CN116110443A - 包括辅助电源装置的存储装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供包括辅助电源装置的存储装置及其操作方法。所述存储装置包括：电源装置，包括提供辅助电力的辅助电源装置，电源装置被配置为生成指示辅助电源装置的劣化程度的劣化监测信号，并且被配置为基于外部电力或辅助电力生成输出电压；以及主系统，被配置为：基于所述输出电压进行操作，并且在突然断电(SPO)情况下执行用于备份数据的转储操作，其中，主系统响应于劣化监测信号将辅助电源装置的劣化程度与预设参考值进行比较，并且基于比较的结果生成电压缩放命令，电压缩放命令用于控制电源装置将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放(DVS)电平。

Description

包括辅助电源装置的存储装置及其操作方法
本申请基于并要求于2021年11月10日提交到韩国知识产权局的第10-2021-0154259号韩国专利申请和于2022年3月2日提交到韩国知识产权局的第10-2022-0027024号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用全部包含于此。
技术领域
发明构思的技术思想涉及一种存储装置，并且更具体地，涉及一种包括用于向存储装置辅助供电的辅助电源装置的存储装置及其操作方法。
背景技术
通常，包括存储器装置和存储器控制器的存储器系统通过接收外部电力进行操作。另外，可能发生在存储器系统正在操作时电力被突然切断的突然断电(SPO)状况。在这种情况下，因为存储器控制器使用易失性存储器存储数据，所以存储在易失性存储器中的数据可能丢失，或者在存储器装置中正在执行的操作(例如，擦除操作、写入操作等)可能未完成。为了解决这个问题，存储器系统使用辅助电源装置来完成正在执行的操作并执行用于备份数据的操作。
发明内容
发明构思的技术问题提供了一种存储装置，该存储装置监测辅助电源装置的劣化程度，并基于具有根据监测结果转换的电压电平的输出电压在转储模式下操作。
发明构思的技术问题不限于上面提及的技术问题，并且本领域技术人员将从以下描述中清楚地理解未提及的其他技术问题。
根据发明构思的一个方面，提供了一种存储装置，包括：电源装置，包括辅助电源装置，电源装置被配置为：监测辅助电源装置，基于对辅助电源装置的监测生成指示辅助电源装置的劣化程度的劣化监测信号，以及基于外部电力或辅助电力生成输出电压；以及主系统，被配置为：基于所述输出电压进行操作，接收劣化监测信号，将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较，以及执行备份操作并生成电压缩放命令，电压缩放命令用于控制电源装置将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放(DVS)电平。
根据发明构思的另一方面，提供了一种存储装置，包括：辅助电源装置，被配置为提供辅助电力；电源控制器，被配置为基于外部电力或辅助电力中的一个输出具有恒定电压电平的内部电力，监测辅助电源装置，并且基于对辅助电源装置的监测来生成指示辅助电源装置的劣化程度的劣化监测信号；操作电压提供器，被配置为基于内部电力生成具有多个电压电平的输出电压；以及控制器，被配置为接收劣化监测信号，响应于劣化监测信号将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较，并且基于比较的结果生成电压缩放命令，电压缩放命令用于控制操作电压提供器将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放(DVS)电平。
根据发明构思的另一方面，提供了一种操作存储装置的方法，所述存储装置包括电源装置和主系统，电源装置包括辅助电源装置，主系统被配置为基于从电源装置输出的输出电压进行操作，所述方法包括：监测辅助电源装置的劣化程度；将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较；当辅助电源装置的劣化程度小于所述参考值时，生成用于将输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放(DVS)电平的电压缩放命令；以及当发生突然断电时执行电压缩放命令。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，在附图中：
图1是示出根据本发明构思的至少一个实施例的存储装置的框图；
图2是示出根据本发明构思的至少一个实施例的主系统的结构的框图；
图3是示出根据本发明构思的至少一个实施例的电源装置的结构的框图；
图4是示出根据本发明构思的至少一个实施例的辅助电源装置的电路图；
图5是用于解释根据本发明构思的至少一个实施例的电源装置的操作的示图；
图6是示出根据本发明构思的至少一个实施例的操作电压提供器的结构的框图；
图7是示出根据本发明构思的至少一个实施例的存储装置的操作的流程图；
图8是示出根据本发明构思的至少一个实施例的存储装置的操作的流程图；
图9是用于解释根据本发明构思的至少一个实施例的输出电压的示图；
图10是示出根据本发明构思的至少一个实施例的存储装置的操作的流程图；
图11是示出根据示例实施例的包括存储装置的存储系统的框图；以及
图12是示出根据本发明构思的至少一个实施例的控制器的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本明构思的各种示例实施例。除非另有指示，否则以下描述中的功能元件和附图中所示的对应块可以以被配置为执行特定功能的处理电路(诸如，硬件、软件或其组合)实现。例如，处理电路更具体地可以包括但不限于中央处理器(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等，和/或处理电路可以包括诸如晶体管、电阻器、电容器等中的至少一个的电子组件，和/或可以包括诸如逻辑门的电子组件，逻辑门包括与门、或门、与非(NAND)门、非门、异或门等中的至少一个。
图1是示出根据本发明构思的至少一个实施例的存储装置的框图。
参照图1，存储装置100可以包括电源装置130和主系统110。存储装置100可以是固态驱动器(SSD)和/或被包括在固态驱动器(SSD)中。例如，当存储装置100包括SSD时，存储装置100可以对应于包括用于存储数据的至少一个闪存芯片(例如，NAND存储器芯片)的闪存装置。
存储装置100可以包括各种类型的存储装置(诸如，多媒体卡(MMC)，嵌入式多媒体卡(eMMC)，诸如缩小尺寸的MMC(RS-MMC)和微型MMC的多媒体卡，安全数字(SD)卡、迷你SD卡和微型SD卡形式的安全数字卡，通用存储总线(USB)存储装置，通用闪存存储(UFS)装置，个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)卡形式的存储装置，外围组件互连(PCI)卡形式的存储装置，PCI-快速(PCI-E)卡形式的存储装置，紧凑型闪存(CF)卡，智能媒体卡，记忆棒等)中的任何一种。然而，存储装置100的示例不限于特定的存储器系统。
另外，在一些示例实施例中，存储装置100可以以各种类型的封装类型中的任何一种来制造。例如，存储装置100可以以各种类型的封装类型(诸如，封装体叠层(POP)、系统级封装(SIP)、片上系统(SOC)封装、多芯片封装(MCP)、板上芯片(COB)封装、晶片级制造封装(WFP)、晶片级堆叠封装(WSP)等)中的任何一种来制造。
电源装置130可以向主系统110提供输出电压Vout，并且主系统110可以使用输出电压Vout来执行操作。在此，输出电压Vout可以表示主系统110操作所需(和/或使用)的电压。输出电压Vout可以输出到多个通道，并且从每个通道输出的输出电压Vout可以具有相同或不同的电压电平。
主系统110可以控制存储装置100的整体操作，并且可以从存储器读取数据(以及向存储器写入数据)。主系统110可以从电源装置130接收突然断电检测信号S_DET，并且可以响应于突然断电检测信号S_DET而控制电源装置130在外部电源模式或辅助电源模式下操作。此外，主系统110可以执行用于在突然断电(SPO)状况下备份系统恢复所需的必要信息的转储(dump)操作。
主系统110可以从电源装置130接收劣化监测信号CHM，并且可以响应于劣化监测信号CHM来控制输出电压Vout的电压电平。因为输出电压Vout可输出到多个通道，所以主系统110可分别控制输出到每个通道的输出电压Vout的电压电平。
