KR102434036B1

KR102434036B1 - 보조 전원 장치의 수명을 위한 충전 전압 제어 방법 및 이를 수행하는 스토리지 장치

Info

Publication number: KR102434036B1
Application number: KR1020210078595A
Authority: KR
Inventors: 서현덕; 장종우; 최재웅
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-08-19
Also published as: US20220407345A1; EP4106135A1; CN115498716A; TW202301074A

Abstract

충전 전압 제어 방법에서, 환경 센서로부터 초기 환경 정보를 수신한다. 초기 환경 정보에 기초하여, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정한다. 제1 전압 레벨을 가지는 충전 전압에 기초하여 보조 전원 장치를 충전한다. 환경 센서로부터 현재 환경 정보를 수신한다. 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에, 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경한다. 선택적으로 레벨 변경된 충전 전압에 기초하여 보조 전원 장치를 충전한다.

Description

보조 전원 장치의 수명을 위한 충전 전압 제어 방법 및 이를 수행하는 스토리지 장치{METHOD OF CONTROLLING CHARGING VOLTAGE FOR LIFETIME OF SECONDARY POWER SOURCE AND STORAGE DEVICE PERFORMING THE SAME}

본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조 전원 장치의 수명을 위한 충전 전압 제어 방법 및 상기 충전 전압 제어 방법을 수행하는 스토리지 장치에 관한 것이다.

최근에는 메모리 장치를 이용하는 SSD(solid state drive)와 같은 스토리지 장치가 널리 사용되고 있다. 상기와 같은 스토리지 장치는 기계적인 구동부가 없어 안정성 및 내구성이 뛰어나며 정보의 액세스 속도가 매우 빠르고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 최근 들어 노트북과 같은 전자 시스템뿐만 아니라, 자동차, 항공기, 드론(drone) 등과 같은 다양한 종류의 시스템에 전자 회로가 적용됨에 따라, 스토리지 장치 역시 다양한 종류의 시스템에서 사용되고 있다.

스토리지 장치는 스토리지 컨트롤러, 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함하며, 외부로부터 전력을 공급받아 동작한다. 스토리지 장치가 동작하는 도중에, 갑작스럽게 전력이 차단되는 SPO(sudden power off) 상황이 발생할 수 있다. 이러한 SPO 상황이 발생하면 휘발성 메모리에 저장된 데이터가 소실되거나, 또는 비휘발성 메모리에서 수행중인 동작(예를 들어, 소거 동작, 기입 동작 등)이 완료되지 못할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 스토리지 장치는 보조 전원 장치를 사용하여 수행중인 동작을 완료하고, 데이터를 백업하는 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 보조 전원 장치의 수명을 연장하기 위해 보조 전원 장치에 공급되는 충전 전압을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 충전 전압 제어 방법을 수행하는 스토리지 장치를 제공하는 것이다.

상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서, 환경 센서로부터 초기 환경 정보를 수신한다. 상기 초기 환경 정보에 기초하여, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정한다. 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전한다. 상기 환경 센서로부터 현재 환경 정보를 수신한다. 상기 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경한다. 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전한다.

상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서, 보조 전원 장치에 포함되는 적어도 하나의 커패시터의 특성을 판단한다. 상기 적어도 하나의 커패시터가 제1 특성을 가지는 경우에, 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 기초로 상기 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 조절하는 제1 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전한다. 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 제1 특성과 다른 제2 특성을 가지는 경우에, 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스 및 환경 센서로부터 수신되는 환경 정보를 기초로 상기 충전 전압의 레벨을 조절하고 상기 제1 제어 방식과 다른 제2 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치는 보조 전원 장치, 충전 회로, 모니터링 회로, 환경 센서, 전압 컨트롤러 및 메인 시스템부를 포함한다. 상기 보조 전원 장치는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 충전 전압에 기초하여 충전되며, 내부 전원 전압을 생성한다. 상기 충전 회로는 외부 전원 전압 및 충전 전압 제어 신호에 기초하여 상기 충전 전압을 생성한다. 상기 모니터링 회로는 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 모니터링한다. 상기 환경 센서는 초기 환경 정보 및 현재 환경 정보를 생성한다. 상기 전압 컨트롤러는 상기 현재 커패시턴스, 상기 초기 환경 정보 및 상기 현재 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압 제어 신호를 생성한다. 상기 메인 시스템부는 상기 외부 전원 전압 또는 상기 내부 전원 전압에 기초하여 동작한다. 상기 충전 회로 및 상기 전압 컨트롤러는 상기 초기 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정하고, 상기 보조 전원 장치는 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 충전된다. 상기 충전 회로 및 상기 전압 컨트롤러는 상기 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하고, 상기 보조 전원 장치는 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 충전된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법 및 스토리지 장치에서는, 환경 센서로부터 수신되는 환경 정보에 기초하여, 해당 환경에 적합하고 에너지가 부족하지 않도록 충전 전압의 레벨을 적응적/실시간으로 설정 및 변경할 수 있다. 또한, 보조 전원 장치에 포함되는 적어도 하나의 커패시터의 특성에 따라서, 충전 전압의 레벨을 적응적/실시간으로 설정 및 변경할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 커패시터의 디레이팅 시간을 감소시키고 수명을 증가시킬 수 있으며, 보조 전원 장치의 수명 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치에 포함되는 보조 전원 장치의 예들을 나타내는 회로도들이다.
도 4는 도 2의 전자 장치에 포함되는 메인 시스템부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 메인 시스템부에 포함되는 스토리지 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 4의 메인 시스템부에 포함되는 비휘발성 메모리의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 1의 충전 전압 제어 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 도 7의 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 8의 보조 전원 장치가 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 10은 도 7, 8 및 9의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 11의 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 13 및 14는 도 12의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 도 15의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18a, 18b, 19a 및 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행하는 전자 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 적용된 데이터 센터를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법은, 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 조절하여 상기 보조 전원 장치의 수명을 연장하기 위해 수행된다. 상기 보조 전원 장치는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 스토리지 장치와 같은 전자 장치(또는 전자 시스템)에 포함되며, 상기 전자 장치를 구동하기 위한 외부 전원 전압의 공급이 차단되는 경우에 상기 전자 장치를 구동하기 위한 내부 전원 전압을 생성할 수 있다. 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치 및/또는 상기 스토리지 장치의 구체적인 구성에 대해서는 도 2 내지 6을 참조하여 후술하도록 한다.

본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 충전 전압 제어 방법에서는, 환경 센서로부터 수신되는 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 설정, 조절 및/또는 변경한다. 예를 들어, 상기 환경 센서는 온도 센서 및 습도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 환경 정보는 온도 및 습도 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.

먼저, 상기 환경 센서로부터 수신되는 초기 환경 정보에 기초하여, 상기 충전 전압의 레벨을 설정하고 상기 충전 전압을 이용하여 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S100). 상기 초기 환경 정보는 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치 및/또는 상기 스토리지 장치의 동작 초기에(예를 들어, 제조된 직후에 또는 파워 온 시에) 획득되는 환경 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정할 수 있다. 상기 제1 전압 레벨은 초기 전압 레벨로 지칭될 수도 있다. 단계 S100에 대해서는 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.

이후에, 상기 환경 센서로부터 수신되는 현재 환경 정보에 기초하여, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하고 상기 충전 전압을 이용하여 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S200). 상기 현재 환경 정보는 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치 및/또는 상기 스토리지 장치의 동작 중에 실시간으로 획득되는 환경 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 환경 정보가 변경되고 특정 에너지 조건을 만족하는 경우에(즉, 에너지가 충분한 경우에), 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨과 다른 제2 전압 레벨로 설정할 수 있다. 단계 S200에 대해서는 도 7 내지 10을 참조하여 후술하도록 한다.

단계 S200은 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치 및/또는 상기 스토리지 장치의 동작 중에 반복적으로 수행될 수 있다. 실시예에 따라서, 단계 S200은 주기적 또는 규칙적으로 수행될 수도 있고, 외부 커맨드가 수신되는 경우에만 비규칙적으로 수행될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서는, 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보에 기초하여, 해당 환경에 적합하고 에너지가 부족하지 않도록 상기 충전 전압의 레벨을 적응적/실시간으로 설정 및 변경할 수 있다. 따라서, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 디레이팅(derating) 시간을 감소시키고 수명을 증가시킬 수 있으며, 상기 보조 전원 장치의 수명 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전자 장치(100)는 보조 전원 장치(110), 충전 회로(120), 모니터링 회로(130), 환경 센서(140), 전압 컨트롤러(150) 및 메인 시스템부(160)를 포함한다.

메인 시스템부(160)는 전자 장치(100)의 동작을 위한 고유의 기능을 수행하도록 구현되며, 외부 전원 전압(VEXT) 또는 내부 전원 전압(VINT)에 기초하여 동작한다.

