CN113708467A - 一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统 - Google Patents

一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统，其中，该上电电路包括：激活电路和延时电路，其中，激活电路的第一受控开关的第一端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与电池备份单元对应充电电路的控制端连接；延时电路的第一电阻的一端与第一受控开关的第二端连接，第一电阻的另一端分别与第一受控开关的控制端及电容的一端连接，电容的另一端与第一受控开关的第一端连接后接地；在电池备份单元插入目标对象时，第一受控开关的第二端与电池备份单元对应的充电电源连接。从而自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且不会影响电池备份单元正常工作。

Description

一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统。
背景技术
在存储服务器系统中，电量计芯片会使电池备份单元（Battery Backup Unit，简称BBU）在脱机一段时间以后进入shutdown模式（电量计芯片的工作模式之一，关闭大部分功能以降低功耗），在该模式下电量计芯片停止通信并控制充电和放电的MOSFET全部关闭，以减小电池损耗。当BBU重新插入系统后，需要激活才能进行正常的充放电管理。
在现有技术中，对BBU进行上电激活的方案主要是通过系统发送充电指令，使电量计芯片的PACK引脚电平抬高超过设定的启动电压。这一方案的缺点是，系统需要采用中断方式检测BBU在位信号的电平跳变，在检测到在位信号有效后发送充电指令，造成系统资源浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种上电电路、电池备份单元及存储服务器系统，以克服现有技术中对电池备份单元的充放电激活需要依赖系统软件通过中断方式检测BBU在位信号的电平跳变的方式来实现，造成系统资源浪费的问题。
本发明实施例提供了一种上电电路，应用于电池备份单元，包括：激活电路和延时电路，其中，
所述激活电路包括：第一受控开关和第一二极管，所述第一受控开关的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与电池备份单元对应充电电路的控制端连接，所述充电电路的输出端与所述电池备份单元对应电量计芯片的PACK引脚连接；
所述延时电路包括：第一电阻和电容，所述第一电阻的一端与所述第一受控开关的第二端连接，第一电阻的另一端分别与所述第一受控开关的控制端及所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述第一受控开关的第一端连接后接地；
在所述电池备份单元插入目标对象时，所述第一受控开关的第二端及所述充电电路的第一端分别与所述电池备份单元对应的充电电源连接。
可选地，所述激活电路还包括：第二电阻和第二二极管，其中，
所述第二二极管的阳极与所述第一电阻的一端连接，阴极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一受控开关的第二端连接。
可选地，所述激活电路还包括：
稳压二极管，所述稳压二极管的阴极与所述第一受控开关的第一端连接，阳极与所述电容的另一端连接。
可选地，所述激活电路还包括：
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一受控开关的控制端连接。
可选地，所述第一受控开关为PNP型三极管。
本发明实施例还提供了一种电池备份单元，包括：本发明另一实施例所述的上电电路、充电电路、电量计芯片，其中，
所述上电电路的输出端与所述充电电路的控制端连接；
所述充电电路的输出端分别与所述电量计芯片的PACK引脚连接；
在所述电池备份单元插入目标对象时，所述上电电路的供电端及所述充电电路的第一端分别与所述电池备份单元对应的充电电源连接。
可选地，所述充电电路为四开关Buck-Boost电路，
所述四开关Buck-Boost电路中输入侧的第一开关的控制端与所述上电电路的输出端连接，第一端在所述电池备份单元插入目标对象时与所述充电电源连接，输出侧的第二开关的第一端分别与所述电量计芯片的PACK引脚连接。
可选地，所述电池备份单元还包括：第二受控开关、第三受控开关和备份电池，
所述第二受控开关的控制端与所述电量计芯片的DSG引脚连接，第一端与所述电量计芯片的PACK引脚连接，第二端与所述第三受控开关的第一端连接；
所述第三受控开关的受控端与所述电量计芯片的CHG引脚连接，第二端与所述备份电池的一端连接，所述备份电池的另一端接地。
可选地，所述四开关Buck-Boost电路中的四个开关、所述第二受控开关及所述第三受控开关均为N型MOSFET。
