CN115167648A - Vpx供电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种VPX供电设备，属于电源技术领域，VPX供电设备至少包括均衡控制模块、选择模块、多个供电模块和健康管理模块，均衡控制模块通过选择模块与多个供电模块相连，健康管理模块与多个供电模块相连。其中，健康管理模块用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；均衡控制模块用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过二极管的导通状态控制供电模块的运行状态，可以实时监控VPX供电设备中各个板卡温度信息、电流值和电压值。本申请能够实现若一个供电模块出现故障，还可以有其他的供电模块保证VPX供电设备的不间断供电，实现VPX供电设备的高可靠。

Description

VPX供电设备
技术领域
本申请属于电源技术领域，尤其涉及一种VPX供电设备。
背景技术
VPX服务器是一种刀片式插卡结构的计算机设备，该VPX服务器中包括VPX供电单元，该供电单元为刀片式，VPX服务器还内置多块计算板、交换板、存储板等功能板卡，VPX供电单元为上述的各个板卡提供直流+48V、直流+12V、直流+3.3V等工作电源，VPX供电单元的可靠性对功能板卡工作的可靠性有着巨大影响。
若VPX供电单元发生故障，则VPX供电单元无法再为各个板卡提供电压，各个板卡无法正常工作。
发明内容
本申请意在提供一种VPX供电设备，以解决现有技术中存在的不足，本申请要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
本申请实施例提供一种VPX供电设备，VPX供电设备至少包括均衡控制模块、选择模块、多个供电模块和健康管理模块，所述均衡控制模块通过所述选择模块与多个供电模块相连，所述健康管理模块与所述多个供电模块相连，其中，
所述健康管理模块用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；
所述均衡控制模块用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过所述二极管的导通状态控制所述供电模块的运行状态。
可选地，所述供电模块至少包括EMC滤波电路、PFC电路和直流转换电路，其中，所述EMC滤波电路的输入端与交流输入电源相连，所述EMC滤波电路的输出端与所述PFC电路的输入端相连，所述PFC电路的输出端与所述直流转换电路的输入端相连；其中，
所述EMC滤波电路用于消除所述交流输入电源所携带的谐振信号和高频干扰信号，得到处理后的交流信号；
所述PFC电路用于将处理后的交流信号转换成第一直流信号；
所述直流转换电路用于将第一直流信号转换成第二直流信号，所述第二直流信号用于为所述VPX供电设备的各个模块进行供电。
可选地，所述PFC电路至少包括：控制芯片，所述控制芯片用于对输入电流波形进行控制，使所述输入电流波形与所述处理后的电压信号同步，所述控制芯片的第一管脚与处理后的交流信号的第一端相连，所述控制芯片的第四管脚与处理后的交流信号的第二端相连，所述控制芯片的第五管脚和第九管脚分别与所述直流转换电路的输入端相连。
可选地，所述控制芯片至少包括PFCU390系列集成芯片。
可选地，所述直流转换电路至少包括+48V转换单元、+12V转换单元和+3.3V转换单元，其中，所述+48V转换单元用于将第一直流信号转换成直流电压+48V，所述+12V转换单元用于将所述第一直流信号转换成直流电压+12V，所述+3.3V转换单元用于将直流电压+48V转换成直流电压+3.3V。
可选地，所述+48V转换单元至少包括280S48系列隔离电源模块，所述280S48系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为48V直流低电压。
可选地，所述+12V转换单元至少包括280S12系列隔离电源模块，所述280S12系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为12V直流低电压。
可选地，所述+3.3V转换单元至少包括48S03系列隔离电源模块，所述48S03系列隔离电源模块用于将DC48V直流低电压转换为3.3V直流低电压。
可选地，所述选择模块为OR或门芯片芯片。
可选地，所述健康管理模块包括采集单元和处理单元，所述采集单元至少包括温度传感器、电流传感器和电压传感器，其中，所述温度传感器用于获取VPX供电设备中各个板卡的温度信息所述电流传感器用于采集各个供电模块的输出电流信息，所述电压传感器用于采集各个供电模块的输出电压信息，所述处理单元用于将所述输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态，通过I2C的方式发送至外部管理设备。
