一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置
阅读说明：本技术 一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置 (Device for inhibiting board squeaking caused by power supply mode conversion ) 是由 申同 郭月俊 杨凯 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置,包括：降压式变换电路、检流电阻、电流检测电路、控制芯片和额外负载电路；降压式变换电路的输入端连接服务器板卡电源,降压式变换电路的输出端连接检流电阻的一端,检流电阻的另一端连接服务器负载设备；电流检测电路的两个输入端分别连接在检流电阻两端,电流检测电路的输出端连接控制芯片输入引脚,电流检测电路放大检流电阻两端的压差；控制芯片的输出端连接额外负载电路,控制芯片在电流检测电路输入的电压低于设定阈值时启用额外负载电路,并在电流检测电路输入的电压高于设定阈值时关闭额外负载电路,使服务器板卡电源强制工作在脉冲宽度调制模式下。本发明能避免板卡啸叫的问题。(The invention provides a device for inhibiting board howling caused by power supply mode conversion, which comprises: the voltage-reducing type conversion circuit, the current detection resistor, the current detection circuit, the control chip and the extra load circuit; the input end of the voltage-reducing conversion circuit is connected with a server board card power supply, the output end of the voltage-reducing conversion circuit is connected with one end of a current detection resistor, and the other end of the current detection resistor is connected with server load equipment; two input ends of the current detection circuit are respectively connected to two ends of the current detection resistor, an output end of the current detection circuit is connected with an input pin of the control chip, and the current detection circuit amplifies the pressure difference between the two ends of the current detection resistor; the output end of the control chip is connected with the extra load circuit, the control chip starts the extra load circuit when the voltage input by the current detection circuit is lower than a set threshold value, and closes the extra load circuit when the voltage input by the current detection circuit is higher than the set threshold value, so that the server board card power supply can forcibly work in a pulse width modulation mode. The invention can avoid the problem of board squeaking.)
技术领域
本发明属于服务器技术领域，具体涉及一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置。
背景技术
在电路中电容、电感均可以引发啸叫。但电容器与电感器发生啸叫的原理是不同的。电感器在电路工作时，在充放电的过程中，由于磁性体磁芯磁致伸缩(磁应变)作用、磁性体磁芯磁化导致相互吸引、漏磁通导致绕组振动都可以引发电感啸叫。电容器，主要指MLCC，陶瓷的强介电性会引起压电效应，叠层电容在施加交流电之后，会在叠层方向(Z轴)发生伸缩。因为介电体的泊松比(横向变形系数)一般为0.3，所以与叠层方向(Z轴)垂直的方向(X与Y轴)，即与电路板平行的方向也会发生伸缩，结果导致电路板表面产生振动并能够听到声音。虽然电容器以及电路板的振幅仅为1pm～1nm，但振动声音已足够大到我们可以听见，会听到类似“叽”的声音。
