一种交流电网电压突变的硬盘保护电路的制作方法

本发明属于服务器技术领域，更具体地，涉及一种交流电网电压突变的硬盘保护电路。

背景技术：

传统的服务器在没有UPS的条件下，电脑硬盘在交流电网电压波动时及瞬降时，会经常出现磁盘坏道，因为在磁碟机高速运行读取时供电系统突然停止能量供应，导致硬盘产生坏道，磁片信息读取迟钝，老化加速，寿命缩短。同时还会有电网瞬变产生浪涌谐波，对终端系统的硬盘造成供电之路的干扰。

基于成本原因，安全系数，工作环境温度考虑，部分工业产品已经逐步取消蓄电池UPS储能。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种交流电网电压突变的硬盘保护电路，旨在解决现有技术中由于交流电网电压突变或瞬降导致服务器数据保存不及时或损坏的问题。

本发明提供了一种交流电网电压突变的硬盘保护电路，包括：电网输入端保险丝模块，防浪涌整流AC-DC模块，直流电压储能电路，过流过压保护模块，脉宽调频模块，主变换器模块，电压反馈矫正模块，电网电压检测互感器和微处理器模块；所述电网输入端保险丝模块的输入端用于连接电网；所述防浪涌整流AC-DC模块的输入端连接至所述电网输入端保险丝模块的第一输出端，所述直流电压储能电路的输入端连接至所述防浪涌整流AC-DC模块的第一输出端；所述过流过压保护模块的输入端连接至防浪涌整流AC-DC模块的第二输出端，所述脉宽调频模块的输入端连接至过流过压保护模块的输出端，所述主变换器模块的第一输入端连接至所述直流电压储能电路的输出端；所述主变换器模块的第二输入端连接至脉宽调频模块的输出端；所述主变换器模块的输出端连接至所述微处理器模块；所述电压反馈矫正模块的输入端连接至所述主变换器模块的输出端，所述电压反馈矫正模块的输出端连接至所述过流过压保护模块的反馈端；所述电网电压检测互感器的输入端连接至所述电网输入端保险丝模块的第二输出端，所述电网电压检测互感器的输出端连接至所述微处理器模块。

更进一步地，所述直流电压储能电路包括依次并联连接的第一铝电解电容EC1、第二铝电解电容EC2、第三铝电解电容EC3、第四铝电解电容EC4和电容C2；其正极用于连接至所述防浪涌整流AC-DC模块的正极，其负极接地。

更进一步地，所述电网电压检测互感器包括：变压器T2、二极管D2、二极管D4、二极管D6、二极管D7、电容C3、电容C9、电容C10和电容C11；

所述二极管D4的阴极与所述二极管D6的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述二极管D67的阳极连接，所述二极管D4的阳极和所述二极管D2的阳极接地，所述二极管D6的阴极和所述二极管D7的阴极连接后与所述电容C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地；所述电容C9、所述电容C10和所述电容C11依次与所述电容C3并联连接；所述变压器T2的初级绕组作为输入端用于连接至电网输入端保险丝模块，所述变压器T2的次级绕组的一端连接在二极管D4和二极管D6的连接端，所述变压器T2的次级绕组的另一端连接在二极管D2和二极管D7的连接端。

更进一步地，所述主变换器模块包括主变换器T1和场效应开关管Q1；所述主变换器T1包括三个绕组，第一绕组的异名端作为所述主变换器模块的第一输入端，第一绕组的同名端与所述场效应开关管Q1的漏极连接，所述场效应开关管Q1的栅极作为所述主变换器模块的第二输入端，所述场效应开关管Q1的源极接地；第二绕组的同名端连接电源，第二绕组的异名端接地；第三绕组的同名端作为所述主变换器模块的输出端，第三绕组的异名端接地。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电网电压瞬降时，传统的UPS电源蓄电池通过续航逆变，将DC低压直流信号转换为正玄波交流电信号，转换为220V交流电压，以保证终端产品掉电后短时间工作数据保存，由于电池需要定期维护更换，工作环境要求较高，不利于高温及高空作业环境，此电路中的直流电压储能电路通过高压铝电解的多数量并联存储电荷，掉电后可以持续，不需要维护成本，且系统成本较传统UPS低，在通信电子产品，服务器，摄像机，带数据存储的领域提供可靠的能源维持及有效的保护，能够取得电源转换器小型化，高效率，长寿命和高可靠性的数据存储硬盘保护的有益效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的交流电网电压突变的硬盘保护电路的原理框图；

