直流-直流变换器、开关电源、计算节点和计算设备的制作方法

本技术涉及电源，具体涉及一种直流-直流变换器、开关电源、计算节点和计算设备。

背景技术：

1、随着计算技术的发展，服务器的算力越来越高，对服务器机架的供电功率要求也越来越高。目前，随着服务器机架的供电功率不断提高，为服务器供电的12v总线的损耗也越来越大。因此，机房中开始采用48v总线对服务器进行供电。

2、采用48v供电总线对服务器进行供电时，服务器的在板供电系统中的电压调整模块(voltage regulator module,vrm)需要将48v的输入电压转换为服务器内部器件需要的输出电压，该vrm通常为48v转1v的vrm。

3、目前，vrm中通常采用包括谐振电感、励磁电感和谐振电容的llc变换单元和buck变换单元级联组成的二级变换器实现从48v到1v的较大变比的直流电变换。然而，在该变换过程中电压需要经过两次变换，功率损耗较大，效率较低。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种直流-直流变换器、开关电源、计算节点和计算设备，能够提高直流变换器的转换效率，减小功率损耗。

2、本技术实施例第一方面提供一种直流-直流变换器，该直流-直流变换器包括直流-直流变换电路、控制电路和第一输出电压检测电路；该直流-直流变换电路包括l个直流-直流变换单元，每个直流-直流变换单元包括开关单元。

3、其中，l为大于等于3的正整数；该l个直流-直流变换单元包括m个llc变换单元和n个buck变换单元；m为大于等于2的正整数；n为大于等于1的正整数；该l个直流-直流变换单元的输入端串联电连接，且该l个直流-直流变换单元的输出端并联电连接。

4、其中，该控制电路的l路控制信号输出端分别电连接该l个直流-直流变换单元的控制端；该控制电路输出的每路控制信号用于控制该直流-直流变换单元中的开关单元。

5、其中，该第一输出电压检测电路的输入端电连接该直流-直流变换器的电压输出端；该第一输出电压检测电路的输出端电连接该控制电路的输出电压检测输入端。该第一输出电压检测电路用于检测直流-直流变换器的输出电压，并将该输出电压发送给控制电路。

6、其中，该控制电路用于基于获取的该直流-直流变换器的输出电压，调整该l个直流-直流变换单元中的开关单元的占空比或开关频率，以控制该直流-直流变换器输出第一电压；该第一电压为该直流-直流变换器的额定输出电压。

7、本技术实施例中，通过在直流-直流变换器中设置l个直流-直流变换单元，并且将该l个直流-直流变换单元的输入端串联且输出端并联，使得该l个直流-直流变换单元分别将直流-直流变换器的一部分输入电压进行降压变换，每个直流-直流变换单元的增益较小，开关单元的有效占空比精度高；并且，该变换的过程仅需经过一次变换，直流变换器的整体功率损耗较小，效率较高。

8、在一种可能的实现中，llc变换单元的数量m大于buck变换单元的数量n。

9、本技术实施例中，通过设置更多的llc变换单元，可以使更多的输入电压通过软开关的llc变换单元进行电压变换，开关损耗更小、变换效率更高；同时，通过设置响应速度更快的buck变换单元，可以在负载变化时，llc变换单元未响应的时间段内输出补偿电压，以稳定直流-直流变换器的输出电压，抑制电压跌落。

10、在一种可能的实现中，该开关单元包括第一开关和第二开关；该第一开关和该第二开关的型号相同；其中，该第一开关的第一端用于电连接该第一开关所在的直流-直流变换单元的第一输入端；该第一开关的第二端电连接该第二开关的第一端；该第二开关的第二端用于电连接该第二开关所在的直流-直流变换单元的第二输入端；该控制电路的每路控制信号输出端包括第一控制信号输出端和第二控制信号输出端；该第一开关的控制端电连接该第一控制信号输出端；该第二开关的控制端电连接该第二控制信号输出端；该控制电路还用于向该第一开关发送第一控制信号，和/或，向该第二开关发送第二控制信号，其中该第一控制信号用于控制该第一开关的工作状态；该第二控制信号用于控制该第二开关的工作状态。

