電容檢測裝置與供電時間檢測裝置的制造方法
【專利摘要】提供了電容檢測裝置與供電時間檢測裝置，其中電容檢測裝置包括第一開關、第二開關、恒流源、旁路負載與控制器，所述第一開關的輸入端耦合到外部電源，所述第一開關的輸出端耦合到備用電源，所述第一開關導通時，所述外部電源向所述備用電源充電；所述備用電源的輸出端耦合到所述第二開關的輸入端；所述第二開關的輸出端耦合到外部負載；所述恒流源與所述旁路負載串聯后，再并聯到所述備用電源的兩端；所述控制器還控制導通或斷開所述備用電源到所述恒流源的通路；所述控制器還耦合到所述備用電源的輸出端，以獲取于所述備用電源的輸出電壓。
【專利說明】
電容檢測裝置與供電時間檢測裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及存儲設備，更具體地，涉及對存儲設備的備用電源的狀態的在線 檢測。
【背景技術】
[0002] 計算機外圍設備通過各種接口連接到計算機。大多數情況下計算機接口不僅在計 算機和外圍設備之間提供數據通道，還將計算機的電力提供給外圍設備。因而，在計算機斷 電的情況下，連接到該計算機的外圍設備也將失去電力供應。
[0003] 中國專利文獻CN101710252B中公開了避免意外斷電時存儲設備的緩沖存儲器中 的數據丟失的方案。其中，在存儲設備中提供備用電源，當發生意外斷電時，由備用電源向 存儲設備提供臨時的電能，用于將緩沖存儲器(Cache)中的數據轉存到閃存中。在美國專利 文獻US8031551B2公開了用電容作為存儲設備的備用電源的方案，并在運行時檢測電容的 性能，在檢測到電容容量過低時，對電容進行充電。中國專利文獻CN102831920B中公開了在 計算機斷電后，利用計算機中的電容性組件存儲的電力來為存儲設備供電的方案。
[0004] 參看圖1，示出了現有技術中的技術方案，包括主機100以及同主機100相耦合的存 儲設備110。主機100包括電源102,用于向主機中的各個電子部件及連接到主機100的存儲 設備110提供電力。在主機100的電源、主板等電子部件中，還包括諸如電容104的儲能元件。 在主機100的儲能元件可以有一個或多個，這里為了清楚地目的，而展示為電容104。電容 104耦合在電源102的輸出端和地之間。
[0005] 存儲設備110的供電電路從主機中接收電力，并供給負載180。在存儲設備110中， 負載180可以是閃存存儲器和/或存儲器控制電路。存儲設備110的供電電路包括電容112、 二極管114、N溝道M0SFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管）116以及控制電路118。二極管 114的陽極耦合到電源102的輸出端，二極管114的陰極耦合到電容112的一端，并通過電壓 轉換器130耦合到負載180。電容112的另一端耦合到地。電容112作為存儲設備110的備用電 源，用于通過電壓轉換器130向存儲設備110的負載180提供應急電力。二極管114、電容112 以及電壓轉換器130形成了向負載180供電的供電通路123。
[0006] N溝道M0SFET 116的源極耦合到電源102的輸出端，N溝道M0SFET 116的漏極耦合 到負載180，用于向負載180提供電力。控制電路118耦合到N溝道M0SFET 116的柵極，用于控 制N溝道M0SFET 116的閉合或斷開。N溝道M0SFET 116作為一開關而工作，并形成了向負載 180供電的供電通路121。例如，N溝道M0SFET 116的源極作為開關的輸入端，而N溝道M0SFET 116的漏極作為開關的輸出端，而N溝道M0SFET 116的柵極作為控制端用于控制開關的閉合 與斷開。控制電路118基于電源102的輸出電壓，而對N溝道M0SFET 116的閉合或斷開進行控 制。在電源102正常工作時，其輸出電壓大于或等于預定電壓。控制電路118檢測電源102的 輸出電壓，在所檢測的輸出電壓大于或等于預定電壓時，控制電路118向N溝道M0SFET 116 輸出控制信號，以使N溝道M0SFET 116閉合。在此情況下，來自主機100的電源102的電力通 過N溝道M0SFET 116被施加給負載180。
[0007] 在掉電時，由于電容104的存在，電源102輸出的電壓逐漸下降。當電源102的輸出 電壓下降到預定電壓之下時，其意味著主機1〇〇掉電，電源102將無法繼續有效地為存儲設 備110提供電力。控制電路118基于對電源102的輸出電壓小于預定電壓的檢測，向N溝道 M0SFET 116輸出控制信號，以斷開N溝道M0SFET 116。雖然此時電源102的輸出電壓小于預 定電壓，但其能夠使得二極管114導通，從而存儲在電容104中的電力可經由電壓轉換器130 通過供電通路123被提供給負載180。而此時，電容112也向負載180提供電力。電壓轉換器 130可用于穩定供電通路123上的電壓。 【實用新型內容】
