一种电源组件及存储系统的制造方法与工艺

本发明涉及计算机数据存储技术领域，尤其涉及一种为计算机中发生异常掉电时具有数据备份功能的数据掉电保护装置提供电力供应的电源组件以及包括该电源组件的一种存储系统。

背景技术：
随着服务器和网络存储设备的发展，对计算机中运行及存储的数据安全性提出了更高的要求。但是，对于一些突发的掉电情况，例如市电停电或者人为误操作切断计算机电源时，会导致正在计算机的中央处理器及内存中运行的数据发生丢失的情况。为解决上述问题，现有技术中通常采用UPS（不间断电源）或者超级电容（Super-Capacitor）为计算机的中央处理器及内存提供短时间的电力供应，以备计算机在掉电时将中央处理器及内存中的数据备份到非易失性存储装置中。上述非易失性存储装置可以为机械磁盘（HardDisk）、磁带或者固态硬盘驱动器（SSD，Solid-stateDisk）。其中，固态硬盘驱动器因其具备小巧的体积、逐渐降低的成本及较高长的使用寿命，正在成为行业内的主流的非易失性存储装置；同时，由于超级电容具有较长的使用寿命和相对较小的体积，正与固态硬盘驱动器相结合，并成为计算机掉电后数据保护的主流技术，相关技术可参考专利号ZL200910159932.X，授权公告号为CN101630293B的中国授权专利。由于超级电容存在电容损耗，同时在超级电容充满电后，其存储的电量会逐渐下降；因此，当计算机发生意外掉电时，需要保证超级电容中保持足够的电量，以支持中央处理器及内存中的数据能够全部备份到固态硬盘驱动器中。在现有技术中，一方面，由于将内存和固态硬盘驱动器以及其他芯片集成在一个PCB上，所以当我们需要对计算机的内存和固态硬盘驱动器进行扩展升级时，需要将多个集成上述电子元件的PCB插入计算机主板上。由于超级电容尺寸通常比较大，因此导致计算机的主机箱中的布局显得比较局促。另一方面，由于每个PCB上都配套地设置与超级电容相互作用以提供数据掉电保护功能的电路结构，因此导致整个数据掉电保护装置的制造成本比较高。此外，由于数据掉电保护装置在计算机发生意外掉电时，是根据全部内存的容量来将内存中的数据备份至非易失性存储器（例如NAND闪存）中去的，因此当用户对包含内存及非易失性存储器的数据掉电保护装置进行升级的时候，往往无法预估此刻计算机中所含有的超级电容的总电荷储存能力的大小是否满足数据备份的需求。当计算机发生意外掉电时，可能发生超级电容中的电能不足以支撑中央处理器及内存中的数据全部备份至非易失性存储器中，从而导致计算机系统的不稳定；而用户自行地接插超级电容往往又不知道需要增加多少容量的超级电容。由于超级电容本身的价格比较昂贵，因此过多地连接超级电容会造成浪费，而过少地连接超级电容又会导致在计算机发生意外掉电时超级电容所储存的电量不够用，而导致计算机系统发生不稳定以及一致性等诸多问题。有鉴于此，有必要对现有技术中的数据掉电保护装置的供电装置及计算机的存储系统予以改进，以解决上述瑕疵。

技术实现要素：
本发明的第一个发明目的在于提供一种电源组件，防止计算机在正常供电时超级电容反复进行“充电-放电”的循环过程，从而提高超级电容的使用寿命，并确保计算机在因突然掉电时有足够的电量支撑数据掉电保护装置中的正在运行数据完成数据备份过程。为实现上述第一个发明目的，本发明提供了一种电源组件，包括顺次电性连接的第一变压器、主板电源接口及电压转换模块，以将市电转换为指定电压并为计算机中的若干数据掉电保护装置供电，所述电源组件还包括：电性连接于所述第一变压器的第二变压器和逆变器、电性连接于第二变压器与逆变器之间的第一储能装置和电子开关、以及电源控制模块；所述电子开关在计算机正常供电时保持常断状态，当计算机发生掉电时，所述电源控制模块获取第二变压器生成的掉电触发信号并向电子开关发送导通信号，并由第一储能装置向第一变压器供电。作为本发明的进一步改进，所述电子开关电性连接于第一储能装置与逆变器之间。作为本发明的进一步改进，所述主板电源接口为ATX电源接口；所述电压转换模块由低压差线性稳压器和/或DC-DC转换器组成。