CN114977453A - 存储设备的储能电容的异常检测与保护电路及其方法 - Google Patents

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CN114977453A CN202111616859.1A CN202111616859A CN114977453A CN 114977453 A CN114977453 A CN 114977453A CN 202111616859 A CN202111616859 A CN 202111616859A CN 114977453 A CN114977453 A CN 114977453A
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Abstract

本申请涉及存储设备的储能电容的异常检测与保护电路及其方法，实现异常检测的存储设备电源管理单元，包括：升压电路、充放电控制电路、充放电管理单元和储能电容；升压电路连接至充放电控制电路的第一端，充放电控制电路的第二端连接至储能电容的第一极，储能电容的第二极接地，升压电路用于连接至存储设备的接口；充放电管理单元连接至升压电路的控制端，通过控制升压电路的开启和闭合，控制向储能电容充电；充放电管理单元连接至充放电控制电路的第一端及充放电控制电路的第二端，检测储能电容是否异常；充放电管理单元用于连接至存储设备的控制部件，可根据储能电容的异常经控制部件为存储设备的各部件供电。本申请可以提高存储设备的可靠性。

Description

存储设备的储能电容的异常检测与保护电路及其方法
技术领域
本申请涉及存储技术，尤其涉及存储设备的储能电容的异常检测与保护电路及其方法。
背景技术
图1展示了现有技术的存储设备的框图。存储设备102同主机相耦合，用于为主机提供存储能力。主机同存储设备102之间可通过多种方式相耦合，耦合方式包括但不限于通过例如SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)、SCSI(SmallComputer System Interface，小型计算机系统接口)、SAS(Serial Attached SCSI，串行连接SCSI)、IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子)、USB(Universal SerialBus，通用串行总线)、PCIE(Peripheral Component Interconnect Express,PCIe，高速外围组件互联)、NVMe(NVM Express，高速非易失存储)、以太网、光纤通道、无线通信网络等连接主机与固态存储设备102。主机可以是能够通过上述方式同存储设备相通信的信息处理设备，例如，个人计算机、平板电脑、服务器、便携式计算机、网络交换机、路由器、蜂窝电话、个人数字助理等。存储设备102包括接口103、控制部件104、一个或多个NVM芯片105以及DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机访问存储器)110。
NAND闪存、相变存储器、FeRAM(Ferroelectric RAM，铁电存储器)、MRAM(MagneticRandom Access Memory，磁阻存储器)、RRAM(Resistive Random Access Memory，阻变存储器)、XPoint存储器等是常见的NVM。
接口103可适配于通过例如SATA、IDE、USB、PCIE、NVMe(NVMExpress)、SAS、以太网、光纤通道等方式与主机交换数据。
控制部件104用于控制在接口103、NVM芯片105以及DRAM 110之间的数据传输，还用于存储管理、主机逻辑地址到闪存物理地址映射、擦除均衡、坏块管理等。控制部件104可通过软件、硬件、固件或其组合的多种方式实现，例如，控制部件104可以是FPGA(Field-programmable gate array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，应用专用集成电路)或者其组合的形式。控制部件104也可以包括处理器或者控制器，在处理器或控制器中执行软件来操纵控制部件104的硬件来处理IO(Input/Output)命令。控制部件104还可以耦合到DRAM 110，并可访问DRAM 110的数据。在DRAM可存储FTL表和/或缓存的IO命令的数据。
控制部件104包括闪存接口控制器(或称为介质接口控制器、闪存通道控制器)，闪存接口控制器耦合到NVM芯片105，并以遵循NVM芯片105的接口协议的方式向NVM芯片105发出命令，以操作NVM芯片105，并接收从NVM芯片105输出的命令执行结果。已知的NVM芯片接口协议包括“Toggle”、“ONFI”等。
