CN109067173A - 一种服务器及其提升电源转换效率的pol - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升电源转换效率的POL，包括：控制器，分离式MOS架构的电力转换电路，扼流圈；用于获得负载点转换器POL的反馈电流的触发电路，当反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，以通过切换电路使得控制器的下臂输出端直接与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连通，当反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号，以将控制器的下臂输出端的输出信号通过第一放大器进行放大，再输入至分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端。第一电流阈值小于等于第二电流阈值。应用本发明所提供的方案，提高了POL的效率。本发明还公开了一种服务器，具有相应技术效果。

Description

一种服务器及其提升电源转换效率的POL

技术领域

本发明涉及电力器件技术领域，特别是涉及一种服务器及其提升电源转换效率的POL。

背景技术

现今，POL(point of load，负载点转换器)的设计越来越多且日渐创新，很多芯片会将控制器、驱动电路以及Power MOSFET都包在同一个芯片中，这样的设计会使得芯片所能承受的负载电流受到限制，因此，在较大的负载电流时，POL通常会采用分离式MOS架构，即Discrete MOSFET架构。

POL中包括了控制器，电力转换电路，驱动电路，滤波电路，回授电路以及保护电路等，简易的结构示意图可以参见图1，图1中示出的是Discrete MOSFET架构的POL。控制器与Discrete MOSFET架构的电力转换电路连接，该电力转换电路与扼流圈连接。HS_VGS以及LS_VGS分别表示上臂闸级电压以及下臂闸级电压，通常来说，上下臂的责任周期比会低于50％，即上臂的导通时间会低于下臂的导通时间。由于下臂的导通时间较长，当负载电流较大时，会使得下臂的导通损失较大，远高于其切换损失，由于下臂损耗较高，进而使得POL的效率变低。

综上所述，如何提高POL的效率，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升电源转换效率的POL，以提高POL的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种提升电源转换效率的POL，包括：

控制器，分离式MOS架构的电力转换电路，扼流圈；

用于获得负载点转换器POL的反馈电流，当所述反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，当所述反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号的触发电路，其中所述第一电流阈值小于等于所述第二电流阈值；

第一输入端与所述控制器的下臂输出端连接，第二输入端与所述触发电路连接，第一输出端与所述分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于在接收所述第一信号时，将自身的第一输入端与第一输出端导通，在接收所述第二信号时，将自身的第一输入端与第二输出端导通的切换电路；

输入端与所述切换电路的第二输出端连接，输出端与所述分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于进行电压放大的所述第一放大器。

优选的，所述触发电路为与所述扼流圈连接，用于将所述扼流圈的电流作为所述反馈电流的触发电路。

优选的，所述触发电路包括：

输入端与所述扼流圈连接，输出端与施密特触发电路的输入端连接，用于将所述扼流圈的电流转换为所述扼流圈的电压，并将转换后的电压放大的第二放大器；

输出端与所述切换电路的第二输入端连接，用于根据接收的电压输出所述第一信号或所述第二信号的所述施密特触发电路。

优选的，所述施密特触发电路为：当接收的电压低于预设的第一电压阈值时，输出所述第一信号，当接收的电压高于预设的第二电压阈值时，输出所述第二信号，当接收的电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，输出的信号与前一时刻输出信号相同的电路；

其中，所述第一电压阈值低于所述第二电压阈值，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。

优选的，所述切换电路为SPDT芯片，所述SPDT芯片的COM引脚，IN引脚，NC引脚以及NO引脚，依次作为所述切换电路的第一输入端，第二输入端，第一输出端以及第二输出端。

优选的，所述控制器的下臂输出端输出的电压为5V。

优选的，所述分离式MOS架构的电力转换电路为降压式转换电路。

优选的，所述分离式MOS架构的电力转换电路为升压式转换电路。

优选的，所述分离式MOS架构的电力转换电路为升降压式转换电路。

一种服务器，所述服务器上包括上述任一项所述的提升电源转换效率的POL

应用本发明所提供的技术方案，包括：控制器，分离式MOS架构的电力转换电路，扼流圈；用于获得负载点转换器POL的反馈电流，当反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，当反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号的触发电路，其中第一电流阈值小于等于第二电流阈值；第一输入端与控制器的下臂输出端连接，第二输入端与触发电路连接，第一输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于在接收第一信号时，将自身的第一输入端与第一输出端导通，在接收第二信号时，将自身的第一输入端与第二输出端导通的切换电路；输入端与切换电路的第二输出端连接，输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于进行电压放大的第一放大器。

