一种备电切换电路及固态硬盘电源保护电路的制作方法

1.本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种备电切换电路及固态硬盘电源保护电路。

背景技术：

2.众所周知，与机械硬盘(hard disk drive，简称hdd)相比，固态硬盘(solidstate disk，简称ssd)在速度，功耗，容量，噪声，可靠性等性能方面具有较大优势，在现阶段，尽管前者在价格上有一定优势，但是随着大容量闪存存储器芯片(flash eeprom memory，简称flash)闪存颗粒的出现，ssd的价格也会越来越低，使其更广泛应用于服务器、存储等设备中。但在服务器和存储领域，企业级ssd不同于消费级ssd，要求ssd异常断电时，能够保证dram数据刷新保存到flash，所对应的ftl表不被破坏，实现下一次ssd正常上电后正常识别和运行，此外ssd主板上的储能电容主要完成异常掉电时的掉电保护，在几十毫秒时间之间内给ssd主板上的控制器、动态随机存储器等主要集成电路(integrated circuit，简称ic)单元供电，保证完成掉电检测和数据保护动作的执行。
3.在目前的应用方案中，主要使用单颗集成的掉电保护芯片(power lossprotection，简称plp)或者集成的电源管理集成电路/电源管理单元(powermanagement integrate circuit/unit，简称pmic/pmu)芯片来实现备电切换功能，但是在实际的应用过程中，需要对芯片内部寄存器参数进行调整和设定，操作过程比较复杂，需要依赖工作经验，对新手应用较为困难。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种备电切换电路及固态硬盘电源保护电路，以克服现有技术中对ssd进行掉电保护的备电切换需要通过对执行该功能的芯片进行参数调整和设定的方式，操作过程复杂对操作人员要求较高的问题。
5.本发明实施例提供了一种备电切换电路，包括：升压电路、储能电路、第一降压电路及备电切换装置，其中，
6.所述升压电路的输入端与目标固态硬盘的主电电源连接，输出端分别与储能电路的第一端及所述第一降压电路的输入端连接；
7.所述储能电路的第二端接地；
8.所述第一降压电路的输出端与所述备电切换装置的第一输入端连接，所述第一降压电路输出的电压小于所述主电电源对应的正常工作电压；
9.所述备电切换装置的第二输入端与所述主电电源连接，输出端与所述目标对象的供电端连接；
10.所述备电切换装置在检测到所述第一输入端的第一电压大于所述第二输入端的第二电压时，切换所述第一降压电路输出的电压为所述目标对象供电。
11.可选地，所述备电切换装置包括：第一受控开关和掉电检测装置，其中，
12.所述掉电检测装置的输入端与所述主电电源连接，输出端与所述第一受控开关的控制端连接；
13.所述第一受控开关的第一端与所述第一降压电路的输出端连接，第二端分别与所述主电电源及所述目标对象的供电端连接；
14.在所述掉电检测装置检测到所述主电电源掉电时，驱动所述第一受控开关导通，通过所述第一降压电路输出的电压为所述目标对象供电。
15.可选地，所述备电切换装置为电源复用器。
16.可选地，所述掉电检测装置为具有掉电检测功能的电子熔断器。
17.可选地，所述备电切换电路还包括：第二降压电路，所述第二降压电路的输入端与所述备电切换装置的输出端连接，输出端与所述目标对象的供电端连接。
18.可选地，所述第一受控开关为pmos管。
19.可选地，所述储能电路包括储能电容。
20.本发明实施例还提供了一种固态硬盘电源保护电路，包括：如本发明另一实施例所述的备电切换电路，所述备电切换电路连接的目标对象为目标固态硬盘。
21.可选地，所述固态硬盘电源保护电路还包括：瞬态二极管，所述瞬态二极管的反向端与所述目标固态硬盘的主电电源连接，正向端接地。
22.可选地，所述固态硬盘电源保护电路还包括：电压监控单元，所述电压监控单元的输入端与所述目标固态硬盘的主电电源连接，输出端与所述目标固态硬盘的控制器连接，所述电压监控单元在监控到所述主电电源出现异常掉电中断时，触发所述控制器对所述目标固态硬盘进行掉电操作。
23.本发明技术方案，具有如下优点：
