KR101503873B1 - 보조 전원 장치 및 그것을 포함하는 사용자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 보조 전원 장치는 보조 전원을 저장하기 위한 슈퍼 커패시터, 외부 전원 장치의 서든 파워 오프 시에 외부 전원 장치의 전원 레벨에 따라 외부 전원을 자동으로 차단하고 슈퍼 커패시터의 보조 전원을 자동으로 제공하기 위한 단방향 소자, 외부 전원 장치 및 슈퍼 커패시터의 전원 레벨을 검출하기 위한 전원 검출기, 그리고 전원 검출기의 검출 결과에 따라 데이터 백업 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함한다. 본 발명에 의하면, 보조 전원 장치는 메인 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 메인 전원 장치의 전원을 자동으로 차단함과 동시에, 보조 전원을 자동으로 공급함으로, 데이터를 안전하게 보호할 수 있다.

Description

보조 전원 장치 및 그것을 포함하는 사용자 장치{AUXILIARY POWER SUPPLY AND USER DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 사용자 장치(user device)에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 보조 전원 장치를 포함하는 사용자 장치에 관한 것이다.

사용자 장치(user device)는 퍼스널 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더, 휴대 전화 등과 같은 전자 장치들뿐만 아니라, 메모리 카드 등과 같은 저장 장치를 포함한다. 이들 사용자 장치는 대부분 내부적으로 데이터를 저장하기 위한 메모리 장치를 포함하고 있다. 메모리 장치에는 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 메모리와 EEPROM, FRAM, PRAM, MRAM, Flash Memory 등과 같은 불휘발성 메모리 등이 있다. 휘발성 메모리는 전원이 차단될 때 저장된 데이터를 잃지만, 불휘발성 메모리는 전원이 차단되더라도 저장된 데이터를 보존한다.

사용자 장치는 내부 또는 외부에 있는 전원 장치(power supply)로부터 전원을 공급받는다. 여기에서, 전원 장치는 110V, 220V 등과 같은 가정용 또는 사업용 전원일 수도 있고, 사용자 장치 내부에 있는 어댑터나 충전 장치일 수도 있다. 사용자 장치는 전원 장치의 갑작스런 파워 오프(이하, 서든 파워 오프라 함)로 인해, 데이터 손실 등과 같은 치명적인 손상을 입을 수 있다.

예를 들면, 플래시 메모리 기반의 SSD 저장 장치에서는 메타 데이터나 캐시 데이터 등을 안전하게 보호해야 하는데, 서든 파워 오프로 인해 이들 데이터를 잃을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 제조업자들은 전원 장치의 서든 파워 오프를 대비하기 위한 여러 가지 사용자 장치들을 개발하고 있다.

종래의 사용자 장치는 서든 파워 오프 시에 스위칭 수단을 이용하여, 전원 장치의 전원을 차단하고 보조 전원을 제공하고 있다. 종래의 사용자 장치는 전원 차단 직후에 파워 리플(power ripple)과 같은 불안정한 전압을 가질 수 있다. 또한, 종래의 사용자 장치는 스위칭 지연(switching delay)로 인해 동작 오류를 발생할 수 있다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전원 장치의 서든 파워 오프(SPO; sudden power off) 시에, 메인 전원을 자동으로 차단하고 보조 전원을 자동으로 제공할 수 있는 보조 전원 장치 및 그것을 포함하는 사용자 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 보조 전원 장치는 보조 전원을 저장하기 위한 전원 저장 장치; 및 외부 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 상기 외부 전원 장치의 전원 레벨에 따라 외부 전원을 차단하고 상기 보조 전원을 제공하기 위한 전원 제 어 장치를 포함한다.

실시 예로서, 상기 전원 저장 장치는 슈퍼 커패시터일 수 있다. 상기 전원 제어 장치는 상기 외부 전원 장치의 전원 레벨에 따라 외부 전원을 차단하기 위한 제 1 단방향 소자; 및 상기 전원 저장 장치의 레벨에 따라 보조 전원을 제공하기 위한 제 2 단방향 소자를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 단방향 소자는 다이오드일 수 있다. 상기 전원 제어 장치는 상기 전원 저장 장치를 보호하기 위한 보호 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 보호 장치는 상기 전원 저장 장치로 흐르는 과전류를 줄이기 위한 전류 리미터(current limiter)일 수 있다.

다른 실시 예로서, 상기 보조 전원 장치는 상기 외부 전원 장치의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 1 전원 검출기; 상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 2 전원 검출기; 및 상기 제 1 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 데이터 백업 동작을 수행하고, 상기 제 2 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 데이터 백업 동작을 정지하기 위한 제어기를 더 포함한다.

또 다른 실시 예로서, 상기 보조 전원 장치는 상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 전원 검출기(이하, 제 n 전원 검출기라 함)를 더 포함하되, 상기 제 n 전원 검출기는 전원 검출 레벨을 달리한다.

상기 보조 전원 장치는 상기 전원 저장 장치의 보조 전원의 양을 감지하기 위한 감지기를 더 포함한다. 상기 제어기는 상기 감지기로부터의 감지 신호에 응답하여, 상기 전원 저장 장치의 충전 상태를 외부로 알려준다.

