CN108932046A - 一种磁盘阵列及其备电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁盘阵列及其备电系统，包括转换模块；电容模组，用于在转换模块的作用下，在磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时为磁盘阵列供电第一预设时间；电池模组，用于在转换模块的作用下，在电容模组的输出电压低于第二预设电压时为磁盘阵列供电第二预设时间，以便磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质，第一预设电压大于第二预设电压。本申请采用电池模组和电容模组混合放电的策略，在磁盘阵列掉电初期采用电容模组供电，电容模组的功率密度大，能够满足磁盘阵列掉电初期功耗较大的需求；在磁盘阵列的功耗降下来后采用电池模组供电，电池模组的能量密度大，能够满足磁盘阵列的长时间低功耗的需求，成本低且体积小。

Description

一种磁盘阵列及其备电系统

技术领域

本发明涉及备电技术领域，特别是涉及一种磁盘阵列及其备电系统。

背景技术

数据中心的供电来源市电掉电后，数据中心的服务器、交换机、磁盘阵列等设备均会突然掉电，如果磁盘阵列的缓存中存在未写入业务硬盘的数据，磁盘阵列会通过内置备电系统供电，以便缓存中的数据可以快速写入非易失性介质。待数据中心的市电恢复后，磁盘阵列重新上电，再从非易失性介质中读出上次异常掉电时保存的数据正常写入业务硬盘，至此，磁盘阵列完成数据保存。

磁盘阵列在掉电初期的功耗很大(400-2000W左右)，磁盘阵列发现市电掉电后，通常在10s内关闭全部业务和大部分模块，这样，磁盘阵列的功耗会大幅度降低(100-200W左右)，低功耗持续5-10min，在该段时间内磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质。现有技术中满足这种前期功耗大、后期功耗小的供电需求的备电系统，通常存在体积大、成本高的问题。如果缩短非易失性介质的掉电刷盘时间，则需要提升非易失性介质的带宽，只能选择性能更好的非易失性介质，同样增加了磁盘阵列的成本。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁盘阵列及其备电系统，在磁盘阵列掉电初期采用电容模组供电，电容模组的功率密度大，能够满足磁盘阵列掉电初期功耗较大的需求；在磁盘阵列的功耗降下来后采用电池模组供电，电池模组的能量密度大，能够满足磁盘阵列的长时间的低功耗的需求，备电系统的成本低且体积小。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁盘阵列的备电系统，包括：

转换模块；

电容模组，用于在所述转换模块的作用下，在所述磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时为所述磁盘阵列供电第一预设时间；

电池模组，用于在所述转换模块的作用下，在所述电容模组的输出电压低于第二预设电压时为所述磁盘阵列供电第二预设时间，以便所述磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质，所述第一预设电压大于所述第二预设电压。

优选地，所述转换模块为所述市电转换器的单向输出端、所述电容模组的单向输出端与所述电池模组的单向输出端连接的连接端。

优选地，还包括：

分别与所述市电转换器的单向输出端、所述电容模组的单向输出端与所述电池模组的单向输出端连接的连接端及所述磁盘阵列的供电端口连接的背板电源平面。

优选地，所述转换模块包括：

第一控制器；

输入端与所述电容模组的输出端连接、输出端与所述第一控制器连接的第一电压采集装置；

输入端与所述电池模组的输出端连接、输出端与所述第一控制器连接的第二电压采集装置；

设置于所述电容模组的单向输出端及所述磁盘阵列的供电端口之间的第一开关；

设置于所述电池模组的单向输出端及所述磁盘阵列的供电端口之间的第二开关；

所述第一控制器用于通过所述第一电压采集装置得到所述磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时，控制所述第一开关闭合第一预设时间；通过所述第二电压采集装置得到所述电容模组的输出电压低于第二预设电压时，控制所述第二开关闭合第二预设时间。

