多级串联供电电路、方法、装置、挖矿机和服务器与流程

本发明涉及串联供电技术，尤其是一种多级串联供电电路、方法、装置、虚拟数字币挖矿机和计算机服务器。

背景技术：

现有矿机的供电电路采用同步整流buck电路的方式为芯片提供稳定的电源，为了提高效率和同步整流buck电路的利用率，提出了将负载芯片多级串联的技术方案；图1为现有技术串联负载芯片的供电电路图。如图1所示，输入电压vin经过同步整流buck电路转换为输出电压vo给芯片供电，所有芯片串联使用，每个芯片的内阻并不是完全一致的，当输出电压vo向芯片供电时，因为内阻不同，每个芯片分到的电压就不一致，为保证所有芯片正常工作，需要调高输出电压vo来保证所有芯片的电压都能达到正常工作电压vcore；串联的芯片数量越多，加在芯片两端的电压一致性就越差，为保证所以芯片都能正常工作，需要的输出电压vo就越高，造成了整体功耗变大。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种提供供电效率的多级串联供电技术。

本发明实施例提供的一种多级串联供电电路，包括：

在供电端与地之间串行连接至少两组待供电芯片组，每组所述待供电芯片组包括至少一个待供电芯片；

所述每两组串行连接的待供电芯片组之间设有一个监测点，每个所述监测点串行一个电压平衡单元；

监测单元，用于监测监测点的电压值，将所述监测点的电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果控制电源平衡单元；

所述电压平衡单元，用于根据所述监测单元的控制调整所述监测点的电压值，使调整后监测点的电压值等于预设电压值。

在基于本发明上述电路的另一个实施例中，所述预设电压值的取值与串行连接的待供电芯片组的数量相关。

在基于本发明上述电路的另一个实施例中，所述电压平衡单元，用于通过对监测点进行充电或放电，以调整监测点的电压值。

在基于本发明上述电路的另一个实施例中，所述监测单元，包括至少一个监测子模块，每个监测子模块监测一个监测点的电压值，所述每个监测子模块中预存一个预设电压值；

所述监测子模块根据所监测的监测点的电压值与预存的预设电压值的比较结果，控制与所述监测点连接的电压平衡单元调整所述监测点的电压值。

在基于本发明上述电路的另一个实施例中，所述监测单元，包括：

监测模块，用于监测所有监测点的电压值；

电压值列表，用于预存对应所有监测点的至少一个预设电压值，所述电压值列表中每个监测点对应一个预设电压值；

控制模块，用于分别将所述监测模块获得的每个监测点电压值与电压值列表中对应监测点的预设电压值进行比较，并根据比较结果分别控制与所述监测点连接的电压平衡单元调整所述监测点的电压值。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种多级串联供电方法，包括：

监测串行连接在供电端与地之间的至少两组待供电芯片组中每个监测点的电压值；所述监测点设置在每两组串行连接的待供电芯片组之间；每组所述待供电芯片组包括至少一个待供电芯片；

将所述监测点的电压值与预设电压值进行比较，根据比较结果调整所述监测点的电压值，使调整后监测点的电压值等于预设电压值。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种多级串联供电装置，包括：如上所述的多级串联供电电路。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种虚拟数字币挖矿机，包括机箱、位于机箱内部的控制板、与控制板连接的扩展板以及与扩展板连接的包含如上所述多级串联供电电路的运算板。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种计算机服务器，包括主板、与主板电连接的内存盘和硬盘、为主板供电的电源、以及包含如上所述多级串联供电电路的中央处理单元。

基于本发明上述实施例提供的一种多级串联供电电路、方法、装置、挖矿机和计算机服务器，在供电端和地之间串行连接至少两组待供电芯片组，通过串行方式提高同步整流电路的利用率，每组待供电芯片组包括至少一个待供电芯片，通过分组的方式减小了保证芯片正常工作所需电压；每两组串行连接的待供电芯片组之间设有一个监测点，每个监测点串行一个电压平衡单元，通过设置监测点实现对每组待供电芯片组单独监测和调控；监测单元通过监测监测点的电压值，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果控制电源平衡单元，实现实时调控监测点电压，即实时调控每组待供电芯片的电压；电压平衡单元，根据监测单元的控制调整监测点的电压值，使调整后监测点的电压值等于预设电压值，实现了将每组待供电芯片的输入电压都控制在预设电压值，使每组待供电芯片组的供电电压平衡，提高了芯片供电的效率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为现有技术串联负载芯片的供电电路图。

