多级串联电路供电装置及其挖矿机

技术领域

本申请涉及一种多级串联电路供电装置，尤指一种可动态改变芯片的保护电压，以确保所有串联芯片可以符合正常工作电压的多级串联电路供电装置。

背景技术

按，现有矿机的供电电路采用同步整流电压平衡(BUCK)电路的方式为芯片提供稳定的电源。现有技术中這串联連接的芯片的供电电路，是基准电压经过同步整流BUCK电路转换为输出电压给芯片供电，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，需要调高输出电压来保证所有芯片的电压都能达到正常工作电压。串联的芯片数量越多，加在芯片两端的电压一致性就越差，为能保证所有芯片都能正常工作，需要的输出电压就越高，造成了整体功耗变大。

再者，串联的芯片数量越多，具有高杂讯、电压不稳定、过电压与烧毁风险等多种问题，因此，在每一个芯片必须匹配一个BUCK电路，每两个芯片就必须设置一个监测单元，监测单元监测用来监测每两个芯片之间的的电压值，然后将电压值与默认电压值进行比较，并根据比较结果控制BUCK电路去控制调整两个芯片之间的的电压值，使调整后的电压值等于默认电压值，以保证所有芯片都能正常工作。惟，此电路设计非常复杂且成本高，每个默认电压值也都是事先设定好的，无法弹性的依据不同的供电电源调整，应用上非常局限。故如何以较低的成本，以在串联电路中能够侦测每个芯片的电压准位进而根据监测的结果以启动保护芯片的功能以维持芯片正常工作是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，如何减轻或消除上述相关领域的缺失，实为有待解决的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请涉及一种多级串联电路供电装置，包括电源供应器、动态电压感测单元以及保护电路。电源供应器，提供电源电压至所述多级串联电路；动态电压感测单元包括保护电压准位产生器、比较器、锁存器；保护电压准位产生器接收基准电压并根据所述基准电压以产生保护电压；比较器接收所述保护电压与提供给所述多级串联电路的所述电源电压，并比较所述保护电压与所述电源电压，以输出比较电压。保护电路，回应所述比较电压启动。

本申请还涉及一种多级串联电路供电装置，包括电源供应器、动态电压感测单元以及保护电路。电源供应器，提供电源电压至所述多级串联电路；动态电压感测单元包括保护电压准位产生器、比较器、锁存器；电源供应器，保护电压准位产生器接收所述电源电压，并根据所述电源电压以产生保护电压；比较器接收所述保护电压与所述多级串联电路的监测电压，并比较所述保护电压与所述监测电压，以输出比较电压。保护电路，回应所述比较电压启动。

本申请涉及一种挖矿机，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括多级串联电路供电装置的运算板。

本申请的有益效果可以在于：本申请公开的多级串联电路供电装置通过动态电压感测单元以根据默认芯片供电电压或芯片的监测电压进而输出保护电压，使得动态电压感测单元可以根据芯片供电电压或者监测电压来决定是否启动保护电路，进而解决现有串联的芯片数量越多，具有高杂讯(Noise)、电压不稳定、过电压与易烧毁风险等多种问题。此外，现有技术的芯片会另外配置电压平衡单元或者维持供电平衡所需的电路，本申请公开的多级串联电路供电装置无须配置这些额外的电路，能够降低电路的设计成本与复杂度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：.

图1是本申请第一实施例的电路图。

图2是本申请第二实施例的电路图。

图3是本申请第三实施例的电路图。

图4是本申请第四实施例的电路图。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。使用于描述组件之间关系的其他语词也可类似方式解读，例如“介于”相对于“直接介于”，或者是“邻接”相对于“直接邻接”等等。

根据多级串联芯片电路的特性，本申请提出了一种多级串联电路供电装置及其挖矿机，本申请公开的多级串联电路供电装置通过动态电压感测单元以根据默认芯片供电电压或芯片的监测电压进而输出保护电压，使得动态电压感测单元可以根据芯片供电电压或者监测电压来决定是否启动保护电路，进而解决现有串联的芯片数量越多，具有高杂讯(Noise)、电压不稳定、过电压与易烧毁风险等多种问题。

