一种存储设备掉电保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及计算机存储领域，尤其涉及一种存储设备掉电保护电路。

背景技术：

2.emmc、flash等非易失性存储器，目前广泛应用于各类嵌入式系统中，作为存储数据的重要载体。而emmc、flash在写入数据的过程中，如果突然发生电源异常掉电的情况，则有可能导致数据丢失、数据写入出错等问题，造成存储数据异常。
3.通常情况下，emmc、flash等存储器具备掉电保护的功能，但这种掉电保护并不能针对所有的掉电情况进行保护，因此在存储设备的设计中，需要增加硬件的掉电保护电路来加强存储载体的可靠性。
4.硬件的掉电保护电路中设有备用电源，在主电源掉电时，启用备用电源为用电设备供电，使得用电设备可以正常关闭，不会因突然掉电受损。
5.专利cn202013570u公开了一种基于pcie接口的固态硬盘掉电保护装置，该装置包括电源监控模块、电源切换模块。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。其外置备用电源采用超级电容进行储能，超级电容并联一锂电池用于充电。在实际应用过程中，锂电池工作环境通常要求在0摄氏度以上，使用锂电池给备用电源充电使掉电保护电路在使用上存在较大的局限性，无法满足工业应用低温环境的使用需求。同时，使用分立器件多，电路集成度低，体积大，使用不方便。此外，使用超级电容作为备用电源时，超级电容的电压容易因充放电产生较大波动，存在备用电源电压不稳定的情况，因此需要可实现稳压功能的电路结构。