외부 전원 전압(VEXT)은 전자 장치(100) 외부의 주 전원 장치(200)로부터 공급될 수 있고, 내부 전원 전압(VINT)은 전자 장치(100) 내부의 보조 전원 장치(110)로부터 공급될 수 있다. 외부 전원 전압(VEXT)이 정상적으로 공급되는지에 따라서 메인 시스템부(160)에 전력이 공급되는 방식이 달라질 수 있으며, 이에 대해서는 도 19a 및 19b를 참조하여 후술하도록 한다.

일 실시예에서, 전자 장치(100)는 저장 매체로서 이용되는 스토리지 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)가 스토리지 장치인 경우에, 메인 시스템부(160)는 스토리지 컨트롤러, 복수의 비휘발성 메모리들 및 버퍼 메모리를 포함할 수 있다. 스토리지 장치 및 이에 포함되는 구성요소들의 구체적인 구성에 대해서는 도 4 내지 6을 참조하여 후술하도록 한다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전자 장치(100)는 임의의 전자 기기일 수 있다.

보조 전원 장치(110)는 적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 충전 전압(VCG)에 기초하여 충전되며, 내부 전원 전압(VINT)을 생성한다. 보조 전원 장치(110)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3a, 3b 및 3c를 참조하여 후술하도록 한다.

충전 회로(120)는 외부 전원 전압(VEXT) 및 충전 전압 제어 신호(VCONT)에 기초하여 충전 전압(VCG)을 생성한다. 예를 들어, 충전 회로(120)는 외부 전원 전압(VEXT)에 기초하여 충전 전압(VCG)을 생성할 수 있고, 충전 전압 제어 신호(VCONT)에 기초하여 충전 전압(VCG)의 레벨을 조절/변경할 수 있다.

일 실시예에서, 충전 회로(120)는 DC(direct current) 전압인 외부 전원 전압(VEXT)을 DC 전압인 충전 전압(VCG)으로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전 회로(120)는 상대적으로 높은 DC 전압을 상대적으로 낮은 DC 전압으로 변환하는 벅(buck) 컨버터를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 충전 회로(120)는 상대적으로 낮은 DC 전압을 상대적으로 높은 DC 전압으로 변환하는 부스트(boost) 컨버터를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 충전 회로(120)는 입력 DC 전압을 상대적으로 높은 DC 전압 및 상대적으로 낮은 DC 전압으로 변환하는 벅-부스트(buck-boost) 컨버터를 포함할 수 있다.

모니터링 회로(130)는 보조 전원 장치(110)의 현재 커패시턴스를 모니터링하고, 상기 현재 커패시턴스를 나타내는 모니터링 신호(MON)를 생성한다. 다시 말하면, 모니터링 회로(130)는 보조 전원 장치(110)에 대한 모니터링 동작을 수행할 수 있다. 상기 모니터링 동작은 커패시터 헬스 모니터링(capacitor health monitoring; CHM) 동작으로 지칭될 수도 있다.

실시예에 따라서, 충전 회로(120) 및 모니터링 회로(130)는 동일한 칩(또는 IC(integrated circuit))에 포함되거나 서로 다른 칩에 포함될 수 있다. 충전 회로(120) 및 모니터링 회로(130)의 구체적인 배치에 대해서는 도 18a 및 18b를 참조하여 후술하도록 한다.

환경 센서(140)는 보조 전원 장치(110) 및/또는 전자 장치(100)의 동작 환경을 감지하고, 상기 동작 환경을 나타내는 센싱 신호(SEN)를 생성한다. 센싱 신호(SEN)는 초기 환경 정보(IE) 및 현재 환경 정보(CE)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 환경 센서(140)는 초기 환경 정보(IE) 및 현재 환경 정보(CE)를 생성할 수 있다.

일 실시예에서, 환경 센서(140)는 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 움직임 센서, 시간 센서, 공간 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 진동 센서, 외부 힘(mechanical stress) 센서, 충격(shock) 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 동작 환경은 온도, 습도, 압력, 움직임, 시간, 공간, 조도, 가속도, 진동, 외부 힘, 충격 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 환경 센서(140)는 방사선(radiation) 센서, 먼지(dust) 센서, 전기적 스트레스(electrical stress) 센서 등과 같이 다양한 환경 정보를 수집하는 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수 있다.

전압 컨트롤러(150)는 상기 현재 커패시턴스, 초기 환경 정보(IE) 및 현재 환경 정보(CE)에 기초하여(즉, 모니터링 신호(MON) 및 센싱 신호(SEN)에 기초하여) 충전 전압 제어 신호(VCONT)를 생성한다. 예를 들어, 전압 컨트롤러(150)는 충전 전압 제어 신호(VCONT)를 생성하는데 이용되는 룩업 테이블(look-up table; LUT)(152)을 포함할 수 있다. 룩업 테이블(152)의 구체적인 구성에 대해서는 도 10, 13 및 16을 참조하여 후술하도록 한다.

전자 장치(100) 및 이에 포함되는 충전 회로(120), 모니터링 회로(130), 환경 센서(140) 및 전압 컨트롤러(150)는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여 상술한 것처럼, 환경 센서(140)로부터 수신되는 환경 정보에 기초하여 충전 전압(VCG)의 레벨을 설정 및 변경할 수 있다. 다른 예에서, 도 11 및 15를 참조하여 후술하는 것처럼, 보조 전원 장치(110)에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성에 따라서 충전 전압(VCG)의 레벨을 설정 및 변경하는 방식이 달라질 수 있다. 또 다른 예에서, 도 17을 참조하여 후술하는 것처럼, 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성 및 커패시턴스와 상기 환경 정보를 모두 고려하여 충전 전압(VCG)의 레벨을 설정 및 변경할 수 있다.

도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치에 포함되는 보조 전원 장치의 예들을 나타내는 회로도들이다.

도 3a를 참조하면, 보조 전원 장치(110a)는 하나의 커패시터(111)를 포함할 수 있다. 커패시터(111)는 충전 전압(VCG)과 접지 전압 사이에 연결되고, 충전 전압(VCG)에 기초하여 충전될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 보조 전원 장치(110b)는 복수의 커패시터들(112, 114, 116)을 포함할 수 있다. 복수의 커패시터들(112, 114, 116)은 충전 전압(VCG)과 접지 전압 사이에 병렬 연결되고, 충전 전압(VCG)에 기초하여 충전될 수 있다.

일 실시예에서, 복수의 커패시터들(112, 114, 116)은 동일한 특성을 가지는 동종의 커패시터들일 수 있다. 이 경우, 복수의 커패시터들(112, 114, 116)은 동일한 충전 전압(VCG)에 기초하여 충전되며, 충전 전압(VCG)의 레벨은 동일한 하나의 제어 방식에 기초하여 조절될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 보조 전원 장치(110c)는 복수의 커패시터들(113, 115, 117, 119)을 포함할 수 있다. 제1 커패시터들(113, 115)은 제1 충전 전압(VCG1)과 접지 전압 사이에 병렬 연결되고, 제1 충전 전압(VCG1)에 기초하여 충전될 수 있다. 제2 커패시터들(117, 119)은 제2 충전 전압(VCG2)과 접지 전압 사이에 병렬 연결되고, 제2 충전 전압(VCG2)에 기초하여 충전될 수 있다.

일 실시예에서, 복수의 커패시터들(113, 115, 117, 119)은 동일한 특성을 가지는 동종의 커패시터들일 수 있다. 이 경우, 복수의 커패시터들(113, 115, 117, 119)은 서로 다른 충전 전압들(VCG1, VCG2)에 기초하여 충전되지만, 충전 전압들(VCG1, VCG2)의 레벨은 동일한 하나의 제어 방식에 기초하여 조절될 수 있다.

다른 실시예에서, 복수의 커패시터들(113, 115, 117, 119)은 서로 다른 특성을 가지는 이종의 커패시터들일 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터들(113, 115)은 제1 특성을 가지고, 제2 커패시터들(117, 119)은 상기 제1 특성과 다른 제2 특성을 가질 수 있다. 이 경우, 복수의 커패시터들(113, 115, 117, 119)은 서로 다른 충전 전압들(VCG1, VCG2)에 기초하여 충전되며, 충전 전압들(VCG1, VCG2)의 레벨은 서로 다른 제어 방식들에 기초하여 조절될 수 있다. 커패시터의 특성에 따라서 충전 전압들(VCG1, VCG2)의 레벨을 조절하는 방식이 달라지는 경우는 도 11 및 15를 참조하여 후술하도록 한다.

실시예에 따라서, 제1 커패시터들(113, 115)이 하나의 보조 충전 장치를 형성하고, 제2 커패시터들(117, 119)이 다른 하나의 보조 충전 장치를 형성할 수도 있다.

도 4는 도 2의 전자 장치에 포함되는 메인 시스템부의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 메인 시스템부(300)는 스토리지 컨트롤러(310), 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c) 및 버퍼 메모리(330)를 포함할 수 있다. 도 4는 도 2의 전자 장치(100)가 스토리지 장치인 경우에 메인 시스템부(300)의 구성을 나타낸다.

