CN107272860A - 一种服务器硬盘供电结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种服务器硬盘供电结构，包括服务器***、硬盘背板、CPLD、电源芯片，所述的硬盘背板分别与服务器***和电源芯片实现数据通信，所述的CPLD与服务器***进行数据交互，所述的CPLD与电源芯片通过I2C实现数据通信。本发明还提供了一种服务器硬盘供电结构设计方法，设计方法包括以下步骤：步骤1：设置电源芯片内部结构及其连接关系；步骤2：设置CPLD位置及其连接关系；步骤3：将预存信息输入CPLD；步骤4：计算OCP保护阈值；步骤5：将OCP保护阈值写入OCP寄存器。该发明通过软硬件结合的设计实现电流值的灵活调整，减少了重新设计保护电路的时间，大大提升了服务器硬盘供电的通用性。

Description

一种服务器硬盘供电结构及其设计方法

技术领域

本发明涉及服务器硬盘设计领域，具体的说是一种服务器硬盘供电结构及其设计方法。

背景技术

目前，绝大多数的电子设备都会有设计的额定电流，如果工作电流超过额定电流，就会烧坏设备，因此，许多设备都设置了电流保护模块，这些电流保护模块都是一些实现过流、过载保护功能的电路，当电流超过设定电流的时候，实现设备自动断电，从而保护设备。

然而，在服务器硬盘的设计过程中，由于硬盘供电有12V、5V等不同的电压值，而且客户的需求也多种多样，导致在实际应用过程中，硬盘的种类和数量存在较大变数，再加上不同类型的硬盘工作电流大小不一样，同种类型硬盘间工作电流大小也会存在差别，使得硬盘总工作电流大小因客户定制化存在较大差异。这样一来，如果仍然采用现有电路保护的原理，由于保护电路针对的单一电流或电压值，不仅需要对保护电路中电子元器件的器型和大小进行重新计算选择，而且也有可能需要对整个保护电路的结构作重新设计和调整，增加了设计时间，降低了通用性。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种服务器硬盘供电结构及其设计方法，可以通过软硬件结合的设计实现电流值的灵活调整，减少了重新设计保护电路的时间，大大提升了服务器硬盘供电的通用性。

本发明的一种具体实施例采用以下技术方案：

一种服务器硬盘供电结构，包括服务器***、硬盘背板、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、电源芯片，所述的硬盘背板分别与服务器***和电源芯片实现数据通信，所述的CPLD与服务器***进行数据交互，所述的CPLD与电源芯片通过I2C(双向二线制同步串行总线)实现数据通信。

进一步的，所述的CPLD与电源芯片之间具有Reset信号传输功能，且所述的CPLD通过Reset信号实现对电源芯片的重启。

进一步的，所述的电源芯片包括OCP(过流保护)寄存器、数模转化模块和比较器，OCP寄存器的输入端通过I2C连接CPLD，OCP寄存器的输出端连接数模转化模块的输入端，数模转化模块的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接收反馈电压值，比较器的输出端输出比较结果至硬盘背板。

一种服务器硬盘供电结构的设计方法，通过软硬件结合实现过流保护，所述的方法包括以下步骤：

步骤1：设置电源芯片内部结构及其连接关系；

步骤2：设置CPLD位置及其连接关系；

步骤3：将预存信息输入CPLD；

步骤4：计算OCP保护阈值；

步骤5：将OCP保护阈值写入OCP寄存器。

进一步的，所述的方法还包括：

步骤6：设定电源芯片重启方式并重启电源芯片。

进一步的，所述的步骤6的具体实现过程为：设定Reset信号为电源芯片的重启信号，然后利用CPLD向电源芯片发出Reset信号，实现电源芯片的重启。

进一步的，所述的步骤3中，所述的预存信息包括硬盘型号信息、电流规格以及硬盘数量。

进一步的，OCP保护阈值的具体计算公式为：

I＝N₁*I₁+N₂*I₂+N₃*I₃+N₄*I₄+N₅*I₅+...+N_n*I_n；其中，I为OCP保护阈值，1、2、3、4、5...n代表硬盘的型号，N_n表示n型号硬盘的数量，I_n表示n型号硬盘的电流规格。

