一种应用于低温环境的温控式固态硬盘及温控方法与流程

本发明涉及固态硬盘，尤其涉及一种应用于低温环境的温控式固态硬盘及温控方法。

背景技术：

固态硬盘可应用于多种领域、多种设备中，因此其应用环境也多种多样。现有技术中，固态硬盘受环境温度的影响较为明显，特别是在零下40度以下的低温环境中，固态硬盘则很难发挥其存储性能，进而影响设备的工作状态。

目前的存储行业中，固态硬盘工业级宽温能保持到-40℃～ 85℃稳定运行，而军工级的要求是在-55℃～ 125℃稳定运行，但是由于闪存级别在低温环境下有差异，按照军工级标准在低温-55℃还能稳定运行就需要不断筛选，随着时间增加，人力成本也随之不断增加。

为了便于固态硬盘推广应用，市场上普遍的固态硬盘不考虑低温环境下是否能稳定运行，有些产品则是利用电路的电阻电容来增加板子的发热量，但是这种方式很影响板子的整体性能，而且会增加功耗，直接影响电子产品的使用寿命。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能自动实现温度控制、加热效率高、能够在低温环境下稳定运行的温控式固态硬盘及温控方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种应用于低温环境的温控式固态硬盘，其包括有壳体，所述壳体内设有主板，所述主板上设有主控单元、单片机和加热控制电路，所述主控单元内置有温度传感器，所述主控单元的表面贴合有电热器件，所述主控单元与所述单片机相连接，所述加热控制电路与所述单片机相连接，且所述加热控制电路用于控制所述电热器件的上电状态，所述主控单元通过所述温度传感器采集环境温度，并且当环境温度低于预设温度值时，向所述单片机发送一上电信号，所述单片机根据所述上电信号向所述加热控制电路发送加热指令，借由所述加热控制电路控制所述电热器件上电加热，直至所述温度传感器采集的环境温度高于预设温度值时，所述主控单元向所述单片机发送一掉电信号，所述单片机根据所述掉电信号向所述加热控制电路发送停止指令，借由所述加热控制电路控制所述电热器件停止加热。

优选地，当所述单片机接收到所述主控单元发出的掉电信号且所述电热器件停止加热后，所述单片机进入低功耗工作状态。

优选地，所述电热器件为硅橡胶电热膜，所述电热器件覆盖于所述主控单元的表面。

优选地，所述主板上设有缓存单元和闪存单元，所述电热器件贴合于所述缓存单元和所述闪存单元的表面。

优选地，所述加热控制电路包括有升压电路，所述升压电路用于根据所述单片机发出的加热指令向所述电热器件加载电压。

优选地，所述主控单元的芯片型号为sm2246en。

一种固态硬盘的温控方法，所述固态硬盘包括有壳体，所述壳体内设有主板，所述主板上设有主控单元、单片机和加热控制电路，所述主控单元内置有温度传感器，所述主控单元的表面贴合有电热器件，所述主控单元与所述单片机相连接，所述加热控制电路与所述单片机相连接，且所述加热控制电路用于控制所述电热器件的上电状态，所述温控方法包括如下步骤：步骤s1，所述主控单元通过所述温度传感器实时采集环境温度；步骤s2，所述主控单元判断所述温度传感器采集的环境温度是否低于预设温度值，若是，则执行步骤s3，若否，则返回步骤s1；步骤s3，所述主控单元向所述单片机发送一上电信号；步骤s4，所述单片机根据所述上电信号向所述加热控制电路发送加热指令，借由所述加热控制电路控制所述电热器件上电加热；步骤s5，所述主控单元判断所述温度传感器采集的环境温度是否高于预设温度值，若是，则执行步骤s6，若否，则返回步骤s4；步骤s6，所述主控单元向所述单片机发送一掉电信号；步骤s7，所述单片机根据所述掉电信号向所述加热控制电路发送停止指令，借由所述加热控制电路控制所述电热器件停止加热；重复执行步骤s1至步骤s7。