스토리지 컨트롤러(310)는 메인 시스템부(300)를 포함하는 스토리지 장치의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(310)는 외부의 호스트 장치(미도시)로부터 수신된 커맨드 및 데이터에 기초하여 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c)의 동작을 제어할 수 있다.

복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c)은 스토리지 컨트롤러(310)에 의해 제어되며, 복수의 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c)은 메타 데이터들 및 그 밖의 사용자 데이터들을 저장할 수 있다.

일 실시예에서, 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c) 각각은 NAND 플래시 메모리(Flash Memory)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c) 각각은 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 또는 이와 유사한 메모리를 포함할 수 있다.

버퍼 메모리(330)는 스토리지 컨트롤러(310)에 의해 제어되며, 스토리지 컨트롤러(310)에 의해 실행 및 처리되는 명령어 및 데이터를 저장하고, 복수의 비휘발성 메모리들(320a, 320b, 320c)에 저장되어 있거나 저장하고자 하는 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 메모리(330)는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스토리지 장치는 SSD(Solid State Drive)일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 스토리지 장치는 UFS(Universal Flash Storage), MMC(Multi Media Card) 또는 eMMC(embedded MMC)일 수 있다. 또 다른 실시예에서, SD(Secure Digital) 카드, 마이크로 SD 카드, 메모리 스틱(memory stick), 칩 카드(chip card), USB(Universal Serial Bus) 카드, 스마트 카드(smart card), CF(Compact Flash) 카드 또는 이와 유사한 형태로 구현될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스토리지 장치는 SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, SCSI(Small Computer Small Interface) 버스, NVMe(Non-Volatile Memory Express) 버스, SAS(Serial Attached SCSI) 버스, UFS, eMMC 등의 버스를 포함하는 블록 액세서블 인터페이스(block accessible interface)를 통해 상기 호스트 장치와 연결되고, 상기 호스트 장치에 의해 상기 블록 액세서블 인터페이스를 통하여 블록 단위로 액세스될 수 있다.

도 5는 도 4의 메인 시스템부에 포함되는 스토리지 컨트롤러의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 스토리지 컨트롤러(400)는 적어도 하나의 프로세서(410), 메모리(420), 호스트 인터페이스(430), ECC(Error Correction Code) 엔진(440), 메모리 인터페이스(450) 및 AES(Advanced Encryption Standard) 엔진(460)을 포함할 수 있다.

프로세서(410)는 외부의 호스트 장치로부터 호스트 인터페이스(430)를 통하여 수신된 커맨드에 응답하여 스토리지 컨트롤러(400)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(410)는 스토리지 컨트롤러(400)를 포함하는 스토리지 장치를 구동하기 위한 펌웨어(Firmware)를 채용하여 각각의 구성들을 제어할 수 있다.

메모리(420)는 프로세서(410)에 의해 실행 및 처리되는 명령어 및 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(420)는 DRAM, SRAM(Static Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리로 구현될 수 있다.

에러 정정을 위한 ECC 엔진(440)은 BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 코드, LDPC(Low Density Parity Check) 코드, 터보 코드(Turbo Code), 리드-솔로몬 코드(Reed-Solomon Code), 콘볼루션 코드(Convolution Code), RSC(Recursive Systematic Code), TCM(Trellis-Coded Modulation), BCM(Block Coded Modulation) 등의 부호화된 변조(Coded Modulation), 또는 다른 에러 정정 코드를 이용하여 ECC 인코딩 및 ECC 디코딩을 수행할 수 있다.

호스트 인터페이스(430)는 상기 호스트 장치와 상기 스토리지 장치 사이의 물리적 연결을 제공할 수 있다. 즉, 호스트 인터페이스(430)는 상기 호스트 장치의 버스 포맷(bus format)에 대응하여 상기 스토리지 장치와의 인터페이싱을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 호스트 장치의 버스 포맷은 SCSI 또는 SAS일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 호스트 장치의 버스 포맷은 USB, PCIe(peripheral component interconnect express), ATA, PATA, SATA, NVMe 등일 수 있다.

메모리 인터페이스(450)는 상기 스토리지 장치에 포함되는 비휘발성 메모리들(예를 들어, 도 4의 320a, 320b, 320c)과 데이터를 교환할 수 있다. 메모리 인터페이스(450)는 데이터를 상기 비휘발성 메모리들에 전송할 수 있고, 상기 비휘발성 메모리들로부터 독출된 데이터를 수신할 수 있다. 실시예에 따라서, 메모리 인터페이스(450)는 상기 비휘발성 메모리들과 하나의 채널 또는 2 이상의 채널들을 통하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 메모리 인터페이스(450)는 토글(Toggle) 혹은 온파이(ONFI)와 같은 표준 규약을 준수하도록 구현될 수 있다.

AES 엔진(460)은 스토리지 컨트롤러(400)로 입력되는 데이터에 대한 암호화(encryption) 동작과 복호화(decryption) 동작 중 적어도 하나를, 대칭 키 알고리즘(symmetric-key algorithm)을 이용하여 수행할 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, AES 엔진(460)은 암호화 모듈 및 복호화 모듈을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 암호화 모듈 및 상기 복호화 모듈은 서로 별개의 모듈로 구현될 수도 있고 하나의 모듈로 구현될 수도 있다.

도 6은 도 4의 메인 시스템부에 포함되는 비휘발성 메모리의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 비휘발성 메모리(500)는 메모리 셀 어레이(510), 어드레스 디코더(520), 페이지 버퍼 회로(530), 데이터 입출력 회로(540), 전압 생성기(550) 및 제어 회로(560)를 포함한다.

메모리 셀 어레이(510)는 복수의 스트링 선택 라인들(SSL), 복수의 워드 라인들(WL) 및 복수의 접지 선택 라인들(GSL)을 통해 어드레스 디코더(520)와 연결된다. 또한, 메모리 셀 어레이(510)는 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼 회로(530)와 연결된다. 메모리 셀 어레이(510)는 복수의 워드 라인들(WL) 및 복수의 비트 라인들(BL)에 연결되는 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(510)는 각각 메모리 셀들을 포함하는 복수의 메모리 블록들(BLK1, BLK2, ..., BLKz)로 구분될 수 있다.

실시예에 따라서, 메모리 셀 어레이(510)는 2차원 어레이(array) 구조 또는 3차원 수직 어레이 구조로 형성될 수 있다. 수직형(또는 3차원) 메모리 셀 어레이에 대한 자세한 설명은 본 명세서에 참고 문헌으로 결합된 미국 등록 번호 7,679,133; 8,553,466; 8,654,587; 8,559,235 및 미국 공개 번호 2011/0233648에 기술되어 있다.

제어 회로(560)는 외부(예를 들어, 호스트 장치 및/또는 스토리지 컨트롤러)로부터 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)를 수신하고, 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)에 기초하여 비휘발성 메모리(500)의 소거 루프(예를 들어, 소거 동작과 소거 검증 동작), 프로그램 루프(예를 들어, 프로그램 동작과 프로그램 검증 동작) 및 독출 동작을 제어한다.

예를 들어, 제어 회로(560)는 커맨드(CMD)에 기초하여 전압 생성기(550)를 제어하기 위한 제어 신호들(CON) 및 페이지 버퍼 회로(530)를 제어하기 위한 제어 신호들(PBC)을 생성하고, 어드레스(ADDR)에 기초하여 로우 어드레스(R_ADDR) 및 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 생성할 수 있다. 제어 회로(560)는 로우 어드레스(R_ADDR)를 어드레스 디코더(520)에 제공하고, 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 데이터 입출력 회로(540)에 제공할 수 있다.

어드레스 디코더(520)는 복수의 스트링 선택 라인들(SSL), 복수의 워드 라인들(WL) 및 복수의 접지 선택 라인들(GSL)을 통해 메모리 셀 어레이(510)와 연결된다. 예를 들어, 소거/프로그램/독출 동작 시에, 어드레스 디코더(320)는 로우 어드레스(R_ADDR)에 응답하여, 복수의 워드 라인들(WL) 중 적어도 하나, 복수의 스트링 선택 라인들(SSL) 중 적어도 하나 및 복수의 접지 선택 라인들(GSL) 중 적어도 하나를 선택 워드 라인, 선택 스트링 선택 라인 및 선택 접지 선택 라인으로 각각 결정할 수 있다.

전압 생성기(550)는 전원 전압(PWR) 및 제어 신호들(CON)에 기초하여 비휘발성 메모리(500)의 동작에 필요한 전압들(VS)을 생성할 수 있다. 전압들(VS)은 어드레스 디코더(520)를 통해 복수의 스트링 선택 라인들(SSL), 복수의 워드 라인들(WL) 및 복수의 접지 선택 라인들(GSL)에 인가될 수 있다. 또한, 전압 생성기(550)는 전원 전압(PWR) 및 제어 신호들(CON)에 기초하여 소거 동작에 필요한 소거 전압(VERS)을 생성할 수 있다.