通过总结相关案例，电容的啸叫现象多数发生在轻载模式。据其原因，因为在轻载模式下芯片一般会进入高效模式。在高效模式，系统处于半开环模式，芯片监控反馈电压但是不采取实时响应，只有当输出电压低于阈值时，才会发送几个PWM脉冲，往电感和输出电容里充一点点的电。用一句话概括即为，轻负载下，VR工作在PFM模式下，负载增大后，VR工作在PWM控制模式下。在轻载模式下，输出电压的纹波电压会比较大，同时流过电容的交流电的频率也比较离散，所以容易发生啸叫事件。轻载模式下与正常PWM模式切换的阈值没有被恰当地设置的话，系统可能会在负载电流比较大的时候仍然停留在轻载模式而无法切入Normal PWM模式，这样的后果是离散的开关脉冲也许会引起电容的啸叫。在PFM工作模式下，降低后的频率将会进入人耳可听的约20～20kHz的范围，此时功率电感器将会发生啸叫。
目前为了解决电容或电感的啸叫有几个方法。解决电容啸叫的方法有：更换电容的数值，甚至尝试不同厂家或者不同型号的电容；安装假负载(小阻值的电阻作为假负载)；多余的电容也会引起环路不稳定，导致啸叫，可尝试移除一些“可有可无”的电容；过大的输出电容会导致相位裕量过大，这会延缓进入PWM模式的时机，尝试适当减小相位裕量；解决电感啸叫的方法有：将电感浸胶后，用真空箱抽空胶内气泡，即可固定线圈，解决因为电感不固定形成的电感啸叫；降低负载电流可以解决电感啸叫问题；从开关占空比入手，稳定DC-DC开关占空比可以从根本上解决电感啸叫问题；替换啸叫电感，换一个饱和功率更大的电感或更换功率稍大的DC-DC芯片。
但是，能够引发电容或电感啸叫的因素很多，所以在采取现有避免措施时往往很难兼顾。在一个服务器或交换机产品中，小电流VR方案会使用很多，通常这些电源方案为了兼顾轻负载效率，通常会设置PFM轻载模式。因此当VR有轻载向重载变化时，即PFM向PWM模式切换时，就有可能造成电感或电容的啸叫。
发明内容
针对现有技术的无法有效解决板卡啸叫的问题，本发明提供一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置，以解决上述技术问题。
本发明提供一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置，包括：
降压式变换电路、检流电阻、电流检测电路、控制芯片和额外负载电路；所述降压式变换电路的输入端连接服务器板卡电源，所述降压式变换电路的输出端连接检流电阻的一端，检流电阻的另一端连接服务器负载设备；所述电流检测电路的两个输入端分别连接在检流电阻两端，电流检测电路的输出端连接控制芯片输入引脚，所述电流检测电路放大检流电阻两端的压差；控制芯片的输出端连接额外负载电路，所述控制芯片在电流检测电路输入的电压低于设定阈值时启用所述额外负载电路，并在电流检测电路输入的电压高于设定阈值时关闭所述额外负载电路，使服务器板卡电源强制工作在脉冲宽度调制模式下。
进一步的，所述降压式变换电路包括：
并联的第一mos管和第二mos管，第二mos管接地；第一mos管和第二mos管的并联电路与电感串联在服务器板卡电源与检流电阻之间；电感与检流电阻之间的线路设有电感连接节点，电感连接节点与电感并联电路连接，所述电感并联电路接地。
进一步的，当PWM占空比低于占空比阈值时第一mos管导通，第二mos管断开；当PWM占空比高于占空比阈值时第一mos管断开，第二mos管导通。
进一步的，所述电流检测电路包括：
运算放大器，所述运算放大器的反向输入端经第一电阻接地；运算放大器的同相输入端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接运算放大器的输出端；运算放大器的同相输入端经第三电阻连接检流电阻的另一端；运算放大器的反相输入端经第四电阻连接检流电阻的一端。
进一步的，第一电阻与第二电阻的阻值相等，第三电阻与第四电阻的阻值相等。
进一步的，所述控制芯片为复杂可编程逻辑器件。
进一步的，所述控制芯片为现场可编程逻辑门阵列。
进一步的，所述额外负载电路包括：
第三mos管和负载电阻，所述第三mos管为N型mos管；所述第三mos管的源极连接负载电阻的一端，负载电阻的另一端连接地线；第三mos管的漏极连接服务器负载设备。
进一步的，所述控制芯片包括多对输入引脚和输出引脚，每对输入引脚和输出引脚均对应一组降压式变换电路、检流电阻、电流检测电路、额外负载电路和服务器负载设备。
进一步的，将主板电源由脉冲宽度调制模式向脉冲频率调制模式转换时对应的电流检测电路输出端电压设定为阈值。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置，通过设计包括降压式变换电路、检流电阻、电流检测电路、控制芯片和额外负载电路的装置，根据负载设备的用电情况，对板卡电源的输出电流进行控制，从而保证板卡电源一直工作在脉冲宽度调制模式下，不再进行工作模式切换，从而有效避免由于板卡供电模式转换引发的板卡啸叫的问题。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
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，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是本申请一个实施例的抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置的结构示意图。
