CN112332473B - 一种存储bbu充放电电路和服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种存储BBU充放电电路和服务器，包括：控制单元、充电电路、放电电路和检测电路，其中，控制单元配置为控制第一组输出端的多个信号输出引脚的电平以使充电电路对BBU进行充电，控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电电路对BBU进行放电，当BBU进行放电时通过检测电路检测放电电流。通过使用本发明的方案，能够有效地解决因电芯数量不同导致需要不同的硬件方案来应对的问题，可以实现一套硬件设计方案满足多款BBU的应用，提升产品的竞争力。

Description

一种存储BBU充放电电路和服务器
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种存储BBU充放电电路和服务器。
背景技术
在统一存储服务器上，BBU(电池备份单元)已经成为一个重要的部件。为了保证数据的不丢失，BBU需要在市电掉电的情况下，能够维持系统供电，保证统一存储服务器能够把数据保存下来。目前的统一存储服务器BBU多使用充放电控制芯片设计，这样的设计成本较高，设计复杂且通用性不强，一般不同数量电芯的BBU需要不同的设计方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种存储BBU充放电电路和服务器，通过使用本发明的方法，能够有效地解决因电芯数量不同导致需要不同的硬件方案来应对的问题，可以实现一套硬件设计方案满足多款BBU的应用，提升产品的竞争力。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种存储BBU充放电电路，包括以下步骤：
控制单元，控制单元包括第一组输出端、第二组输出端和感测引脚，第一组输出端和第二组输出端分别包括多个信号输出引脚；
充电电路，充电电路包括第一组差分运放电路和充电单元，第一组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第一组输出端的多个信号输出引脚，第一组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到充电单元的输入端；
放电电路，放电电路包括第二组差分运放电路和放电单元，第二组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第二组输出端的多个信号输出引脚，第二组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到放电单元的输入端；
检测电路，检测电路包括差分运放电路，差分运放电路的输出端连接到感测引脚，
其中，控制单元配置为控制第一组输出端的多个信号输出引脚的电平以使充电电路对BBU进行充电，以及控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电电路对BBU进行放电，当BBU进行放电时通过检测电路检测放电电流。
根据本发明的一个实施例，控制单元包括型号为STM32F的MCU(微控制单元)，MCU的第一组输出端和第二组输出端分别包括四个PWM(脉冲调制)信号输出引脚，MCU包括连接到CPLD(复杂可编程逻辑器件)的第一信号控制管脚和第二信号控制管脚。
根据本发明的一个实施例，MCU配置为响应于第一信号控制管脚为高电平，控制第一组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使充电电路对BBU进行充电，以及响应于第二信号控制管脚为高电平，控制第二组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使放电电路对BBU进行放电。
根据本发明的一个实施例，充电单元包括四个输入引脚，充电单元的第一输入引脚连接到第一mos管(金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅极，第二输入引脚连接到第四mos管的栅极，第三输入引脚连接到第二mos管的栅极，第四输入引脚连接到第三mos管的栅极，第一mos管的漏极连接电源，源极连接到第二mos管的漏极，第二mos管的源极接地，第三mos管的源极接地，漏极连接到第二mos管的漏极，第四mos管的源极连接第三mos管的漏极，漏极连接BBU。
根据本发明的一个实施例，充电单元配置为当充电单元的第一输入引脚为低电平时使第一mos管处于开启状态，第三输入引脚为高电平时使第二mos管为关闭状态，控制单元根据占空比调节充电单元的第二输入引脚和第三输入引脚的高低电平以使第三mos管和第四mos管交错开启和关闭以使BBU进行充电。
根据本发明的一个实施例，放电单元包括四个输入引脚，放电单元的第一输入引脚连接到第五mos管的栅极，第二输入引脚连接到第八mos管的栅极，第三输入引脚连接到第六mos管的栅极，第四输入引脚连接到第七mos管的栅极，第五mos管的漏极连接BBU，源极连接到系统主板，第六mos管的源极接地，漏极连接到系统主板，第七mos管的源极接地，漏极连接到系统主板，第八mos管的源极连接系统主板，漏极连接BBU。
根据本发明的一个实施例，放电单元配置为当放电单元的第四输入引脚为高电平时使第七mos管处于关闭状态，第二输入引脚为低电平时使第八mos管为开启状态，控制单元根据占空比调节放电单元的第一输入引脚和第三输入引脚的高低电平以使第五mos管和第六mos管开启和关闭以使BBU进行放电。
根据本发明的一个实施例，检测电路配置为当BBU放电时检测放电电流并将检测到的放电电流反馈到控制单元。