페이지 버퍼 회로(530)는 복수의 비트 라인들(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(510)와 연결될 수 있다. 페이지 버퍼 회로(530)는 복수의 페이지 버퍼들을 포함할 수 있다. 페이지 버퍼 회로(530)는 메모리 셀 어레이(510)에 프로그램 될 기입 데이터(DAT)를 저장하거나 혹은 메모리 셀 어레이(510)로부터 감지된 독출 데이터(DAT)를 저장할 수 있다. 즉, 페이지 버퍼 회로(530)는 비휘발성 메모리(500)의 동작 모드에 따라 기입 드라이버로서 또는 감지 증폭기로서 동작할 수 있다.

데이터 입출력 회로(540)는 데이터 라인들(DL)을 통해 페이지 버퍼 회로(530)와 연결될 수 있다. 데이터 입출력 회로(540)는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 응답하여, 기입 데이터(DAT)를 페이지 버퍼 회로(530)를 거쳐서 메모리 셀 어레이(510)에 제공하거나 혹은 메모리 셀 어레이(510)로부터 페이지 버퍼 회로(530)를 거쳐서 출력되는 독출 데이터(DAT)를 외부에 제공할 수 있다.

도 7은 도 1의 충전 전압 제어 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 1 및 7을 참조하면, 상기 초기 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 설정하고 상기 보조 전원 장치를 충전하는데 있어서(단계 S100), 상기 환경 센서로부터 상기 초기 환경 정보를 수신하고(단계 S110), 상기 충전 전압의 레벨을 설정할 수 있다(단계 S120). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 초기 전압 레벨인 제1 전압 레벨로 설정할 수 있다. 예를 들어, 단계 S110은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행되고, 단계 S120은 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S120에 의해 설정된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다(단계 S130). 예를 들어, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다.

상기 초기 환경 정보를 이전 환경 정보로 저장할 수 있다(단계 S140). 예를 들어, 단계 S140은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

이후에, 상기 현재 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하고 상기 보조 전원 장치를 충전하는데 있어서(단계 S200), 상기 환경 센서로부터 상기 현재 환경 정보를 수신하고(단계 S210), 상기 현재 환경 정보와 상기 이전 환경 정보를 비교할 수 있다(단계 S220). 예를 들어, 단계 S210 및 S220은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 달라진 경우에(단계 S220: 아니오), 즉 동작 환경이 달라진 경우에, 변경된 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경할 수 있다(단계 S230). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨과 다른 제2 전압 레벨로 선택적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 단계 S230은 도 2의 모니터링 회로(130), 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다. 단계 S230에 대해서는 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.

상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 동일한 경우에(단계 S220: 예), 즉 동작 환경이 달라지지 않고 유지된 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 유지할 수 있다(단계 S250). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨로 유지할 수 있다. 예를 들어, 단계 S250은 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S230 또는 S250의 수행 결과에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다(단계 S260). 예를 들어, 상기 동작 환경이 달라져서 단계 S230이 수행된 경우에, 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여(예를 들어, 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여) 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다. 상기 동작 환경이 유지되어 단계 S250이 수행된 경우에, 레벨 유지된 상기 충전 전압에 기초하여(예를 들어, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여) 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다.

단계 S210, S220, S230, S250 및 S260은 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치의 동작 중에 반복적으로 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 단계 S210, S220, S230, S250 및 S260은 주기적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도시하지는 않았으나, 도 2의 전자 장치(100)는 단계 S210, S220, S230, S250 및 S260을 주기적으로 수행하는데 이용되는 타이머, 카운터 등을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 단계 S210, S220, S230, S250 및 S260은 외부 커맨드에 기초하여 비규칙적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 커맨드는 외부의 호스트 장치 및/또는 도 2의 전자 장치(100)의 메인 시스템부(160)에 포함되는 컨트롤러(예를 들어, 도 4의 스토리지 컨트롤러(310))로부터 제공될 수 있다.

도 8은 도 7의 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 1, 7 및 8을 참조하면, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는데 있어서(단계 S230), 상기 보조 전원 장치가 상기 현재 환경 정보(즉, 상기 변경된 환경 정보)에 대응하는 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단할 수 있다(단계 S232). 예를 들어, 단계 S232는 도 2의 모니터링 회로(130) 및 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다. 단계 S232에 대해서는 도 9를 참조하여 후술하도록 한다.

상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하는 경우에(단계 S232: 예), 상기 충전 전압의 레벨을 변경할 수 있다(단계 S242). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨과 다르고 상기 현재 환경 정보에 대응하는 상기 제2 전압 레벨(즉, 상기 변경된 환경 정보에 대응하는 변경 예정 전압 레벨)로 변경할 수 있다. 다시 말하면, 상기 동작 환경이 달라지면서 동시에 변경하고자 하는 전압 레벨에 대한 에너지가 충분한 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 변경할 수 있다. 예를 들어, 단계 S242는 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S242에 의해 상기 충전 전압의 레벨을 변경한 이후에, 상기 현재 환경 정보를 상기 이전 환경 정보로 저장할 수 있다(단계 S244). 다시 말하면, 상기 환경 정보를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 단계 S242는 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하지 못하는 경우에(단계 S232: 아니오), 상기 충전 전압의 레벨을 유지할 수 있다(단계 S246). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨로 유지할 수 있다. 다시 말하면, 상기 동작 환경이 달라지더라도 상기 변경하고자 하는 전압 레벨(즉, 상기 변경 예정 전압 레벨)에 대한 에너지가 충분하지 않은 경우에는, 상기 충전 전압의 레벨을 변경하지 않고 유지할 수 있다. 단계 S246은 도 7의 단계 S250과 유사할 수 있다.

도 9는 도 8의 보조 전원 장치가 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 1, 7, 8 및 9를 참조하면, 상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단하는데 있어서(단계 S232), 모니터링 동작을 수행하여 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 획득할 수 있다(단계 S234). 예를 들어, 상기 충전 전압을 기초로 상기 보조 전원 장치가 충전되는데 소요되는 충전 시간 및 방전되는데 소요되는 방전 시간을 측정하여, 상기 현재 커패시턴스를 획득할 수 있다. 예를 들어, 단계 S234는 도 2의 모니터링 회로(130)에 의해 수행될 수 있다.

상기 현재 커패시턴스 및 상기 현재 환경 정보(즉, 상기 변경된 환경 정보)에 대응하는 상기 변경 예정 전압 레벨(예를 들어, 상기 제2 전압 레벨)에 기초하여 변경 예정 에너지 값을 획득하고(단계 S235), 필요 에너지 값과 상기 변경 예정 에너지 값을 비교할 수 있다(단계 S236). 예를 들어, 상기 필요 에너지 값은 상기 충전 전압의 레벨의 변경 여부를 판단하는 기준 값을 나타내고, 상기 보조 전원 장치의 설계 과정에서 미리 결정되며, PLP 필요 에너지 값, 에너지 문턱 값 또는 기준 에너지 값으로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 단계 S235 및 S236은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

상기 필요 에너지 값이 상기 변경 예정 에너지 값보다 작은 경우에(즉, 상기 변경 예정 에너지 값이 상기 필요 에너지 값보다 크거나 같은 경우에)(단계 S236: 예), 상기 필요 에너지 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있고(단계 S237), 이 경우 도 8의 S242를 수행하여 상기 충전 전압의 레벨을 변경할 수 있다. 상기 필요 에너지 값이 상기 변경 예정 에너지 값보다 크거나 같은 경우에(즉, 상기 변경 예정 에너지 값이 상기 필요 에너지 값보다 작은 경우에)(단계 S236: 아니오), 상기 필요 에너지 조건을 만족하지 못하는 것으로 판단할 수 있고(단계 S238), 이 경우 도 8의 S246을 수행하여 상기 충전 전압의 레벨을 유지할 수 있다. 예를 들어, 단계 S237 및 S238은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

한편, 도 7, 8 및 9를 참조하여 상술한 것처럼 단계 S220, S230, S232, S242, S244 등이 수행되어 상기 충전 전압의 레벨이 상기 제2 전압 레벨로 변경되고 상기 환경 정보가 업데이트된 이후에, 다시 단계 S210 및 S220이 수행되어 상기 동작 환경이 다시 달라진 것으로 판단되면, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 및 제2 전압 레벨들과 다른 제3 전압 레벨로 선택적으로 변경할 수도 있고, 실시예에 따라서 상기 제1 전압 레벨로 다시 선택적으로 변경할 수도 있다. 이 경우, 시간의 경과에 따라 상기 충전 전압의 레벨은 증가, 유지 또는 감소될 수 있다.

도 10은 도 7, 8 및 9의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 도 7, 8 및 9의 동작을 수행하는데 이용되는 룩업 테이블(LUT1)의 일 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 룩업 테이블(LUT1)은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 포함되는 룩업 테이블(152)에 포함될 수 있다.

룩업 테이블(LUT1)은 상기 충전 전압의 레벨과 상기 환경 정보 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 환경 정보(ER11) 및 이에 대응하는 전압 레벨(V11)을 상태(S11)로 정의하고, 환경 정보(ER21) 및 이에 대응하는 전압 레벨(V21)을 상태(S21)로 정의하며, 환경 정보(ER31) 및 이에 대응하는 전압 레벨(V31)을 상태(S31)로 정의할 수 있다.