作为本发明的进一步改进，在所述电源主板接口与电压转换模块之间还并联一个第二储能装置，所述第二储能装置的电容量大于或者等于所述第一储能装置的电容量。作为本发明的进一步改进，还包括分别与所述电压转换模块及电源控制模块电性连接的控制器电压输出接口，用以接收由电源控制器模块发出的中断信号，并将由所述电压转换模块转换后的直流电提供至数据掉电保护装置。作为本发明的进一步改进，所述第一储能装置和第二储能装置包括若干超级电容组，所述超级电容组由若干超级电容串联而成。作为本发明的进一步改进，所述电子开关包括MOS管、继电器、三极管、IGBT管或者晶体闸流管。本发明的第二个发明目的在于提供一种存储系统，以将若干数据掉电保护装置中的具电源供应的模块实现有效地集成，并实现通过一个电源组件同时为多个数据掉电保护装置提供电力供应，以提高用户进行扩展的便捷性，并有效降低用户的扩展成本。为实现上述第二个发明目的，本发明提供了一种存储系统，包括若干数据掉电保护装置，所述数据掉电保护装置包括控制器、与控制器相连的若干易失性存储器及若干非易失性存储器，以及与控制器相连并至少与主机进行数据和信号传输的接口模块；所述存储系统还包括一个如上述所述的电源组件，所述电源组件电性连接至少一个数据掉电保护装置；当计算机发生掉电时，所述电源组件为数据掉电保护装置提供短时间的电力供应，以将易失性存储器中的数据备份至非易失性存储器中。作为本发明的进一步改进，所述接口模块包括DIMM接口或PCI-E接口。作为本发明的进一步改进，所述数据掉电保护装置还包括与控制器电性连接的控制器电压输入接口，所述电源组件还包括分别与所述电压转换模块和电源控制模块电性连接的控制器电压输出接口，以及模组化导线组件；所述控制器电压输出接口能够通过模组化导线组件与控制器电压输入接口进行电源及控制信号的传输。作为本发明的进一步改进，所述存储系统包括至少两个数据掉电保护装置，每个数据掉电保护装置通过各自的控制器电压输入接口及模组化导线组件并联至电源组件的控制器电压输出接口。作为本发明的进一步改进，所述数据掉电保护装置还包括设置在控制器电压输入接口和控制器、易失性存储器及非易失性存储器之间的低压差线性稳压器。作为本发明的进一步改进，所述电源组件还包括与电源控制模块相连的报警装置，所述电源控制模块包含一个存储模块；所述存储模块被配置为保存接入计算机中的易失性存储器及非易失性存储器的存储介质配置参数，以及第一储能装置的电容量配置参数；当计算机上电自检时，将存储介质配置参数与电容量配置参数进行比较，若电容量配置参数不满足存储介质配置参数要求时，电源控制模块向报警装置发送使能信号以驱动所述报警装置；所述报警装置包括蜂鸣器、LED，所述存储模块包括E2PROM、ROM，所述控制器包括FPGA或者ASIC，所述易失性存储器为DRAM，所述非易失性存储器包括NAND闪存和/或相变存储器。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在本发明中通过对由超级电容组成的储能装置的合理控制，提高了对超级电容的合理利用；同时通过将一个电源组件同时为多个数据掉电保护装置提供电力供应，提高了用户进行扩展的便捷性，并有效降低用户的扩展成本。附图说明图1为本发明一种电源组件的示意图；图2为计算机发生掉电时电源控制模块向电子开关发送ON信号以导通第一储能装置的供电路径的示意图；图3为电源控制模块向电子开关发送OFF信号以切断第一储能装置的供电路径，并转由第二储能装置供电的示意图；图4为本发明各实施例中第一储能装置的示意图；图5为本发明一种存储系统的示意图；图6为设报警装置的一种存储系统的示意图；图7为一个电源组件连接多个数据掉电保护装置的一种存储系统的示意图；图8为图7所示的一种存储系统的细部示意图；其中，说明书中的附图标记说明如下：存储系统-10；电源组件-100；第一变压器-101；主板电源接口-102；电压转换模块-104；第一储能装置-105；第二储能装置-205；电子开关-106；逆变器-107；电源控制模块-108；电源控制模块中所包含的存储模块-1081；控制器电压输出接口-109；超级电容-1151；超级电容组接口-1052、1053；主机-300；CPU-301；报警装置-110；向报警装置输出的使能信号-111；数据掉电保护装置-200；控制器-201；易失性存储器-202；非易失性存储器-203；接口模块204；控制器电压输入接口209；模组化导线组件219。