[0008] 為保證可靠性，需要在存儲設備工作期間檢測備用電源的工作狀態。并且在檢測 備用電源時，會令備用電源放電，此時電源的冗余度由正常工作時的2余度降為單電源供 電，因為要確保檢測備用電源的操作盡量安全可靠，對存儲設備上正在處理的任務的影響 盡量小。以及希望在存儲設備有限的空間內，以有限的能量消耗(發熱量)完成高精度的測 量。
[0009] 根據本實用新型的第一方面，提供了根據本實用新型第一方面的第一供電時間檢 測裝置，包括開關、控制器，所述開關的輸入端耦合到外部電源，所述開關的輸出端耦合到 負載，響應于所述控制器的控制信號而導通或切斷所述外部電源到所述負載的供電；所述 開關的輸出端還耦合到備用電源，所述開關導通時，所述外部電源還向所述備用電源充電； 所述備用電源耦合到所述負載;所述控制器還耦合到所述備用電源的輸出端，以獲取于所 述備用電源的輸出電壓;所述控制器還包括計時器，用于記錄獲取所述備用電源的輸出電 壓的時刻;所述控制器根據所述時刻與所述備用電源的輸出電壓計算所述備用電源的供電 時間。
[0010] 根據本實用新型的第一方面的第一供電時間檢測裝置，提供了根據本實用新型第 一方面的第二供電時間檢測裝置，還包括電壓檢測器，所述電壓檢測器耦合到所述備用電 源的輸出端，所述控制器通過所述電壓檢測器或取所述備用電源的輸出電壓。
[0011] 根據本實用新型的第一方面的第一或第二供電時間檢測裝置，提供了根據本實用 新型第一方面的第三供電時間檢測裝置，所述控制器根據公式
計算所述備用 電源的供電時間，其中Uo是所述備用電源充滿電時的輸出電壓，UT是滿足負載需求的所述備 用電源的最小輸出電壓，山是所述控制器獲取到的所述備用電源的輸出電壓，而1^是從切斷 所述開關到獲取所述備用電源的輸出電壓的時間間隔。
[0012] 根據本實用新型的第一方面的第一供電時間檢測裝置，提供了根據本實用新型第 一方面的第四供電時間檢測裝置，其中所述控制器在第一時刻獲取所述備用電源的輸出電 壓山，并通過計時器獲取從切斷所述開關到第一時刻的時間間隔t 1;所述控制器在第二時刻 獲取所述備用電源的輸出電壓U2,并通過計時器獲取從第一時刻到第二時刻的時間間隔t 2; 所述控制器根據公式
計算所述備用電源的供電時間，其中UT是滿足負載 需求的所述備用電源的最小輸出電壓。
[0013] 根據本實用新型的第二方面，提供了根據本實用新型第二方面的第一供電時間檢 測裝置，包括開關、控制器、電壓檢測器，所述開關的輸入端耦合到外部電源，所述開關的輸 出端耦合到負載，響應于所述控制器的控制信號而導通或切斷所述外部電源到所述負載的 供電;所述開關的輸出端還耦合到備用電源，所述開關導通時，所述外部電源還向所述備用 電源充電;所述備用電源耦合到所述負載;所述電壓檢測器耦合到所述備用電源的輸出端， 若所述備用電源的輸出電壓小于閾值，所述電壓檢測器向所述控制器輸出指示信號;所述 控制器還包括計時器，用于記錄從切斷所述開關到收到所述指示信號的時間間隔；所述控 制器根據所述時間間隔計算所述備用電源的供電時間。
[0014] 根據本實用新型的第二方面的第一供電時間檢測裝置，提供了根據本實用新型第 二方面的第二供電時間檢測裝置，其中所述閾值指示了所述備用電源的剩余能量與充滿電 時的能量的預定關系，從而根據所述時間間隔與所述預定關系計算所述備用電源的供電時 間。
[0015] 根據本實用新型的第二方面的第一或第二供電時間檢測裝置，提供了根據本實用 新型第二方面的第三供電時間檢測裝置，其中響應于收到所述指示信號，所述控制器還導 通所述開關。
[0016] 根據本實用新型的第一方面或第二方面供電時間檢測裝置之一，提供了根據本實 用新型第三方面的第一供電時間檢測裝置，其中根據計算出的所述備用電源的供電時間， 估計所述備用電源的健康狀態。
[0017] 根據本實用新型的前述供電時間檢測裝置之一，提供了根據本實用新型第三方面 的第二供電時間檢測裝置，其中所述備用電源是電容。
[0018] 根據本實用新型的第四方面，提供了根據本實用新型第四方面的第一供電時間檢 測方法，包括:切斷外部電源，使備用電源向負載供電；獲得備用電源的輸出電壓，以及獲得 從切斷外部電源到獲取所述備用電源的輸出電壓的時間間隔;計算所述備用電源的供電時 間。
[0019] 根據本實用新型的第四方面的第一供電時間檢測方法，提供了根據本實用新型第 四方面的第二供電時間檢測方法，其中根據公式
計算所述備用電源的供電時 間，其中Uo是所述備用電源充滿電時的輸出電壓，UT是滿足負載需求的所述備用電源的最小 輸出電壓，山是獲取到的所述備用電源的輸出電壓，而Ti是從切斷外部電源到獲取所述備用 電源的輸出電壓的時間間隔。
[0020] 根據本實用新型的第四方面的第一供電時間檢測方法，提供了根據本實用新型第 四方面的第三供電時間檢測方法，其中在第一時刻獲取所述備用電源的輸出電壓山，并獲 取從切斷外部電源到第一時刻的時間間隔t 1;在第二時刻獲取所述備用電源的輸出電壓U2， 并獲取從第一時刻到第二時刻的時間間隔t2;根據公式
計算所述備用電 源的供電時間，其中UT是滿足負載需求的所述備用電源的最小輸出電壓。