优选地，还包括：

第二控制器；

输入端与所述市电转换器的输出端连接、输出端与所述第二控制器连接的第三电压采集装置；

输入端与所述第二控制器连接的提示装置；

所述第二控制器用于通过所述第三电压采集装置得到市电转换器的输出电压低于第一预设电压时控制所述提示装置发出提示。

优选地，还包括：

设置于所述电容模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第三开关；

设置于所述电池模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第四开关；

分别与所述第三开关的控制端及所述第四开关的控制端连接的第三控制器；

所述第三控制器用于在所述电容模组和/或所述电池模组的电量小于各自对应的阈值后相应地控制所述第三开关和/或第四开关闭合，以便所述市电转换器相应地为所述电容模组和/或所述电池模组供电。

优选地，还包括：

设置于所述电容模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第一防倒灌装置；

设置于所述电池模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第二防倒灌装置。

优选地，所述第一防倒灌装置和/或所述第二防倒灌装置为二极管。

优选地，所述第一控制器和/或所述第二控制器和/或所述第三控制器为所述磁盘阵列的控制器。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种磁盘阵列，包括磁盘阵列本体和市电转换器，还包括如上述所述的备电系统。

本发明提供了一种磁盘阵列及其备电系统，包括转换模块；电容模组，用于在转换模块的作用下，在磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时为磁盘阵列供电第一预设时间；电池模组，用于在转换模块的作用下，在电容模组的输出电压低于第二预设电压时为磁盘阵列供电第二预设时间，以便磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质，第一预设电压大于第二预设电压。

可见，本申请采用电池模组和电容模组混合放电的策略，在磁盘阵列掉电初期采用电容模组供电，电容模组的功率密度大，能够满足磁盘阵列掉电初期功耗较大的需求；在磁盘阵列的功耗降下来后采用电池模组供电，电池模组的能量密度大，能够满足磁盘阵列的长时间的低功耗的需求，备电系统的成本低且体积小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种磁盘阵列的备电系统的结构示意图；

图2为本发明提高的一种磁盘阵列的备电系统的混合放电曲线图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种磁盘阵列及其备电系统，在磁盘阵列掉电初期采用电容模组供电，电容模组的功率密度大，能够满足磁盘阵列掉电初期功耗较大的需求；在磁盘阵列的功耗降下来后采用电池模组供电，电池模组的能量密度大，能够满足磁盘阵列的长时间的低功耗的需求，备电系统的成本低且体积小。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种磁盘阵列的备电系统的结构示意图，该备电系统包括：

转换模块3；

电容模组1，用于在转换模块3的作用下，在磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时为磁盘阵列供电第一预设时间；

电池模组2，用于在转换模块3的作用下，在电容模组1的输出电压低于第二预设电压时为磁盘阵列供电第二预设时间，以便磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质，第一预设电压大于第二预设电压。

本申请采用电池模组2和电容模组1混合放电的策略，主要是考虑到电池模组2和电容模组1的特性。

具体地，本申请得到电池(例如锂电池)和超级电容的特点如下表：

表1 电池和超级电容特性表

分类	锂电池	超级电容
			能量密度	高	低
功率密度	低	高
			充电次数	一般，1000+次	多，50+万次
充放电电压范围	3.6V-4.2V	0-3.0V
			充电速度	较快,10+min	极快，10S～10min

其中，功率密度指的是燃料电池能输出最大的功率除以整个燃料电池系统的重量或体积(或面积)，单位是瓦/公斤或瓦/升；功率密度指的是单位体积内的包含的能量。

电容模组1可以使用电池先串联多个(例如3-4个)，电压达到预设值(例如12-16V)时，再多个并联以增加能量；电池模组2可以使用超级电容先串联多个(例如4-5个)，电压达到预设值(例如12-15V)后再多个并联以增加能量。采用该种模式得到的电容模组1和电池模组2具有如下特点：

