存储装置、存储器装置和存储器系统的制作方法

存储装置、存储器装置和存储器系统
1.本申请要求于2019年9月9日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0111567号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
2.发明构思的示例性实施例涉及外部供电的存储器装置，更具体地，涉及次要地供应辅助电力的辅助电源装置以及包括辅助电源装置的存储器系统。


背景技术：

3.通常，包括存储器装置和存储器控制器的存储器系统利用从外部电源供应的电力来操作。可能发生在存储器系统的操作期间电力突然中断的突然断电(spo)情况。在存储器控制器通过使用易失性存储器存储数据的情况下，存储在易失性存储器中的数据可能丢失或者由存储器装置执行的操作(例如，擦除操作、写入操作等)可能未完成。


技术实现要素：

4.发明构思的示例性实施例提供了一种包括路径电路的存储装置以及包括所述存储装置的存储器系统，路径电路提供电流的路径以高效且准确地监测辅助电源装置的状态。例如，当发生突然断电(spo)情况时，存储器系统可使用辅助电源装置完成正被执行的操作和/或执行数据备份操作。
5.根据发明构思的示例性实施例，一种存储装置包括：辅助电源装置，包括至少一个电容器，其中，所述至少一个电容器具有针对漏电流的第一路径；充电电路，包括连接到辅助电源装置的开关；以及状态确定电路，连接到辅助电源装置，其中，状态确定电路包括与所述至少一个电容器并联连接以形成第二路径的路径电路，第二路径具有比第一路径的电阻低的电阻和电流源中的至少一个。
6.根据发明构思的示例性实施例，一种存储器装置包括：测量装置，用于测量所述存储器装置的辅助电源电路中的至少一个电容器的电压；检测装置，用于通过将测量的电压的变化时间与参考时间进行比较来确定所述至少一个电容器的故障；正常状态装置，用于如果所述至少一个电容器的电压在第一电压电平与比第一电压电平低的第二电压电平之间周期性地循环，则确定辅助电源电路的状态处于正常状态；以及异常状态装置，用于如果所述至少一个电容器的电压在第一电压电平与第二电压电平之间非周期性地循环或从第一电压电平与第二电压电平之间偏离，则确定辅助电源电路的状态处于异常状态。
7.根据发明构思的示例性实施例，一种存储器系统包括：断电保护(plp)电路，具有包括至少一个电容器的辅助电源装置；充电电路，包括与辅助电源装置连接的被导通或截止的开关电路，并且被配置为向辅助电源装置供应电力；主系统电路，包括控制器和至少一个存储器芯片；以及电源块，布置在plp电路与主系统电路之间并且被配置为向主系统电路供应电力，其中，plp电路包括状态确定电路，状态确定电路被配置为测量所述至少一个电容器的电压，并且通过将测量的电压的变化时间与参考时间进行比较来确定所述至少一个
电容器的故障，并且状态确定电路包括路径电路，路径电路与所述至少一个电容器并联连接并且被配置为形成第二路径，第二路径具有比针对所述至少一个电容器的漏电流的第一路径的电阻值小阈值的电阻值。
附图说明
8.在结合附图时从下面的具体实施方式，可更清楚地理解发明构思的示例性实施例，其中：
9.图1是根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路的存储装置的示意性框图；
10.图2是根据发明构思的示例性实施例的充电电路的示意性电路图；
11.图3是根据发明构思的示例性实施例的充电电路的降压转换器的示意性电路图；
12.图4a是根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的彼此串联连接的电容器和绝缘电阻器的示意性电路图；
13.图4b是根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的彼此并联连接的电容器和绝缘电阻器的示意性电路图；
14.图5a是根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的第一路径和包括电阻器的状态确定电路的第二路径的示意性电路图；
15.图5b是根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的第一路径和包括电流源的状态确定电路的第二路径的示意性电路图；
16.图5c是根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的第一路径和包括电压分配器的状态确定电路的第二路径的示意性电路图；
17.图6是示出根据发明构思的示例性实施例的在辅助电源装置的正常状态下，随时间的辅助电源装置的电压和充电电路的切换的示意性曲线图；
18.图7a至图7c是示出根据发明构思的示例性实施例的在辅助电源装置的异常状态下，随时间的辅助电源装置的电压和充电电路的切换的示意性曲线图；
19.图8a是根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在主系统集成电路(ic)中的存储器系统的示意性框图；
20.图8b是根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在断电保护(plp)ic中的存储器系统的示意性框图；