本发明一种具体实施例的有益效果是：

1、通过增加CPLD，利用CPLD实现对OCP阈值的计算，然后利用CPLD的可编辑功能生成代码并输送到电源芯片中，实现对OCP阈值的灵活调整，减少了重新设计保护电路的时间，大大提升了服务器硬盘供电的通用性。

2、利用Reset信号实现电源芯片的重启，可以实现一键重启或触发重启，简化了重启过程。

3、通过设置OCP寄存器、数模转化模块、比较器以及其连接关系，将重新设定的OCP阈值与实际测量的反馈电压值进行实时比较，确保当电流异常时及时断电保护。

4、通过设计方法的实现步骤，提供基于CPLD的供电结构这一设计思路，同时阐述了所有包含CPLD的供电结构应该采用的设计过程，最终通过软硬件结合的设计方式实现服务器硬盘电源的过流保护设计。

5、通过增加重启步骤，设定Reset信号重启电源芯片，在设计阶段就完成整个供电结构使用前的所有准备，使得该供电结构在接入服务器***后可以直接使用，减少了应用前的设置过程。

6、通过定义预存信息和计算方式，给出了一种简单的算式，可以方便的应用于CPLD中，从而快速准确的计算OCP阈值，提高设计效率。

附图说明

图1是本发明供电结构的整体技术原理图；

图2是本发明供电结构中电源芯片的原理图；

图3是本发明设计方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员能够更好地理解、实现本发明，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示一种服务器硬盘供电结构，包括服务器***、硬盘背板、CPLD、电源芯片，所述的硬盘背板分别与服务器***和电源芯片实现数据通信；所述的CPLD与服务器***进行数据交互；所述的CPLD与电源芯片通过I2C实现数据通信，同时，CPLD与电源芯片之间具有Reset信号传输功能，使得CPLD可以通过Reset信号实现对电源芯片的重启。

为了更好的阐述供电结构的实现原理，如图2所示，提供了图1所示供电结构中，对于电源芯片的一种具体设计方案，该方案的电源芯片包括OCP寄存器、数模转化模块和比较器，OCP寄存器的输入端通过I2C连接CPLD，OCP寄存器的输出端连接数模转化模块的输入端，数模转化模块的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接收反馈电压值，比较器的输出端输出比较结果至硬盘背板。

需要注意的是，在图2所示的方案中，仅仅给出了为了实现过流保护功能所必需的结构，对于电源芯片中电源芯片其它功能所必需的结构，例如供电模块、供电分配模块、供电管理模块等，由于不是本发明的创新点，因此并没有提及。

对于图1和图2所示的供电结构，其工作原理为：

电源芯片上电后，OCP寄存器内存储的是设定OCP电压值的数字信号，该数字信号经数模转化模块转化为模拟信号，输入比较器中，同时，比较器获取实时反馈的OCP电压值与设定的OCP电压值进行比较，当反馈的电压值小于设定的OCP电压值时，表示输出电流正常，整个供电结构正常工作；当反馈的电压值大于设定的OCP电压值时，代表输出的电流异常，开启断电保护机制。

为了得到图1和图2所示的供电结构，本发明还提出了一种服务器硬盘供电结构设计方法的具体实施方式，如图3所示，该实施方式下的方法包括以下步骤：

步骤1：设置电源芯片内部结构及其连接关系。对于本发明图1和图2所示的供电结构而言，步骤1的具体过程为：

1)选择和过流保护相关的内部结构，图2中给出的就是OCP寄存器、数模转化模块、比较器；

2)设计步骤1)中所选结构的互联方式，图2中给出的连接关系为：OCP寄存器的输入端通过I2C接CPLD，OCP寄存器的输出端接数模转化模块的输入端，数模转化模块的输出端接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接反馈电压值，比较器的输出端接硬盘背板；