[0021] 根據本實用新型的第五方面，提供了根據本實用新型第五方面的第一供電時間檢 測方法，包括:切斷外部電源，使備用電源向負載供電；響應于備用電源的輸出電壓低于閾 值，獲取從切斷外部電源起到當前時刻的時間;計算所述備用電源的供電時間。
[0022] 根據本實用新型的第五方面的第一供電時間檢測方法，提供了根據本實用新型第 五方面的第二供電時間檢測方法，其中所述閾值指示了所述備用電源的剩余能量與充滿電 時的能量的預定關系，從而根據所述時間間隔與所述預定關系計算所述備用電源的供電時 間。
[0023] 根據本實用新型的第五方面的第一或第二供電時間檢測方法，提供了根據本實用 新型第五方面的第三供電時間檢測方法，還包括:響應于備用電源的輸出電壓低于閾值，導 通所述外部電源，使所述外部電源向所述負載供電，并向所述備用電源充電。
[0024] 根據本實用新型的第六方面，提供了根據本實用新型第六方面的第一供電時間檢 測方法，包括：響應于收到檢測命令，執行根據本實用新型的前述供電時間檢測方法之一 所述的供電時間檢測方法；以及根據計算出的所述備用電源的供電時間，估計所述備用電 源的健康狀態。
[0025] 根據本實用新型的第七方面，提供了根據本實用新型第七方面的第一電容檢測裝 置，包括第一開關、第二開關、恒流源、旁路負載與控制器，所述第一開關的輸入端耦合到外 部電源，所述第一開關的輸出端耦合到備用電源，所述第一開關導通時，所述外部電源向所 述備用電源充電；所述備用電源的輸出端耦合到所述第二開關的輸入端;所述第二開關的 輸出端耦合到外部負載;所述恒流源與所述旁路負載串聯后，再并聯到所述備用電源的兩 端;所述控制器還控制導通或斷開所述備用電源到所述恒流源的通路;所述控制器還耦合 到所述備用電源的輸出端，以獲取于所述備用電源的輸出電壓;所述控制器還包括計時器， 用于記錄獲取所述備用電源的輸出電壓的時刻;為檢測電容值，所述控制器斷開所述第一 開關，導通所述備用電源到所述恒流源的通路，并獲取所述備用電源的輸出電壓，以及輸出 電壓的獲取時刻，并根據輸出電壓以及輸出電壓的獲取時刻計算備用電源的電容值。
[0026] 根據本實用新型的第七方面的第一供電電容裝置，提供了根據本實用新型第七方 面的第二電容檢測裝置，其中所述控制器根據
i計算備用電源的電 容值，其中Ic是恒流源的電流，U0是備用電源充滿電時的輸出電壓，C是備用電源的電容值， Resr是備用電源的等效串聯電阻，U是所獲取的備用電源的輸出電壓，t是獲取輸出電壓U的 時刻。
[0027] 根據本實用新型的第七方面的第一或第二電容檢測裝置，提供了根據本實用新型 第七方面的第三電容檢測裝置，其中所述控制器獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取 每個輸出電壓的時刻，并根據
，計算備用電源的多個電容值，對多個 電容值取平均值。
[0028] 根據本實用新型的第七方面的第一電容檢測裝置，提供了根據本實用新型第七方 面的第四電容檢測裝置，其中所述控制器獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取每個輸 出電壓的時刻，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k，并根據
：計算出備用電源的電 容值。
[0029] 根據本實用新型的第七方面的第一電容檢測裝置，提供了根據本實用新型第七方 面的第五電容檢測裝置，其中所述控制器獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取每個輸 出電壓的時刻，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k與偏置b，并根據 Uo,計算出備用電源的電容值。
[0030] 根據本實用新型的第七方面的第一電容檢測裝置，提供了根據本實用新型第七方 面的第六電容檢測裝置，其中所述控制器獲取備用電源的至少兩個輸出電壓，以及獲取每 個輸出電壓的時刻，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k，并根據
計算出 備用電源的電容值。
[0031] 根據本實用新型的第七方面的第一至第六電容檢測裝置之一，提供了根據本實用 新型第七方面的第七電容檢測裝置，其中完成檢測電容值后，所述控制器閉合所述第一開 關，斷開所述備用電源到所述恒流源的通路。
[0032] 根據本實用新型的第七方面的第一至第七電容檢測裝置之一，提供了根據本實用 新型第七方面的第八電容檢測裝置，其中為檢測電容值，所述控制器使所述第二開關斷開。
[0033] 根據本實用新型的第七方面的第一至第八電容檢測裝置之一，提供了根據本實用 新型第七方面的第九電容檢測裝置，其中響應于外部電源掉電，所述控制器斷開所述備用 電源到所述恒流源的通路、閉合所述第二開關，使所述備用電源向所述外部負載供電。