21.图9a是根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在plp块中的存储器系统的示意性框图；
22.图9b是根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在主系统ic中的存储器系统的示意性框图；
23.图10a和图10b是示出根据发明构思的示例性实施例的存储器系统中的供电过程的示意性混合概念图；以及
24.图11至图13是示出根据发明构思的示例性实施例的确定辅助电源装置的状态的存储装置的操作方法的流程图。
具体实施方式
25.当发生突然断电(spo)或类似情况时，示例性实施例的存储器系统可使用辅助电
源装置完成正被执行的操作和/或执行数据备份操作。在下文中，将参照附图描述发明构思的示例性实施例。
26.图1示出根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路的存储装置。参照图1，根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路的存储装置1000可包括充电电路100、连接到充电电路的辅助电源装置200以及连接到充电电路和辅助电源装置的状态确定电路300，其中，状态确定电路300可包括路径电路310。
27.充电电路100可向辅助电源装置200供应电力。例如，充电电路100可以以(但不应限于)直流(dc)-dc转换器来实现。
28.根据发明构思的示例性实施例的存储装置1000的充电电路100可包括与辅助电源装置200连接以被接通或断开的开关电路。开关电路可分别在开关接通或断开时向辅助电源装置200供应电力或切断电力。充电电路100可向辅助电源装置200供应电压以对辅助电源装置200充电。
29.充电电路100的充电操作可由开关电路的接通/断开状态来表示。充电电路100的充电操作也可由dc-dc转换器的开关配置文件(profile)来表示。开关配置文件可表示当场效应晶体管(fet)用作开关时，包括在dc-dc转换器中的fet的导通/截止状态随时间而被表示的信息。可参照图2、图3、图6以及图7a至图7c更详细地描述充电电路100。
30.至少一个电容器210可连接到辅助电源装置200。电容器210在实现中由于物理特性可包括绝缘电阻器230，并且电容器210的漏电流可流经包括绝缘电阻器230的路径。参照图1，包括绝缘电阻器230的路径被示为第一路径path1。
31.虽然为了便于描述，在图1中示出一个电容器，但是可使用多个电容器之间的各种连接方法(诸如，串联连接、并联连接以及串联连接/并联连接的组合)，而不限于该实例。可参照图4a和图4b更详细地描述用于辅助电源装置200的电容器连接方法。
32.多个电容器中的每个可各自具有相应的绝缘电阻器，从而可存在多个绝缘电阻器。然而，在此为了便于描述，应当理解，所有这样的绝缘电阻器可被转换成或被视为一个等效绝缘电阻器230。
33.电容器210可以是电解电容器、薄膜电容器、钽电容器、陶瓷电容器等。
34.电解电容器可使用薄氧化膜作为电介质并且使用铝作为电极，因此也被称为铝(al)电容器。电解电容器具有良好的低频特性，并且可被实现为高达数万μf的高容量。钽电容器包括由钽(ta)形成的电极，并且可具有比电解电容器的温度特性和频率特性好的温度特性和频率特性。
35.薄膜电容器可被构造成使得薄膜电介质(诸如，聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等)插入到电极(诸如，铝、铜等)中，并且卷绕。随着材料和制造工艺，薄膜电容器可具有不同的容量和用途。在薄膜电容器之中可能相对便宜的双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(bopet)电容器是通过将聚酯薄膜插入金属中而制成的圆柱形电容器，并且可主要用于高频电路、振荡电路等。
36.对于陶瓷电容器，可使用高介电常数材料(诸如，钛酸钡(titanium-barium))作为电介质。陶瓷电容器具有良好的高频特性，并且可用于通过接地(ground)传递噪声。作为一种陶瓷电容器的多层陶瓷电容器(mlcc)可使用多层高介电常数陶瓷作为电极之间的电介质。mlcc由于其良好的温度特性和频率特性以及小的尺寸而可用于旁路。
37.在根据发明构思的示例性实施例的存储装置1000中，辅助电源装置200的电容器210可包括具有低等效串联电阻(esr)的钽电容器、铝电容器、mlcc等。然而，辅助电源装置200的电容器210的特定材料可不限于前述示例而不同。
38.辅助电源装置200可从充电电路100被供应电力，使得电容器210可被充电。当通过从充电电路100的充电而在电容器210中累积电荷，使得电容器210的电压达到第一电压时，可停止从充电电路100的充电。当电容器210中的充电停止时，发生电荷缓慢流出的自然放电，使得电容器210的电压缓慢下降。当电容器210的电压下降并且达到第二电压时，充电电路100的充电操作重新开始，并且因此补充的电荷可被重新充电到辅助电源装置200的电容器210。
