Odporność dysków na zanik zasilania - jak zaprojektować zasilacz do HDD

Cześć,
Jako że jestem w trakcie budowy domowego serwera NAS na bazie mini-PCta HP 600, kombinuję z układem zasilania całego serwera, a więc i z zasilaczem do dysków HDD - planuję dać 4 szt 3,5 calowych HDD. Komputer oryginalnie zasilany jest z "laptopowego" zasilacza 19V 3,4 A, pomyślałem więc że dyski zasilę z przetwornic 19 V -> 12 V i 19 V -> 5V, co też pozwoli mi na łatwe podtrzymanie awaryjne całości (wystarczy podtrzymać linię 19 V co akurat pasuje na 5 szt akumulatorów li-ion). Rodzi się teraz pytanie - jak najlepiej zrobić zabezpieczenie nadnapięciowe. Myślałem o układach typu crowbar (zenerka i tyrystor), na 5,7 V dla linii 5 V i 13 V dla linii 12 V. Teraz pozostaje kwestia, jak się zachowa dysk przy zrobieniu mu nagle zwarcia przez crowbar na jednej z linii zasilania ? Czy nie uszkodzi się od tego ? Czy też może crowbar powinien zwierać obie linie zasilania przy przekroczeniu napięcia na jednej z nich ? A może trzeba dać diodę między zasilaczem z crowbarem i dyskami, aby zadziałanie crowbara powodowało zanik napięcia, ale nie zwarcie na liniach zasilania ? Czy ktoś z Was miał już przypadek że podczas pracy HDD zaniknęło jedno z napięć zasilania ? Jest jakieś zagrożenie w takim wypadku ?

Witam po co utrudniać sobie życie. Wystarczy dobry UPS on-line który wszystko załatwi..
Teraz wyłącznia sieci zdarzają się rzadko ( bardziej zwarcie w własnej instalacji)
W moim posiadaniu jest UPS on-line o mocy 3,5kVA zasilany napięciem 48V z baterią Li-ion wyciągniętej z hybrydy i przerobionej na te potrzeby. Instalacja ta zasila serwer oraz domowy system grzewczy

Hmm, to właśnie zewnętrzny UPS wydaje się być przesadnym kombinowaniem, nie rozwiązującym w dodatku problemu możliwości uszkodzenia dysku spowodowanego uszkodzeniem się zasilacza. Skoro cały komputer jest zasilany z 19 V, to jak dla mnie logiczniejsze jest zasilenie całości ciut mocniejszym zasilaczem laptopowym (miałem w przydasiach 19,5 V 5A) i zrobienie przetwornic 19->12 V i 19->5 V do zasilania HDD. Inaczej musiałbym dokładać drugi zasilacz, jakiegoś ATXa tylko do dysków. A w jaki sposób UPS miałby zabezpieczyć przed za wysokim napięciem na liniach zasilania HDD ? Niestety komercyjne zasilacze ATX nie mają "twardego" zabezpieczenia nadnapięciowego, jeśli kontrolerowi coś się popsuje to może wystawić za duże napięcie (jeśli pętla sprzężenia zwrotnego się w jakiś sposób zawiesi). A już raz coś takiego mi się zdarzyło przy zasilaczu ATX użytym do zasilania transceivera KF - prądy w.cz. płynące po oplocie koncentryka trafiły do zasilacza, powodując rozstrojenie się pętli sprzężenia zwrotnego, i podbicie napięcia do prawie 15 V. Na szczęście zorientowałem się że coś się żaróweczka podświetlenia skali jaśniej świeci przy nadawaniu, i nie doszło do uszkodzeń. Dodałem później filtry blokujące prądy w.cz. i crowbar na 15 V na wszelki wypadek, i jak do dziś nigdy on nie zadziałał. Ale wiem że gdyby coś podobnego stało się z zasilaczem zasilającym HDD, to mogłoby być bardzo źle. Tak więc nadal zastanawiam się który scenariusz jest lepszy jako stan fail-safe przy przekroczeniu napięcia na którejś linii zasilania HDD:
a) Zwarcie tej linii do masy,
b) zwarcie obu linii (5 i 12 V) do masy,
c) zanik tylko tej linii,
d) zanik obu linii zasilania.
Czy też może zamiast "twardego" crowbara dać zenerkę+tranzystor mocy, żeby w razie przekroczenia napięcia zaczęło to przywierać daną linię, ale nie całkiem do zera, jedynie na tyle aby napięcie nie przekraczało normy. Ale z tym będzie z kolei taki problem, że w razie przedłużającego się przepięcia będzie generowało mnóstwo ciepła...