表2 电容模组1和电池模组2特性表

基于上述原理，本申请中具体工作过程为：

正常情况下，市电通过市电转换器为磁盘阵列供电，当市电掉电时，市电转换器的输出电压会降低，在市电转换器的输出电压降低到第一预设电压(可以但不仅限为11.4V，根据实际情况来定)时，在转换模块3的作用下，电容模组1会接替市电为磁盘阵列供电第一预设时间(要求满足磁盘阵列掉电初期高功耗，可以但不仅限为10s，根据实际情况来定)，在该段时间内，磁盘阵列的功耗在初期达到400-2000W，磁盘阵列在检测到市电转换器输出异常后，会在第一预设时间内快速降低整机功耗80％以上，并启动磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质(可以但不仅限为SSD(Sol id State Drives，固态硬盘))的操作。考虑到电容模组1的能量密度较低，电容模组1在为磁盘阵列供电后期输出电压会降低，则在电容模组1的输出电压降低至第二预设电压(可以但不仅限为9V，根据实际情况来定)时，在转换模块3的作用下，电池模组2接替电容模组1为磁盘阵列供电第二预设时间(可以但不仅限为8min-10min，根据实际情况来定)，在该段时间，磁盘阵列的缓存中的数据会写入非易失性介质中。

可见，本申请没有只采用电池模组2，因为磁盘阵列的掉电初期功率高，需要并联多个电池串才能满足，占用空间较大且成本高。本申请也不会只采用电容模组1，电容模组1的能量密度低，要么并联多个电容串(5串10并电容也无法支撑10min以上供电)，但该方式仍然使得备电系统体积大且成本高；要么采用高性能的非易失性介质，但高性能的非易失性介质的成本仍然很高，例如高性能SSD的价格是通用SSD价格的2-3倍。本申请采用电池模组2和电容模组1混合放电的策略，在磁盘阵列掉电初期采用电容模组1供电，电容模组1的功率密度大，能够满足磁盘阵列掉电初期功耗较大的需求；在磁盘阵列的功耗降下来后采用电池模组2供电，电池模组2的能量密度大，能够满足磁盘阵列的长时间的低功耗的需求，备电系统的成本低且体积小。

下面列举一实例来对本申请作说明：

请参照图2，图2为本发明提高的一种磁盘阵列的备电系统的混合放电曲线图；

则电容模组1包括5个串联的超级电容，电压在15V左右(高于11.4V是为了存储更多能量)，电容模组1还包括第一降压模块，用来将电容输出的电压调整为11.4V。电池模组2包括3个串联的锂电池，电压在10.8-12.6V左右，电池模块还包括第二降压模块，用于将电池输出的电压调整为9V。

1)正常情况下，机房220V供电正常，市电转换器输出12V为磁盘阵列供电。

2)如果机房220V掉电，则市电转换器的输出电压逐渐跌落至11.4V以下，电容模组1在转换模块3的作用下开始输出电压11.4V，持续10s左右，此时磁盘阵列的功耗在初期达到400-2000W，磁盘阵列在检测到市电转换器输出异常后，会在第一预设时间内快速降低整机功耗80％以上，并启动磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质的操作。

3)电容模组1持续放电，其输出电压降低到9V以下，电池模组2在转换模块3的作用下开始输出9V供电，持续8-10min，磁盘阵列的缓存中的数据会写入非易失性介质中。

可见，如果采用全超级电容方案，5串10并电容也无法支撑10min以上供电，需要采用高性能非易失性介质，高性能非易失性介质价格比通用非易失性介质的价格高。如果采用全电池方案，掉电初期功率高，电池需要4串3并。

本发明的混合备电模块，根据磁盘阵列的12V母线跌落的电压值调控：磁盘阵列内部电源平面电压低于11.4V时，电容模组1供电10S左右，支撑系统短时间高功耗需求，单向输出端电压范围11.4-9V(电容只需5串1并)；磁盘阵列内部电源平面电压低于9V时，磁盘阵列功耗降低到20％，电池模组2可持续供电10min以上(电池只需要3串1并)。

可见，采用本发明方案可以大幅度减少电池或电容数量，且只需要普通非易失性介质做系统盘，降低了磁盘阵列整个备电系统的成本，减小了体积。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，转换模块3为市电转换器的单向输出端、电容模组1的单向输出端与电池模组2的单向输出端连接的连接端。

