具体实施方式

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描述。

以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先结合附图介绍该技术方案的应用场景。

本申请实施例涉及一种供电设备，该供电设备包括DC/DC电路，主要用于直流降压，本申请实施例提供的供电设备不限定具体的应用场景，该供电设备可以将直流母线提供的电压转换为负载需要的电压为负载供电。例如将直流48V转换为直流12V或者更低的直流电压。例如该供电设备应用于数据中心，负载为服务器，即用于为服务器供电。本申请实施例不具体限定DC/DC电路的实现类型，例如为隔离型DC/DC电路，或非隔离型DC/DC电路。本申请实施例提供的技术方案主要涉及对DC/DC电路输入端的控制。

下面结合附图介绍本申请实施例提供的供电设备应用于数据中心为服务器供电时的工作原理。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种供电设备的应用场景图。

例如，对于数据中心的服务器，BUSBAR上的电压可以为48V，BUSBAR上的电压大小决定于前一级功率电路的输出，例如多个整流电路的输出端连接BUSBAR，第一整流电路AC/DC1的输出端连接BUSBAR，直至第n整流电路AC/DCn的输出端连接BUSBAR，其中，第一整流电路AC/DC1的输入端和第n整流电路AC/DCn的输入端均连接市电，例如交流220V。另外，为了实现服务器的不间断供电，BUSBAR还可以连接电池，即当市电断电时，可以利用电池继续为服务器供电，保证服务器的正常运行。

集群服务器包括的很多台服务器可以均挂接在BUSBAR上，每台服务器可以对应一个供电设备，如图1所示，第一供电设备100的输入端连接BUSBAR，第一供电设备100的输出端连接第一服务器Ser1，同理，第n供电设备200的输入端连接BUSBAR，第n供电设备200的输出端连接第n服务器Ser2。

例如，第一供电设备100出现短路故障，则会拉低BUSBAR上的电压，影响第n供电设备200为第n服务器Ser2供电。

下面结合附图介绍供电设备的实现方式。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种供电设备的架构图。

供电设备包括防护电路101、缓启电路102和DC/DC电路103。

其中，防护电路101主要用于防止雷击或者浪涌引起的电压或电流毛刺。缓启电路102用于在DC/DC电路103启动之前，先进行缓启动。

DC/DC电路103用于进行进一步的降压和稳压，例如用于将供电设备输入端的48V电压降压为12V电压或者更低的电压提供为服务器。

参见图3，该图为一种供电设备的电路图。

图3为图2对应的一种电路拓扑，例如Vin为48V，Vout为12V。

供电设备的正输入端通过串联的检测电阻R和半导体开关器件M1连接DC/DC电路103的正输入端。

在DC/DC电路103启动之前，半导体开关器件M1先闭合，即缓启驱动电路102控制流过M1的电流逐渐增大，输入电压Vin为电容进行充电，待DC/DC电路103的输入电压达到预设电压时，DC/DC电路103才开机启动。

检测电阻R用来检测电流，例如采集检测电阻R两端的电压，由于R的阻值已知，因为采样电压除以阻值便为流过R的电流。一般电流检测时采用高端运放进行信号处理，但是高端运放的延时比较大，利用检测的电流判断发送短路故障，再控制半导体开关器件断开，短路电流便会增加到比短路电流阈值更大的值，因此，半导体开关器件断开时需要承受较大的电流冲击，遭受的应力因为延时进一步恶化。具体实现时，电流检测电路101用于采集流过检测电阻R的电流，当该电流大于预设电流阈值时，表明负载已经发生短路故障，则控制器控制半导体开关器件M1断开，例如控制器由微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)来实现，MCU104控制半导体开关器件M1关闭，具体地，MCU104可以向缓启驱动电路102发送控制信号，缓启驱动电路102根据控制信号控制M1断开。本申请实施例不限定M1的具体实现方式，例如M1为MOS管。

由于流过检测电阻R的电流也流过M1，因此，通过检测电流来判断短路故障，原理为电流已经较大时才判断短路故障，导致M1流过较大的电流，而且M1的漏极和源极之间已经承受较大的电压应力，即Vds较大，不利于M1的选型。应该理解，半导体开关器件的耐流越大，则价格越高，而且耐压应力越大，则价格也越高，选型比较困难。另外，在集群服务器中，由于服务器数量较多，对应的供电设备数量较多，因此，半导体开关器件的数量较多，因此整体成本较高。

