專利名稱：一種磁盤陣列系統(tǒng)和電源保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子保護電路，更具體地說，涉及一種磁盤陣列系統(tǒng)和應(yīng)用于該磁盤陣列系統(tǒng)的電源保護裝置。
背景技術(shù)：
磁盤陣列(RAID，Redundant Array of Independent Disks)是一種由多塊獨立硬盤按特定規(guī)則組合在一起形成的硬盤組，該硬盤組與單塊硬盤相比，具有存儲空間大、訪問速度快和安全系數(shù)高等優(yōu)點。
近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，往往將磁盤陣列應(yīng)用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲，因此，如何提高磁盤陣列的安全性，成為人們關(guān)注的焦點。由于磁盤本身屬于故障率比較高的產(chǎn)品，所以通常需要在磁盤陣列上使用多塊磁盤的冗余設(shè)計來保證整個系統(tǒng)不會因單個磁盤的故障而受到影響。然而，由于磁盤陣列的供電系統(tǒng)不可避免的采用集中供電方式，即所有磁盤都想要連接在同一組電源系統(tǒng)上，所以，電源系統(tǒng)成為磁盤陣列的故障隱患，電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常很可能導致整個磁盤陣列所有硬盤被燒毀，進而導致關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的丟失和業(yè)務(wù)的中斷。此外，每塊磁盤的自身電路故障也可能對整個系統(tǒng)構(gòu)成威脅，例如磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)也可能將整個磁盤陣列燒毀。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中多采用集中供電直連回路方案來消除磁盤陣列電源系統(tǒng)中存在的故障隱患。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用集中供電直連回路方案的磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，電源系統(tǒng)采用集中供電方式，由兩個電源模塊在背板上合路后形成電源總線，磁盤陣列上所有的磁盤電源管腳直接連在電源總線上。電源模塊本身提供過壓、過流保護，其參數(shù)按照整個陣列總電源功率需求進行設(shè)置。雖然電源模塊的冗余配置增強了整個系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性，但集中供電直連方案也存在如下缺點1、磁盤上電插拔對系統(tǒng)電源有沖擊，可能造成系統(tǒng)電源的波動；2、電源模塊只能為整個系統(tǒng)提供過壓過流保護，而無法對單個磁盤提供保護，因此當單個磁盤電源過流時，會觸發(fā)系統(tǒng)電源的過流保護機制，造成整個磁盤陣列掉電。
除集中供電直連回路方案外，現(xiàn)有技術(shù)中還采用PTC熱敏電阻保護方案來消除磁盤陣列電源系統(tǒng)和磁盤電源系統(tǒng)存在的故障隱患。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)采用PTC熱敏電阻保護方案的磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2中，電源系統(tǒng)采用集中供電方式，由兩個電源模塊在背板上合路后形成電源總線。與直連回路方案不同的是，磁盤陣列上所有磁盤電源管腳通過各自的熱敏電阻接在電源總線上。由于磁盤電源與系統(tǒng)電源總線之間通過一個熱敏電阻連接，因此當某個磁盤出現(xiàn)異常，導致電流過大時，熱敏電阻功率上升引起溫度升高致使其電阻值增大，將異常磁盤與系統(tǒng)電源總線隔離，從而防止因單個磁盤故障而燒毀整個系統(tǒng)。但是，PTC熱敏電阻保護方案也存在以下缺點1、磁盤上電或在線插拔對系統(tǒng)電源有沖擊，會造成系統(tǒng)電源的波動；2、單個磁盤瞬間短路突發(fā)大電流，而熱敏電阻響應(yīng)時間過長，電源模塊的過流保護機制先于熱敏電阻起作用，造成磁盤陣列掉電。
因此，無論是集中供電直連回路方案，還是PTC熱敏電阻保護方案都無法完全消除磁盤陣列電源系統(tǒng)存在的故障隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種磁盤陣列系統(tǒng)，以及應(yīng)用在該磁盤陣列系統(tǒng)上的電源保護裝置，以有效消除磁盤陣列中電源系統(tǒng)存在的故障隱患。