存储设备102工作时，利用接口103从主机获得的电力。为避免因主机意外关机或掉电而导致存储设备中尚未写入NVM的数据丢失，存储设备还包括备用电源，用于在意外掉电时为存储设备的各部件提供应急电力。电源管理单元120管理包括备用电源在内的各部件的供电。例如，电源管理单元120从接口103获得电力，并向存储设备102的各部件分发电力。以及电源管理单元120还控制存储设备102的各部件上电与下电的顺序，监测存储设备102的功耗等。在备用电源是储能电容125的例子中，电源管理单元120还提升提供给备用电源的电压，以提升备用电源中存储的电能的能量。
发明内容
同电子设备的其他部件相比，存储设备的备用电源是可靠性较低的部件。由于其工作期间需要长期储存较多能量，工作于较高电压状态，因而可能发生故障。例如，在用电容做备用电源时，在使用期间，充电后的电容两端电压可达数十伏，远高于存储设备的其他部件的工作电压。长期处于高电压下的电容，电容极板可能被击穿而发生短路。短路后的电容会产生安全隐患，也降低了备用电源的储能能力。储能电容的短路可能是不明显的，而仅表现为发热、漏电、和/或电容两端电压的不同程度的降低。由于储能能力降低，储能电容的短路也导致存储设备掉电后的工作时间可能短于设计时间长度，而因此导致存储设备的可靠性降低。
因而需要储能电容的异常检测电路和保护机制，以增强存储设备的可靠性。而且，储能电容的短路故障可能在存储设备出厂后的任意时间发生，还需要在突发的储能电容短路后为电子设备提供紧急的保护，以避免存储设备的损坏，并使得存储设备有时间处理储能电路的短路事件，以降低数据丢失的风险。
根据本申请的第一方面，提供了根据本申请第一方面的第一存储设备的电源管理单元，包括：升压电路、充放电控制电路、充放电管理单元和储能电容；其中，升压电路连接至充放电控制电路的第一端，充放电控制电路的第二端连接至储能电容的第一极，储能电容的第二极接地，并且升压电路还用于连接至存储设备的接口；充放电管理单元连接至升压电路的控制端，通过控制升压电路的开启和闭合，以控制向储能电容充电；并且，充放电管理单元还连接至充放电控制电路的第一端以及充放电控制电路的第二端，以检测储能电容是否异常；充放电管理单元还用于连接至存储设备的控制部件，可根据储能电容的异常经控制部件为存储设备的各部件供电。
根据本申请的第一方面的第一存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第二存储设备的电源管理单元，其中，升压电路用于连接至存储设备的接口的电力输入引脚。
根据本申请的第一方面的第一存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第三存储设备的电源管理单元，响应于上电，充放电管理单元确保升压电路关闭，并且通过充放电控制电路检测储能电容是否异常；若储能电容正常，则充放电管理单元开启升压电路，以经充放电控制电路为储能电容充电；若储能电容异常，则保持升压电路关闭。
根据本申请的第一方面的第三存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第四存储设备的电源管理单元，响应于上电，充放电管理单元检测到充放电控制电路上具有感应电流，若在预定时间段后感应电流减弱或消失，则储能电容正常；若感应电流持续存在，则储能电容异常。
根据本申请的第一方面的第三存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第五存储设备的电源管理单元，在上电的预定时间后，若充放电管理单元检测到充放电控制电路上没有感应电流，或者感应电流在预定范围内，则储能电容正常；在上电的预定时间后，若充放电管理单元检测到充放电控制电路上具有感应电流，或者感应电流超过预定值，则储能电容异常。
根据本申请的第一方面的第四或第五存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第六存储设备的电源管理单元，由存储设备的接口/存储设备的接口的电力输入引脚的工作电压在充放电控制电路上产生感应电压，并由感应电压为储能电容充电形成感应电流。
根据本申请的第一方面的第三至第六存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第七存储设备的电源管理单元，若储能电容异常，充放电管理单元向控制部件供电，并且告知控制部件储能电容异常；或者充放电管理单元不向控制部件供电，而向指示灯供电，以通过指示灯展示储能电容异常。
根据本申请的第一方面的第三至第六存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第八存储设备的电源管理单元，响应于储能电容充电完成，充放电管理单元向存储设备的各部件供电；或者，在储能电容充电期间，充放电管理单元向存储设备的各部件供电，以缩短存储设备从上电到可响应主机IO命令的时间。
根据本申请的第一方面的第三至第八存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第九存储设备的电源管理单元，在储能电容充电完成后，充放电管理单元监测通过充放电控制电路提供给储能电容的电流，以检测储能电容是否发生故障；在储能电容充电完成的状态下，若储能电容发生故障，则充放电管理单元通过充放电控制电路使储能电容放电。