优选地，所述步骤s2中，所述预设温度值为-40℃。

优选地，所述步骤s7中，当所述单片机接收到所述主控单元发出的掉电信号且所述电热器件停止加热后，所述单片机进入低功耗工作状态。

优选地，所述电热器件停止加热后，若所述单片机在预设时间内未接收到所述主控单元发出的上电信号，则所述单片机进入低功耗工作状态。

本发明公开的应用于低温环境的温控式固态硬盘中，所述主控单元在工作过程中通过所述温度传感器实时采集环境温度，同时判断所述温度传感器采集的环境温度是否低于预设温度值，若否，则重复进行温度采集，若是，则所述主控单元向所述单片机发送一上电信号，所述单片机根据所述上电信号向所述加热控制电路发送加热指令，进而控制所述电热器件上电加热，在加热过程中，所述主控单元判断所述温度传感器采集的环境温度是否高于预设温度值，若否，则持续加热，若是，则所述主控单元向所述单片机发送一掉电信号，所述单片机根据所述掉电信号向所述加热控制电路发送停止指令，进而控制所述电热器件停止加热，重复上述过程，使得所述主控单元持续工作于合适的温度环境下。相比现有技术而言，本发明能自动实现温度控制，同时，本发明将所述电热器件贴合于所述主控单元的表面，进而提升热传导能力以及大幅提高加热效率，使得固态硬盘能更好地在低温环境下稳定运行。

附图说明

图1为本发明第一实施例中固态硬盘的内部结构示意图；

图2为本发明第一实施例中固态硬盘的分解示意图；

图3为主控单元的组成框图；

图4为单片机及其外围电路的原理图；

图5为升压电路的原理图；

图6为本发明温控方法的流程图；

图7为本发明第二实施例中固态硬盘的内部结构示意图；

图8为本发明第三实施例中固态硬盘的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

实施例一

本实施例提出了一种应用于低温环境的温控式固态硬盘，结合图1至图6所示，其包括有壳体1，所述壳体1内设有主板，所述主板上设有主控单元2、单片机3和加热控制电路5，所述主控单元2内置有温度传感器4，所述主控单元2的表面贴合有电热器件6，所述主控单元2与所述单片机3相连接，所述加热控制电路5与所述单片机3相连接，且所述加热控制电路5用于控制所述电热器件6的上电状态，所述主控单元2通过所述温度传感器4采集环境温度，并且当环境温度低于预设温度值时，向所述单片机3发送一上电信号，所述单片机3根据所述上电信号向所述加热控制电路5发送加热指令，借由所述加热控制电路5控制所述电热器件6上电加热，直至所述温度传感器4采集的环境温度高于预设温度值时，所述主控单元2向所述单片机3发送一掉电信号，所述单片机3根据所述掉电信号向所述加热控制电路5发送停止指令，借由所述加热控制电路5控制所述电热器件6停止加热。

上述固态硬盘中，所述主控单元2在工作过程中通过所述温度传感器4实时采集环境温度，同时判断所述温度传感器4采集的环境温度是否低于预设温度值，若否，则重复进行温度采集，若是，则所述主控单元2向所述单片机3发送一上电信号，所述单片机3根据所述上电信号向所述加热控制电路5发送加热指令，进而控制所述电热器件6上电加热，在加热过程中，所述主控单元2判断所述温度传感器4采集的环境温度是否高于预设温度值，若否，则持续加热，若是，则所述主控单元2向所述单片机3发送一掉电信号，所述单片机3根据所述掉电信号向所述加热控制电路5发送停止指令，进而控制所述电热器件6停止加热，重复上述过程，使得所述主控单元2持续工作于合适的温度环境下。相比现有技术而言，本发明能自动实现温度控制，同时，本发明将所述电热器件6贴合于所述主控单元2的表面，进而提升热传导能力以及大幅提高加热效率，使得固态硬盘能更好地在低温环境下稳定运行。

