CN112612355A - 一种硬件均流装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种硬件均流装置及其工作方法，该装置包括：多个均流IC，且多个均流IC之间通过均流母线连接，任一均流IC包括：电流比较模块、电流跟踪模块和增益反馈模块。该方法包括：获取当前PSU的输出电流；获取多节点服务器中其他PSU的输出电流；比对多个输出电流，多个输出电流包括：当前PSU的输出电流和其他PSU的输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流；将反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。通过本申请，能够有效提高PSU均流的灵敏度和均流精度，提高服务器***的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及多节点服务器硬件均流技术领域，特别是涉及一种硬件均流装置及其工作方法。
背景技术
在多节点服务器中，由于服务器节点较多，且每个节点有较多的SSD(Solid StateDrives，固态硬盘)硬盘、NVME(NVME(Non-Volatile Memory express，非易失性内存主机控制器接口规范)硬盘以及各种网卡，加上CPU的功耗，使得整个单台多节点服务器的功耗较高，这就需要引入多个PSU(Power Supply Unit，电源供应器)，或者至少2个PSU为整个单台多节点服务器供电。以两个PSU为例，在2个PSU同时在位时，由于电源线、电源接口以及PDB板的走线等因素使得2个PSU的输出功率无法保持一致，尤其在多节点服务器跑压力以及极限情况下，可能会造成PSU的输出偏差较大，进而引起单PSU过流保护，甚至引起服务器掉电、***崩溃等问题。这就需要对多个PSU的输出进行均流。
目前对多个PSU的输出进行均流的方法，通常是采用软件方法，主要是使用PSU本体的share线实现均流功能。目前常规的PUS内部拓扑参见图1。由图1可知，PSU内部主要由整流、PFC、LLC(Logical Link Control，逻辑链路控制子层)半桥谐振、嵌入式控制器以及一些传感器组成，通过软件实现均流的方法具体是：通过PSU的外部share总线，将PSU与PSU之间的均流线通过内部嵌入式控制器进行ADC检测后，通过变频控制方式，控制LLC谐振半桥的输出电压，从而控制输出电流的方式实现均流功能。
然而目前对多个PSU的输出进行均流的方法中，由于PSU内部拓扑比较复杂，且多个PSU并联会有更多的部件，如此繁杂的结构通过软件控制其均流，软件控制响应***功耗的突然增加时，需要较长的响应时间，响应速度较慢，容易造成负载突变而引起的PSU单体过载保护，对负载突变的灵敏度较低，使得PSU的输出稳定性较差。且采用软件控制均流由于响应速度较慢，最终的均流精度也相对较低，只有5％左右，无法满足设计精度需求。
发明内容
本申请提供了一种硬件均流装置及其工作方法，以解决现有技术中的均流控制方法使得对负载突变的灵敏度较低、均流精度较低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种硬件均流装置，应用于多节点服务器中，每个节点配置有一个PSU，多个PSU之间并联连接，每个PSU配置有一个均流IC(Integrated Circuit，集成电路)，所述均流装置包括：多个均流IC，且多个均流IC之间通过均流母线连接，其中，任一均流IC包括：
电流比较模块，用于获取当前PSU的输出电流，通过均流母线获取其他PSU的输出电流，并比对多个输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；
电流跟踪模块，用于主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；
增益反馈模块，用于根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流，并将所述反馈电流输出至PSU内部的LLC(Logical LinkControl，逻辑链路控制子层)半桥谐振。
可选地，所述电流比较模块为差分电流放大器，且所述差分电流放大器的输入端连接均流IC的电流检测管脚，所述差分电流放大器的输出端分别连接电流跟踪模块和增益反馈模块。
可选地，所述电流跟踪模块包括：均流总线驱动放大器和均流总线接收放大器；
所述均流总线驱动放大器，用于根据差分电流放大器的输出结果生成外部控制信号输出至均流母线和均流总线接收放大器；
所述均流总线接收放大器，用于根据均流总线驱动放大器输出的外部控制信号，对差分电流放大器的信号进行放大后输出至增益反馈模块。
可选地，所述增益反馈模块包括：跨导式误差放大器。
可选地，所述增益反馈模块中还包括：可调输出控制放大器，用于对跨导式误差放大器输出的反馈电流进行校准。
