CN1976159A - 一种磁盘阵列系统和电源保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁盘阵列系统的电子保护线路，针对当前无法完全消除磁盘阵列电源系统存在故障隐患的缺陷，提供一种磁盘阵列系统，包括由电源模块在背板上形成的电源总线，及与电源总线相连的至少一条为磁盘供电的供电线路，及电源保护装置，安装在供电线路上，在检测到断开信号后，断开供电线路。本发明还提供了一种应用于上述磁盘阵列系统的电源保护装置。上述磁盘阵列系统通过使用电源保护装置，可有效消除磁盘上电或在线插拔对系统电源以及其他磁盘带来的冲击，有效消除磁盘阵列中电源系统存在的故障隐患。

Description

一种磁盘阵列系统和电源保护装置

技术领域

本发明涉及电子保护电路，更具体地说，涉及一种磁盘阵列系统和应用于该磁盘阵列系统的电源保护装置。

背景技术

磁盘阵列(RAID，Redundant Array of Independent Disks)是一种由多块独立硬盘按特定规则组合在一起形成的硬盘组，该硬盘组与单块硬盘相比，具有存储空间大、访问速度快和安全系数高等优点。

近年来，随着信息技术的不断发展，往往将磁盘阵列应用于关键数据的存储，因此，如何提高磁盘阵列的安全性，成为人们关注的焦点。由于磁盘本身属于故障率比较高的产品，所以通常需要在磁盘阵列上使用多块磁盘的冗余设计来保证整个系统不会因单个磁盘的故障而受到影响。然而，由于磁盘阵列的供电系统不可避免的采用集中供电方式，即所有磁盘都想要连接在同一组电源系统上，所以，电源系统成为磁盘阵列的故障隐患，电源系统出现异常很可能导致整个磁盘阵列所有硬盘被烧毁，进而导致关键业务数据的丢失和业务的中断。此外，每块磁盘的自身电路故障也可能对整个系统构成威胁，例如磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)也可能将整个磁盘阵列烧毁。

目前，现有技术中多采用集中供电直连回路方案来消除磁盘阵列电源系统中存在的故障隐患。

图1是现有技术采用集中供电直连回路方案的磁盘阵列系统的结构示意图。在图1中，电源系统采用集中供电方式，由两个电源模块在背板上合路后形成电源总线，磁盘阵列上所有的磁盘电源管脚直接连在电源总线上。电源模块本身提供过压、过流保护，其参数按照整个阵列总电源功率需求进行设置。虽然电源模块的冗余配置增强了整个系统电源的稳定性，但集中供电直连方案也存在如下缺点：1、磁盘上电插拔对系统电源有冲击，可能造成系统电源的波动；2、电源模块只能为整个系统提供过压过流保护，而无法对单个磁盘提供保护，因此当单个磁盘电源过流时，会触发系统电源的过流保护机制，造成整个磁盘阵列掉电。

除集中供电直连回路方案外，现有技术中还采用PTC热敏电阻保护方案来消除磁盘阵列电源系统和磁盘电源系统存在的故障隐患。

图2是现有技术采用PTC热敏电阻保护方案的磁盘阵列系统的结构示意图。在图2中，电源系统采用集中供电方式，由两个电源模块在背板上合路后形成电源总线。与直连回路方案不同的是，磁盘阵列上所有磁盘电源管脚通过各自的热敏电阻接在电源总线上。由于磁盘电源与系统电源总线之间通过一个热敏电阻连接，因此当某个磁盘出现异常，导致电流过大时，热敏电阻功率上升引起温度升高致使其电阻值增大，将异常磁盘与系统电源总线隔离，从而防止因单个磁盘故障而烧毁整个系统。但是，PTC热敏电阻保护方案也存在以下缺点：1、磁盘上电或在线插拔对系统电源有冲击，会造成系统电源的波动；2、单个磁盘瞬间短路突发大电流，而热敏电阻响应时间过长，电源模块的过流保护机制先于热敏电阻起作用，造成磁盘阵列掉电。