일 실시예에서, 환경 정보들(ER11, ER21, ER31)은 특정 값 또는 범위를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 환경 센서(140)가 온도 센서를 포함하는 경우에 환경 정보들(ER11, ER21, ER31) 각각은 온도 값 또는 온도 범위를 나타내고, 환경 센서(140)가 습도 센서를 포함하는 경우에 환경 정보들(ER11, ER21, ER31) 각각은 습도 값 또는 습도 범위를 나타내며, 환경 센서(140)가 온도 센서 및 습도 센서를 포함하는 경우에 환경 정보들(ER11, ER21, ER31) 각각은 온도/습도 값들 및 온도/습도 범위들을 포함할 수 있다.

룩업 테이블(LUT1)을 참조하여 도 7, 8 및 9의 동작을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S100에서, 환경 정보(ER11)에 대응하는 초기 환경 정보(IE)를 수신한 경우에(예를 들어, 초기 온도 값이 환경 정보(ER11)의 온도 범위에 포함되는 경우에), 충전 전압(VCG)의 레벨을 전압 레벨(V11)로 설정하여 보조 전원 장치(110)를 충전할 수 있다.

이후에, 단계 S200에서, 환경 정보(ER21)에 대응하는 현재 환경 정보(CE)를 수신한 경우에(예를 들어, 현재 온도 값이 환경 정보(ER21)의 온도 범위에 포함되는 경우에), 상기 변경된 환경 정보에 기초하여 충전 전압(VCG)의 레벨을 상기 변경 예정 전압 레벨인 전압 레벨(V21)로 선택적으로 변경할 수 있다. 구체적으로, 보조 전원 장치(110)의 상기 현재 커패시턴스를 획득하고, 하기의 [수학식 1]에 기초하여 상기 변경 예정 에너지 값을 획득하며, 상기 변경 예정 에너지 값이 상기 필요 에너지 값보다 크거나 같은 경우에 충전 전압(VCG)의 레벨을 전압 레벨(V21)로 변경하여 보조 전원 장치(110)를 충전할 수 있다.

[수학식 1]

CEV=0.5*CC*(V21)²

상기의 [수학식 1]에서, CEV는 상기 변경 예정 에너지 값, CC는 상기 현재 커패시턴스를 나타낸다.

한편, 단계 S200에서, 환경 정보(ER11)에 대응하는 현재 환경 정보(CE)를 수신하거나(예를 들어, 상기 현재 온도 값이 여전히 환경 정보(ER11)의 온도 범위에 포함되거나), 환경 정보(ER21)에 대응하는 현재 환경 정보(CE)를 수신하더라도 상기 변경 예정 에너지 값이 상기 필요 에너지 값보다 작은 경우에는, 충전 전압(VCG)의 레벨을 전압 레벨(V21)로 변경하지 않고 전압 레벨(V11)로 유지하여 보조 전원 장치(110)를 충전할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 이하 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 도 11의 충전 전압 제어 방법에서는, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성에 따라서 상기 충전 전압의 레벨을 설정, 조절 및/또는 변경하는 방식이 달라진다.

먼저, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성을 판단한다(단계 S1100).

상기 적어도 하나의 커패시터가 제1 특성을 가지는 경우에(단계 S1100: 예), 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 기초로 상기 충전 전압의 레벨을 조절하는 제1 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S1200). 단계 S1200의 상기 제1 제어 방식에서는 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보를 이용하지 않을 수 있다. 단계 S1200에 대해서는 도 12 내지 14를 참조하여 후술하도록 한다.

일 실시예에서, 상기 제1 특성은 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 더 빨리 줄어드는 특성을 나타낼 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 특성은 상기 적어도 하나의 커패시터의 디레이팅이 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 가속되는 경우를 나타낼 수 있다.

상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 제1 특성과 다른 제2 특성을 가지는 경우에(단계 S1100: 아니오), 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스 및 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보를 기초로 상기 충전 전압의 레벨을 조절하는 제2 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S1300). 단계 S1300의 상기 제2 제어 방식은 상기 제1 제어 방식과 다르며, 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보를 이용할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 특성은 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 더 천천히 줄어들거나 상기 충전 전압의 레벨과 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 무관한 특성을 나타낼 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 특성은 상기 적어도 하나의 커패시터의 디레이팅이 상기 충전 전압의 레벨과 무관하거나 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 늦춰지는 경우를 나타낼 수 있다.

일 실시예에서, 단계 S1300은 도 1을 참조하여 상술한 것처럼 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 제어 방식은 도 1의 단계 S100 및 S200과 같이 상기 초기 환경 정보를 이용하여 상기 충전 전압의 초기 레벨을 설정하고 상기 현재 환경 정보를 이용하여 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 방식을 나타내며, 도 7 내지 10을 참조하여 상술한 것처럼 수행될 수 있다. 다시 말하면, 도 1의 실시예는 상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 제2 특성을 가지는 경우에 적용될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보조 전원 장치가 도 3a, 3b 및 3c와 같이 구현되는 경우, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 모든 커패시터들에 대해 단계 S1200 또는 S1300이 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 보조 전원 장치가 도 3c와 같이 구현되는 경우, 일부 커패시터들에 대해서는 단계 S1200이 수행되고 다른 커패시터들에 대해서는 단계 S1300이 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서는, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성에 따라서, 상기 충전 전압의 레벨을 적응적/실시간으로 설정 및 변경할 수 있다. 따라서, 상기 적어도 하나의 커패시터의 디레이팅 시간을 감소시키고 수명을 증가시킬 수 있으며, 상기 보조 전원 장치의 수명 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 12는 도 11의 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 11 및 12를 참조하면, 상기 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는데 있어서(단계 S1200), 상기 충전 전압의 레벨을 설정할 수 있다(단계 S1210). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 초기 전압 레벨인 제1 전압 레벨로 설정할 수 있다. 예를 들어, 단계 S1210은 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S1210에 의해 설정된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다(단계 S1220). 예를 들어, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다.

기준 커패시턴스를 설정할 수 있다(단계 S1230). 예를 들어, 상기 기준 커패시턴스를 초기 기준 커패시턴스인 제1 기준 커패시턴스로 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 커패시턴스는 상기 충전 전압의 레벨의 변경 여부를 판단하는 기준 값을 나타내고, 문턱 커패시턴스로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 단계 S1230은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

이후에, 모니터링 동작을 수행하여 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스를 획득할 수 있다(단계 S1240). 단계 S1240은 도 9의 단계 S234와 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 현재 커패시턴스와 상기 기준 커패시턴스(예를 들어, 상기 제1 기준 커패시턴스)를 비교할 수 있다(단계 S1250). 예를 들어, 단계 S1230은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

상기 현재 커패시턴스가 상기 기준 커패시턴스(예를 들어, 상기 제1 기준 커패시턴스)보다 작은 경우에(단계 S1250: 예), 상기 충전 전압의 레벨을 변경하고(단계 S1260), 이에 따라 상기 기준 커패시턴스를 변경할 수 있다(단계 S1270). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨과 다른 제2 전압 레벨로 변경하고, 상기 기준 커패시턴스를 상기 제1 기준 커패시턴스와 다른 제2 기준 커패시턴스로 변경할 수 있다. 다시 말하면, 상기 기준 커패시턴스를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전압 레벨은 상기 제1 전압 레벨보다 높고, 상기 제2 기준 커패시턴스는 상기 제1 기준 커패시턴스보다 작을 수 있다. 예를 들어, 단계 S1260은 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행되고, 단계 S1270은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.

상기 현재 커패시턴스가 상기 기준 커패시턴스(예를 들어, 상기 제1 기준 커패시턴스)보다 크거나 같은 경우에(단계 S1250: 아니오), 상기 충전 전압의 레벨을 유지할 수 있다(단계 S1280). 예를 들어, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨로 유지하며, 이 때 상기 기준 커패시턴스 또한 유지할 수 있다. 예를 들어, 단계 S1280은 도 2의 전압 컨트롤러(150) 및 충전 회로(120)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S1260 또는 S1280의 수행 결과에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다(단계 S1290). 예를 들어, 상기 현재 커패시턴스가 상기 기준 커패시턴스보다 작아서 단계 S1260이 수행된 경우에, 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여(예를 들어, 상기 제2 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여) 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다. 상기 현재 커패시턴스가 상기 기준 커패시턴스보다 크거나 같아서 단계 S1280이 수행된 경우에, 레벨 유지된 상기 충전 전압에 기초하여(예를 들어, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여) 상기 보조 전원 장치를 충전할 수 있다.

단계 S1240, S1250, S1260, S1270, S1280 및 S1290은 상기 보조 전원 장치와 이를 포함하는 상기 전자 장치의 동작 중에 반복적으로 수행될 수 있다. 실시예에 따라서, 도 7을 참조하여 상술한 것과 유사하게, 단계 S1240, S1250, S1260, S1270, S1280 및 S1290은 주기적으로 수행될 수도 있고 외부 커맨드에 기초하여 수행될 수도 있다.