一种硬件均流装置的工作方法，所述工作方法应用于如上所述的硬件均流装置，所述工作方法包括：
获取当前PSU的输出电流；
获取多节点服务器中其他PSU的输出电流；
比对多个输出电流，多个输出电流包括：当前PSU的输出电流和其他PSU的输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；
根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；
根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流；
将所述反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。
可选地，所述根据主模块的输出电流，控制从模块调整其输出电流，包括：
根据多个输出电流的比较结果，以及主模块和从模块输出电流的差值，生成外部控制信号；
将所述外部控制信号通过均流母线发送至其他均流IC；
其他均流IC根据所述外部控制信号调整输出电流，所有均流IC的输出电流跟随主模块的输出电流。
可选地，根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流之后，所述方法还包括：
对所述反馈电流进行校准。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供一种硬件均流装置，该装置主要应用于多节点服务器中，且该装置中包括多个均流IC，多个均流IC之间通过均流母线连接。其中任一均流IC包括：电流比较模块、电流跟踪模块和增益反馈模块，通过电流比较模块能够及时获取当前PSU的输出电流，并汇总经由均流母线获取的其他PSU的输出电流，进行多个输出电流的比对，确定主模块和从模块，且电路最大的PSU为主模块。通过电流跟踪模块，能够根据主模块和从模块输出电流的差值，以及多个输出电流的比较结果，控制从模块调整其自身的输出电流，实现从模块的输出电流实时跟踪主模块的输出电流，使得整个多节点服务器的多个PSU保持一致的输出量。通过增益反馈模块，能够根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出结果，采用跨导的方式获取反馈电流，并将该反馈电流输出至当前PSU内部的LLC半桥谐振，本实施例中每个PSU本身内部设置有嵌入式控制器，该内部嵌入式控制器能够实现电压环反馈控制，再通过增益反馈模块能够实现电流环反馈控制，电压环反馈控制和电流环反馈控制共同实现对PSU输出的双闭环控制，能够实现多个PSU同电压、同电流的输出，能够大大提高PSU对负载突变的灵敏度，从而提高服务器***的稳定性。而且本实施例采用硬件方式实现均流控制，相比于软件均流控制，其反应速度更快，灵敏度更高，有利于提高均流精度，通过本实施例中的硬件均流IC，在满负荷时，多个PSU之间的输出误差不超过1％。另外本实施例中均流IC可以根据服务器节点数量而定，根据不同高的硬件需求进行各种配置，灵活实现均流效率，有利于提高PSU均流的灵活性。
本申请还提供一种硬件均流装置的工作方法，该方法首先获取当前PSU的输出电流，同时通过均流母线获取多节点服务器中其他PSU的输出电流，然后比对多个输出电流，确定主模块和从模块，其次，根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；然后根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流；最后将反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。本实施例通过对多个PSU的输出电流进行比对处理，确定输出电流最大的主模块和输出电流较小的从模块，并利用主从模块输出电流的差值调整从模块的输出电流，能够实现从模块对主模块的实时跟踪，保持多个PSU的输出一致，有利于提高PSU对负载突变的灵敏度，提高服务器***的稳定性。而且根据输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取到反馈电流，并将该反馈电流输出值PSU，实现电流环反馈，加上PSU自带的电压环反馈，能够实现对PSU输出的双闭环控制，有利于大大提高PSU对负载变化的灵敏度，从而提高整个服务器***的稳定性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为背景技术中PUS内部拓扑的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种硬件均流装置的结构示意图；
图3为本申请实施例中硬件均流IC内部电路原理示意图；
图4为本申请实施例中2个PSU的硬件均流拓扑结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种硬件均流装置的工作方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。
