机械硬盘加热电路、机械硬盘加热装置和车辆

技术领域

本申请涉及机械硬盘技术领域，具体涉及一种机械硬盘加热电路、机械硬盘加热装置和车辆。

背景技术

根据规定，车辆的车载电子设备必须满足-40℃条件下设备能正常运行，这对安装在车辆上的车载监控设备是一个极大的考验，其中，车载监控设备的核心部件是内部的硬盘，车辆所有信息都储存在机械硬盘里面。这也相当于硬性规定了机械硬盘也必须满足-40℃条件下能正常工作，实际上机械硬盘作为一个商业级的部件，如果不额外增加电路，很难保证机械硬盘的可靠性，因为硬盘的工作范围一般在0℃-70℃之间，超过该范围工作，将不能保证数据的稳定性，甚至超范围工作会大大影响硬盘的使用寿命。

如何保证低温-40℃的条件下机械硬盘能正常使用，目前大部分车载厂家的方案都是使用硅胶加热器给机械硬盘以固定的占空比频率的方式给机械硬盘加热，待机械硬盘温度上升达到0℃以上时再给机械硬盘上电，此方案解决了低温温度过低的问题，但缺点主要表现在以下：

首先，机械硬盘属于敏感部件，除上面提到的工作范围温度要求外，对硬盘自身的温度上升曲线也有明确要求，一般的机械硬盘的上下表面温度每分钟不能超过4℃，在给硬盘加热的过程中，如果温升上升过快同样也会影响机械硬盘的稳定和可靠性，如果使用固定频率的占空比的方式加热，加热频率单一，存在无法兼容满足多种厚度的机械硬盘的问题。

其次，随着监控录像越来越高清化，对机械硬盘存储的容量也逐渐加大，传统的2.5英寸机械硬盘已无法满足使用，车载监控设备的机械硬盘逐渐切换到容量更大的3.5英寸硬盘上，而3.5英寸机械硬盘的体积更大，如果还是固定加热占空比频率的方式，有可能加热时间变缓，造成加热时间的延长，而车载环境下监控设备需要录像一般要求加热在30分钟内完成，以便让硬盘工作开始录像。更厚的3.5英寸硬盘加热显然需要更大的加热量，如果加热还是单一的方式，显然无法满足。

因此，传统的硅胶加热器加热方式存在影响机械硬盘的可靠性和稳定性的问题，且兼容性差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种机械硬盘加热电路，旨在解决传统的硅胶加热器的加热方式存在影响机械硬盘的可靠性和稳定性，且兼容性差的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例采用的技术方案是：

第一方面，提供了一种机械硬盘加热电路，机械硬盘加热电路包括加热膜模块、第一开关模块、温度检测模块和控制模块；

所述第一开关模块设置为接入第一电源信号并与所述加热膜模块连接，所述温度检测模块和所述第一开关模块还分别与所述控制模块电性连接；

所述加热膜模块，设置为与机械硬盘的至少一个侧面接触并根据接收到的第一电源信号加热所述机械硬盘；

所述温度检测模块，设置为与所述机械硬盘的至少一个侧面接触并反馈表征所述机械硬盘温度的温度检测信号至所述控制模块；

所述控制模块，设置为：

在所述机械硬盘的温度小于第一温度时输出PWM信号控制所述第一开关模块周期性导通和关断，并控制所述第一开关模块每个周期内的导通时间大于预设导通时间，以加热所述机械硬盘；

在所述机械硬盘的升温速度大于第一速度时，降低所述第一开关模块在每个周期内的导通时间；

在所述机械硬盘的升温速度小于第二速度时，增加所述第一开关模块在每个周期内的导通时间；

在所述机械硬盘的温度大于第一温度且小于第二温度时输出PWM信号控制所述第一开关模块在每个周期内的导通时间恒定为所述预设导通时间，以使所述机械硬盘的升温速度恒定；

在所述机械硬盘的温度等于第三温度时输出关断信号控制所述第一开关模块关断，其中，所述第二温度大于所述第一温度且小于所述第三温度。

第二方面，提供了一种机械硬盘加热装置，机械硬盘加热装置包括如上所述的机械硬盘加热电路。

第三方面，提供一种车辆，车辆包括机械硬盘和如上所述的机械硬盘加热装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路的第一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路的第二种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路的第三种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路的第四种结构示意图；

图5为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路的第五种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的机械硬盘加热装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不设置为限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