상기 보조 전원 장치는 상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 조절하기 위한 레귤레이터를 더 포함할 수 있다. 상기 레귤레이터는 상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 일정 레벨로 높이거나 낮출 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치는 메인 전원을 제공하기 위한 메인 전원 장치; 및 상기 메인 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 상기 메인 전원 장치의 전원 레벨에 따라 메인 전원을 차단하고 보조 전원을 제공하기 위한 보조 전원 장치를 포함한다.

실시 예로서, 상기 보조 전원 장치는 상기 보조 전원을 저장하기 위한 슈퍼 커패시터; 상기 메인 전원 장치의 전원 레벨에 따라 메인 전원을 차단하기 위한 제 1 단방향 소자; 및 상기 슈퍼 커패시터의 전원 레벨에 따라 보조 전원을 제공하기 위한 제 2 단방향 소자를 포함한다. 상기 보조 전원 장치는 상기 슈퍼 커패시터로 흐른 과전류를 줄이기 위한 전류 리미터를 더 포함한다.

다른 실시 예로서, 상기 사용자 장치는 상기 보조 전원을 이용하여 제 1 메모리 장치로부터 제 2 메모리 장치로 데이터 백업 동작을 수행할 수 있다. 상기 보조 전원 장치는 상기 메인 전원 장치의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 1 전원 검출기; 상기 슈퍼 커패시터의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 2 전원 검출기; 및 상기 제 1 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 제 1 메모리 장치로부터 상기 제 2 메모리 장치로의 데이터 백업 동작을 수행하고, 상기 제 2 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 데이터 백업 동작을 정지하기 위한 제어기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 보조 전원 장치는 메인 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 메인 전원 장치의 전원을 자동으로 차단함과 동시에, 보조 전원을 자동으로 공급함으로, 파워 리플(power ripple)이나 스위칭 지연(swicthing delay)과 같은 불안정한 상황을 줄이고 백업 데이터 동작을 안전하게 수행할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치(user device)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 사용자 장치(10)는 데이터 버스 및 전원 라인(11), 중앙처리장치(CPU, 12), 저장 장치(13, 14), 그리고 전원 장치(15, 100)를 포함한다.

도 1에서는 저장 장치의 예로서 휘발성 메모리(VM, 13)와 불휘발성 메모리(NVM, 14)가 도시되어 있다. 그리고 전원 장치의 예로서 전원 장치(15)와 보조 전원 장치(100)가 도시되어 있다. 이하에서, 전원 장치(15)는 보조 전원 장치(auxiliary power supply)와의 구별을 위해, 메인 전원 장치(main power supply) 또는 외부 전원 장치(external power supply)라는 용어로 사용될 것이다.

사용자 장치(10)는 퍼스널 컴퓨터(PC)로 구현되거나, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 그리고 카메라 등과 같은 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다. 사용자 장치(10)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프(SPO; Sudden Power Off) 시에, 메인 전원 장치(15)의 전원을 자동으로 차단하 고, 보조 전원 장치(100)에 저장된 보조 전원을 자동으로 공급할 수 있다.

도 1을 참조하면, 휘발성 메모리(13)는 전원이 차단될 때 데이터를 잃을 수 있는 저장 장치로, DRAM이나 SRAM 등을 포함한다. 불휘발성 메모리(14)는 전원이 차단되더라도 데이터 보존할 수 있는 저장 장치로, EEPROM, FRAM, PRAM, MRAM, Flash Memory 등을 포함한다. 휘발성 메모리(13)와 불휘발성 메모리(14)는 데이터 버스 및 전원 라인(11)을 이용하여, 데이터를 주고 받으며 메인 전원 장치(15) 또는 보조 전원 장치(100)로부터 전원을 공급받는다.

일반적으로 불휘발성 메모리(14)는 전원이 차단되더라도 데이터를 보존할 수 있지만, 데이터 처리 속도가 느리다는 단점을 갖는다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 사용자 장치(10)는 불휘발성 메모리(14)에 저장된 데이터를 휘발성 메모리(13)로 읽어온 다음에, 휘발성 메모리(13)를 이용하여 데이터를 처리한다. 사용자 장치(10)는 휘발성 메모리(13)에서 처리된 데이터를 불휘발성 메모리(14)에 백업한다.

메인 전원 장치(15)는 휘발성 메모리(13)나 불휘발성 메모리(14)의 동작을 위한 전원을 제공한다. 즉, 메인 전원 장치(15)는 휘발성 메모리(13)나 불휘발성 메모리(14)의 쓰기/읽기/소거 동작이나, 휘발성 메모리(13)로부터 불휘발성 메모리(14)로의 데이터 백업 동작 등을 위한 전원을 제공한다.

한편, 메인 전원 장치(15)는 사용자 부주의나 장치 결함 등 예기치 않은 상황으로 인해, 갑자기 전원이 차단되는 서든 파워 오프(SPO; Sudden Power Off) 현상이 발생할 수 있다. 메인 전원 장치(15)가 서든 파워 오프되면, 휘발성 메모리(13)에서 처리한 데이터를 손실할 위험이 있다. 특히, 휘발성 메모리(13)에서 처리한 데이터가 캐시 데이터나 메타 데이터와 같이 중요한 정보라면, 사용자 장치(10)는 서든 파워 오프로 인해 치명적인 손상을 입을 수 있다.