因此，无论是集中供电直连回路方案，还是PTC热敏电阻保护方案都无法完全消除磁盘阵列电源系统存在的故障隐患。

发明内容

本发明提供一种磁盘阵列系统，以及应用在该磁盘阵列系统上的电源保护装置，以有效消除磁盘阵列中电源系统存在的故障隐患。

一种磁盘阵列系统，包括由至少一个电源模块在背板上形成的电源总线，及与所述电源总线相连的至少一条为磁盘供电的供电线路，进一步包括：

电源保护装置，安装在所述供电线路上，用于在检测到断开信号后，断开所述供电线路。

一种电源保护装置，应用于磁盘阵列中磁盘和电源总线之间的供电线路上，包括：

过压检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述电源总线过压时，发出所述断开信号；

过流检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述磁盘电路过流时，发出所述断开信号；

离线检测模块，用于检测所述磁盘是否离线，当磁盘离线时发出所述断开信号；

控制模块，与所述过压检测模块、所述过流检测模块和所述离线检测模块相连，用于接收所述断开信号，发出断开指令；

电子开关，与所述控制模块相连，用于在收到所述断开指令后，断开所述供电线路。

上述磁盘阵列系统通过使用电源保护装置，可有效消除磁盘上电或在线插拔对系统电源以及其他磁盘带来的冲击，有效消除磁盘阵列中电源系统存在的故障隐患。

附图说明

图1是现有技术采用集中供电直连回路方案的磁盘阵列系统的结构示意图；

图2是现有技术采用PTC热敏电阻保护方案的磁盘阵列系统的结构示意图；

图3是本发明电源保护装置的逻辑图；

图4是本发明电源保护装置的电路图；

图5是本发明磁盘阵列系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种电源保护装置，可为磁盘阵列的电源系统提供过压过流保护，以下便结合具体实施例对该电源保护装置进行说明。

图3是本发明电源保护装置的逻辑图。如图3所示，该电源保护装置连接在电源总线和磁盘阵列中的磁盘之间，包括控制模块、电子开关、过压检测模块、过流检测模块、离线检测模块和电阻。其中，过压检测模块用于检测电源总线是否过压，若是，则向控制模块发送断开信号；过流检测模块用于检测磁盘电路是否发生过流(如磁盘电路发生短路)，若是，则向控制模块发送断开信号；离线检测模块用于检测磁盘是否离线，若是，则向控制模块发送断开信号。当控制模块收到断开信号后，发出断开指令，控制电子开关断开。下表是电子开关状态真值表，

                              表1

从上表中可以看出，当发生：a、电源总线过压；b、磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)；c、磁盘离线三种情况中的至少一种时，电子开关都将断开；而当上述三种情况中的任一种都没有出现时，电子开关将处于闭合状态。图3中的电阻是可选的，用于在电子开关切断电源总线和磁盘之间的直连回路时，为磁盘槽位提供一个高内阻的电源回路。

图4是本发明电源保护装置的电路图。如图4所示，该电源保护装置包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；以及稳压二极管和电容；其中，第一开关管可以是大功率MOS管或者其他具有开关特性的电路及大功率器件，其导通电阻非常小，一般为mΩ至几十mΩ数量级；第二开关管、第三开关管、第四开关管可以使用半导体三极管；第五电阻用于在磁盘离线后，为磁盘槽位提供一个高内阻的电源回路。在图4中，稳压二极管的阳极与电源总线相连，阴极与第三开关管的基极相连；第三开关管的集电极与第四开关管的集电极相连，其发射极接地；第四开关管的基极与磁盘离线检测端相连，用于接收磁盘离线信号，其发射极接地；第二电阻的一端与电源总线相连，另一端与离线检测端相连；第二开关管的发射极与电源总线相连，其集电极通过第三电阻接地，其基极通过第一电阻与磁盘电源输入端相连；第一开关管的源极与电源总线相连，其漏极与磁盘电源输入端相连，其栅极通过第三电阻接地；第一开关管的源极和漏极之间并联有第五电阻；第四电阻的一端与第二开关管的基极相连，另一端与第四开关管的集电极相连；电容一端与磁盘电源输入端相连，另一端接地。

以下便对图4中电路图的原理进行描述。

稳压二极管与第三开关管组成过压检测模块，当电源总线出现异常，导致电压过高时，第三开关管导通，导致第二开关管导通，第一开关管的栅极和源极之间电压降低，第一开关管截止，供电回路断开。当系统电源恢复正常后，第三开关管截止，第二开关管截止，第一开关管恢复导通，供电回路恢复正常。通过改变稳压二极管的稳压值，可以调节过压点参数。

当出现磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)时，第二开关管导通，第一开关管截止，供电回路切断。此外，在磁盘启动时，由于容性负载的作用，第二开关管导通，第一开关管截止，供电回路不通。电源总线通过第五电阻为电容充电，当电容两段电压达到一定幅度时，第二开关管截止，第一开关管导通，供电回路正常。通过调整电容和第五电阻的值，可以调节缓起时间。

磁盘本身有离线信号，该信号可由例如一段专门的电路来提供，当磁盘在线时，该电路导通，该信号接地；当磁盘离线时，该电路断开，该信号悬空。在图4中，当磁盘离线信号接地时，第四开关管截止，对供电回路不产生影响；当磁盘离线信号悬空时，第四开关管导通，造成第二开关管导通，第一开关管截止，供电回路切断。

从上面的原理描述可以看出，只要a、电源总线过压；b、磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)；c、磁盘离线三种状态中出现任意一种，都会导致第一开关管截止，造成供电回路断开。供电回路断开后，电源总线通过第五电阻给磁盘槽位提供一个高内阻的电源。