例如，主系统110可以生成电压缩放命令VSC，电压缩放命令VSC将输出电压Vout的平均电压电平转换为动态电压缩放(DVS)电平。DVS电平可以指非易失性存储器装置在SPO状况下执行转储操作并终止存储装置100的所有操作的最小电压电平。DVS电平可以是由用户预设(或以其他方式设置)的值和/或可以是由主系统110自动计算的值。将参照稍后描述的图6和图9更详细地描述DVS电平。
电源装置130可通过处理从外部施加的外部电源电压(或称为外部电力、外部电源)EXT或从辅助电源装置132施加的辅助电力，将输出电压Vout提供给主系统110。电源装置130可以包括至少一个电源管理集成电路(PMIC)(未示出)。
电源装置130可以从外部接收外部电源电压EXT，并且通过监测外部电源电压EXT的电压电平来检测SPO状况。例如，当外部电源电压EXT的电压电平低于初始设置(或以其他方式确定)的最小可允许操作电压电平时，电源装置130可以检测到SPO。电源装置130可以在SPO被感测到时激活突然断电检测信号S_DET，并将激活的突然断电检测信号S_DET输出到主系统110。例如，去激活的突然断电检测信号S_DET可以具有低电平，并且激活的突然断电检测信号S_DET可以具有高电平。然而，示例实施例不限于此，并且例如，去激活的突然断电检测信号S_DET可以具有高电平，并且激活的突然断电检测信号S_DET可以具有低电平。
电源装置130可以包括辅助电源装置132。辅助电源装置132可以在SPO状况下向主系统110供应辅助电力。例如，即使由于突然断电而停止供应到主系统110的外部电源电压EXT的供应，也可以例如从辅助电源装置132向主系统110供应辅助电力。因此，主系统110可以基于辅助电力被驱动(或供电)。响应于接收到辅助电力，主系统110可以执行转储操作。当转储操作完成时，主系统110可以正常地终止存储装置100的所有操作。
电源装置130可以监测辅助电源装置132的劣化程度。例如，因为在辅助电源装置132中充入的电能的量可以对应于辅助电源装置132的劣化程度，所以电源装置130可以通过使用在辅助电源装置132中充入的电能来监测辅助电源装置132的劣化程度。可以以各种方式监测存储在辅助电源装置132中的电能的量。例如，电源装置130可以通过使用辅助电源装置132放电所需的时间、辅助电源装置132完全充电所需的时间、和/或辅助电源装置132的充电电压等来监测辅助电源装置132的劣化程度。
电源装置130可以基于监测辅助电源装置132的劣化程度的结果来生成指示辅助电源装置132的劣化程度的劣化监测信号CHM，并且可以将劣化监测信号CHM输出到主系统110。主系统110可以响应于劣化监测信号CHM，来控制从电源装置130输出的输出电压Vout的电压电平。例如，主系统110可以响应于劣化监测信号CHM而生成电压缩放命令VSC，电压缩放命令VSC将从电源装置130输出的输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平。
根据至少一个示例实施例，电源装置130可以监测辅助电源装置132的劣化程度，并且主系统110可以响应于辅助电源装置132的劣化程度，通过控制从电源装置130输出的输出电压Vout的电压电平，来在SPO状况下启动主系统110的转储操作。
另外，通过由主系统110控制从电源装置130输出的输出电压Vout的电压电平，可以降低在SPO状况下执行转储操作所消耗的功率。因此，可以延长存储装置100的预期寿命。另外，通过在存储装置100的初始设计中反映降低的功率，可以省略包括在辅助电源装置132中的电容器中的至少一些。因此，可以降低存储装置100的制造成本。
在下文中，参照图2至图6更详细地描述存储装置100的每个组件。
图2是示出根据本发明构思的至少一个实施例的主系统的结构的框图。图2是图1的主系统110的示例的图。在下文中，参照图1进行描述，并且省略已经参照图1给出的描述。
参照图2，主系统110可以包括控制器111、第一存储器112和第二存储器113。
控制器111可以分析输入到主系统110的信号，并且基于分析的结果来处理操作。控制器111可以控制图1的电源装置130的操作。例如，控制器111可以响应于从图1的电源装置130接收的突然断电检测信号S_DET，控制图1的电源装置130，使得图1的电源装置130在外部电源模式或辅助电源模式下操作。
控制器111可以控制诸如读取、写入和擦除第一存储器112和第二存储器113中的每个的数据的操作。例如，当图1的电源装置130在辅助电源模式下操作时，控制器111可以控制第一存储器112和第二存储器113，使得第一存储器112和第二存储器113执行转储操作。转储操作可以指备份系统恢复所需的必要信息的操作。例如，在突然断电的情况下，控制器111可以控制第一存储器112和第二存储器113，使得存储在第一存储器112中的数据备份到第二存储器113。
控制器111可以包括固件114和模数转换器(ADC)115。尽管图2中未示出，但是控制器111还可以包括处理器和操作存储器，并且固件114可以是包括在处理器中的组件。在一些示例实施例中，控制器111可以被配置为(和/或包括)处理电路(诸如，微控制器单元(MCU)和/或中央处理器(CPU))。固件114可以指响应于用户的输入而处理数据的软件或应用。
控制器111可以通过使用(或以其他方式执行)固件114来控制存储装置100的整体操作。控制器111可以通过使用固件114来控制图1的电源装置130。然而，示例实施例不限于此，并且控制器111可以使用例如硬件、软件、或硬件和软件的组合，来执行用于控制图1的电源装置130的操作。
控制器111可以从图1的电源装置130接收劣化监测信号CHM。控制器111可以连续地或以预定周期接收劣化监测信号CHM。例如，预定周期可以是由用户设置和/或基于图1的辅助电源装置132的充电循环确定的值。
控制器111(例如，使用固件114)可以基于劣化监测信号CHM将图1的辅助电源装置132的劣化程度与设置的参考值进行比较。参考值可以是表示可以确保在SPO状况下主系统110的转储操作的最小电能的量的值。例如，参考值可以表示：即使图1中的辅助电源装置132劣化，也可以确保在SPO状况下主系统110的转储操作的电能的极限值。在一些示例实施例中，参考值可以是由用户输入的值。
固件114可以基于将图1的辅助电源装置132的劣化程度与设置(或以其他方式确定)的参考值进行比较的结果，来生成用于对输出电压Vout的电压电平进行转换的电压缩放命令VSC。例如，当图1的辅助电源装置132的劣化程度等于或小于设置的参考值时，固件114可以生成电压缩放命令VSC。
电压缩放命令VSC可以是用于将输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平的命令。DVS电平可以是使得在主系统110在SPO状况下执行转储操作之后正常地终止所有操作的输出电压Vout的最小电压电平，和/或可以是在主系统110在SPO状况下执行转储操作之后正常地终止所有操作所需的输出电压Vout的最小电压电平。固件114可以以各种方式确定DVS电平。例如，固件114可以使用下面的第一方法至第三方法中的至少一个来确定DVS电平。
当通过第一方法确定DVS电平时，固件114可以基于输出电压Vout的电压电平来计算DVS电平。ADC 115可以实时监测输出电压Vout的电压电平，并且可以实时地将监测结果提供给固件114。固件114可以提取通过ADC 115监测的输出电压Vout的最小电压电平和最大电压电平，并且通过使用提取的最小电压电平和最大电压电平来计算输出电压的变化值(delta value)。固件114可以使用计算的输出电压的变化值来确定DVS电平。
当通过第二方法确定DVS电平时，固件114可以基于输出电压Vout的电压电平来计算DVS电平。然而，与第一方法不同，可以使用预设(或以其他方式确定)的输出电压的变化值。预设的输出电压的变化值可以是由用户输入的值。将参照稍后将描述的图8和图9更详细地描述固件114自动计算并确定DVS电平的第一方法和第二方法。
当通过第三方法确定DVS电平时，固件114可以将DVS电平输出为预设(或以其他方式确定)的固定值。该固定值可以是由用户输入的值。
固件114可以将生成的电压缩放命令VSC存储在第一存储器112中。固件114可以基于突然断电检测信号S_DET来执行存储在第一存储器112中的电压缩放命令VSC。当突然断电检测信号S_DET被激活时，固件114可以通过执行电压缩放命令VSC来将输出电压Vout的电压电平转换为DVS电平。
