CN113708475B - 一种存储设备及其电源背板 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种存储设备及其电源背板，电源背板中设置有多个结构相同的供电通道，各供电通道的输出端均与存储设备中的控制器连接，以便为控制器冗余供电；每个供电通道均包括：输入防护电路，用于在供电电源接通至供电通道时进行电压冲击防护；第一驱动控制电路，第一驱动控制电路基于对防倒灌开关管的通断控制，用于进行防倒灌保护；第二驱动控制电路，第二驱动控制电路基于对上电开关管的通断控制，用于进行上电后的过流保护；输出防护电路，用于进行储能和电压输出。本申请基于多个供电通道实现了供电冗余保护，并且可有效实现热插拔防护、防倒灌和防过流，极大提高了容灾能力，进一步保障了存储设备运行时的稳定性、可靠性、安全性。

Description

一种存储设备及其电源背板
技术领域
本申请涉及电源供电技术领域，特别涉及一种存储设备及其电源背板。
背景技术
存储设备，特别是高端存储设备，作为企业数据中心中重要的一部分，目前被广泛应用于金融、医疗、运营商等各行各业的核心业务系统中，主要要求是高可靠、高性能、高安全。为进一步解决产品的高可靠性，目前的高端存储设备多采用多控制器结构；但是，对于供电却没有相对应的改进。当供电出现问题时，多个控制器均无法正常工作。鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种存储设备及其电源背板，以便有效提高存储设备电源背板的供电稳定性和容灾能力。
为解决上述技术问题，一方面，本申请公开了一种存储设备中的电源背板，所述电源背板中设置有多个结构相同的供电通道，各所述供电通道的输出端均与所述存储设备中的控制器连接，以便为所述控制器冗余供电；每个所述供电通道均包括：
输入防护电路，用于在供电电源接通至供电通道时进行电压冲击防护；
与所述输入防护电路连接的第一驱动控制电路，所述第一驱动控制电路基于对防倒灌开关管的通断控制，用于进行防倒灌保护；
与所述第一驱动控制电路连接的第二驱动控制电路，所述第二驱动控制电路基于对上电开关管的通断控制，用于进行上电后的过流保护；
与所述第二驱动控制电路连接的输出防护电路，用于进行储能和电压输出。
可选地，所述防倒灌开关管、所述上电开关管和精密电阻依次串联在所述供电通道的主线路中；所述防倒灌开关管的输入端与所述输入防护电路连接，并作为所述供电通道的输入端；所述精密电阻的输出端与所述输出防护电路连接，并作为所述供电通道的输出端。
可选地，所述输入防护电路包括瞬态二极管和RC串联结构，所述瞬态二极管和所述RC串联结构均并联在所述供电通道主线路与地线之间。
可选地，所述输出防护电路包括肖特基二极管和储能电容，所述肖特基二极管和所述储能电容均并联在所述供电通道主线路与地线之间。
可选地，所述第一驱动控制电路包括第一电阻分压结构、第二开关管；
所述第一电阻分压结构的一端接地，另一端连接至所述防倒灌开关管的输入端；所述第一电阻分压结构的分压输出端通过电阻连接至所述第二开关管的控制端，用以在分压上升后开通所述第二开关管；所述第二开关管的一端连接至所述防倒灌开关管的控制端，用以在所述第二开关管导通后开通所述防倒灌开关管。
可选地，所述第一驱动控制电路还包括第一运放结构、第一开关管；
所述第一运放结构的正、负输入端分别通过电阻与所述精密电阻的负、正输入端连接，所述第一运放结构的输出端连接至所述第一开关管的控制端，用以在所述精密电阻中出现反向电流时开通所述第一开关管；所述第一开关管的一端连接至所述第二开关管的控制端，用以在所述第一开关管导通后关断所述第二开关管，进而关断所述防倒灌开关管。
可选地，所述第二驱动控制电路包括第二电阻分压结构、第三电阻分压结构、第五开关管；
所述第二电阻分压结构的一端接地，另一端连接至所述防倒灌开关管与所述上电开关管的连接端；所述第二电阻分压结构的分压输出端连接至所述第五开关管的控制端，用以在分压上升后开通所述第五开关管；
所述第五开关管与所述第三电阻分压结构串联，所述第三电阻分压结构的另一端连接至所述防倒灌开关管与所述上电开关管的连接端，所述第三电阻分压结构的分压输出端连接至所述上电开关管的控制端，用以在所述第五开关管导通后开通所述上电开关管。