供电设备实施例

本申请实施例为了解决以上的技术问题，提供一种供电设备，该供电设备在直流/直流DC/DC电路开机前，并不闭合缓启开关，例如缓启MOS，而是先通过预充电路为直流/直流DC/DC电路的输入端的电容进行预充电，当判断直流/直流DC/DC电路正常未短路时，才闭合缓启MOS，从而避免直接闭合缓启开关，当直流/直流DC/DC电路短路时，对缓启开关造成损坏，避免缓启开关承受较大的电流进而较大的漏源电压应力。

下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的供电设备。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种供电设备的示意图。

本实施例提供的供电设备的输入端用于连接直流电源(图中未示出)，例如连接前一级功率电路输出的直流48V，应该理解，仅是以48V举例说明，可以在48V上下波动一定的电压范围。

其中，供电设备输出直流电用于为负载供电；不限定负载的具体类型，下面实施例中以主板300为例进行介绍。

供电设备包括：缓启开关M1、预充电电路、电感L、直流/直流DC/DC电路103和控制器。

本申请实施例中以控制器为MCU104为例进行介绍，另外，控制器也可以为单片机或数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)等。

预充电电路包括预充开关；本实施例中以预充开关为MOS为例进行介绍，也可以为其他类型的半导体开关器件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate BipolarTransistor)。

缓启开关M1的第一端连接供电设备的输入端，缓启开关M1的第二端通过电感L连接DC/DC电路103的输入端，即缓启开关M1的第二端连接电感L的第一端，电感L的第二端连接DC/DC电路103的输入端。其中缓启开关M1以MOS为例进行介绍。

应该理解，在缓启开关M1与供电设备的输入端之间还连接防浪涌电路，用于抑制浪涌对于后续电路的干扰。

另外，电感L的两侧与地之间分别连接一个电容，即第一电容C1连接在电感L的第一端与地之间，第二电容C2连接在电感L的第二端与地之间。C1和C2可以起到滤波的作用，同时作为直流母线电容。

电感L的作用主要是隔离电流，当电流发生突变时，电感L上的电流不会突变，即由于电感L的隔离作用，缓启开关M1上的电感不会突变，从而避免缓启开关M1承受较大的电流冲击。

预充电电路并联在缓启开关M1的第一端和第二端；即预充开关M2与缓启开关M1并联，当M2闭合时，可以将M1旁路，本申请实施例提供的供电设备，在DC/DC电路103开机前，M1断开，M2闭合，即通过M2形成的通路，通过电感L为第二电容C2充电，建立DC/DC电路103输入端的电压。

MCU104，用于控制预充开关M2闭合及缓启开关M1断开，即初始状态，预充开关M2和缓启开关M1均断开，MCU104不发送控制信号时，M1和M2均默认为断开状态，在DC/DC电路103启动之前，MCU104控制缓启开关M1断开，控制预充开关M2闭合。MCU104，还用于在M2闭合之后，DC/DC电路103输入端的电压大于等于第一预设电压阈值时，说明DC/DC电路103正常，即负载正常未短路，可以控制缓启开关M1闭合，可以使DC/DC电路103开机启动。

应该理解，本申请实施例中，缓启开关M1和预充开关M2均由MCU104来控制，即MCU104向缓启开关M1和预充开关M2分别发送控制信号，例如可以为脉冲信号，当脉冲信号为高电平时，对应的开关闭合，脉冲信号为低电平时，对应的开关断开。另外，还可以包括缓启驱动电路102，MCU104将脉冲信号发送给缓启驱动电路102，缓启驱动电路102根据脉冲信号控制缓启开关M1的开关状态。同理，预充开关M2也可以具有对应的驱动电路，在此不再赘述。

本申请实施例提供的供电设备，在DC/DC电路启动之前，断开缓启开关，闭合预充电电路中的预充开关，即通过预充电电路形成的通路为DC/DC电路103的输入端建立电压。即使DC/DC电路103或者负载短路，由于缓启开关断开，因此短路电流也不会流过缓启开关，即缓启开关承受的电流应力为0。控制器通过DC/DC电路输入端的电压判断是否发生短路故障，例如DC/DC电路输入端的电压大于等于第一电压阈值，说明未发生短路故障，电路正常，可以闭合缓启开关，DC/DC电路可以正常开机。本实施例中的短路故障可能是DC/DC电路出现异常引起的，也可能是负载异常引起的，本申请实施例中不做具体限定。

