本發(fā)明涉及電源控制技術(shù)，尤其涉及一種高算力處理器供電電源的動態(tài)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、2020年中國數(shù)據(jù)中心的總耗電量超過2000億千瓦時，占到總用電量的2.7％。隨著社會所需的算力越來越大，數(shù)據(jù)中心的能耗依舊保持著高增長，到2030年，預(yù)計數(shù)據(jù)中心的耗電量將占全球耗電量的14％。數(shù)據(jù)中心的能耗水平主要由其供電架構(gòu)決定。傳統(tǒng)的12v直流母線電壓，因其多級的功率變換降低了系統(tǒng)的整體效率及可靠性。過大的電流將在傳輸母線上產(chǎn)生過多的損耗，顯著降低端到端的效率。因此，具有更少的功率變換級數(shù)、更高效率以及更低成本的48v配電母線結(jié)構(gòu)，將直流母線電壓提升4倍，從而電流減小到原來的四分之一，傳輸母線上的損耗得以大大減小。因此，在大電流負(fù)載場合下，48v配電母線結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用并形成了豐富的生態(tài)系統(tǒng)。

2、cpu現(xiàn)在的發(fā)展仍然遵循摩爾定律，但是gpu的發(fā)展已經(jīng)超過了摩爾定律的約束，gpu的算力在急速提高的同時對其供電提出新的要求，以某gpu為例，在額定工況下，核心的額定電壓為0.8v，額定電流達(dá)到600a。而在gpu加速模式時，gpu所需電流高達(dá)1200a與1.1v電壓。這對48v直流母線到處理器芯片之間的vrm提出了更高的要求。此外，而且由于微處理器的工作特性，其需要在高功耗與低功耗狀態(tài)下頻繁切換，這就要求了電源具備較高的動態(tài)電流響應(yīng)能力，這些都對供電電源提出了更高的要求。

3、目前，根據(jù)48v母線電壓調(diào)節(jié)器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以分為單級式、兩級式以及混合式三類。其中基于部分功率傳輸思想的混合型準(zhǔn)并聯(lián)拓?fù)?，采用輸入串?lián)輸出并聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要由固定變比的隔離型dcx模塊以及負(fù)責(zé)負(fù)載端調(diào)壓的非隔離型pwm模塊構(gòu)成，具備更高效率的潛在優(yōu)勢。

4、llc諧振變換器可以在寬負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān)，使得其能夠在超高頻率下工作，在實現(xiàn)高密度集成的同時實現(xiàn)高效率。因此被視為混合式架構(gòu)處理器中，作為供電主通路的dcx模塊的合適選擇。以某混合型變換器為例，其中l(wèi)lc諧振變換器保持在最優(yōu)頻率點附近穩(wěn)定工作的同時，承擔(dān)大部分功率輸出。pwm模塊選擇buck電路實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)功能。使得混合型變換器能夠在滿足寬電壓適應(yīng)范圍的同時維持較高的工作效率。

5、然而，llc諧振變換器對于負(fù)載動態(tài)變化的響應(yīng)速度存在一定缺陷，尤其在負(fù)載電流發(fā)生階躍的瞬態(tài)工況下，其輸出電壓易發(fā)生大幅度波動。對于該混合型變換器，現(xiàn)有控制策略是在檢測負(fù)載階躍發(fā)生后，將buck電路從調(diào)壓狀態(tài)切換至全導(dǎo)通或關(guān)閉狀態(tài)，盡可能快速響應(yīng)負(fù)載電流變化。盡管該策略能夠在一定程度上改善動態(tài)性能，但由于buck電路輸出電感的限制，電流的變化速率仍受約束，導(dǎo)致動態(tài)響應(yīng)性能不理想。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種動態(tài)響應(yīng)性能更高的高算力處理器供電電源的動態(tài)控制方法及系統(tǒng)

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種高算力處理器供電電源的動態(tài)控制方法，所述方法基于dcx-pwm混合型直流變換器實現(xiàn)，所述dcx-pwm混合型直流變換器包括輸入直流電源、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、第八開關(guān)管、變壓器、第一電容、第二電容、第三電容、第一電感、第二電感，所述方法包括：

