CN202013570U - 一种基于pcie接口的固态硬盘掉电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，包括电源监控模块、电源切换模块，电源监控模块用于分别采集主电源输出电压与内置静态电源输出电压，并分别与预设的主电源阈值电压以及内置静态电源阈值电压进行比较，以判断所述的主电源工作状态是正常工作、正常关机还是异常掉电；电源切换模块连接在主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘之间，且其具有与电源监控模块输出端相连接的输入端口，所述的电源切换模块用于接收电源监控模块的控制信息，以根据主电源的工作状态切换主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘的供电通路，从而避免了备用电源频繁充放电，节省了电能的同时，保护了备用电源的使用寿命。

Description

一种基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种计算机固态存储领域，特别涉及一种基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置。

背景技术

掉电保护是指在正常供电电源掉电时，迅速通过备用电源为存储设备供电，以保证在一段时间内存储设备的数据不会丢失，当主电源回复供电时，又自动切换为主电源供电。

对于固态硬盘来说，需要掉电保护的数据往往是写入数据，对数据具有高可靠性要求的系统在主电源异常掉电后，需要使用不间断电源（Uninterruptible Power Supply，检测UPS）继续为系统供电。例如，主电源异常掉电后由备用电源为内存控制器及非易失性内存供电，从而避免内存数据丢失。

在现有技术中，中国专利申请号201010180476.X发明公开了一种固态硬盘掉电保护方法及装置，该方法包括：检测到固态硬盘掉电，并由工作电源切换到预先设置的储能装置为固态硬盘供电；在储能装置为固态硬盘供电期间，将固态硬盘正在读写的数据保存到硬盘；检测到工作电源恢复供电，并由储能装置切换到工作电源为固态硬盘供电。

中国专利申请号200910091174.2发明公开了另一种固态硬盘掉电保护方法、装置及系统，包括：获取第一超级电容模块的自行放电时间；当所述自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容放电至充放电电路以接通第二超级模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电。

实际应用中，固态硬盘通常应用于基于PCIE接口的高速加速卡，实现高带宽和高IOPS（I/O per second，每秒输入输出次数）的性能。PCIE标准接口包含有符合ATX电源规范的Standby电源。正常工作状态下，由接市电的主电源为其供电，当正常关机时，由于市电正常输出，内置静态电源足以满足固态硬盘静态功耗的要求，由standby电源给其供电；在异常掉电时，即市电在正常工作的状态下，被强行移除，此时主电源随着市电的移除而掉电，而内置静态电源本身存储的电量不足以供给动态的固态硬盘，需要外置备用电源继续给固态硬盘进行供电，以完成剩余的操作。

现有技术均采用超级电容作为备用电源的储能设备，但是没有对固态硬盘正常关机和异常掉电进行区分，这就导致每次开关机都会对超级电容进行充放电，这样会大大缩短超级电容的使用寿命；另外，对于固态硬盘掉电保护，要求的时间只要足够将固态硬盘缓存中的数据写入flash中即可，所以掉电保护的时间应该可调，以节省电力资源，同时也可以延长超级电容的寿命。

发明内容

本实用新型目的是提供一种避免对备用电源的超级电容多次反复充放电从而延长备用电源使用寿命的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，所述的固态硬盘由主电源、内置静态电源以及外置备用电源选择性供电，所述的外置备用电源采用超级电容进行储能，该保护装置包括，

电源监控模块，其用于分别采集主电源输出电压与内置静态电源输出电压，并分别与预设的主电源阈值电压以及内置静态电源阈值电压进行比较，以判断所述的主电源工作状态是正常工作、正常关机还是异常掉电；

电源切换模块，其连接在主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘之间，且其具有与电源监控模块输出端相连接的输入端口，所述的电源切换模块用于接收电源监控模块的控制信息，以根据主电源的工作状态切换主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘的供电通路。

优化地，在所述的切换模块输出端还连接有延时关断模块，所述的延时关断模块用于控制内置静态电源、外置备用电源为固态硬盘供电预设时间后停止供电。

在所述的主电源与固态硬盘、内置静态电源与固态硬盘、外置备用电源中的任一供电通路上还设置有防止电流倒灌的防倒灌模块。

所述外置备用电源的超级电容并联一锂电池用于充电。

所述的外置备用电源还设置有用于检测超级电容电压大小以进行充电提醒的电压检测模块。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点：通过对主电源及内置静态电源设置阈值电压并实时进行检测，从而可判断主电源的工作状态是正常工作、正常关机还是异常掉电，只有确认主电源异常掉电后，才启用备用电源对固态硬盘进行供电，而当检测到主电源是正常关机，则无需打开备用电源进行供电，从而避免了备用电源频繁充放电，节省了电能的同时，保护了备用电源的使用寿命。