根据本申请的第一方面的第九存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第十存储设备的电源管理单元，若通过充放电控制电路提供给储能电容的电流超过预定值，则储能电容发生故障。
根据本申请的第一方面的第十存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第十一存储设备的电源管理单元，预定值为20mA。
根据本申请的第一方面的第九至第十一存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十二存储设备的电源管理单元，充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间包括同储能电容的第一极串联的检测电阻，通过测量充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间的检测电阻两端的电压，来监测充放电控制电路提供给储能电容的电流。
根据本申请的第一方面的第九至第十一存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十三存储设备的电源管理单元，充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间包括同储能电容的第一极串联的检测电阻，充放电管理单元通过测量第一端与第二端两端的电压来检测检测电阻的电流大小以及电流方向，以识别储能电容是否发生故障。
根据本申请的第一方面的第九至第十三存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十四存储设备的电源管理单元，周期性地，响应于控制部件的指示，响应于储能电容两极板间的电压突然降低，和/或响应于储能电容两极板间的电压小于预定值，充放电管理单元对通过充放电控制电路提供给储能电容的电流进行监测。
根据本申请的第一方面的第一至第十四存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十五存储设备的电源管理单元，响应于异常掉电，或者响应于下电，再或者响应于收到关闭命令，充放电管理单元通过充放电控制电路使储能电容放电。
根据本申请的第一方面的第九至第十五存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十六存储设备的电源管理单元，在对储能电容的电量进行放电时，通过检测储能电容的电压或者充放电控制电路上的电流，识别出对储能电容的电量泄放完毕。
根据本申请的第一方面的第九至第十六存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十七存储设备的电源管理单元，响应于储能电容的电量泄放，充放电管理单元就储能电容的电量泄放完毕通知控制部件，以使控制部件关闭存储设备。
根据本申请的第一方面的第三至第十七存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第十八存储设备的电源管理单元，充放电控制电路包括连接至第一端和第二端之间的限流电阻，以减小为储能电容充电或对储能电容泄放的电流。
根据本申请的第一方面的第十八存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第十九存储设备的电源管理单元，充放电控制电路的第一端和第二端之间的检测电阻和限流电阻为同一电阻。
根据本申请的第一方面的第十八或第十九存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第二十存储设备的电源管理单元，限流电阻的阻值为100欧。
根据本申请的第一方面的第十八至第二十存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第二十一存储设备的电源管理单元，充放电控制电路还包括：在第一端和第二端之间与限流电阻并联的二极管/MOSFET开关，并且二极管/MOSFET开关的阴极连接第一端，二极管/MOSFET开关的阳极连接第二端；充放电管理单元还连接至二极管/MOSFET开关的控制端，以控制二极管/MOSFET开关的开启和闭合。
根据本申请的第一方面的第二十一存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第二十二存储设备的电源管理单元，储能电容充电完毕保持电量期间，充放电管理单元确保二极管/MOSFET开关关闭，以避免储能电容的电量经二极管/MOSFET开关泄放。
根据本申请的第一方面的第二十二存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第二十三存储设备的电源管理单元，响应于储能电容发生故障，通过限流电阻将储能电容的部分电量泄放到地；并且，响应于检测出储能电容发生故障，充放电管理单元开启二极管/MOSFET开关；响应于二极管/MOSFET开关的开启，储能电容的电量由限流电阻泄放变为由二极管/MOSFET开关泄放，并且经充放电管理单元和控制部件为存储设备的各部件供电。