具体地，电容模组1和电池模组2的输出端并联，市电转换器、电容模组1和电池模块的输出端均为单向输出端，也即只能向外供电，而不能向内充电，电容模组1和电池模组2设有转换的充电电路，因此，不必担心环流的情况的发生。由于市电转换器的单向输出端、电容模组1的单向输出端与电池模组2的单向输出端并联，因此，哪个输出的电压高便是哪个电压来为磁盘阵列供电，也即，正常情况下是市电转换器的输出电压较高，市电转换器来为磁盘阵列供电，在市电转换器的输出电压降低至第一预设电压时，电容模组1的输出电压高，则电容模组1开始为磁盘阵列供电，在电容模组1的输出电压降低至第二预设电压时，电池模组2的输出电压高，则电池模块开始为磁盘阵列供电。本实施例基于电压、电流的基本特性，无需额外增加其他器件，电路结构简单。

作为一种优选地实施例，还包括：

分别与市电转换器的单向输出端、电容模组1的单向输出端与电池模组2的单向输出端连接的连接端及磁盘阵列的供电端口连接的背板电源平面4。

具体地，背板电源平面4的输入端分别与市电转换器的单向输出端、电容模组1的单向输出端及电池模组2的单向输出端连接，背板电源平面4的输出端与磁盘阵列的供电端口连接，背板电源平面4的设置使得各个供电模块的单向输出端无需直接与背板电源平面4连接，减小了电路结构的复杂性。

作为一种优选地实施例，转换模块3包括：

第一控制器；

输入端与电容模组1的输出端连接、输出端与第一控制器连接的第一电压采集装置；

输入端与电池模组2的输出端连接、输出端与第一控制器连接的第二电压采集装置；

设置于电容模组1的单向输出端及磁盘阵列的供电端口之间的第一开关；

设置于电池模组2的单向输出端及磁盘阵列的供电端口之间的第二开关；

第一控制器用于通过第一电压采集装置得到磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时，控制第一开关闭合第一预设时间；通过第二电压采集装置得到电容模组1的输出电压低于第二预设电压时，控制第二开关闭合第二预设时间。

具体地，本实施例为本发明提供的转换模块3的另一种具体实现，在磁盘阵列的空间及成本允许的条件下，可以该种实施方式，本申请对于具体选用哪种实施方式不做特别的介绍。另外，本申请中提到的开关(包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关)可以但不仅限为MOS管，MOS管具有适用功率较大、成本低及体积小的优点。

作为一种优选地实施例，还包括：

第二控制器；

输入端与市电转换器的输出端连接、输出端与第二控制器连接的第三电压采集装置；

输入端与第二控制器连接的提示装置；

第二控制器用于通过第三电压采集装置得到市电转换器的输出电压低于第一预设电压时控制提示装置发出提示。

具体地，本申请还设置了第三电压采集装置，用来采集市电转换器的输出端的电压，第二控制器在判断得到市电转换器的输出电压低于第一预设电压时，控制提示装置发出提示，以便相关人员能够及时获知备电系统的状态，并根据备电系统的状态进行相应的措施，提高了备电系统的可靠性和安全性。

其中，这里的提示装置可以但不仅限为蜂鸣器和/或显示器。

作为一种优选地实施例，还包括：

设置于电容模组1的充电端及市电转换器的输出端之间的第三开关；

设置于电池模组2的充电端及市电转换器的输出端之间的第四开关；

分别与第三开关的控制端及第四开关的控制端连接的第三控制器；

第三控制器用于在电容模组1和/或电池模组2的电量小于各自对应的阈值后相应地控制第三开关和/或第四开关闭合，以便市电转换器相应地为电容模组1和/或电池模组2供电。

具体地，为了减少更换电池带来的不便，本申请选用可充电的电容模组1和电池模组2，在电容模组1和/或电池模组2的电量不足时，可以在市电没有掉电时通过市电转换器为电容模组1和/或电池模组2供电。其中，第三控制器可以通过电容模组1和/或电池模组2的电量采集装置来获取电容模组1和/或电池模组2的电量信息。