附图说明

附图1为根据本实用新型技术方案所具体实施的固态硬盘掉电保护装置的原理示意图；

附图2为附图1所示固态硬盘掉电保护装置处理流程图；

附图3为本实用新型外置备用电源原理示意图；

具体实施方式

本实用新型提供了一种固态硬盘掉电保护装置，以下结合附图以及实施例，对本实用新型技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。

本实施例的固态硬盘为集成于PCIE接口加速卡的固态硬盘，该固态硬盘通常由主电源、内置静态电源以及备用电源选择性供电，其中，所述的内置静态电源为符合ATX电源规范2.1版本及更新版本的Standby电源。图1所示的为本实施例的固态硬盘掉电保护装置的结构示意图。其主要包括电源监控模块20、电源切换模块21和延时关断模块22，下面将对每个功能模块进行详细说明：

电源监控模块20连接在主电源10以及内置静态电源30的输出端，其主要用于判断主电源10和内置静态电源30的输出电压是否低于预先设定的能使固态硬盘50正常工作的阈值电压。如果检测到主电源10和内置静态电源30的输出电压低于预先设定的阈值电压，则确定固态硬盘为异常掉电；如果主电源10输出电压低于预先设定的阈值电压，而内置静态电源30的输出电压高于预先设定电压，则确定固态硬盘正常关机，外置备用电源40无需进行掉电保护；如果检测到主电源10的输出电压高于预先设置的阈值电压，则确定主电源恢复供电。

因此，电源监控模块20能够发送用于控制主电源10、内置静态电源30、外置备用电源40打开与关闭的控制信号。

所述的控制信号由电源切换模块21接收，本实用新型电源切换模块21连接在主电源10、内置静态电源30、外置备用电源40与固态硬盘50之间，当电源监控模块20检测到主电源10异常掉电，电源切换模块21接收控制信号，切换至由外置备用电源40为固态硬盘50供电，即在外置备用电源40与固态硬盘50之间形成通路，同时，主电源10与固态硬盘50以及内置静态电源30与固态硬盘50之间为断路；当电源监控模块20检测到主电源10正常关机，电源切换模块21接收控制信号，切换至由内置静态电源30为固态硬盘50供电，即在内置静态电源30与固态硬盘50之间形成通路，同时，在主电源10与固态硬盘50以及外置备用电源40与固态硬盘之间为断路；当电源监控模块20检测到主电源恢复供电时，电源切换模块21再次切换成主电源10与固态硬盘50之间形成通路，由主电源10继续为固态硬盘供电。

所述的延时关断模块22用于在主电源正常关机和异常掉电后，使得内置静态电源30和外置备用电源40为固态硬盘50供电在预先设置的时间后自动关断，以节省内置静态电源和外置备用电源的电能。

本实施例中，在主电源10与固态硬盘50之间、内置静态电源30与固态硬盘50之间、外置备用电源40与固态硬盘50之间还分别设置有防倒灌模块60，所述的防倒灌模块60用于在主电源、内置静态电源、外置备用电源中一种为供电电源时，防止电流倒灌入其他电源中。

本实施例固态硬盘掉电保护装置首先预设一个固态硬盘能够正常工作的主电源阈值电压和内置静态电源阈值电压，主电源10输出电压和内置静态电源30输出电压同时受到电源监控模块20的监视，电源监控模块20输出的信号包括主电源正常开关导通信号、主电源异常信号；内置静态电源正常开关导通信号、内置静态电源异常导通信号。当主电源10输出电压高于预先设定的阈值电压时，电源监控模块20发送主电源正常开关导通信号，电源切换模块21打开主电源与固态硬盘50之间的通路由主电源给固态硬盘供电，关闭内置静态电源30与固态硬盘50以及外置备用电源与固态硬盘50之间的通路，同时，启动内置静态电源防倒灌模块和外置备用电源防倒灌模块60，防止主电源的电流倒灌入内置静态电源和备用电源。

当主电源正常关机时，电源监控模块20检测到主电源输出电压低于预先设定的电压阈值，内置静态电源30的输出电压高于预先设定的电压阈值，电源监控模块20发送主电源异常信号、内置静态电源正常开关导通信号，电源切换模块21打开内置静态电源30与固态硬盘50之间的通路由内置静态电源给固态硬盘供电，并关闭主电源10与固态硬盘50以及外置备用电源40与固态硬盘50之间的通路，同时，启动主电源防倒灌模块和外置备用电源模块60，防止内置静态电源的电流倒灌入主电源和备用电源。正常关机时，外置备用电源的电能处于静态，备用电源不消耗任何的电能。

当主电源异常掉电时，电源监控模块20将检测到主电源的电压低于预先设定的电压阈值，且内置静态电源的输出电压低于预先设定的电压阈值，电源监控模块20发送内置静态电源异常开关导通信号，电源切换模块21打开外置备用电源40与固态硬盘50之间的通路由外置备用电源给固态硬盘供电，并关闭主电源10与固态硬盘50以及内置静态电源30与固态硬盘50之间的通路由外置备用电源给固态硬盘供电，同时，启动主电源防倒灌模块和内置静态电源防倒灌模块60，防止备用电源的电流倒灌入主电源和内置静态电源。