[0034] 根據本實用新型的第七方面的第一至第九電容檢測裝置之一，提供了根據本實用 新型第七方面的第十電容檢測裝置，還包括第三開關，所述第三開關的輸入端耦合到外部 電源，所述第三開關的輸出端耦合外部負載與所述第一開關的輸入，并響應于所述控制器 的控制信號而導通或斷開。
[0035] 根據本實用新型的第七方面的第一至第十電容檢測裝置之一，提供了根據本實用 新型第七方面的第十一電容檢測裝置，還包括第四開關，所述第四開關的輸入端耦合到備 用電源，所述第四開關的輸出端耦合到恒流源，并響應于所述控制器的控制信號而導通或 斷開所述備用電源到所述恒流源的通路。
[0036] 根據本實用新型的第七方面的第一至第十一電容檢測裝置之一，提供了根據本實 用新型第七方面的第十二電容檢測裝置，其中所述控制器將所述電容值與備用電源的標稱 電容值相比較來估計所述備用電源的健康狀態。
[0037] 根據本實用新型的第八方面，提供了根據本實用新型第八方面的第一供電時間檢 測裝置，包括根據本實用新型的第七方面的第一至第十二電容檢測裝置之一；以及所述控 制器根據所述電容值計算所述備用電源的供電時間。
[0038] 根據本實用新型的第九方面，提供了根據本實用新型第九方面的第一電容檢測方 法，包括切斷外部電源到備用電源的充電通路，使備用電源通過恒流源向旁路負載供電，并 保持外部電源向外部負載的供電；獲得備用電源的輸出電壓，以及記錄獲取所述備用電源 的輸出電壓的時刻;并根據輸出電壓以及輸出電壓的獲取時刻計算備用電源的電容值。
[0039] 根據本實用新型的第九方面的第一電容檢測方法，提供了根據本實用新型第九方 面的第二電容檢測方法，其中根據
計算備用電源的電容值，其中I c 是恒流源的電流，U0是備用電源充滿電時的輸出電壓，C是備用電源的電容值，Resr是備用 電源的等效串聯電阻，U是所獲取的備用電源的輸出電壓，t是獲取輸出電壓U的時刻。
[0040] 根據本實用新型的第九方面的第一或第二電容檢測方法，提供了根據本實用新型 第九方面的第三電容檢測方法，其中獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取每個輸出電 壓的時刻，并根據
i計算備用電源的多個電容值，對多個電容值取平 均值。
[0041] 根據本實用新型的第九方面的第一電容檢測方法，提供了根據本實用新型第九方 面的第四電容檢測方法，其中獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取每個輸出電壓的時 亥IJ，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k，并根據
計算出備用電源的電容值。
[0042] 根據本實用新型的第九方面的第一電容檢測方法，提供了根據本實用新型第九方 面的第五電容檢測方法，其中獲取備用電源的多個輸出電壓，以及獲取每個輸出電壓的時 亥IJ，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k與偏置b，并根據
c*Resr+U〇,計算出備 用電源的電容值。
[0043] 根據本實用新型的第九方面的第一電容檢測方法，提供了根據本實用新型第九方 面的第六電容檢測方法，其中獲取備用電源的至少兩個輸出電壓，以及獲取每個輸出電壓 的時刻，并擬合出指示t與U關系的曲線的斜率k，并根據
，計算出備用電源的 電容值。
[0044] 根據本實用新型的第九方面的第一至第六電容檢測方法之一，提供了根據本實用 新型第九方面的第七電容檢測方法，其中響應于外部電源掉電，斷開所述備用電源到所述 旁路負載的通路，使所述備用電源向所述外部負載供電。
[0045] 根據本實用新型的第九方面的第一至第七電容檢測方法之一，提供了根據本實 用新型第九方面的第八電容檢測方法，其中將所述電容值與備用電源的標稱電容值相比較 來估計所述備用電源的健康狀態。
[0046] 根據本實用新型的第十方面，提供了根據本實用新型第十方面的第一供電時間檢 測方法，包括根據本實用新型的第九方面的第一至第八電容檢測方法之一；以及根據所述 電容值計算所述備用電源的供電時間。
[0047] 根據本實用新型的第十一方面，提供一種包括程序代碼的程序，當被載入存儲設 備并在存儲設備上執行時，所述程序代碼使所述存儲設備執行根據本實用新型第四方面、 第五方面或第十方面的供電時間檢測方法之一。
【附圖說明】
[0048]當連同附圖閱讀時，通過參考后面對示出性的實施例的詳細描述，將最佳地理解 本實用新型以及優選的使用模式和其進一步的目的和優點，其中附圖包括：
[0049]圖1示出了現有技術的存儲設備的方框圖；
[0050] 圖2A展示了根據本實用新型實施例的供電時間檢測電路的原理圖；
[0051] 圖2B展示了根據本實用新型又一實施例的供電時間檢測電路的原理圖；
[0052] 圖3A是根據本實用新型實施例的供電時間檢測方法的流程圖；
[0053]圖3B是根據本實用新型又一實施例的供電時間檢測方法的流程圖；
[0054]圖4A是根據本實用新型又一實施例的備用電源檢測電路的原理圖；
[0055] 圖4B是根據本實用新型又一實施例的用于檢測電容的放電回路的等效電路的原 理圖；以及