本申请实施例包括以下优点：
本申请实施例提供的VPX供电设备，VPX供电设备至少包括均衡控制模块、选择模块、多个供电模块和健康管理模块，均衡控制模块通过选择模块与多个供电模块相连，健康管理模块与多个供电模块相连，其中，健康管理模块用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；均衡控制模块用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过二极管的导通状态控制供电模块的运行状态，可以实时监控VPX供电设备中各个板卡温度信息、电流值和电压值，同时若一个供电模块出现故障，还可以有其他的供电模块，保证VPX供电设备的不间断供电，实现VPX供电设备的高可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例中一种VPX供电设备的结构示意图；
图2为本申请一实施例中又一种VPX供电设备的结构示意图；
图3为本申请一实施例中均衡控制模块的结构示意图；
图4为本申请一实施例中EMC滤波电路的电路示意图；
图5为本申请一实施例中PFC电路示意图；
图6为本申请一实施例中DC/DC电路示意图；
图7是本申请一实施例中健康管理模块的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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，都属于本申请保护的范围。
参照图1，示出了本申请的一种VPX供电设备的结构示意图，该VPX供电设备至少包括均衡控制模块101、选择模块102、多个供电模块103和健康管理模块104，均衡控制模块101通过选择模块102与多个供电模块103相连，健康管理模块104与多个供电模块103相连，其中，
健康管理模块104用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；
均衡控制模块101用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过二极管的导通状态控制供电模块的运行状态。
本申请实施例的目的是为了VPX供电设备自设健康管理、冗余备份等问题，而提出的一种高可靠VPX供电模块，该VPX供电设备包括有健康管理能力，可以将自身电压、电流、温度、正常/异常等信息上报给外部管理设备；且通过设置多个供电模块，若有一个供电模块发生故障，还可以使用其他的供电模块进行供电，不会对供电功能产生影响。
图2为本申请一实施例中又一种VPX供电设备的结构示意图；该VPX供电设备中的供电模块，供电模块至少包括EMC滤波电路、PFC电路和直流转换电路，其中，EMC滤波电路的输入端与交流输入电源相连，EMC滤波电路的输出端与PFC电路的输入端相连，PFC电路的输出端与直流转换电路的输入端相连；其中，
EMC滤波电路用于消除交流输入电源所携带的谐振信号和高频干扰信号，得到处理后的交流信号；
PFC电路用于将处理后的交流信号转换成第一直流信号；
直流转换电路用于将第一直流信号转换成第二直流信号，第二直流信号用于为VPX供电设备的各个模块进行供电。
具体地，VPX供电设备的工作原理为：
220V交流电经VPX背板输入给电源刀片，通过EMC滤波电路、PFC电路转换为稳定的直流390V电压，390V直流输出给DC/DC电路转换为稳定的直流电压+48V、+12V和+3.3V。高可靠VPX供电单元在电压输出端设计有实时采样电路，采用I2C总线作为集成管理总线（IPMB），实现对VPX供电单元输出状态的监控、查询与采集，并将采集到的数据传送到MCU控制电路。最终由MCU控制电路完成VPX供电单元输出电压、板卡温度，工作状态的实时监控功能。
由于高可靠VPX供电单元功能强大，逻辑复杂，进一步将其分为以下五个功能子电路：
1）EMC滤波电路（EMC，Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性）——消除外部交流输入所携带的谐振和高频干扰信号，防止其对VPX供电单元造成干扰，使供电单元工作更为稳定；
2）PFC电路（PFC，Power Factor Correction）——将交流220V电压转换为稳定的直流390V电压，同时进行功率因数校正，提高供电单元的功率因数；
3） DC/DC电路（DC/DC，直流/直流转换）——将PFC电路输出的直流高压转换为多路稳定的直流低压输出，为整个VPX服务器供电；
4）“2+1”冗余并联电路——通过2+1冗余功能电路来实现协同工作，消除电源***单点故障；