实施例一
本申请中的硬件均流装置主要应用于多节点服务器中，其中，每个节点与一个PSU相匹配，多个PSU之间并联连接，每个PSU配置有一个硬件均流IC，简称均流IC。
本实施例中的硬件均流装置可以参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种硬件均流装置的结构示意图。由图2可知，本实施例中的硬件均流装置主要包括：多个均流IC，至少为2个均流IC，且多个均流IC之间通过均流母线连接。任一均流IC包括：电流比较模块、电流跟踪模块和增益反馈模块。硬件均流IC是一种高性能、低成本的负载共享控制器。其中，电流比较模块，用于获取当前PSU的输出电流，通过均流母线获取其他PSU的输出电流，并比对多个输出电流，将电压最高、电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；电流跟踪模块，用于根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；增益反馈模块，用于根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流，并将反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。增益反馈模块的设置，能够实现电流环的反馈，结合PSU内部嵌入式控制的电压环反馈，能够实现双闭环控制，从而在多个PSU之间搭建一种稳定的硬件均流控制架构，有效提高对负载突变等电流突变情况的应对能力，提高对负载突变的灵敏度和整个服务器***的稳定性。
电流比较模块可以采用差分电流放大器，且该差分电流放大器的输入端连接均流IC的电流检测管脚，差分电流放大器的输出端分别连接电流跟踪模块和增益反馈模块。本实施例中采用差分电流放大器，由于其偏移较低，使得整个均流IC的误差较小，有利于减小不同PSU之间的输出偏差，提高均流精度。
进一步地，本实施例中电流跟踪模块包括：均流总线驱动放大器和均流总线接收放大器。均流总线驱动放大器，用于根据差分电流放大器的输出结果生成外部控制信号输出至均流母线和均流总线接收放大器；均流总线接收放大器，用于根据均流总线驱动放大器输出的外部控制信号，对差分电流放大器的信号进行放大后输出至增益反馈模块。
增益反馈模块可以采用跨导式误差放大器，跨导式误差放大器内部为高增益反馈电路，能够有效提高反馈效率，从而满负荷时，在不同PSU的输出之间提供较高的均流精度，能够提供误差不超过1％的电流精度，大大提高PSU对负载突变的灵敏度，以及均流精度。
进一步地，本实施例的增益反馈模块中还包括：可调输出控制放大器，用于对跨导式误差放大器输出的反馈电流进行校准，可调输出控制放大器的设置能够提高增益反馈模块的精度，从而进一步提高PSU对负载突变的灵敏度，以及均流精度。
本实施例中均流IC的内部逻辑框图可以参见图3所示，图3为本申请实施例中硬件均流IC内部电路原理示意图。图3中，端子1为CS-，端子2为CS+，两个端子为电流采集输入端，端子3为VDD，工作电源输入端，端子4为GND，接地端，端子5为ADJ，电流调节输出控制端。端子6为EA0，即Error Amp0跨导式误差放大器的一个输出端，端子7为LS端，即Load Share，均流总线驱动放大器和均流总线接收放大器的输出端。Current Sense Amp为差分电流放大器，Load Share Bus Driver为均流总线驱动放大器，Load Share Bus Receiver为均流总线接收放大器，Error Amp为跨导式误差放大器，Adjust Amp为可调输出控制放大器。Enable and Bias OK即：验证供电正常，电源可以正常工作，Fault Protection为故障保护，Start Up and Adjust Logic为***总开关。由图3可知，通过端子6和7将当前均流IC所采集的PSU的工作状态能够及时上传至均流母线，从而使得电流比较模块能够及时比对多个输出电流，从而确定当前的主模块和从模块，为后续从模块跟随主模块的输出电流、实现均流输出提供依据。每个PSU的端子6和端子7都与均流母线连接在一起。通过端子5，能够及时对当前的PSU工作状态输出电流反馈，结合PSU内部的电压环反馈，实现双闭环控制。
图4为本申请实施例中2个PSU的硬件均流拓扑结构示意图。由图4可知，在两个PSU的硬件均流拓扑中，PSU输出的电流信号发送到均流IC的电流检测管脚，在均流IC内部的跨导式放大器放大后，输出反馈电流信号给PSU内部的半桥谐振输出。两个PSU均流IC之间通过均流母线连接。
实施例二
在图2-图4所示实施例的基础之上参见图5，图5为本申请实施例所提供的一种硬件均流装置的工作方法的流程示意图。由图5可知，本实施例中硬件均流装置的工作方法，主要包括如下过程：
S1：获取当前PSU的输出电流。
通过均流IC的电流检测管脚，获取到当前PSU的输出电流。