本申请的方案中，当POL的反馈电流较大时，具体的，高于第二电流阈值时，触发电路会输出第二信号，切换电路接收第二信号之后，将自身的第一输入端与第二输出端导通。由于切换电路的第一输入端与控制器的下臂输出端连接，第二输出端与第一放大器的输入端连接，而第一放大器的输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接。因此，当POL的反馈电流较大时，控制器的下臂闸级电压经过放大之后再施加至下臂的MOS管上。当POL反馈电流较大时，说明负载电流较大，此时下臂的导通损失较大，即导通损失远高于其切换损失，其闸级电压增大时，可以降低其通态电阻，使得导体损失降低，进而降低了下臂的总损失。因此，本申请的方案，当负载电流较大时，通过增大下臂的闸级电压，降低了下臂的总损失，也就提高了POL的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的基于Discrete MOSFET架构的POL；

图2为本发明中提升电源转换效率的POL的一种结构示意图；

图3为本发明中提升电源转换效率的POL的另一种结构示意图；

图4为本发明中施密特触发电路的输入输出转换曲线。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种提升电源转换效率的POL，能够提高POL的效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明中一种提升电源转换效率的POL，包括：

控制器10，分离式MOS架构的电力转换电路20，扼流圈30。

需要指出的是，图2中示出的是POL的简易结构示意图，POL中还可以包括相关的滤波电路，回授电路，驱动电路以及保护电路等等，可参照现有技术中的相关技术描述，本申请中不详细说明。分离式MOS架构与整合式MOS架构的不同之处在于，控制器与MOS管是两个个别的元件，可以借由外部的电路，改变施加在MOS管上的闸级驱动电压。

用于获得负载点转换器POL的反馈电流，当反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，当反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号的触发电路40，其中第一电流阈值小于等于第二电流阈值。

POL的反馈电流的采样点可以有多处，在图2的实施方式中，由于扼流圈30的电流变化能够准确地对负载电流的变化进行反映，因此，选取的是扼流圈30的电流作为POL的反馈电流。但在其他实施方式中，可以从其他位置进行反馈电流的获取，只要获取的反馈电流能够反映出负载电流的变化即可，并不影响本发明的实施。

当负载电流较大时，触发电路40获得的POL的反馈电流也较大，当获得的反馈电流较大时，触发电路40会输出第二信号，相应的，当负载电流较小时，触发电路40输出第一信号。具体的，当反馈电流低于第一电流阈值时，触发电路40输出第一信号，当反馈电流高于第二电流阈值时，触发电路40输出第二信号，第一电流阈值小于等于第二电流阈值。第一电流阈值以及第二电流阈值均可以根据实际情况进行设定和调整，当然，预设的第一电流阈值也可以等于第二电流阈值，此时触发电路40即为单阈值的设计。

并且需要说明的是，触发电路40根据反馈电流的大小输出第一信号或者第二信号，可以是直接将反馈电流与相应的电流阈值进行比较，根据比较结果进行第一信号或者第二信号的输出。也可以是将反馈电流转换为电压信号再进行第一信号或者第二信号的输出，将电流信号转换为电压信号之后，其比较的对象自然是相应的电压阈值，也即触发电路40可以预设相应的电压阈值，不需预设电流阈值。

第一输入端与控制器10的下臂输出端连接，第二输入端与触发电路40连接，第一输出端与分离式MOS架构的电力转换电路20的下臂输入端连接，用于在接收第一信号时，将自身的第一输入端与第一输出端导通，在接收第二信号时，将自身的第一输入端与第二输出端导通的切换电路50。

切换电路50的第二输入端与触发电路40的输出端连接，该第二输入端也即切换电路50的控制端，第二输入端接收的信号不同，切换电路50的导通规则也就相应的不同。具体的，当第二输入端接收的是第一信号时，说明此时负载电流较小，切换电路50将自身的第一输入端与第一输出端导通，使得控制器10的下臂输出端直接与分离式MOS架构的电力转换电路20的下臂输入端连通。相应的，当第二输入端接收的是第二信号时，说明此时负载电流较大，切换电路50将自身的第一输入端与第二输出端导通，使得控制器10的下臂输出端与第一放大器60连通。

输入端与切换电路50的第二输出端连接，输出端与分离式MOS架构的电力转换电路20的下臂输入端连接，用于进行电压放大的第一放大器60。

第一放大器60可以将电压进行放大。触发电路40接收到第二信号之后，第一放大器60与控制器10的下臂输出端连通，第一放大器60的输出端与分离式MOS架构的电力转换电路20的下臂输入端连接，也就使得施加在下臂的相应的MOS管上的闸级电压增大。