图2是本申请一个实施例的抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置的控制芯片多引脚的连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置，包括：
降压式变换电路(BUCK电路)、检流电阻(R Sence)、电流检测电路、控制芯片和额外负载电路；降压式变换电路的输入端连接服务器板卡电源，降压式变换电路的输出端连接检流电阻的一端，检流电阻的另一端连接服务器负载设备；电流检测电路的两个输入端分别连接在检流电阻两端，电流检测电路的输出端连接控制芯片输入引脚，电流检测电路放大检流电阻两端的压差；控制芯片的输出端连接额外负载电路，控制芯片在电流检测电路输入的电压低于设定阈值时启用额外负载电路，并在电流检测电路输入的电压高于设定阈值时关闭额外负载电路，使服务器板卡电源强制工作在脉冲宽度调制模式下。
其中，降压式变换电路包括：
并联的第一mos管(Q1)和第二mos管(Q2)，第二mos管接地；第一mos管和第二mos管的并联电路与电感(Lout)串联在服务器板卡电源与检流电阻(R Sence)之间；电感与检流电阻之间的线路设有电感连接节点，电感连接节点与电感并联电路(Cout)连接，所述电感并联电路接地。当PWM占空比低于占空比阈值时第一mos管导通，第二mos管断开；当PWM占空比高于占空比阈值时第一mos管断开，第二mos管导通。Q1与Q2根据芯片内部设置的PWM占空比交替打开，实现Vin到Vout的降压。该占空比阈值由mos管型号决定，因此需要根据板卡电源充电状态和放电状态的占空比阈值选择第一mos管和第二mos管的型号。
检流电阻，流过R_sense的电流即为路径上的负载电流。该电流在R_sense两端会产生压降。
电流检测电路包括：运算放大器，运算放大器(OPA1)的反向输入端经第一电阻(R1)接地；运算放大器的同相输入端连接第二电阻(R2)的一端，第二电阻的另一端连接运算放大器的输出端；运算放大器的同相输入端经第三电阻(R3)连接检流电阻的另一端；运算放大器的反相输入端经第四电阻(R4)连接检流电阻的一端。第一电阻与第二电阻的阻值相等，第三电阻与第四电阻的阻值相等。电流检测电路运放输出合适电压值，该电压值与R_sense两端压差成比例，即与电流大小成比例。
控制芯片可以选择复杂可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，本实施例选择CPLD。将主板电源由脉冲宽度调制模式向脉冲频率调制模式转换时对应的电流检测电路输出端电压设定为阈值。OPA1的输出接入CPLD/FPGA，在CPLD/FPGA内部做逻辑反转，即当输入为低时，输出为高，打开Q3，R_load消耗电流。当CPLD/FPGA输入为高时，输出为低，关闭Q3,只有Device在耗电。
额外负载电路包括：第三mos管(Q3)和负载电阻(R Load)，所述第三mos管为N型mos管；所述第三mos管的源极连接负载电阻的一端，负载电阻的另一端连接地线；第三mos管的漏极连接服务器负载设备(Device)。R_load的设计，作用是提供一个额外负载，使得VR跳过PFM模式，从而一直工作在PWM模式下。当后端负载工作电流增大到一定程度时，R_sense两端压差增大，OPA1输出成比例增大，当到达CPLD/FPGA的高电平阈值后，Q3截止。通常不具备强制PWM模式的VR方案，电流不会太大，所以R_load上的电流也不会很大，当Q3截止时，R_senses上会突然减小该部分电流，但是由于CPLD/FPGA内部逻辑高低电平为不同的电平(例：CPLD/FPGA内部高电平为3.3V)，Q3不会因为R_sense上电流突然减小再打开。从而很好使VR一直工作在PWM模式下。通过这种方式，使得VR的负载电流不会很小，从而避免了VR进入PFM模式或者有PFM到PWM的模式转换，从而在一定程度上避免了电容啸叫和电感啸叫。通过检流线路和合适的CPLD/FPGA逻辑设计，可以在合适的条件下控制Q3断开R_load,从而避免了R_Load一直在消耗能量。
请参考图2，控制芯片包括多对输入引脚和输出引脚，每对输入引脚和输出引脚均对应一组降压式变换电路、检流电阻、电流检测电路、额外负载电路和服务器负载设备。CPLD/FPGA一般都有足够的PIN脚，选取几组GPIO口，可以完成整板VR工作模式的控制，强制工作在PWM模式下，避免啸叫发生。
实施例2
本实施例提供一种抑制供电模式转换引发板卡啸叫的装置，包括：
降压式变换电路(BUCK电路)、检流电阻(R Sence)、电流检测电路、控制芯片和额外负载电路；降压式变换电路的输入端连接服务器板卡电源，降压式变换电路的输出端连接检流电阻的一端，检流电阻的另一端连接服务器负载设备；电流检测电路的两个输入端分别连接在检流电阻两端，电流检测电路的输出端连接控制芯片输入引脚，电流检测电路放大检流电阻两端的压差；控制芯片的输出端连接额外负载电路，控制芯片在电流检测电路输入的电压低于设定阈值时启用额外负载电路，并在电流检测电路输入的电压高于设定阈值时关闭额外负载电路，使服务器板卡电源强制工作在脉冲宽度调制模式下。
本实施例中，BUCK电路采用常规BUCK电路，电流检测电路采用常规运算放大电路。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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