11、本技术实施例中，通过对第一开关和第二开关归一化，不仅可以节约采购成本和电路设计成本，还便于控制电路对各个直流-直流变换单元的控制，无需根据不同型号的开关的不同参数进行控制计算。

12、可选的，每个llc变换单元的第一开关型号相同，每个llc变换单元的第二开关型号相同。

13、本技术实施例中，通过对所有llc变换单元中的开关归一化，更便于控制电路对各个llc变换单元的统一控制。

14、可选的，该直流-直流变换器中的所有开关器件的型号相同。

15、在一种可能的实现中，该llc变换单元还包括变压器；该变压器的原边线圈的匝数小于等于该直流-直流变换器的增益与该llc变换单元的数量m之比，该变压器的副边线圈匝数为1。

16、本技术实施例中，将llc变换单元中变压器的副边线圈匝数设置为1，原边线圈匝数设置为小于等于该直流-直流变换器的增益与该llc变换单元的数量m之比，可以避免多余的原边线圈造成的浪费，同时提高llc变换单元中的第一开关和第二开关的占空比精度，保证直流-直流变换器的系统稳定性和性能。

17、在一种可能的实现中，该控制电路还用于基于该直流-直流变换器的输出电压，调整该llc变换单元中开关单元的开关频率。

18、本技术实施例中，通过采用对llc变换单元进行闭环控制，可以更快地响应负载的变化。

19、在一种可能的实现中，每个直流-直流变换单元还包括负载开关、输入电容和输出电容；其中，负载开关的第一端电连接该负载开关所在的直流-直流变换单元的输出端，该负载开关的第二端电连接负载的第一端；输出电容的第一端电连接于对应负载开关的第一端，该输出电容的第二端接地；输入电容的两端分别电连接该输入电容所在的直流-直流变换单元的第一输入端和第二输入端；该直流-直流变换器还包括l个输入电压检测电路、l个输入电流检测电路，以及第二输出电压检测电路；

20、该l个输入电压检测电路的输入端分别电连接该l个直流-直流变换单元的输入电容，该l个输入电压检测电路的输出端电连接该控制电路的l路输入电压检测输入端；每个输入电压检测电路用于检测其所连接的直流-直流变换单元的输入电压；

21、该l个输入电流检测电路的输入端分别电连接该l个直流-直流变换单元的该第一输入端，该l个输入电流检测电路的输出端电连接该控制电路的l路输入电流检测输入端；每个输入电流检测电路用于检测其所连接的直流-直流变换单元的输入电流；

22、该第二输出电压检测电路的输入端电连接该buck变换单元的输出电容，该第二输出电压检测电路的输出端电连接该控制电路的第二输出电压检测输入端；所述第二输出电压检测电路用于检测该buck变换单元的输出电压；

23、该控制电路还用于：在每个该直流-直流变换单元的负载开关断开的情况下，获取每个该直流-直流变换单元的输入电压和输入电流；根据每个该直流-直流变换单元的输入电压和输入电流，计算对应该直流-直流变换单元的输入阻抗；根据该buck变换单元的输入阻抗，调整该m个llc变换单元中该开关单元的开关频率，以控制每个该直流-直流变换单元的输入阻抗相同；当该buck变换单元中的该输出电容的电压为预设的第二电压时，闭合每个该直流-直流变换单元的该负载开关；其中该第二电压低于该第一电压。

24、本技术实施例中，在直流-直流变换器未接通负载时，先通过控制各个直流-直流变换单元的阻抗相同，使得各个直流-直流变换单元均压启动，避免一个或多个直流-直流变换单元产生过电压，对直流-直流变换器造成损害；在buck变换单元的输出电容的电压达到第二电压时再接通负载，可以抑制接通负载时的电压跌落。

25、在一种可能的实现中，该控制电路还用于在直流-直流变换器的输出电压大于等于第一电压时，控制buck变换单元的输出电压小于第一电压。

26、本技术实施例中，通过控制buck变换单元输出电压小于第一电压，可以使得在直流-直流变换器正常工作时，buck变换单元几乎不输出功率，也即处于不工作状态，主要由llc变换单元进行电压变换，从而能够提高直流-直流变换器的转换效率。