根据本发明的一个实施例，控制单元还配置为当接收到检测电路反馈的放电电流大于阈值电流时，控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电单元中的四个mos管全部关闭。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种服务器，服务器包括上述的电路以对BBU进行充放电。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的存储BBU充放电电路，通过设置控制单元，控制单元包括第一组输出端、第二组输出端和感测引脚，第一组输出端和第二组输出端分别包括多个信号输出引脚；充电电路，充电电路包括第一组差分运放电路和充电单元，第一组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第一组输出端的多个信号输出引脚，第一组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到充电单元的输入端；放电电路，放电电路包括第二组差分运放电路和放电单元，第二组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第二组输出端的多个信号输出引脚，第二组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到放电单元的输入端；检测电路，检测电路包括差分运放电路，差分运放电路的输出端连接到感测引脚，其中，控制单元配置为控制第一组输出端的多个信号输出引脚的电平以使充电电路对BBU进行充电，以及控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电电路对BBU进行放电，当BBU进行放电时通过检测电路检测放电电流的技术方案，能够有效地解决因电芯数量不同导致需要不同的硬件方案来应对的问题，可以实现一套硬件设计方案满足多款BBU的应用，提升产品的竞争力。
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存储BBU充放电电路的示意图；
图2为根据本发明一个实施例的控制单元的示意图；
图3为根据本发明一个实施例的充电单元的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的充电单元充电时控制单元输出引脚波形的示意图；
图5为根据本发明一个实施例的放电单元的示意图；
图6为根据本发明一个实施例的检测电路的示意图。
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，提出了一种存储BBU充放电电路的一个实施例。
如图1中所示，该电路100包括：
控制单元101，控制单元101包括第一组输出端、第二组输出端和感测引脚，第一组输出端和第二组输出端分别包括多个信号输出引脚；
充电电路102，充电电路102包括第一组差分运放电路和充电单元，第一组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第一组输出端的多个信号输出引脚，第一组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到充电单元的输入端；
放电电路103，放电电路103包括第二组差分运放电路和放电单元，第二组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到第二组输出端的多个信号输出引脚，第二组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到放电单元的输入端；
检测电路104，检测电路104包括差分运放电路，差分运放电路的输出端连接到感测引脚，
其中，控制单元101配置为控制第一组输出端的多个信号输出引脚的电平以使充电电路102对BBU 105进行充电，以及控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电电路103对BBU 105进行放电，当BBU 105进行放电时通过检测电路104检测放电电流。
通过本发明的技术方案，能够有效地解决因电芯数量不同导致需要不同的硬件方案来应对的问题，可以实现一套硬件设计方案满足多款BBU的应用，提升产品的竞争力。
如图2所示，在本发明的一个优选实施例中，控制单元包括型号为STM32F的MCU，MCU的第一组输出端和第二组输出端分别包括四个PWM信号输出引脚，MCU包括连接到CPLD的第一信号控制管脚和第二信号控制管脚。第一组输出端包含4个PWM信号输出：CHG_PWM_DH1_R、CHG_PWM_DH2_R、CHG_PWM_DL1_R和CHG_PWM_DL2_R，用于升降压充电MOS的驱动；第二组输出端包含4个PWM信号输出：DCHG_PWM_DH1_R、DCHG_PWM_DH2_R、DDCHG_PWM_DL1_R和DCHG_PWM_DL2_R，用于升降压放电MOS的驱动；还包括电压和电流sense(感测)管脚：VBAT_SENSE和Visense管脚，用于电池电压和放电电流的感测。
在本发明的一个优选实施例中，MCU配置为响应于第一信号控制管脚为高电平，控制第一组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使充电电路对BBU进行充电，以及响应于第二信号控制管脚为高电平，控制第二组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使放电电路对BBU进行放电。第一信号控制管脚和第二信号控制管脚为BBU_EN_R和BBU_CHG_EN_R管脚，此两个信号从CPLD获取，当BBU_EN_R为高电平时，代表BBU要放电，此时升降压放电模块根据情况工作；当BBU_CHG_EN_R为高电平时，代表BBU要进行充电，充电模块要工作。