根据本申请的第一方面的第二十三存储设备的电源管理单元，提供了根据本申请第一方面的第二十四存储设备的电源管理单元，储能电容发生故障后100ms内，充放电管理单元检测出储能电容发生故障。
根据本申请的第一方面的第三至第二十四存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第二十五存储设备的电源管理单元，储能电容充电完毕后，在存储设备正常工作期间，充放电管理单元通过充放电控制电路使储能电容放电，以识别储能电容的电量。
根据本申请的第一方面的第三至第二十五存储设备的电源管理单元之一，提供了根据本申请第一方面的第二十六存储设备的电源管理单元，在存储设备不会掉电或存储设备无需提供高可靠性的数据存储能力的时间段，充放电管理电路通过充放电控制电路使储能电容放电。
根据本申请的第二方面，提供了根据本申请第二方面的第一存储设备，包括：存储设备的接口、控制部件、NVM、DRAM和上述任一项所述的存储设备的电源管理单元；存储设备的电源管理单元的升压电路连接至存储设备的接口；存储设备的电源管理单元的充放电管理单元连接至存储设备的控制部件，以为控制部件、NVM、DRAM供电。
根据本申请的第三方面，提供了根据本申请第三方面的第一存储设备的储能电容的充放电控制方法，包括如下步骤：响应于上电，确保为储能电容充电的充电通路关闭，并且检测储能电容是否异常；若储能电容正常，则开启充电通路，以为储能电容充电，若储能电容异常，则保持充电通路关闭；在储能电容充电完成后，存储存储设备工作期间，检测储能电容是否发生故障；若储能电容没有发生故障，则进入下一轮储能电容是否发生故障的检测；若储能电容发生故障，则关闭充电通路，并且开启储能电容的电量泄放通路，使储能电容放电。
根据本申请的第三方面的第一存储设备的储能电容的充放电控制方法，提供了根据本申请第三方面的第二存储设备的储能电容的充放电控制方法，检测到充电通路上具有感应电流，并且若在预定时间段后感应电流减弱或消失，则储能电容正常；若感应电流持续存在，则储能电容异常。
根据本申请的第三方面的第一存储设备的储能电容的充放电控制方法，提供了根据本申请第三方面的第三存储设备的储能电容的充放电控制方法，在上电的预定时间后，若检测到充电通路上没有感应电流，或者感应电流在预定范围内，则储能电容正常；在上电的预定时间后，若检测到充电通路上具有感应电流，或者感应电流超过预定值，则储能电容异常。
根据本申请的第三方面的第一存储设备的储能电容的充放电控制方法，提供了根据本申请第三方面的第四存储设备的储能电容的充放电控制方法，检测到充电通路上的限流电阻两端没有电压，或者电压小于指定阈值，则储能电容正常；若充电通路上的限流电阻两端的电压大于指定阈值则储能电容异常。
根据本申请的第三方面的第一至第四存储设备的储能电容的充放电控制方法之一，提供了根据本申请第三方面的第五存储设备的储能电容的充放电控制方法，响应于储能电容充电完成，向存储设备的各部件供电；或者，在储能电容充电期间，向存储设备的各部件供电，以缩短存储设备从上电到可响应主机IO命令的时间。
根据本申请的第三方面的第一至第五存储设备的储能电容的充放电控制方法之一，提供了根据本申请第三方面的第六存储设备的储能电容的充放电控制方法，若充电通路上的电流超过预定值，则储能电容发生故障。
根据本申请的第三方面的第六存储设备的储能电容的充放电控制方法，提供了根据本申请第三方面的第七存储设备的储能电容的充放电控制方法，预定值为20mA。
根据本申请的第三方面的第一至第五存储设备的储能电容的充放电控制方法之一，提供了根据本申请第三方面的第八存储设备的储能电容的充放电控制方法，若充电通路上的限流电阻两端的电压大于预定值，则储能电容发生故障。
根据本申请的第三方面的第一至第八存储设备的储能电容的充放电控制方法之一，提供了根据本申请第三方面的第九存储设备的储能电容的充放电控制方法，响应于储能电容放电，就储能电容放电通知控制部件，以使控制部件关闭存储设备。
根据本申请的第三方面的第一至第九存储设备的储能电容的充放电控制方法之一，提供了根据本申请第三方面的第十存储设备的储能电容的充放电控制方法，响应于异常掉电，或者响应于下电，再或者响应于收到关闭命令，开启储能电容的电量泄放通路，使储能电容放电。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1展示了现有技术的存储设备的框图；
图2展示了根据本申请实施例的储能电容的异常检测机制的原理图；
图3A展示了根据本申请实施例的电源管理单元的框图；
图3B展示了根据本申请实施例的储能电容的框图；
图4展示了根据本申请实施例的储能电容充放电管理过程的流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图2展示了根据本申请实施例的储能电容的异常检测机制的原理图。
图2的实施例中，储能电容228作为备用电源。存储设备200的电源管理单元包括升压电路222、充放电控制电路224、充放电管理单元226和储能电容228。存储设备200的接口203的电力输入引脚连接升压电路222。升压电路222提升主机提供给存储设备200的电力的电压，并将提升后的电压提供给储能电容228。储能电容228的电量同其两端的电压的平方成正比，从而通过提升电压，提升储能电容228存储的电量。升压电路222通过充放电控制电路224连接到储能电容228。充放电管理单元226连接充放电控制电路224，通过控制充放电控制电路224的工作状态，管理储能电容228的充放电过程，并为储能电容228提供保护。