当主电源恢复时，电源监控模块20检测到主电源输出电压高于预先设定的阈值电压，电源监控模块20发送主电源正常开关导通信号，电源切换模块21导通主电源与固态硬盘之间的通路由主电源给固态硬盘供电，同时防止主电源的电流倒灌入内置电源和外置备用电源。

图3给出了本实用新型外置备用电源的原理图，其主要由超级电容C1与一锂电池B1并联，静态时，锂电池B1给超级电容C1充电，直至超级电容C1充满电；备用电源放电时，超级电容C1以大电流给负载放电，超级电容C1能够瞬间输出大电流。备用电源为内阻很小的电池，较佳地，电池内阻小于50毫欧。

本实施例还设置有备用电源检测模块70，备用电源检测模块70用于检测备用电源的电压，并通过设置阈值电压进行告警提示。

图2给出了本实施例掉电保护处理流程，其包括如下步骤：

步骤100，预设主电源阈值电压以及内置静态电源阈值电压，所述的主电源阈值电压以及内置静态电压阈值电压定义为主电源和内置静态电源输出的能够满足固态硬盘正常工作的阈值电压，该阈值电压通常为各电源正常输出电压值的80％左右；同时，预设基准延时时间，该基准延时时间定义为在正常关机状态下，内置静态电源为固态硬盘持续供电时间；

步骤101，实时检测主电源和内置静态电源的输出电压；

步骤102，判断固态硬盘的工作电压是否低于设定的主电源阈值电压，如果主电源输出电压高于设定的阈值电压，则执行步骤103，否则执行步骤105；

步骤103，主电源工作电压正常，主电源与固态硬盘之间形成输出通路，同时，控制内置静态电源和外置备用电源的输出通路为关闭状态，执行步骤104；

步骤104，由主电源为固态硬盘供电；

步骤105，继续判断内置静态电源的输出电压是否低于其设定的阈值电压，若内置静态电源的输出电压高于其设定的阈值电压，则执行步骤106，否则执行步骤109；

步骤106，主电源输出电压低于设定的阈值电压，而内置静态电源的电压高于设定的阈值电压，则控制内置静态电源的输出通路为导通状态，并关闭外置备用电源的输出通路，执行步骤107；

步骤107，主电源正常关机，由内置静态电源给固态硬盘供电，执行步骤108；

步骤108，内置静态电源供电延时设定的基准延时时间后，自动关断，以节省电能；

步骤109，主电源输出电压低于设定的阈值电压，且内置静态电源输出电压也低于其设定的阈值电压，控制外置备用电源为导通状态，并且关闭内置静态电源的输出通路，执行步骤110；

步骤110，主电源为异常掉电，由外置备用电源给固态硬盘供电，并执行步骤111；

步骤111，控制外置备用电源的供电延时时间，若内置静态电源在持续供电第一延时时间后转换为由外置备用电源供电，则外置备用电源供电第二延时时间后，自动关断备用电源，以节省电能，所述的第一延时时间与第二延时时间之和等于所述的基准延时时间。

本发明实施例中，基准延时时间可调。较佳地，基准延时时间可设定在2s～10s范围内。

本实用新型掉电保护装置实现简单，成本低廉，节能效果明显，同时保证了在固态硬盘异常掉电时，正在读写的数据不会丢失。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了更详细的说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，所述的固态硬盘由主电源、内置静态电源以及外置备用电源选择性供电，所述的外置备用电源采用超级电容进行储能，其特征在于：该保护装置包括，

电源监控模块，其用于分别采集主电源输出电压与内置静态电源输出电压，并分别与预设的主电源阈值电压以及内置静态电源阈值电压进行比较，以判断所述的主电源工作状态是正常工作、正常关机还是异常掉电；

电源切换模块，其连接在主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘之间，且其具有与电源监控模块输出端相连接的输入端口，所述的电源切换模块用于接收电源监控模块的控制信息，以根据主电源的工作状态切换主电源、内置静态电源、外置备用电源与固态硬盘的供电通路。

2.根据权利要求1所述的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，其特征在于：在所述的切换模块输出端还连接有延时关断模块，所述的延时关断模块用于控制内置静态电源、外置备用电源为固态硬盘供电预设时间后停止供电。

3.根据权利要求2所述的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，其特征在于：所述的延时预设时间可调。

4.根据权利要求1或2所述的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，其特征在于：在所述的主电源与固态硬盘、内置静态电源与固态硬盘、外置备用电源中的任一供电通路上还设置有防止电流倒灌的防倒灌模块。

5.根据权利要求1所述的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，其特征在于：所述外置备用电源的超级电容并联一锂电池用于充电。

6.根据权利要求5所述的基于PCIE接口的固态硬盘掉电保护装置，其特征在于：所述的外置备用电源还设置有用于检测超级电容电压大小以进行充电提醒的电压检测模块。

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