本发明实施例还提供了一种存储服务器系统，包括：本发明另一实施例所述的电池备份单元，所述电池备份单元插入的目标对象为存储服务器系统。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的上电电路，应用于电池备份单元，具体包括：激活电路和延时电路，其中，激活电路包括：第一受控开关和第一二极管，第一受控开关的第一端与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与电池备份单元对应充电电路的控制端连接，充电电路的输出端与电池备份单元对应电量计芯片的PACK引脚连接；延时电路包括：第一电阻和电容，第一电阻的一端与第一受控开关的第二端连接，第一电阻的另一端分别与第一受控开关的控制端及电容的一端连接，电容的另一端与第一受控开关的第一端连接后接地；在电池备份单元插入目标对象时，第一受控开关的第二端及充电电路的第一端分别与电池备份单元对应的充电电源连接。从而在电池备份单元插入目标对象的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入目标对象的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
2.本发明实施例提供的电池备份单元，包括本发明另一实施例提供的上电电路、充电电路、电量计芯片，其中，上电电路的输出端与充电电路的控制端连接；充电电路的输出端分别与电量计芯片的PACK引脚连接；在电池备份单元插入目标对象时，上电电路的供电端及充电电路的第一端分别与电池备份单元对应的充电电源连接。从而在电池备份单元插入目标对象的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入目标对象的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
3.本发明实施例提供的存储服务器系统，包括：本发明另一实施例提供的电池备份单元，电池备份单元插入的目标对象为存储服务器系统。从而在电池备份单元插入存储服务器系统的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入存储服务器系统的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例的上电电路及电池备份单元的结构示意图；
图2为本发明实施例的存储服务器系统的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在现有技术中，对BBU进行上电激活的方案主要是通过系统发送充电指令，使电量计芯片的PACK引脚电平抬高超过设定的启动电压。这一方案的缺点是，系统需要采用中断方式检测BBU在位信号的电平跳变，在检测到在位信号有效后发送充电指令，造成系统资源浪费。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种上电电路，应用于电池备份单元，如图1所示，该上电电路101包括：激活电路1和延时电路2，其中，激活电路1包括：第一受控开关Q5和第一二极管D3，第一受控开关Q5的第一端与第一二极管D3的阳极连接，第一二极管D3的阴极与电池备份单元对应充电电路102的控制端连接，充电电路102的输出端与电池备份单元对应电量计芯片 BQ的PACK引脚连接；延时电路2包括：第一电阻R1和电容C1，第一电阻R1的一端与第一受控开关Q5的第二端连接，第一电阻R1的另一端分别与第一受控开关Q5的控制端及电容C1的一端连接，电容C1的另一端与第一受控开关Q5的第一端连接后接地；在电池备份单元插入目标对象时，第一受控开关Q5的第二端及充电电路102的第一端分别与电池备份单元对应的充电电源VIN_12V连接。
示例性地，当BBU应用于存储服务器系统时，上述目标对象为存储服务器系统的机箱。在实际应用中，该目标对象可以是任意具有BBU功能的设备，本发明并不以此为限。
具体地，如图1所示，在本发明实施例中，是以第一受控开关Q5为PNP型三极管为例进行的说明，在实际应用中，该第一受控开关Q5还可以采用其他受控开关如MOS管等，只要能够实现与PNP型三极管相同的作用即可，本发明并不以此为限。此外，在本发明实施例中，是以型号为BQ40Z50的电量计芯片为例进行的说明，在实际应用中，该电量计芯片还可以采用其他型号，本发明并不以此为限。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的上电电路，在电池备份单元插入目标对象的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入目标对象的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
具体地，在一实施例中，如图1所示，上述的激活电路1还包括：第二电阻R2和第二二极管D2，其中，第二二极管D2的阳极与第一电阻R1的一端连接，阴极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第一受控开关Q5的第二端连接。从而通过第二二极管D2和第二电阻R2串联来限制上述第一受控开关Q5第二端的电流，保障第一受控开关Q5可靠导通。