[0056] 圖5是根據本實用新型又一實施例的備用電源檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0057]參看圖2A，展示了根據本實用新型實施例的供電時間檢測電路的原理圖。供電時 間檢測電路實現于諸如固態硬盤的存儲設備中，用于檢測備用電源(210)的供電時間。作為 舉例，存儲設備通過PCIe接口耦合到主機，并通過PCIe接口接收外部電源供電，用于支持存 儲設備工作。備用電源用于在外部電源異常掉電時為存儲設備提供臨時的電能。作為舉例， 備用電源可以是超級電容或鋁電解電容。外部電源通過開關220耦合到備用電源210與負 載，在開關220閉合時，外部電源向負載供電，并可為備用電源充電。控制器230(例如，微控 制器MCU、微處理器MPU或其他控制電路)控制開關220的閉合與斷開。在開關220斷開時，外 部電源的供電被切斷，由備用電源210向負載供電。供電時間檢測電路還包括電壓檢測電路 240,耦合到備用電源210的輸出端，用于獲取備用電源210的輸出電壓。備用電源210的輸出 電壓指示了備用電源的工作狀態。當備用電源210是電容時，電容的能量
，其中C 是電容容值，而U是電容輸出電壓。通過檢測備用電源210的輸出電壓，而獲得備用電源210 的剩余能量。而存儲設備工作時的整體功率是基本恒定的，從而可利用備用電源210的剩余 能量估算出在指定負載下的可供電時間。
[0058]電壓檢測電路240將檢測的備用電源210的輸出電壓值提供給控制器230。電壓檢 測電路240可以是例如模數轉換器(AD)。電壓檢測電路240還可以集成在控制器230內。
[0059] 備用電源210的容值可能發生變化，在根據本實用新型的實施例中，控制器230通 過檢測備用電源210的輸出電壓隨時間的變化來計算供電時間。
[0060] 實施例1
[0061] 在開關220閉合時，備用電源210的輸出電壓Uo是已知的。為測量供電時間，控制 器230關閉開關220,使備用電源210向負載放電，并啟動計時器。一段時間后，控制器230通 過電壓檢測電路240獲取備用電源210的輸出電壓山，并且通過定時器獲取從備用電源開始 放電到其輸出電壓為Ui的時間?\。控制器230控制備用電源210對負載的供電時間，以在備用 電源210的持續供電能力與測量精度之間取舍。例如，在備用電源210向負載供電幾十到幾 百微秒或幾毫秒，從而備用電源的電壓下降的幅度超過電壓檢測電路240的精度。在存儲設 備的整體功率Ρ基本恒定的情況下，備用電源的供電時間與其儲能成正比，因而有
(1) (2)
[0064]其中，UT是備用電源210能夠使負載正常工作的最低電壓（已知），Τχ是備用電源 210使負載正常工作的時間。
[0065] 從（1)式與（2)式中得到
，從而在無需知曉備用電源210的電容的情況 下，通過測量備用電容210供電時的輸出電壓從Uo下降到山的時間，能夠計算出備用電源210 的能夠使負載正常工作的供電時間。
[0066] 對備用電源210的供電時間的檢測可以由控制器230在預定時間執行，例如，每月 執行或者在深夜等存儲設備業務量較低的時間執行。供電時間檢測也可在主機或用戶的指 示下執行。主機或用戶通過PCIe接口或JTAG接口向控制器230發送命令，作為響應，控制器 230執行對備用電源230的供電時間檢測，并向主機或用戶告知檢測結果。或者基于檢測結 果，評估備用電源的健康狀態，當備用電源的供電時間能夠滿足存儲設備可靠性要求時，認 為備用電源是健康的，在其他情況下，認為備用電源是不健康的，并做出響應，例如提示用 戶更換或維修存儲設備，或者改變存儲設備的工作狀態(例如，降低緩存的未完成10數量）， 以適應備用電源的健康狀態。
[0067]在進一步的例子中，控制器230在多個時間點的每個獲得備用電源210的輸出電 壓，從而根據每個電壓與時間的測量值計算供電時間Tx，并對多個供電時間Tx的計算結果求 平均值，以降低誤差。
[0068] 實施例2
[0069]圖2Β，展示了根據本實用新型又一實施例的供電時間檢測電路的原理圖。在圖2Β 中，圖2Α的電壓檢測電路240被替換為電壓比較電路245。電壓比較電路245比較備用電源 210的輸出電壓與參考電壓。在備用電源210供電過程中，其輸出電壓不斷下降，在輸出電壓 低于參考電壓時，電壓比較電路245向控制器230輸出指示信號。作為舉例，備用電源充滿電 時的輸出電壓是U〇,而將參考電壓設置為XJ〇/a/2,從而當備用電源的輸出電壓跨越參考電 壓時，其剩余能量為充滿電時的一半。從而控制器230在備用電源210開始放電時啟動計時 器，控制器230在收到電壓比較電路245的指示信號時，使計時器停止計時，則計時器記錄的 時間段約為備用電源210供電時間的一半，從而估計備用電源210的供電時間為2倍計時器 記錄的時間段。在其他例子中，參考電壓可設置為其他值。在已知參考電壓與備用電源充滿 電時的輸出電壓的情況下，根據備用電源210的輸出電壓下降到參考電壓的時間段，可估計 出在備用電源210向負載供電時的供電時間。需要指出的是，在為使負載工作，備用電源的 輸出電壓應不小于預定值，此時備用電源還有一部分能量，這部分能量無法用于使負載正 常工作。因而本實施例中估計的供電時間會略大于備用電源210實際使負載正常工作的時 間。