技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种存储设备掉电保护电路，具有集成度高、体积小、备用电源电压稳定性高的特点，可以满足低温场景和低功耗场景的掉电保护功能要求。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
8.一种存储设备掉电保护电路，包括备用电源模块、备用电源充放电管理模块和备用电源检测模块，所述备用电源模块和备用电源检测模块连接，所述备用电源检测模块和备用电源充放电管理模块的充电控制端连接，主电源、备用电源充放电管理模块和备用电源模块依次连接形成充电通道，所述备用电源模块、备用电源充放电管理模块和存储设备的供电端依次连接形成放电通道。
9.进一步的，所述主电源和所述备用电源模块连接形成预充电通道，所述备用电源充放电管理模块包括充放电管理芯片，所述备用电源模块和充放电管理芯片的第一端口及使能端连接，所述充放电管理芯片的充电控制端口和备用电源检测模块连接，所述充放电
管理芯片的第二端口和主电源、存储设备的供电端分别连接。
10.进一步的，所述预充电通道上设有限流模块，所述主电源通过限流模块和备用电源模块连接。
11.进一步的，所述限流模块包括限流电阻和二极管，所述主电源、限流电阻r4、二极管d1和备用电源模块依次串联。
12.进一步的，所述充电通道上设有反向阻断模块，所述主电源通过反向阻断模块和存储设备的供电端连接，所述主电源还通过反向阻断模块和备用电源充放电管理模块连接。
13.进一步的，所述反向阻断模块包括电源开关芯片或二极管或mos管。
14.进一步的，还包括主电源检测模块，所述主电源和主电源检测模块连接，所述主电源检测模块和存储设备的掉电信息采集端连接。
15.进一步的，所述主电源检测模块包括第一比较器，所述主电源连接第一比较器的负输入端，所述第一比较器的正输入端和第一比较器的内置参考电压端连接，所述第一比较器的输出端和存储设备的掉电信息采集端连接。
16.进一步的，所述备用电源检测模块包括第二比较器，所述备用电源模块连接第二比较器的负输入端，所述第二比较器的正输入端和第二比较器的内置参考电压端连接，所述第二比较器的输出端和备用电源充放电管理模块的充电控制端连接。
17.进一步的，所述备用电源模块包括超级电容。
18.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
19.1.本实用新型包括备用电源模块、主电源检测模块、备用电源检测模块，主电源、备用电源和存储设备之间还设置反向阻断模块、预充电模块以及备用电源充放电管理模块，电路集成度高，体积小；
20.2.本实用新型通过主电源给备用电源模块充电，不需要额外的锂电池等其他电源给备用电源模块充电，可以满足低温场景的使用要求，也简化了电路结构；
21.3.本实用新型的备用电源模块通过备用电源充放电管理模块直接给存储设备供电，不需要使用二极管等反向阻断器件，备用电源模块的使用效率高，可以满足低功耗场景的使用要求；
22.4.本实用新型的备用电源充放电管理模块使得备用电源模块的电压保持稳定。
附图说明
23.图1为本实用新型实施例的结构框图。
24.图2为本实用新型实施例的详细电路图。
25.图3为本实用新型实施例的主电源检测模块电路图。
26.图4为本实用新型实施例的备用电源检测模块电路图。
27.图例说明：1-备用电源模块、2-备用电源充放电管理模块、3-备用电源检测模块、4-限流模块、5-反向阻断模块、6-主电源检测模块。
具体实施方式
28.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因
此而限制本实用新型的保护范围。
29.如图1所示，本实施例提出一种存储设备掉电保护电路，包括备用电源模块1、备用电源充放电管理模块2和备用电源检测模块3，备用电源模块1和备用电源检测模块3连接，备用电源检测模块3和备用电源充放电管理模块2的充电控制端连接，主电源和备用电源模块1连接形成预充电通道，主电源、备用电源充放电管理模块2和备用电源模块1依次连接形成充电通道，备用电源模块1、备用电源充放电管理模块2和存储设备的供电端依次连接形成放电通道，存储设备包括处理器电路、存储器件emmc或flash以及其他功能电路等，其中：
30.备用电源模块1用于主电源掉电时，通过备用电源充放电管理模块2对存储设备供电，还用于主电源正常时，先由主电源进行预充电，到达一定电量后再由主电源通过备用电源充放电管理模块2进行充电；
31.备用电源充放电管理模块2用于对备用电源模块1充电时平衡备用电源模块1的电压，还用于备用电源模块1放电时进行电压转换；
32.备用电源检测模块3用于检测备用电源模块1的电压，当备用电源模块1的电压达到充电上、下限截止电压时，分别产生充电停止、充电使能信号给备用电源充放电管理模块2。
33.通过上述结构，本实施例的存储设备掉电保护电路中，备用电源模块1由主电源进行充电，省略了锂电池等其他充电电源，同时采用备用电源充放电管理模块2，使得备用电源模块1充电过程中电压保持稳定，且省略了放电通道上的反向阻断器件，因此本实施例的存储设备掉电保护电路简化了电路结构，提高了备用电源模块1的使用效率，保持备用电源模块1充放电过程中电压稳定。
34.如图1所示，为了避免主电源输出至预充电通道的电流过大导致备用电源模块1损坏，预充电通道上设有限流模块4，主电源通过限流模块4和备用电源模块1连接。如图2所示，限流模块4包括限流电阻r4，为了防止电流从备用电源模块1反串至主电源，限流模块4还包括二极管d1，主电源、限流电阻r4、二极管d1和备用电源模块1依次串联，从而限制了预充电通道的电流大小，并阻断了预充电通道的反向电流。
35.如图1所示，为了避免充电通道上的反向电流损坏主电源，本实施例中的充电通道上设有反向阻断模块5，主电源通过反向阻断模块5和存储设备的供电端连接，主电源还通过反向阻断模块5和备用电源充放电管理模块2连接。反向阻断模块5可以是具有反向阻断功能的电源开关芯片，也可以是二极管，也可以是由mos管组成的具有反向阻断功能的电路。
36.本实施例中，反向阻断模块5采用型号为tps25940arvc的电源开关芯片u2，其可以在输出端电压大于输入端电压时提供反向阻断，如图2所示，电源开关芯片u2中，输入端引脚(4号引脚)、使能端引脚(5号引脚)分别连接主电源，输出端引脚(1号引脚)连接存储设备的供电端以及备用电源充放电管理模块2，接地端引脚(2号引脚)接地，其他引脚空置，同时4号引脚、5号引脚还通过电容c1接地，1号引脚还通过电容c2接地，通过上述连接结构以实现其阻断充电通道上的反向电流的功能。
37.如图1所示，为了存储设备能够及时获取主电源掉电信息并进行对应处理，本实施例的存储设备掉电保护电路还包括主电源检测模块6，主电源检测模块6用于检测主电源的电压，当主电源的电压低于低电压设定值时，产生掉电报警的信号，输入给存储设备，主电