具体地，在一实施例中，如图1所示，上述的激活电路1还包括：稳压二极管D1，稳压二极管D1的阴极与第一受控开关Q5的第一端连接，阳极与电容C1的另一端连接。从而通过稳压二极管D1来保证充电电路可靠导通。
具体地，在一实施例中，如图1所示，上述的激活电路1还包括：第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第一电阻R1的另一端连接，第三电阻R3的另一端与第一受控开关Q5的控制端连接。通过第三电阻R3降低三极管的基极电流，使三极管的基极电流工作在允许范围之内，以确保三极管和电路工作的可靠稳定性。
下面将结合具体应用示例，对本发明实施例提供的上电电路的工作过程进行详细的描述。
如图1所示，N型MOSFET Q1、Q2、Q3、Q4和电感L1组成常用的四开关buck-boost电路，电阻R1和电容C1组成延时电路2，使Q5在上电导通一段时间后延时关断。电阻R3为PNP型三极管Q5的基极限流电阻，电阻R2为Q5的集电极限流电阻，D2为防反向二极管，确保电流只能从输入侧VIN_12V流向Q5。5V稳压二极管D1连接到Q5的集电极，起到限制Q1驱动电压幅值的作用，二极管D3防止Q1的充电控制PWM驱动信号反灌。
进入shutdown模式的BBU插入机箱后，存储服务器系统的PSU（服务器蓄电池）提供12v电压，此时C1两端的电压为0，PNP型三极管Q5导通，12v电压经过D2、R2、Q5之后在稳压二极管D1的阴极被钳位到5V，此电压经过D3驱动NMOS Q1导通。VIN_12V经过Q1、电感L1、Q3的体二极管，抬高 PACK引脚处的电压，从而使BQ退出shutdown模式进入到normal模式。同时PRES引脚检测到系统在位信号有效，电量计芯片BQ控制Q6、Q7打开，电池电压通过Q6、Q7加到PACK引脚处，从而维持电量计芯片BQ工作在normal模式。
随着时间推移，VIN_12V通过电阻R1给电容C1充电，C1两端的电压升高到VIN_12V–0.6*2以上时，Q5关断，其中，0.6V为二极管的导通电压，无法再提供维持Q1导通的栅极电压从而使Q1关断。这样整个上电电路101只在BBU插入系统的瞬间完成激活作用，激活之后D3的阳极处于高阻状态，不影响后续BBU充电时Q1栅极的PWM驱动信号。
从而在四开关buck-boost电路的基础上增加上电电路101，只在BBU插入系统的瞬间发挥作用，不影响后续充电PWM驱动控制逻辑。
本发明实施例还提供了一种电池备份单元，如图1所示，该电池备份单元包括：本发明另一实施例的上电电路101、充电电路102、电量计芯片BQ，其中，上电电路101的输出端与充电电路102的控制端连接；充电电路102的输出端分别与电量计芯片BQ的PACK引脚连接；在电池备份单元插入目标对象时，上电电路101的供电端及充电电路102的第一端分别与电池备份单元对应的充电电源VIN_12V连接。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的电池备份单元，在电池备份单元插入目标对象的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入目标对象的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
具体地，如图1所示，上述充电电路102为四开关Buck-Boost电路，四开关Buck-Boost电路中输入侧的第一开关Q1的控制端与上电电路的输出端连接，第一端在电池备份单元插入目标对象时与充电电源VIN_12V连接，输出侧的第二开关Q3的第一端分别与电量计芯片BQ的PACK引脚连接。
具体地，在一实施例中，如图1所示，上述的电池备份单元还包括：第二受控开关Q6、第三受控开关Q7和备份电池VBAT，第二受控开关Q6的控制端与电量计芯片BQ的DSG引脚连接，第一端与电量计芯片BQ的PACK引脚连接，第二端与第三受控开关Q7的第一端连接；第三受控开关Q7的受控端与电量计芯片BQ的CHG引脚连接，第二端与备份电池VBAT的一端连接，备份电池VBAT的另一端接地。
需要说明的是，在本发明实施例中，上述四开关Buck-Boost电路中的四个开关、第二受控开关及第三受控开关均为N型MOSFET。
上述电池备份单元的详细工作工程具体参见上述上电电路101的相关描述，在此不再进行赘述。
本发明实施例还提供了一种存储服务器系统，如图2所示，该存储服务器系统包括：本发明另一实施例的电池备份单元301。
具体地，电池备份单元301插入的目标对象为存储服务器系统。
在实际应用中，如图1所示，BBU从存储服务器系统的机箱中拔出后，BQ检测不到系统在位信号，就会控制CHG和DSG将Q6、Q7关闭使电池无法充放电，同时由于没有外接12V电源，PACK引脚变为低电平。BQ检测到PACK为低，延迟一段时间后进入shutdown模式以降低静态电流损耗。此时，即便将BBU重新插回机箱，系统在位信号恢复，BQ也不会从shutdown模式恢复，除非PACK引脚上的电压超过2.25V。