在从存储设备200的接口203获得的电力正常时，所获得电力被提供给存储设备200的各部件(例如，控制部件204、NVM205与DRAM210)，以及通过升压电路222与充放电控制电路224向储能电容228充电或使储能电容228维持在充电状态。
响应于存储设备200收到下电或关闭命令，控制部件204就下电事件通知充放电管理单元226。充放电管理单元226通过充放电控制电路224使储能电容228放电，以排空储能电容228中的电能，从而避免储能电容228的剩余电量给存储设备带来负面或意外影响。例如，若储能电容228残余较多电量，该电量可能使得关闭后的控制部件204重新启动，但由于储能电容228的电量不足，在控制部件204重新启动后又再次关闭，进而导致存储设备200的数据被破坏或部件损坏。
在存储设备200异常掉电时(未接收到下电或关闭命令，但从接口无法获得正常的电力)，充放电管理单元226通过充放电控制电路224使储能电容228放电，储能电容228释放的电能由充放电管理单元226再分发给存储设备200的各部件，以维持存储设备200的短时工作。充放电管理单元226还就异常掉电的发生通知控制部件204，作为响应，控制部件204执行相应处理来紧急关闭存储设备200。
由于储能电容228可能随时故障，根据本申请的实施例，还通过一种或多种机制来检测储能电容228的故障并避免储能电容228的故障对存储设备200的部件造成损坏，也避免因储能电容228的电量不足而导致异常掉电后的紧急关闭存储设备200过程失败。
在存储设备200上电前，储能电容228可能已经失败。根据本申请的实施例，响应于存储设备200上电，在向储能电容228充电前，充放电管理单元226通过充放电控制电路224检测储能电容228是否异常。此时，充放电管理单元226不开启升压电路222(或确保升压电路222关闭)(图2中由(1)指示)，从存储设备200的接口203的电力输入引脚到储能电容228的充电通路尚未建立。此时，存储设备200的接口的电力输入引脚具有供电电压(例如5V或12V)，虽然升压电路222未开启，但充放电控制电路224连接到储能电容228的电通路上会因电力输入引脚的工作电压而产生感应电压，并由于感应电压对储能电容228的充电作用而在该电通路上形成微弱的充电电流。在储能电容228不存在短路故障时，该充电电流在出现一段时间后会减弱或消失。而在储能电容228存在短路故障的情况下，该充电电流会持续存在。因而，充放电管理单元226在存储设备200上电后，不开启升压电路222，并在上电的指定时间(例如，若干毫秒)后，检测充放电控制电路224流向储能电容228的电流或由于该电流所产生的电压，进而识别储能电容228是否存在短路或其他故障。作为举例，在此期间，充放电控制电路224流向储能电容228的电流超过例如5mA作为储能电容228故障的标志。若识别出储能电容228故障，充放电管理单元226不再开启升压电路222，以避免向故障的储能电容228充电。可选地，充放电管理单元226可向存储设备的控制部件204等部件供电，以使得控制部件204启动，并就储能电容228的故障告知控制部件204。依然可选地，充放电管理单元226在识别出储能电容228故障后，既不开启升压电路222，也不向控制部件204(或NVM205、DRAM210)等部件供电，并通过指示灯等手段向用户指示故障的发生。
在存储设备200上电后，若识别出储能电容228正常(不存在异常状态)，充放电管理单元226开启升压电路222(图2中由(2)指示)，并通过充放电控制电路224向储能电容228充电(图2中由(3)指示)。在向储能电容228充电过程中，由于大的充电电流的存在，充放电管理单元226暂时无法检测储能电容228是否短路。可选地或进一步地，为避免对储能电容228的充电开启瞬间，大的充电电流对主机的供电系统产生不利影响，充放电控制电路224在给储能电容228的充电通路上还包括限流装置，来避免充电过程中产生过大的电流。限流装置是例如电阻(也称为限流电阻)。该限流电阻的存在，使得充放电管理单元226得以通过测量电阻两端的电压来识别提供给储能电容228的电流。可选地或进一步地，在储能电容228的充电期间，充放电管理单元226依然不向控制部件204供电，而在储能电容228的充电完成后，才向控制部件204供电，使得控制部件204上电后即工作在储能电容228满电的状态下，以确保存储设备200的可靠性。依然可选地，为了缩短存储设备200从上电到可响应主机IO命令的时间，充放电管理单元226提前向控制部件204供电，即使储能电容228的充电尚未完成。
在对储能电容228的充电完成后，通过充放电控制电路224提供给储能电容228的电流消失，或者维持微小的电流来保持储能电容228的电量。在存储设备200正常工作期间，保持储能电容228处于充满电状态。充放电管理单元226通过充放电控制电路224使储能电容228放电。例如，为了测量储能电容228的电量来使储能电容228放电(通过放电电流与储能电容228的电压变化来识别储能电容228的电量)。作为又一个例子，在已知存储设备200不会掉电或无需提供高可靠性的数据存储能力的时间段，充放电管理电路224使储能电容228放电来降低储能电容228的电压，进而减少储能电容228承载高电压的时间，进而延长储能电容228的寿命。