源输出端连接主电源检测模块6的输入端，主电源检测模块6的输出端和存储设备的掉电信息采集端连接。
38.如图3所示，本实施例中的主电源检测模块6包括型号为tlv3012aidbvr的第一比较器u1，主电源通过电阻r1连接第一比较器u1的负输入端(4号引脚)，第一比较器u1中，正输入端(3号引脚)和内置参考电压端(5号引脚)连接，输出端(1号引脚)和存储设备的信息采集端连接，正电源端(6号引脚)连接电源vcc，负电源端(2号引脚)接地，此外，电阻r1通过电阻r2接地。
39.第一比较器u1的输入输出逻辑为：正输入端的电压大于负输入端的电压，则输出高电平，否则输出低电平。
40.通过上述连接关系，若主电源的电压为v，则r1和r2之间的电压为v*r2/(r1+r2)；
41.若第一比较器u1内置参考电压为vref，则v*r2/(r1+r2)大于vref时，第一比较器向u1存储设备输出低电平；v*r2/(r1+r2)不大于vref时，第一比较器u1向存储设备输出高电平作为掉电报警信号，存储设备的掉电信息采集端接收到高电平时，表明主电源已掉电且正使用备用电源模块1供电，此时存储设备需要及时保存当前状态的信息，并在保存完后停止继续写入数据，避免存储设备因为主电源掉电导致存储数据异常。
42.如图4所示，本实施例的备用电源检测模块3包括型号为tlv3012aidbvr的第二比较器u4，备用电源模块1通过电阻r8连接第二比较器u4的负输入端(4号引脚)，第二比较器u4中，正输入端(3号引脚)通过电阻r11和内置参考电压端(5号引脚)连接，输出端(1号引脚)和备用电源充放电管理模块2的充电控制端连接，正电源端(6号引脚)连接参考电压vcc，负电源端(2号引脚)接地，此外，电阻r8通过电阻r9接地，电阻r11通过电阻r10和备用电源充放电管理模块2的充电控制端连接。
43.第二比较器u4的输入输出逻辑为：正输入端的电压大于负输入端的电压，则输出高电平，否则输出低电平。
44.通过上述连接关系，若备用电源模块1的电压为v1，第二比较器u4输出端的高电平为v2，低电平为0，第二比较器u4内置参考电压为vref，其中v2》vref，则有：
45.1.初始状态下v1＝0，第二比较器u4向备用电源充放电管理模块2的充电控制端输出高电平作为充电使能信号，此时第二比较器u4负输入端的电压为v1*r9/(r8+r9)，正输入端的电压为(v2-vref)*r11/(r10+r11)+vref；
46.2.当v1逐渐变大，使得第二比较器u4负输入端的电压v1*r9/(r8+r9)大于正输入端的电压(v2-vref)*r11/(r10+r11)+vref时，第二比较器u4向备用电源充放电管理模块2的充电控制端输出低电平0作为充电停止信号，此时第二比较器u4负输入端的电压为v1*r9/(r8+r9)，正输入端的电压为vref*r10/(r10+r11)；
47.3.充电停止后，备用电源模块1的电压v1因通过r8和r9放电逐渐变小，使得第二比较器u4负输入端的电压v1*r9/(r8+r9)小于或等于正输入端的电压vref*r10/(r10+r11)时，第二比较器u4重新向备用电源充放电管理模块2的充电控制端输出高电平v2作为充电使能信号。
48.在主电源有电的情况下，可以将备用电源模块1的电压v1维持在充电截止电压上、下限范围内，其中充电截止电压上限为：
49.((v2-vref)*r11/(r10+r11)+vref)*(r8+r9)/r9]
50.充电截止电压下限为：
51.(vref*r10/(r10+r11)*(r8+r9)/r9)
52.可以通过调整r8、r9、r10、r11的阻值，保证备用电源电压的稳定。
53.备用电源模块1可以是超级电容，也可以是由并联的超级电容组加上均压电路组成的备用电源，如图2所示，本实施例的备用电源模块1采用超级电容c0，备用电源充放电管理模块2包括型号为tps63802dlar的充放电管理芯片u3，支持正向和反向电流运行，当输入电压接近设定的输出电压时会自动进行升压或降压，备用电源模块1和充放电管理芯片u3用于充电输出和放电输入的第一端口(10号引脚)及使能端(1号引脚)连接，充放电管理芯片u3的充电控制端口(2号引脚)和备用电源检测模块3中第二比较器u4输出端连接，充放电管理芯片u3用于充电输入和放电输出的第二端口(6号引脚)和存储设备供电端连接，并且通过反向阻断模块5和主电源连接，此外，充放电管理芯片u3中，10号及1号引脚通过电容c3接地，3号及8号引脚接地，4号引脚通过电阻r6连接6号引脚，并通过电阻r7连接3号引脚，还通过电容c4连接6号引脚，5号引脚通过电阻r5连接电源vdd，7号引脚通过电感l1连接9号引脚。
54.通过上述连接关系，备用电源模块1的电压v1高于充放电管理芯片u3的使能电压时，充放电管理芯片u3开始工作，充放电管理芯片u3的充电控制端口接收备用电源检测模块3输出的电平信号，若为高电平，则进行充电管理，6号引脚接收主电源的电压v，从10号引脚输出为备用电源模块1充电，若为低电平则停止充电，主电源断电时则进行放电管理，10号引脚接收备用电源模块1的电压v1并进行升压或者降压，转换为存储设备的工作电压后，从6号引脚输出至存储设备的供电端。
55.本实施例的存储设备掉电保护电路工作流程如下：
56.主电源有电时：
57.a1)主电源经过限流模块4给备用电源模块1预充电，经过反向阻断模块5给存储设备供电；
58.a2)预充电使备用电源模块1的电压达到备用电源充放电管理模块2中充放电管理芯片u3的使能电压时，充放电管理芯片u3开始正常工作；
59.a3)若充放电管理芯片u3的引脚2mode为高电平，主电源经过反向阻断模块输入到充放电管理芯片u3的引脚6out端，经过充放电管理芯片u3，从充放电管理芯片u3的引脚10vin端输出给备用电源模块1充电；
60.a4)通过备用电源检测模块3监控备用电源模块1的电压范围，备用电源模块1的电压达到设定的充电截止电压上限时，备用电源检测模块3向充放电管理芯片u3引脚2mode输出低电平，充电停止，备用电源模块1开始放电，备用电源模块1的电压低于设定的充电截止电压下限时，备用电源检测模块3再向充放电管理芯片u3引脚2mode输出高电平，充电启动，使备用电源模块1的电压值维持在充电截止电压的上、下限范围内，循环充电、放电。
61.主电源掉电时：充放电管理芯片u3的引脚6out端电压同步掉电，启用备用电源模块1，备用电源模块1的电压从充放电管理芯片u3的引脚10vin端输入，经过充放电管理芯片u3进行升压或者降压后，从引脚6out端输出，给存储设备供电。
62.上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离
本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