本申请实施例的第一方面提了一种机械硬盘加热电路100。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的机械硬盘加热电路100的第一种结构示意图，本实施例中，机械硬盘加热电路100包括加热膜模块10、第一开关模块30、温度检测模块20和控制模块40；

第一开关模块30设置为接入第一电源信号VCC1并与加热膜模块10连接，温度检测模块20和第一开关模块30还分别与控制模块40电性连接；

加热膜模块10，设置为与机械硬盘200的至少一个侧面接触并根据接收到的第一电源信号VCC1加热机械硬盘200；

温度检测模块20，设置为与机械硬盘200的至少一个侧面接触并反馈表征机械硬盘200温度的温度检测信号至控制模块40；

控制模块40，设置为：

在机械硬盘200的温度小于第一温度时输出PWM信号控制第一开关模块30周期性导通和关断，并控制第一开关模块30每个周期内的导通时间大于预设导通时间，以加热机械硬盘200；

在机械硬盘200的升温速度大于第一速度时，降低第一开关模块30在每个周期内的导通时间；

在机械硬盘200的升温速度小于第二速度时，增加第一开关模块30在每个周期内的导通时间；

在机械硬盘200的温度大于第一温度且小于第二温度时输出PWM信号控制第一开关模块30在每个周期内的导通时间恒定为预设导通时间，以使机械硬盘200的升温速度恒定；

在机械硬盘200的温度等于第三温度时输出关断信号控制第一开关模块30关断，其中，第二温度大于第一温度且小于第三温度。

本实施例中，加热膜模块10可平铺贴设在车辆内的底座或者固定支架400的表面上，底座或者固定支架400设置为固定安装机械硬盘200，加热膜模块10与机械硬盘200接触并通过电阻通电发热的方式为机械硬盘200加热，加热膜模块10的铺设形状可根据待加热的机械硬盘200的形状和尺寸对应设置，且铺设位置可根据加热需求对应设置，可铺设在底座或者固定支架400的一个或者多个侧面，具体铺设位置、尺寸和大小在此不做具体限制。

加热膜模块10可采用独立的发热丝或者采用安全性更高的加热膜，在一个实施例中，如图4所示，加热膜模块10包括基材膜11、印刷或者涂覆在基材膜11上的发热丝U3和覆盖在发热丝U3上的绝缘膜12，绝缘膜12与外界接触并为机械硬盘200加热，为了提高安全性，避免因加热膜加热过程中发热严重导致机械硬盘200过度加热，在一个实施例中，加热膜内还包括自恢复保险丝PTC，自恢复保险丝PTC设置于基材膜11与绝缘膜12之间并分别与第一开关模块30和发热丝U3连接，可以理解的是，自恢复保险丝PTC的过电流能力与温度环境有关，温度越高，过电流能力越低，当加热膜内部发热严重达到预设温度时，自恢复保险丝PTC触发过流保护自动断开，从而防止了机械硬盘200过度加热，提高了加热安全性。

温度检测模块20可设置于底座或者固定支架400的表面并与机械硬盘200接触进而实现测温，温度检测模块20根据测温要求设置一个或者多个，从而对机械硬盘200的一点或者多点进行测温，当设置多个温度检测模块20时，控制模块40可获取到多个温度检测信号和机械硬盘200的多个点的对应温度，控制模块40可选择平均温度或者其中一个温度数据作为加热和停止加热的判定参数，温度检测模块20的个数和设置位置可根据温度检测需求进行设置，在此不做具体限制，同时，温度检测模块20可采用温度传感器21或者红外测温装置，在一个实施例中，如图3所示，温度检测模块20包括至少一个温度传感器21且与机械硬盘200的至少一个侧面接触，当温度检测模块设置于固定支架上时，温度传感器21设置于固定支架400上的一个或者多个侧面上并与机械硬盘200的至少一个侧面接触。