24.1.本发明实施例提供的备电切换电路，包括：升压电路、储能电路、第一降压电路及备电切换装置，其中，升压电路的输入端与目标对象的主电电源连接，输出端分别与储能电路的第一端及第一降压电路的输入端连接；储能电路的第二端接地；第一降压电路的输出端与备电切换装置的第一输入端连接，第一降压电路输出的电压小于主电电源对应的正常工作电压；备电切换装置的第二输入端与主电电源连接，输出端与目标对象的供电端连接；备电切换装置在检测到第一输入端的第一电压大于第二输入端的第二电压时，切换第一降压电路输出的电压为目标对象供电。从而通过升压电路在目标对象的主电电源未掉电时，利用储能电路进行电能存储，并在主电电源失效时利用备电切换装置切换至储能电路供电，利用存储的电能通过降压电路为目标对象供电，从而通过纯硬件电路的方式实现了主电电源掉电情况下的备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，避免了对操作人员操作经验的依赖，提高了目标对象在异常下电时备电电路的可靠性和稳定性，为目标对象在异常断电情况下提供数据保护。
25.2.本发明实施例提供的固态硬盘电源保护电路，包括：本发明另一实施例所提供的备电切换电路，备电切换电路连接的目标对象为目标固态硬盘，通过升压电路在目标对象的主电电源未掉电时，利用储能电路进行电能存储，并在主电电源失效时利用备电切换装置切换至储能电路供电，利用存储的电能通过降压电路为目标对象供电，从而通过纯硬件电路的方式实现了主电电源掉电情况下的备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，避免了对操作人员操作经验的依赖，提高了目标对象在异常下电时备电电路的可
靠性和稳定性，为目标对象在异常断电情况下提供数据保护。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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附图。
27.图1为本发明实施例的备电切换电路的结构示意图；
28.图2为本发明实施例的备电切换电路具体结构示意图；
29.图3为本发明实施例的备电切换电路另一具体结构示意图；
30.图4为本发明实施例的固态硬盘电源保护电路的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.在目前的应用方案中，主要使用单颗集成的plp芯片或者集成的pmic/pmu芯片来实现备电切换功能，但是在实际的应用过程中，需要对芯片内部寄存器参数进行调整和设定，操作过程比较复杂，需要依赖工作经验，对新手应用较为困难。
36.基于上述问题，本发明实施例提供了一种备电切换电路，包括：升压电路101、储能电路102、第一降压电路103及备电切换装置104，其中，升压电路101的输入端与目标对象105的主电电源p12v＿main连接，输出端分别与储能电路102的第一端及第一降压电路103的输入端连接；储能电路102的第二端接地；第一降压电路103的输出端与备电切换装置104的第一输入端连接，第一降压电路103输出的电压小于主电电源p12v＿main对应的正常工作电压；备电切换装置104的第二输入端与主电电源p12v＿main连接，输出端与目标对象105的供电端连接；备电切换装置104在检测到第一输入端的第一电压大于第二输入端的第
二电压时，切换第一降压电路103输出的电压为目标对象105供电。
37.需要说明的是，本发明实施例是以目标对象105是u.2nvme ssd为例进行详细说明，在实际应用中，该目标对象105还可以是笔记本等在主电异常时，需要用辅助电进行备电切换的对象，本发明并不以此为限。
38.具体地，如图1所示，上述的储能电路102包括储能电容c，该储能电容c作为备电电容用于存储电能在主电电源p12v＿main掉电时为固态硬盘的集成电路进行供电。示例性地，该备电电容可以选择使用液态铝电解电容、固态铝电解电容、钽聚合物固态电容等，本发明并不以此为限。从而利用储能电容c对主电电源p12v＿main正常供电时的电能进行存储，再发生掉电后作为备电电容进行供电的方式，无需引入其他的备电电源，进一步精简了电路结构，提高了主电电源p12v＿main的利用率，节约了电路成本。