当BBU插入存储服务器系统的机箱后，如图1所示，系统的PSU（服务器蓄电池）提供12v电压，此时C1两端的电压为0，PNP型三极管Q5导通，12v电压经过D2、R2、Q5之后在稳压二极管D1的阴极被钳位到5V，此电压经过D3驱动NMOS Q1导通。VIN_12V经过Q1、电感L1、Q3的体二极管，抬高 PACK引脚处的电压，从而激活BQ从shutdown模式进入到normal模式。同时PRES引脚检测到系统在位信号有效，电量计芯片控制Q6、Q7打开，电池电压通过Q6、Q7加到PACK引脚处，从而维持电量计芯片工作在normal模式。
随着时间推移，VIN_12V通过电阻R1给电容C1充电，C1两端的电压升高到VIN_12V–0.6*2以上时，Q5关断，无法再提供维持Q1导通的栅极电压从而使Q1关断。这样整个激活电路只在BBU插入系统的瞬间完成激活作用，激活之后D3的阳极处于高阻状态，不影响后续BBU充电时Q1栅极的PWM驱动信号。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的存储服务器系统，在电池备份单元插入存储服务器系统的瞬间，激活电路导通进而驱动电池备份单元对应充电电路在对应电量计芯片的PACK引脚产生高电平信号，自动实现电池备份单元的激活，无需依赖软件控制，降低了逻辑复杂度，提高了稳定性、可靠性，并且延时电路上的电容在充电一定时间后，控制激活电路断开，这样整个激活电路只在电池备份单元插入存储服务器系统的瞬间完成激活作用，激活之后，由于第一二极管的阳极处于高阻状态，不影响后续电池备份电池充电时的PWM驱动信号，从而避免影响电池备份单元正常工作。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种上电电路，应用于电池备份单元，其特征在于，包括：激活电路和延时电路，其中，
所述激活电路包括：第一受控开关和第一二极管，所述第一受控开关的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与电池备份单元对应充电电路的控制端连接，所述充电电路的输出端与所述电池备份单元对应电量计芯片的PACK引脚连接；
所述延时电路包括：第一电阻和电容，所述第一电阻的一端与所述第一受控开关的第二端连接，第一电阻的另一端分别与所述第一受控开关的控制端及所述电容的一端连接，所述电容的另一端与所述第一受控开关的第一端连接后接地；
在所述电池备份单元插入目标对象时，所述第一受控开关的第二端及所述充电电路的第一端分别与所述电池备份单元对应的充电电源连接。
2.根据权利要求1所述的上电电路，其特征在于，所述激活电路还包括：第二电阻和第二二极管，其中，
所述第二二极管的阳极与所述第一电阻的一端连接，阴极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一受控开关的第二端连接。
3.根据权利要求1所述的上电电路，其特征在于，所述激活电路还包括：
稳压二极管，所述稳压二极管的阴极与所述第一受控开关的第一端连接，阳极与所述电容的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的上电电路，其特征在于，所述激活电路还包括：
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一受控开关的控制端连接。
5.根据权利要求1所述的上电电路，其特征在于，所述第一受控开关为PNP型三极管。
6.一种电池备份单元，其特征在于，包括：如权利要求1-5任一项所述的上电电路、充电电路、电量计芯片，其中，
所述上电电路的输出端与所述充电电路的控制端连接；
所述充电电路的输出端分别与所述电量计芯片的PACK引脚连接；
在所述电池备份单元插入目标对象时，所述上电电路的供电端及所述充电电路的第一端分别与所述电池备份单元对应的充电电源连接。
7.根据权利要求6所述的电池备份单元，其特征在于，所述充电电路为四开关Buck-Boost电路，
所述四开关Buck-Boost电路中输入侧的第一开关的控制端与所述上电电路的输出端连接，第一端在所述电池备份单元插入目标对象时与所述充电电源连接，输出侧的第二开关的第一端分别与所述电量计芯片的PACK引脚连接。
8.根据权利要求7所述的电池备份单元，其特征在于，还包括：第二受控开关、第三受控开关和备份电池，
所述第二受控开关的控制端与所述电量计芯片的DSG引脚连接，第一端与所述电量计芯片的PACK引脚连接，第二端与所述第三受控开关的第一端连接；
所述第三受控开关的受控端与所述电量计芯片的CHG引脚连接，第二端与所述备份电池的一端连接，所述备份电池的另一端接地。
9.根据权利要求8所述的电池备份单元，其特征在于，所述四开关Buck-Boost电路中的四个开关、所述第二受控开关及所述第三受控开关均为N型MOSFET。
10.一种存储服务器系统，其特征在于，包括：如权利要求7-9任一项所述的电池备份单元，所述电池备份单元插入的目标对象为存储服务器系统。
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