请参阅图1，是本申请第一实施例的电路图。多级串联电路供电装置包括电源供应器12、动态电压感测单元14以及保护电路16。电源供应器12提供电源电压给多级串联电路10。多级串联电路10包括多个芯片102，所述多个芯片是串联连接。为了简化电路绘示，电源供应器12是电性连接多级串联电路10的两端，此种示例是多个芯片102以串联方式连接，而另一种方式是电源供应器12提供电源电压给每一个芯片102的芯片电压输入端，此时就要额外配置电路。两种实施态样的电源配置都为本领域通常知识者所熟知，且非本申请所欲解决的技术问题，因此不再进一步的说明。

动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142、比较器144、以及选择性配置的锁存器146。亦即，在一种实施例中，动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142与比较器144，在另一实施例中，动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142、比较器144、以及锁存器146。为了简化图式，将两种实施例绘制在同一张图中。

保护电压准位产生器142接收基准电压，并根据基准电压产生保护电压。依据不同的实施例，基准电压可以是芯片102的监测电压，也可以是系统提供的默认芯片供电电压。根据系统的设计，不同的系统会使用不同的芯片供电电压，但每个系统都会有默认的芯片供电电压。电源供应器12依据这个默认芯片供电电压提供电源给芯片102，系统也会通过控制电路或者基本输出入系统(BIOS)或者类似的方式，将这个默认芯片供电电压提供给保护电压准位产生器142以作为基准电压。图1中所示实施例是接收芯片102的监测电压。

比较器144有第一输入端与第二输入端。为了方便说明起见，比较器144与其他部件的连接分别用第一输入端、第二输入端来表示正输入端、负输入端。实际上，正输入端、负输入端及输出端可依据电路实际设计来定义，并不以此处的定义与说明为限。比较器144的第一输入端接收保护电压准位产生器142产生的保护电压。第二输入端耦接电源供应器12，以接收电源供应器12输出的电源电压。换句话说，比较器144比较保护电压与电源电压，并输出比较电压。在一个实施例中，保护电路16与比较器144的输出端连接，回应比较器144输出的比较电压启动。

在另一实施例中，由于比较器144输出的电压为一直变动，因此可以配置锁存器146，以将比较器144的输出的比较电压维持固定。比较器144的输出端耦接锁存器146，比较器144比较保护电压与电源电压后的比较电压由比较器144的输出端输出给锁存器146。锁存器146耦接保护电路16，锁存器146接收所述比较电压以产生启动电压，保护电路16回应所述启动电压启动。

电源供应器12提供电源电压给串联连接的多个芯片102。由于制造工艺的因素，每个芯片102的内阻与升压、降压状态不同，因此实际供电时每个芯片102两端的电压值并不一定会维持相同的。在串联连接的芯片102上选定一个监测点A，用以监测串联芯片102的电压，以作为保护电压准位产生器142的基准电压。举例来说，可选定第一个与第二个芯片102之间作为监测点A。监测点A耦接至保护电压准位产生器142的输入端，使得保护电压准位产生器142可以接收监测点A的监测电压，进而保护电压准位产生器142回应监测电压以输出保护电压给比较器144。保护电压准位产生器142的输入端经由监测点A接收监测电压。这个监测点A是可以根据实际电路的设计来选择，因此第一个与第二个芯片102之间的监测点A仅为示例性说明，实际上可以选定其他芯片之间的连接点作为监测点。又或者也可以选择一个以上的监测点，以取得多个监测点的监测电压。而在其他的实施例中，保护电压准位产生器142也可以接收系统的监测电压，例如挖矿机中一般会配置控制板，控制板上会有监测系统电压的电路，因此，保护电压准位产生器142所需要的基准电压也可以来自控制板。又或者，控制板上的系统芯片会记录系统的默认芯片供电电压，因此保护电压准位产生器142所需要基准电压可不采用监测电压而使用制板上系統芯片纪录的默认芯片供电电压。

比较器144的第一输入端是接收保护电压准位产生器142输出的保护电压，比较器144的第二输入端是接收监测电压或默认芯片供电电压，由比较器144进行比较后，比较器144的输出端输出比较电压。举例来说，若比较器144输出的比较电压为高电平的电压信号，则可定义为监测到的串联芯片102的监测电压为非正常状态，反之，若低电平的电压信号，则可定义为监测到的串联芯片102为正常工作电压状态。因此保护电路16根据比较信号来启动。在配置有锁存器146的实施例中，锁存器146接收比较信号，据以产生启动电压。举例来说，当锁存器146接收比较信号为高电平，则产生驱动保护电路16的启动电压，保护电路16回应所述启动电压而启动。