本申请实施例提供的供电设备，在DC/DC电路或负载发生短路故障时，可以控制预充电开关断开，缓启开关继续保持断开，实现短路故障的有效隔离，避免短路故障影响BUSBAR上的电压。另外，该供电设备并不是通过检测供电通路上的电流来判断是否发生短路故障，而且是正常时才闭合缓启开关，因此，可以避免故障时对缓启开关造成电流冲击，使缓启开关承受较大的电压应力。因此，本申请实施例提供的供电设备有利于缓启开关的选型，降低整个设备的成本。

另外，当DC/DC电路输入端的电压小于第一预设电压阈值时，说明DC/DC电路或者DC/DC电路的后级电路或负载出现短路故障，即DC/DC电路的输入电压较低，小于第一预设电压阈值，此时不能闭合缓启开关M1，而是MCU104继续控制缓启开关M1断开。应该理解，此时预充开关M2可以继续闭合，也可以控制其断开，为了降低电路功耗，可以控制M2断开。

以上介绍的是DC/DC电路启动前的短路检测和保护，下面介绍DC/DC电路启动后正常运行过程中的短路检测和故障隔离。

MCU104，还用于在缓启开关M1闭合后，当DC/DC电路103输入端的电压小于第二预设电压阈值时，说明DC/DC电路103或后级电路发生短路，此时需要控制缓启开关M1断开，即隔离短路故障，将DC/DC电路103及后级电路与BUSBAR断开，避免短路故障影响BUSBAR，即拉低BUSBAR的电压，影响BUSBAR为其他路DC/DC电路供电，甚至引起整个供电系统掉电。

本申请实施例不限定第一预设电压阈值与第二预设电压阈值的大小关系，例如，第一预设电压阈值可以等于第二预设电压阈值，第一预设电压阈值也可以大于第二预设电压阈值，第一预设电压阈值也可以小于第二预设电压阈值。另外由于DC/DC电路运行过程中，DC/DC电路103输入端的电压一般大于启动前DC/DC电路103输入端的电压，第一预设电压阈值是DC/DC电路开机前判断是否短路的阈值，第二预设电压阈值是DC/DC电路已经开机正常运行时判断是否短路的阈值，因此，可以设置第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

由于本申请实施例提供的供电设备，在DC/DC电路运行过程中，通过DC/DC电路输入端的电压判断是否出现短路故障，由于电压下降时，由于电感L的隔离电流的作用，电流还未来得及突变，因此，缓启开关M1上的电流还没有突变到很大，就已经通过电压的突变关闭了缓启开关M1，因此，会降低缓启开关M1在保护过程中的电压应力和电流应力，降低缓启开关M1的安全工作区(SOA，Safe Operating Area)。由于SOA为线性区，当MOS管长期在线性区工作时，便需要MOS管的SOA能力足够强大。但是，MOS管的SOA能力越大，则对应MOS管的导通电阻Rdson也会较大，通常SOA性能较好的MOS管，Rdson通常会增加一倍。Rdson越大，则MOS管工作时的功耗也越大。因此，为了降低功耗，希望MOS管的SOA越低越好。

本申请实施例提供的供电设备，MOS管可以选择较小SOA的器件，对应MOS管的Rdson也较小，从而降低MOS管的导通损耗，而且SOA较小的MOS管的封装尺寸也较小。

本申请实施例提供的供电设备，采用电压检测是否发生短路故障，而不是采用电流检测。如果采用电流检测，当每路供电设备插拔或者供电设备的输入端存在雷击浪涌时，都会引起电压波动，例如Vin从42V波动到48V，则会对电容C2或C1进行充电，充电时会引起电流波动，此时电流检测电路检测到过大的电流则判断出现短路故障，而进行故障隔离，此时是因为输入端的电压波动引起的电流波动，并不是真正的短路故障，因此将会导致电流保护误动作。但是，本申请实施例采用电压检测短路故障，由于第二预设电压阈值可以设置的比较大，超过供电设备输入端电压波动的电压范围，因此供电设备输入端电压波动不会影响短路的判断，例如第二预设电压阈值设置为30V，而一般输入电压的波动范围一般不会超过10V，因此，利用DC/DC电路的输入电压相对于检测供电通路上的电流来判断是否短路更加准确，因此，利用电压判断短路不受供电设备输入端电压波动的影响，例如不会因为插拔或者雷击浪涌等引起短路保护误动作。