需要说明的是，由于MOS管的物理特征的限制，其通态电阻Rds(on)与闸级电荷Qg无法兼顾，当施加在MOS管上的闸级电压确定之后，其通态电阻Rds(on)与闸级电荷Qg便被确定，而MOS管的切换损失受Qg的影响，导通损失受Rds(on)的影响，切换损失与导通损失无法同时降低。

具体的，当施加在MOS管上的闸级电压增大时，其通态电阻Rds(on)减小，导通损失也就减小，但闸级电压增大会使得闸级电荷Qg增大，切换损失就增大。相应的，闸级电压减小，其通态电阻Rds(on)增大，导通损失也就增大，但闸级电压减小会使得闸级电荷Qg减小，切换损失也就减小。

本申请的方案中，当负载电流较大时，由于触发电路40、切换电路50以及第一放大器60的设计，使得下臂的闸级电压增大，也就降低了下臂的相应MOS管的导通损失，虽然会增大下臂的MOS管的切换损失，但由于此时下臂的导通损失占据了下臂总损失的大部分，因此下臂MOS管的总损失依旧会降低，也就实现了本申请的提高POL效率的目的。而之所以负载电流较大时，现有技术中的下臂的导通损失会远高于切换损失，上臂不会，是由于下臂的导通时间较长。因此，本申请的方案描述，是以降压式的转换电路为基础进行的描述，在降压式的转换电路中，责任周期比通常低于50％，即下臂的导通时间通常比上臂的导通时间长。而本申请的方案当然也可以用在其他形式的转换电路中，例如常见的升压式转换电路，升降压式转换电路等，但此时，触发电路40、切换电路50以及第一放大器60的设计，就需要根据实际的转换电路的形式，相应地设置在上臂或者下臂上，或者说，本申请的设计所针对的那一臂，指的是导通时间较长的那一臂，当该臂的导通时间较长，负载电流较大时，增大其闸级电压以降低该臂的总损失。

应用本发明实施例所提供的提升电源转换效率的POL，包括：控制器，分离式MOS架构的电力转换电路，扼流圈；用于获得负载点转换器POL的反馈电流，当反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，当反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号的触发电路，其中第一电流阈值小于等于第二电流阈值；第一输入端与控制器的下臂输出端连接，第二输入端与触发电路连接，第一输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于在接收第一信号时，将自身的第一输入端与第一输出端导通，在接收第二信号时，将自身的第一输入端与第二输出端导通的切换电路；输入端与切换电路的第二输出端连接，输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于进行电压放大的第一放大器。

本申请的方案中，当POL的反馈电流较大时，具体的，高于第二电流阈值时，触发电路会输出第二信号，切换电路接收第二信号之后，将自身的第一输入端与第二输出端导通。由于切换电路的第一输入端与控制器的下臂输出端连接，第二输出端与第一放大器的输入端连接，而第一放大器的输出端与分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接。因此，当POL的反馈电流较大时，控制器的下臂闸级电压经过放大之后再施加至下臂的MOS管上。当POL反馈电流较大时，说明负载电流较大，此时下臂的导通损失较大，即导通损失远高于其切换损失，其闸级电压增大时，可以降低其通态电阻，使得导体损失降低，进而降低了下臂的总损失。因此，本申请的方案，当负载电流较大时，通过增大下臂的闸级电压，降低了下臂的总损失，也就提高了POL的效率。

在本发明的一种具体实施方式中，可参见图3，触发电路40包括：

输入端与扼流圈30连接，输出端与施密特触发电路42的输入端连接，用于将扼流圈30的电流转换为扼流圈30的电压，并将转换后的电压放大的第二放大器41；

输出端与切换电路50的第二输入端连接，用于根据接收的电压输出第一信号或第二信号的施密特触发电路42。

该种实施方式中，触发电路40与扼流圈30连接，将扼流圈30上的电流作为POL的反馈电流。具体的，触发电路40中的第二放大器41的输入端与扼流圈30连接，第二放大器41的输出端与施密特触发电路42的输入端连接。由于施密特触发电路42是对电压进行判断的电路，因此该种实施方式中，需要将采样的扼流圈30的电流乘上扼流圈30自身的直流阻抗，转换为扼流圈30的电压。并且由于扼流圈30自身的直流阻抗通常为毫欧姆等级，与电流相乘之后得到的电压是毫伏等级，不符合施密特触发电路42可判断的电压标准，因此还需要将转换后的电压进行放大。