S2：获取多节点服务器中其他PSU的输出电流。
通过均流母线获取到其他PSU的输出电流。步骤S1与S2也可以同时执行。
S3：比对多个输出电流。
本实施例中多个输出电流包括：当前PSU的输出电流和其他PSU的输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块。
S4：根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流。
具体地，步骤S4包括：
S41：根据多个输出电流的比较结果，以及主模块和从模块输出电流的差值，生成外部控制信号。
S42：将外部控制信号通过均流母线发送至其他均流IC。
S43：其他均流IC根据外部控制信号调整输出电流，所有均流IC的输出电流跟随主模块的输出电流。
S5：根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流。
该反馈电流作为PSU的电流环反馈，PSU内部的嵌入式控制器能够实现电压环反馈，两个反馈能够实现对PSU输出的双闭环控制，从而提高对负载突变的灵敏度。
继续参见图5可知，获取到反馈电流之后，执行步骤S7：将反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。
进一步地，步骤S5之后，该方法还包括步骤S6：对反馈电流进行校准，从而能够进一步提高均流精度。
该实施例未详细描述的部分可以参见图2-图4所示的实施例，两个实施例之间可以互相参照，在此不再赘述。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种硬件均流装置，应用于多节点服务器中，其特征在于，每个节点配置有一个PSU，多个PSU之间并联连接，每个PSU配置有一个均流IC，所述均流装置包括：多个均流IC，且多个均流IC之间通过均流母线连接，其中，任一均流IC包括：
电流比较模块，用于获取当前PSU的输出电流，通过均流母线获取其他PSU的输出电流，并比对多个输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；
电流跟踪模块，用于根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；
增益反馈模块，用于根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流，并将所述反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。
2.根据权利要求1所述的一种硬件均流装置，其特征在于，所述电流比较模块为差分电流放大器，且所述差分电流放大器的输入端连接均流IC的电流检测管脚，所述差分电流放大器的输出端分别连接电流跟踪模块和增益反馈模块。
3.根据权利要求2所述的一种硬件均流装置，其特征在于，所述电流跟踪模块包括：均流总线驱动放大器和均流总线接收放大器；
所述均流总线驱动放大器，用于根据差分电流放大器的输出结果生成外部控制信号输出至均流母线和均流总线接收放大器；
所述均流总线接收放大器，用于根据均流总线驱动放大器输出的外部控制信号，对差分电流放大器的信号进行放大后输出至增益反馈模块。
4.根据权利要求1所述的一种硬件均流装置，其特征在于，所述增益反馈模块包括：跨导式误差放大器。
5.根据权利要求4所述的一种硬件均流装置，其特征在于，所述增益反馈模块中还包括：可调输出控制放大器，用于对跨导式误差放大器输出的反馈电流进行校准。
6.一种硬件均流装置的工作方法，所述工作方法应用于权利要求1-5中任一所述的硬件均流装置，其特征在于，所述工作方法包括：
获取当前PSU的输出电流；
获取多节点服务器中其他PSU的输出电流；
比对多个输出电流，多个输出电流包括：当前PSU的输出电流和其他PSU的输出电流，将电流最大的PSU定义为主模块，其余PSU定义为从模块；
根据主模块和从模块输出电流的差值，控制从模块调整其输出电流；
根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流；
将所述反馈电流输出至PSU内部的LLC半桥谐振。
7.根据权利要求6所述的一种硬件均流装置的工作方法，其特征在于，所述根据主模块的输出电流，控制从模块调整其输出电流，包括：
根据多个输出电流的比较结果，以及主模块和从模块输出电流的差值，生成外部控制信号；
将所述外部控制信号通过均流母线发送至其他均流IC；
其他均流IC根据所述外部控制信号调整输出电流，所有均流IC的输出电流跟随主模块的输出电流。
8.根据权利要求6所述的一种硬件均流装置的工作方法，其特征在于，根据多个输出电流的比较结果和从模块调整后的输出电流，采用跨导的方式获取反馈电流之后，所述方法还包括：
对所述反馈电流进行校准。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210406 |