可选地，所述第二驱动控制电路还包括第二运放结构、第六开关管；
所述第二运放结构的正、负输入端分别通过电阻与所述精密电阻的正、负输入端连接，所述第二运放结构的输出端连接至所述第六开关管的控制端，用以在所述精密电阻中的正向电流大于预设安全电流时开通所述第六开关管；所述第六开关管的一端连接至所述第五开关管的控制端，用以在所述第六开关管导通后关断所述第五开关管，进而关断所述上电开关管。
可选地，每个所述供电通道的开关管基于MOS管而实现。
又一方面，本申请还公开了一种存储设备，包括如上所述的任一种电源背板。
本申请所提供的存储设备及其电源背板所具有的有益效果是：本申请基于多个供电通道实现了供电冗余保护，并且可有效实现热插拔防护、防倒灌和防过流，极大提高了容灾能力，进一步保障了存储设备运行时的稳定性、可靠性、安全性。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为本申请实施例公开的一种存储设备中的电源背板的结构框图；
图2为本申请实施例公开的一种存储设备中的电源背板的示意图；
图3为本申请实施例公开的一种存储设备中的电源背板的电路结构图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种存储设备及其电源背板，以便有效提高存储设备电源背板的供电稳定性和容灾能力。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，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介绍。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
当前，存储设备，特别是高端存储设备，作为企业数据中心中重要的一部分，目前被广泛应用于金融、医疗、运营商等各行各业的核心业务系统中，主要要求是高可靠、高性能、高安全。为进一步解决产品的高可靠性，目前的高端存储设备多采用多控制器结构；但是，对于供电却没有相对应的改进。当供电出现问题时，多个控制器均无法正常工作。鉴于此，本申请提供了一种存储设备中的电源背板，可有效解决上述问题。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种存储设备中的电源背板，该电源背板中设置有多个结构相同的供电通道，各供电通道的输出端均与存储设备中的控制器连接，以便为控制器冗余供电；每个供电通道均包括：
输入防护电路101，用于在供电电源接通至供电通道时进行电压冲击防护；
与输入防护电路101连接的第一驱动控制电路102，第一驱动控制电路102基于对防倒灌开关管的通断控制，用于进行防倒灌保护；
与第一驱动控制电路102连接的第二驱动控制电路103，第二驱动控制电路103基于对上电开关管的通断控制，用于进行上电后的过流保护；
与第二驱动控制电路103连接的输出防护电路104，用于进行储能和电压输出。
具体地，需要说明的是，本申请所提供的存储设备的电源背板中，具体设置了多个供电通道，或者又可以称为供电平面。每个供电通道相互之间可独立对外输出供电。当一个供电通道发生故障后，便可由其他供电通道继续对外输出供电，实现供电通道的冗余保护，极大提高了电源背板的容灾能力。
因此，存储设备中的控制器可与各个供电通道的输出端均连接。进一步地，对于设置有多个控制器的高端存储设备，每个控制器可以均分别与各个供电通道的输出端连接。
容易理解的是，当供电通道均正常时，可仅由其中一个为系统供电，当然，每个供电通道对应的供电电源均应满足系统的供电需求，作为一个具体实施例，每个供电通道可采用两个电源装置(Power Supply Unit，PSU)作为供电电源。又或者，可同时由多个通电通道为系统供电，此时每组供电通道中选用的器件参数也应保持一致，令这样不同供电通道的阻抗基本一致，在输入电压相同时保持均流，以便在任意一个或两个PSU出现故障时均不会影响系统供电。
参见图2，图2为本申请实施例公开的一种电源背板的结构示意图。