例如，固件114可以在图1的辅助电源装置132的劣化程度等于或小于参考值时生成电压缩放命令VSC并将电压缩放命令VSC存储在第一存储器112中，并且可以在SPO发生时通过执行存储在第一存储器112中的电压缩放命令VSC来将输出电压Vout的电压电平转换为DVS电平。因此，可以以低的功率执行主系统110的转储操作，并且可以延长图1的存储装置100的预期寿命。
第一存储器112和第二存储器113可以分别是不同类型的存储器。第一存储器112和第二存储器113中的一个可以是缓冲存储器，并且另一个可以是主存储器。例如，第一存储器112可以是缓冲存储器，并且第二存储器113可以是主存储器。取决于主存储器的类型，存储装置100可以是SSD。例如，当动态RAM(DRAM)用作第一存储器112的缓冲存储器并且NAND闪存用作第二存储器113的主存储器时，存储装置100可以是SSD。然而，示例实施例不限于存储装置100是SSD。此外，在下文中，将描述第一存储器112是缓冲存储器，并且第二存储器113是主存储器，但是示例实施例不限于此。
第一存储器112可以用作主系统110的数据存储介质。第一存储器112可以临时存储输入到第二存储器113的数据/从第二存储器113输出的数据。第一存储器112可以临时存储从固件114生成的电压缩放命令VSC。临时存储在第一存储器112中的数据可以在控制器111的控制下被发送到第二存储器113。第一存储器112可以被配置为易失性存储器。例如，第一存储器112可以包括静态随机存取存储器(SRAM)和DRAM中的至少一个。
第二存储器113可以用作主系统110的数据存储介质。第二存储器113可以包括多个非易失性存储器装置。例如，第二存储器113可以包括诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻随机存取存储器(RRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物随机存取存储器(PorRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)和铁电随机存取存储器(FRAM)的非易失性存储器中的至少一个。在下面的附图中，第二存储器113被描述为NAND闪存装置，但是示例实施例不限于此。尽管未示出，但是第二存储器113可以包括存储器单元阵列、写入/读取电路和控制逻辑。
图3是示出根据本发明构思的至少一个实施例的电源装置的结构的框图。详细地，图3是用于解释图1的电源装置130的图。在下文中，将参照图1和图2描述电源装置130，并且将省略已经参照图1和图2给出的描述。
参照图3，电源装置130可以包括电源控制器131、辅助电源装置132和操作电压提供器133。
电源控制器131可以控制电源装置130的整体操作。电源控制器131可以是断电保护集成电路(PLP IC)，但不限于此。
电源控制器131可从外部接收外部电源电压EXT，并将外部电源电压EXT转换为具有恒定电压电平的内部电源电压(或称为内部电源)INT。输入到电源控制器131的外部电源电压EXT可以是从图11中的主机2000施加的电力，并且从电源控制器131输出的内部电源电压INT可以被转换为在电源控制器131内部具有恒定电压电平并且被提供给操作电压提供器133。
电源控制器131可以监测外部电源电压EXT的电压电平，并且当外部电源电压EXT的电压电平下降到低于初始设置的最小可允许操作电压电平时，电源控制器131可以检测到SPO已经发生。电源控制器131可以通过检测突然断电来激活突然断电检测信号S_DET，并将激活的突然断电检测信号S_DET提供给图2的控制器111。
电源控制器131可以基于监测的外部电源电压EXT的电压电平在外部电源模式或辅助电源模式下操作。图2中的控制器111可以基于从电源控制器131输出的突然断电检测信号S_DET，来控制电源控制器131在外部电源模式或辅助电源模式下操作。例如，在一些示例实施例中，当SPO已经发生时，电源控制器131可以使用辅助电源模式进行操作。
当外部电源电压EXT被正常地供应给电源控制器131时，电源控制器131可以使突然断电检测信号S_DET去激活，并且图2的控制器111可以控制电源控制器131在外部电源模式下操作。因此，电源控制器131可以允许外部电源电压EXT作为内部电源电压INT被输出，并且阻止在辅助电源装置132中充入的电能(例如，辅助电源(或称为辅助电力)AUX)作为内部电源INT被输出。例如，在外部电源模式下，如第一箭头A1所示，外部电源电压EXT可以作为内部电源电压INT被提供给操作电压提供器133。
当电源控制器131在外部电源模式下操作时，电源控制器131可以使用外部电源电压EXT将充电电力CHR提供给辅助电源装置132。例如，电源控制器131可以将外部电源电压EXT转换为用于对辅助电源装置132充电的充电电力CHR，并将充电电力CHR提供给辅助电源装置132。
在下文中，外部电源电压EXT被正常地供应给电源控制器131的情况可以指外部电源电压EXT的电压电平等于或大于初始设置的最小允许操作电压电平的情况。另外，外部电源电压EXT不被正常地供应给电源控制器131的情况可以指外部电源电压EXT的电压电平降低到低于初始设置的最小允许操作电压电平的情况。例如，在SPO状况下，外部电源电压EXT可能不被正常地供应给电源控制器131。
另一方面，当外部电源电压EXT不被正常地供应给电源控制器131时，电源控制器131可以激活突然断电检测信号S_DET，并且图2的控制器111可以控制电源控制器131在辅助电源模式下操作。在这种情况下，电源控制器131可以阻止外部电源电压EXT作为内部电源电压INT被输出，并且允许在辅助电源装置132中充入的电能(例如，辅助电源AUX)作为内部电源INT被输出。例如，在辅助电源模式下，如第二箭头A2所示，从辅助电源装置132提供的辅助电力AUX可以作为内部电源电压INT被供应给操作电压提供器133。
电源控制器131可以以各种方式监测辅助电源装置132的劣化程度。例如，电源控制器131可以通过使用辅助电源装置132放电所需的时间、辅助电源装置132完全充电所需的时间、和/或辅助电源装置132的充电电压等来监测辅助电源装置132的劣化程度。在下文中，为了便于描述，将描述使用辅助电源装置132放电所需的时间来监测辅助电源装置132的劣化程度，但是根据本发明构思的实施例不限于此。
辅助电源装置132放电所需的时间可以表示在辅助电源装置132中充入的电能的量。例如，随着辅助电源装置132劣化(随着在辅助电源装置132中充入的电能减少)，辅助电源装置132放电所需的时间可以缩短。因此，电源控制器131可以通过测量辅助电源装置132放电所需的时间来监测辅助电源装置132的劣化程度。
电源控制器131可以基于监测辅助电源装置132的劣化程度的结果来生成劣化监测信号CHM。电源控制器131可以连续地或以预定(或以其他方式确定)的周期将劣化监测信号CHM提供给图2的控制器111。例如，预定周期可以是由用户设置的值。可选地，例如，可以基于辅助电源装置132的充电循环来确定预定周期。将参照稍后描述的图5更详细地描述辅助电源装置132的劣化。
辅助电源装置132可以包括一个或多个电容器。辅助电源装置132可以使用从电源控制器131供应的充电电力CHR来存储电能。另外，辅助电源装置132可以将存储在辅助电源装置132中的电能作为辅助电源AUX提供给电源控制器131。电源控制器131可以对辅助电源AUX进行转换，使得辅助电源AUX具有恒定的电压电平，并且将转换后的辅助电源作为内部电源INT提供给操作电压提供器133。因此，即使当SPO状况发生时，图1的存储装置100也可以执行数据备份并且正常地终止正在执行的操作。
尽管辅助电源装置132在图3中被示出为与电源控制器131分离的块，但是示例实施例不限于此，并且辅助电源装置132可以是包括在电源控制器131中的组件。参照稍后将描述的图4更详细地描述辅助电源装置132。
操作电压提供器133可以从电源控制器131接收内部电源电压INT。操作电压提供器133可以通过对内部电源INT的电压电平进行转换来生成图1的主系统110进行操作所需的各种操作电压的电平。例如，操作电压提供器133可以对内部电源INT的电压电平进行转换，使得图2的控制器111的操作所需的各种电平的电压被生成。操作电压提供器133可以对内部电源INT的电压电平进行转换，使得图2的第一存储器112和图2的第二存储器113的读取、写入和擦除操作所需的各种电平的电压被生成。