图2为多组降压串联负载芯片的供电电路图。

图3为本发明多级串联供电电路一个实施例的结构示意图。

图4为本发明多级串联供电电路一个具体示例的电路图。

图5为本发明上述各实施例多级串联供电电路的一个具体示例的电路图。

图6为本发明多级串联供电方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明实施例可以应用于计算机系统/服务器，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与计算机系统/服务器一起使用的众所周知的计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。

计算机系统/服务器可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。

为解决串联芯片供电造成升压问题，提出了多级串联供电的技术方案，图2为分多组降压电路供电电路图。如图2所示，假设芯片数量为9个，芯片每3个一组串联，每组芯片使用独立的降压电路，实现每组芯片供电电压为1/3vo。

如图2所示，输入电压vin经过同步整流buck电路转换为输出电压vo，vo经过3组降压电路转换为3组输出电压，每组输出电压为1/3vo，芯片每3个一组串联使用。这种方法将9个芯片串联使用简化为3组3个芯片串联使用，分三组电源供电，减少了使用同一电源供电的芯片数量，这样加在每个芯片两端的电压一致性就提高，每组芯片工作效率得到提高。但是，从图2中可以看出，该电路需要增加三组降压电路，每组芯片需要电流io，三组电路总电流大小为3io，电路总功耗是3vo*io。而图1示9个电阻串联使用工作电流仅需io，总功耗是vo*io。可见图2的使用虽然提高了每个芯片供电电压的一致性，但是总体效率并没有有效改善。

图3为本发明多级串联供电电路一个实施例的结构示意图。如图3所示，该实施例包括：

在供电端与地之间串行连接至少两组待供电芯片组31，每组待供电芯片组31包括至少一个待供电芯片；

每两组串行连接的待供电芯片组31之间设有一个监测点32，每个监测点32串行一个电压平衡单元33；

监测单元34，用于监测监测点32的电压值，将监测点32的电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果控制电源平衡单元33；

电压平衡单元33，用于根据监测单元34的控制调整监测点32的电压值，使调整后监测点32的电压值等于预设电压值。本实施例中所指等于可以允许存在一定程度的误差。

本发明相对于图2提供的多组降压串联负载芯片的供电电路，提高了供电效率。图2提供的多组降压串联负载芯片的供电电路需要增加三组降压电路，每组芯片需要电流io，9个芯片电路总电流大小为3io。而本申请在同样9个待供电芯片的情况下只需要增加两组动态电压平衡单元，电压平衡单元仅需要很小的充放电电流来维持电压平衡，因此9个芯片电路总电流大小可认为接近于io。两种方法相比，本申请的功耗更低、供电效率更高。

基于本发明上述实施例提供的一种多级串联供电电路，在供电端和地之间串行连接至少两组待供电芯片组，通过串行方式提高同步整流电路的利用率，每组待供电芯片组包括至少一个待供电芯片，通过分组的方式减小了保证芯片正常工作所需电压；每两组串行连接的待供电芯片组之间设有一个监测点，每个监测点串行一个电压平衡单元，通过设置监测点实现对每组待供电芯片组单独监测和调控；监测单元通过监测监测点的电压值，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果控制电源平衡单元，实现实时调控监测点电压，即实时调控每组待供电芯片的电压；电压平衡单元，根据监测单元的控制调整监测点的电压值，使调整后监测点的电压值等于预设电压值，实现了将每组待供电芯片的输入电压都控制在预设电压值，使每组待供电芯片组的供电电压平衡，提高了芯片供电的效率。

在本发明上述实施例的一个具体示例中，预设电压值的取值与串行连接的待供电芯片组的数量相关。

通常一个监测点的预设电压值为供电端提供的总电压值除以待供电芯片总数再乘以该监测点到地的待供电芯片的数量，即该监测点所处的位置到地的芯片数量在所有待供电芯片数量中所占比例与总电压值的乘积，每组待供电芯片组中的待供电芯片数量可以是不同的。

例如：供电端与地之间串行连接3组待供电芯片组，图4为本发明多级串联供电电路一个具体示例的电路图。如图4所示，其中ic1、ic2和ic3组成第一待供电芯片组，ic4、ic5和ic6组成第二待供电芯片组，ic7、ic8和ic9组成第三待供电芯片组；其中，v2点和v1点为两个监测点，供电端到地之间的电压值为vo，此时v2点的预设电压值为2/3vo，v1点的预设电压值为1/3vo。将供电端电压值vo加在9个串联的芯片上，与把1/3vo加在3个串联的芯片上，后者电压均衡效果会更好些；芯片数量越多，芯片内阻的一致性会更差些，每个芯片分的电压差异性就会越大。