机械硬盘加热电路100上电初期，第一开关模块30关断，温度检测模块20将当前机械硬盘200的温度反馈至控制模块40，控制模块40获取机械硬盘200的当前温度，进而判断是否需要给机械硬盘200加热，本实施例中，第二温度为机械硬盘200临界工作温度，当机械硬盘200小于临界工作温度时，机械硬盘200无法正常启动，从而无法实现与车载监控设备之间的存储工作，此时需要为机械硬盘200加热，因此，当机械硬盘200的当前温度小于第二温度时，控制模块40输出PWM信号至第一开关模块30，第一开关模块30接收到PWM信号时周期性导通或者关断，同时，控制模块40进一步判断机械硬盘200当前温度是否大于第一温度，当第一温度小于临界工作温度且当小于第一温度时，控制模块40控制第一开关模块30周期性导通和关断，此时，第一开关模块30每个周期的导通时间大于预设导通时间，加热膜模块10通电时间大于断电时间，加热膜模块10发热，从而对机械硬盘200快速加热，当检测到机械硬盘200的升温速度大于第一速度时，为了避免升温速度过快损坏机械硬盘200，控制模块40调整PWM信号的占空比，从而降低第一开关模块30每个周期内的导通时间，降低加热膜模块10的发热时间，减小升温速度，当检测到机械硬盘200的升温速度小于第二速度时，为了避免升温速度过慢导致加热时间过长，控制模块40调整PWM信号的占空比，从而增加第一开关模块30在每个周期内的导通时间，使得机械硬盘200的升温速度在第一速度和第二速度之间，从而兼顾加热速度和安全性。

同时针对不同厚度的机械硬盘200，可自适应变化PWM信号的占空比，例如当需为较小厚度的机械硬盘200加热时，由于小厚度的机械硬盘200升温速度快，控制模块40可降低第一开关模块30在每个周期内的导通时间，从而减小加热膜模块10的发热量，当需为较大厚度的机械硬盘200加热时，由于小厚度的机械硬盘200升温速度慢，控制模块40可增加第一开关模块30在每个周期内的导通时间，从而增加加热膜模块10的发热量，从而使得不同厚度的机械硬盘200的升温速度均稳定在第一速度和第二速度之间，提高加热兼容性和可靠性。

同时，当机械硬盘200的温度大于第一温度且小于第二温度时，即临界机械硬盘200临界工作温度时，此时机械硬盘200不需要过度加热，控制模块40输出固定占空比的PWM信号至第一开关模块30，第一开关模块30在每个周期内的导通时间等于预设导通时间，从而使得加热膜匀速加热，当加热至第二温度时，机械硬盘200满足工作条件，可连接车载监控设备进行上电存储工作，此时为了保证机械硬盘200稳定工作，避免反复切换工作状态，还需继续加热至第三温度，当加热至第三温度时，表明当前机械硬盘200完全不需要加热，此时控制模块40输出关断信号完全关断第一开关模块30，整个加热过程完成。

控制模块40可根据温度检测模块20反馈的机械硬盘200的实时升温速度，随时动态增加、降低、关闭PWM信号的脉宽时间，从而调整第一开关模块30的导通时间，以及控制加热膜模块10的发热量，保证不同尺寸的机械硬盘200不会出现过度加热和缓慢加热的情况。

其中，第一开关模块30可为开关管、开关芯片等开关组件，且第一开关模块30可接收到高电平导通，低电平关断，或者高电平关断，低电平导通，具体结构和导通关断方式不限，以及第一温度、第二温度和第三温度可根据机械硬盘200的工作条件对应设置，在一个实施例中，第一温度为0℃，第二温度为5℃，第三温度为10℃。

控制模块40根据温度检测信号对应调整第一开关模块30的电源输出，控制模块40可为CPU、MCU、单片机等控制器结构，具体根据需求选择。

第一电源信号VCC1可由独立的电源模块提供，或者由车载设备提供。

本申请实施例通过采用加热膜模块10、第一开关模块30、温度检测模块20和控制模块40组成机械硬盘加热电路100，控制模块40根据机械硬盘200的温度对应控制第一开关模块30切换至加热模式和停止加热模式，同时，在加热时根据机械硬盘200的升温速度对应调整第一开关模块30在每个周期内的导通时间，以使机械硬盘200的升温速度在预设速度阈值内，可兼容不同尺寸的机械硬盘200，提高了机械硬盘200的加热可靠性和稳定性。

在一个实施例中，为了提高机械硬盘加热电路100的多样性，机械硬盘加热电路100还包括第二开关模块50，第二开关模块50设置为接入第二电源信号VCC2并与机械硬盘200连接；

控制模块40，还设置为：

在机械硬盘200的温度大于第二温度且小于第三温度时控制第二开关模块50导通，以使机械硬盘200上电；

在机械硬盘200的温度小于第二温度时控制第二开关模块50关断。

本实施例中，机械硬盘加热电路100还具备为机械硬盘200提供供电电源，以使机械硬盘200上电工作的功能，第二开关模块50与机械硬盘200的电源接口连接，当机械硬盘200的当前温度达到临界工作温度时，控制模块40控制第二开关模块50导通，此时，机械硬盘200上电，机械硬盘200可与车载监控设备连接并进行存储工作。