Profesjonalne serwery mają po kilka zasilaczy,które i tak są bardzo dobrze zabezpieczone przed skokami napięcia. Robiąc serwer tworzysz RAID ,więc jeśli jakiś dysk padnie można odzyskać dane. Bez tego nie ma sensu bawić się w jakieś zabezpieczenia

No i właśnie o to się sprawa rozbija - jak zrobić zasilacz do dysków, aby był dobrze zabezpieczony przed przekroczeniem napięcia na wyjściu. Niby SATA jest chyba hot-pluggable, czyli zanik napięć chyba jest bezpiecznym stanem, ale wolałbym się upewnić kogoś bardziej doświadczonego, który z wymienionych w moim wcześniejszym poście wariantów reakcji na nadnapięcie jest najbezpieczniejszy.

Serwerowe zasilacze mają dużo zabezpieczeń,ich niezawodność jest bardzo wysoka. Pracują przecież po kilka miesięcy ,nawet lat bez przerwy. Używane można kupić w dobrej cenie. Nie szukał bym innego zasilania

Typowy zasilacz serwerowy do mini-serwera, który ma być mały, cichy i energooszczędny to moim zdaniem gruba przesada - coś jakby KAMAZem jechać po codzienne zakupy. Takie zasilacze zwykle mają >500 W (więc w czasie spoczynku serwera pociągną z 20 W minimim), głośne wentylatory (i kontrolę czy się kręcą, wprost wywalić ich się nie da) i dają tylko 12 V zwykle (więc pozostaje problem 5 V dla dysków i 19 V dla komputera). Obecnie testuję układ zasilania zasilaczem laptopowym (bezgłośny, i moc sensownie dopasowana) i przetwornicami step-down na 12 i 5 V na XL4016, i prawie spełnia to moje wymagania, brakuje mi tylko zabezpieczenia nadnapięciowego. Stąd też pytam jak takie zabezpieczenie powinno działać, żeby nie było gorsze niż problem któremu ma zapobiec (nie wiem, może zanik tylko jednej linii zasilania jakoś niszczy dysk ?), bo części do tego potrzebne mam, tylko nie jestem pewien który wariant będzie najlepszy.

Spróbuj użyć dedykowanego układu do tego celu np WT 7527V.
Sądzę że ten układ spełni twoje wymagania

No dobra, ten scalak wykrywa warunki przekraczające normę (nad- i podnapięcie, przeciążenie) ale jeszcze raz zwracam uwagę, że istotą mojego pytania jest kwestia sposobu bezpiecznego wyłączenia zasilania, a nie detekcji warunków poza-normowych (dotychczas planowałem użycie diod Zenera, ale faktycznie ten scalak lepszy, o ile uda się go kupić w sensownej cenie i sensownym czasie). Więc kwestia jest taka, czy trzeba:
a) odciąć naraz 5 i 12 V (niezależnie na której linii nastąpiło przekroczenie napięcia) i zostawić "wiszące w powietrzu",
b) zewrzeć obie linie do masy,
c) odciąć tylko błędną linię (np. 5 V) i zostawić "wiszącą w powietrzu"
d) zrobić zwarcie do masy na linii która przekroczyła napięcie

Wg.procedury wyłączania uszkodzonych linii zasilacz odłącza wszystkie linie .Ja bym jeszcze zwierał do masy choć może to być trudne kondensatory filtra.