한편, 상술한 것처럼 단계 S1250, S1260, S1270 등이 수행되어 상기 충전 전압의 레벨이 상기 제2 전압 레벨로 변경되고 상기 기준 커패시턴스가 업데이트된 이후에, 다시 단계 S1240 및 S1250이 수행되어 상기 현재 커패시턴스가 상기 기준 커패시턴스(예를 들어, 상기 제2 기준 커패시턴스)보다 작은 것으로 판단되면, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 및 제2 전압 레벨들과 다른 제3 전압 레벨로 변경하고, 상기 기준 커패시턴스를 상기 제1 및 제2 기준 커패시턴스들과 다른 제3 기준 커패시턴스로 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 전압 레벨은 상기 제1 및 제2 전압 레벨들보다 높고, 상기 제3 기준 커패시턴스는 상기 제1 및 제2 기준 커패시턴스들보다 작을 수 있다. 이 경우, 시간의 경과에 따라 상기 충전 전압의 레벨은 증가 또는 유지될 수 있으나, 감소될 수는 없다.

도 13 및 14는 도 12의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 이하 도 10과 중복되는 설명은 생략한다.

도 13을 참조하면, 도 12의 동작을 수행하는데 이용되는 룩업 테이블(LUT2)의 일 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 룩업 테이블(LUT2)은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 포함되는 룩업 테이블(152)에 포함될 수 있다.

룩업 테이블(LUT2)은 상기 충전 전압의 레벨과 상기 기준 커패시턴스 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전압 레벨(V12) 및 이에 대응하는 커패시턴스(C12)를 상태(S12)로 정의하고, 전압 레벨(V22) 및 이에 대응하는 커패시턴스(C22)를 상태(S22)로 정의하며, 전압 레벨(V32) 및 이에 대응하는 커패시턴스(C32)를 상태(S32)로 정의할 수 있다.

룩업 테이블(LUT2)을 참조하여 도 12의 동작을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동작 초기에 충전 전압(VCG)의 레벨을 가장 낮은 전압 레벨(V12)로 설정하여 보조 전원 장치(110)를 충전하며, 상기 기준 커패시턴스를 전압 레벨(V12)을 포함하는 상태(S12)의 다음 상태(S22)에 포함되는 커패시턴스(C22)로 설정할 수 있다.

이후에, 보조 전원 장치(110)의 상기 현재 커패시턴스를 획득할 수 있다. 상기 현재 커패시턴스가 커패시턴스(C22)보다 작은 경우에는, 충전 전압(VCG)의 레벨을 전압 레벨(V12)보다 높고 상태(S22)에 포함되는 전압 레벨(V22)로 설정하여 보조 전원 장치(110)를 충전하며, 상기 기준 커패시턴스를 커패시턴스(C22)보다 작고 다음 상태(S32)에 포함되는 커패시턴스(C32)로 설정할 수 있다. 상기 현재 커패시턴스가 커패시턴스(C22)보다 크거나 같은 경우에는, 충전 전압(VCG)의 레벨을 전압 레벨(V22)로 변경하지 않고 전압 레벨(V12)로 유지하여 보조 전원 장치(110)를 충전할 수 있다.

도 14를 참조하면, 시간의 경과에 따른 상기 보조 전원 장치의 커패시턴스의 변화를 나타낸다.

도 14에서, CASE1은 상기 충전 전압의 레벨이 고정된 종래 방식을 나타내고, CASE2는 상기 충전 전압의 레벨이 변경되는 본 발명의 실시예들을 나타낸다. CASE2에서, T1, T2 및 T3은 상기 충전 전압의 레벨이 상기 제1 전압 레벨, 상기 제1 전압 레벨보다 높은 상기 제2 전압 레벨 및, 상기 제2 전압 레벨보다 높은 상기 제3 전압 레벨로 설정된 구간을 각각 나타낸다. 상기 보조 전원 장치의 커패시턴스가 한계 커패시턴스(limit capacitance)(CLIMIT)까지 감소하면 상기 보조 전원 장치가 수명을 다 한 것으로 판단하며, CASE2가 CASE1에 비하여 상기 보조 전원 장치의 수명이 증가한 것을 확인할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 이하 도 1 및 11과 중복되는 설명은 생략한다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서, 단계 S1100 및 S1300은 도 11의 단계 S1100 및 S1300과 각각 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 적어도 하나의 커패시터가 제1 특성을 가지는 경우에(단계 S1100: 예), 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스 및 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보를 기초로 상기 충전 전압의 레벨을 조절하는 제1 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S1200a). 단계 S1200의 상기 제1 제어 방식과 다르게, 단계 S1200a의 상기 제1 제어 방식에서는 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 환경 정보를 추가적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 12의 단계 S1210 및 S1250을 수행할 때 상기 환경 정보를 추가적으로 이용할 수 있다.

도 16은 도 15의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 10 및 13과 중복되는 설명은 생략한다.

도 16을 참조하면, 도 15의 단계 S1200a를 수행하는데 이용되는 룩업 테이블(LUT3)의 일 예를 나타내고 있다. 예를 들어, 룩업 테이블(LUT3)은 도 2의 전압 컨트롤러(150)에 포함되는 룩업 테이블(152)에 포함될 수 있다.

룩업 테이블(LUT3)은 상기 충전 전압의 레벨들(V13, V23, V33), 상기 기준 커패시턴스들(C13, C23, C33)과 환경 정보들(ER13, ER23, ER33) 사이의 관계를 상태들(S13, S23, S33)로 나타낼 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 이하 도 1, 11 및 15와 중복되는 설명은 생략한다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법에서, 상기 보조 전원 장치에 포함되는 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성, 상기 보조 전원 장치의 초기 커패시턴스 및 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 초기 환경 정보에 기초하여, 상기 충전 전압의 레벨을 설정하고 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S2100). 상기 적어도 하나의 커패시터의 특성, 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스 및 상기 환경 센서로부터 수신되는 상기 현재 환경 정보에 기초하여, 상기 충전 전압의 레벨을 변경 또는 유지하고 상기 보조 전원 장치를 충전한다(단계 S2200).

일 실시예에서, 도 11의 단계 S1200 또는 도 15의 단계 S1200a가 도 17의 충전 전압 제어 방법에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 12의 단계 S1210, S1220 및 S1230이 단계 S2100에 대응하고, 도 12의 단계 S1240, S1250, S1260, S1270, S1280 및 S1290이 단계 S2200에 대응할 수 있다.

일 실시예에서, 도 1의 충전 전압 제어 방법 또는 도 11 및 15의 단계 S1300이 도 17의 충전 전압 제어 방법에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 단계 S100 및 S200이 각각 단계 S2100 및 S2200에 대응할 수 있다.

도 18a, 18b, 19a 및 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행하는 전자 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 18a를 참조하면, 전자 장치는 보조 전원 장치(110), 충전 회로(120) 및 모니터링 회로(130)를 포함하는 PLP(power-loss protection) IC(600a), 전압 컨트롤러(150)를 포함하는 컨트롤러 IC(700a), 및 환경 센서(140)를 포함하는 센서 IC(800)를 포함할 수 있다. 하나의 IC는 개별적인 칩 또는 패키지를 나타내며, 도 18a는 충전 회로(120) 및 모니터링 회로(130)가 동일한 칩에 포함되는 예를 나타낸다.

도 18b를 참조하면, 전자 장치는 보조 전원 장치(110) 및 충전 회로(120)를 포함하는 PLP IC(600b), 모니터링 회로(130) 및 전압 컨트롤러(150)를 포함하는 컨트롤러 IC(700b), 및 환경 센서(140)를 포함하는 센서 IC(800)를 포함할 수 있다. 도 18b는 충전 회로(120) 및 모니터링 회로(130)가 서로 다른 칩에 포함되는 예를 나타낸다.

도 19a를 참조하면, 외부 전원 전압(VEXT)이 정상적으로 공급되는 경우에, 외부 전원 전압(VEXT)에 기초한 전력(PWR_VEXT)이 PLP IC(600) 및 PMIC(power management integrated circuit)(900)을 거쳐 스토리지 컨트롤러(310), 비휘발성 메모리(320) 및 버퍼 메모리(330)에 공급될 수 있다. 즉, 메인 시스템부(300)는 외부 전원 전압(VEXT)에 기초하여 동작할 수 있다.

도 19b를 참조하면, 외부 전원 전압(VEXT)의 공급이 차단되는 경우에(예를 들어, SPO(sudden power off) 상황이 발생하면), 보조 전원 장치(110)는 내부 전원 전압(VINT)을 생성하고, 내부 전원 전압(VINT)에 기초한 전력(PWR_VINT)이 PLP IC(600) 및 PMIC(900)을 거쳐 스토리지 컨트롤러(310), 비휘발성 메모리(320) 및 버퍼 메모리(330)에 공급될 수 있다. 즉, 메인 시스템부(300)는 내부 전원 전압(VINT)에 기초하여 동작할 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 스토리지 장치가 적용된 데이터 센터를 나타내는 블록도이다.