5） MCU控制电路（MCU，Micro Controller Uint，微控制器）：采用I2C总线作为集成管理总线（IPMB），实现板卡健康状态的上报。
图3为本申请一实施例中均衡控制模块的结构示意图，其中，均衡控制模块为Hot-Plug热插拔均衡控制器，选择模块为OR或门芯片芯片。
在本申请实施例中，采用3个供电模块，即如图3中的VPX供电单元，“2+1”冗余并联电路的作用是通过2+1冗余功能电路来实现协同工作，消除电源***单点故障。
VPX服务器正常工作时，由3个电源刀片同时承担***负荷，当其中某1个刀片出现问题而停止供电时，其它2个刀片会“0延时”的平均承担多出来的电源负载。
“2+1”冗余并联电路由Hot-Plug热插拔均衡控制器实现多个VPX供电单元间的负载均衡，VPX供电单元通过OR或门芯片并联在一起，Hot-Plug热插拔均衡控制器负责控制或门内部二极管的导通状态，当一块电源刀片出现故障时，“2+1”冗余并联电路会改变二极管的导通状态，从而将故障供电单元从负载上断开，剩余供电单元立即支持所有负载，保证设备的不间断供电，实现VPX供电单元的高可靠。
图4为本申请一实施例中EMC滤波电路的电路示意图；EMC的作用是消除外部交流输入所携带的谐振和高频干扰信号。
图5为本申请一实施例中PFC电路示意图；PFC电路至少包括：控制芯片，控制芯片用于对输入电流波形进行控制，使输入电流波形与处理后的电压信号同步，控制芯片的第一管脚与处理后的交流信号的第一端相连，控制芯片的第四管脚与处理后的交流信号的第二端相连，控制芯片的第五管脚和第九管脚分别与直流转换电路的输入端相连。
控制芯片至少包括PFCU390系列集成芯片。
其中，PFC电路的作用是将交流220V电压转换为稳定的直流390V电压，并通过功率因数校正功能提高VPX供电单元的功率因数。
具体的，将交流电220V输入通过EMC滤波后为PFC电路供电，同时在PFC电路后端加入450V、820uF的电解电容，使之输出稳定的PFC直流电压390V，输出功率为1400W。由于PFC电路具有提高功率因数的作用，可对输入电流波形进行控制，使其同步输入电压波形，因此可以保证输入的220V交流电的电压输入范围可达到110VAC±10%或220VAC±10%，输入频率可达到60Hz±3Hz@110VAC或50Hz±3Hz@220VAC。
图6为本申请一实施例中DC/DC电路示意图；DC/DC电路的作用是将PFC电路输出的直流高压转换为多路稳定的直流低压输出，为整个VPX服务器供电。
其中，直流转换电路至少包括+48V转换单元、+12V转换单元和+3.3V转换单元，其中，+48V转换单元用于将第一直流信号转换成直流电压+48V，+12V转换单元用于将第一直流信号转换成直流电压+12V，+3.3V转换单元用于将直流电压+48V转换成直流电压+3.3V。
可选地，+48V转换单元至少包括280S48系列隔离电源模块，280S48系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为48V直流低电压。
采用280S48系列隔离电源模块，将DC390V直流高电压转换为48V直流低电压，输出总功率不小于100W，同时具有输入过压、欠压、输出过压、过流、短路、过温保护功能。
可选地，+12V转换单元至少包括280S12系列隔离电源模块，280S12系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为12V直流低电压。
采用280S12系列隔离电源模块，将DC390V直流高电压转换为12V直流低电压，输出总功率不小于1000W，同时具有输入过压、欠压、输出过压、过流、短路、过温保护功能。
可选地，+3.3V转换单元至少包括48S03系列隔离电源模块，48S03系列隔离电源模块用于将DC48V直流低电压转换为3.3V直流低电压。
采用48S03系列隔离电源模块，将DC48V直流低电压进一步转换为3.3V直流低电压，输出总功率不小于50W，该模块同时具有输入过压、欠压、输出过压、过流、短路、过温保护功能。
图7是本申请一实施例中健康管理模块的示意图，健康管理模块包括采集单元和处理单元，采集单元至少包括温度传感器、电流传感器和电压传感器，其中，温度传感器用于获取VPX供电设备中各个板卡的温度信息电流传感器用于采集各个供电模块的输出电流信息，电压传感器用于采集各个供电模块的输出电压信息，处理单元用于将输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态，通过I2C的方式发送至外部管理设备。