本发明还提供了一种应用上述电源保护装置的磁盘阵列系统，下面就结合图5对该系统进行描述。

图5是本发明磁盘阵列系统的结构示意图。如图5所示，该磁盘阵列系统包括2个电源模块和若干磁盘组成的磁盘阵列，在每个磁盘与电源总线之间安装有电源保护装置。2个电源模块组成1+1电源备份，防止单个电源模块故障造成系统掉电。2个电源模块的输出电压经合路通过背板后给磁盘供电，电源模块本身具有过压保护、过流保护功能，但由于参数设置为整个磁盘阵列的保护，不能完全实现对单个磁盘的电源回路异常的保护和隔离。在每个磁盘与电源总线之间，安装有电源保护装置(PPM)，用于在单个磁盘出现异常，如磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)情况下，或者磁盘离线时将磁盘与电源总线隔离，避免单个磁盘异常影响到磁盘阵列电源总线的工作。同时，PPM也对电源总线异常引起的系统电压过高等可能造成磁盘烧毁的情况进行保护，防止整个磁盘阵列的烧毁。

上述磁盘阵列系统通过使用电源保护装置，可有效消除磁盘上电或在线插拔对系统电源以及其他磁盘带来的冲击。上述电源保护装置通过使用过压检测、过流检测和离线检测等模块，可有效防止系统电源过压对每块磁盘造成损害，以及磁盘电路过流(如磁盘电路发生短路)造成整个系统掉电，并能在磁盘离线时切断大电流供电回路，仅在对应的磁盘槽位留下一个高内阻，形成小电流供电回路。

Claims (6)

1、一种磁盘阵列系统，包括由至少一个电源模块在背板上形成的电源总线，及与所述电源总线相连的至少一条为磁盘供电的供电线路，其特征在于，进一步包括：

电源保护装置，安装在所述供电线路上，用于在检测到断开信号后，断开所述供电线路。

2、根据权利要求1所述的磁盘阵列系统，其特征在于，所述电源保护装置包括：

过压检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述电源总线过压时，发出所述断开信号；

过流检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述磁盘电路过流时，发出所述断开信号；

离线检测模块，用于检测所述磁盘是否离线，当所述磁盘离线时发出所述断开信号；

控制模块，与所述过压检测模块、所述过流检测模块和所述离线检测模块相连，用于接收所述断开信号，发出断开指令；

电子开关，与所述控制模块相连，用于在收到所述断开指令后，断开所述供电线路。

3、根据权利要求1所述的磁盘阵列系统，其特征在于，所述电源保护装置包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；以及稳压二极管和电容；所述稳压二极管的阳极与所述电源总线相连，阴极与所述第三开关管的基极相连；所述第三开关管的集电极与所述第四开关管的集电极相连，其发射极接地；所述第四开关管的基极与所述磁盘离线检测端相连，其发射极接地；所述第二电阻的一端与所述电源总线相连，另一端与所述磁盘离线检测端相连；所述第二开关管的发射极与所述电源总线相连，其集电极通过所述第三电阻接地，其基极通过所述第一电阻与所述磁盘电源接入端相连；所述第一开关管的源极与所述电源总线相连，其漏极与所述磁盘电源接入端相连，其栅极通过所述第三电阻接地；所述第一开关管的源极和漏极之间并联有所述第五电阻；所述第四电阻的一端与所述第二开关管的基极相连，另一端与所述第四开关管的集电极相连；所述电容一端与所述磁盘电源接入端相连，另一端接地。

4、一种电源保护装置，应用于磁盘阵列中磁盘和电源总线之间的供电线路上，其特征在于，包括：

过压检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述电源总线过压时，发出所述断开信号；

过流检测模块，与所述电源总线相连，用于在检测到所述磁盘电路过流时，发出所述断开信号；

离线检测模块，用于检测所述磁盘是否离线，当磁盘离线时发出所述断开信号；

控制模块，与所述过压检测模块、所述过流检测模块和所述离线检测模块相连，用于接收所述断开信号，发出断开指令；

电子开关，与所述控制模块相连，用于在收到所述断开指令后，断开所述供电线路。

5、根据权利要求4所述的电源保护装置，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；以及稳压二极管和电容；所述稳压二极管的阳极与所述电源总线相连，阴极与所述第三开关管的基极相连；所述第三开关管的集电极与所述第四开关管的集电极相连，其发射极接地；所述第四开关管的基极与所述磁盘离线检测端相连，其发射极接地；所述第二电阻的一端与所述电源总线相连，另一端与所述磁盘离线检测端相连；所述第二开关管的发射极与所述电源总线相连，其集电极通过所述第三电阻接地，其基极通过所述第一电阻与所述磁盘电源接入端相连；所述第一开关管的源极与所述电源总线相连，其漏极与所述磁盘电源接入端相连，其栅极通过所述第三电阻接地；所述第一开关管的源极和漏极之间并联有所述第五电阻；所述第四电阻的一端与所述第二开关管的基极相连，另一端与所述第四开关管的集电极相连；所述电容一端与所述磁盘电源接入端相连，另一端接地。

6、根据权利要求5所述的电源保护装置，其特征在于，所述第一开关管为MOS管，所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管为三极管。

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