[0070] 圖3A是根據本實用新型實施例的供電時間檢測方法的流程圖。也結合圖2A，為檢 測供電時間，控制器230斷開開關220以切斷外部電源給負載的供電，并用備用電源210為 負載供電，同時啟動計時器(310)。一段時間后，控制器230通過電壓檢測電路230獲得備用 電源210的輸出電壓，閉合開關220以恢復外部電源對負載的供電以及對備用電源210的充 電，并通過計時器記錄當前時間（320)。控制器230根據檢測到的備用電源210的輸出電壓與 檢測電壓的時間計算備用電源可供電時間（330)。例如，計算
，得到可供電時間 Tx。其中h為檢測電壓的時間，U〇為備用電源初始(充滿電時）電壓，ΙΛ為在1\時刻檢測到的電 壓而UT是備用電源210能夠使負載正常工作的最低電壓。如前所述，有多種方式通過檢測的 備用電源210的輸出電壓與檢測時間來確定備用電源210的供電時間。
[0071] 圖3B是根據本實用新型又一實施例的供電時間檢測方法的流程圖。也結合圖2B， 為檢測供電時間，控制器230斷開開關220以切斷外部電源給負載的供電，并用備用電源210 為負載供電，同時啟動計時器(340)。隨著備用電源210的輸出電壓逐漸下降，當輸出電壓低 于閾值后，電壓比較電路245向控制器230輸出指示信號。響應于收到指示信號，控制器230 使計時器停止(350)，并根據計時器記錄的時間計算備用電源的可供電時間（360)。在已知 備用電源的初始輸出電壓與閾值電壓的情況下，由于電容的儲能與電壓的平方成正比，從 而可依據電容從初始電壓放電到閾值電壓的時間計算出電容從初始電壓放點到能維持負 載工作的最低電壓的放電時間(存儲設備的功率恒定或近似恒定）。
[0072]根據本實用新型實施例的供電時間檢測方法，可以在存儲設備正常工作時進行， 而不為用戶所感知。也可以在預先安排的時間或者依據主機或用戶的指示而進行，并向用 戶告知檢測結果。在一個例子中，通過PCIe接口向主機告知檢測結果;在另一個例子中，在 存儲設備上布置指示燈，通過指示燈來向用戶告知檢測結果。
[0073] 實施例3
[0074]圖4A是根據本實用新型又一實施例的備用電源檢測電路的原理圖。在圖4A的實施 例中，能計算出備用電源210的電容值，比較備用電源210的電容的測量值與標稱值，來評估 備用電源210的健康狀態，進而可得到備用電源210的儲能與供電時間。
[0075]在圖4A的實施例中，提供旁路負載460,并聯在備用電源210的兩端。在檢測備用電 源210的電容時，使備用電源210通過旁路負載460放電；而保持外部電源對外部負載的供 電，從而避免在供電時間檢測時因備用電源210故障導致存儲設備失效。旁路負載460可以 是功率電阻，且阻值已知（為R)。將恒流源（CCR，Constant Current Regulator)450同旁路 負載460串聯，使得備用電源210對旁路負載460供電時，流經旁路負載460的電流是已知且 恒定的（為U。提供開關440,使得控制器230能夠通過開關440控制備用電源210是否向旁 路負載460供電。恒流源450與旁路負載460可以集成在一起，例如可控恒流源。僅在測量備 用電源210的電容時，閉合開關440,在其他情況下，斷開開關440,以避免備用電源210向旁 路負載供電。
[0076]根據實施例3的備用電源檢測電路還包括開關410,用于耦合外部電源與備用電源 210的輸入端。控制器230通過斷開或閉合開關410,來切斷或允許外部電源對備用電源210 的充電。備用電源檢測電路還包括開關420,用于耦合備用電源210與外部負載，控制器230 通過斷開或閉合開關420來切斷或允許備用電源對外部負載的供電。開關420還能夠避免外 部電源對外部負載供電時形成對備用電源210的充電回路。
[0077]在備用電源通過恒流源450向旁路負載460放電時，放電回路的等效電路如圖4B所 示。放電回路包括構成備用電源210的理想電容C與等效串聯電阻RESR，恒流源(CCR)與負載 電阻(R)。理想電容C、等效串聯電阻R ESR、恒流源(CCR)與負載電阻(R)串聯構成放電回路。 由于恒流源的存在，放電回路的電流為I。。而備用電源210的輸出電壓為等效串聯電阻Resr 兩端的電壓與理想電容C兩端的電壓之和。能夠計算出備用電源210兩端的電壓
其中U0是放電前理想電容兩端電壓的初始值，t是放電時間。因 而，備用電源210兩端的電壓U與時間t是線性關系。通過在時間t測量電壓U，能夠計算出理 想電容C與串聯等效電阻Resr。優選地，在不同時間t測量多個電壓U，并擬合出直線U = kt+b 的斜率k與偏置b，則斜率，而b = Ic*Resr+U〇，從而計算機理想電容C的容值與等效串聯 電阻Resr的阻值。