도 20을 참조하면, 데이터 센터(3000)는 각종 데이터를 모아두고 서비스를 제공하는 시설로서, 데이터 스토리지 센터라고 지칭될 수도 있다. 데이터 센터(3000)는 검색 엔진 및 데이터 베이스 운용을 위한 시스템일 수 있으며, 은행 등의 기업 또는 정부기관에서 사용되는 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 데이터 센터(3000)는 어플리케이션 서버들(3100~3100n) 및 스토리지 서버들(3200~3200m)을 포함할 수 있다. 어플리케이션 서버들(3100~3100n)의 개수 및 스토리지 서버들(3200~3200m)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있고, 어플리케이션 서버들(3100~3100n)의 개수 및 스토리지 서버들(3200~3200m)의 개수는 서로 다를 수 있다.

어플리케이션 서버(3100) 또는 스토리지 서버(3200)는 프로세서(3110, 3210) 및 메모리(3120, 3220) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)를 예시로 설명하면, 프로세서(3210)는 스토리지 서버(3200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 메모리(3220)에 액세스하여 메모리(3220)에 로딩된 명령어 및/또는 데이터를 실행할 수 있다. 메모리(3220)는 DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous DRAM), HBM(High Bandwidth Memory), HMC(Hybrid Memory Cube), DIMM(Dual In-line Memory Module), Optane DIMM 또는 NVMDIMM(Non-Volatile DIMM)일 수 있다. 실시예에 따라, 스토리지 서버(3200)에 포함되는 프로세서(3210)의 개수 및 메모리(3220)의 개수는 다양하게 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(3210)와 메모리(3220)는 프로세서-메모리 페어를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(3210)와 메모리(3220)의 개수는 서로 다를 수도 있다. 프로세서(3210)는 단일 코어 프로세서 또는 다중 코어 프로세서를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)에 대한 상기 설명은, 어플리케이션 서버(3100)에도 유사하게 적용될 수 있다. 실시예에 따라, 어플리케이션 서버(3100)는 스토리지 장치(3150)를 포함하지 않을 수도 있다. 스토리지 서버(3200)는 적어도 하나 이상의 스토리지 장치(3250)를 포함할 수 있다. 스토리지 서버(3200)에 포함되는 스토리지 장치(3250)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

어플리케이션 서버들(3100~3100n) 및 스토리지 서버들(3200~3200m)은 네트워크(3300)를 통해 서로 통신할 수 있다. 네트워크(3300)는 FC(Fiber Channel) 또는 이더넷(Ethernet) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 이 때, FC는 상대적으로 고속의 데이터 전송에 사용되는 매체이며, 고성능/고가용성을 제공하는 광 스위치를 사용할 수 있다. 네트워크(3300)의 액세스 방식에 따라 스토리지 서버들(3200~3200m)은 파일 스토리지, 블록 스토리지, 또는 오브젝트 스토리지로서 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 네트워크(3300)는 SAN(Storage Area Network)과 같은 스토리지 전용 네트워크일 수 있다. 예를 들어, SAN은 FC 네트워크를 이용하고 FCP(FC Protocol)에 따라 구현된 FC-SAN일 수 있다. 다른 예에서, SAN은 TCP/IP 네트워크를 이용하고 iSCSI(SCSI over TCP/IP 또는 Internet SCSI) 프로토콜에 따라 구현된 IP-SAN일 수 있다. 다른 실시예에서, 네트워크(3300)는 TCP/IP 네트워크와 같은 일반 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 네트워크(3300)는 FCoE(FC over Ethernet), NAS(Network Attached Storage), NVMe-oF(NVMe over Fabrics) 등의 프로토콜에 따라 구현될 수 있다.

이하에서는, 어플리케이션 서버(3100) 및 스토리지 서버(3200)를 중심으로 설명하기로 한다. 어플리케이션 서버(3100)에 대한 설명은 다른 어플리케이션 서버(3100n)에도 적용될 수 있고, 스토리지 서버(3200)에 대한 설명은 다른 스토리지 서버(3200m)에도 적용될 수 있다.

어플리케이션 서버(3100)는 사용자 또는 클라이언트가 저장 요청한 데이터를 네트워크(3300)를 통해 스토리지 서버들(3200~3200m) 중 하나에 저장할 수 있다. 또한, 어플리케이션 서버(3100)는 사용자 또는 클라이언트가 독출 요청한 데이터를 스토리지 서버들(3200~3200m) 중 하나로부터 네트워크(3300)를 통해 획득할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 서버(3100)는 웹 서버 또는 DBMS(Database Management System) 등으로 구현될 수 있다.

어플리케이션 서버(3100)는 네트워크(3300)를 통해 다른 어플리케이션 서버(3100n)에 포함된 메모리(3120n) 또는 스토리지 장치(3150n)에 액세스할 수 있고, 또는 네트워크(3300)를 통해 스토리지 서버(3200~3200m)에 포함된 메모리(3220~3220m) 또는 스토리지 장치(3250~3250m)에 액세스할 수 있다. 이로써, 어플리케이션 서버(3100)는 어플리케이션 서버들(3100~3100n) 및/또는 스토리지 서버들(3200~3200m)에 저장된 데이터에 대해 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 서버(3100)는 어플리케이션 서버들(3100~3100n) 및/또는 스토리지 서버들(3200~3200m) 사이에서 데이터를 이동 또는 카피(copy)하기 위한 명령어를 실행할 수 있다. 이 때 데이터는 스토리지 서버들(3200~3200m)의 스토리지 장치로(3250~3250m)부터 스토리지 서버들(3200~3200m)의 메모리들(3220~3220m)을 거쳐서, 또는 바로 어플리케이션 서버들(3100~3100n)의 메모리(3120~3120n)로 이동될 수 있다. 네트워크(3300)를 통해 이동하는 데이터는 보안 또는 프라이버시를 위해 암호화된 데이터일 수 있다.

스토리지 서버(3200)를 예시로 설명하면, 인터페이스(3254)는 프로세서(3210)와 컨트롤러(3251)의 물리적 연결 및 NIC(3240)와 컨트롤러(3251)의 물리적 연결을 제공할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(3254)는 스토리지 장치(3250)를 전용 케이블로 직접 접속하는 DAS(Direct Attached Storage) 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 인터페이스(3254)는 ATA(Advanced Technology Attachment), SATA(Serial ATA), e-SATA(external SATA), SCSI(Small Computer Small Interface), SAS(Serial Attached SCSI), PCI(Peripheral Component Interconnection), PCIe(PCI express), NVMe(NVM express), IEEE 1394, USB(universal serial bus), SD(secure digital) 카드, MMC(multi-media card), eMMC(embedded multi-media card), UFS(Universal Flash Storage), eUFS(embedded Universal Flash Storage), CF(compact flash) 카드 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스 방식으로 구현될 수 있다.

스토리지 서버(3200)는 스위치(3230) 및 NIC(3240)을 더 포함할 수 있다. 스위치(3230)는 프로세서(3210)의 제어에 따라 프로세서(3210)와 스토리지 장치(3250)를 선택적으로 연결시키거나, NIC(3240)과 스토리지 장치(3250)를 선택적으로 연결시킬 수 있다. 이와 유사하게, 어플리케이션 서버(3100)는 스위치(3130) 및 NIC(3140)을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서 NIC(3240)는 네트워크 인터페이스 카드, 네트워크 어댑터 등을 포함할 수 있다. NIC(3240)는 유선 인터페이스, 무선 인터페이스, 블루투스 인터페이스, 광학 인터페이스 등에 의해 네트워크(3300)에 연결될 수 있다. NIC(3240)는 내부 메모리, DSP, 호스트 버스 인터페이스 등을 포함할 수 있으며, 호스트 버스 인터페이스를 통해 프로세서(3210) 및/또는 스위치(3230) 등과 연결될 수 있다. 호스트 버스 인터페이스는, 앞서 설명한 인터페이스(3254)의 예시들 중 하나로 구현될 수도 있다. 일 실시예에서, NIC(3240)는 프로세서(3210), 스위치(3230), 스토리지 장치(3250) 중 적어도 하나와 통합될 수도 있다.

스토리지 서버(3200~3200m) 또는 어플리케이션 서버(3100~3100n)에서 프로세서는 스토리지 장치(3150~3150n, 3250~3250m) 또는 메모리(3120~3120n, 3220~3220m)로 커맨드를 전송하여 데이터를 프로그램하거나 리드할 수 있다. 이 때 데이터는 ECC(Error Correction Code) 엔진을 통해 에러 정정된 데이터일 수 있다. 데이터는 데이터 버스 변환(Data Bus Inversion: DBI) 또는 데이터 마스킹(Data Masking: DM) 처리된 데이터로서, CRC(Cyclic Redundancy Code) 정보를 포함할 수 있다. 데이터는 보안 또는 프라이버시를 위해 암호화된 데이터일 수 있다.