操作电压提供器133可以例如将具有内部电源INT的增加的电压电平的输出电压Vout提供给需要比提供的内部电源INT的电压电平高的电压电平的组件，并且将具有提供的内部电源INT的降低的电压电平的输出电压Vout提供给需要比提供的内部电源INT的电压电平低的电压电平的组件。参照稍后将描述的图6更详细地描述操作电压提供器133。
图4是示出根据本发明构思的实施例的辅助电源装置的电路图。详细地，图4是图3的辅助电源装置132的电路图。在下文中，参照图1至图3描述辅助电源装置，并且省略已经参照图1至图3给出的描述。
参照图4，辅助电源装置132可以包括至少一个电容器，例如，电容器C1至CN。辅助电源装置132可以具有在其中至少一个电容器C1至CN并联连接的结构。至少一个电容器C1至CN可以包括大容量电容器，例如超级电容器。超级电容器可以是能够存储大量电荷的蓄电装置。至少一个电容器C1至CN可以包括电解电容器、钽电容器、薄膜电容器、和/或陶瓷电容器等中的至少一个。
例如，在电解电容器中，可以使用薄氧化物膜作为电介质，并且可以使用铝作为电极。电解电容器具有良好的低频特性，并且可以被实现为具有高达数万μF的高容量。钽电容器可以具有由钽(Ta)形成的电极，并且可以具有比电解电容器好的温度和频率特性。薄膜电容器可以具有在其中薄膜电介质(诸如，聚丙烯、聚苯乙烯和聚四氟乙烯)放置在电极(诸如，铝和铜)之间并卷绕成卷的结构。取决于材料和制造工艺，薄膜电容器可以具有不同的容量和用途。对于陶瓷电容器，可以使用具有高介电常数的材料(诸如，钛酸钡(Titanium-Barium))作为介电材料。陶瓷电容器具有良好的高频特性，并且可以用于将噪声传递到地。作为一种陶瓷电容器的多层陶瓷电容器(MLCC)可以使用多层高k陶瓷作为电极之间的电介质。MLCC具有良好的温度和频率特性，并且由于其小的尺寸而可以广泛用于旁路。
构成本实施例的辅助电源装置132的至少一个电容器C1至CN可以由具有低等效串联电阻(ESR)的铝电容器、钽电容器或MLCC形成，但是示例实施例不限于此。如上面参照图3所述，辅助电源装置132可以通过经由电源控制器131提供的图3的充电电力CHR充电，并且可以基于图3的外部电源电压EXT提供图3的充电电力CHR。
可以以预定(或以其他方式确定)的周期重复执行电容器C1至CN的充电操作。例如，当电容器C1至CN的电压电平达到图5的第一电平V1时，辅助电源装置132可以停止充电。当充电停止时，可能发生自然放电现象，其中电荷从电容器C1至CN逐渐放电，因此，电容器C1至CN的电压电平可以逐渐降低。随着自然放电现象发生，电容器C1至CN的电压电平可以达到低于图5中的第一电平V1的图5中的第二电平V2，并且辅助电源装置132可以再次执行充电。可选地，当图3中的外部电源电压EXT的供应被停止并且图3中的辅助电源AUX被使用时，电容器C1至CN的电压电平可以达到低于图5中的第一电平V1的图5中的第二电平V2，并且当随后图3的外部电源电压EXT的供应被恢复时，辅助电源装置132可以再次执行充电。图5中的第一电平V1和图5中的第二电平V2可以是由用户预设(或以其他方式设置)的值。
存储在辅助电源装置132中的电能可以基于下面的等式1来计算。
[等式1]
Figure BDA0003871183100000131
这里，ECAP可以是存储在辅助电源装置132中的电能，C可以是辅助电源装置132的等效电容，并且VCHR可以是辅助电源装置132的充电电压。在下文中，“辅助电源装置132的电容”可以指包括在辅助电源装置132中的至少一个电容器C1至CN的等效电容。辅助电源的充电电压VCHR可以是固定的恒定值，并且电容器C1至CN的电容可以是可变值。
根据等式1，随着辅助电源装置132劣化，辅助电源装置132的电容C可以减小。因此，辅助电源装置132可以提供给图3的电源控制器131的电能ECAP可以减少，并且在SPO状况下，图1的主系统110的操作所需的图3的辅助电力AUX可能未被充分地供应给图3的电源控制器131。
图5是用于解释根据一些实施例的电源装置的操作的示图。详细地，图5是用于解释图3的电源装置130的操作的曲线图。在下文中，将参照图1至图4进行描述，并且将省略已经参照图1至图4给出的描述。
参照图5，第一情况CASE1可以表示图3的辅助电源装置132未劣化的情况，并且第二情况CASE2可以表示图3的辅助电源装置132劣化并且图3的辅助电源装置132的劣化程度等于预设(或以其他方式设置)的“参考值”的情况。参考值可以表示可以确保在SPO状况下图2的主系统110的转储操作的电能值的最小值。图5中的箭头可以指示随着第一情况CASE1朝向第二情况CASE2移动，图3中的辅助电源装置132劣化，并且存储在图3中的辅助电源装置132中的电能减少。
在第一时间点t1，图3的外部电源电压EXT可以被正常地供应给图3的电源装置130。因此，图3中的电源装置130可以在外部电源模式下操作，并且可以输出基于图3的外部电源电压EXT从图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT。另外，因为可以基于图3的外部电源EXT对图3的辅助电源装置132进行充电，所以在第一情况CASE1和第二情况CASE2两者中，电容器的充电电压VCHR的电压电平可以是第一电平V1。在外部电源模式下，由图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT的电压电平可以是第三电平V3。第三电平V3可以等于或低于第一电平V1。
在第二时间点t2，可以发生SPO。因此，图3中的电源装置130可以在辅助电源模式下操作，并且可以基于图3的辅助电力AUX输出从图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT。另外，在第一情况CASE1和第二情况CASE2中，当图3的辅助电源装置132使用图3的辅助电源AUX时，电容器的充电电压VCHR的电压电平可以开始降低。在辅助电源模式下，由图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT的电压电平可以是第四电平V4。第四电平V4可以低于第三电平V3并且高于第二电平V2。
在第三时间点t3，第二情况CASE2中的电容器的充电电压VCHR的电压电平可以变为第二电平V2。因此，在第三时间点t3，第二情况CASE2的图3中的辅助电源装置132可以被放电，并且由图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT的电压电平可以是第五电平V5。在第五电平V5，图1的存储装置100可以被关闭。例如，第五电平V5可以是0V。
在第二情况CASE2中，图3的辅助电源装置132放电所需的时间可以与第二时段P2相同。第二时段P2可以表示可以确保在SPO状况下图2的主系统110的转储操作并且可以是上面参照图1至图3描述的“参考值”的电能的最小值。
在第四时间点t4，第一情况CASE1中的电容器的充电电压VCHR的电压电平可以变为第二电平V2。因此，在第四时间点t4，第一情况CASE1的图3中的辅助电源装置132可以被放电，并且由图3的电源控制器131输出的内部电源电压INT的电压电平可以是第五电平V5。在第一情况CASE1中，图3的辅助电源装置132放电所需的时间可以与第一时段P1相同。第一时段P1可以比第二时段P2长。例如，随着在图3的辅助电源装置132中充入的电能减少(随着图3的辅助电源装置132劣化)，图3的辅助电源装置132放电所需的时间可以缩短，并且提供给图3的操作电压提供器133的内部电源电压INT的供应时间也可以缩短。因此，可以减少通过图3的操作电压提供器133提供给图1的主系统110的电能的量。
根据一些实施例，即使当存储在图3的辅助电源装置132中的电能值(例如，辅助电源放电所需的时间)等于或小于参考值(例如，第二时段P2)时发生SPO，通过将从图3的操作电压提供器133输出的输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平，也可以减少图2的主系统110的转储操作中消耗的功率。因此，即使存储在图3的辅助电源装置132中的电能值等于或小于参考值，也可以保证图2的主系统110的转储操作。例如，可以延长存储装置100的预期寿命。
另外，通过在图1的存储装置100的初始设计中反映降低的功率，可以省略包括在图4的辅助电源装置132中的图4的电容器C1至CN中的至少一些。因此，可以降低图1的存储装置100的制造成本。