一種磁盤陣列系統(tǒng)，包括由至少一個電源模塊在背板上形成的電源總線，及與所述電源總線相連的至少一條為磁盤供電的供電線路，進一步包括電源保護裝置，安裝在所述供電線路上，用于在檢測到斷開信號后，斷開所述供電線路。
一種電源保護裝置，應(yīng)用于磁盤陣列中磁盤和電源總線之間的供電線路上，包括
過壓檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述電源總線過壓時，發(fā)出所述斷開信號；過流檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述磁盤電路過流時，發(fā)出所述斷開信號；離線檢測模塊，用于檢測所述磁盤是否離線，當磁盤離線時發(fā)出所述斷開信號；控制模塊，與所述過壓檢測模塊、所述過流檢測模塊和所述離線檢測模塊相連，用于接收所述斷開信號，發(fā)出斷開指令；電子開關(guān)，與所述控制模塊相連，用于在收到所述斷開指令后，斷開所述供電線路。
上述磁盤陣列系統(tǒng)通過使用電源保護裝置，可有效消除磁盤上電或在線插拔對系統(tǒng)電源以及其他磁盤帶來的沖擊，有效消除磁盤陣列中電源系統(tǒng)存在的故障隱患。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用集中供電直連回路方案的磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)采用PTC熱敏電阻保護方案的磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明電源保護裝置的邏輯圖；圖4是本發(fā)明電源保護裝置的電路圖；圖5是本發(fā)明磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種電源保護裝置，可為磁盤陣列的電源系統(tǒng)提供過壓過流保護，以下便結(jié)合具體實施例對該電源保護裝置進行說明。
圖3是本發(fā)明電源保護裝置的邏輯圖。如圖3所示，該電源保護裝置連接在電源總線和磁盤陣列中的磁盤之間，包括控制模塊、電子開關(guān)、過壓檢測模塊、過流檢測模塊、離線檢測模塊和電阻。其中，過壓檢測模塊用于檢測電源總線是否過壓，若是，則向控制模塊發(fā)送斷開信號；過流檢測模塊用于檢測磁盤電路是否發(fā)生過流(如磁盤電路發(fā)生短路)，若是，則向控制模塊發(fā)送斷開信號；離線檢測模塊用于檢測磁盤是否離線，若是，則向控制模塊發(fā)送斷開信號。當控制模塊收到斷開信號后，發(fā)出斷開指令，控制電子開關(guān)斷開。下表是電子開關(guān)狀態(tài)真值表， 表1從上表中可以看出，當發(fā)生a、電源總線過壓；b、磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)；c、磁盤離線三種情況中的至少一種時，電子開關(guān)都將斷開；而當上述三種情況中的任一種都沒有出現(xiàn)時，電子開關(guān)將處于閉合狀態(tài)。圖3中的電阻是可選的，用于在電子開關(guān)切斷電源總線和磁盤之間的直連回路時，為磁盤槽位提供一個高內(nèi)阻的電源回路。
圖4是本發(fā)明電源保護裝置的電路圖。如圖4所示，該電源保護裝置包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻；以及穩(wěn)壓二極管和電容；其中，第一開關(guān)管可以是大功率MOS管或者其他具有開關(guān)特性的電路及大功率器件，其導通電阻非常小，一般為mΩ至幾十mΩ數(shù)量級；第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管可以使用半導體三極管；第五電阻用于在磁盤離線后，為磁盤槽位提供一個高內(nèi)阻的電源回路。在圖4中，穩(wěn)壓二極管的陽極與電源總線相連，陰極與第三開關(guān)管的基極相連；第三開關(guān)管的集電極與第四開關(guān)管的集電極相連，其發(fā)射極接地；第四開關(guān)管的基極與磁盤離線檢測端相連，用于接收磁盤離線信號，其發(fā)射極接地；第二電阻的一端與電源總線相連，另一端與離線檢測端相連；第二開關(guān)管的發(fā)射極與電源總線相連，其集電極通過第三電阻接地，其基極通過第一電阻與磁盤電源輸入端相連；第一開關(guān)管的源極與電源總線相連，其漏極與磁盤電源輸入端相連，其柵極通過第三電阻接地；第一開關(guān)管的源極和漏極之間并聯(lián)有第五電阻；第四電阻的一端與第二開關(guān)管的基極相連，另一端與第四開關(guān)管的集電極相連；電容一端與磁盤電源輸入端相連，另一端接地。
以下便對圖4中電路圖的原理進行描述。