图2中示出了两个供电通道(在图2中的线路粗细不同)和四个控制器。其中，PSU1和PSU2是第一个供电通道的供电电源，PSU3和PSU4是第二个供电通道的供电电源，两个供电通道的输出端均分别与四个控制器连接。对于任意一个控制器而言，当第一个供电通道故障后，便可替换使用第二个供电通道供电；反之亦然。
对于每个供电通道，其主要结构可包括输入防护电路101、第一驱动控制电路102、第二驱动控制电路103、输出防护电路104。其中，输入防护电路101用于有效防止在PSU突然插入接通电源背板的瞬间对控制器产生较大的电压冲击。第一驱动控制电路102可以控制防倒灌开关管的通断，进而可防止在供电通道被短路或者无输出时后端电压反灌至该供电通道中。第二驱动控制电路103可控制上电开关管的通断，进而可控制供电通道的上电过程，并起到过流保护作用。输出防护电路104用于进行储能和稳压输出。
可见，本申请所提供的存储设备中的电源背板，基于多个供电通道实现了供电冗余保护，并且可有效实现热插拔防护、防倒灌和防过流，极大提高了容灾能力，进一步保障了存储设备运行时的稳定性、可靠性、安全性。
参见图3，图3为本申请实施例公开的一种供电通道的电路结构图。
图3中，Q3为防倒灌开关管，Q4为上电开关管，R1为精密电阻。作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，防倒灌开关管、上电开关管和精密电阻依次串联在供电通道的主线路中；防倒灌开关管的输入端与输入防护电路101连接，并作为供电通道的输入端；精密电阻的输出端与输出防护电路104连接，并作为供电通道的输出端。其中，作为精密电阻的R1一般为毫欧级，选择阻值时可具体考虑通流要求。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，输入防护电路101包括瞬态二极管和RC串联结构，瞬态二极管(TransientVoltage Suppressor，TVS)D1和RC串联结构均并联在供电通道主线路与地线之间。
其中，当TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，其将以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。加上RC组成的缓冲线路，可有效避免PSU插入时的电压冲击破坏。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，输出防护电路104包括肖特基二极管D2和储能电容，肖特基二极管和储能电容均并联在供电通道主线路与地线之间。
具体地，储能电容主要用以满足系统满载发生跳变时的快速响应，以避免电压出现大的波动；肖特基二极管用于避免掉电时形成较大的负电压。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，第一驱动控制电路102包括第一电阻分压结构、第二开关管；
第一电阻分压结构的一端接地，另一端连接至防倒灌开关管的输入端；第一电阻分压结构的分压输出端通过电阻连接至第二开关管的控制端，用以在分压上升后开通第二开关管；第二开关管的一端连接至防倒灌开关管的控制端，用以在第二开关管导通后开通防倒灌开关管。
作为一种具体实施例，各开关管可基于MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)而实现。当然，本领域技术人员也可采用三极管实现，本申请对此并不进行限定。对于作为防倒灌开关管的Q3，如果系统需求电流过大，单颗MOS管无法满足时，可根据实际需求而并联多颗MOS管。
具体地，如图3所示，R2和R3构成了第一电阻分压结构，连接在Q3的输入端与地线之间。Q2为第二开关管，R2和R3的公共端通过电阻连接至Q2的控制端。在图3中，Q2的一端接地，另一端与Q3的控制端连接。
为方便驱动的设计，在图3中，Q2具体为NMOS管，Q3具体为PMOS管。在上电过程中，Q3先通过其体二极管导通，然后当第一电阻分压结构输出的分压上升(具体上升至Q2的阈值电压)后，Q2便导通，将Q3的控制端拉低为低电平，由此Q3便导通。当然，本领域技术人员可以更换NMOS管、PMOS管的使用，只要能够达到“第二开关管的导通能够开通防倒灌开关管”的效果便可。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，第一驱动控制电路102还包括第一运放结构、第一开关管；