도 1에 도시된 사용자 장치(10)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프로 인한 손실을 줄이기 위해, 보조 전원 장치(100)를 구비한다. 보조 전원 장치(100)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프 시에, 메인 전원 장치(15)의 전원을 자동으로 차단함과 동시에, 보조 전원을 자동으로 공급할 수 있다. 보조 전원 장치(100)를 이용하면, 서든 파워 오프 직후에 발생할 수 있는 파워 리플(power ripple)이나 스위칭 지연(switching delay)으로 인한 오류를 줄일 수 있다.

도 1을 참조하면, 보조 전원 장치(100)는 슈퍼 커패시터(110), 단방향 소자(121, 122), 전원 검출기(131, 132), 전류 리미터(140), 그리고 제어기(150)를 포함한다.

슈퍼 커패시터(110)는 고용량의 전하를 보유할 수 있는 전원 저장 장치로서, 보조 전원을 저장하는데 사용된다. 슈퍼 커패시터(110)는 메인 전원 장치(15)의 전원이 차단된 경우에, 보유 전하를 이용하여 일정 시간 동안, 사용자 장치(100)에 보조 전원을 제공한다. 슈퍼 커패시터(110)는 사용자 장치(100)의 파워 업(power up) 시에 전하를 충전할 수 있을 뿐만 아니라, 메인 전원 장치(15)의 노말 동작 시에도 전하를 충전할 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 단방향 소자(121, 122)는 서든 파워 오프 시에, 메인 전원 장치(15)의 전원 레벨에 따라 메인 전원을 자동으로 차단하고, 슈퍼 커 패시터(110)의 보조 전원을 자동으로 공급하기 위한 전원 제어 장치(power control device)이다. 단방향 소자(121, 122)는 다이오드 등과 같이 한 방향으로만 전류를 흐르게 할 수 있는 소자이다.

제 1 단방향 소자(121)는 제 1 전원 라인(PL1)을 통해 메인 전원 장치(15)와 연결되고, 제 2 전원 라인(PL2)을 통해 제어기(150)와 연결된다. 제 1 단방향 소자(121)는 제 1 및 제 2 전원 라인(PL1, PL2)의 전압 차에 따라, 제 1 전원 라인(PL1)으로부터 제 2 전원 라인(PL2)으로의 전류 통로(current path)를 형성한다. 즉, 제 1 단방향 소자(121)는 제 1 및 제 2 전원 라인(PL1, PL2)의 전압 차가 기준 전압(reference voltage) 이상이면 전류 통로를 형성하고, 이하이면 전류 통로를 차단한다.

제 1 단방향 소자(121)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프 시에, 제 1 전원 라인(PL1)의 전원 레벨이 소정 전압 이하로 떨어지면, 전류 통로를 차단한다. 제 1 단방향 소자(121)는 서든 파워 오프 직후에 메인 전원 장치(15)의 전원 레벨에 따라 메인 전원(main power)을 자동으로 차단함으로, 파워 리플(power ripple)로 인한 문제들을 줄일 수 있다. 제 1 단방향 소자(121)는 다이오드(diode)를 통해 구현할 수 있다.

제 2 단방향 소자(122)는 슈퍼 커패시터(110)와 제 2 전원 라인(PL2) 사이에 연결된다. 제 2 단방향 소자(122)는 슈퍼 커패시터(110)와 제 2 전원 라인(PL2)의 전압 차에 따라, 슈퍼 커패시터(110)로부터 제 2 전원 라인(PL2)으로의 전류 통로(current path)를 형성한다. 즉, 제 2 단방향 소자(122)는 슈퍼 커패시터(110) 와 제 2 전원 라인(PL2)의 전압 차가 기준 전압(reference voltage) 이상이면 전류 통로를 형성하고, 이하이면 전류 통로를 차단한다.

제 2 단방향 소자(122)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프 시에, 제 2 전원 라인(PL2)의 전원 레벨이 소정 전압 이하로 떨어지면, 슈퍼 커패시터(110)의 전원 레벨에 따라 전류 통로를 형성한다. 즉, 제 2 단방향 소자(122)는 서든 파워 오프 시에, 슈퍼 커패시터(110)의 전원 레벨에 따라 보조 전원(auxiliary power)을 자동으로 제공함으로, 스위칭 지연(swicthing delay)으로 인한 문제들을 줄일 수 있다. 제 2 단방향 소자(122)는 다이오드(diode)를 통해 구현할 수 있다.

제 1 전원 검출기(131)는 제 1 전원 라인(PL1)에 연결되며, 메인 전원 장치(15)의 전원 레벨을 검출한다. 즉, 제 1 전원 검출기(131)는 메인 전원 장치(15)의 서든 파워 오프 시에, 제 1 전원 라인(PL1)이 소정 레벨(Va, 도 4 참조) 이하로 떨어지는지를 검출한다. 제 1 전원 검출기(131)는 검출 결과로서 제 1 제어 신호(CTRL1)를 발생한다. 제어기(150)는 제 1 제어 신호(CTRL1)에 응답하여, 휘발성 메모리(13)로부터 불휘발성 메모리(14)로의 데이터 백업 동작 등을 수행한다.