39.通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例所提供的备电切换电路，通过升压电路在目标对象的主电电源未掉电时，利用储能电路进行电能存储，并在主电电源失效时利用备电切换装置切换至储能电路供电，利用存储的电能通过降压电路为目标对象供电，从而通过纯硬件电路的方式实现了主电电源掉电情况下的备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，避免了对操作人员操作经验的依赖，提高了目标对象在异常下电时备电电路的可靠性和稳定性，为目标对象在异常断电情况下提供数据保护。
40.具体地，在一实施例中，如图1所示，上述的备电切换电路还包括：第二降压电路106，第二降压电路106的输入端与备电切换装置104的输出端连接，输出端与目标对象105的供电端连接。该第二降压电路106用于将备电切换装置104所输出的电压转换为固态硬盘的集成电路所需的供电电压，其中，集成电路的不同部分所需的供电电压可能不一致，则该第二降压电路106可由多个降压支路构成，分别提供不同的供电电压需求，满足固态硬盘的供电要求。
41.具体地，在本发明实施例中，上述的升压电路101采用的是dc/dc boost电源升压芯片，第一降压电路103采用的是dc/dc buck电源降压芯片，第二降压电路106采用的是若干组dc/dc buck电源降压芯片构成，在实际应用中，上述的升压电路101、第一降压电路103及第二降压电路106还可以使用现有技术中其他具有升压或降压功能的芯片或硬件电路，本发明并不以此为限。
42.具体地，在一实施例中，如图2所示，上述的备电切换装置104包括：第一受控开关pmos和掉电检测装置efuse，其中，掉电检测装置efuse的输入端与主电电源p12v＿main连接，输出端与第一受控开关pmos的控制端连接；第一受控开关pmos的第一端与第一降压电路103的输出端连接，第二端分别与主电电源p12v＿main及目标对象105的供电端连接；在掉电检测装置efuse检测到主电电源p12v＿main掉电时，输出p12v＿in＿fail信号，驱动第一受控开关pmos导通，通过第一降压电路103输出的电压p10v＿back为目标对象105供电。
43.从而通过利用第一受控开关pmos和掉电检测装置efuse即可自动实现主电电源p12v＿main掉电时的备电切换功能，整体应用电路和设计方案简单，且容易实现，仅仅需要简单地外围电路配置就可以实现主电和辅电的切换，实现异常下电时备电电路的供给。
44.具体地，在本发明实施例中该掉电检测装置efuse为具有掉电检测功能的电子熔断器，该电子熔断器中的电子保险丝输入电源提供过流过压保护，同时电子熔断器中的电子电容器还可以提供掉电信号，用于控制后级备电切换的触发。从而只利用一个电子熔断
器即可同时实现过压、过流保护与掉电检测的功能，无需额外设置过压、过流保护电路，精简电路结构，降低了电路成本。需要说明的是，在实际应用中，上述的掉电检测装置efuse还可以通过比较器及其外围电路的方式来实现，只要能够实现掉电检测功能即可，本发明并不以此为限，如：通过在比较器一端接入主电电源p12v＿main，另一端接入参考电压，在发生掉电时，比较器输出掉电信号等。
45.示例性地，在本发明实施例中，是以上述的第一受控开关pmos为pmos管为例进行的说明，在实际应用中，该第一受控开关pmos还可以是其他类型受控开关，如：三极管等，只要能够实现与pmos管类似的功能即可，本发明并不以此为限。
46.具体地，在另一可替换一实施例中，如图3所示，上述的备电切换装置104为电源复用器。示例性地，该电源复用器为采用ti厂家的tps2121芯片，其中in1连接到主电电源p12v＿main；in2连接到上述降压电路输出的电源p10v＿back；pr1/cp1管脚通过外置r电阻分压设置芯片内部in1/in2输入的比较电压，默认状态下，out端按照in1(p12v＿main电源)输出，in2输入的电源旁路掉，当in1电压下降时即出现主电电源掉电的情况时，out输出电压自动切换到in2电源，从而实现in1/in2电源电压的自动切换。此外，还可以通过ov1/ov2管脚设置in1/in2的过压保护点；ss管脚设置芯片软启动的时间；ilim管脚设置芯片输出电压的过流点等，此为电源复用器的常规功能，具体设置方式在此不再进行赘述。