4、對dcx-pwm混合型直流變換器連接負(fù)載時輸出的負(fù)載電流、負(fù)載電壓進(jìn)行采樣；

5、穩(wěn)態(tài)控制器和pwm控制器聯(lián)合進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制，其中，穩(wěn)態(tài)控制器向驅(qū)動器輸出用于控制第一開關(guān)管到第六開關(guān)管的控制命令，pwm控制器根據(jù)負(fù)載電壓向pwm驅(qū)動器輸出用于控制第六開關(guān)管和第七開關(guān)管的控制命令；

6、動態(tài)軌跡控制器獲取由第一電感、第一電容和變壓器原邊勵磁電感共同構(gòu)成的諧振腔的運(yùn)行狀態(tài)軌跡，其中，所述諧振腔的運(yùn)行狀態(tài)軌跡為以第一電容電壓為x軸坐標(biāo)、以第一電感電流為y軸坐標(biāo)的坐標(biāo)軌跡；

7、當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍上升時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于上半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第一開關(guān)管、第四開關(guān)管和第六開關(guān)管同時導(dǎo)通的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與重載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器；其中，所述重載軌跡為以負(fù)載電流階躍上升引起的第一電感電流上升后的值為半徑畫出的圓；

8、驅(qū)動器和pwm驅(qū)動器根據(jù)接收到的控制命令生成開關(guān)管控制信號，控制對應(yīng)開關(guān)管的導(dǎo)通、關(guān)斷和占空比。

9、進(jìn)一步的，所述方法還包括：

10、當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍上升時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于下半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第一開關(guān)管、第四開關(guān)管和第五開關(guān)管同時導(dǎo)通的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與重載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器。

11、進(jìn)一步的，所述方法還包括：

12、當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍下降時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于上半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第六開關(guān)管關(guān)斷的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與輕載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器，其中，所述輕載軌跡為以負(fù)載電流階躍下降引起的第一電感電流下降后的值為半徑畫出的圓。

13、進(jìn)一步的，所述方法還包括：

14、當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍下降時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于下半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第五開關(guān)管關(guān)斷的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與輕載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器，其中，所述輕載軌跡為以負(fù)載電流階躍下降引起的第一電感電流下降后的值為半徑畫出的圓。

15、進(jìn)一步的，所述穩(wěn)態(tài)控制器和pwm控制器聯(lián)合進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制，具體包括：

16、所述穩(wěn)態(tài)控制器控制第一開關(guān)管至第六開關(guān)管的工作頻率相同，且等于第一電感和第一電容的諧振頻率，控制第一開關(guān)管、第三開關(guān)管和第五開關(guān)管同時導(dǎo)通，或第二開關(guān)管、第四開關(guān)管和第六開關(guān)管同時導(dǎo)通，控制第一開關(guān)管和第二開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，占空比均為0.5；

17、所述pwm控制器控制第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的工作頻率相同，且互補(bǔ)導(dǎo)通，并在負(fù)載電壓大于預(yù)設(shè)參考電壓時，輸出增大第七開關(guān)管的占空比的控制命令，以使得負(fù)載電壓減小至預(yù)設(shè)參考電壓；以及在負(fù)載電壓小于預(yù)設(shè)參考電壓時，輸出減小第七開關(guān)管的占空比的控制命令，以使得負(fù)載電壓減小至預(yù)設(shè)參考電壓。

18、一種高算力處理器供電電源的動態(tài)控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括dcx-pwm混合型直流變換器，所述dcx-pwm混合型直流變換器包括輸入直流電源、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管、第八開關(guān)管、變壓器、第一電容、第二電容、第三電容、第一電感、第二電感，所述系統(tǒng)還包括：