图6是示出根据一些实施例的操作电压提供器的结构的框图。详细地，图6是图3的操作电压提供器133的框图。在下文中，参照图1至图3进行描述，并且省略已经参照图1至图3给出的描述。
参照图6，操作电压提供器133可以包括一个或多个PMIC和DC/DC(直流/直流)转换器。例如，操作电压提供器133可以包括第一PMIC 134、第二PMIC 135和DC/DC转换器136。图6中示出的操作电压提供器133被示出为包括第一PMIC和第二PMIC，但不限于此，并且操作电压提供器133可以仅包括一个PMIC或者三个或更多个PMIC。另外，尽管在图6中仅示出了一个DC/DC转换器136，但是本发明构思不限于此。操作电压提供器133可以包括一个或多个DC/DC转换器，并且DC/DC转换器可以被省略。
第一PMIC 134和第二PMIC 135可以在图2的控制器111的控制下，提供与图2的主系统110的每个组件对应的输出电压Vout。图6示出输出电压Vout包括第一输出电压Vout1至第八输出电压Vout8，但是这仅是用于解释输出电压Vout可以包括具有各种电压电平的输出电压的示例，并且示例实施例不限于此。另外，尽管图6中未示出，但是第一PMIC 134和第二PMIC 135生成与主系统(图2的110)的每个组件对应的输出电压Vout，并且同时生成与图2的主系统110的每个组件对应的时钟信号。生成的时钟信号可以与输出电压Vout一起被提供给对应的组件。
第一PMIC 134可以基于内部电源INT生成(例如，通过通道Ch1至Ch4)提供给图2中的控制器111的每个组件的第一输出电压Vout1至第四输出电压Vout4，并且将第一输出电压Vout1至第四输出电压Vout4分别提供给图2的控制器111的对应组件。第一输出电压Vout1至第四输出电压Vout4的电压电平可以彼此相同或不同。图6的第一PMIC 134被示出为生成第一输出电压Vout1至第四输出电压Vout4，但是根据本发明构思的实施例不限于此。
第二PMIC 135可以基于内部电源电压INT生成(例如，通过通道Ch1至Ch4)提供给图2的第一存储器112和图2的第二存储器113的第五输出电压Vout5至第七输出电压至Vout7，并且将第五输出电压Vout5至第七输出电压至Vout7提供给图2中的第一存储器112和图2中的第二存储器113的对应组件。例如，将第五输出电压Vout5和第六输出电压Vout6提供给图2的第二存储器113的对应组件，并且可将第七输出电压Vout7提供给图2的第一存储器112。第五输出电压Vout5至第七输出电压Vout7的电压电平可以彼此相同或不同。图6的第二PMIC 135被示出为生成第五输出电压Vout5至第七输出电压Vout7，但是示例实施例不限于此。
第一PMIC 134和第二PMIC 135可以在图2的控制器111的控制下调节输出电压Vout的电压电平。第一PMIC 134和第二PMIC 135可以提供、阻止和/或转换输出电压Vout中的每个的电压电平。例如，第一PMIC 134和第二PMIC 135可以基于图2的电压缩放命令VSC，将第一输出电压Vout1至第七输出电压Vout7中的每个的平均电压电平转换为对应的DVS电平。DVS电平可以是由用户输入的固定值，或者可以是由图2中的控制器111自动计算的值。针对第一输出电压Vout1至第七输出电压Vout7中的每个，DVS电平可以彼此相同或不同。例如，第一输出电压Vout1的DVS电平可以大于第二输出电压Vout2的DVS电平。
DC/DC转换器136可以在图2的控制器111的控制下调节提供给图2的第二存储器113的第八输出电压Vout8。DC/DC转换器136可以提供、阻止和/或转换第八输出电压Vout8的电压电平。例如，DC/DC转换器136可以基于图2的电压缩放命令VSC将第八输出电压Vout8的平均电压电平转换为对应的DVS电平。DVS电平可以是由用户输入的固定值，或者可以是由图2中的控制器111自动计算的值。第八输出电压Vout8的DVS电平可以与第一输出电压Vout1至第七输出电压Vout7的DVS电平相同或不同。
图7是示出根据一些实施例的存储装置的操作的流程图。详细地，图7是示出图1的存储装置100的操作方法的流程图。在下文中，将参照图1至图6进行描述，并且将省略已经参照图1至图6给出的描述。
参照图7，操作存储装置100的方法S100可以包括操作S110、S120、S130、S140和S150。
在操作S110中，图3的电源控制器131可以监测图3的辅助电源装置132的劣化程度。可以通过存储在图3的辅助电源装置132中的电能来监测图3的辅助电源装置132的劣化程度。例如，随着图3的辅助电源装置132劣化，存储在图3的辅助电源装置132中的电能的量可以减少。因此，图3的电源控制器131可以使用可以表示存储在图3的辅助电源装置132中的电能的值来监测图3的辅助电源装置132的劣化程度。例如，如上面参照图4和图5所述，图3的电源控制器131可以通过测量图3的辅助电源装置132放电所需的时间来监测图3的辅助电源装置132的劣化程度。
图3的电源控制器131可以基于监测图3的辅助电源装置132的劣化程度的结果连续地或以预定(或以其他方式确定)的周期输出图3的劣化监测信号CHM。图3的电源控制器131可以将图3的劣化监测信号CHM提供给图2的控制器111。
在操作S120中，图2的控制器111可以接收图2的劣化监测信号CHM。图2的固件114可以基于图2的劣化监测信号CHM，将图3的辅助电源装置132的劣化程度与参考值进行比较。例如，图2的固件114可以基于图2的劣化监测信号CHM，将存储在图3的辅助电源装置132中的电能与参考值进行比较。例如，图2的固件114可以将图3的辅助电源装置132放电所需的时间与参考值(例如，图5的第二时段P2)进行比较。参考值可以是表示可以确保在SPO状况下图2的主系统110的转储操作的最小电能的值。参考值可以是由用户输入的值。可以根据图1的存储装置100的配置将参考值设置为各种值。
当存储在图3中的辅助电源装置132中的电能大于参考值时，图2的固件114可以确定图3的辅助电源装置132的劣化程度处于可以确保在SPO状况下图2的主系统110的转储操作的水平。因此，可以重复操作S110。
当存储在图3中的辅助电源装置132中的电能等于或小于参考值时，图2的固件114可以确定图3的辅助电源装置132的劣化程度处于难以保证在SPO状况下图2的主系统110的转储操作的水平。因此，可以执行操作S130。
在操作S130中，图2的控制器111可以生成对图2的输出电压Vout的电压电平进行转换的图2的电压缩放命令VSC。图2的电压缩放命令VSC可以是用于将图2的输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平的命令。DVS电平可以是使得在图2的主系统110在SPO状况下执行转储操作之后正常地终止操作的图2的输出电压Vout的最小电压电平，和/或可以是在图2的主系统110在SPO状况下执行转储操作之后正常地终止操作所需的图2的输出电压Vout的最小电压电平。DVS电平可以是由用户输入的固定值，或者可以是由图2中的固件114自动计算的值。图2的电压缩放命令VSC可以存储在图2的第一存储器112中。
在操作S140中，当图3的外部电源EXT的电压电平降低到小于初始设定的最小可允许操作电压电平时，图3的电源控制器131可检测到SPO。图3的电源控制器131可以在检测到SPO时激活图3的突然断电检测信号S_DET，并且可以将激活的图3的突然断电检测信号S_DET提供给图2的控制器111。
在操作S150中，图2中的控制器111可以响应于图2的突然断电检测信号S_DET，执行存储在图2的第一存储器112中的图2的电压缩放命令VSC。因此，图3的操作电压提供器133可以将图2的输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平。另外，图2的控制器111可以响应于图2的突然断电检测信号S_DET，控制图3的电源装置130在辅助电源模式下操作，并且可以控制图2的主系统110执行转储操作。
根据本发明构思的至少一个实施例，当图3中的输出电压Vout的平均电压电平被转换为DVS电平时，在SPO状况下，可以节省为了图2的主系统110执行转储操作并稳定地关闭系统所消耗的功率。因此，即使存储在图3的辅助电源装置132中的电能由于辅助电源装置132的劣化而不足以使图2的主系统110执行转储操作并稳定地关闭系统，也可以保证图1的存储装置100的转储操作。
