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CN105867575B - 一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构 - Google Patents

一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构 Download PDF

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CN105867575B CN201610291498.0A CN201610291498A CN105867575B CN 105867575 B CN105867575 B CN 105867575B CN 201610291498 A CN201610291498 A CN 201610291498A CN 105867575 B CN105867575 B CN 105867575B
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Abstract

本发明公开了一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其结构包括控制芯片和4组MOSFET，其中MOSFET Q1的D极连接电池模组的正极，G极连接控制芯片的UG1端，S极连接Q3的D极，并通过一个电感串联到Q2的S极；Q3的G极连接控制芯片的LG1端，S极接地；Q2的G极连接到控制芯片的UG2端，D极连接于12V总线，S极连接于Q4的D极；Q4的G极连接于控制芯片的LG2端，S极接地。本发明能够减少电池模组中锂电池的数量，节省备份电池的空间，能够实现服务器12V电源总线对备份电池模组的兼容，实现任意串联结构的锂电池模组与12V总线充放电匹配，并且避免服务器主板UVP保护与锂电池的放电区间冲突。

Description

一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构
技术领域
本发明涉及计算机芯片设计技术领域，具体涉及一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，一组硬件线路，实现给备份电池充电，并且在市电断电后，给服务器电源总线供电。
背景技术
单节锂电池的放电电压为4.2~3V，在市电断电时，备份电池支持服务器运行，一般是采用将锂电池串并结合的方式进行供电。因此存在一定的矛盾，备份锂电池模组的供电因为锂电池的放电区间较宽，与服务器中的欠压保护与过压保护相冲突，因此在使用过程中会造成诸多问题。
传统的服务器备份锂电池模组为3串N并的方法以满足12V电源总线的输出，3串锂电池的放电区间为12.6~9V，而服务器的软启动控制线路，一般设置欠压保护为11V，当锂电池放电电压到11V时，还有50%左右的容量没有完全放电。为了满足足够的放电时间，必须增加50%的并联锂电池，从而导致备份锂电池模组空间增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述问题，本发明提出了一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，实现通过12V电源总线给备份锂电池模组充电，需要锂电池模组供电时，控制将备份锂电池模组输出调整为12V供给服务器12V总线。
本发明所采用的技术方案为：
一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其结构包括Control IC（控制芯片）和4组MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管），其中MOSFET Q1的D极（漏极）连接电池模组的正极，G极(栅极）连接控制芯片的UG1端，S极连接MOSFET Q3的D极，并通过一个电感串联到MOSFET Q2的S极（源极）；MOSFET Q3的G极连接控制芯片的LG1端，S极接地；MOSFETQ2的G极连接到控制芯片的UG2端，D极连接于12V总线，S极连接于MOSFET Q4的D极；MOSFETQ4的G极连接于控制芯片的LG2端，S极接地；电池模组的正极通过一条线路连接于控制芯片的FB1端，12V总线通过一条线路连接于控制芯片的FB2端；
电池模组放电时，当电池电压高于12V，Control IC控制MOSFET Q4关断，Q2导通，输出PWM（脉冲宽度调制）信号到Q1与Q3组成Buck型降压线路；当电池电压低于11V时，Control IC控制Q1导通，Q3关断，输出PWM信号到Q2与Q4，组成Boost型升压线路；
电池模组充电时，当电池电压高于12V，Control IC控制Q2导通，Q4关断，输出PWM信号到Q1与Q3，组成BOOST升压线路；当电池电压低于12V，Control IC控制Q1导通，Q3关断，输出PWM信号到Q2与Q4，组成Buck型降压线路。
所述控制芯片根据电池模组备份锂电池的组合，判断其充电电压大小，设置充电电流大小，通过12V总线电源给电池充电，依据电池电压进行判断实现涓流、恒流、恒压等三种充电模式。
所述控制芯片根据电池模组备份锂电池组合，判断电池的放电电压，通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器电源总线电压为12V，并保证稳定的电压输出。
所述控制芯片在电池充好电后，市电断电，系统会自动判断服务器总线电压，当总线电压低于11V，会启动，并给总线供电。
所述控制芯片根据备份电池的组合，通过升压或者降压的方式，设定电池的充电电压。
所述控制芯片通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器总线，并保证输出电压为12V。
所述控制芯片通过Pmbus信号总线，实现与系统管理单元或者电池的实时通信。如：采集电池模组信息，如剩余电量，电池温度以及电池异常状态；告知系统管理单元输出功率，剩余供电时常，当电池电量过低时通知系统降低使用功耗，以满足备用供电系统的启动。
本发明的有益效果为：
本发明通过一定的拓扑结构，实现不同串并结构的备份电池模组与服务器12V电源总线的供给匹配，以及12V总线到电池模组的充电匹配，并且具有相应的保护以及Pmbus通讯功能，通过升压或者降压供给12V总线，实现了延长电池放电时间的功能，避免了服务器12V总线的欠压保护功能与电池放电区间的冲突，从而减少电池模组中锂电池的数量，节省备份电池的空间，能够实现服务器12V电源总线对备份电池模组的兼容，实现任意串联结构的锂电池模组与12V总线充放电匹配，并且避免服务器主板UVP保护与锂电池的放电区间冲突。