47.从而通过利用一个电源复用器即可自动实现主电电源掉电时的备电切换功能，并且可以通过进行管脚设置，实现了过压过流保护、软启动等功能，进一步精简了电路结构，提高了整个电路的功能性，整体应用电路和设计方案简单，且容易实现。
48.下面将结合具体应用示例，对本发明实施例所提供的固态硬盘电源保护电路的工作原理及工作过程进行详细的说明。
49.以如图2所示的备电切换装置104为例，efuse输出的p12v＿main经过dc/dcboost电源升压芯片升级到p32v，储能电容c将升压的p32v电压进行储能，然后升压的p32v电压经过dc/dc buck电源降压芯片降压至p10v＿back备电支路。当p12v＿main掉电时，efuse的p12v＿in＿fail输出低电平，此时pmos导通，备电支路电源p10v＿back(p32v电源通过dc/dc buck电源降压芯片放电)经过pmos(例如，使用on厂家的pmos物料fdma530pz，具体id，rds(on)，vgs选型需根据实际电路而定)内部的p导通沟道流向p12v＿main支路，此时后级的电源芯片工作给ssd的ic供电。
50.通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例所提供的备电切换电路，通过升压电路在目标对象的主电电源未掉电时，利用储能电路进行电能存储，并在主电电源失效时利用备电切换装置切换至储能电路供电，利用存储的电能通过降压电路为目标对象供电，从而通过纯硬件电路的方式实现了主电电源掉电情况下的备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，避免了对操作人员操作经验的依赖，提高了目标对象在异常下电时备电电路的可靠性和稳定性，为目标对象在异常断电情况下提供数据保护。
51.本发明实施例还提供了一种固态硬盘电源保护电路，如图4所示，该固态硬盘电源保护电路包括：本发明另一实施例所提供的备电切换电路201，备电切换电路201连接的目标对象是目标固态硬盘202。
52.具体地，在一实施例中，上述的固态硬盘电源保护电路，还包括：瞬态二极管，瞬态二极管的反向端与目标固态硬盘202的主电电源连接，正向端接地。该瞬态二极管为主电电
源输入提供浪涌保护。
53.具体地，在一实施例中，上述的固态硬盘电源保护电路，还包括：电压监控单元，电压监控单元的输入端与目标固态硬盘202的主电电源连接，输出端与目标固态硬盘202的控制器连接，电压监控单元在监控到主电电源出现异常掉电中断时，触发控制器对目标固态硬盘202进行掉电操作。
54.具体地，具体地，电压监控单元主要用于监控主电电源的掉电中断监控，控制器收到电压监控单元的异常掉电中断后对目标固态硬盘202进行掉电操作包括如下两个方面：
55.硬件电路方面：备电电容储能的能量通过备电切换装置切换的电源给目标固态硬盘202整个主板内的ic供电。
56.软件方面执行备电流程的操作，将目标固态硬盘202中dram cache的数据刷新到nand中等操作。为企业级固态硬盘在异常断电情况提供数据保护。
57.下面将结合具体应用示例，对本发明实施例所提供的固态硬盘电源保护电路的工作原理及工作过程进行详细的说明。
58.如图2或如图3所示的备电切换电路在主电电源掉电过程中，切换后的备用电源通过几组dc/dc buck电源降压芯片转换成ssd板内的供电电源(例如主控的核电压p0v9；nand的vcc电压p2v5和io电压p1v8/p1v2；dram工作电压p1v2；io工作电压p3v3等等)分别给ssd的控制器、dram、nand flash等供电。在主电电源掉电时，ssd的控制器收到电压监控单元的异常掉电中断，硬件电路方面：备电电容储能的能量通过备电支路切换的电源给ssd整个主板内的ic供电；软件方面执行备电流程的操作，将dram cache的数据刷新到nand中，rms日志的program等操作。