第二开关模块50可为开关管、开关芯片等开关组件。

第二电源信号VCC2可由独立的电源模块提供，或者由车载设备提供。

如图3所示，在一个实施例中，机械硬盘加热电路100还包括环境温度检测模块60，环境温度检测模块60连接在控制模块40和温度检测模块20之间；

环境温度检测模块60，设置为：

检测当前环境温度，并在当前环境温度大于第四温度时输出关断信号控制第一开关模块30关断；

在当前环境温度小于第四温度时，将控制模块40输出的PWM信号进行信号转换后输出至第一开关模块30；其中，第四温度大于第三温度。

本实施例中，机械硬盘加热电路100还结合当前环境温度对应控制加热膜模块10工作，当当前环境温度大于第四温度时，表明机械硬盘200在当前环境温度不会温度过低，为了避免机械硬盘加热电路100误触发，此时，环境温度检测模块60直接控制第一开关模块30关断，加热膜模块10强制断电，避免误加热机械硬盘200导致过热损坏，当检测到当前环境温度小于第四温度时，环境温度检测模块60则停止第一开关模块30的工作状态，由控制模块40对第一开关模块30进行导通和关断的控制，此环境温度下，环境温度检测模块60连接控制模块40和第一开关模块30，并对两者之间的信号进行转换。

第四温度可根据需求进行设置，在一个实施例中，第四温度为室温，即25℃。

环境温度检测模块60可采用温度传感器以及对应的信号转换电路，在一个实施例中，环境温度检测模块60包括热敏电阻Rr、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1和第二三极管Q2；

热敏电阻Rr的第一端和第二电阻R2的第一端共接构成环境温度检测模块60的电源端，环境温度检测模块60的电源端设置为接入第三电源信号VCC3，第三电源信号可为单独的电源模块提供，或者由车载设备提供，热敏电阻Rr的第二端、第一电阻R1的第一端和第一三极管Q1的基极互连，第一电阻R1的第二端接地，第一三极管Q1的发射极接地，第二电阻R2的第二端、第一三极管Q1的集电极和第三电阻R3的第一端互连，第三电阻R3的第二端和第二三极管Q2的集电极共接构成环境温度检测模块60的信号输出端，第二三极管Q2的基极与第四电阻R4的第一端连接，第二三极管Q2的发射极接地，第四电阻R4的第一端为环境温度检测模块60的信号输入端。

如图4所示，本实施例中，Rr、R1、R2、Q1构成温度保护电路，其中Rr为热敏电阻Rr，R1和R2进行分压并控制第一三极管Q1的导通和关断，当温度低于25℃时，此时分压的电压小于第一三极管Q1的开关门限，第一三极管Q1截止关断，IO3信号高低电平由控制模块40的PWM信号控制，PWM信号经过第二三极管Q2进行电平反相放大后输出至第一开关模块30，进而控制第一开关模块30的导通和关断。

当温度等于或者高于25℃时，热敏电阻Rr阻值变小，此时分压的电压大于第一三极管Q1的开关门限，第一三极管Q1导通，IO3信号强制为低电平信号，进而强制控制第一开关模块30关断，停止输出加热电源给加热膜模块10，从而硬件限制了在超过25℃的条件下，即使控制模块40误触发第一开关模块10导通进行加热，硬件电路上也强制进行了关闭，双重保护了后端机械硬盘200。

如图4所示，在一个实施例中，第一开关模块30包括第一电子开关管Q3，第一电子开关管Q3的输入端、输出端和受控端分别为第一开关模块30的输入端、输出端和受控端，第一电子开关管Q3根据接收到的控制信号对应导通和关断，第一电子开关管Q3可为三极管或者MOS管等开关器件。

在一个实施例中，第二开关模块50包括第二电子开关管Q4，第二电子开关管Q4的输入端、输出端和受控端分别为第二开关模块50的输入端、输出端和受控端，第二电子开关管Q4根据接收到的控制信号对应导通和关断，第二电子开关管Q4可为三极管或者MOS管等开关器件。