另外，通过在图1的存储装置100的初始设计中反映节省的功率，可以省略包括在图4的辅助电源装置132中的图4的电容器C1至CN中的至少一些。因此，可以降低图1的存储装置100的制造成本。在下文中，参照图8至图10更详细地描述生成电压缩放命令VSC的方法。
图8是示出根据一些示例实施例的生成电压缩放命令的方法的流程图。详细地，图8是图7的操作S130的实施例，并且是用于解释固件114通过图2中描述的第一方法或第二方法确定DVS电平的操作的示图。在下文中，将参照图1至图7进行描述，并且将省略已经参照图1至图7给出的描述。
参照图8，操作S130可以包括操作S131、S132、S133、S134和S135。
在操作S131中，图2的ADC 115可以监测图2的输出电压Vout的电压电平。图2的输出电压Vout的电压电平可以根据图1的存储装置100的操作状态(例如，温度、湿度和在操作期间消耗的功率的变化)而变化。图2的固件114可以使用由图2中的ADC 115监测的图2的输出电压Vout，来提取图2中的输出电压Vout的最小电压电平和最大电压电平。
在操作S132中，图2的固件114可以基于图2的输出电压Vout的最小电压电平和最大电压电平来确定DVS电平。首先，图2中的固件114可以使用下面的等式2来计算图2中的输出电压Vout的变化值。
[等式2]
Figure BDA0003871183100000191
ΔV可以是输出电压的变化值，Vout_max可以是输出电压的最大电压电平，并且Vout_min可以是输出电压的最小电压电平。例如，ΔV可以表示输出电压的变化量。
另外，图2的固件114可以使用计算的输出电压的变化值ΔV来计算DVS电平。DVS电平可以通过下面的等式3确定。
[等式3]
VPKG_min+ΔV≤VDVS
这里，VPKG_min是在设计阶段确定的图2中的输出电压Vout的极限电压电平(或阈值电压电平)，使得图2中的主系统110可以稳定地操作，并且在下文中，VPKG_min可以被称为“规格电平”。可以考虑图1的存储装置100的可靠性来确定规格电平VPKG_min。规格电平VPKG_min可以是图2的输出电压Vout可以具有的最小电压电平。可以根据提供输出电压的配置来不同地确定规格电平VPKG_min。例如，提供给控制器的输出电压(例如，图6的第一输出电压Vout1)的规格电平VPKG_min可以不同于提供给第二存储器的输出电压(例如，图6的第五输出电压Vout5)的规格电平VPKG_min。
VDVS可以是图2中的输出电压Vout的DVS电平。DVS电平VDVS可以被确定为等于或大于规格电平VPKG_min与输出电压的变化值ΔV之和。DVS电平VDVS可以是转换后的输出电压的平均值。
在另一实施例中，输出电压的变化值ΔV可以是预设(或以其他方式设置)的值。例如，输出电压的变化值ΔV可以是由用户输入的值，而不是由图2中的固件114使用上面的等式2计算的值。在这种情况下，可以使用预设(或以其他方式设置)的输出电压的变化值ΔV和等式3来确定DVS电平VDVS。例如，DVS电平VDVS可以被确定为等于或大于预设(或以其他方式设置)的变化值ΔV与规格电平VPKG_min之和的值。
在操作S133中，当DVS电平VDVS小于规格电平VPKG_min与输出电压的变化值ΔV之和时，图2中的固件114设置DVS电平VDVS，使得输出电压可被增加第一值α。第一值α可以是由用户输入的值。第一值α可以是由图2中的固件114任意确定的值。例如，第一值α可以是0.01V。
在操作S134中，当DVS电平VDVS等于或大于规格电平VPKG_min与输出电压的变化值ΔV之和时，图2的固件114可以确定输出电压的DVS电平VDVS。
在操作S135中，图2的固件114可以基于确定的DVS电平VDVS来生成电压缩放命令。图2的固件114可以将生成的电压缩放命令存储在图2的第一存储器112中。
图9是用于解释根据一些示例实施例的输出电压的示图。详细地，图9是用于解释通过上面在图2中描述的第一方法将输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平的操作的图。在下文中，将参照图1至图8进行描述，并且将省略已经参照图1至图8给出的描述。
在图9中，为了便于解释，描述了将图6的输出电压Vout中包括的第一输出电压Vout1至第八输出电压Vout8之中的第一输出电压Vout1的平均电压电平转换为DVS电平的方法，但是本发明构思不限于此，并且第二输出电压Vout2至第八输出电压Vout8也可以以与下面描述的相同方式转换为DVS电平。每个输出电压的DVS电平可以被确定为彼此相同或不同。
参照图9，第一时间点t1可以对应于图7的操作S130。因此，在第一时间点t1，在图1的辅助电源装置132中充入的电能可以小于预设(或以其他方式设置)的参考值，并且图2的固件114可以生成电压缩放命令。
在第一时间点t1，图2的ADC 115可监测从图6的第一PMIC 134输出的第一输出电压Vout1的电压电平。第一输出电压Vout1的电压电平可以根据图1的存储装置100的操作条件(例如，温度、湿度、操作期间消耗的功率等的变化)而变化。因此，第一输出电压Vout1可以包括最小电压电平Vout_min和最大电压电平Vout_max。
图2的固件114可以使用等式2、第一输出电压的最小电压电平Vout_min和第一输出电压的最大电压电平Vout_max来计算第一变化值ΔV1。第一变化值ΔV1可以是第一输出电压的最小电压电平Vout_min(或最大电压电平Vout_max)与第一输出电压的平均电压电平Vout_avg之间的变化量。
图2的固件114可以通过使用根据图2的ADC 115的监测结果计算的第一变化值ΔV1，来确定DVS电平VDVS。可以使用上述等式3来确定DVS电平VDVS。例如，DVS电平VDVS可以被确定为“图2的控制器111可以稳定地操作的第一输出电压的规格电平VPKG_min与第一变化值ΔV1之和”或大于该和的值。
DVS电平VDVS可以是转换后的第一输出电压Vcnv1的平均电压电平。例如，转换后的第一输出电压Vcnv1可以具有与第一输出电压Vout1类似的可变电压电平，并且可以包括最小电压电平VCNV_min和最大电压电平VCNV_max。图2的确定的DVS电平VDVS和生成的电压缩放命令VSC可以存储在图2的第一存储器112中。
第二时间点t2可以对应于图7的操作S140和S150。SPO可以在第二时间点t2发生，并且可以执行存储在图2的第一存储器112中的图2的电压缩放命令VSC。因此，图6的第一PMIC 134可以将第一输出电压Vout1的平均电压电平Vout_avg转换为DVS电平VDVS，并且可以从第二时间点t2输出转换后的第一输出电压Vcnv1。图2的控制器111可以基于转换后的第一输出电压Vcnv1进行操作。
图10是示出根据一些示例实施例的用于生成电压缩放命令的方法的流程图。详细地，图10是图7的操作S130的另一实施例，并且是用于解释图2的固件114通过上面在图2中描述的第三方法来确定DVS电平的操作的示图。在下文中，将参照图1至图7进行描述，并且将省略已经参照图1至图7给出的描述。
参照图10，操作S130'可以包括操作S131'和S132'。操作S130'可以对应于图7的操作S130。
在操作S131'中，用户可以设置图2中的固件114以将DVS电平确定为固定值。当图2中的固件114将DVS电平确定为固定值时，图2的输出电压Vout的电压电平可以被确定为DVS电平，而不管周围条件(诸如，在图2的主系统110正在操作时实时消耗的功率和外部环境)如何。在这种情况下，用户可以输入被确定为DVS电平的固定值。固定值可以等于或大于用于图2的主系统110在SPO状况下稳定地操作的图2的输出电压Vout的最小电压电平。
在操作S132'中，图2的固件114可以基于由用户输入的固定值来生成电压缩放命令。图2的固件114可以将生成的电压缩放命令存储在图2的第一存储器112中。
图11是示出根据一些示例实施例的包括存储装置的存储系统的框图。
参照图11，存储系统200可以包括存储装置1000和主机2000。存储装置1000可以响应于来自主机2000的请求而服务数据。例如，存储装置1000可以存储从主机2000提供的数据，或者将存储在存储装置1000中的数据提供给主机2000。
存储装置1000可以包括图1的存储装置100。存储装置1000可以包括固态驱动器(SSD)。存储装置1000可以包括控制器1100、多个非易失性存储器装置1200和电源装置1300。