根据本申请的实施例，在对储能电容228充电完成后，充放电管理单元226还监测通过充放电控制电路224提供给储能电容228的电流，通过该电流来检查储能电容228是否发生漏电或短路。在储能电容228工作期间，可能发生诸如短路、漏电的故障，此时，通过充放电控制电路224提供给储能电容228的电流增大(大于正常值)来检测储能电容2278发生短路、漏电的故障。充放电管理单元226通过例如充放电控制电路224的限流电阻两端的电压来识别电流是否过大。作为举例，充放电管理单元226周期性地，或者响应于控制部件204的指示而启动对通过充放电控制电路224提供给储能电容228的电流的检测。作为又一个例子，充电放管理单元226还监测储能电容228两极板间的电压，在电压突然降低或电压小于指定阈值的情况下，启动对通过充放电控制电路224提供给储能电容228的电流的检测。作为举例，在此期间，充放电控制电路224流向储能电容228的电流超过例如20mA作为储能电容228故障的标志。
响应于检测出储能电容228故障，为避免储能电容228的电量的异常泄放给存储设备200造成损坏，充放电管理单元226还开启充放电控制电路224(图2中由(4)指示)来主动泄放储能电容228的电量。例如，通过开启在异常掉电时储能电容228为存储设备200的各部件供电的通路，使得储能电容228的电量通过充放电控制电路224(图2中由(5)指示)流向充放电管理单元226(图2中由(6)指示)，进而流向控制部件204(图2中由(7)指示)，来主动泄放储能电容228的电量。可选地，在泄放储能电容228的电量期间，充放电管理单元226还保持升压电路222关闭。
进一步地，由于储能电容228的故障的发生是随机的，因而充放电管理单元226对储能电容228故障的检测可能晚于储能电容228故障的发生。在储能电容228故障发生后而充放电管理单元226尚未检测到该故障时，储能电容228故障使存储设备200处于危险中，例如短路引起的过大电流释放会导致电流通路的元件损坏。由于充放电控制电路224同储能电容228串联，因而储能电容228泄放的短路电流会引起在充放电控制电路224上的同样电流出现，通过在充放电控制电路224上设置限流电阻来避免储能电容228泄放的短路电流过大。进一步地，用于限制储能电容228泄放的短路电流的限流电阻，同在存储设备200上电时或储能电容228的充电过程中电流过大的限流电阻，可以是同一个或同一组电阻。作为举例，该电阻的阻值为100欧。由于该电阻位于储能电容228的充电通路与泄放通路上，该电阻的阻值不应过大，以避免充电与泄放过程中产生过多的热造成能量浪费，该电阻的阻值也不应过小，否则起不到限流作用。
可选地或进一步的，通过电阻泄放储能电容228电流会产生热，热对存储设备200的电子元件是有害的。在充放电管理单元226检测出储能电容228故障后，控制充放电控制电路224为储能电容228的电量泄放提供低电阻的通道，例如，由受控二极管或MOSFET开关提供的泄放通道。
依然可选地，充放电管理单元226还识别储能电容228电量泄放的完成。例如，通过检测储能电容228的电压或泄放电流来识别泄放完成。继而就储能电容228泄放完成通知控制部件204。从而，存储设备200可以关闭，且不会带来进一步的安全隐患。
图3A展示了根据本申请实施例的电源管理单元的框图。
电源管理单元包括升压电路222、充放电控制电路224、充放电管理单元226与储能电容228。存储设备200的电力输入引脚连接升压电路222。升压电路222提升电力输入引脚提供的电压，再输出给充放电控制电路224的第一端320，充放电控制电路224的第二端340连接到储能电容228。储能电容228的两个极板连接在充电控制电路224的第二端340与地(GND)之间。
充放电管理单元226连接升压电路222的控制端310，以控制升压电路222的开启或关闭，例如：充放电管理单元226连接至升压电路222中的开关管的控制端(三极管/MOS管)，以通过向开关管的控制端施加或取消预定电压，控制升压电路222的开启或关闭。升压电路222被开启后，提升电力输入引脚的电压并提供给充放电控制电路224。升压电路222被断开时，升压电路222切断电力输入引脚到充放电控制电路224的通路。
充放电管理单元226还连接充放电控制电路224的二极管(D1)的控制端，通过向二极管(D1)的控制端施加或取消预定电压，可以控制二极管(D1)的开启或关闭。二极管D1被开启后，以二极管原理工作，连通二极管D1两端的连接，而二极管D1被断开时，断开二极管D1两端的连接。
充放电管理单元226还向诸如控制部件204、DRAM210、NVM205等存储设备200的部件提供电力。充放电管理单元226还连接到控制部件204以向控制部件204提供中断信号。响应于中断信号，控制部件204处理中断并识别出充放电管理单元226向控制部件204指示的事件(例如，储能电容228故障)。
