CN112165254A - 一种bbu充电控制电路和存储系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种BBU充电控制电路，包括：左桥臂，左桥臂包括第一驱动电路、第一MOS管和二极管，第一MOS管的栅极连接到第一驱动电路的输出端，漏极连接电源，源极连接二极管的负极，二极管的正极接地；右桥臂，右桥臂包括第二驱动电路、第三驱动电路、第二MOS管和第三MOS管，第二MOS管的栅极连接到第二驱动电路的输出端，漏极连接到充电控制电路的输出端，源极连接第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极连接到第三驱动电路的输出端，源极接地；储能单元，储能单元的一端连接到第一MOS管的源极，储能单元的另一端连接到第二MOS管的源极，其中，储能单元配置为在电流流过时进行储能并根据指令向BBU充电。通过使用本发明的方案，能够有效降低成本和控制复杂度。
Description
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种BBU充电控制电路和存储系统。
背景技术
在存储系统中，当AC(交流电)掉电时，容易造成重要数据丢失，为了防止这一情况发生，通常引入BBU(Battery Backup Unit，电池备电单元)来提供AC掉电后的短时间续航，将用户数据存盘，避免经济损失。
在传统的BBU充电控制电路中，通常使用四管buck-boost拓扑来实现。当电池电压低于输入电压时，四管buck-boost工作在buck模式(降压模式)，当电池电压接近输入电压时，四管buck-boost工作在buck-boost模式(降压-升压模式)，当电池电压大于输入电压时，四管buck-boost工作在boost模式(升压模式)。但是此电路有两个缺陷，一是四个开关管都是NMOS，NMOS的驱动必须由自举升压电路来实现，下管必须要打开一定时间才能确保上管的驱动正常，这就导致无法实现100％占空比，同时因为驱动电路的加入也增加了电路复杂度和成本，二是四管buck-boost工作在CCM模式(电流连续模式)下，当轻载或空载时，电流会从输出侧倒流到地，形成很大的环流，造成很大的损耗，要避免这种情况，就要使电路在轻载或空载时进入DCM模式(电流断续模式)，从而增加额外的检测控制电路，增加控制复杂度和成本。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种BBU充电控制电路和存储系统，通过使用本发明的电路，能够有效降低成本和控制复杂度。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种BBU充电控制电路，包括：
左桥臂，左桥臂包括第一驱动电路、第一MOS管和二极管，第一MOS管的栅极连接到第一驱动电路的输出端，漏极连接电源，源极连接二极管的负极，二极管的正极接地；
右桥臂，右桥臂包括第二驱动电路、第三驱动电路、第二MOS管和第三MOS管，第二MOS管的栅极连接到第二驱动电路的输出端，漏极连接到充电控制电路的输出端，源极连接第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极连接到第三驱动电路的输出端，源极接地；
储能单元，储能单元的一端连接到第一MOS管的源极，储能单元的另一端连接到第二MOS管的源极，其中，储能单元配置为在电流流过时进行储能并根据指令向BBU充电。
根据本发明的一个实施例，还包括：滤波单元，滤波单元包括电容和电阻，电容的一端连接到储能单元的任一端，另一端连接到电阻，电阻的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，第一驱动电路包括第一控制器，第一控制器配置为输出高电平时使第一驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第一驱动电路的输出端输出电源的电压。
根据本发明的一个实施例，第二驱动电路包括第二控制器，第二控制器配置为输出高电平时使第二驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第二驱动电路的输出端连接到充电控制电路的输出端。
根据本发明的一个实施例，第三驱动电路包括第三控制器，第三控制器配置为输出高电平时使第三驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第三驱动电路的输出端输出电源的电压。
根据本发明的一个实施例，储能单元包括功率电感。
根据本发明的一个实施例，电源为输出电压为12V的电源。
根据本发明的一个实施例，第一MOS管和第二MOS管为功率PMOS管，第三MOS管为功率NMOS管。