本发明各发明目的的实现、功能特点、具体技术方案及相应的有益效果将结合各个实施例，并参照各附图作进一步详述。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换、替代或者组合，均属于本发明的保护范围之内。实施例一：请参图1、图2及图4所示的本发明一种电源组件的第一种实施例。在本实施例中，该电源组件100包含两条供电路径。第一条供电路径为计算机处于正常供电状况下可由市电输入至电源组件100，然后通过顺次电性连接的第一变压器101、主板电源接口102及电压转换模块103，以将220V或110V的市电（AC）转换为指定电压后，为计算中的若干数据掉电保护装置200供电。优选的，该主板电源接口102为24Pin的ATX电源接口，或者为20Pin的ATX电源接口。具体的，在本实施例中，我们以220V交流市电举例说明。220VAC在经过第一变压器101变压处理后输出不超过12V的直流电（下称DC），并优选为12V的直流电，并输入至主板电源接口102。由于计算机中芯片（亦即集成电路）所需要的工作电压还包括1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V。对于计算机中不同的芯片而言，所需要使用的工作电压是不同的，例如DDR4的工作电压为1.2，DDR3的工作电压为1.5V，DDR2的工作电压为1.8V，NAND闪存的工作电压为1.8V，FPGA的工作电压为1.5V，串行高速接口（GTP）的工作电压为1.0V和1.2V。FPGA的内核逻辑阵列及IO的工作电压为1.2V。与FPGA输出端相连的低速设备或光电设备（例如计算机按钮、LED）的工作电压为3.3V。本技术领域人员可以合理预测到，NAND闪存的工作电源可随着半导体集成电路制备工艺的提成而逐渐降低；此时，通过本实施例中的电压转换模块103对输入的直流电做电压变换处理后，以得到相应的工作电压。因此，还需要对3.3VDC通过电压转换模块103做进一步的电压变换处理。具体的，该电压转换模块103由低压差线性稳压器（下称LDO）和/或DC-DC转换器组成。低压差线性稳压器（LowDrop-Out，LDO），集成了具有极低线上导通电阻的MOSFET，肖特基二极管、取样电阻和分压电阻等硬件电路，并具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能，此外LDO还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其他功能。DC-DC转化器（DC-DCConvertor）指在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置，其具有隔离（含噪声隔离、安全隔离、接地环路消除）、电压变换（升压变换、降压变换）、保护（含短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护）、有源滤波降噪、直流稳压等功能。在本实施例中，3.3VDC经过电压转换模块103的电压变换、直流稳压等处理之后，将第一变压器101所输出的3.3VDC转换为数据掉电保护装置200中各种芯片所需要的各种规格的DC。具体的，该电压转换模块103将3.3VDC转换为1.0VDC、1.2VDC、1.5VDC、1.8VDC、2.5VDC等五种指定电压。同时，该主板电源接口102也可如现有技术中那样，通过屏蔽导线及电连接器（未示出）与该主板电源接口102电性连接，用以为计算机中的用电装置提供电力支持，例如中央处理器风扇、图形显示卡、磁盘驱动器、光盘驱动器等。这样，当该电源组件100安装到计算机机箱中时，可充分利用计算机主板上既有的ATX接口，从而减少对既有计算机主板的改动，降低用户对计算机的改造成本。