充放电管理单元226还分别连接充放电控制电路224的第一端320与第二端340以检测流经电阻R1的电流，和/或电阻R1两端的电压。流经电阻R1的电流，通常代表了流经储能电容228的电流。
充放电控制电路224包括在第一端320与第二端340之间并联的电阻R1与二极管D1，二极管D1的阳极连接第二端340而阴极连接第一端320。
存储设备200上电后，以及在升压电路222向储能电容228充电期间，充电电流从第一端320流向第二端340，第一端320的电压高于第二端340的电压，二极管D1截止，充电电流从电阻R1提供给储能电容228。电阻R1还作为向储能电容228充电过程的限流电阻，避免在充电开始以及充电过程中，在充电通路上形成过大的电流。作为举例，电阻R1的值为100欧。储能电容228充满电后，储能电容228处于能量保持状态期间，流经电阻R1的充电电流为0或仅为微弱的电流以提供储能电容228的漏电，此时第一端320与第二端340的电压大体相等，二极管D1依然截止。可选地，在存储设备200上电后，储能电容228充电，以及储能电容228保持电量期间，充放电管理单元226还关闭二极管D1，以进一步避免储能电容228的电流从二极管D1泄放。
在储能电容228为诸如控制部件204提供电能时，电力输入引脚的供电消失，第一端320的电压低于第二端340的电压。充放电管理单元226控制二极管D1开启，第二端340电压高于第一端320使二极管D1导通，储能电容228释放的电力从二极管D1提供给充电管理单元226，进而提供给控制部件204来为存储设备200供电。
可选地，在异常掉电发生后的短时间内，充放电管理单元226尚未作出响应来开启充放电控制电路224。由于第一端320的电压跌落，小于第二端340的电压，储能电容228的电力形成从第二端340到第一端320的电流，经由电阻R1泄放。从而充放电控制电路224的电阻R1为储能电容228的泄放提供通路。
可选地或进一步地，若储能电路故障，例如短路，形成储能电容228到地(GND)的电流，进而也使得出现从电阻R1到储能电容228的电流。充放电管理单元226通过测量第一端320与第二端340两端的电压来检测电阻R1的电流大小以及电流方向，从而识别储能电容228是否发生故障。若储能电容228充满电状态下发生短路，电流从第一端320流向第二端340，继而通过储能电流泄放到地，此时电阻R1也成为限流电阻，避免由于储能电容228的高电压导致过大的短路电流。在储能电容228故障后，在充放电管理单元226识别该故障并作出响应前，储能电容228的放电电流流经电阻R1(从第一端320到第二端340)。而在充放电管理单元226响应于识别出该故障而开启二极管D1后，储能电容228的泄放电流从二极管D1流向充放电管理单元226，继而由充放电管理单元226来管理储能电容228的电流泄放。在储能电容228故障后，充放电管理单元226大约能在100ms内识别故障，并开启二极管D1。在这100ms内，泄放电流经过电阻R1，由于时间较短，产生的热量较低，不会对存储设备200的部件造成损坏。作为举例，充放电管理单元226周期地测量电阻R1两端的电压来识别储能电容228是否故障，检测周期是例如100ms。依然作为举例，以第二端340的电压同参考电压的差产生提供给充放电管理单元226的中断信号，充放电管理单元226能在100ms内处理中断并识别出储能电容228故障。
图3B展示了根据本申请实施例的储能电容的框图。
可选地或进一步地，本申请具有多个储能电容228，并且多个储能电容228并联在充放电控制电路224的第二端340和地之间。
图4展示了根据本申请实施例的储能电容充放电管理过程的流程图。
存储设备被装入主机，或者主机开机开始工作，主机向存储设备开始供电，相应地，存储设备上电(410)。响应于上电，存储设备的充放电管理单元226(也参看图3)利用主机提供的电力开始工作。充放电管理单元226确保给储能电容228的充电通路(例如图2和图3中的升压电路222和充放电控制电路224)关闭，并检测处于未充电状态的储能电容228的状态正常还是异常(420)。例如，充放电管理单元226在关闭了对储能电容228的充电通路的情况下，测量充电通路上的电流，或者测量充电通路上的限流电阻R1两端的电压，来识别储能电容228是否存在短路或击穿。若例如该限流电阻R1两端的电压小于指定阈值，则识别储能电容228的状态正常，反之则识别储能电容228的状态异常。
在储能电容228的状态异常的情况下，充放电管理单元226不再为储能电容228充电，以保护存储设备。若储能电容228的状态正常，充放电管理单元226开启升压电路222为储能电容228充电(430)，直到储能电容228充电完成(440)。之后，充放电管理单元226关闭升压电路222，并使储能电容228保持其充满电的状态。可选地，充放电管理单元226间或地开启/关闭升压电路222，以补充储能电容228泄露的电量。充放电管理单元226还为存储设备的其他部件上电，以使存储设备工作。
