用于减少主机电流瞬态的备用电源的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]计算机和其它电子设备的新的形状因子常常需要新的功率要求。此外，针对设备的增加的便携性和更长的电池寿命可能需要更加严格的功率要求。例如，数据存储设备(DSD)(例如，固态驱动器(SSD)、固态混合驱动器(SSHD)或者硬盘驱动器(HDD))在可以从主机汲取多少电流方面可能会受到限制。
[0002]为了满足电流限制或者电流阈值，当电流开始超过电流阈值时DSD减小电流。减小电流常常需要降低DSD的性能，以便从主机汲取更少的电流。
【附图说明】
[0003]通过以下结合附图所阐述的【具体实施方式】，本公开内容的实现方式的特征和优点将变得更加显而易见。提供附图和相关联的描述是为了说明本公开内容的实现方式，而不是为了限制所要求保护的范围。
[0004]图1示出了根据本公开内容的一个实现方式的SSD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0005]图2示出了根据本公开内容的一个实现方式的SSD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0006]图3示出了根据本公开内容的一个实现方式的HDD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0007]图4示出了根据本公开内容的一个实现方式的HDD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0008]图5示出了根据本公开内容的一个实现方式的SSHD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0009]图6示出了根据本公开内容的一个实现方式的SSHD的电流调节电路和开关控制电路的框图；
[0010]图7示出了根据本公开内容的一个实现方式的、在不使用电荷存储元件的情况下的电压和电流的图；
[0011]图8示出了图7的图的放大视图；
[0012]图9示出了根据本公开内容的一个实现方式的、在使用电荷存储元件时的电压和电流的图；
[0013]图10示出了图9的图的放大视图；以及
[0014]图11示出了根据本公开内容的一个实现方式的流程图。
【具体实施方式】
[0015]在以下【具体实施方式】中，为了提供对本公开内容的充分理解，阐述了很多具体细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所公开的各个实现方式。在其它实例中，没有详细示出公知结构和技术，以免不必要地混淆各个实现方式。
[0016]图1示出了具有电源电路102的电路100的框图，其中电源电路102耦合到主机电路101。电源电路102例如可以与用于SSD或者SSHD(包括固态存储器)的电源电路相对应。
[0017]尽管本文的描述通常是指固态存储器，但是应当理解的是，特定的实现方式可以包括各种类型的固态存储器中的一个或多个，例如硫族化合物RAM (C-RAM)、相变存储器(PC-RAM或者PRAM))、可编程金属化单元RAM (PMC-RAM或者PMCm)、双向统一存储器(0UM)、电阻RAM(RRAM)、NAND存储器(例如，单级单元(SLC)存储器、多级单元(MLC)存储器，或者其任意组合)、N0R存储器、EEPR0M、铁电存储器(FeRAM)、磁阻RAM(MRAM)、其它分立NVM(非易失性存储器)芯片或者其任意组合。
[0018]在图1的例子中，电源电路102包括电荷存储元件110、接地105、隔离电路120、电阻器140、主机电流感测单元150、二极管160、电流调节电路180、SSD调节器185以及SSD负载190。电源电路102可选地包括电阻器141和负载电流感测单元151。主机电路101包括耦合到接地105的主机电源130。
[0019]电荷存储元件110被配置为存储功率并且向SSD调节器185提供所存储的功率。电荷存储元件110例如可以包括电容器或者电容器组中的多个电容器。