需要说明的是，电压转换模块103所转换所得的指定电压可随着半导体制程技术的发展而不断变化，因此并不限定于本实施例中所举例的这五种指定电压。在本实施例中，该电源组件100还包括电性连接于该第一变压器101的第二变压器104和逆变器107、电性连接于该第二变压器104与逆变器107之间的第一储能装置105和电子开关106、以及电源控制模块108。由此，通过第二变压器104、第一储能装置105、电子开关106以及逆变器107组成本发明一种电源组件100在实施例一中的第二条供电路径。该第二变压器104可将220VAC转换为12VDC。具体的，该电子开关106可为MOS管、继电器、三极管、IGBT管或者晶体闸流管，并进一步优选为MOS管。参图5所示，该第一储能装置105包括如果若干超级电容组1051，每个超级电容组1051由五个超级电容1151串联而成。具体的，该超级电容1151可选取额定工作电压为2.5V，电容量为200法拉，这样即可组成12V且电容量为40法拉的超级电容组1051。需要说明的是，为了使第一储能装置105具有更大的电量，可同时并联连接多组超级电容组1051，每个超级电容组1051通过超级电容组接口1052、1053作为直流电输入/输出端。当计算机在正常供电时，该电子开关106保持常断状态，并可通过第一条供电路径为计算机中各个芯片或者驱动装置提供其所需规格的进行电力供应。同时，由于第二变压器104仍然与该第一储能装置105电性连接，并通过第二变压器104转换后所输出的12VDC为第一储能装置105中的所有超级电容1151充电，当第一储能装置105充电完毕后会自动停止充电。配合参照图2所示，当计算机发生掉电时，该第二变压器104会产生掉电触发信号（PowerlevelfluctuationSignal），该掉电触发信号会被电源控制模块108所获取，并向电子开关106发送导通信号（亦即ON信号），从而导通第二条供电路径，并开始由该第一储能装置105输出12VDC，并最后通过逆变器107将12VDC重新转换为220VAC并向第一变压器101供电。具体的，第二变压器104所产生的掉电触发信号可以是高电平信号，也可以是低电平信号。意即，可在电源控制模块108中，可将计算机正常关机（正常掉电情况）时从第二变压器104所发出的信号定义为高电平信号，而将计算机异常掉电是从第二变压器104所发出的信号定义为低电平信号，从而实现计算机在异常掉电时，第二变压器104所生成的掉电触发信号被电源控制模块108所识别，反之亦然；同时，该掉电触发信号还可以是编码信号。此后，通过第一变压器101、主板电源接口102、电压转换模块103以输出指定电压，其具体过程参前述，在此不再赘述。同时，该电源控制模块108还可将掉电触发信号通过子系统总线（SubsystemBus），例如sm_bus（未示出）向主机300发送掉电触发信号，并可通过主机300访问该电源控制模块108。Sm_bus是一种二进制串行总线，主要用于计算机中低速率的设备的通讯。当计算机重新上电后，主机300通过访问电源控制模块108，并通过该电源控制模块108向电子开关106发送OFF信号，以切断第一储能装置105的电力输出，并开始进行充电过程。在本实施例中，该电子开关106电性连接与第一储能装置105与逆变器107之间。同时，由于计算机在正常供电时，电子开关106保持常断状态，因此，可防止在通常情况下由该第一储能装置105为计算机供电，避免不必要的“放电”，从而避免超级电容1151在“正常供电”这种大多数情况下，反复地进行“充电-放电”的循环，有效地提高了超级电容1151的使用寿命，同时也降低了超级电容1151在电量不足的情况下，计算机异常掉电时不能为数据掉电保护装置200提供足够长时间的电力供应，而导致计算机系统不稳定等风险，从而提高了计算机的可靠性与稳定性。实施例二：参图3所示的本发明一种电源组件的第二种实施例。本实施例与第一种实施例的主要区别在于，在电源主板接口102与电压转换模块103之间还并联一个第二储能装置205。需要说明的是，该第二储能装置205的具体的结构与实施例一种的第一储能...