第一运放结构的正、负输入端分别通过电阻与精密电阻的负、正输入端连接，第一运放结构的输出端连接至第一开关管的控制端，用以在精密电阻中出现反向电流时开通第一开关管；第一开关管的一端连接至第二开关管的控制端，用以在第一开关管导通后关断第二开关管，进而关断防倒灌开关管。
图3中，U1为第一运放结构，Q1为第一开关管。将供电电源的电压记为P12V_PSU1，经Q3输出端输出的电压记为P12V_PSU_1。具体地，线路正常工作过程中，如果输入电压P12V_PSU_1电压降低到足够低(或短路)时，R1上会产生反向电流，形成反向电压差，通过U1的运放后形成一个电压，当该电压差足够大时，便会驱动Q1导通。其中，图3中的Q1具体为NMOS管，连接在Q2的栅极与地线之间。因此，Q1导通会将Q2的栅极电压拉低，令Q2处于截止状态，进一步地将Q3断开，达到反向保护的目的。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，第二驱动控制电路103包括第二电阻分压结构、第三电阻分压结构、第五开关管；
第二电阻分压结构的一端接地，另一端连接至防倒灌开关管与上电开关管的连接端；第二电阻分压结构的分压输出端连接至第五开关管的控制端，用以在分压上升后开通第五开关管；
第五开关管与第三电阻分压结构串联，第三电阻分压结构的另一端连接至防倒灌开关管与上电开关管的连接端，第三电阻分压结构的分压输出端连接至上电开关管的控制端，用以在第五开关管导通后开通上电开关管。
如图3所示，R4和R5构成了第二电阻分压结构，R6和R7构成了第三电阻分压结构，Q5为第五开关管。R4连接的是Q3输出的电压P12V_PSU_1，因此，P12V_PSU1_1通过R4和R5的分压来控制Q5的导通。图3中的Q5和Q4均具体为NMOS管，因此当分压达到Q5的阈值电压后Q5便会导通。当Q5导通后，R6和R7便会形成分压，就会将Q4导通，让P12V_PSU1_1通过Q4后续输出供电通道的输出电压P12V_SYS。
作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的存储设备中的电源背板在上述内容的基础上，第二驱动控制电路103还包括第二运放结构、第六开关管；
第二运放结构的正、负输入端分别通过电阻与精密电阻的正、负输入端连接，第二运放结构的输出端连接至第六开关管的控制端，用以在精密电阻中的正向电流大于预设安全电流时开通第六开关管；第六开关管的一端连接至第五开关管的控制端，用以在第六开关管导通后关断第五开关管，进而关断上电开关管。
具体地，如图3所示，U2为第二运放结构，Q6为第六开关管。其中，Q6具体为NMOS管，连接在Q5的控制端与地线之间。由此，当电流正向流经R1时，便会在R1上形成电压差，通过U2运放形成一个电压，当此电压足够大时就会开启Q6，因Q6的另一端接地，所以Q6导通后会将Q5的栅极拉低为低电平，将Q5关闭。而Q5的关闭又会使R6、R7悬空，进而令Q4关闭。如此，基于U2和Q6便形成了过流保护功能。
进一步地，本申请还公开了一种存储设备，包括如上所述的任一种电源背板。
可见，本申请实施例所公开的存储设备，基于多个供电通道实现了电源背板上的供电冗余保护，并且可有效实现热插拔防护、防倒灌和防过流，极大提高了容灾能力，进一步保障了存储设备运行时的稳定性、可靠性、安全性。
关于上述存储设备的具体内容，可参考前述关于存储设备中的电源背板的详细介绍，这里就不再赘述。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”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者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，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。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种存储设备中的电源背板，其特征在于，所述电源背板中设置有多个结构相同的供电通道，各所述供电通道的输出端均与所述存储设备中的控制器连接，以便为所述控制器冗余供电；每个所述供电通道均包括：