图2是本发明实施例提供的交流电网电压突变的硬盘保护电路的具体电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的交流电网电压突变的硬盘保护电路重点解决电网电压掉电后，储能电源内的高压储能电容将持续为负载提供1分钟的续航保证能力，同时交流电网掉电瞬间提供讯号给系统微处理器，微处理器在3S内发出指令。

通常工业电及民用的电压为220V，50HZ，60HZ正弦波交流电压，当线路异常或者其它原因220V电压突然变为0V，导致终端用户正在使用微型控制系统(无储能电池)时突然断电，系统崩溃，通讯信息丢失，硬件损坏等异常。

本发明实施例提供的电网电压突变硬盘保护电路包括电网输入端保险丝模块1，防浪涌整流AC-DC模块2，直流电压储能电路3，主变换器模块4，过流过压保护模块5，脉宽调频模块6，电压反馈矫正模块7，电网电压检测互感器8和微处理器模块9；电网输入端保险丝模块1的输入端用于连接电网；防浪涌整流AC-DC模块2的输入端连接至所述电网输入端保险丝模块1的第一输出端，直流电压储能电路3的输入端连接至防浪涌整流AC-DC模块2的第一输出端；过流过压保护模块5的输入端连接至防浪涌整流AC-DC模块2的第二输出端，脉宽调频模块6的输入端连接至过流过压保护模块5的输出端，主变换器模块4的第一输入端连接至直流电压储能电路3的输出端；主变换器模块4的第二输入端连接至脉宽调频模块6的输出端；主变换器模块4的输出端连接至微处理器模块9；电压反馈矫正模块7的输入端连接至主变换器模块4的输出端，电压反馈矫正模块7的输出端连接至过流过压保护模块5的反馈端；电网电压检测互感器8的输入端连接至电网输入端保险丝模块1的第二输出端，电网电压检测互感器8的输出端连接至微处理器模块9。

在本发明实施例中，电网输入端保险丝模块后两路分支，一组与主电源整流滤波，防浪涌电路，AC-DC模块连接提供主终端服务器硬盘处理器。为服务器硬盘提供供电能量，另一支路通过电网电压检测互感器，将电网讯号突然变化为0V是，经耦合传递至二次侧低压电路，即微分积分电路经过信号放大，滤波，微处理器模块输出OFF信号，同时输出保存数据指令，硬盘供电电源在直流电压储能电路，主变换器模块的驱动下，1分钟后停止工作。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的电网电压突变硬盘保护电路，现详述其工作原理如下：

电网输入端保险丝模块1包括过流保护器件F1，浪涌抑制器件NTC1，NTC2，电磁干扰抑制器件CX1，X电容放电电阻R1，R1A，R1B，R1C。F1采用快断陶瓷符合CCC国标的安规器件，F1之后输入电压L，N2路并行走线，第一路为终端服务器负载硬盘供电主线路，通过输入电源的防浪涌与整流AC-DC模块滤除电网输入端的浪涌，雷击，谐波信号处理。

作为本发明的一个实施例，防雷击的器件位置为MOV1，规格为14D561，其雷击电压的通流量为6KV，3KA(8/20us雷击脉冲时间)，此电路器件可以防止，电网三相四线制桥接线路，受到雷击干扰，工业设备瞬间ON/OFF，产生的高达6KV雷击电压进行抑制，嵌位吸收，避免谐波杂讯进入后端线路。

电网整流后的直流电压约360V经过整流处理后，进入DC电压储能电路，图2中，直流电压储能电路3由元器件铝电解电容EC1，EC2，EC3，EC4和电容C2并联组成，电解电容正极连接桥堆AC-DC整流器件BD1正极，负极连接系统地线DC-。4PCS 330UF/450V，尺寸直径35*高度30高压铝电解电容并联连接，组成直流电压储能主电路，直流电压360V在电网电压跌落停止后可持续提供60S的残余电压，可持续供主变换器模块PWM工作60S，此铝电解电容耐温-40-125度，可以在0-70度环境温度下持续工作10年以上，解决了传统蓄电池对环境，温度敏感，可靠性及维护的成本。

本发明实施例中，BD1桥式整流器采用直插式厚膜式封装，正向流通电流8安培，耐压1000V，EC1-EC4取代了传统蓄电池，在交流电网电压瞬降为0V时，由此4PCS铝电解组合的储能电路可以提供60S，可以供功率60W以内的终端服务器硬盘持续工作1分钟，由于铝电解有旁路，隔直流，通交流特性，BD1整流后的直流电平有效的抑制了直流电压上叠加的杂讯，纹波及高频噪声，有效的降低了电源对外界环境的干扰，及电磁干扰，主变换器模块4包括图2中主变换器T1，场效应开关管Q1共同组成，PWM芯片输出矩形状开关频率脉冲，由PWM控制芯片U1的PIN6引脚通过R8，连接到场效应管Q1的驱动脚栅极，D1，R7与R8并联使用，加快场效应管Q1OFF时的响应速度，可以有效的减少场效应管Q1高速开关产生的EMI电磁干扰，及电路软启动作用，主变换器模块T1二次侧绕组为隔离后的安全电压，通过整流二极管D4，连接至EC6电解电容正极，通过L1.LF2高频滤波，负载连接至微处理器及硬盘供电VCC电路正极。负极电流与LF2共模电感，EC9-FC8-EC7-EC6旁路到变压器二次侧绕组负极形成回路。