如图5所示，在一个实施例中，第一开关模块30包括第一限流芯片U1，第一限流芯片U1根据接收到的控制信号对应导通或者关断；

第一限流芯片U1，还设置为在加热膜模块10短路时关断。

本实施例中，正常工作时，第一限流芯片U1根据接收到的控制信号对应导通和关断，为了提高加热安全性和加强器件保护能力，第一限流芯片U1还监控加热膜模块10的电流大小，当加热膜模块10因短路过流时，第一限流芯片U1自动关断，从而关断加热膜模块10的供电电源，保护后端加热膜模块10，第一限流芯片U1的型号可根据加热膜模块10的工作参数和加热需求对应选择，加热膜模块10正常加热时接收到直流电源，第一限流芯片U1设置过电流阈值，如果后端加热膜模块10出现异常短路，电流过大超过设置的过电流阈值时，第一限流芯片U1自动关闭输出，切断后端加热膜模块10供电，有效的保护了低温情况下加热膜模块10异常的情况。

在一个实施例中，第二开关模块50包括第二限流芯片U2，第二限流芯片U2根据接收到的控制信号对应导通或者关断；

第二限流芯片U2，还设置为在机械硬盘200短路时关断。

本实施例中，正常工作时，第二限流芯片U2根据接收到的控制信号对应导通和关断，为了提高机械硬盘200的安全性，第二限流芯片U2还监控机械硬盘200的供电电流大小，当机械硬盘200工作异常因短路过流时，第二限流芯片U2自动关断，从而关断机械硬盘200的供电电源，保护后端机械硬盘200，第二限流芯片U2的型号可根据机械硬盘的工作参数对应选择，机械硬盘200正常工作接收到直流电源，第二限流芯片U2设置过电流阈值为，如果后端机械硬盘200出现异常短路，电流过大超过设置的过电流阈值时，第二限流芯片U2自动关闭输出，切断后端机械硬盘200供电，有效的保护了低温情况下机械硬盘200异常的情况。

本申请还提出一种机械硬盘加热装置，该机械硬盘加热装置包括机械硬盘加热电路100，该机械硬盘加热电路100的具体结构参照上述实施例，由于本机械硬盘加热装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，机械硬盘加热电路100可设置通过壳体封装构成机械硬盘加热装置，并与机械硬盘200接触加热以及上电，在加热时根据机械硬盘200的升温速度对应调整开关模块在每个周期内的导通时间，以使机械硬盘200的升温速度在预设速度阈值内，可兼容不同尺寸的机械硬盘200，提高了机械硬盘200的加热可靠性和稳定性。

如图5所示，在一个实施例中，机械硬盘加热装置还包括电路板300和设置为承载安装机械硬盘200的固定支架400；

加热膜模块10铺设在固定支架400的至少一个侧面并与机械硬盘200的至少一个侧面接触，温度检测模块20安装在固定支架400上并与机械硬盘200的至少一个侧面接触；

第一开关模块30和控制模块40设置于电路板300上，加热膜模块10和温度检测模块20分别与电路板300电性连接。

本实施例中，加热膜模块10铺设在固定支架400上实现加热功能，加热膜模块10的电源端11与电路板300电性连接，温度检测模块20安装在固定支架400上并与电路板300电性连接实现温度检测反馈功能，控制模块40、第一开关模块30、均设置于电路板300上，同时，电路板300上可设置电源模块例如电池以提供电源信号，或者设置电源接口以接入由车载设备提供的电源信号，固定支架400的形状可设置为插槽结构，或者为了兼容更多尺寸的机械硬盘200可仅设置一承载面，具体结构可根据机械硬盘200的结构对应设置，在此不做具体限制。

同时，第二开关模块50和环境温度检测模块60同样设置于电路板300上，机械硬盘的电源接口210与电路板上的第二开关模块50电性连接，并在上电时将电源模块或者车载设备输入的电源信号经第二开关模块50输出至机械硬盘200，实现加热和上电一体化，集成度高，从而降低设计成本。

本申请实施例的第三方面提了一种车辆，该车辆包括机械硬盘200和机械硬盘加热装置，该机械硬盘加热装置的具体结构参照上述实施例，由于本车辆采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实施例中，机械硬盘加热装置设置于车辆内，车辆可为电动汽车、燃油汽车等，机械硬盘加热装置与机械硬盘200接触且电性连接，车辆还包括车载监控设备，车载监控设备与机械硬盘200通过信号线连接，机械硬盘加热装置为机械硬盘200加热和上电，保证在低温状态下，机械硬盘200能够与车载监控设备实现存储工作，提高机械硬盘200和车载监控设备的稳定性和可靠性。

以上仅为本申请的可选实施例而已，并不设置为限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。