穩(wěn)壓二極管與第三開關(guān)管組成過壓檢測模塊，當電源總線出現(xiàn)異常，導致電壓過高時，第三開關(guān)管導通，導致第二開關(guān)管導通，第一開關(guān)管的柵極和源極之間電壓降低，第一開關(guān)管截止，供電回路斷開。當系統(tǒng)電源恢復正常后，第三開關(guān)管截止，第二開關(guān)管截止，第一開關(guān)管恢復導通，供電回路恢復正常。通過改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，可以調(diào)節(jié)過壓點參數(shù)。
當出現(xiàn)磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)時，第二開關(guān)管導通，第一開關(guān)管截止，供電回路切斷。此外，在磁盤啟動時，由于容性負載的作用，第二開關(guān)管導通，第一開關(guān)管截止，供電回路不通。電源總線通過第五電阻為電容充電，當電容兩段電壓達到一定幅度時，第二開關(guān)管截止，第一開關(guān)管導通，供電回路正常。通過調(diào)整電容和第五電阻的值，可以調(diào)節(jié)緩起時間。
磁盤本身有離線信號，該信號可由例如一段專門的電路來提供，當磁盤在線時，該電路導通，該信號接地；當磁盤離線時，該電路斷開，該信號懸空。在圖4中，當磁盤離線信號接地時，第四開關(guān)管截止，對供電回路不產(chǎn)生影響；當磁盤離線信號懸空時，第四開關(guān)管導通，造成第二開關(guān)管導通，第一開關(guān)管截止，供電回路切斷。
從上面的原理描述可以看出，只要a、電源總線過壓；b、磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)；c、磁盤離線三種狀態(tài)中出現(xiàn)任意一種，都會導致第一開關(guān)管截止，造成供電回路斷開。供電回路斷開后，電源總線通過第五電阻給磁盤槽位提供一個高內(nèi)阻的電源。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述電源保護裝置的磁盤陣列系統(tǒng)，下面就結(jié)合圖5對該系統(tǒng)進行描述。
圖5是本發(fā)明磁盤陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，該磁盤陣列系統(tǒng)包括2個電源模塊和若干磁盤組成的磁盤陣列，在每個磁盤與電源總線之間安裝有電源保護裝置。2個電源模塊組成1+1電源備份，防止單個電源模塊故障造成系統(tǒng)掉電。2個電源模塊的輸出電壓經(jīng)合路通過背板后給磁盤供電，電源模塊本身具有過壓保護、過流保護功能，但由于參數(shù)設(shè)置為整個磁盤陣列的保護，不能完全實現(xiàn)對單個磁盤的電源回路異常的保護和隔離。在每個磁盤與電源總線之間，安裝有電源保護裝置(PPM)，用于在單個磁盤出現(xiàn)異常，如磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)情況下，或者磁盤離線時將磁盤與電源總線隔離，避免單個磁盤異常影響到磁盤陣列電源總線的工作。同時，PPM也對電源總線異常引起的系統(tǒng)電壓過高等可能造成磁盤燒毀的情況進行保護，防止整個磁盤陣列的燒毀。
上述磁盤陣列系統(tǒng)通過使用電源保護裝置，可有效消除磁盤上電或在線插拔對系統(tǒng)電源以及其他磁盤帶來的沖擊。上述電源保護裝置通過使用過壓檢測、過流檢測和離線檢測等模塊，可有效防止系統(tǒng)電源過壓對每塊磁盤造成損害，以及磁盤電路過流(如磁盤電路發(fā)生短路)造成整個系統(tǒng)掉電，并能在磁盤離線時切斷大電流供電回路，僅在對應(yīng)的磁盤槽位留下一個高內(nèi)阻，形成小電流供電回路。
權(quán)利要求
1.一種磁盤陣列系統(tǒng)，包括由至少一個電源模塊在背板上形成的電源總線，及與所述電源總線相連的至少一條為磁盤供電的供電線路，其特征在于，進一步包括電源保護裝置，安裝在所述供電線路上，用于在檢測到斷開信號后，斷開所述供電線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤陣列系統(tǒng)，其特征在于，所述電源保護裝置包括過壓檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述電源總線過壓時，發(fā)出所述斷開信號；過流檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述磁盤電路過流時，發(fā)出所述斷開信號；離線檢測模塊，用于檢測所述磁盤是否離線，當所述磁盤離線時發(fā)出所述斷開信號；控制模塊，與所述過壓檢測模塊、所述過流檢測模塊和所述離線檢測模塊相連，用于接收所述斷開信號，發