技术特征：

1.一种存储设备掉电保护电路，其特征在于，包括备用电源模块(1)、备用电源充放电管理模块(2)和备用电源检测模块(3)，所述备用电源模块(1)和备用电源检测模块(3)连接，所述备用电源检测模块(3)和备用电源充放电管理模块(2)的充电控制端连接，主电源、备用电源充放电管理模块(2)和备用电源模块(1)依次连接形成充电通道，所述备用电源模块(1)、备用电源充放电管理模块(2)和存储设备的供电端依次连接形成放电通道。2.根据权利要求1所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述主电源和所述备用电源模块(1)连接形成预充电通道，所述备用电源充放电管理模块(2)包括充放电管理芯片，所述备用电源模块(1)和充放电管理芯片的第一端口及使能端连接，所述充放电管理芯片的充电控制端口和备用电源检测模块(3)连接，所述充放电管理芯片的第二端口和主电源、存储设备的供电端分别连接。3.根据权利要求2所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述预充电通道上设有限流模块(4)，所述主电源通过限流模块(4)和备用电源模块(1)连接。4.根据权利要求3所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述限流模块(4)包括限流电阻和二极管，所述主电源、限流电阻、二极管和备用电源模块(1)依次串联。5.根据权利要求1所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述充电通道上设有反向阻断模块(5)，所述主电源通过反向阻断模块(5)和存储设备的供电端连接，所述主电源还通过反向阻断模块(5)和备用电源充放电管理模块(2)连接。6.根据权利要求5所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述反向阻断模块(5)包括电源开关芯片或二极管或mos管。7.根据权利要求1所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，还包括主电源检测模块(6)，所述主电源和主电源检测模块(6)连接，所述主电源检测模块(6)和存储设备的掉电信息采集端连接。8.根据权利要求7所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述主电源检测模块(6)包括第一比较器，所述主电源连接第一比较器的负输入端，所述第一比较器的正输入端和第一比较器的内置参考电压端连接，所述第一比较器的输出端和存储设备的掉电信息采集端连接。9.根据权利要求1所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述备用电源检测模块(3)包括第二比较器，所述备用电源模块(1)连接第二比较器的负输入端，所述第二比较器的正输入端和第二比较器的内置参考电压端连接，所述第二比较器的输出端和备用电源充放电管理模块(2)的充电控制端连接。10.根据权利要求1所述的存储设备掉电保护电路，其特征在于，所述备用电源模块(1) 包括超级电容。

技术总结

本实用新型公开了一种存储设备掉电保护电路，包括备用电源模块、备用电源充放电管理模块和备用电源检测模块，所述备用电源模块和备用电源检测模块连接，所述备用电源检测模块和备用电源充放电管理模块的充电控制端连接，所述备用电源模块和主电源连接形成预充电通道，所述备用电源模块、备用电源充放电管理模块和主电源依次连接形成充电通道，所述备用电源模块、备用电源充放电管理模块和存储设备依次连接形成放电通道。本实用新型具有集成度高、体积小、备用电源电压稳定性高的特点，可以满足低温场景和低功耗场景的掉电保护功能要求。求。求。