CN111857317B - 一种支持掉电数据保护的电压泵电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持掉电数据保护的电压泵电路，包括：第一电容，与电压源连接；第二电容，通过第二MOS连接至第一电容；升压斩波器，分别连接至电压源和第一电容，并且通过第一MOS连接至第二电容；降压斩波器，分别连接至第二电容和硬盘；逻辑芯片，连接至电压源，并且分别连接至第一MOS和第二MOS，其中，逻辑芯片配置为根据电压源的电压信息控制第一MOS和第二MOS的开启或关闭，以实现在电压源正常的情况下对硬盘正常供电且在电压源异常并关闭的情况下延长对硬盘的供电时间，以使硬盘完成对***缓存数据的保存。本发明还公开了一种相应的方法。本发明可以保证缓存数据不丢失，极大提升数据保护的可靠性。

Description

一种支持掉电数据保护的电压泵电路和方法

技术领域

本发明涉及服务器技术领域，更具体地，特别是指一种支持掉电数据保护的电压泵电路和方法。

背景技术

现在的数字***，如交换机、服务器，数据是非常重要的资源。一些关键数据，甚至远超过机器本身。所以，在保护数据丢失方面，任何提升都是值得的，哪怕在价格上会有牺牲。而数据保存的一个关键策略，就是记录到硬盘中。但是运行在内存、RAM等掉电无法保存的数据，在***突然宕机时，要将未保存的数据保存到硬盘中就需要延长硬盘的工作时间，但是，正常工作到***异常宕机，***中暂存的能量来自于***的电容，而正常工作时，各部件的能量消耗是固定的，但是在***宕机瞬间，需要将能量优先分配给硬盘。

在一般的交换机和服务器***中，各级电源如12V，5V，3.3V都是靠输出电容来稳压，在***宕机时，各级电源基本会同时掉电，所以***内的所有芯片是同时上下电的。但是，由于异常掉电后，电容上的能量有限，平均消耗会浪费大部分能量，***快速掉电，来不及保存所有有用数据，会造成数据丢失。

要想达到宕机时，***能够持续到缓存的数据保存到硬盘，保证数据不丢失，需要放非常多电容。然而，一个原因是这种方法不一定有效，因为普通电容的能量，持续到整个***消耗，要持续足够长的时间，需要的电容数量会非常庞大。并且，罗列电容造成的空间增加，可能使得该方法都无法真正实现。所以，在现有的设计中，很难实现保存数据所需时间。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电压泵电路，可以在***宕机瞬间，有足够时间来完成将缓存数据转到硬盘内存储。

基于上述目的，本发明一方面提供了一种支持掉电数据保护的电压泵电路，该电路包括：

第一电容，与电压源连接；

第二电容，通过第二MOS连接至第一电容；

升压斩波器，分别连接至所述电压源和所述第一电容，并且通过第一MOS连接至所述第二电容；

降压斩波器，分别连接至所述第二电容和所述硬盘；

逻辑芯片，连接至所述电压源，并且分别连接至所述第一MOS和所述第二MOS，

其中，所述逻辑芯片配置为根据所述电压源的电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭，以实现在所述电压源正常的情况下对所述硬盘正常供电且在所述电压源异常并关闭的情况下延长对所述硬盘的供电时间，以使所述硬盘完成对***缓存数据的保存。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，电路还包括：

第三电容，所述第三电容连接至所述硬盘，并且通过所述降压斩波器连接至所述第二电容，以对所述硬盘的供电电压进行滤波处理。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，电路还包括：

第一二极管，所述第一二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第一MOS连接至所述升压斩波器，配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

第二二极管，所述第二二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第二MOS连接至所述第一电容，配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息正常的情况下，控制所述第二MOS开启且所述第一MOS关闭，以通过所述电压源为所述第二电容供电。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，控制所述第二MOS关闭且所述第一MOS开启，以使所述第一电容经过所述升压斩波器的升压为所述第二电容供电。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，升压斩波器还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，将所述第一电容的电压升高至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电。

在本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式中，降压斩波器还配置为：

将所述第二电容的电压降低至第二预设电压，以通过所述第二预设电压对所述硬盘供电。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种支持掉电数据保护的方法，该方法包括：

通过逻辑芯片检测电压源的电压信息；

响应于检测到所述电压信息正常，通过所述逻辑芯片控制通过所述电压源为第一电容和第二电容充电，并通过所述电压源为硬盘提供供电电压；

响应于检测到所述电压信息异常，通过所述逻辑芯片控制将所述第一电容提供的电压经升压斩波器升压至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电，并通过所述第二电容为所述硬盘提供所述供电电压；

通过降压斩波器将所述供电电压降为第二预设电压，并通过所述第二预设电压为所述硬盘供电。

在本发明的支持掉电数据保护的方法的一些实施方式中，方法还包括：

通过第一MOS将所述升压斩波器和所述第二电容相互连接，通过第二MOS将所述第一电容和所述第二电容相互连接，根据所述逻辑芯片检测到的所述电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭以选择为所述硬盘供电的电路通路。