[0078] 返回參看圖4A，為測量備用電源210的電容，控制器230斷開開關410與420,閉合開 關440,使備用電源210、恒流源450與旁路負載460形成放電回路。電壓檢測電路240耦合到 備用電源410的輸出端。控制器230通過電壓檢測電路240檢測備用電源210的輸出電壓U并 記錄檢測時間t。從而通過
計算出備用電源210的又想電容值。在有 一個例子中控制器230,在不同時間，多次測量備用電源210的輸出電壓，并通過最小二乘法 擬合出直線U = kt+b的斜率k與偏置b，則斜率
，而b = Ic*Resr+U〇，從而計算出備用電源 210的理想電容C的容值與等效串聯電阻Resr的阻值。在依然又一個例子中，忽略等效串聯電 阻Resr的影響，而僅通過
：或者擬合出的直線U = kt+b的斜率
來計算備用電源 210的理想電容C的容值。在另一個例子中，對計算出的多個理想電容C的值求平均值。通過 比較電容C和/或等效串聯電阻Resr的阻值與其標稱值，若測量值與標稱值在誤差允許范圍 內，認為電容式健康的。
[0079]可選地，提供開關430,開關430的一端耦合到外部電源，另一端耦合到開關410與 外部負載，控制器230能控制開關430的斷開與閉合。在開關410閉合時，外部電源直接向外 部負載供電，并可以通過開關410向備用電源210供電。在開關410斷開時，開關外部電源到 外部負載與備用電源210的供電通路。
[0080] 在測量備用電源210的電容時，使開關430保持閉合，從而由外部電源向負載供電。 若外部電源掉電，控制器230斷開備用電源210對旁路負載460的供電通路，閉合開關420,使 備用電源向外部負載供電。因而，根據本實用新型的實施例，在測量備用電源210的電容期 間，依然提供2余度的電源，從而保證了存儲設備的可靠性。可選地，在測量備用電源210的 電容時，縮短測量時間并考慮測量時間對備用電源210的電壓降幅與電壓測量精度的影響， 在短的時間內完成電容測量，從而即使在電容測量時間段的后期發生外部電源掉電，備用 電源210依然有足夠的能量維持外部負載處理掉電事件。
[0081] 根據測量得到的備用電源210的電容值C與等效串聯電阻Resr，計算備用電源210 能夠維持外部負載正常工作的供電時間，例如，根據(3)式計算供電時間，
[0083] 其中，C是備用電源210的電容值，RESR是備用電源210的等效串聯電阻，UT是備用 電源210能夠使負載正常工作的最低電壓，t是備用電源210使負載正常工作的時間，P是負載 的功率P，U〇是備用電源210充滿電時的輸出電壓，μ是電源效率。可選地，為降低計算復雜度， 忽略備用電源210的等效串聯電阻，估算備用電源210的供電時間為
[0084] 圖5是根據本實用新型又一實施例的備用電源檢測方法的流程圖。也結合圖4Α，為 檢測備用電源，控制器230斷開開關420以切斷備用電源給外部負載的供電，斷開開關410以 切斷外部電源對備用電源210的供電，閉合開關440使備用電源210通過恒流源450為旁路 負載供電，同時啟動計時器(510)。一段時間后，控制器230通過電壓檢測電路230采樣備用 電源210的輸出電壓，并通過計時器記錄當前時間（520)。為提高測量精度，控制器多次執行 步驟5 20，在多個時間點采樣備用電源210的輸出電壓。隨后，控制器230閉合開關410以恢復 外部電源對備用電源210的充電。由于備用電源210的輸出電壓U與備用電源的供電時間t為 線性關系，通過測量得到的電壓U與測量電壓U的時間t計算出備用電源210的電容值C (530)。比較測量得到的電容C與備用電源210的標稱電容，來估計備用電源210的健康狀態。
[0085] 可選地，通過電容值C計算備用電源210的放電時間。電容放電時提供的能量為
其中UT是備用電源210能夠使負載正常工作的最低電壓，U〇是備用電源210 充滿電時的輸出電壓。在系統或外部負載的功耗基本恒定的情況下，計算電容放電時間
。如前所述，有其他通過電容值計算放電時間的方式，具有不同 的精度或計算復雜度。可選地，依據計算出的備用電源的供電時間估計備用電源的健康狀 況。在進一步的實施例中，電容檢測和/或供電時間檢測也可在主機或用戶的指示下執行。
[0086] 在檢測供電時間的過程中，若外部電源掉電，控制器斷開開關440,以切斷備用電 源210對旁路負載460的放電，并閉合開關420,以使備用電源向外部負載供電。可選地，控制 器230還斷開開關410與開關430。
[0087] 框圖和流程圖的框支持用于執行指定功能的裝置的組合、用于執行指定功能的操 作的組合和用于執行指定功能的程序指令裝置的組合。還應該理解，框圖和流程圖的每個 框以及框圖和流程圖的框的組合可以由執行指定功能或操作的、基于硬件的應用專用集成 電路、FPGA(現場可編程門陣列）、CPLD(復雜可編程邏輯器件）、微控制器、微處理器或其組 合實現。
[0088] 雖然當前實用新型參考的示例被描述，其只是為了解釋的目的而不是對本實用新 型的限制，對實施方式的改變，增加和/或刪除可以被做出而不脫離本實用新型的范圍。