제 2 전원 검출기(132)는 제 2 전원 라인(PL2)에 연결되며, 슈퍼 커패시터(110)의 전원 레벨을 검출한다. 즉, 제 2 전원 검출기(132)는 서든 파워 오프 시에, 제 2 전원 라인(PL2)이 소정 레벨(Vb, 도 4 참조) 이하로 떨어지는지를 검출한다. 제 2 전원 검출기(132)는 검출 결과로서 제 2 제어 신호(CTRL2)를 발생한다. 제어기(150)는 제 2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여, 사용자 장치(10)의 동작 을 정지한다.

전류 리미터(140)는 슈퍼 커패시터(110)와 제 2 전원 라인(PL2) 사이에 연결된다. 전류 리미터(140)는 슈퍼 커패시터(110)를 보호하기 위한 보호 장치이다. 전류 리미터(140)는 슈퍼 커패시터(110)로 흐르는 과전류를 줄일 수 있다. 전류 리미터(140) 이외에, 전압 클램프(voltage clamp)도 슈퍼 커패시터(110)의 보호 장치로 사용될 수 있다. 전압 클램프는 슈퍼 커패시터(110)를 충전할 때, 과전압으로 인한 손상을 방지할 수 있다.

제어기(150)는 제 2 전원 라인(PL2)에 연결되며, 제 1 및 제 2 제어 신호(CTRL1, CTRL2)에 응답하여 동작한다. 제어기(150)는 서든 파워 오프 시에, 슈퍼 커패시터(110)에 의해 공급된 보조 전원을 휘발성 메모리(13) 또는 불휘발성 메모리(14) 등에 제공한다. 한편, 제어기(150)는 제 1 제어 신호(CTRL1)에 응답하여 데이터 백업 동작 등과 같은 사용자 장치(10)의 동작을 수행하고, 제 2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여 사용자 장치(10)의 동작을 정지한다.

도 2는 도 1에 도시된 사용자 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 서든 파워 오프 시의 사용자 장치(10)의 동작이 상세하게 설명된다.

사용자 장치(10)가 파워 온 되면(S110), 사용자 장치(10)는 메인 전원 장치(15)로부터 전원을 공급받는다. 사용자 장치(15)는 중앙처리장치(12)의 제어에 따라 노말 동작(normal operation)을 수행한다. 한편, 보조 전원 장치(100)는 파워 업 동작이나 노말 동작 동안에, 메인 전원 장치(15)로부터 전원을 공급받고 슈퍼 커패시터(110)를 충전한다(S110).

사용자 장치(15)를 이용하는 도중에 서든 파워 오프가 발생하면(S120), 사용자 장치(15)는 단방향 소자(121, 122)를 이용하여 메인 전원을 자동으로 차단하고, 보조 전원을 자동으로 제공한다.

제 1 전원 검출기(131)는 제 1 전원 라인(PL1)의 전원 레벨을 검출하고, 제 1 제어 신호(CTRL1)를 발생한다(S130). 제어기(150)는 제 1 제어 신호(CTRL1)에 응답하여, 휘발성 메모리(13)로부터 불휘발성 메모리(14)로의 데이터 백업 동작 등을 수행한다(S140).

제 2 전원 검출기(132)는 제 2 전원 라인(PL2)의 전원 레벨을 검출하고, 제 2 제어 신호(CTRL2)를 발생한다(S150). 제어기(150)는 제 2 제어 신호(CTRL2)에 응답하여, 데이터 백업 동작 등을 정지한다(S160). 사용자 장치(10)는 파워 다운 모드로 설정된다.

다시 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 사용자 장치(10)는 단방향 소자(121, 122)를 사용함으로, 서든 파워 오프 시에 메인 전원 장치(15)를 자동으로 차단함과 동시에, 보조 전원을 자동으로 제공할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치(10)에 의하면, 서든 파워 오프 시에 파워 리플이나 스위칭 지연으로 인한 문제를 해결할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 보조 전원 장치(200)는 슈퍼 커패시터(210), 단방향 소자(221, 222), 전원 검출기(231~23n), 전류 리미터(240), 그리고 제어기(250)를 포함한다. 도 3에서, 슈퍼 커패시터(210), 단방향 소자(221, 222), 그리고 전류 리미터(240)는 도 1에서 설명한 바와 동일하다.

도 3에 도시된 보조 전원 장치(200)는 제 1 및 제 2 전원 검출기(231, 232) 이외에, 하나 또는 그 이상의 전원 검출기(이하, 제 n 전원 검출기라 함)를 포함한다. 제 1 전원 검출기(231)는 메인 전원 장치(도 1 참조, 15)의 전원 레벨을 검출하고, 검출 결과로서 제 1 제어 신호(CTRL1)를 발생한다. 제 2 내지 제 n 전원 검출기(232~23n)는 슈퍼 커패시터(210)의 전원 레벨을 검출하고, 검출 결과로서 제 2 내지 제 n 제어 신호(CTRL2~CTRLn)를 발생한다. 여기에서, 제 2 내지 제 n 전원 검출기(232~23n)는 전원 검출 레벨을 달리한다.