根据本发明的一个实施例，充电控制电路的输出端连接到BBU以为BBU充电。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种存储系统，存储系统使用上述电路对BBU充电。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的BBU充电控制电路，通过设置左桥臂，左桥臂包括第一驱动电路、第一MOS管和二极管，第一MOS管的栅极连接到第一驱动电路的输出端，漏极连接电源，源极连接二极管的负极，二极管的正极接地；右桥臂，右桥臂包括第二驱动电路、第三驱动电路、第二MOS管和第三MOS管，第二MOS管的栅极连接到第二驱动电路的输出端，漏极连接到充电控制电路的输出端，源极连接第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极连接到第三驱动电路的输出端，源极接地；储能单元，储能单元的一端连接到第一MOS管的源极，储能单元的另一端连接到第二MOS管的源极，其中，储能单元配置为在电流流过时进行储能并根据指令向BBU充电的技术方案，能够有效降低成本和控制复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实施例。
图1为根据本发明一个实施例的BBU充电控制电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种BBU充电控制电路的一个实施例。图1示出的是该电路的示意图。
如图1中所示，该电路可以包括：
左桥臂，左桥臂包括第一驱动电路、第一MOS管Q1和二极管D1，第一MOS管Q1的栅极连接到第一驱动电路的输出端(R5处)，漏极连接电源，源极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极接地；
右桥臂，右桥臂包括第二驱动电路、第三驱动电路、第二MOS管Q2和第三MOS管Q3，第二MOS管Q2的栅极连接到第二驱动电路的输出端(R10处)，漏极连接到充电控制电路的输出端(VOUT端)，源极连接第三MOS管Q3的漏极，第三MOS管Q3的栅极连接到第三驱动电路的输出端(R9处)，源极接地；
储能单元L1，储能单元L1的一端连接到第一MOS管Q1的源极，储能单元L1的另一端连接到第二MOS管Q2的源极，其中，储能单元L1配置为在电流流过时进行储能并根据指令向BBU充电(向VOUT端输出电流)。
通过本发明的技术方案，能够有效降低成本和控制复杂度。
在本发明的一个优选实施例中，还包括：滤波单元，滤波单元包括电容和电阻，电容的一端连接到储能单元的任一端，另一端连接到电阻，电阻的另一端接地。
在本发明的一个优选实施例中，第一驱动电路包括第一控制器PWM1，第一控制器PWM1配置为输出高电平时使第一驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第一驱动电路的输出端输出电源的电压。第一驱动电路配置用于控制第一MOS管Q1的导通和关断，当Q1需要导通时，第一控制器PWM1发出高电平信号，使得Q4导通，Q1的栅极电容经过R5、D2和Q4迅速放电，Vgs＝-PSU_12V，使Q1导通；当Q1需要关断时，第一控制器PWM1发出低电平信号，使得Q4关断，Q5的基极电压升高，使Q5导通，NPN型三极管Q5和PNP型三极管Q6组成达林顿管，大大增强电流放大能力，该电流经过R5给Q1的栅极电容充电，Vgs＝0，从而使Q1快速关断。
在本发明的一个优选实施例中，第二驱动电路包括第二控制器PWM2，第二控制器PWM2配置为输出高电平时使第二驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第二驱动电路的输出端连接到充电控制电路的输出端VOUT。第二驱动电路配置用于控制第二MOS管Q2的导通和关断，当Q2需要导通时，第二控制器PWM2发出高电平信号，使得Q16导通，Q2的栅极电容经过R10、D3和Q16迅速放电，Vgs＝-PSU_12V，使Q2导通；当Q2需要关断时，第二控制器PWM2发出低电平信号，使得Q16关断，Q7的基极电压升高，使Q7导通，NPN型三极管Q7和PNP型三极管Q8组成达林顿管，大大增强电流放大能力，该电流经过R10给Q2的栅极电容充电，Vgs＝0，从而使Q1快速关断。
在本发明的一个优选实施例中，第三驱动电路包括第三控制器PWM3，第三控制器PWM3配置为输出高电平时使第三驱动电路的输出端接地，输出低电平时使第三驱动电路的输出端输出电源的电压。第三驱动电路配置用于控制第三MOS管Q3的导通和关断，当Q3需要关断时，第三控制器PWM3发出高电平信号，使得Q9导通，R15处的电压接地为0，Q10的基极电压为0，使Q10导通，Q3的栅极和源极接地，Vgs＝0，从而使Q3快速关断，当Q3需要导通时，第三控制器PWM3发出低电平信号，使得Q9关断，R15处的电压为电源电压，使Q10关断Q11导通，Vgs＝PSU_12V，使Q3导通。
在本发明的一个优选实施例中，储能单元包括功率电感。功率电感可以在电流流过时储能，在需要时提供电流。
在本发明的一个优选实施例中，电源为输出电压为12V的电源。在存储系统中，电源电压由PSU(供电单元)提供，一般电压为12V，当PSU掉电时系统由BBU短暂供电，因此BBU的电压为了兼容系统要求会和PSU电压比较接近，同时充电电流受制于电芯的限制一般最大几安培。
在本发明的一个优选实施例中，第一MOS管和第二MOS管为功率PMOS管，第三MOS管为功率NMOS管。
在本发明的一个优选实施例中，充电控制电路的输出端连接到BBU以为BBU充电。