[0020]SSD调节器185为SSD负载190供电并且对其进行控制。SSD调节器185通常从主机电源130汲取功率。主机电流感测单元150对穿过电阻器140的电流进行感测，以测量从主机电源130汲取的电流。或者，可以在二极管160的另一侧连接电阻器141 (其耦合到负载电流感测单元151)，以对进入SSD调节器185的输入端的电流负载进行感测。在某些实现方式中，仅可以测量主机电流或者负载电流中的一个，而在其它实现方式中可以测量两者。电流调节电路180确定电流何时超过电流阈值。通常，当检测到诸如电流瞬态或者电流尖峰(current spike)之类的瞬态事件时，电流调节电路180和/或SSD调节器185降低SSD负载190的性能，以便使电流减小至低于电流阈值。例如可以通过降低数据速率或者减小所写入的分页的数量来降低性能。
[0021]尽管降低性能实现了减小电流，但是降低性能不是所期望的。本公开内容在不必通常地降低性能的情况下实现了电流调节。电荷存储元件110提供补充功率来满足超过电流阈值处可用的功率需求，而不是降低性能来减小所需要的来自主机电源130的电流。电流调节电路180使用来自主机电流感测单元150的信号来确定来自主机的电流何时接近电流阈值。然后，电流调节电路180向隔离电路120发送0N信号或者以其它方式控制隔离电路120。隔离电路120将电荷存储元件110连接到SSD调节器185，以使得电荷存储元件110也向SSD调节器185提供功率。由于电荷存储元件110所提供的功率，因此从主机电源130汲取更少的电流。二极管160防止来自电荷存储元件110的电流流回至主机电源130。因此，主机电源电流被调节为保持低于电流阈值，同时不降低SSD负载190的性能。
[0022]电荷存储元件110可以包括一个或多个电容器。电荷存储元件110还提供了用于备份事件的备用电源。如果主机电源130例如由于停电而突然地断开，那么电荷存储元件110提供备用电源以允许SSD负载190在不损失数据的情况下正常地关闭。然而，电荷存储元件110需要足够的能量储备来提供备用电源。
[0023]为了防止电荷存储元件110消耗太多功率，电流调节电路180选择性地接通隔离电路120。在图1所示的实现方式中，电流调节电路180对已经发生的需要切换至电荷存储元件110的瞬态事件的数量进行计数。取决于电荷存储元件110中的电容器的数量和/或尺寸，电流调节电路180可以具有在预定的时间段期间瞬态事件的预定的极限。例如，预定的极限可以是20ms的跨度中的30个瞬时事件。电流调节电路180保持有瞬态事件的计数器，该计数器触发隔离电路120。如果计数器达到极限，那么在随后的瞬态事件中电流调节电路180不会接通隔离电路120。相反，电流调节电路180可以降低SSD负载190的性能，或者利用减小电流的其它常规方法。
[0024]在经过足够的时间之后，可以复位或者减少计数器。可以基于计算对电荷存储元件110进行再充电所需要的时间来预先确定该足够的时间。因此，电流调节电路180防止电荷存储元件110完全耗尽。
[0025]图2示出了包括主机电路201和电源电路202的电路200，其中电源电路202例如可以与用于SSD或者SSHD的电源电路相对应。主机电路201包括主机电源230和接地205。电源电路包括电源设备270、隔离电路220、电荷存储元件210、接地205、电阻器240、主机电流感测单元250、二极管260、电流调节电路280、SSD调节器285以及SSD负载290。这些部件可以对应于电路100中类似命名的部件。然而，电路200利用模数转换器(ADC)来测量电荷存储元件210的电压电平，而不是利用瞬态事件的计数器来管理电荷存储元件210。
[0026]在图2中，电源设备270具有耦合到电荷存储元件210的ADC。如在电路100中一样，电流调节电路280基于来自主机电流感测单元250的信号来确定瞬态事件，其中主机电流感测单元250对穿过电阻器240的电流进行感测。当电流达到电流阈值时，电流调节电路280接通隔离电路220，以使得电荷存储元件210向SSD调节器285提供功率。电源设备270可以对电荷存储元件210的电压电平进行检测。当电荷存储元件210达到最小阈值(其可以与提供足够的备用电源所需要的最小功率相对应)时，电源设备270可以防止接通隔离电路220。或者，电源设备270可以覆写来自电流调节电路280的0N信号。当经过足够的时间时，或者当电源设备检测到已对电荷存储元件210的电压电平进行充分充电时，然后电源设备270可以在需要时允许隔离电路220将电源转换至电荷存储元件210。
[0027]图3和图4分别示出了电路300和电路400，其中电路300和电路400例如可以对应于用于HDD的电源电路。电路3