보조 전원 장치(200)는 제 2 내지 제 n 전원 검출기(232~23n)의 전원 검출 레벨을 달리함으로, 백업 범위(backup range), 백업 시간(backup time), 또는 백업 데이터(backup data) 등을 선택적으로 조절할 수 있다.

예를 들어 도 4를 참조하면, 도 1의 보조 전원 장치(100)는 Va~Vb의 백업 범위, T1~T2의 백업 시간, 그리고 캐시 데이터에 대한 백업 동작을 수행할 수 있다. 반면에, 도 3의 보조 전원 장치(200)는 Va~Vn의 백업 범위, T1~Tn의 백업 시간, 그리고 캐시 및 메타 데이터에 대한 백업 동작을 수행할 수 있다. 즉, 도 3의 보조 전원 장치(200)는 제 n 전원 검출기를 포함함으로, 이용 가능한 백업 범위나 시간 등을 자유롭게 조절할 수 있다. 도 4는 T0에서 서든 파워 오프(SPO)의 발생을 가정한 것이다.

도 5는 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 또 다른 실시 예를 보여주는 블록도 이다. 도 5를 참조하면, 보조 전원 장치(300)는 슈퍼 커패시터(310), 전하 감지기(315), 단방향 소자(321, 322), 전원 검출기(331, 332), 전류 리미터(340), 그리고 제어기(350)를 포함한다. 도 5에서, 슈퍼 커패시터(310), 단방향 소자(321, 322), 전원 검출기(331, 332), 그리고 전류 리미터(340)는 도 1에서 설명한 바와 동일하다.

전하 감지기(315)는 슈퍼 커패시터(310)의 보조 전원의 양을 측정한다. 전하 감지기(315)는 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량 및 전압을 측정함으로, 슈퍼 커패시터(310)에 저장된 전하의 양을 구할 수 있다. 전하 감지기(315)는 감지 신호(SNSR)를 제어기(350)로 제공한다. 제어기(350)는 감지 신호(SNSR)에 응답하여, 슈퍼 커패시터(310)의 충전 상태를 사용자에게 알려준다.

사용자 장치(10)는 전하 감지기(315)를 사용하여 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량 등을 체크할 수 있다. 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량(capacitance)은 시간이 흐를수록 줄어드는 성질을 갖는다.

도 6은 슈퍼 커패시터(310)의 사용 시간에 따른 전기 용량의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 도 6에서, 가로축은 슈퍼 커패시터(310)의 사용 시간을 나타내고, 세로축은 전기 용량을 나타낸다. 한편, 슈퍼 커패시터(310)는 온도에 따라 전기 용량의 변화율이 달라지는 성질을 갖는다.

도 6을 참조하면, A선과 B선은 각각 30℃와 70℃에서 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량 변화를 예측한 결과를 보여준다. A선에 의하면, 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량은 20년이 경과한 후에 약 10% 정도 줄어든다. B선에 의하면, 슈퍼 커패 시터(310)의 전기 용량은 10000시간이 경과한 후에 약 15% 정도 줄어든다.

한편, C선은 70℃에서 1000시간 동안 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량 변화를 측정한 결과를 보여준다. B선과 C선을 비교해 보면, 70℃에서 전기 용량 변화의 측정 결과와 예측 결과는 거의 비슷하다. C선에 의하면, 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량은 1000시간이 경과한 후에 약 11% 정도 줄어든다.

도 6에서 보는 바와 같이, 슈퍼 커패시터(310)는 사용 시간 또는 온도에 따라 전기 용량(capacitance)이 줄어드는 성질을 갖는다. 보조 전원 장치(300)는 전기 용량의 변화에 따라 보조 전원의 양이 줄어들거나, 전원 공급 시간이 줄어들 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 보조 전원 장치(300)는 전하 감지기(315)를 구비함으로, 슈퍼 커패시터(310)의 충전 상태를 외부에 알려줄 수 있다. 또한, 보조 전원 장치(300)는 전하 감지기(315)를 통해 슈퍼 커패시터(310)의 전기 용량을 체크함으로, 보조 전원을 효율적 활용할 수 있고, 슈퍼 커패시터(310)의 교체 시기를 예측할 수도 있다.

도 7은 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 또 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 보조 전원 장치(400)는 슈퍼 커패시터(410), 단방향 소자(421, 422), 전원 검출기(431, 432), 전류 리미터(440), 제어기(450), 그리고 전압 레귤레이터(460)를 포함한다. 도 7에서, 슈퍼 커패시터(410), 단방향 소자(421, 422), 전원 검출기(431, 432), 그리고 전류 리미터(440)는 도 1에서 설명한 바와 동일하다.