附图说明
图1为本发明线路设计结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，根据具体实施方式对本发明进一步说明：
实施例1：
如图1所示，一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其结构包括ControlIC（控制芯片）和4组MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管），其中MOSFET Q1的D极（漏极）连接电池模组的正极，G极(栅极）连接控制芯片的UG1端，S极连接MOSFET Q3的D极，并通过一个电感串联到MOSFET Q2的S极（源极）；MOSFET Q3的G极连接控制芯片的LG1端，S极接地；MOSFET Q2的G极连接到控制芯片的UG2端，D极连接于12V总线，S极连接于MOSFET Q4的D极；MOSFET Q4的G极连接于控制芯片的LG2端，S极接地；电池模组的正极通过一条线路连接于控制芯片的FB1端，12V总线通过一条线路连接于控制芯片的FB2端；
电池模组放电时，当电池电压高于12V，Control IC控制MOSFET Q4关断，Q2导通，输出PWM（脉冲宽度调制）信号到Q1与Q3组成Buck型降压线路；当电池电压低于11V时，Control IC控制Q1导通，Q3关断，输出PWM信号到Q2与Q4，组成Boost型升压线路；
电池模组充电时，当电池电压高于12V，Control IC控制Q2导通，Q4关断，输出PWM信号到Q1与Q3，组成BOOST升压线路；当电池电压低于12V，Control IC控制Q1导通，Q3关断，输出PWM信号到Q2与Q4，组成Buck型降压线路。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例所述控制芯片根据电池模组备份锂电池的组合，判断其充电电压大小，设置充电电流大小，通过12V总线电源给电池充电，依据电池电压进行判断实现涓流、恒流、恒压等三种充电模式。
实施例3
在实施例1的基础上，本实施例所述控制芯片根据电池模组备份锂电池组合，判断电池的放电电压，通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器电源总线电压为12V，并保证稳定的电压输出。
实施例4
在实施例1、2或3任一的基础上，本实施例所述控制芯片在电池充好电后，市电断电，系统会自动判断服务器总线电压，当总线电压低于11V，会在2ms内启动，并给总线供电。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例所述控制芯片根据备份电池的组合，通过升压或者降压的方式，设定电池的充电电压。
实施例6
在实施例5的基础上，本实施例所述控制芯片通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器总线，并保证输出电压为12V。
实施例7
在实施例6的基础上，本实施例所述控制芯片通过Pmbus信号总线，实现与系统管理单元或者电池的实时通信。如：采集电池模组信息，如剩余电量，电池温度以及电池异常状态；告知系统管理单元输出功率，剩余供电时常，当电池电量过低时通知系统降低使用功耗，以满足备用供电系统的启动。
上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：其结构包括控制芯片和4组MOSFET，其中MOSFET Q1的D极连接电池模组的正极，G极连接控制芯片的UG1端，S极连接MOSFET Q3的D极，并通过一个电感串联到MOSFET Q2的S极；MOSFET Q3的G极连接控制芯片的LG1端，S极接地；MOSFET Q2的G极连接到控制芯片的UG2端，D极连接于12V总线，S极连接于MOSFET Q4的D极；MOSFET Q4的G极连接于控制芯片的LG2端，S极接地；电池模组的正极通过一条线路连接于控制芯片的FB1端，12V总线通过一条线路连接于控制芯片的FB2端；
电池模组放电时，当电池电压高于12V，控制芯片控制MOSFET Q4关断，Q2导通，输出PWM信号到MOSFET Q1与MOSFET Q3组成Buck型降压线路；当电池电压低于11V时，控制芯片控制MOSFET Q1导通，MOSFET Q3关断，输出PWM信号到MOSFET Q2与MOSFET Q4，组成Boost型升压线路；
电池模组充电时，当电池电压高于12V，控制芯片控制MOSFET Q2导通，MOSFET Q4关断，输出PWM信号到MOSFET Q1与MOSFET Q3，组成BOOST升压线路；当电池电压低于12V，控制芯片控制MOSFET Q1导通，MOSFET Q3关断，输出PWM信号到MOSFET Q2与MOSFET Q4，组成Buck型降压线路。
2.根据权利要求1所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片根据电池模组备份锂电池的组合，判断其充电电压大小，设置充电电流大小，通过12V总线电源给电池充电。
3.根据权利要求1所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片根据电池模组备份锂电池组合，判断电池的放电电压，通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器电源总线电压为12V。
4.根据权利要求1、2或3任一所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片在电池充好电后，市电断电，系统会自动判断服务器总线电压，当总线电压低于11V，启动并给总线供电。
5.根据权利要求4所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片根据备份电池的组合，通过升压或者降压的方式，设定电池的充电电压。
6.根据权利要求5所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片通过升压或者降压的方式，设置输出给服务器总线，并保证输出电压为12V。
7.根据权利要求6所述的一种应用于服务器备份电池的充放电芯片架构，其特征在于：所述控制芯片通过Pmbus信号总线，实现与系统管理单元或者电池的实时通信。
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