另外，为了DC/DC电路开机启动前，预充电时预充电流冲击太大，本申请实施例提供的供电设备还可以包括限流电阻，下面结合附图进行介绍。

参见图5A，该图为本申请实施例提供的另一种供电设备的示意图。

本实施例提供的供电设备还包括限流电阻R3，限流电阻R3与预充开关M2串联后并联在缓启开关M1的两端，即R3和M2串联后并联在M1的第一端和第二端。

当预充开关M2闭合时，供电设备输入端的直流电通过R3和M2和电感L为DC/DC电路103输入端的电容C2充电，建立DC/DC电路103的输入电压。如果DC/DC电路短路或者后级短路，则DC/DC电路103的输入电压无法建立，即输入电压比较小，因此，MCU104检测DC/DC电路103的输入电压较小时，判断发生短路故障。只有MCU104判断DC/DC电路103的输入电压大于等于第一预设电压阈值时，才控制缓启开关M1闭合，控制预充开关M2断开。

为了降低预充电流，限流电阻R3的阻值可以比较大，例如几千欧姆至十几欧姆均可以，由于限流电阻R3的阻值比较大，因此，预充电流比较小，当预充电阶段，出现短路故障时，直流母线承受的电流冲击很小，近乎为0。

参见图5B，该图为本申请实施例提供的再一种供电设备的示意图。

本实施例提供的供电设备还包括预充驱动电路105，预充驱动电路105用于接收MCU104发送的控制预充开关M2驱动信号，根据驱动信号控制预充开关M2的开关状态。

DC/DC电路103输入端的电压可以通过电压检测电路来检测，即本申请实施例提供的供电设备还包括：电压检测电路，下面结合附图进行详细介绍。

参见图6，该图为本申请实施例提供的又一种供电设备的示意图。

本实施例提供的供电设备中的电压检测电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1和第二电阻R2串联后连接在DC/DC电路103的输入端。

电压检测电路，用于检测DC/DC电路103输入端的电压，并将检测的DC/DC电路103输入端的电压发送给控制器，即MCU104。

从图6中可以看出，R1和R2串联后与第二电容C2并联，即R1的第一端连接DC/DC电路103的正输入端，R1的第一端通过R2连接DC/DC电路103的负输入端。

应该理解，R1和R2形成分压电路，MCU104测量的是分压后的电压，本申请实施例不限定R1和R2的具体阻值，可以根据MCU104的信号输入范围来设置。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的供电设备，下面结合时序图介绍具体的工作原理。

参见图7，该图为本申请实施例提供的DC/DC电路开启前的时序图。

图7中Vin表示供电设备的输入电压，M2表示预充开关的驱动信号，M1表示缓启开关的驱动信号。

例如，供电设备的输入端上电后的预设时间段t1后，MCU控制预充开关M2闭合，即利用输入电压Vin为DC/DC电路输入端的电容进行充电，建立DC/DC电路的输入电压。在预充开关M2闭合第一预设时间段t2后，判断DC/DC电路输入端的电压大于等于所述第一预设电压阈值，表明没有发生短路故障，可以正常启动DC/DC电路，控制缓启开关M1闭合。

下面结合图8介绍DC/DC电路工作过程中发生短路时的时序控制。

参见图8，该图为本申请实施例提供的DC/DC电路工作过程中的时序图。

DC/DC电路输入端的电压V1小于第二预设电压阈值时，MCU控制缓启开关M1断开，从而隔离短路故障，保护BUSBAR。

供电设备包括至少两个DC/DC电路，至少两个DC/DC电路的输入端并联在一起，至少两个DC/DC电路的输出端并联在一起。

下面以两个DC/DC电路并联为例进行介绍。

参见图9，该图为本申请实施例提供的再一种供电设备的示意图。

本实施例提供的供电设备包括第一DC/DC电路1031和第二DC/DC电路1032，第一DC/DC电路1031的输入端和第二DC/DC电路1032的输入端并联在一起，第一DC/DC电路1031的输出端和第二DC/DC电路1032的输出端并联在一起。应该理解，多个DC/DC电路并联可以提高输出电流，即提高带载能力，即两个DC/DC电路的输出端并联在一起共同为主板300供电。

本申请实施例提供的供电设备在检测短路故障时，可以分别检测第一DC/DC电路1031输入端的电压和第二DC/DC电路1032输入端的电压，只要其中一个DC/DC电路输入端的电压小于等于第一预设电压阈值，则说明出现短路故障，则缓启开关M1需要断开，即隔离短路故障，断开第一DC/DC电路1031和第二DC/DC电路1032与BUSBAR的连接。