控制器1100可以向主机2000发送信号/从主机2000接收信号。这里，信号可以包括命令CMD、地址ADD和数据DAT。例如，命令CMD可以包括用于将数据写入存储装置1000的写入命令和用于读取存储在存储装置1000中的数据的读取命令。例如，控制器1100可以从主机2000接收写入命令和读取命令。
控制器1100可以基于从主机2000接收的信号来控制存储装置1000的整体操作。控制器1100可以基于从主机2000接收的命令CMD来控制用于驱动存储装置1000的固件或软件。例如，当从主机2000提供的命令CMD是写入命令时，控制器1100可通过处理写入命令来控制存储装置1000写入数据。例如，当从主机2000提供的命令CMD是读取命令时，控制器1100可以通过处理读取命令来控制存储装置1000读取数据。
控制器1100可以从电源装置1300接收输出电压Vout。输出电压Vout可以是控制器1100和多个非易失性存储器装置1200进行操作所需的电压。输出电压Vout可以输出到多个通道(例如，CH1至CHN，其中，N可以是大于1的整数)，并且从每个通道输出的输出电压Vout可以具有不同的电压电平。
控制器1100可以从电源装置1300接收突然断电检测信号S_DET，并且可以响应于突然断电检测信号S_DET而控制电源装置1300在外部电源模式或辅助电源模式下操作。另外，控制器1100可以控制非易失性存储器装置1200的操作，使得非易失性存储器装置1200在SPO状况下执行转储操作。
控制器1100可以从电源装置1300接收劣化监测信号CHM，并且可以响应于劣化监测信号CHM来控制从电源装置1300输出的输出电压Vout的电压电平。例如，控制器1100可以响应于劣化监测信号CHM，生成用于将从电源装置1300输出的输出电压Vout的平均电压电平转换为DVS电平的电压缩放命令。
控制器1100可根据操作生成响应信号RES，并将生成的响应信号RES发送到主机2000。响应信号RES可以指基于控制器1100响应于命令CMD处理存储装置1000的操作的结果而生成的信号。控制器1100可将响应信号RES提供给主机2000。
非易失性存储器装置1200可以用作存储装置1000的存储介质。非易失性存储器装置1200可以包括NAND闪存装置，但是示例实施例不限于此。尽管未示出，但是非易失性存储器装置1200可以包括存储器单元阵列、写入/读取电路和控制逻辑。非易失性存储器装置1200可以包括图2的第二存储器113。
电源装置1300可以处理从外部施加的外部电力(EXT)或从辅助电源装置1320施加的辅助电力，以将处理后的电力提供给存储装置1000。电源装置1300可以通过监测外部电源电压EXT的电压电平来检测SPO。当SPO发生时，电源装置1300可以激活突然断电检测信号S_DET并将激活的突然断电检测信号S_DET输出到控制器1100。电源装置1300可以包括图3的电源装置130。电源装置1300可以包括辅助电源装置1320。
电源装置1300可以监测辅助电源装置1320的劣化程度。电源装置1300可以基于监测辅助电源装置1320的劣化程度的结果来生成劣化监测信号CHM，控制器1100可以响应于劣化监测信号CHM来控制输出电压Vout的电压电平。
主机2000可以被配置为板(诸如，印刷电路板)的形式。尽管图11中未示出，但主机2000可包括用于生成和处理控制信号的后台功能块。主机2000可以包括用于向存储装置1000发送信号和从存储装置1000接收信号的连接端子(未示出)(诸如，插口、插槽或连接器)，并且存储装置1000可以安装在主机2000的连接端子上。主机2000和存储装置1000可以通过连接端子发送信号(诸如，命令、地址和数据)。可以基于主机2000与存储装置1000之间的接口方法以各种形式配置连接端子。
在下文中，将参照图12更详细地描述控制器1100。
图12是示出根据一些示例实施例的控制器的框图。详细地，图12是用于解释图11的控制器1100的示图。在下文中，参照图11描述控制器1100，并且将省略已经参照图11给出的描述。
参照图12，控制器1100可以包括主机接口1110、处理器1120、ADC 1130、存储器接口1140、缓冲存储器1150、存储器控制器1160、用户接口1170和总线1180。
主机接口1110可以控制图11的存储装置1000与图11的主机2000之间的接口操作。主机接口1110可以将图11的存储装置1000和连接到图11的存储装置1000的图11的主机2000互连，并且可以包括图11中的存储装置1000与图11中的主机2000之间的数据交换协议。主机接口1110可以是串行高级技术附件(SATA)接口、并行高级技术附件(PATA)接口、通用串行总线(USB)或串行附接小型计算机系统(SAS)接口、PCI-快速(PCI-E)、或非易失性存储器-快速(NVMe)接口。然而，示例实施例不限于此。
处理器1120可以分析输入到图11的存储装置1000的信号，并基于分析结果处理操作。处理器1120可以控制诸如读取、写入和擦除缓冲存储器1150和图11的非易失性存储器装置1200的数据的操作。处理器1120可以包括MCU或CPU。处理器1120可以是包括在图2的控制器111中的组件。
处理器1120可以使用固件FW来控制图11的存储装置1000的整体操作。固件FW可以指响应于用户的输入来处理数据的软件、应用等。处理器1120可以执行固件FW以控制图11的非易失性存储器装置1200和图11的电源装置1300。固件FW被描述为在处理器1120中执行，但不限于此，并且固件FW可以在缓冲存储器1150中执行，或者可以以另一块配置执行。
处理器1120可以命令在将从图11中的非易失性存储器装置1200读取的数据提供给图11中的主机2000之前，将该数据临时存储在缓冲存储器1150中。另外，处理器1120可以命令在将图11的主机2000请求写入图11的非易失性存储器装置1200的数据写入图11的非易失性存储器装置1200之前，将该数据临时存储在缓冲存储器1150中。在这种情况下，提供给图11的主机2000的数据或从图11中的主机2000提供的数据可以包括由应用执行的数据和图11的主机2000的用于管理数据的元数据。
响应于从图11的电源装置1300接收的图11中的突然断电检测信号S_DET，处理器可以控制图11的电源装置1300，使得图11的电源装置1300在外部电源模式或辅助电源模式下操作。处理器1120可以基于从图11中的电源装置1300接收的图11的突然断电检测信号S_DET，来控制图11的非易失性存储器装置1200，使得图11的非易失性存储器装置1200执行转储操作。
固件FW可以对应于图2的固件114。固件FW可以像图2的固件114那样生成电压缩放命令。固件FW可以将生成的电压缩放命令存储在缓冲存储器1150中。固件FW可以基于从图11的电源装置1300接收的图11的突然断电检测信号S_DET来执行存储在缓冲存储器1150中的电压缩放命令。
存储器接口1140可以在处理器1120的控制下，将数据写入缓冲存储器1150或读取存储在缓冲存储器1150中的数据。存储器接口1140可以在处理器1120的控制下，将电压缩放命令写入缓冲存储器1150或者读取存储在缓冲存储器1150中的电压缩放命令。存储器接口1140可以管理缓冲器分配单元(BAU)，BAU管理缓冲器以及缓冲器的使用和释放。
缓冲存储器1150可以用作控制器1100的数据存储介质。缓冲存储器1150可以临时存储输入到图11的非易失性存储器装置1200或控制器1100的数据/从图11的非易失性存储器装置1200或控制器1100输出的数据。缓冲存储器1150可以临时存储从固件FW生成的电压缩放命令。临时存储在缓冲存储器1150中的数据可以在控制器1100的控制下被发送到图11的主机2000或非易失性存储器装置1200。缓冲存储器1150可以包括易失性存储器。例如，缓冲存储器1150可以包括静态随机存取存储器(SRAM)和动态RAM(DRAM)中的至少一个。缓冲存储器1150可对应于图2的第一存储器112。
存储器控制器1160可以控制图11的非易失性存储器装置1200的操作。存储器控制器1160可以与图11的非易失性存储器装置1200交换命令、地址、数据等。例如，存储器控制器1160可在写入操作期间将从主机接口1110接收的信号发送到图11的非易失性存储器装置1200，并且可在读取操作期间将从图11的非易失性存储器装置1200读取的信号发送到主机接口1110。
用户接口1170可以包括输入接口和输出接口，用户可以通过输入接口访问图11的存储装置1000，输出接口能够向用户提供图11的存储装置1000的操作状态或处理结果。用户可以通过用户接口1170输入电能的参考值。参考值可以是在固件FW中与图11的辅助电源装置1320中充入的电能值进行比较的值。参考值可以是最小电能值，以该最小电能值，即使当在图11的辅助电源装置1320劣化之后发生SPO时，图11的存储装置1000也可以正常地终止操作。