59.需要说明的是，本发明实施例是以目标对象是u.2nvme ssd为例进行详细说明，提供了实际的应用电路和检测方法，并对电路的实现进行详细介绍。整个电源保护电路的应用电路和设计方案简单，且容易实现。特别是本发明提出了两种备电切换电路的实现方式，两种备电切换电路都是通过单纯地纯硬件电路实现，并非像单颗集成的plp备电管理芯片或者集成的pmic芯片需要内部寄存器参数配置，仅仅需要简单地外围电路配置就可以实现主电和辅电的切换，实现异常下电时备电电路的供给。因此，本方案所提供的保护电路，提高了ssd异常下电时备电电路的可靠性和稳定性，为企业级ssd在异常断电时提供数据保护。此外，在实际应用中，该目标对象还可以是笔记本等在主电异常时，需要用辅助电进行备电切换的对象，本发明并不以此为限。
60.通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例所提供的固态硬盘电源保护电路，通过升压电路在目标对象的主电电源未掉电时，利用储能电路进行电能存储，并在主电电源失效时利用备电切换装置切换至储能电路供电，利用存储的电能通过降压电路为目标对象供电，从而通过纯硬件电路的方式实现了主电电源掉电情况下的备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，避免了对操作人员操作经验的依赖，提高了目标对象在异常下电时备电电路的可靠性和稳定性，为目标对象在异常断电情况下提供数据保护。
61.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：

1.一种备电切换电路，其特征在于，包括：升压电路、储能电路、第一降压电路及备电切换装置，其中，所述升压电路的输入端与目标固态硬盘的主电电源连接，输出端分别与储能电路的第一端及所述第一降压电路的输入端连接；所述储能电路的第二端接地；所述第一降压电路的输出端与所述备电切换装置的第一输入端连接，所述第一降压电路输出的电压小于所述主电电源对应的正常工作电压；所述备电切换装置的第二输入端与所述主电电源连接，输出端与所述目标对象的供电端连接；所述备电切换装置在检测到所述第一输入端的第一电压大于所述第二输入端的第二电压时，切换所述第一降压电路输出的电压为所述目标对象供电；所述备电切换装置包括：第一受控开关和掉电检测装置，其中，所述掉电检测装置的输入端与所述主电电源连接，输出端与所述第一受控开关的控制端连接；所述第一受控开关的第一端与所述第一降压电路的输出端连接，第二端分别与所述主电电源及所述目标对象的供电端连接；在所述掉电检测装置检测到所述主电电源掉电时，驱动所述第一受控开关导通，通过所述第一降压电路输出的电压为所述目标对象供电；所述掉电检测装置为具有掉电检测功能的电子熔断器。2.根据权利要求1所述的备电切换电路，其特征在于，还包括：第二降压电路，所述第二降压电路的输入端与所述备电切换装置的输出端连接，输出端与所述目标对象的供电端连接。3.根据权利要求1所述的备电切换电路，其特征在于，所述第一受控开关为pmos管。4.根据权利要求1所述的备电切换电路，其特征在于，所述储能电路包括储能电容。5.一种固态硬盘电源保护电路，其特征在于，包括：如权利要求1－4任一项所述的备电切换电路，所述备电切换电路连接的目标对象为目标固态硬盘。6.根据权利要求5所述的固态硬盘电源保护电路，其特征在于，还包括：瞬态二极管，所述瞬态二极管的反向端与所述目标固态硬盘的主电电源连接，正向端接地。7.根据权利要求5所述的固态硬盘电源保护电路，其特征在于，还包括：电压监控单元，所述电压监控单元的输入端与所述目标固态硬盘的主电电源连接，输出端与所述目标固态硬盘的控制器连接，所述电压监控单元在监控到所述主电电源出现异常掉电中断时，触发所述控制器对所述目标固态硬盘进行掉电操作。

技术总结

本发明提供了一种备电切换电路及固态硬盘电源保护电路，该备电切换电路包括：升压电路、储能电路、第一降压电路及备电切换装置，其中，升压电路的输入端与目标对象的主电电源连接，输出端分别与储能电路的第一端及第一降压电路的输入端连接；储能电路的第二端接地；第一降压电路的输出端与备电切换装置的第一输入端连接；备电切换装置的第二输入端与主电电源连接，输出端与目标对象的供电端连接；备电切换装置在检测到第一输入端的第一电压大于第二输入端的第二电压时，切换第一降压电路输出的电压为目标对象供电。从而通过纯硬件电路的方式实现了备电电路自动切换，并且无需进行参数的调整或设定，提高了目标对象在异常下电时的可靠性和稳定性。时的可靠性和稳定性。时的可靠性和稳定性。