如图3所示，在本发明的一个优选实施例中，充电单元包括四个输入引脚CHG_PWM_DH1、CHG_PWM_DH2、CHG_PWM_DL1和CHG_PWM_DL1引脚，充电单元的第一输入引脚CHG_PWM_DH1连接到第一mos管的栅极，第二输入引脚CHG_PWM_DH2连接到第四mos管的栅极，第三输入引脚CHG_PWM_DL1连接到第二mos管的栅极，第四输入引脚CHG_PWM_DL1连接到第三mos管的栅极，第一mos管的漏极连接电源，源极连接到第二mos管的漏极，第二mos管的源极接地，第三mos管的源极接地，漏极连接到第二mos管的漏极，第四mos管的源极连接第三mos管的漏极，漏极连接BBU。在本发明的一个优选实施例中，充电单元配置为当充电单元的第一输入引脚为低电平时使第一mos管处于开启状态，第三输入引脚为高电平时使第二mos管为关闭状态，控制单元根据占空比调节充电单元的第二输入引脚和第三输入引脚的高低电平以使第三mos管和第四mos管交错开启和关闭以使BBU进行充电。
根据电芯的串并联情况，确定最大的充电电压，普通18650型号的锂电池最大电压一般到4.2V，如果是大于3串，一般就需要升压进行充电。升压充电的过程各个MOS管工作状况如下：
1)通过MCU控制MOS1为打开状态，即CHG_PWM_DH1为高电平，MCU的输出CHG_PWM_DH1_R信号为低电平；
2)通过MCU控制MOS2为关闭状态，即CHG_PWM_DL1为低电平，MCU的输出CHG_PWM_DL1_R信号为高电平；
3)MOS3和MOS4的工作状态为PWM控制切换打开和关闭，即MCU需要根据占空比D来调节输出电压，根据占空比D＝Vout/(Vout-Vin)来设定MCU两个信号CHG_PWM_DH2_R和CHG_PWM_DL2_R的开启时间比例，假设设定频率1Khz，则ton和toff的时间和为1ms，CHG_PWM_DH2_R和CHG_PWM_DL2_R会交错输出高低电平，如图4所示。
如果电芯数量较少，需要降压充电时，则各MOS的工作状态如下：
1)MOS1和MOS2根据实际需求设定占空比开启，降压的占空比D＝Vout/Vin，MCU根据需要设定的输出电压来调节CHG_PWM_DH1_R和CHG_PWM_DL1_R信号。
2)MOS3为关闭状态，即CHG_PWM_DL2_R输出为高电平；
3)MOS4为开启状态，即CHG_PWM_DH2_R输出为低电平。
如图5所示，在本发明的一个优选实施例中，放电单元包括四个输入引脚DCHG_PWM_DH1、DCHG_PWM_DH2、DCHG_PWM_DL1和DCHG_PWM_DL2，放电单元的第一输入引脚DCHG_PWM_DH1连接到第五mos管的栅极，第二输入引脚DCHG_PWM_DH2连接到第八mos管的栅极，第三输入引脚DCHG_PWM_DL1连接到第六mos管的栅极，第四输入引脚DCHG_PWM_DL2连接到第七mos管的栅极，第五mos管的漏极连接BBU，源极连接到系统主板，第六mos管的源极接地，漏极连接到系统主板，第七mos管的源极接地，漏极连接到系统主板，第八mos管的源极连接系统主板，漏极连接BBU。在本发明的一个优选实施例中，放电单元配置为当放电单元的第四输入引脚为高电平时使第七mos管处于关闭状态，第二输入引脚为低电平时使第八mos管为开启状态，控制单元根据占空比调节放电单元的第一输入引脚和第三输入引脚的高低电平以使第五mos管和第六mos管开启和关闭以使BBU进行放电。
当电池包电压高于12V时，需要工作在降压模式，各个MOS的开启状态为：
1)MOS5和MOS6根据占空比D来调节开启和关闭，占空比D＝Vout/Vin，MCU根据需要设定的输出电压和频率来调节DCHG_PWM_DH1_R和DCHG_PWM_DL1_R信号。
2)MOS7为关闭状态，即DCHG_PWM_DL2_R输出为高电平；
3)MOS8为开启状态，即DCHG_PWM_DH2_R输出为低电平；
当电池包放电电压低于12V时，则需要工作在升压模式来保证后端的工作稳定，各个MOS的开启状态为：
1)MCU控制MOS5为开启状态，即DCHG_PWM1_DH1为高电平，MCU的输出DCHG_PWM_DH1_R信号为低电平；
2)MOS6为关闭状态，即DCHG_PWM_DL1_R为高电平，DCHG_PWM_DL1则为低电平；
3)MOS7和MOS8的工作状态为PWM控制切换打开和关闭，即MCU需要根据占空比来调节输出电压，根据D＝Vout/(Vout-Vin)来设定MCU两个信号DCHG_PWM_DH2_R和DCHG_PWM_DL2_R的开启时间比例。
在本发明的一个优选实施例中，检测电路配置为当BBU放电时检测放电电流并将检测到的放电电流反馈到控制单元。在本发明的一个优选实施例中，控制单元还配置为当接收到检测电路反馈的放电电流大于阈值电流时，控制第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使放电单元中的四个mos管全部关闭。
图6为本发明的一个实施例的检测电路的示意图，其中Visense引脚连接到控制电路的感测引脚，VBAT引脚连接到BBU，当电池包放电时，电流会流经sense电阻R22，通过差分运放线路，会将电流转换成电压并通知MCU，其中放大倍数为：