Z ładunkiem w kondensatorach jakiegoś większego problemu nie ma, na wyjściu dla filtracji jest 4700 uF na linii 5 V i 3300 uF na 12 V (kondensatory na 10 i 16 V odpowiednio, oba low ESR), co nie daje jakiegoś wielkiego ładunku, triak BTA41 (których mam w zapasach ok. 50 szt, więc użyję bo są pod ręką ) spokojnie to rozładuje. Problem jest innej natury - wiem że dyski potrzebują chwili aby zaparkować głowice w momencie wyłączenia zasilania. Podejrzewam że mogą one wykrywać spadek napięcia poniżej normy, i wtedy zaczynać parkowanie - w typowym ATXie napięcie do zera nie spada nieskończenie szybko, więc dysk zdąży zaparkować zanim prąd się skończy. A przy takim crowbarowym zwarciu zanik to mogą być ułamki milisekundy - dysk nie zaparkuje głowic i uszkodzi talerze. Hmm, patrząc całościowo, to sprawdzę oscyloskopem jak wygląda wyjście przetwornicy na XL4016 z crowbarem na wejściu - to znaczy triak podłączony od wejścia do masy, ale wyzwalany przez diodę Zenera z wyjścia (przy przepięciu). Nie wiem na ile skutecznie to ograniczy napięcie wyjściowe, więc spróbuję to sprawdzić eksperymentalnie.

Zabezpieczenia są skuteczne jeśli szybko zadziałają,triaki są za wolne tylko mosfet.dyski mają swoje kondensatory więc energia zgromadzona powinna wystarczyć do zaparkowania głowic. Dodał bym jeszcze diody oddzielając zasilacz z zabezpieczeniem od reszty układu

Totalnie przekombinowane podejście. Kaskada przetwornic?? A w ogóle zastanawiałeś się, co będzie, jeśli napięcie zacznie oscylować wokół dopuszczalnej wartości, ciągle aktywując i wyłączając zabezpieczenie? momentalnie popalisz dyski.

Przede wszystkim, ten zasilacz laptopowy jest o wiele za słaby. On daje 60 W max, a tyle ciągną 3 dyski w czasie rozruchu.

1) Wywalasz ten HP.
2) Kupujesz energooszczędną płytę z zasilaniem ATX. Do NAS, świetnie sprawdza się Atom.
3) Kupujesz markowy zasilacz ATX o małej mocy (np. 300 W). Wentylator, pracujący na minimalnych obrotach, będzie odpowiadał za chłodzenie całości, w tym HDD.
4) Okresowo weryfikujesz stan zasilacza, mierząc napięcia. Śpisz spokojnie.

Wiem, taki zestaw będzie pobierał trochę więcej prądu, niż twój wymyślony wynalazek. Ale bezpieczeństwo danych kosztuje. Albo masz NAS, albo dziwny wynalazek, który może wybuchnąć w każdej chwili.

Nie wiem jak ci wyszło że zasilacz 19,5 V 5 A daje 60 W, jak na moje obliczenia jest to prawie 100 W, co po odliczeniu mocy pobieranej przez komputer (sprawdziłem na zasilaczu laboratoryjnym - pobiera 2,5 A przy 19 V przy 100% obciążeniu procesora) daje mi 19 V i 2,5 A dla dysków, co daje 47.5 W. Według moich szacunków na rozruch 4 szt HDD powinno to wystarczyć, gdyby jednak nie wystarczyło, to mam jeszcze pod ręką zasilacze 19 V 6 A i 9 A - mogę podmienić.

Twierdzisz że kaskada przetwornic nie będzie chciała działać ? A płyty główne to skąd biorą napięcia dla procesora, pamięci i innych niskonapięciowych peryferiów ? Niby stabilizator liniowy tam jest zrobiony ? Przecież tam jest cała masa przetwornic, obecnie praktycznie w dowolnym urządzeniu stabilizatory liniowe są zastępowane przez przetwornice, i działa to niezawodnie. A tego typu wynalazki Link ? To jak według Ciebie one są niby zrobione, jak nie na przetwornicach impulsowych ?