19、采樣模塊，用于對dcx-pwm混合型直流變換器連接負(fù)載時輸出的負(fù)載電流、負(fù)載電壓進(jìn)行采樣；

20、穩(wěn)態(tài)控制器，用于向驅(qū)動器輸出用于控制第一開關(guān)管到第六開關(guān)管的控制命令；

21、pwm控制器，用于根據(jù)負(fù)載電壓向pwm驅(qū)動器輸出用于控制第六開關(guān)管和第七開關(guān)管的控制命令；

22、動態(tài)軌跡控制器，包括軌跡獲取單元和第一軌跡控制單元，所述軌跡獲取單元用于獲取由第一電感、第一電容和變壓器原邊勵磁電感共同構(gòu)成的諧振腔的運(yùn)行狀態(tài)軌跡，其中，所述諧振腔的運(yùn)行狀態(tài)軌跡為以第一電容電壓為x軸坐標(biāo)、以第一電感電流為y軸坐標(biāo)的坐標(biāo)軌跡；所述第一軌跡控制單元用于當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍上升時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于上半周期的任意一點時，切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第一開關(guān)管、第四開關(guān)管和第六開關(guān)管同時導(dǎo)通的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與重載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器；其中，所述重載軌跡為以負(fù)載電流階躍上升引起的第一電感電流上升后的值為半徑畫出的圓；

23、驅(qū)動器，用于根據(jù)接收到的控制命令生成開關(guān)管控制信號，控制對應(yīng)開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷和占空比；

24、pwm驅(qū)動器，用于根據(jù)接收到的控制命令生成開關(guān)管控制信號，控制對應(yīng)開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷和占空比。

25、進(jìn)一步的，所述動態(tài)軌跡控制器還包括：

26、第二軌跡控制單元，用于當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍上升時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于下半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第一開關(guān)管、第四開關(guān)管和第五開關(guān)管同時導(dǎo)通的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與重載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器。

27、進(jìn)一步的，所述動態(tài)軌跡控制器還包括：

28、第三軌跡控制單元，用于當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍下降時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于上半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第六開關(guān)管關(guān)斷的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與輕載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器，其中，所述輕載軌跡為以負(fù)載電流階躍下降引起的第一電感電流下降后的值為半徑畫出的圓。

29、進(jìn)一步的，所述動態(tài)軌跡控制器還包括：

30、第四軌跡控制單元，用于當(dāng)采樣的負(fù)載電流階躍下降時，且諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡位于下半周期的任意一點時，動態(tài)軌跡控制器切斷穩(wěn)態(tài)控制器的輸出，并向驅(qū)動器輸出控制第五開關(guān)管關(guān)斷的控制命令，使得諧振腔運(yùn)行狀態(tài)軌跡發(fā)生變化；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)軌跡與輕載軌跡相交時，重新切換回穩(wěn)態(tài)控制器，其中，所述輕載軌跡為以負(fù)載電流階躍下降引起的第一電感電流下降后的值為半徑畫出的圓。

31、進(jìn)一步的，所述具體用于控制第一開關(guān)管至第六開關(guān)管的工作頻率相同，且等于第一電感和第一電容的諧振頻率，控制第一開關(guān)管、第三開關(guān)管和第五開關(guān)管同時導(dǎo)通，或第二開關(guān)管、第四開關(guān)管和第六開關(guān)管同時導(dǎo)通，控制第一開關(guān)管和第二開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，占空比均為0.5；

32、所述pwm控制器具體用于控制第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的工作頻率相同，且互補(bǔ)導(dǎo)通，并在負(fù)載電壓大于預(yù)設(shè)參考電壓時，輸出增大第七開關(guān)管的占空比的控制命令，以使得負(fù)載電壓減小至預(yù)設(shè)參考電壓；以及在負(fù)載電壓小于預(yù)設(shè)參考電壓時，輸出減小第七開關(guān)管的占空比的控制命令，以使得負(fù)載電壓減小至預(yù)設(shè)參考電壓。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：本發(fā)明基于第一電感、第一電容和變壓器原邊勵磁電感共同構(gòu)成的諧振腔的運(yùn)行狀態(tài)軌跡，采用動態(tài)軌跡控制器對開關(guān)管進(jìn)行動態(tài)控制，實現(xiàn)了在極短時間內(nèi)完成電流階躍響應(yīng)，極大地提升了變換器的動態(tài)響應(yīng)性能。