保护电路16启动后，保护电路16可以动态调整芯片102接收的电源电压，例如将芯片的电源电压做降压动作。举例来说，保护电路16可以降低芯片102的电源电压。

芯片102是串联电路10中的某一个芯片，或者多个芯片，或者所有的芯片，芯片数量的选择可以根据实际电路的需要。举例来说，如果根据经验判断第二个芯片102是容易因为过电压而烧毁，则保护电路16启动时就对第二个芯片102的电源电压进行动态调整。因此，图中将保护电路16连接至串联电路10的一端，亦即第一个芯片102，其仅为示例性的表示。此处用来说明的第二个芯片102是搭配监测点A的选择，换句话说，可以选定最有可能烧毁的芯片作为监测点，并由保护电路16进行动态电压调整。

请参阅图2，是本申请第二实施例的电路图。图式中所示实施例为使用监测电压。第二实施例与第一实施例相同的元件具有相同的标号，且相同的部份不再赘述。保护电压准位产生器142为数字电路，数字电路包括数字信号处理器(digital signal processor，DSP)1422与数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)1424，数字信号处理器1422耦接数字模拟转换器1424，数字模拟转换器1424耦接比较器144的输入端。在这个实施例中，采用的是系统的默认芯片供电电压作为保护电压准位产生器142的基准电压，因此数字信号处理器1422可以内建保护电压准位对照表，保护电压准位对照表纪录默认芯片供电电压与保护电压的对应值，亦即每一默认芯片供电电压都会有相应的保护电压，所述保护电压准位产生器142可以根据所述默认芯片供电电压利用保护电压准位对照表查询出对应的保护电压。特别说明的是，数字模拟转换器1424接收所述基准电压，并根据保护电压准位对照表将所述基准电压输出为数字基准电压，再由数字模拟转换器1424将数字基准电压进行数字模拟转换，转换为保护电压输出。

而在另一实施例中，保护电压准位产生器142也可以使用监测电压，图式中所示实施例为使用监测电压。数字信号处理器1422是电性连接多级串联电路10，保护电压准位产生器142输入端耦接串联芯片102的监测点A，用以监测监测点A的电压以产生监测电压，保护电压准位产生器142输入端接收监测电压。换句话说，当数字信号处理器1422接收到监测电压时，根据监测电压查询相应的数字保护电压，再将数字保护电压传送至数字模拟转换器，由数字模拟转换器将数字保护电压转换为保护电压(模拟保护电压)，并输出保护电压至比较器144的第一输入端。因此所内建的保护电压准位对照表则为监测电压与保护电压的对应关系。

比较器144的第一输入端接收保护电压，比较器144的第二输入端接收电源电压，由比较器144进行比较后，比较器144输出比较电压。当比较电压为高电平时，也就是串联芯片102是呈现过电压状态时，则保护电路16回应高电平的比较电压启动。在配置有锁存器146的实施例中，锁存器146接收比较电压，据以产生启动电压，当锁存器146接收启动电压为高电平时，也就是串联芯片102是呈现过电压状态时，则产生驱动保护电路16的的启动电压，保护电路16回应所述启动电压启动。

在第二实施例中，为了避免串联的芯片102产生过电压而烧毁的情况发生，保护电路16回应比较器144输出的比较电压或者锁存器146输出的启动电压启动，以由保护电路16启动相应的保护机制，例如改变芯片的电源电压。藉由数字监测方式与動態调整保护电压方式，不仅速度快且能够非常精准的调整到串联多个芯片102所要求的工作电压范围，对于实际电路运作上是具备实用性与应用弹性，确实可以解决串联的芯片数量越多，具有高杂讯(Noise)、电压不稳定、过电压与易烧毁风险等多种问题。

请参阅图3，是本申请第三实施例的电路图。第三实施例与第一实施例相同的元件具有相同的标号，且相同的部份不再赘述。而第三实施例与第一实施例的差异在于，保护电压准位产生器142为模拟电路，保护电压准位产生器142包括二极管D1、第一电阻R3与第二电阻R4。图中所示实施例为串联，当然也可以使用并连。在电路的实际运作而言，保护电压准位产生器142是根据监测点A的监测电压输出保护电压，当电源供应器12提供电源电压给电阻R1与电阻R2进行分压，据以输出电压V1。第N级芯片102上的监测电压大于二极管D1的崩溃电压，此崩溃电压是根据监测电压而设计，则二极管D1导通后，使电流流通第一电阻R3与第二电阻R4进行分压，并输出保护电压V2。在此实施例中，二极管D1可以采用齐纳二极管D1。

