ATCA平台刀片服务器电源的研究与设计

发布时间：2020-10-13 15:52

　　随着网络时代的发展,无限增长的数据对服务器提出了新的要求：节约空间,便于集中管理,易于扩展和提供不间断的服务。刀片服务器(Blade Server)由此应运而生。而在刀片服务器系统中,服务器单板性能和密集程度有了大幅度的提高,每个单板的功耗可达300W,电源系统的性能良好与否直接关系到服务器是否可以高效率的工作。尤其是随着处理器芯片、芯片组、以及各个控制芯片工艺、性能的提升,芯片需求的核电压越来越小,电流越来越大,这使得对单板电源的可靠性,稳定性,效率,以及动态响应特性要求越来越高。本文提出了一种以AMD皓龙处理器为核心的刀片服务器供电系统的解决方案。首先根据单板芯片以及外围电路的功耗需求,设计出一种基于ATCA规范的系统电源拓扑结构。其次根据系统电源技术指标要求,对系统各个模块提出了详细的设计方案。主要包括缓启模块、Buck型开关电源模块、LDO模块、STB电源模块以及电源管理模块。其中Buck型开关电源模块为关键芯片以及相关电路提供所需电压,是本文研究重点,包括以TPS40071为核心的降压模块和VRM(电压调节模块)电路。本文中TPS模块采用电流型PWM控制方式,通过电压反馈环和电流反馈环的双环控制系统构成反馈环路,相对于传统的电压型控制方式具有更高的稳定性和负载变化时的快速响应特性。根据CPU电源需求特点,本文提出了一种基于HIP6301的并联模式下的多相控制开关电源方案来实现VRM电路,在满足CPU低电压,大电流需求的同时,可以提高负载的瞬态响应。由于单板电源种类繁多,各个芯片对电源时序的要求各不相同,所以本文对单板电源时序进行了论述,通过南桥电源监控单元和逻辑模块来控制单板上电时序。最后,通过搭建测试环境,对主要开关电源模块性能进行测试,包括转换效率以及精度测试、纹波测试、驱动测试以及动态响应测试等,测试结果满足系统设计指标。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TP303.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 课题的研究目的及其意义
    1.2 国内外研究的现状和发展趋势
    1.3 课题来源与论文结构
第2章 BA22服务器电源总体设计
    2.1 ATCA标准
    2.2 刀片服务器
    2.3 服务器单板概述
        2.3.1 BA22刀片服务器功能
        2.3.2 关键器件选择
        2.3.3 BA22服务器总体架构
    2.4 系统电源功耗需求
    2.5 系统电源架构设计
第3章 BA22服务器电源模块设计
    3.1 电源缓启动模块
    3.2 48V转12V模块
    3.3 BUCK型开关电源模块
        3.3.1 稳压原理概述
        3.3.2 控制方式选择
        3.3.3 元器件选型原则
        3.3.4 TPS降压模块
        3.3.5 CPU电源模块
    3.4 LDO电源模块
    3.5 STB电源模块
第4章 BA22服务器电源时序设计
    4.1 电源上电流程设计
    4.2 功能实现以及仿真
        4.2.1 逻辑模块信号说明
        4.2.2 逻辑模块功能仿真
第5章 BA22服务器电源性能测试
    5.1 效率以及稳压精度测试
    5.2 纹波噪声测试
    5.3 上电以及驱动波形测试
    5.4 动态特性测试
第6章总结与展望
    6.1 系统设计总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文
附录一:TPS降压模块原理图
附录二:CPU模块电源原理图

【参考文献】

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