在本发明的支持掉电数据保护的方法的一些实施方式中，方法还包括：

通过第一二极管将所述第二电容和所述升压斩波器相互连接，并将所述第一二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

通过第二二极管将所述第二电容和所述第一电容相互连接，并将所述第二二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

本发明至少具有以下有益技术效果：本发明可以对关键缓存数据提供具体可行的保护策略，保证关键数据不丢失，对于提高***可靠性，特别是像金融等关键领域，数据重要场合，除了基本的硬盘备份等保护数据的方式，保证缓存数据不丢失，使得可靠性极大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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实施例。

图1示出了根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的实施例的电路结构示意图；

图2示出了根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵设计方法的实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”和“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种支持掉电数据保护的电压泵电路的实施例。图1示出了根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的实施例的电路结构示意图。如图1所示，该支持掉电数据保护的电压电路包括：

第一电容，与电压源连接；

第二电容，通过第二MOS连接至第一电容；

升压斩波器，分别连接至所述电压源和所述第一电容，并且通过第一MOS连接至所述第二电容；

降压斩波器，分别连接至所述第二电容和所述硬盘；

逻辑芯片，连接至所述电压源，并且分别连接至所述第一MOS和所述第二MOS，

其中，所述逻辑芯片配置为根据所述电压源的电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭，以实现在所述电压源正常的情况下对所述硬盘正常供电且在所述电压源异常并关闭的情况下延长对所述硬盘的供电时间，以使所述硬盘完成对***缓存数据的保存。

在本发明的一些实施例中，在***宕机瞬间，快速将12V电容上的能量，转移到给硬盘及其关键部件供电的BUCK***上，保证硬盘存活足够长的时间，直到***缓存数据完成保存。如图1所示，其中，BUCK(降压斩波器)选择宽输入范围的BUCK(12-40V以上)，G1(第一MOS)、G2(第二MOS)为高耐压MOS，耐压40V以上，D1(第一二极管)、D2(第二二极管)为二极管，C1(第一电容)为电压源的12V路径的电容，C2(第二电容)为BUCK的输入电容，C1、C2选择具有高耐压范围的超级电容。当逻辑芯片CPLD检测到电压源所在的12V***异常，或者检测到电压源的12V控制信号关闭，这时，12V路径上仅剩C1所示的第一电容上的供电能力，这时，就将G2关闭，并同时关闭***内非关键部件(即对缓存数据的保存没有关联的一些部件)，同时打开G1，这样BOOST(升压斩波器)将会通过D1给C2充电，直到电压升到第一预设电压，这样BUCK***由于功率是固定的，由P＝UI可知，电流就会降低，在G1、G2由于掉电完全关闭后，仅靠C2上的电容支撑时，由于电压升高，电流会显著降低，电容供电的持续时间就会极大提升。在一些其他的实施例中，如果选择更高输出的BOOST和输入范围更宽的BUCK以及耐压更高的MOS，持续时间还有更大提升。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，电路还包括：

第三电容，所述第三电容连接至所述硬盘，并且通过所述降压斩波器连接至所述第二电容，以对所述硬盘的供电电压进行滤波处理。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，C3(第三电容)为硬盘输入电容。用以对经过BUCK降压后的电压进行滤波处理的作用，然后将通过滤波处理后的电压对硬盘进行充电，使得硬盘的输入电压保持稳定。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，电路还包括：

第一二极管，所述第一二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第一MOS连接至所述升压斩波器，配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

第二二极管，所述第二二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第二MOS连接至所述第一电容，配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，其中D1(第一二极管)和D2(第二二极管)可以防止电流倒灌，因为G1和G2的体二极管是反向的，在输出端电压高，输入端电压低时，能够从输出端流向输入端。但是二极管D1和D2是单向导电的，可以防止电流倒灌，更有效的防止C2处能量的流失。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息正常的情况下，控制所述第二MOS开启且所述第一MOS关闭，以通过所述电压源为所述第二电容供电。

在本发明的一些实施例中，CPLD持续通过传感器Sense检测***是否正常，如果***没有异常，就控制G2开启，G1关闭，***正常工作。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，控制所述第二MOS关闭且所述第一MOS开启，以使所述第一电容经过所述升压斩波器的升压为所述第二电容供电。

在本发明的一些实施例中，一旦监测到***异常，CPLD就控制G2关闭，G1打开。第二电容C2处的电压开始上升，BUCK输入电流降低；12V路径会加速电压下降，G1和G2关闭，缓存的关键数据写入硬盘，等完成写入后，BUCK***掉电，***停止工作。等待***正常启动时，恢复数据。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，升压斩波器还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，将所述第一电容C1的电压升高至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电。