在存储设备工作期间，充放电管理单元226间或检查储能电容228的状态(450)，以应对储能电容228可能突发的故障(诸如击穿或短路)。例如，充放电管理单元226测量充电通路上的电流，或者充电通路上的限流电阻R1两端的电压，来识别储能电容228是否存在短路或击穿。在储能电容228短路或漏电后，存在漏电电流，流经充电通路。从而，若该限流电阻R1两端的电压小于指定阈值，则识别出储能电容228的状态正常，反之则识别出储能电容228的状态异常。
若充放电管理单元226识别出充满电的储能电容228正常(460)，则返回步骤450以进入下一轮对储能电容228的状态的检查。若识别出储能电容228异常(460)，充放电管理单元226关闭升压电路222，以及开启储能电容228的电量泄放通路，并向存储设备的控制部件204告警(470)。例如，充放电管理单元226开启从储能电容228到自身的供电通路，并将储能电容228的电量提供给存储设备的各部件。充放电管理单元226还识别对储能电容228的放电完成，以确认储能电容228以及存储设备是安全的(不会因储能电容228短路而引起故障或危险)。
可选地，响应于存储设备关闭或下电或异常掉电，充放电管理单元226也使储能电容228放电。例如，充放电管理单元226开启从储能电容228到自身的供电通路，并将储能电容228的电量提供给存储设备的各部件。尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.存储设备的电源管理单元，包括：升压电路、充放电控制电路、充放电管理单元和储能电容；
其中，升压电路连接至充放电控制电路的第一端，充放电控制电路的第二端连接至储能电容的第一极，储能电容的第二极接地，并且升压电路还用于连接至存储设备的接口；
充放电管理单元连接至升压电路的控制端，通过控制升压电路的开启和闭合，以控制向储能电容充电；并且，充放电管理单元还连接至充放电控制电路的第一端以及充放电控制电路的第二端，以检测储能电容是否异常；
充放电管理单元还用于连接至存储设备的控制部件，可根据储能电容的异常经控制部件为存储设备的各部件供电。
2.根据权利要求1所述的存储设备的电源管理单元，其中，响应于上电，充放电管理单元确保升压电路关闭，并且通过充放电控制电路检测储能电容是否异常；
若储能电容正常，则充放电管理单元开启升压电路，以经充放电控制电路为储能电容充电；
若储能电容异常，则保持升压电路关闭。
3.根据权利要求2所述的存储设备的电源管理单元，其中，响应于上电，充放电管理单元检测到充放电控制电路上具有感应电流，若在预定时间段后感应电流减弱或消失，则储能电容正常；若感应电流持续存在，则储能电容异常。
4.根据权利要求2所述的存储设备的电源管理单元，其中，在上电的预定时间后，若充放电管理单元检测到充放电控制电路上没有感应电流，或者感应电流在预定范围内，则储能电容正常；
在上电的预定时间后，若充放电管理单元检测到充放电控制电路上具有感应电流，或者感应电流超过预定值，则储能电容异常。
5.根据权利要求2所述的存储设备的电源管理单元，其中，在储能电容充电完成后，充放电管理单元监测通过充放电控制电路提供给储能电容的电流，以检测储能电容是否发生故障；
在储能电容充电完成的状态下，若储能电容发生故障，则充放电管理单元通过充放电控制电路使储能电容放电。
6.根据权利要求5所述的存储设备的电源管理单元，其中，充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间包括同储能电容的第一极串联的检测电阻，通过测量充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间的检测电阻两端的电压，来监测充放电控制电路提供给储能电容的电流。
7.根据权利要求5所述的存储设备的电源管理单元，其中，充放电控制电路的第一端与充放电控制电路的第二端之间包括同储能电容的第一极串联的检测电阻，充放电管理单元通过测量第一端与第二端两端的电压来检测检测电阻的电流大小以及电流方向，以识别储能电容是否发生故障。
8.根据权利要求6或7所述的存储设备的电源管理单元，其中，充放电控制电路还包括：在第一端和第二端之间与限流电阻并联的二极管/MOSFET开关，并且二极管
/MOSFET开关的阴极连接第一端，二极管/MOSFET开关的阳极连接第二端；
充放电管理单元还连接至二极管/MOSFET开关的控制端，以控制二极管/MOSFET开关的开启和闭合。
9.一种存储设备，包括：存储设备的接口、控制部件、NVM、DRAM和上述权利要求1-8任一项所述的存储设备的电源管理单元；
存储设备的电源管理单元的升压电路连接至存储设备的接口；
存储设备的电源管理单元的充放电管理单元连接至存储设备的控制部件，以为控制部件、NVM、DRAM供电。
10.一种存储设备的储能电容的充放电控制方法，包括如下步骤：
响应于上电，确保为储能电容充电的充电通路关闭，并且检测储能电容是否异常；
若储能电容正常，则开启充电通路，以为储能电容充电，若储能电容异常，则保持充电通路关闭；
在储能电容充电完成后，存储存储设备工作期间，检测储能电容是否发生故障；
若储能电容没有发生故障，则进入下一轮储能电容是否发生故障的检测；
若储能电容发生故障，则关闭充电通路，并且开启储能电容的电量泄放通路，使储能电容放电。
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