本发明实施例中，还包括有电压反馈矫正模块，电压反馈矫正模块同时检测主变换模块输出电压和二次侧负载硬盘供电电压，并反馈给PWM/过电压保护，过电流保护控制模块。本发明实施例中，电压反馈矫正模块7包括嵌位二极管D5、限流电阻R19，三端稳压器U3和光耦U1A。当二次侧电压偏高时，图2中A点电压上升，R23与R22连接的共同点，即基准点电压上升，导致U3三端稳压器驱动脚同步上升，U3阳极开始导通，动作，U1A光电耦合器隔离器件内部发光二极管亮度增强，阻抗减小。同步，U1B光耦的一次侧的阻抗同步减小，U1PWM芯片2脚电位减低，通过内部PWM运算，比较，从PIN 6调整输出的60KHZ频率波形的占空比，以达到输出电压稳定的目的。

本发明实施例中，包含主功率变换器的过电流，过电压保护电路，具体为图2中场效应管Q1源极对地电流实时监控图，R5上电位的高低信号通过C5贴片电容滤波，旁路后与过压信号汇合，统一接入PWM控制芯片U1的4PIN，U1内部放大运算后PIN6输出可控的占空比调整输出的功率，过压信号电路包括T1变压器辅助绕组的整流ZD2，补偿电阻R14，与过流信号汇总进入PWM调制芯片，U16PIN智能调整占空比，输出电压降低。

本发明实施例中，当AC电网交流电压突然停止，电网电压检测互感器8用于将电网讯号转换为磁场信号，包括：变压器T2、二极管D2、二极管D4、二极管D6、二极管D7、电容C3、电容C9、电容C10和电容C11；二极管D4的阴极与二极管D6的阳极连接，二极管D2的阴极与二极管D67的阳极连接，二极管D4的阳极和二极管D2的阳极接地，二极管D6的阴极和二极管D7的阴极连接后与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地；电容C9、电容C10和电容C11依次与电容C3并联连接；变压器T2的初级绕组作为输入端用于连接至电网输入端保险丝模块1，变压器T2的次级绕组的一端连接在二极管D4和二极管D6的连接端，变压器T2的次级绕组的另一端连接在二极管D2和二极管D7的连接端。

变压器T2一次侧绕组无电压，零磁场，同时二次侧同步无磁场信号，PG信号检测0电平，并将制令传递到微处理器，微处理器模块发出数据保存信号，及硬盘停止信号。由于此时AC电网交流电压已经跌路为交流0V，数据保存及硬盘停止，需要备用能量维持60S，此时所需要的能量将由直流电压储能电路提供能源供给。具体工作原理如下：

L，N线电网电压由220V突变为OV，时，此时电网电压检测互感器和主变换器模块这两个电路并行工作，具体包括：

电网电压检测互感器：T2一次侧绕组电压为交流0V，二次侧经过变压隔离后，输出电压为0电平，同时D2，D4，D6，D7组成的桥式整流及C3，C9，C10，C11滤波电路输出电平为0V，PG信号传递至微处理器模块，微处理器发出数据保存制令，此时硬盘数据保存后工作停止。

主变换器模块：L，N线电压跌落后，电网输入端保险丝模块，防浪涌与整流AC-DC模块停止工作，BD1桥式整流器PIN2，PIN3交流电压为0V，此时直流电压储能电路由于EC1，EC2，EC3，EC4充电后的残余电压，驱动主变换器模块，脉宽调频模块，电压反馈矫正模块，负载硬盘/微处理器模块正常工作，微处理器收到PG信号保存相关数据信息，延迟60S后整个线路停止工作。

由于通信行业部分产品长期工作在野外，高空模式，蓄电池工作环境受限，售后维护成本极高的条件下，采用此DC电压储能电路及电网讯号互感器，防止因为民用交流电网电压突变，瞬降造成服务器硬盘工作状态不稳定，本发明提前使负载硬盘在掉电前储存数据，并延迟工作60S后平稳断电关机，数据得到保存，可以保存数据，保护硬盘。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。