在本实施例中，将至少一个待供电芯片归类到一个待供电芯片组是为了控制电压平衡效果，设置每个待供电芯片作为一个待供电芯片组的情况下能达到最佳的电压平衡效果，但基于电路性能和制作成本的考虑，在待供电芯片数量大的情况下，将多个待供电芯片设置在一个待供电芯片组中。每个监测点的预设电压值是根据芯片数量决定的，待供电芯片组中的芯片数量可以是随机的，比如三组待供电芯片组数量比是3:4:5(例如将图4中9个待供电芯片构成的三组待供电芯片组中的芯片数量分别为3个待供电芯片、4个待供电芯片和5个待供电芯片)，那么v2点的预设电压值是9/12vo，v1点的预设值是5/12vo。

本发明多级串联供电电路的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，电压平衡单元33，用于对监测点32进行充电或放电，以调整监测点32的电压值。

电压平衡单元是相对而言会使待供电芯片组中的供电电压更加均衡，使监测点的电压值达到预设电压值，当监测点的电压值小于预设电压值时，电压平衡单元对监测点进行充电，直到监测点的电压值等于预设电压值；而当监测点的电压值大于预设电压值时，电压平衡单元对监测点进行放电，直到监测点的电压值等于预设电压值。

电压平衡单元可以通过双向dc-dc电路实现，如图4所示，在该实施例中对应第一监测点v2的第一电压平衡单元包括电感l1、开关s1、s2和两个二极管，对应第二监测点v1的第二电压平衡单元包括电感l2、开关s3、s4和两个二极管。vo电压一定，以v2点电压为例，当检测到v2>2/3vo，v2点就需要向外释放能量，通过增加s2的占空比(向低电势释放能量)，减小s1的占空比(减少vo对v2的能力补充)来实现，此时电感的电流方向为i1，通过改变电感的电流方向实现对监测点v2点的降压；当检测到v2<2/3vo，v2点就需要被补充能量，通过增加s1的占空比(增加vo对v2的能量补充)，减小s2的占空比(减少能量释放)来实现，此时电流方向为i2，通过改变电感的电流方向实现对监测点v2点的升压。s1/s2的开通与闭合由监测单元给出的驱动信号控制。

双向dc-dc电路：当v2>2/3vo，控制s1/s2的开通与关断，实现了v2降压；当v2<2/3vo，控制s1/s2的开通与关断，实现了v2升压，所以称为双向dc-dc电路，即可升压可降压。通过控制s1/s2的导通与关断，实现了电感电流方向的改变，从而实现升压与降压。

通过电压平衡单元使v2电压值一直保持在2/3vo。同样的通过监测v1点电压与1/3vo进行比较，调节s3/s4的占空比控制流通电感l2的电流方向，实现双向的dc-dc电路，使v1电压值一直保持在1/3vo。这种方法也实现将9个芯片串联使用简化为3个芯片串联使用，提高效率。

其中，图4中开关和二极管的组合还可以采用三极管和二极管的组合进行替代，也可以用内置二极管的mos管来替代，只要能够实现通过控制实现可切换的单向导通电流即可，本实施例并不用于限制本申请。

本发明多级串联供电电路的又一个实施例中，在上述各实施例的基础上，监测单元，包括至少一个监测子模块，每个监测子模块监测一个监测点的电压值，每个监测子模块中预存一个预设电压值；

监测子模块根据所监测的监测点的电压值与预存的预设电压值的比较结果，控制与监测点连接的电压平衡单元调整监测点的电压值。

在本实施例中，采用针对每个监测点单独设置一个检测子模块的方法实现对监测点电压值的调整，每个监测子模块中预存有对应该监测点的预设电压值，电压值监测和电压值对比和发出对监测点的控制都是在一个监测子模块中完成的，此时监测单元只包括对应监测点个数的监测子模块。

本发明多级串联供电电路的还一个实施例中，在上述各实施例的基础上，监测单元，包括：

监测模块，用于监测所有监测点的电压值；

电压值列表，用于预存对应所有监测点的至少一个预设电压值，电压值列表中每个监测点对应一个预设电压值；

控制模块，用于分别将监测模块获得的每个监测点电压值与电压值列表中对应监测点的预设电压值进行比较，并根据比较结果分别控制与监测点连接的电压平衡单元调整监测点的电压值。