为了降低硬盘功耗，本实施例中，当所述单片机3接收到所述主控单元2发出的掉电信号且所述电热器件6停止加热后，所述单片机3进入低功耗工作状态。

作为一种优选方式，所述电热器件6为硅橡胶电热膜，所述电热器件6覆盖于所述主控单元2的表面。本实施例优选采用硅橡胶电热膜，该硅橡胶电热膜能够更加紧密地与所述主控单元2贴合，同时能更加直接地进行热量传导。此外，这种膜层结构不占用空间，易于铺设。

本实施例中，电热器件6与主板20上的主控单元2贴合后安装于上壳10与下壳11组成的壳体1内。

本实施例中，所述主板上设有缓存单元7和闪存单元8，所述电热器件6贴合于所述缓存单元7和所述闪存单元8的表面。

为了向所述电热器件6提供足够的加热电压，本实施例中，请参见图5，所述加热控制电路5包括有升压电路50，所述升压电路50用于根据所述单片机3发出的加热指令向所述电热器件6加载电压。

作为一种优选方式，所述主控单元2的芯片型号为sm2246en。该型号的芯片因内置有温度传感器，因此无需在硬盘盒内另外配置独立的温度传感器，而且该温度传感器采集的温度数据由所述主控单元2进行处理，不占用单片机资源，使单片机在未加热状态下得以进入低功耗模式。

本实施例中，对于升压过程工作原理，请参见如下应用举例：首先，sm2246en的主控存在温度传感器，当温度达到-40℃的时候，主控的温度传感器会传送一个信号给单片机，单片机中的spl_clk提供时序接口，命令、地址或输入数据被锁定在时钟输入的上升边缘，而输出数据则被移出时钟的下降边缘输入。ce#中的csn网络启动芯片，该设备是通过ce#上的高到低转换来启用的。在任何命令序列的持续时间内，ce#必须保持较低。si的网络mosi为串行数据输入，将命令、地址或数据串行地传输到设备中。输入锁定在串行时钟的上升边缘。so的网络miso为串行数据输出，以串行方式从设备中传输数据。数据在串行时钟的下降边缘被移出。升压ic通过单片机的脉冲直接控制升压ic，由5v升压到10v，然后作用于电热膜两端实现低温加热的效果。本实施例中，电路升压电路基本原理其实就是改变电路中的电流，让电感上产生电动势也就是电压，然后通过与原来的电压叠加，让输出端的电压升高。

为了更好地描述本发明的技术方案，本实施例还涉及一种温控方法，请参见图1至图6，所述固态硬盘包括有壳体1，所述壳体1内设有主板，所述主板上设有主控单元2、单片机3和加热控制电路5，所述主控单元2内置有温度传感器4，所述主控单元2的表面贴合有电热器件6，所述主控单元2与所述单片机3相连接，所述加热控制电路5与所述单片机3相连接，且所述加热控制电路5用于控制所述电热器件6的上电状态，所述温控方法包括如下步骤：