전압 레귤레이터(460)는 제 2 전원 라인(PL2)과 제 3 전원 라인(PL3) 사이에 연결된다. 전압 레귤레이터(460)는 서든 파워 오프 시에 슈퍼 커패시터(410)의 전원 레벨을 조절한다. 전압 레귤레이터(460)는 일정 레벨의 보조 전원을 제어기(450)로 제공할 수 있다. 한편, 전압 레귤레이터(460)는 제 3 제어 신호(CTRL3)에 응답하여 보조 전원의 공급을 차단할 수 있다. 제 3 제어 신호(CTRL3)는 제어기(450)로부터 제공된다.

서든 파워 오프 시에 데이터 백업 동작이 수행되면, 슈퍼 커패시터(410)에 저장된 보조 전원은 시간이 지남에 따라 줄어들 수 있다. 이때 전압 레귤레이터(460)는 슈퍼 커패시터(410)의 보조 전원을 일정 레벨로 높이는 부스트(boost) 기능을 수행한다. 또한, 전압 레귤레이터(460)는 슈퍼 커패시터(410)에 저장된 보조 전원의 레벨이 높은 경우에는 일정 레벨 낮추는 벅(buck) 기능을 수행할 수 있다.

전압 레귤레이터(460)는 부스트와 벅(boost & buck) 기능을 통해 일정 레벨의 보조 전원을 제공할 수 있다. 또한, 사용자 장치(10)는 전압 레귤레이터(460)를 사용함으로, 슈퍼 커패시터의 크기를 줄이거나 저용량의 슈퍼 커패시터를 활용할 수 있다.

도 8은 도 7에 도시된 전압 레귤레이터를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 전압 레귤레이터(460)는 벅 및 부스트 회로(461), 스텝 업 회로(462, 463), 스텝 다운 회로(464, 465)를 포함한다. 전압 레귤레이터(460)는 이들 회로들 중에서 하나 또는 그 이상을 포함할 수도 있다.

벅 및 부스트 회로(461)는 보조 전원을 일정 레벨(V0)로 조절할 수 있다. 도 9를 참조하면, 벅 및 부스트 회로(461)는 제 2 전원 라인(PL2)의 레벨이 5V인 경우에 벅 동작을 통해 3.3V로 낮출 수 있다. 또한, 벅 및 부스트 회로(461)는 제 2 전원 라인(PL2)의 레벨이 1V인 경우에 부스트 동작을 통해 3.3V로 높일 수 있다. 벅 및 부스트 회로(461)는 일정 레벨(V0, 3.3V)을 제 3 전원 라인(PL3)을 통해 제어기(450)로 제공한다.

제 1 스텝 업 회로(462)는 보조 전원을 특정 전압 Vu1로 상승하고, 제 2 스텝 업 회로(463)는 특정 전압 Vu2로 상승한다. 제 1 스텝 다운 회로(464)는 보조 전원을 특정 전압 Vd1로 하강하고, 제 2 스텝 다운 회로(465)는 특정 전압 Vd2로 하강한다. 전압 레귤레이터(460)는 스텝 업 회로 또는 스텝 다운 회로를 통해 다양한 레벨의 보조 전압을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 보조 전원 장치는 위에서 설명한 것들 이외에도 다양하게 확장될 수 있다. 예를 들면, 보조 전원 장치는 도 3의 제 n 전원 검출기(23n), 도 5의 전하 감지기(315), 도 7의 전압 레귤레이터(460) 중에서 일부 또는 모두를 포함할 수도 있다.

한편, 보조 전원 장치는 여러 가지 제품(예를 들면, HDD, SSD, 메모리 카드, 컴퓨터, 휴대용 전자 장치 등)에 적용 또는 응용될 수 있다. 도 1에서, 불휘발성 메모리(14)가 하드 디스크 장치(HDD)인 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 보조 전원 장치는 메모리 장치로부터 하드 디스크 장치로의 데이터 백업을 위한 보조 전원을 제공할 수 있다.

도 10은 보조 전원 장치를 반도체 디스크 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다. 도 10을 참조하면, 반도체 디스크 장치(500)는 SSD 제어기(510)와 불휘발성 메모리(520~523)를 포함한다. SSD 제어기(510)는 CPU(511), ATA 인터페이스(512), SRAM 캐시(513), 플래시 인터페이스(514), 그리고 보조 전원 장치(515)를 포함한다.

도 10에서는 반도체 디스크 장치(500) 중에서, 예로서 SSD(Solid State Drive)를 보여주고 있다. 최근 하드디스크 드라이브(HDD)를 교체해 나갈 것으로 예상되는 SSD 제품이 차세대 메모리 시장에서 각광을 받고 있다. SSD는 일반적인 하드 디스크 드라이브에서 사용되는 회전 접시 대신에 데이터를 저장하는데 플래시 메모리와 같은 메모리 칩들을 사용한 데이터 저장 장치이다. SSD는 기계적으로 움직이는 하드디스크 드라이브에 비해 속도가 빠르고 외부 충격에 강하며, 소비전력도 낮다는 장점을 가진다.

중앙처리장치(511)는 호스트(도시되지 않음)로부터 명령어를 전달받아 호스트로부터의 데이터를 플래시 메모리에 저장할지 혹은 플래시 메모리의 저장 데이터를 독출하여 호스트로 전송할 지의 여부를 결정하고 제어한다.