施密特触发电路42接收到第二放大器41的输出信号之后，根据其电压大小进行第一信号或者第二信号的输出，具体的，可参阅图4，图4为一种具体实施方式中施密特触发电路42的输入输出转换曲线。在该种实施方式中，当接收的电压低于预设的第一电压阈值Vtl时，施密特触发电路42输出第一信号Vcc-，当接收的电压高于预设的第二电压阈值Vth时，施密特触发电路42输出第二信号Vcc+，当接收的电压在第一电压阈值Vtl和第二电压阈值Vth之间时，输出的信号与前一时刻输出的信号相同；其中，第一电压阈值Vtl低于第二电压阈值Vth，第一信号Vcc-为低电平信号，第二信号Vcc+为高电平信号。反馈信号经过了第二放大器41的放大，可能会存在失真的现象，如果触发电路40为单阈值的设计，可能会使得触发电路40输出的信号在第一信号与第二信号之间不断地切换，因此，该种实施方式中采用双阈值的迟滞设定，当施密特触发电路42接收的电压在第一电压阈值和第二电压阈值之间时，输出的信号不会发生变化。

在本发明的一种具体实施方式中，可参阅图3，切换电路50为SPDT芯片，SPDT芯片的COM引脚，IN引脚，NC引脚以及NO引脚，依次作为切换电路50的第一输入端，第二输入端，第一输出端以及第二输出端。采用SPDT芯片作为切换电路50时，其结构简单，易于实施。

在本发明的一种具体实施方式中，控制器10的下臂输出端输出的电压为5V。由于当负载电流较小时，切换电路50会使得控制器10的下臂输出端直接与分离式MOS架构的电力转换电路20的下臂输入端连接，即此时控制器10的下臂输出端输出电压的设置，要能够使得下臂的MOS管导通，而对于大多数MOS管而言，5V的设计方案均可以使其导通，因此该种实施方式中，控制器10的下臂输出端输出的电压为5V。

相应于上面的提升电源转换效率的POL，本发明实施例还提供了一种服务器，该服务器可以包括上述任一实施例中的提升电源转换效率的POL，此处不重复说明。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提升电源转换效率的POL，其特征在于，包括：

控制器，分离式MOS架构的电力转换电路，扼流圈；

用于获得负载点转换器POL的反馈电流，当所述反馈电流低于第一电流阈值时输出第一信号，当所述反馈电流高于第二电流阈值时输出第二信号的触发电路，其中所述第一电流阈值小于等于所述第二电流阈值；

第一输入端与所述控制器的下臂输出端连接，第二输入端与所述触发电路连接，第一输出端与所述分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于在接收所述第一信号时，将自身的第一输入端与第一输出端导通，在接收所述第二信号时，将自身的第一输入端与第二输出端导通的切换电路；

输入端与所述切换电路的第二输出端连接，输出端与所述分离式MOS架构的电力转换电路的下臂输入端连接，用于进行电压放大的所述第一放大器。

2.根据权利要求1所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述触发电路为与所述扼流圈连接，用于将所述扼流圈的电流作为所述反馈电流的触发电路。

3.根据权利要求2所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述触发电路包括：

输入端与所述扼流圈连接，输出端与施密特触发电路的输入端连接，用于将所述扼流圈的电流转换为所述扼流圈的电压，并将转换后的电压放大的第二放大器；

输出端与所述切换电路的第二输入端连接，用于根据接收的电压输出所述第一信号或所述第二信号的所述施密特触发电路。

4.根据权利要求3所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述施密特触发电路为：当接收的电压低于预设的第一电压阈值时，输出所述第一信号，当接收的电压高于预设的第二电压阈值时，输出所述第二信号，当接收的电压在所述第一电压阈值和所述第二电压阈值之间时，输出的信号与前一时刻输出信号相同的电路；

其中，所述第一电压阈值低于所述第二电压阈值，所述第一信号为低电平信号，所述第二信号为高电平信号。

5.根据权利要求4所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述切换电路为SPDT芯片，所述SPDT芯片的COM引脚，IN引脚，NC引脚以及NO引脚，依次作为所述切换电路的第一输入端，第二输入端，第一输出端以及第二输出端。

6.根据权利要求1所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述控制器的下臂输出端输出的电压为5V。

7.根据权利要求1至6任一项所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述分离式MOS架构的电力转换电路为降压式转换电路。

8.根据权利要求1所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述分离式MOS架构的电力转换电路为升压式转换电路。

9.根据权利要求1所述的提升电源转换效率的POL，其特征在于，所述分离式MOS架构的电力转换电路为升降压式转换电路。

10.一种服务器，其特征在于，所述服务器上包括如权利要求1至9任一项所述的提升电源转换效率的POL。