使用本发明的电路对BBU进行供电时，当BBU充电电路的输出电压VOUT小于输入电压PSU_12V时，电路工作在buck模式，此时控制器输出PWM2和PWM3维持高电平，使Q3关断，Q2导通，电源电流流经Q1、L1和Q2向输出端VOUT供电以对BBU进行充电，电流流经L1时，L1会储存一定的能量，这时Q2占空比达到100％，控制器通过PWM1调节Q1导通的占空比来调节输出电压，由于输出电压和输入电压的压差不大，所以Q1占空比维持在较高的水平，电感电流通过功率二极管D1续流的时间很短，用二极管替代开关管增加的导通损耗非常小。轻载或空载模式下，由于二极管的存在buck电路运行在DCM模式，避免了较大的环流，降低了系统元器件的损耗和发热量。
当BBU充电电路的输出电压VOUT接近输入电压PSU_12V时，电路工作在buck-boost模式，随着输出电压不断升高，buck模式下Q1占空比开到最大也无法满足要求，此时就需要插入boost，形成一个开关周期内前半周期buck后半周期boost的模式。PWM1输出高电平使Q1导通，PWM2和PWM3输出低电平使Q2关断Q3导通，这时电源电流流经Q1、L1和Q3到地，相当于电源直接接到L1上，可以使L1急速储能，在一定时间内切换第二和第三控制器的输出，使PWM2输出高电平使Q2导通，PWM3输出高电平使Q3关断，这时电源电流流经Q1、L1和Q2向输出端VOUT供电以对BBU进行充电，这时L1上具有一定的能量也会向输出端VOUT提供电流，使得BBU的电压逐渐接近12V。然后需要不断切换第二和第三控制器的输出，直到BBU的电压为12V。电路在buck模式向buck-boost模式切换的瞬间，boost是以最小占空比切入进来的，因此占空比是不连续的，这就需要降低buck的占空比以平衡输出电压。
当BBU充电电路的输出电压VOUT大于输入电压PSU_12V时，电路工作在boost模式，此时控制器输出PWM1维持高电平，使Q1导通，Q1占空比达到100％，同样的也避免了传统四管buck-boost电路定期给自举电容充电的麻烦。控制器通过调节Q2、Q3的占空比来调节输出电压。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种存储系统，存储系统使用上述电路对BBU充电。
通过本发明的技术方案，能够有效降低成本和控制复杂度。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。
Claims (10)
1.一种BBU充电控制电路，其特征在于，包括：
左桥臂，所述左桥臂包括第一驱动电路、第一MOS管和二极管，所述第一MOS管的栅极连接到所述第一驱动电路的输出端，漏极连接电源，源极连接所述二极管的负极，所述二极管的正极接地；
右桥臂，所述右桥臂包括第二驱动电路、第三驱动电路、第二MOS管和第三MOS管，所述第二MOS管的栅极连接到所述第二驱动电路的输出端，漏极连接到所述充电控制电路的输出端，源极连接所述第三MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接到所述第三驱动电路的输出端，源极接地；
储能单元，所述储能单元的一端连接到所述第一MOS管的源极，所述储能单元的另一端连接到所述第二MOS管的源极，其中，所述储能单元配置为在电流流过时进行储能并根据指令向所述BBU充电。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：滤波单元，所述滤波单元包括电容和电阻，所述电容的一端连接到所述储能单元的任一端，另一端连接到所述电阻，所述电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一驱动电路包括第一控制器，所述第一控制器配置为输出高电平时使所述第一驱动电路的输出端接地，输出低电平时使所述第一驱动电路的输出端输出所述电源的电压。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括第二控制器，所述第二控制器配置为输出高电平时使所述第二驱动电路的输出端接地，输出低电平时使所述第二驱动电路的输出端连接到所述充电控制电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三驱动电路包括第三控制器，所述第三控制器配置为输出高电平时使所述第三驱动电路的输出端接地，输出低电平时使所述第三驱动电路的输出端输出所述电源的电压。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述储能单元包括功率电感。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源为输出电压为12V的电源。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管为功率PMOS管，所述第三MOS管为功率NMOS管。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述充电控制电路的输出端连接到所述BBU以为所述BBU充电。
10.一种存储系统，所述存储系统使用权利要求1-9所述电路对BBU充电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210101 |