3)将步骤1)和2)中的设计通过电路板体现出来，其中步骤1)中的结构是焊接在电路板上的模块或电子元器件，步骤2)中的连接关系是印制在电路板上的布线。

步骤2：设置CPLD位置及其连接关系。对于图1而言，CPLD是设置在服务器***或硬盘电源内的一个单独的结构，CPLD与其它结构的连接关系为：所述的CPLD与服务器***进行数据交互；所述的CPLD与电源芯片通过I2C实现数据通信，同时，CPLD与电源芯片之间具有Reset信号传输功能，使得CPLD可以通过Reset信号实现对电源芯片的重启。

步骤3：将预存信息输入CPLD，该实施方式下的预存信息至少包括硬盘型号信息、电流规格以及硬盘数量，这些预存信息可以通过CPLD与服务器***的数据交互，输入到CPLD内部。

步骤4：计算OCP保护阈值，具体计算公式为：

I＝N₁*I₁+N₂*I₂+N₃*I₃+N₄*I₄+N₅*I₅+...+N_n*I_n；其中，I为OCP保护阈值，1、2、3、4、5...n代表硬盘的型号，N_n表示n型号硬盘的数量，I_n表示n型号硬盘的电流规格。

为了便于更好的理解上述算式，再次举例说明：

12V供电链路是给硬盘供电，该服务器支持的硬盘型号分别为A、B、C、D，电流规格分别为Ia、Ib、Ic、Id，假使每种硬盘的数量为N，则OCP保护阈值设置值为N*Ia+N*Ib+N*Ic+N*Id。

步骤5：通过I2C界面，将CPLD计算得出的OCP保护阈值写入电源芯片OCP寄存器中。

步骤6：设定电源芯片重启方式并重启电源芯片。对于图1所示供电结构而言，步骤6的具体实现过程为：设定Reset信号为电源芯片的重启信号，然后利用CPLD向电源芯片发出Reset信号，实现电源芯片的重启。

尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种服务器硬盘供电结构，包括服务器***、硬盘背板、电源芯片，所述的硬盘背板分别与服务器***和电源芯片实现数据通信，其特征是，还包括CPLD，所述的CPLD与服务器***进行数据交互，所述的CPLD与电源芯片通过I2C实现数据通信。

2.根据权利要求1所述的一种服务器硬盘供电结构，其特征是，所述的CPLD与电源芯片之间具有Reset信号传输功能，且所述的CPLD通过Reset信号实现对电源芯片的重启。

3.根据权利要求1或2所述的一种服务器硬盘供电结构，其特征是，所述的电源芯片包括OCP寄存器、数模转化模块和比较器，OCP寄存器的输入端通过I2C连接CPLD，OCP寄存器的输出端连接数模转化模块的输入端，数模转化模块的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接收反馈电压值，比较器的输出端输出比较结果至硬盘背板。

4.一种服务器硬盘供电结构的设计方法，通过软硬件结合实现过流保护，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

步骤1：设置电源芯片内部结构及其连接关系；

步骤2：设置CPLD位置及其连接关系；

步骤3：将预存信息输入CPLD；

步骤4：计算OCP保护阈值；

步骤5：将OCP保护阈值写入OCP寄存器。

5.根据权利要求4所述的一种服务器硬盘供电结构的设计方法，其特征是，所述的方法还包括：

步骤6：设定电源芯片重启方式并重启电源芯片。

6.根据权利要求5所述的一种服务器硬盘供电结构的设计方法，其特征是，所述的步骤6的具体实现过程为：设定Reset信号为电源芯片的重启信号，然后利用CPLD向电源芯片发出Reset信号，实现电源芯片的重启。

7.根据权利要求4或5所述的一种服务器硬盘供电结构的设计方法，其特征是，所述的步骤3中，预存信息包括硬盘型号信息、电流规格以及硬盘数量。

8.根据权利要求7所述的一种服务器硬盘供电结构的设计方法，其特征是，OCP保护阈值的具体计算公式为：

I＝N₁*I₁+N₂*I₂+N₃*I₃+N₄*I₄+N₅*I₅+...+N_n*I_n；其中，I为OCP保护阈值，1、2、3、4、5...n代表硬盘的型号，N_n表示n型号硬盘的数量，I_n表示n型号硬盘的电流规格。