比较器接收电源电压V1与保护电压V2，并进行比较，若保护电压V2大于电源电压V1，即输出高电平的比较电压，反之，若保护电压V2小于电源电压V1，即输出低电平的比较电压。类似于前述实施例，比较器比较后输出比较电压给保护电路16。当比较器输出高电平的比较电压时，表示串联多个芯片102有过电压产生，也就是串联多个芯片102具有烧毁风险，此时，保护电路16回应所述启动电压启动。而在配置有锁存器146实施例中，锁存器146根据所接收的高电平或低电平的比较电压，相应产生的启动电压，也就是说，当处于高电平时，表示串联多个芯片102有过电压产生，也就是串联多个芯片102具有烧毁风险，此时，保护电路16回应所述启动电压启动，以进行例如调整芯片的电源电压的保护机制，如此，能够保护串联上的多个芯片102在正常工作电压范围内。

保护电压准位产生器142为模拟电路的实施例中，必须透过精密计算才能避免发生电压矩阵，也就是选择第N级芯片102耦接监测点A，用以产生监测电压，监测点A位置是取决于是否能覆盖全部串联芯片102的可能性。在一种情况下，若串联芯片102的级数过多，也可以在电路中设置两个以上的动态电压感测单元14，以对应两组以上的监测电压。如此一来，即可补足所有串联芯片102覆盖的范围。虽然模拟电路必须透过精密计算才能避免发生电压矩阵，但是相对的运作速度快，且电路制作成本可大幅下降。

请参阅图4，是本申请第四实施例的电路图。第四实施例与第一实施例相同的元件具有相同的标号。在这个实施例中，多级串联电路供电装置包括电源供应器12、动态电压感测单元14以及保护电路16。动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142、比较器144、以及选择性配置的锁存器146。亦即，在一种实施例中，动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142与比较器144，在另一实施例中，动态电压感测单元14包括保护电压准位产生器142、比较器144、以及锁存器146。为了简化图式，将两种实施例绘制在同一张图中。电源供应器12除了提供电源电压给多级串联电路10外，电源供应器12所提供的电源电压也提供给动态电压感测单元14，亦即提供给保护电压准位产生器142作为基准电压。保护电压准位产生器142接收基准电压，并根据基准电压产生保护电压。保护电压准位产生器142可以内建保护电压准位对照表，保护电压准位对照表纪录电源电压与保护电压的对应值，亦即每一电源电压都会有相应的保护电压，所述保护电压准位产生器142可以根据所述电源电压利用保护电压准位对照表查询出对应的保护电压。比较器144的第一输入端接收保护电压准位产生器142产生的保护电压。第二输入端耦接多级串联电路10，用以接收监测点A的监测电压。比较器144比较保护电压与监测电压，并输出比较电压。保护电路16与比较器144的输出端连接，回应比较器144输出的比较电压启动。

在另一实施例中，由于比较器144输出的电压为一直变动，因此可以配置锁存器146，以将比较器144的输出的比较电压维持固定。比较器144的输出端耦接锁存器146，比较器144比较保护电压与监测电压后的比较电压由比较器144的输出端输出给锁存器146。锁存器146耦接保护电路16。

类似于第一实施例，举例来说，若比较器144输出的比较电压为高电平的电压信号，则可定义为监测到的串联芯片102的监测电压为非正常状态，反之，若低电平的电压信号，则可定义为监测到的串联芯片102为正常工作电压状态。那么在一实施例中，保护电路16回应高电平的比较电压启动。而在配置有锁存器146的实施例中，锁存器146接收比较电压，据以产生启动电压。举例来说，当锁存器146接收比较电压为高电平，则产生驱动保护电路16的启动电压，保护电路16回应所述启动电压而启动。

根据本申请实施例的另一方面，提供一种挖矿机，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括多级串联电路供电装置的运算板。

综上所述，本申请公开的多级串联电路供电装置通过动态电压感测单元以根据默认芯片供电电压或芯片的监测电压进而输出保护电压，使得动态电压感测单元可以根据芯片供电电压或者监测电压来决定是否启动保护电路，进而解决现有串联的芯片数量越多，具有高杂讯(Noise)、电压不稳定、过电压与易烧毁风险等多种问题。此外，现有技术的芯片会另外配置电压平衡单元或者维持供电平衡所需的电路，本申请公开的多级串联电路供电装置无须配置这些额外的电路，能够降低电路的设计成本与复杂度。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。