健康管理模块即MCU控制电路，该MCU控制电路完成对供电单元输出电压、板卡温度，工作状态的监控，并通过I2C总线作为集成管理总线（IPMB）主动将信息上报。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请实施例所必须的。
本申请实施例提供的VPX供电设备，VPX供电设备至少包括均衡控制模块、选择模块、多个供电模块和健康管理模块，均衡控制模块通过选择模块与多个供电模块相连，健康管理模块与多个供电模块相连，其中，健康管理模块用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；均衡控制模块用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过二极管的导通状态控制供电模块的运行状态，可以实时监控VPX供电设备中各个板卡温度信息、电流值和电压值，同时若一个供电模块出现故障，还可以有其他的供电模块，保证VPX供电设备的不间断供电，实现VPX供电设备的高可靠。
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种VPX供电设备，其特征在于，所述VPX供电设备至少包括均衡控制模块、选择模块、多个供电模块和健康管理模块，所述均衡控制模块通过所述选择模块与多个供电模块相连，所述健康管理模块与所述多个供电模块相连，其中，
所述健康管理模块用于将各个供电模块的输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态发送至外部管理设备；
所述均衡控制模块用于控制选择模块内的二极管的导通状态，并通过所述二极管的导通状态控制所述供电模块的运行状态。
2.根据权利要求1所述的VPX供电设备，其特征在于，所述供电模块至少包括EMC滤波电路、PFC电路和直流转换电路，其中，所述EMC滤波电路的输入端与交流输入电源相连，所述EMC滤波电路的输出端与所述PFC电路的输入端相连，所述PFC电路的输出端与所述直流转换电路的输入端相连；其中，
所述EMC滤波电路用于消除所述交流输入电源所携带的谐振信号和高频干扰信号，得到处理后的交流信号；
所述PFC电路用于将处理后的交流信号转换成第一直流信号；
所述直流转换电路用于将第一直流信号转换成第二直流信号，所述第二直流信号用于为所述VPX供电设备的各个模块进行供电。
3.根据权利要求2所述的VPX供电设备，其特征在于，所述PFC电路至少包括：控制芯片，所述控制芯片用于对输入电流波形进行控制，使所述输入电流波形与所述处理后的电压信号同步，所述控制芯片的第一管脚与处理后的交流信号的第一端相连，所述控制芯片的第四管脚与处理后的交流信号的第二端相连，所述控制芯片的第五管脚和第九管脚分别与所述直流转换电路的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的VPX供电设备，其特征在于，所述控制芯片至少包括PFCU390系列集成芯片。
5.根据权利要求2所述的VPX供电设备，其特征在于，所述直流转换电路至少包括+48V转换单元、+12V转换单元和+3.3V转换单元，其中，所述+48V转换单元用于将第一直流信号转换成直流电压+48V，所述+12V转换单元用于将所述第一直流信号转换成直流电压+12V，所述+3.3V转换单元用于将直流电压+48V转换成直流电压+3.3V。
6.根据权利要求5所述的VPX供电设备，其特征在于，所述+48V转换单元至少包括280S48系列隔离电源模块，所述280S48系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为48V直流低电压。
7.根据权利要求5所述的VPX供电设备，其特征在于，所述+12V转换单元至少包括280S12系列隔离电源模块，所述280S12系列隔离电源模块用于将DC390V直流高电压转换为12V直流低电压。
8.根据权利要求5所述的VPX供电设备，其特征在于，所述+3.3V转换单元至少包括48S03系列隔离电源模块，所述48S03系列隔离电源模块用于将DC48V直流低电压转换为3.3V直流低电压。
9.根据权利要求1所述的VPX供电设备，其特征在于，所述选择模块为OR或门芯片芯片。
10.根据权利要求1所述的VPX供电设备，其特征在于，所述健康管理模块包括采集单元和处理单元，所述采集单元至少包括温度传感器、电流传感器和电压传感器，其中，所述温度传感器用于获取VPX供电设备中各个板卡的温度信息；所述电流传感器用于采集各个供电模块的输出电流信息，所述电压传感器用于采集各个供电模块的输出电压信息，所述处理单元用于将所述输出电压信息、输出电流信息、温度信息和运行状态，通过I2C的方式发送至外部管理设备。
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