ATA 인터페이스(512)는 상술한 중앙처리장치(511)의 제어에 따라 호스트 측과 데이터를 교환한다. ATA 인터페이스(512)는 호스트 측으로부터 명령어 및 어드레스를 패치하여 CPU 버스를 통해서 중앙처리장치(511)로 전달한다. ATA 인터페이스(512)를 통해 호스트로부터 입력되는 데이터나 호스트로 전송되어야 할 데이터는 중앙처리장치(511)의 제어에 따라 CPU 버스를 경유하지 않고 SRAM 캐시(513)를 통 해 전달된다. 여기에서, ATA 인터페이스(512)는 SATA 또는 PATA 인터페이스로 구현할 수 있다.

SRAM 캐시(513)는 호스트와 플래시 메모리들(520~523)의 캐시 데이터 (또는 메타 데이터)를 일시 저장한다. 또한, SRAM 캐시(513)는 중앙처리장치(511)에 의해서 운용될 프로그램을 저장하는 데에도 사용된다. SRAM 캐시(513)는 일종의 버퍼 메모리로 간주할 수 있으며, 반드시 SRAM으로 구성할 필요는 없다.

플래시 인터페이스(514)는 불휘발성 메모리(520~523)와 데이터를 주고받는다. 플래시 인터페이스(514)는 낸드 플래시 메모리, One-NAND 플래시 메모리, 혹은 멀티-레벨 플래시 메모리를 지원하도록 구성될 수 있다. 플래시 인터페이스(514)와 불휘발성 메모리(520~523)는 제어 신호들(CE, CLE, ALE, WE, RE, RB) 및 데이터(DQ)를 주고 받는다.

보조 전원 장치(515)는 SSD 제어기(510) 내에 위치할 수도 있고, 밖에 위치할 수도 있다. 도 10에서는, 보조 전원 장치(515)가 SSD 제어기(510) 내에 위치한 것을 보여주고 있다. 보조 전원 장치(515)는 앞의 실시 예들과 동일한 구성 및 동작 원리를 갖는다. 즉, 보조 전원 장치(515)는 메인 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, SRAM 캐시(513)로부터 불휘발성 메모리(520~523)로의 데이터 백업 동작 등을 수행하기 위한 보조 전원을 제공한다.

도 11은 보조 전원 장치를 반도체 메모리 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다. 도 11을 참조하면, 반도체 메모리 장치(600)는 메모리 컨트롤러(610) 및 플래시 메모리(620)를 포함한다. 반도체 메모리 장치(600)는 메모리 카드(예를 들 면, SD, MMC 등)나 착탈 가능한 이동식 저장 장치(예를 들면, USB 메모리 등)와 같이, 휘발성 메모리 또는 불휘발성 메모리를 포함하는 저장 장치를 모두 포함한다.

도 11을 참조하면, 메모리 컨트롤러(610)는 중앙처리장치(CPU, 611), 호스트 인터페이스(612), 랜덤 액세스 메모리(RAM, 613), 플래시 인터페이스(614), 그리고 보조 전원 장치(615)를 포함한다. 보조 전원 장치(615)는 메모리 컨트롤러(610) 내에 위치할 수도 있고, 밖에 위치할 수도 있다. 보조 전원 장치(615)는 앞의 실시 예들과 동일한 구성 및 동작 원리를 갖는다.

반도체 메모리 장치(600)는 호스트와 연결되어 사용된다. 반도체 메모리 장치(600)는 호스트 인터페이스(612)를 통해 호스트와 데이터를 주고 받으며, 플래시 인터페이스(614)를 통해 플래시 메모리(620)와 데이터를 주고 받는다. 반도체 메모리 장치(600)는 호스트로부터 전원을 공급받아서 내부 동작을 수행한다. 보조 전원 장치(615)는 호스트로부터의 전원이 갑자기 차단되는 경우에, RAM(613)로부터 플래시 메모리(620)로의 데이터 백업 동작 등을 수행하기 위한 보조 전원을 제공한다.

도 12는 보조 전원 장치를 사용자 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다. 사용자 장치(700)는 퍼스널 컴퓨터(PC)로 구현되거나, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 그리고 카메라 등과 같은 휴대용 전자 장치로 구현될 수 있다.

도 12를 참조하면, 사용자 장치(700)는 버스 및 전원 라인(705), 반도체 메모리 장치(710), 전원 장치(720), 보조 전원 장치(725), 중앙처리장치(730), 램(740), 그리고 사용자 인터페이스(750)를 포함한다. 반도체 메모리 장치(710)는 플래시 메모리(711) 및 메모리 컨트롤러(712)를 포함한다. 보조 전원 장치(725)는 전원 장치(720)의 서든 파워 오프 시에, 보조 전원을 제공한다.

본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.

도 1은 본 발명에 따른 사용자 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 사용자 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3은 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다.

4는 도 3에 도시된 보조 전원 장치의 백업 범위, 백업 시간, 그리고 캐시 데이터에 대한 백업 동작을 설명하기 위한 그래프 및 다이어그램이다.

도 5는 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 또 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다.

도 6은 도 5에 도시된 슈퍼 커패시터의 사용 시간에 따른 전기 용량의 변화를 예시적으로 보여주는 그래프이다.