这里的电量可以是电压也可以是电流，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，还包括：

设置于电容模组1的充电端及市电转换器的输出端之间的第一防倒灌装置；

设置于电池模组2的充电端及市电转换器的输出端之间的第二防倒灌装置。

作为一种优选地实施例，第一防倒灌装置和/或第二防倒灌装置为二极管。

具体地，为了进一步提高备电系统的安全性和可靠性，本申请还在电容模组1的充电端及市电转换器的输出端之间设置了第一防倒灌装置，在电池模组2的充电端及市电转换器的输出端之间设置了第二防倒灌装置，以免电容模组1和电池模组2之间出现换流的情况。

这里的第一防倒灌装置和/或第二防倒灌装置可以为二极管，体积小且成本低。当然，第一防倒灌装置和/或第二防倒灌装置还可以为其他类型的防倒灌装置，本申请在此不作特别的限定。

作为一种优选地实施例，第一控制器和/或第二控制器和/或第三控制器为磁盘阵列的控制器。

具体地，本申请选用磁盘阵列中的控制器来作为第一控制器和/或第二控制器和/或第三控制器，方便磁盘阵列对数据的写入及供电有着更为整体的把握。

本发明还提供了一种磁盘阵列，包括磁盘阵列本体，还包括如上述的备电系统。

对于本发明提供的磁盘阵列中的备电系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种磁盘阵列的备电系统，其特征在于，包括：

转换模块；

电容模组，用于在所述转换模块的作用下，在所述磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时为所述磁盘阵列供电第一预设时间；

电池模组，用于在所述转换模块的作用下，在所述电容模组的输出电压低于第二预设电压时为所述磁盘阵列供电第二预设时间，以便所述磁盘阵列的缓存中的数据写入非易失性介质，所述第一预设电压大于所述第二预设电压。

2.如权利要求1所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，所述转换模块为所述市电转换器的单向输出端、所述电容模组的单向输出端与所述电池模组的单向输出端连接的连接端。

3.如权利要求2所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，还包括：

分别与所述市电转换器的单向输出端、所述电容模组的单向输出端与所述电池模组的单向输出端连接的连接端及所述磁盘阵列的供电端口连接的背板电源平面。

4.如权利要求1所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，所述转换模块包括：

第一控制器；

输入端与所述电容模组的输出端连接、输出端与所述第一控制器连接的第一电压采集装置；

输入端与所述电池模组的输出端连接、输出端与所述第一控制器连接的第二电压采集装置；

设置于所述电容模组的单向输出端及所述磁盘阵列的供电端口之间的第一开关；

设置于所述电池模组的单向输出端及所述磁盘阵列的供电端口之间的第二开关；

所述第一控制器用于通过所述第一电压采集装置得到所述磁盘阵列的市电转换器的输出电压低于第一预设电压时，控制所述第一开关闭合第一预设时间；通过所述第二电压采集装置得到所述电容模组的输出电压低于第二预设电压时，控制所述第二开关闭合第二预设时间。

5.如权利要求1所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，还包括：

第二控制器；

输入端与所述市电转换器的输出端连接、输出端与所述第二控制器连接的第三电压采集装置；

输入端与所述第二控制器连接的提示装置；

所述第二控制器用于通过所述第三电压采集装置得到市电转换器的输出电压低于第一预设电压时控制所述提示装置发出提示。

6.如权利要求1-5任一项所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，还包括：

设置于所述电容模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第三开关；

设置于所述电池模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第四开关；

分别与所述第三开关的控制端及所述第四开关的控制端连接的第三控制器；

所述第三控制器用于在所述电容模组和/或所述电池模组的电量小于各自对应的阈值后相应地控制所述第三开关和/或第四开关闭合，以便所述市电转换器相应地为所述电容模组和/或所述电池模组供电。

7.如权利要求6所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，还包括：

设置于所述电容模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第一防倒灌装置；

设置于所述电池模组的充电端及所述市电转换器的输出端之间的第二防倒灌装置。

8.如权利要求7所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，所述第一防倒灌装置和/或所述第二防倒灌装置为二极管。

9.如权利要求6所述的磁盘阵列的备电系统，其特征在于，所述第一控制器和/或所述第二控制器和/或所述第三控制器为所述磁盘阵列的控制器。

10.一种磁盘阵列，包括磁盘阵列本体和市电转换器，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的备电系统。