输入防护电路，用于在供电电源接通至供电通道时进行电压冲击防护；
与所述输入防护电路连接的第一驱动控制电路，所述第一驱动控制电路基于对防倒灌开关管的通断控制，用于进行防倒灌保护；
与所述第一驱动控制电路连接的第二驱动控制电路，所述第二驱动控制电路基于对上电开关管的通断控制，用于进行上电后的过流保护；
与所述第二驱动控制电路连接的输出防护电路，用于进行储能和电压输出；
其中，所述防倒灌开关管、所述上电开关管和精密电阻依次串联在所述供电通道的主线路中；所述防倒灌开关管的输入端与所述输入防护电路连接，并作为所述供电通道的输入端；所述精密电阻的输出端与所述输出防护电路连接，并作为所述供电通道的输出端；
所述第一驱动控制电路包括第一电阻分压结构、第二开关管；所述第一电阻分压结构的一端接地，另一端连接至所述防倒灌开关管的输入端；所述第一电阻分压结构的分压输出端通过电阻连接至所述第二开关管的控制端，用以在分压上升后开通所述第二开关管；所述第二开关管的一端连接至所述防倒灌开关管的控制端，用以在所述第二开关管导通后开通所述防倒灌开关管；
所述第一驱动控制电路还用于当所述第一电阻分压结构输出的分压上升至所述第二开关管的阈值电压后，导通所述第二开关管，并将所述防倒灌开关管的控制端拉低为低电平，以导通所述防倒灌开关管；
所述第一驱动控制电路还包括第一运放结构、第一开关管；所述第一运放结构的正、负输入端分别通过电阻与所述精密电阻的负、正输入端连接，所述第一运放结构的输出端连接至所述第一开关管的控制端，用以在所述精密电阻中出现反向电流时开通所述第一开关管；所述第一开关管的一端连接至所述第二开关管的控制端，用以在所述第一开关管导通后关断所述第二开关管，进而关断所述防倒灌开关管；
所述第一驱动控制电路还用于当通过所述第一运放结构的运放后形成的电压差超过预设阈值时，驱动所述第一开关管导通，以将所述第二开关管的栅极电压拉低，令所述第二开关管处于截止状态，以及将所述防倒灌开关管断开。
2.根据权利要求1所述的电源背板，其特征在于，所述输入防护电路包括瞬态二极管和RC串联结构，所述瞬态二极管和所述RC串联结构均并联在所述供电通道主线路与地线之间。
3.根据权利要求2所述的电源背板，其特征在于， 所述输出防护电路包括肖特基二极管和储能电容，所述肖特基二极管和所述储能电容均并联在所述供电通道主线路与地线之间。
4.根据权利要求3所述的电源背板，其特征在于，所述第二驱动控制电路包括第二电阻分压结构、第三电阻分压结构、第五开关管；
所述第二电阻分压结构的一端接地，另一端连接至所述防倒灌开关管与所述上电开关管的连接端；所述第二电阻分压结构的分压输出端连接至所述第五开关管的控制端，用以在分压上升后开通所述第五开关管；
所述第五开关管与所述第三电阻分压结构串联，所述第三电阻分压结构的另一端连接至所述防倒灌开关管与所述上电开关管的连接端，所述第三电阻分压结构的分压输出端连接至所述上电开关管的控制端，用以在所述第五开关管导通后开通所述上电开关管。
5.根据权利要求4所述的电源背板，其特征在于，所述第二驱动控制电路还包括第二运放结构、第六开关管；
所述第二运放结构的正、负输入端分别通过电阻与所述精密电阻的正、负输入端连接，所述第二运放结构的输出端连接至所述第六开关管的控制端，用以在所述精密电阻中的正向电流大于预设安全电流时开通所述第六开关管；所述第六开关管的一端连接至所述第五开关管的控制端，用以在所述第六开关管导通后关断所述第五开关管，进而关断所述上电开关管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电源背板，其特征在于，每个所述供电通道的开关管基于MOS管而实现。
7.一种存储设备，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的电源背板。
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