(fā)出斷開指令；電子開關(guān)，與所述控制模塊相連，用于在收到所述斷開指令后，斷開所述供電線路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤陣列系統(tǒng)，其特征在于，所述電源保護裝置包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻；以及穩(wěn)壓二極管和電容；所述穩(wěn)壓二極管的陽極與所述電源總線相連，陰極與所述第三開關(guān)管的基極相連；所述第三開關(guān)管的集電極與所述第四開關(guān)管的集電極相連，其發(fā)射極接地；所述第四開關(guān)管的基極與所述磁盤離線檢測端相連，其發(fā)射極接地；所述第二電阻的一端與所述電源總線相連，另一端與所述磁盤離線檢測端相連；所述第二開關(guān)管的發(fā)射極與所述電源總線相連，其集電極通過所述第三電阻接地，其基極通過所述第一電阻與所述磁盤電源接入端相連；所述第一開關(guān)管的源極與所述電源總線相連，其漏極與所述磁盤電源接入端相連，其柵極通過所述第三電阻接地；所述第一開關(guān)管的源極和漏極之間并聯(lián)有所述第五電阻；所述第四電阻的一端與所述第二開關(guān)管的基極相連，另一端與所述第四開關(guān)管的集電極相連；所述電容一端與所述磁盤電源接入端相連，另一端接地。
4.一種電源保護裝置，應(yīng)用于磁盤陣列中磁盤和電源總線之間的供電線路上，其特征在于，包括過壓檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述電源總線過壓時，發(fā)出所述斷開信號；過流檢測模塊，與所述電源總線相連，用于在檢測到所述磁盤電路過流時，發(fā)出所述斷開信號；離線檢測模塊，用于檢測所述磁盤是否離線，當磁盤離線時發(fā)出所述斷開信號；控制模塊，與所述過壓檢測模塊、所述過流檢測模塊和所述離線檢測模塊相連，用于接收所述斷開信號，發(fā)出斷開指令；電子開關(guān)，與所述控制模塊相連，用于在收到所述斷開指令后，斷開所述供電線路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源保護裝置，其特征在于，包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻；以及穩(wěn)壓二極管和電容；所述穩(wěn)壓二極管的陽極與所述電源總線相連，陰極與所述第三開關(guān)管的基極相連；所述第三開關(guān)管的集電極與所述第四開關(guān)管的集電極相連，其發(fā)射極接地；所述第四開關(guān)管的基極與所述磁盤離線檢測端相連，其發(fā)射極接地；所述第二電阻的一端與所述電源總線相連，另一端與所述磁盤離線檢測端相連；所述第二開關(guān)管的發(fā)射極與所述電源總線相連，其集電極通過所述第三電阻接地，其基極通過所述第一電阻與所述磁盤電源接入端相連；所述第一開關(guān)管的源極與所述電源總線相連，其漏極與所述磁盤電源接入端相連，其柵極通過所述第三電阻接地；所述第一開關(guān)管的源極和漏極之間并聯(lián)有所述第五電阻；所述第四電阻的一端與所述第二開關(guān)管的基極相連，另一端與所述第四開關(guān)管的集電極相連；所述電容一端與所述磁盤電源接入端相連，另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源保護裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)管為MOS管，所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管為三極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁盤陣列系統(tǒng)的電子保護線路，針對當前無法完全消除磁盤陣列電源系統(tǒng)存在故障隱患的缺陷，提供一種磁盤陣列系統(tǒng)，包括由電源模塊在背板上形成的電源總線，及與電源總線相連的至少一條為磁盤供電的供電線路，及電源保護裝置，安裝在供電線路上，在檢測到斷開信號后，斷開供電線路。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于上述磁盤陣列系統(tǒng)的電源保護裝置。上述磁盤陣列系統(tǒng)通過使用電源保護裝置，可有效消除磁盤上電或在線插拔對系統(tǒng)電源以及其他磁盤帶來的沖擊，有效消除磁盤陣列中電源系統(tǒng)存在的故障隱患。
文檔編號H02H3/08GK1976159SQ20061015761
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者胡鵬 申請人:華為技術(shù)有限公司