도 7은 도 1에 도시된 보조 전원 장치의 또 다른 실시 예를 보여주는 블록도이다.

도 8은 도 7에 도시된 전압 레귤레이터를 예시적으로 보여주는 블록도이다.

도 9는 도 8에 도시된 벅 및 부스트 회로의 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.

도 10은 보조 전원 장치를 반도체 디스크 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다.

도 11은 보조 전원 장치를 반도체 메모리 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다.

도 12는 보조 전원 장치를 사용자 장치에 적용한 예를 보여주는 블록도이다.

Claims (25)

1. 보조 전원을 저장하기 위한 전원 저장 장치; 및

   외부 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 상기 외부 전원 장치의 전원 레벨에 따라 외부 전원을 차단하고 상기 보조 전원을 출력하는 전원 제어 장치를 포함하고,

   상기 전원 제어 장치는,

   상기 외부 전원 장치의 외부 전원이 제공되는 제 1 전원 라인의 전원 레벨에 따라 상기 제 1 전원 라인과 제 2 전원 라인을 전기적으로 차단하는 제 1 단반향 소자; 및

   상기 제 2 전원 라인의 전원 레벨에 따라 상기 보조 전원을 상기 제 2 전원 라인에 자동으로 제공하는 제 2 단방향 소자를 포함하는 보조 전원 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원 저장 장치는 슈퍼 커패시터인 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 단방향 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원 저장 장치를 보호하기 위한 보호 장치를 더 포함하는 보조 전원 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 보호 장치는 상기 전원 저장 장치로 흐르는 과전류를 줄이기 위한 전류 리미터(current limiter)인 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전원 라인의 전원 레벨을 검출하기 위한 전원 검출기; 및

   상기 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 데이터 백업 동작을 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 보조 전원 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전원 라인의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 1 전원 검출기;

   상기 제 2 전원 라인의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 2 전원 검출기; 및

   상기 제 1 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 데이터 백업 동작을 수행하고, 상기 제 2 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 데이터 백업 동작을 정지하기 위한 제어기를 더 포함하는 보조 전원 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 전원 검출기(이하, 제 n 전원 검출기라 함)를 더 포함하되, 상기 제 n 전원 검출기는 상기 제 2 전원 검출기와 전원 검출 레벨을 달리하는 보조 전원 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 전원 저장 장치의 보조 전원의 양을 감지하기 위한 감지기를 더 포함하는 보조 전원 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 감지기로부터의 감지 신호에 응답하여, 상기 전원 저장 장치의 충전 상태를 외부로 알려주는 제어기를 더 포함하는 보조 전원 장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 조절하기 위한 레귤레이터를 더 포함하는 보조 전원 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 레귤레이터는 상기 전원 저장 장치의 전원 레벨을 일정 레벨로 높이거나 낮추는 보조 전원 장치.
14. 메인 전원을 제공하기 위한 메인 전원 장치; 및

    상기 메인 전원 장치의 서든 파워 오프 시에, 상기 메인 전원 장치의 전원 레벨에 따라 메인 전원을 차단하고 보조 전원을 출력하는 보조 전원 장치를 포함하고,

    상기 보조 전원 장치는,

    상기 메인 전원이 제공되는 제 1 전원 라인의 전원 레벨에 따라 상기 제 1 전원 라인과 제 2 전원 라인을 전기적으로 차단하는 제 1 단방향 소자; 및

    상기 제 2 전원 라인의 전원 레벨에 따라 상기 보조 전원을 상기 제 2 전원 라인에 자동으로 제공하는 제 2 단방향 소자를 포함하는 사용자 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 보조 전원 장치는

    상기 보조 전원을 저장하기 위한 슈퍼 커패시터;

    상기 제 1 전원 라인의 전원 레벨에 따라 메인 전원을 자동으로 차단하는 제 1 단방향 소자; 및

    상기 제 2 전원 라인의 전원 레벨에 따라 보조 전원을 자동으로 출력하는 제 2 단방향 소자를 포함하는 사용자 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 보조 전원 장치는 상기 슈퍼 커패시터로 흐르는 과전류를 줄이기 위한 전류 리미터를 더 포함하는 사용자 장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 보조 전원을 이용하여 제 1 저장 장치로부터 제 2 저장 장치로 데이터 백업 동작을 수행하는 사용자 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 보조 전원 장치는

    상기 제 1 전원 라인의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 1 전원 검출기;

    상기 제 2 전원 라인의 전원 레벨을 검출하기 위한 제 2 전원 검출기; 및

    상기 제 1 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 제 1 저장 장치로부터 상기 제 2 저장 장치로의 데이터 백업 동작을 수행하고, 상기 제 2 전원 검출기의 검출 결과에 응답하여 상기 데이터 백업 동작을 정지하기 위한 제어기를 더 포함하는 사용자 장치.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 저장 장치는 메모리 장치로 구현되고, 상기 제 2 저장 장치는 하드 디스크 장치(HDD)로 구현되는 사용자 장치.
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 저장 장치는 휘발성 메모리 장치이고, 상기 제 2 저장 장치는 불휘발성 메모리 장치인 것을 특징으로 하는 사용자 장치.
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