Jeśli już miałbym doinwestować dużo więcej pieniędzy w budowę tego NASa, to wybrałbym Raspberry Pi 5, która posiada wyprowadzenie PCIe, i do niej podłączył kartę rozszerzeń 5x SATA. Zdecydowanie bardziej energooszczędne i bez problemu daje się pasywnie chłodzić. Wydajnościowo mi spokojnie wystarczy - obecnie serwer stoi na Raspberry Pi 4, i gdyby nie chęć dodania większej ilości dysków, to zostawiłbym Raspberry Pi 4 jako komputer zarządzający całością.

Co do wzbudzenia się crowbara - jest to niemożliwe. Już pierwsze jego zadziałanie spali bezpiecznik topikowy, więc odłączy zasilanie na amen. Okresowa kontrola napięć wyjściowych ATXa dalej nie zabezpiecza przed jakimś zakłóceniem działania jego kontrolera (wywołanym np. polem w.cz. z radiostacji, którą czasem używam, i z uwagi na dziadowskie warunki antenowe miewam problem z prądami wspólnymi - common mode currents - w systemie antenowym). Zasilacz ATX skomplikuje też mi sporo mechaniczną konstrukcję obudowy - w tej chwili planuję płaskie pudełko z blachy aluminiowej grubości 5 mm, użebrowane od góry. Dyski będą chłodzone przez przewodnictwo cieplne do dolnej części obudowy, procesor komputera - przez przewodnictwo do górnej części (wspomożone rurką cieplną - heat pipe - rozprowadzającą ciepło po obudowie równomiernie). Gruba blacha zapewni równomierny rozkład temperatury i dużą powierzchnię chłodzenia, i wytłumi drgania. W dotychczasowym serwerze mam podobne rozwiązanie (z tym że obudowa jest cieńsza i stalowa) i spisuje się doskonale - serwer chłodzi się pasywnie. ATXa musiałbym w dziwny sposób umieszczać w jakiejś przybudówce. Obudowa musi być w miarę szczelna, inaczej wydostaje się ze środka hałas pracujących dysków - w nocy jest dokuczliwy. Przerobienie ATXa na pasywne chłodzenie jest uciążliwe, z uwagi na tranzystory strony pierwotnej pracujące przy potencjale sieci 230 V.

Samej skuteczności crowbara nie jestem w stanie jeszcze potwierdzić, gdyż z braku czasu nie zrobiłem odpowiedniego eksperymentu. Ale zamierzam "na sucho" obadać oscyloskopem przebieg na wyjściu przetwornicy XL4016 z crowbarem na triaku i zenerce po zasymulowaniu uszkodzenia kontrolera (odpięcie sprzężenia zwrotnego). Wynikiem się tutaj podzielę, jak tylko zrobię eksperyment.

Swoją drogą, temat się już sporo ciągnie, a nadal nikt nie odpowiedział mi na moje główne, najważniejsze pytania:
a) czy lepiej żeby w razie przekroczenia napięcia zaniknęły wszystkie napięcia (5 i 12 V) czy tylko nieprawidłowa linia,
b) czy ma to być tylko zanik, czy zwarcie tych linii do masy.
Osobiście jak na razie podejrzewam że w razie nieprawidłowości powinno zaniknąć całe zasilanie, a czy zostanie odłączone, czy zwarte do masy, to nie powinno mieć wielkiego znaczenia. W końcu w PCcie na liniach 5 i 12 V zwykle jest dużo rzeczy podłączonych, które w razie zaniku napięcia z zasilacza stanowią duże obciążenie do masy - prawie zwarcie. Aczkolwiek chciałbym się dowiedzieć czy nie ma tu jakiejś pułapki.