在本发明的一些实施例中，第一预设电压为40V，即当所述逻辑芯片CPLD检测到所述电压源的所述电压信息异常，通过升压斩波器升高至第一预设电压40V，这样BOOST(升压斩波器)将会通过D1给C2充电，直到电压升到40V。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路的一些实施方式，降压斩波器还配置为：

将所述第二电容的电压降低至第二预设电压，以通过所述第二预设电压对所述硬盘供电。

在本发明的一些实施例中，第二预设电压为5V，即BUCK***中，通过降压斩波器BUCK将电压降为5V，以5V的电压为硬盘供电。

本发明实施例的另一方面，提出了一种支持掉电数据保护的电压泵设计方法的实施例。图2示出了根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵设计方法的实施例的流程图，如图2所示，该方法包括：

通过逻辑芯片检测电压源的电压信息；

响应于检测到所述电压信息正常，通过所述逻辑芯片控制通过所述电压源为第一电容和第二电容充电，并通过所述电压源为硬盘提供供电电压；

响应于检测到所述电压信息异常，通过所述逻辑芯片控制将所述第一电容提供的电压经升压斩波器升压至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电，并通过所述第二电容为所述硬盘提供所述供电电压；

通过降压斩波器将所述供电电压降为第二预设电压，并通过所述第二预设电压为所述硬盘供电。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵设计方法的一些实施方式，方法还包括：

通过第一MOS将所述升压斩波器和所述第二电容相互连接，通过第二MOS将所述第一电容和所述第二电容相互连接，根据所述逻辑芯片检测到的所述电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭以选择为所述硬盘供电的电路通路。

根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵设计方法的一些实施方式，方法还包括：

通过第一二极管将所述第二电容和所述升压斩波器相互连接，并将所述第一二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

通过第二二极管将所述第二电容和所述第一电容相互连接，并将所述第二二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

同样地，本领域技术人员应当理解，以上针对根据本发明的支持掉电数据保护的电压泵电路阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的方法。为了本公开的简洁起见，在此不再重复阐述。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述电路包括：

第一电容，与电压源连接；

第二电容，通过第二MOS连接至第一电容；

升压斩波器，分别连接至所述电压源和所述第一电容，并且通过第一MOS连接至所述第二电容；

降压斩波器，分别连接至所述第二电容和硬盘；

逻辑芯片，连接至所述电压源，并且分别连接至所述第一MOS和所述第二MOS，

其中，所述逻辑芯片配置为根据所述电压源的电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭，以实现在所述电压源正常的情况下对所述硬盘正常供电且在所述电压源异常并关闭的情况下延长对所述硬盘的供电时间，以使所述硬盘完成对***缓存数据的保存。

2.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述电路还包括：

第三电容，所述第三电容连接至所述硬盘，并且通过所述降压斩波器连接至所述第二电容，以对所述硬盘的供电电压进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述电路还包括：

第一二极管，所述第一二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第一MOS连接至所述升压斩波器，配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

第二二极管，所述第二二极管连接至所述第二电容，并且通过所述第二MOS连接至所述第一电容，配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

4.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息正常的情况下，控制所述第二MOS开启且所述第一MOS关闭，以通过所述电压源为所述第二电容供电。

5.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述逻辑芯片还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，控制所述第二MOS关闭且所述第一MOS开启，以使所述第一电容经过所述升压斩波器的升压为所述第二电容供电。

6.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述升压斩波器还配置为：

当所述逻辑芯片检测到所述电压源的所述电压信息异常的情况下，将所述第一电容的电压升高至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电。

7.根据权利要求1所述的支持掉电数据保护的电压泵电路，其特征在于，所述降压斩波器还配置为：

将所述第二电容的电压降低至第二预设电压，以通过所述第二预设电压对所述硬盘供电。

8.一种支持掉电数据保护的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过逻辑芯片检测电压源的电压信息；

响应于检测到所述电压信息正常，通过所述逻辑芯片控制所述电压源为第一电容和第二电容充电，并通过所述电压源为硬盘提供供电电压；

响应于检测到所述电压信息异常，通过所述逻辑芯片控制将所述第一电容提供的电压经升压斩波器升压至第一预设电压，并通过所述第一预设电压为所述第二电容充电，并通过所述第二电容提供所述供电电压；

通过降压斩波器将所述供电电压降为第二预设电压，并通过所述第二预设电压为所述硬盘供电。

9.根据权利要求8所述的支持掉电数据保护的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过第一MOS将所述升压斩波器和所述第二电容相互连接，通过第二MOS将所述第一电容和所述第二电容相互连接，根据所述逻辑芯片检测到的所述电压信息控制所述第一MOS和所述第二MOS的开启或关闭以选择为所述硬盘供电的电路通路。

10.根据权利要求8所述的支持掉电数据保护的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过第一二极管将所述第二电容和所述升压斩波器相互连接，并将所述第一二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述升压斩波器的方向倒灌；

通过第二二极管将所述第二电容和所述第一电容相互连接，并将所述第二二极管配置为防止电流从所述第二电容向所述第一电容的方向倒灌。

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