VIsense＝(R21+R12)*R15*VBAT/[(R20+R12)*R21]-R22*VBAT_R/R21，通常情况下为便于计算，可以选择R20＝R21，R12＝R15，这样VIsense＝(VBAT–VBAT_R)*R12/R15。再根据放电电流Isense＝VIsense/R22，就可以计算出放电电流，MCU还可以根据放电电流的大小，采取一定的保护策略，当电流过大时，可以关闭放电线路，即将MOS5、MOS6、MOS7、MOS8全部关闭。再根据Isense*VBAT_SENSE可以得到系统功率。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种服务器，服务器包括上述的电路以对BBU进行充放电。
通过本发明的技术方案，能够有效地解决因电芯数量不同导致需要不同的硬件方案来应对的问题，可以实现一套硬件设计方案满足多款BBU的应用，提升产品的竞争力。
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 (9)

1.一种存储BBU充放电电路，其特征在于，包括：
控制单元，所述控制单元包括第一组输出端、第二组输出端和感测引脚，所述第一组输出端和所述第二组输出端分别包括多个信号输出引脚；
充电电路，所述充电电路包括第一组差分运放电路和充电单元，所述第一组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到所述第一组输出端的多个信号输出引脚，所述第一组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到所述充电单元的输入端，所述充电单元包括四个输入引脚，所述充电单元的第一输入引脚连接到第一mos管的栅极，第二输入引脚连接到第四mos管的栅极，第三输入引脚连接到第二mos管的栅极，第四输入引脚连接到第三mos管的栅极，所述第一mos管的漏极连接电源，源极连接到所述第二mos管的漏极，所述第二mos管的源极接地，所述第三mos管的源极接地，漏极连接到所述第二mos管的漏极，所述第四mos管的源极连接所述第三mos管的漏极，漏极连接BBU；
放电电路，所述放电电路包括第二组差分运放电路和放电单元，所述第二组差分运放电路中的每一个的同相输入端分别连接到所述第二组输出端的多个信号输出引脚，所述第二组差分运放电路中的每一个的输出端分别连接到所述放电单元的输入端；
检测电路，所述检测电路包括差分运放电路，所述差分运放电路的输出端连接到所述感测引脚，
其中，所述控制单元配置为控制所述第一组输出端的多个信号输出引脚的电平以使所述充电电路对所述BBU进行充电，以及控制所述第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使所述放电电路对所述BBU进行放电，当所述BBU进行放电时通过所述检测电路检测放电电流。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制单元包括型号为STM32F的MCU，所述MCU的第一组输出端和第二组输出端分别包括四个PWM信号输出引脚，所述MCU包括连接到CPLD的第一信号控制管脚和第二信号控制管脚。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述MCU配置为响应于所述第一信号控制管脚为高电平，控制所述第一组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使所述充电电路对所述BBU进行充电，以及响应于所述第二信号控制管脚为高电平，控制所述第二组输出端的四个PWM信号输出引脚的电平以使所述放电电路对所述BBU进行放电。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述充电单元配置为当所述充电单元的所述第一输入引脚为低电平时使所述第一mos管处于开启状态，所述第三输入引脚为高电平时使所述第二mos管为关闭状态，所述控制单元根据占空比调节所述充电单元的所述第二输入引脚和所述第三输入引脚的高低电平以使所述第三mos管和所述第四mos管交错开启和关闭以使所述BBU进行充电。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放电单元包括四个输入引脚，所述放电单元的第一输入引脚连接到第五mos管的栅极，第二输入引脚连接到第八mos管的栅极，第三输入引脚连接到第六mos管的栅极，第四输入引脚连接到第七mos管的栅极，所述第五mos管的漏极连接所述BBU，源极连接到系统主板，所述第六mos管的源极接地，漏极连接到所述系统主板，所述第七mos管的源极接地，漏极连接到所述系统主板，所述第八mos管的源极连接所述系统主板，漏极连接所述BBU。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述放电单元配置为当所述放电单元的所述第四输入引脚为高电平时使所述第七mos管处于关闭状态，所述第二输入引脚为低电平时使所述第八mos管为开启状态，所述控制单元根据占空比调节所述放电单元的所述第一输入引脚和所述第三输入引脚的高低电平以使所述第五mos管和所述第六mos管开启和关闭以使所述BBU进行放电。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路配置为当所述BBU放电时检测放电电流并将检测到的放电电流反馈到所述控制单元。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述控制单元还配置为当接收到所述检测电路反馈的放电电流大于阈值电流时，控制所述第二组输出端的多个信号输出引脚的电平以使所述放电单元中的四个mos管全部关闭。
9.一种服务器，所述服务器包括权利要求1-8任意一项所述的电路以对BBU进行充放电。
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