图9中仅是以两个DC/DC电路并联为例进行介绍，实际中可以为更多个DC/DC电路并联在一起为主板供电，本申请实施例不做具体限定，只要判断短路是通过检测DC/DC电路输入端的电压来隔离短路故障均在本申请保护的范围内。

供电系统实施例

基于以上实施例提供的一种供电设备，本申请实施例还提供一种供电系统，下面结合附图进行详细介绍。

参见图10，该图为本申请实施例提供的一种供电系统的示意图。

本实施例提供的供电系统，包括：整流AC/DC电路400、母排BUSBAR和以上任意一个实施例介绍的供电设备100。

AC/DC电路400的输入端用于连接交流电源，AC/DC电路400的输出端连接母排BUSBAR；本申请实施例不限定母排BUSBAR上电压的大小，图中仅是示意48V，实际工作时可能存在波动，例如36V-72V之间波动，由于母排BUSBAR不直接为负载供电，因此，允许电压存在波动。

供电设备100的输入端连接母排BUSBAR，供电设备用于将母排BUSBAR的电压进行进一步降压，图中的DC/DC电路103为第一级降压电路，后级还可以包括第二级稳压电路。即本申请实施例中供电设备包括DC/DC电路103还包括负载Load，其中负载Load可以包括第二级稳压电路，即将12V电压降低为更低更准确的电压为用电设备供电，例如转换为3.3V、1.8V等。

本申请实施例提供的技术方案主要用于对于BUSBAR连接的供电设备的短路隔离，由于BUSBAR上连接多个供电设备，图10中仅示意出了一个供电设备100，实际工作时，存在多个供电设备共用BUSBAR，参见图1。为了避免其中一个供电设备出现短路故障，影响BUSBAR上的电压，需要尽快隔离出现短路的供电设备，但是首先需要准确检测出短路故障，本申请实施例提供的方案，为了降低缓启开关的电压应力和电流应力，并且准确检测短路故障，在DC/DC电路103启动之前，采用了预充电电路，并且检测DC/DC电路103输入端的电压来判断是否出现短路故障。

本实施例提供的供电系统，还包括：备电电池BAT。

备电电池BAT连接母排BUSBAR；

备电电池BAT，用于在交流电源断电时，用于为母排BUSBAR提供直流电，进而保证为服务器不间断供电，保证服务器的正常运行。

为了提高母排BUSBAR的带载能力，供电系统一般包括至少两个AC/DC电路，图10中仅画出了一个，具体可以参见图1，至少两个AC/DC电路的输入端并联，至少两个AC/DC电路的输出端均连接母排。

服务器机柜

基于以上实施例提供的一种供电设备及供电系统，本申请实施例还提供一种服务器机柜，下面结合附图进行详细介绍。本申请实施例不限定

参见图11，该图为本申请实施例提供的一种服务器机柜的示意图。

本申请实施例提供的一种服务器机柜1000，包括：集群服务器和以上任意一个实施例提供的供电系统500。供电系统500用于为集群服务器中的每个服务器Ser供电。

集群服务器包括多个服务器Ser，即以上实施例介绍的服务器节点，本申请实施例不限定服务器机柜中的服务器Ser的数量，可以根据实际应用场景来设置。服务器机柜1000中包括服务器Ser和供电系统500，即服务器机柜1000可以作为一个整体，直接连接市电，例如AC220V。供电系统500中的AC/DC电路先将220V的交流转换为直流，然后利用供电设备中的DC/DC电路进行第一级的直流-直流的电压转换，例如将48V转换为12V提供给负载，服务器内部可以再将12V转换为服务器内部需要的电压，例如3.3V和1.2V等。

多个服务器均可以利用服务器机柜中的铜排进行供电。本申请实施例提供的供电系统500输出的电源连接铜排(图中未示出)，铜排可以布设在服务器机柜1000的背板上。另外，服务器机柜1000的内部还包括交换机600，一种具体的实现方式为，交换机600位于服务器机柜1000的中部，交换机600的上下分别设有多个服务器Ser。

由于供电系统中负载或AC/DC电路发生短路故障时，可以及时隔离短路故障，因此，母排的电压不会因为短路故障被拉低，不会影响其他的服务器供电，从而保证服务器的正常工作。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。