스토리지 장치(3150~3150m, 3250~3250m)는 프로세서로부터 수신된 리드 커맨드에 응답하여, 제어 신호 및 커맨드/어드레스 신호를 NAND 플래시 메모리 장치(3252~3252m)로 전송할 수 있다. 이에 따라 NAND 플래시 메모리 장치(3252~3252m)로부터 데이터를 독출하는 경우, RE(Read Enable) 신호는 데이터 출력 제어 신호로 입력되어, 데이터를 DQ 버스로 출력하는 역할을 할 수 있다. RE 신호를 이용하여 DQS(Data Strobe)를 생성할 수 있다. 커맨드와 어드레스 신호는 WE(Write Enable) 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에 따라 페이지 버퍼에 래치될 수 있다.

컨트롤러(3251)는 스토리지 장치(3250)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(3251)는 SRAM(Static Random Access Memory)을 포함할 수 있다. 컨트롤러(3251)는 기입 커맨드에 응답하여 낸드 플래시(3252)에 데이터를 기입할 수 있고, 또는 독출 커맨드에 응답하여 낸드 플래시(3252)로부터 데이터를 독출할 수 있다. 예를 들어, 기입 커맨드 및/또는 독출 커맨드는 스토리지 서버(3200) 내의 프로세서(3210), 다른 스토리지 서버(3200m) 내의 프로세서(3210m) 또는 어플리케이션 서버(3100, 3100n) 내의 프로세서(3110, 3110n)로부터 제공될 수 있다. DRAM(3253)은 낸드 플래시(3252)에 기입될 데이터 또는 낸드 플래시(3252)로부터 독출된 데이터를 임시 저장(버퍼링)할 수 있다. 또한, DRAM(3253)은 메타 데이터를 저장할 수 있다. 여기서, 메타 데이터는 사용자 데이터 또는 낸드 플래시(3252)를 관리하기 위해 컨트롤러(3251)에서 생성된 데이터이다. 스토리지 장치(3250)는 충전 전압 제어부(CVC)(3255)를 포함하여 충전 전압의 레벨을 적응적/실시간으로 설정 및 변경하고 보조 전원 장치의 수명 및 신뢰성이 향상되도록 구현될 수 있다.

충전 전압 제어부(3255)는 도 2의 보조 전원 장치(110), 충전 회로(120), 모니터링 회로(130), 환경 센서(140), 전압 컨트롤러(150) 등을 포함하며, 본 발명의 실시예들에 따른 충전 전압 제어 방법을 수행하도록 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 스토리지 장치 및 스토리지 시스템을 포함하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 PC(Personal Computer), 서버 컴퓨터(server computer), 데이터 센터(data center), 워크스테이션(workstation), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 전자 시스템에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

환경 센서로부터 초기 환경 정보를 수신하는 단계;
상기 초기 환경 정보에 기초하여, 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정하는 단계;
상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계;
상기 환경 센서로부터 현재 환경 정보를 수신하는 단계;
상기 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계; 및
선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 포함하고,
상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계는,
상기 보조 전원 장치가 상기 현재 환경 정보에 대응하는 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 달라진 경우, 및 상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하는 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨에서 상기 제1 전압 레벨과 다르고 상기 현재 환경 정보에 대응하는 제2 전압 레벨로 변경하는 단계; 및
상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 달라진 경우, 및 상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하지 못하는 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨로 유지하는 단계를 포함하며,
선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는,
상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 달라진 경우, 및 상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계; 및
상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 달라진 경우, 및 상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하지 못하는 경우에, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 포함하고,
상기 보조 전원 장치가 상기 필요 에너지 조건을 만족하는지 판단하는 단계는,
모니터링 동작을 수행하여 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 획득하는 단계;
상기 현재 커패시턴스 및 상기 제2 전압 레벨에 기초하여 변경 예정 에너지 값을 획득하는 단계; 및
설계 과정에서 미리 결정된 필요 에너지 값과 상기 변경 예정 에너지 값을 비교하는 단계를 포함하는 충전 전압 제어 방법.
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삭제
제 1 항에 있어서,
상기 필요 에너지 값이 상기 변경 예정 에너지 값보다 작은 경우에, 상기 필요 에너지 조건을 만족하는 것으로 판단하고,
상기 필요 에너지 값이 상기 변경 예정 에너지 값보다 크거나 같은 경우에, 상기 필요 에너지 조건을 만족하지 못하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계는,
상기 충전 전압의 레벨을 상기 제2 전압 레벨로 변경한 이후에, 상기 현재 환경 정보를 상기 이전 환경 정보로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
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제 1 항에 있어서, 상기 환경 센서는,
온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 움직임 센서, 시간 센서, 공간 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 진동 센서, 외부 힘(mechanical stress) 센서, 충격(shock) 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전한 이후에, 상기 초기 환경 정보를 상기 이전 환경 정보로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 현재 환경 정보를 수신하는 단계, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계, 및 상기 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는 주기적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 현재 환경 정보를 수신하는 단계, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계, 및 상기 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는 외부 커맨드에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 현재 환경 정보가 상기 이전 환경 정보와 동일한 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 유지하는 단계; 및
레벨 유지된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
보조 전원 장치에 포함되는 적어도 하나의 커패시터의 특성을 판단하는 단계;
상기 적어도 하나의 커패시터가 제1 특성을 가지는 경우에, 상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 기초로 상기 보조 전원 장치를 충전하는데 이용되는 충전 전압의 레벨을 조절하는 제1 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 커패시터가 상기 제1 특성과 다른 제2 특성을 가지는 경우에, 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스 및 환경 센서로부터 수신되는 환경 정보를 기초로 상기 충전 전압의 레벨을 조절하고 상기 제1 제어 방식과 다른 제2 제어 방식을 수행하여, 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 포함하는 충전 전압 제어 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 특성은 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 더 빨리 줄어드는 특성을 나타내고,
상기 제2 특성은 상기 충전 전압의 레벨이 높을수록 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 더 천천히 줄어들거나 상기 충전 전압의 레벨과 상기 적어도 하나의 커패시터의 수명이 무관한 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 제2 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는,
상기 환경 센서로부터 초기 환경 정보를 수신하는 단계;
상기 초기 환경 정보에 기초하여, 상기 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정하는 단계;
상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계;
상기 환경 센서로부터 현재 환경 정보를 수신하는 단계;
상기 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하는 단계; 및
선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는,
상기 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정하는 단계;
상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계;
모니터링 동작을 수행하여 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스를 획득하는 단계;
상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스가 제1 기준 커패시턴스보다 작은 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨과 다른 제2 전압 레벨로 변경하는 단계; 및
상기 제2 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 제2 전압 레벨은 상기 제1 전압 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는,
상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스가 상기 제1 기준 커패시턴스보다 크거나 같은 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 전압 레벨로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 제1 제어 방식을 수행하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계는,
상기 제2 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전한 이후에, 상기 모니터링 동작을 수행하여 상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스를 획득하는 단계;
상기 보조 전원 장치의 상기 현재 커패시턴스가 상기 제1 기준 커패시턴스와 다른 제2 기준 커패시턴스보다 작은 경우에, 상기 충전 전압의 레벨을 상기 제1 및 제2 전압 레벨들과 다른 제3 전압 레벨로 변경하는 단계; 및
상기 제3 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 상기 보조 전원 장치를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 제3 전압 레벨은 상기 제1 및 제2 전압 레벨들보다 높고,
상기 제2 기준 커패시턴스는 상기 제1 기준 커패시턴스보다 작은 것을 특징으로 하는 충전 전압 제어 방법.
적어도 하나의 커패시터를 포함하고, 충전 전압에 기초하여 충전되며, 내부 전원 전압을 생성하는 보조 전원 장치;
외부 전원 전압 및 충전 전압 제어 신호에 기초하여 상기 충전 전압을 생성하는 충전 회로;
상기 보조 전원 장치의 현재 커패시턴스를 모니터링하는 모니터링 회로;
초기 환경 정보 및 현재 환경 정보를 생성하는 환경 센서;
상기 현재 커패시턴스, 상기 초기 환경 정보 및 상기 현재 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압 제어 신호를 생성하는 전압 컨트롤러; 및
상기 외부 전원 전압 또는 상기 내부 전원 전압에 기초하여 동작하는 메인 시스템부를 포함하고,
상기 충전 회로 및 상기 전압 컨트롤러는 상기 초기 환경 정보에 기초하여 상기 충전 전압의 레벨을 제1 전압 레벨로 설정하고, 상기 보조 전원 장치는 상기 제1 전압 레벨을 가지는 상기 충전 전압에 기초하여 충전되며,
상기 충전 회로 및 상기 전압 컨트롤러는 상기 현재 환경 정보가 이전 환경 정보와 달라진 경우에 상기 충전 전압의 레벨을 선택적으로 변경하고, 상기 보조 전원 장치는 선택적으로 레벨 변경된 상기 충전 전압에 기초하여 충전되는 스토리지 장치.