[0089] 這些實施方式所涉及的、從上面描述和相關聯的附圖中呈現的教導獲益的領域中 的技術人員將認識到這里記載的本實用新型的很多修改和其他實施方式。因此，應該理解， 本實用新型不限于公開的【具體實施方式】，旨在將修改和其他實施方式包括在所附權利要求 書的范圍內。盡管在這里采用了特定的術語，但是僅在一般意義和描述意義上使用它們并 且不是為了限制的目的而使用。
【主權項】
1. 一種電容檢測裝置，其特征在于，包括第一開關、第二開關、恒流源、旁路負載與控制 器， 所述第一開關的輸入端禪合到外部電源，所述第一開關的輸出端禪合到備用電源，所 述第一開關導通時，所述外部電源向所述備用電源充電； 所述備用電源的輸出端禪合到所述第二開關的輸入端； 所述第二開關的輸出端禪合到外部負載； 所述恒流源與所述旁路負載串聯后，再并聯到所述備用電源的兩端； 所述控制器還控制導通或斷開所述備用電源到所述恒流源的通路； 所述控制器還禪合到所述備用電源的輸出端，W獲取于所述備用電源的輸出電壓； 所述控制器還包括計時器，用于記錄獲取所述備用電源的輸出電壓的時刻； 為檢測電容值，所述控制器斷開所述第一開關，導通所述備用電源到所述恒流源的通 路，并獲取所述備用電源的輸出電壓，W及輸出電壓的獲取時刻，并根據輸出電壓W及輸出 電壓的獲取時刻計算備用電源的電容值。2. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 所述控制器根據U=-'；?t+/。*flesr + ?計算備用電源的電容值，其中Ic是恒流源的電流， U0是備用電源充滿電時的輸出電壓，C是備用電源的電容值，Resr是備用電源的等效串聯電 阻，U是所獲取的備用電源的輸出電壓，t是獲取輸出電壓U的時刻。3. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 所述控制器獲取備用電源的多個輸出電壓，W及獲取每個輸出電壓的時刻，并根據 U=-'?^f+レ*Aw + t/o計算備用電源的多個電容值，對多個電容值取平均值，其中Ic是恒流源 的電流，Uo是備用電源充滿電時的輸出電壓，C是備用電源的電容值，Resr是備用電源的等 效串聯電阻，U是所獲取的備用電源的輸出電壓，t是獲取輸出電壓U的時刻。4. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 所述控制器獲取備用電源的多個輸出電壓，W及獲取每個輸出電壓的時刻，并擬合出 指示t與U關系的曲線的斜率k與偏置b，并根據k=-^b=Ic*Resr+U〇,計算出備用電源的電容 值，其中Ic是恒流源的電流，Uo是備用電源充滿電時的輸出電壓，C是備用電源的電容值， Resr是備用電源的等效串聯電阻，U是所獲取的備用電源的輸出電壓，t是獲取輸出電壓U 的時刻。5. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 所述控制器獲取備用電源的至少兩個輸出電壓，W及獲取每個輸出電壓的時刻，并擬 合出指示t與U關系的曲線的斜率k，并根據k=|5^=-!，計算出備用電源的電容值，其中1〇 是恒流源的電流，C是備用電源的電容值，Ui與化是所獲取的備用電源的輸出電壓，ti是獲取 輸出電壓化的時刻，?2是獲取輸出電壓化的時刻。6. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 響應于外部電源掉電，所述控制器斷開所述備用電源到所述恒流源的通路、閉合所述 第二開關，使所述備用電源向所述外部負載供電。7. 根據權利要求6所述的電容檢測裝置，其特征在于，還包括第Ξ開關， 所述第Ξ開關的輸入端禪合到外部電源，所述第Ξ開關的輸出端禪合外部負載與所述 第一開關的輸入，并響應于所述控制器的控制信號而導通或斷開。8. 根據權利要求7所述的電容檢測裝置，其特征在于，還包括第四開關， 所述第四開關的輸入端禪合到備用電源，所述第四開關的輸出端禪合到恒流源，并響 應于所述控制器的控制信號而導通或斷開所述備用電源到所述恒流源的通路。9. 根據權利要求1所述的電容檢測裝置，其特征在于，其中 所述控制器根據所述電容值估計所述備用電源的健康狀態。10. -種供電時間檢測裝置，其特征在于，包括如權利要求9所述的電容檢測裝置；W及 所述控制器根據所述電容值計算所述備用電源的供電時間。
【文檔編號】G11C5/14GK205680443SQ201620269989
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月1日 公開號201620269989.0, CN 201620269989, CN 205680443 U, CN 205680443U, CN-U-205680443, CN201620269989, CN201620269989.0, CN205680443 U, CN205680443U
【發明人】武明偉, 倪勇
【申請人】北京憶恒創源科技有限公司