27、在一种可能的实现中，该控制电路还用于：在该直流-直流变换器的输出电压小于第一阈值且大于第二阈值时，调整该buck变换单元中第一开关的占空比为第一占空比；其中，第一阈值小于第一电压；在该直流-直流变换器的输出电压小于等于该第二阈值时，调整该buck变换单元中第一开关的占空比为第二占空比，其中该第二占空比大于该第一占空比。

28、可选的，第一占空比为50％，第二占空比为90％。

29、本技术实施例中，控制电路可以在负载变化较大、判断负载突增时，快速将buck变换单元中第一开关的占空比调整为固定的第一占空比和第二占空比，从而可以更快地输出负载所需的功率，提高直流-直流变换器的电压，抑制直流-直流变换器的电压跌落。

30、在一种可能的实现中，该llc变换单元的数量为3，该buck变换单元的数量为1。

31、本技术实施例中，通过在直流-直流变换器中设置3个llc变换单元和1个buck变换单元，可以使得更多的输入电压通过软开关的llc变换单元进行变换，开关损耗更低，转换效率更高；同时，该结构下可以选择漏源击穿电压为1/2的该输入电压的开关器件形成变换单元，在保障系统性安全的同时，能够在更大范围内进行开关器件的选型，无需定制开关器件，可以节约成本。

32、本技术实施例第二方面提供一种直流-直流变换器的控制方法，应用于如第一方面所述的直流-直流变换器中的控制电路，用于控制该直流-直流变换器；该方法包括：

33、获取该直流-直流变换器的输出电压；基于该直流-直流变换器的输出电压，调整该直流-直流变换器中的开关单元的占空比或开关频率，以控制该直流-直流变换器输出第一电压；其中，该第一电压为该直流-直流变换器的额定输出电压。

34、在一种可能的实现中，该开关单元包括第一开关和第二开关；调整该直流-直流变换器中的开关单元的占空比或开关频率，包括：向第一开关发送第一控制信号，和/或，向第二开关发送第二控制信号，以调整所述第一开关和/或第二开关的占空比。

35、其中，该第一控制信号用于控制该第一开关的工作状态；该第二控制信号用于控制该第二开关的工作状态。

36、在一种可能的实现中，调整该直流-直流变换器中的开关单元的占空比或开关频率，包括：调整该直流-直流变换器中的llc变换单元中开关单元的开关频率。

37、在一种可能的实现中，该方法还包括：在每个该直流-直流变换单元的负载开关断开的情况下，获取每个该直流-直流变换单元的输入电压和输入电流；根据每个该直流-直流变换单元的输入电压和输入电流，计算对应该直流-直流变换单元的输入阻抗；根据该buck变换单元的输入阻抗，调整该m个llc变换单元中该开关单元的开关频率，以控制每个该直流-直流变换单元的输入阻抗相同；当该buck变换单元中的该输出电容的电压为预设的第二电压时，闭合每个该直流-直流变换单元的该负载开关；其中该第二电压低于该第一电压。

38、在一种可能的实现中，基于该直流-直流变换器的输出电压，调整该直流-直流变换器中的开关单元的占空比或开关频率，包括：在直流-直流变换器的输出电压大于等于第一电压时，控制该直流-直流变换器中的buck变换单元的输出电压小于该第一电压。

39、在一种可能的实现中，基于该直流-直流变换器的输出电压，调整该直流-直流变换器中的开关单元的占空比或开关频率，包括：在该直流-直流变换器的输出电压小于第一阈值且大于第二阈值时，调整该buck变换单元中第一开关的占空比为第一占空比；在该直流-直流变换器的输出电压小于等于该第二阈值时，调整该buck变换单元中第一开关的占空比为第二占空比，其中该第二占空比大于该第一占空比。

40、在一种可能的实现中，该llc变换单元的数量为3，该buck变换单元的数量为1。

41、本技术实施例第三方面提供一种开关电源，该开关电源包括上述第一方面中任一可能实现中所述的直流-直流变换器。

42、本技术实施例第四方面提供一种计算节点，该计算节点包括上述第一方面中任一可能实现中所述的直流-直流变换器。

43、本技术实施例第五方面提供一种计算设备，其特征在于，该计算设备包括上述第三方面所述的开关电源；和/或，该计算设备包括机柜和如上述第四方面所述的计算节点；其中，该计算节点设置于该机柜中。

44、应理解的是，上述各个方面的有益效果可以相互参考。