在本实施例中，与本申请又一个实施例不同的是，监测单元通过监测模块监测所有监测点的电压值，通过与电压值列表中的预设电压值进行比较，通过控制模块分别控制每个监测点，实现对监测点电压值的调整。

图5为本发明上述各实施例多级串联供电电路的一个具体示例的电路图。如图5所示，供电端与地之间串行连接n组待供电芯片组，分别为ic01组、ic02组、ic03组……icn组，分别对应的监测点为v1、v2、v3……vn，而对于监测点的预设电压值为供电端提供的总电压值除以待供电芯片总数再乘以该监测点到地的待供电芯片的数量，即该监测点所处的位置到地的芯片数量在所有待供电芯片数量中所占比例与总电压值的乘积。

图6为本发明多级串联供电方法一个实施例的流程图。如图6所示，该实施例的方法包括：

步骤601，监测串行连接在供电端与地之间的至少两组待供电芯片组中每个监测点的电压值；

其中，监测点设置在每两组串行连接的待供电芯片组之间；每组待供电芯片组包括至少一个待供电芯片；

步骤602，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，根据比较结果调整所述监测点的电压值，使调整后监测点的电压值等于预设电压值。

基于本发明上述实施例提供的一种多级串联供电方法，在供电端和地之间串行连接至少两组待供电芯片组，通过串行方式提高同步整流电路的利用率，每组待供电芯片组包括至少一个待供电芯片，通过分组的方式减小了保证芯片正常工作所需电压；每两组串行连接的待供电芯片组之间设有一个监测点，通过设置监测点实现对每组待供电芯片组单独监测和调控；通过监测监测点的电压值，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果调整监测点的电压值，实现实时调控监测点电压，即实时调控每组待供电芯片的电压；实现了将每组待供电芯片的输入电压都控制在预设电压值，使每组待供电芯片组的供电电压平衡，提高了芯片供电的效率。

在本发明上述实施例的一个具体示例中，预设电压值的取值与串行连接的待供电芯片组的数量相关。

通常一个监测点的预设电压值为供电端提供的总电压值除以待供电芯片总数再乘以该监测点到地的待供电芯片的数量，即该监测点所处的位置到地的芯片数量在所有待供电芯片数量中所占比例与总电压值的乘积。

本发明多级串联供电方法的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，根据比较结果调整所述监测点的电压值，包括：

通过对监测点进行充电或放电，以调整监测点的电压值。

电压平衡单元是相对而言会使待供电芯片组中的供电电压更加均衡，使监测点的电压值达到预设电压值，当监测点的电压值小于预设电压值时，电压平衡单元对监测点进行充电，直到监测点的电压值等于预设电压值；而当监测点的电压值大于预设电压值时，电压平衡单元对监测点进行放电，直到监测点的电压值等于预设电压值。

本发明多级串联供电方法的又一个实施例中，在上述各实施例的基础上，监测每个监测点的电压值，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，包括：

分别对每个监测点进行监测，获得一个监测点的电压值，将一个监测点的电压值与单独预存的预设电压值进行比较。

在本实施例中，采用针对每个监测点单独设置一个检测子模块的方法实现对监测点电压值的调整，每个监测子模块中预存有对应该监测点的预设电压值，电压值监测和电压值对比和发出对监测点的控制都是在一个监测子模块中完成的，此时监测单元只包括对应监测点个数的监测子模块。

本发明串联供电方法的还一个实施例中，在上述各实施例的基础上，监测每个监测点的电压值，将监测点的电压值与预设电压值进行比较，包括：

监测所有监测点的电压值；电压值列表中预存对应所有监测点的至少一个预设电压值，电压值列表中每个监测点对应一个预设电压值；

分别将获得的每个监测点电压值与电压值列表中对应监测点的预设电压值进行比较。

在本实施例中，与本申请又一个实施例不同的是，同时实现对所有监测点的电压值的监测，将监测得到的所有电压值分别与电压值列表中的预设电压值进行比较，同时分别控制每个监测点，实现对监测点电压值的调整。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种多级串联供电装置，包括本申请上述任一实施例的多级串联供电电路。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种虚拟数字币挖矿机，包括机箱、位于机箱内部的控制板、与控制板连接的扩展板以及与扩展板连接的包含本申请上述任一实施例的多级串联供电电路的运算板。

根据本发明实施例的另一个方面，提供的一种计算机服务器，包括主板、与主板电连接的内存盘和硬盘、为主板供电的电源、以及包含本申请上述任一实施例的多级串联供电电路的中央处理单元。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

可能以许多方式来实现本发明的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。