用户可以通过用户接口1170输入DVS电平确定方法。例如，用户可以通过用户接口1170设置固件(FW)，以将DVS电平确定为固定值或由固件(FW)自动确定的值。当固件FW将DVS电平确定为固定值时，DVS电平可以被确定，而不管图11的存储装置1000的操作环境如何。在这种情况下，用户可以通过用户接口1170输入被确定为DVS电平的固定值。该固定值可以是比用于图11的控制器1100和非易失性存储器装置1200在SPO情况下稳定地操作的输出电压Vout的规格电平大的值。
总线1180可以是用于在存储装置100中包括的每个组件之间移动数据的通道。例如，主机接口1110、处理器1120、ADC 1130、存储器接口1140、缓冲存储器1150、存储器控制器1160和用户接口1170可以通过总线1180彼此交换信号。
根据本发明构思的至少一个实施例，电源装置1300可以监测辅助电源装置1320的劣化程度，并且控制器1100可以通过根据辅助电源装置1320的劣化程度控制输出电压Vout的电压电平来保证在SPO状况下存储装置1000的转储操作，并且可以延长存储装置1000的预期寿命。另外，通过在存储装置1000的初始设计中反映降低的功率并且省略包括在辅助电源装置1320中的电容器中的至少一些，可以降低存储装置1000的制造成本。
虽然已经参照发明构思的一些示例实施例具体示出和描述了发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种存储装置，包括：
电源装置，包括提供辅助电力的辅助电源装置，电源装置被配置为：监测辅助电源装置，基于对辅助电源装置的监测生成指示辅助电源装置的劣化程度的劣化监测信号，以及基于外部电力或辅助电力生成输出电压；以及
主系统，被配置为：基于所述输出电压进行操作，接收劣化监测信号，基于接收的劣化监测信号将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较，以及执行备份操作并生成电压缩放命令，电压缩放命令用于控制电源装置将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放电平。
2.如权利要求1所述的存储装置，其中，主系统被配置为：
当辅助电源装置的劣化程度小于或等于所述参考值时，生成电压缩放命令，以及
基于实时监测的所述输出电压的电压电平来确定动态电压缩放电平。
3.如权利要求2所述的存储装置，其中，主系统被配置为：
使用所述输出电压的最小电压电平和所述输出电压的最大电压电平来计算所述输出电压的变化值，以及
将动态电压缩放电平确定为通过将所述变化值与所述输出电压的规格电平相加而获得的值或大于获得的值的值；并且
其中，所述规格电平是被确定的使得主系统能够稳定地操作的所述输出电压的阈值电压电平。
4.如权利要求1所述的存储装置，其中，主系统被配置为：
当辅助电源装置的劣化程度小于或等于所述参考值时，生成电压缩放命令，以及
将动态电压缩放电平确定为通过将预设的输出电压的变化值与所述输出电压的规格电平相加而获得的值或大于获得的值的值；并且
其中，所述规格电平是被确定的使得主系统能够稳定地操作的所述输出电压的阈值电压电平。
5.如权利要求1所述的存储装置，其中，主系统被配置为：
当辅助电源装置的劣化程度小于或等于所述参考值时，生成电压缩放命令，以及
将动态电压缩放电平确定为由用户输入的固定值。
6.如权利要求1所述的存储装置，其中，电源装置包括：
电源控制器，被配置为检测突然断电，激活突然断电检测信号，并且通过对外部电力或辅助电力进行转换而输出具有恒定电压电平的内部电力；以及
操作电压提供器，被配置为基于内部电力来生成所述输出电压，使得所述输出电压包括多个电压电平。
7.如权利要求6所述的存储装置，其中，主系统被配置为：响应于激活的突然断电检测信号而执行电压缩放命令。
8.如权利要求1所述的存储装置，其中，电源装置使用辅助电源装置放电的放电时间来监测辅助电源装置的劣化程度。
9.如权利要求1所述的存储装置，其中，电源装置使用辅助电源装置完全充电的充电时间来监测辅助电源装置的劣化程度。
10.如权利要求1所述的存储装置，其中，主系统还包括：
第一存储器，被配置为临时存储电压缩放命令并且包括至少一个易失性存储器；以及
第二存储器，包括至少一个非易失性存储器。
11.如权利要求10所述的存储装置，其中，第一存储器包括动态随机存取存储器，
第二存储器包括NAND闪存，并且
在突然断电的情况下，控制器控制第一存储器和第二存储器将存储在第一存储器中的数据备份到第二存储器。
12.一种存储装置，包括：
辅助电源装置，被配置为提供辅助电力；
电源控制器，被配置为：基于外部电力和辅助电力中的一个来输出具有恒定电压电平的内部电力，监测辅助电源装置，并且基于对辅助电源装置的监测来生成指示辅助电源装置的劣化程度的劣化监测信号；
操作电压提供器，被配置为基于内部电力生成具有多个电压电平的输出电压；以及
控制器，被配置为接收劣化监测信号，响应于劣化监测信号将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较，并且基于比较的结果生成电压缩放命令，电压缩放命令用于控制操作电压提供器将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放电平。
13.如权利要求12所述的存储装置，其中，控制器包括：
模数转换器，被配置为实时监测所述输出电压的电压电平；以及
固件，被配置为基于通过模数转换器实时监测的所述输出电压来确定动态电压缩放电平。
14.如权利要求12所述的存储装置，其中，
电源控制器被配置为通过经由监测外部电力的电压电平检测突然断电来激活突然断电检测信号，以及
控制器被配置为响应于激活的突然断电检测信号而执行电压缩放命令。
15.一种操作存储装置的方法，所述存储装置包括电源装置和主系统，电源装置包括辅助电源装置，主系统被配置为基于从电源装置输出的输出电压进行操作，所述方法包括：
监测辅助电源装置的劣化程度；
将辅助电源装置的劣化程度与参考值进行比较；
当辅助电源装置的劣化程度小于所述参考值时，生成用于将所述输出电压的平均电压电平转换为动态电压缩放电平的电压缩放命令；以及
当发生突然断电时执行电压缩放命令。
16.如权利要求15所述的方法，其中，生成电压缩放命令的步骤包括：
实时监测所述输出电压的电压电平；
基于实时监测结果提取所述输出电压的最小电压电平和所述输出电压的最大电压电平；
使用所述输出电压的最小电压电平和所述输出电压的最大电压电平来计算所述输出电压的变化值；
将动态电压缩放电平确定为通过将所述变化值与所述输出电压的规格电平相加而获得的值或大于获得的值的值；
基于确定的动态电压缩放电平来生成电压缩放命令；以及
将电压缩放命令存储在包括在主系统中的缓冲存储器中，
其中，所述规格电平是被确定的使得主系统能够稳定地操作的所述输出电压的阈值电压电平。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
当动态电压缩放电平小于通过将所述变化值与所述规格电平相加而获得的值时，将第一值加到动态电压缩放电平；以及
重复将第一值加到动态电压缩放电平，直到动态电压缩放电平大于或等于通过将所述变化值与所述规格电平相加而获得的值。
18.如权利要求15所述的方法，其中，生成电压缩放命令的步骤包括：
将动态电压缩放电平确定为通过将预设的输出电压的变化值与所述输出电压的规格电平相加而获得的值或大于获得的值的值；
基于确定的动态电压缩放电平来生成电压缩放命令；以及
将电压缩放命令存储在包括在主系统中的缓冲存储器中，
其中，所述规格电平是被确定的使得主系统能够稳定地操作的所述输出电压的阈值电压电平。
19.如权利要求15所述的方法，其中，生成电压缩放命令的步骤包括：
将动态电压缩放电平确定为基于用户的输入的固定值；
基于确定的动态电压缩放电平来生成电压缩放命令；以及
将电压缩放命令存储在包括在主系统中的缓冲存储器中。
20.如权利要求15所述的方法，还包括：
检测突然断电，并且当发生突然断电时激活突然断电检测信号；以及
基于突然断电检测信号，执行将包括在主系统中的缓冲存储器中的数据备份到包括在主系统中的非易失性存储器装置的转储操作。
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