步骤s1，所述主控单元2通过所述温度传感器4实时采集环境温度；

步骤s2，所述主控单元2判断所述温度传感器4采集的环境温度是否低于预设温度值，若是，则执行步骤s3，若否，则返回步骤s1；

步骤s3，所述主控单元2向所述单片机3发送一上电信号；

步骤s4，所述单片机3根据所述上电信号向所述加热控制电路5发送加热指令，借由所述加热控制电路5控制所述电热器件6上电加热；

步骤s5，所述主控单元2判断所述温度传感器4采集的环境温度是否高于预设温度值，若是，则执行步骤s6，若否，则返回步骤s4；

步骤s6，所述主控单元2向所述单片机3发送一掉电信号；

步骤s7，所述单片机3根据所述掉电信号向所述加热控制电路5发送停止指令，借由所述加热控制电路5控制所述电热器件6停止加热；

重复执行步骤s1至步骤s7。

作为一种优选的阈值设置，本实施例的所述步骤s2中，所述预设温度值为-40℃。

本实施例中，所述步骤s7中，当所述单片机3接收到所述主控单元2发出的掉电信号且所述电热器件6停止加热后，所述单片机3进入低功耗工作状态。

进一步地，所述电热器件6停止加热后，若所述单片机3在预设时间内未接收到所述主控单元2发出的上电信号，则所述单片机3进入低功耗工作状态。上述步骤中，所述单片机3需经过延时之后再进入低功耗工作状态，其目的是避免单片机3在短时间内在高低功耗间反复切换，防止造成不良影响。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，请参见图7，所述电热器件6包括有半导体制冷片60，该半导体制冷片60的热端与所述主控单元2相贴合，进而将热量传导至所述主控单元2。本实施例的优势在于，其发热迅速、器件小巧、不占用空间，因此可作为一种替换方式应用于本发明中。

进一步地，所述主控单元2的表面设有多个半导体制冷片60，用以提高加热效率。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，请参见图8，本实施例中，所述电热器件6为硅橡胶电热膜，所述主板20的外侧包覆有隔热胶袋61，所述电热器件6的边缘与隔热胶袋61的边缘固定连接，借由隔热胶袋61与所述电热器件6组合成隔热腔62，所述主板20和主控单元2置于所述隔热腔62之内。

上述结构中，在所述电热器件6与所述主控单元2相互贴合的基础上，增设了一个隔热胶袋61，利用隔热胶袋61与所述电热器件6组合形成隔热腔62，并将所述主板20和主控单元2容纳于所述隔热腔62之内，所述电热器件6向所述主控单元2传递热量的过程中，可使得所述隔热腔62内随之温升，在隔热胶袋61的作用下，能够避免热量向外散发，使得温升效率更高，保温效果更好，也可避免单片机被反复唤醒，从而更长时间地工作于低功耗状态。

进一步地，所述隔热胶袋61可以是硅胶材质的超薄软袋。所述隔热胶袋61上可以开设孔洞等等，以便于穿过螺丝等部件。

本实施例的优势在于具有保温作用，因此恒温效果更好，可作为实施例一的一种替换方案使用。

上述各实施例中，关于电热膜的选择可参考如下内容：传统的电热膜主要用于建筑行业，作用是隐蔽的供暖系统，将电热膜埋在墙壁或者地板下面，寒冷的冬日就可以通电之后给空间加热。电热膜工作原理：把导电材料均匀涂抹在绝缘材料基底上，最后制成有机导电膜，然后给导电膜两端加载电压，导电层实际上是一层半导体，将电能转化成热能。关于电热膜分类：按照电热膜封装分材料不同可以分为金属电热膜、无机电热膜(包括炭纤维电热膜、油墨电热膜等)和高分子电热膜。本发明采用的是高分子电热膜，其原理是在有机材料找那个加入导电粒子，加工成薄膜材料然后进行封装，或者有些把导电材料均匀涂抹在绝缘材料基底上，最后制成有机导电膜，再用高分子绝缘材料封装。本发明在低温环境下可温控发热升温的装置及方法-发明采用的是高分子电热膜中的一种硅橡胶加热膜，次绝缘材料最高能耐300℃的高温，最高使用温度是250℃，绝缘电阻大于等于200mω，电压范围在1.5～380v可调节。

本发明公开的应用于低温环境的温控式固态硬盘及温控方法，其相比现有技术而言的有益效果在于，在低温情况下，本发明利用单片机控制电路给电热膜两端加载所需的电压，因为电热膜本身的导电层实际上是一层半导体，将电能转为热能。在效率上，本发明解决了无需特意筛选能在低温恶劣环境下能稳定运行的电子产品，只需要利用本发明的这个低温环境下可温控发热升温的装置，就可以大大增加效率，减少筛选时间。在成本上，由于不需要特意筛选好的闪存芯片级别，可以在成本上大大减低，增加了产品的性能，符合在低温环境下稳定运行的要求。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。