39.当辅助电源装置200的状态正常时，充电电路100的充电操作可以以预设间隔重复进行。然而，当辅助电源装置200的状态异常时(诸如，例如当诸如短路或开路的故障发生在辅助电源装置200的多个电容器210中的一些电容器中时)，充电电路100的充电操作可具有与辅助电源装置200的状态正常时不同的方面。因此，通过测量和分析充电电路100的充电操作，可确定辅助电源装置200的状态。换句话说，可确定辅助电源装置200的电容器210的故障。
40.辅助电源装置200的状态可通过测量和分析开关电路的接通或断开状态来确定。辅助电源装置200的状态可通过测量和分析dc-dc转换器的开关配置文件来确定。可参照图6以及图7a至图7c更详细地描述由辅助电源装置200执行的状态测量和分析。
41.当将被供应电力的电子系统(诸如，以存储器系统为例)被中断外部电源的突然断电(spo)情况发生时，辅助电源装置200可将辅助电力供应到存储器系统。更具体地，辅助电源装置200可通过将电容器210中累积的能量供应到存储器系统来完成正被执行的操作并且执行数据备份操作。根据发明构思的示例性实施例，在spo情况下，存储器系统可从辅助电源装置200接收临时电源，并且将数据存储在非易失性存储装置(诸如，nand闪存等)中，以执行备份操作。然而，在辅助电源装置200中存在故障的情况下，在spo情况下适当的电力可能不会被供应到存储器系统，导致存储器系统中的重要数据丢失。为防止在spo情况下存储器系统的数据丢失，可周期性地或基本连续地实时监测辅助电源装置200，并且可检查辅助电源装置200的状态，使得在存在故障的情况下，可修理或替换辅助电源装置200。
42.根据发明构思的示例性实施例的存储装置1000的状态确定电路300可测量和分析充电电路100的充电操作和包括在辅助电源装置200中的电容器210的电压，以确定辅助电源装置200的状态。例如，充电电路100的充电操作可通过开关电路的接通/断开状态或dc-dc转换器的开关配置文件来表示，状态确定电路300可通过测量和分析开关电路的接通/断开状态或dc-dc转换器的开关配置文件来确定辅助电源装置200的状态。可测量和分析电容器210的电压以确定电容器210的故障，因此确定辅助电源装置200的故障。
43.状态确定电路300可通过监测电容器210的电压来确定电容器210的故障。更具体地，状态确定电路300可根据电容器210的电压电平的变化来确定辅助电源装置200的状态是否正常。例如，状态确定电路300可将电容器210的从第一电压到第二电压的电压下降所花的时间与参考时间进行比较，并且将电容器210的从第二电压到第一电压的电压上升所花的时间与参考时间进行比较。
44.辅助电源装置200维持被充电有至少足够的预设能量的状态以便在spo情况下的
预设时间期间支持存储装置1000。因此，状态确定电路300可测量电容器210的电压并且通过计算有效电容来确定存储在辅助电源装置200中的能量，因此确定辅助电源装置200是否处于正常状态。
45.根据发明构思的示例性实施例的存储装置1000的状态确定电路300可包括与辅助电源装置200并联连接的路径电路310。路径电路310可被配置为形成第二路径path2，第二路径path2具有小于电容器210的漏电流流经的第一路径的电阻值的电阻值。更具体地，第二路径的电阻值可被实现为比第一路径的电阻值小阈值那么多。阈值可预先确定为当状态确定电路300确定辅助电源装置200的状态时使电容器210的漏电流的因素的影响最小化的值。换句话说，第二路径可被配置为迫使在电容器210中流动的漏电流流经除了电容器210内部的第一路径之外的另一路径。
46.电容器210可具有源自物理特性的绝缘电阻器。路径电路310可提供由于绝缘电阻器而生成的电容器210的漏电流以分流的方式流经的路径。参照图1，漏电流的一部分可流经第一路径，并且漏电流的其他部分可流经路径电路310。可在路径电路310内提供至少一个电流路径。
47.在电容器210中流动的漏电流可被各种内部或外部环境或因素(诸如，电容器210的寿命、电子部件的温度和湿度等)而改变。例如，辅助电源装置200中使用的电容器210的初始漏电流可小于或等于5μa，并且适当的漏电流的可容许量可小于或等于100μa。然而，根据各种使用环境(诸如，存储装置1000的使用时间、使用存储装置1000的环境的温度和湿度等)，电容器210的漏电流可能上升到100μa以上。在这种情况下，通过包括路径电路310，在电容器210中流动的漏电流的量可被调节，并且因此可返回到适当的范围(诸如，例如到100μa或更小)。以这种方式，通过调节在电容器210中流动的漏电流的量，状态确定电路300可准确地测量和确定辅助电源装置200的故障。因此，存储装置1000可补偿许多故障，并且为其他故障提供系统警报。可参照图6以及7a至图7c更详细地描述电容器210的漏电流和辅助电源装置200的故障的测量和分析。
48.根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000可通过状态确定电路300实时地测量和分析充电电路100的充电操作，因此实时地监测辅助电源装置200的状态。在此，充电电路100的充电操作可例如由dc-dc转换器的开关配置文件表示，其中，状态确定电路300可测量dc-dc转换器的开关配置文件。
49.因为辅助电源装置200的状态基于充电电路100的自然进行的充电操作来监测，所以根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000可不执行诸如使辅助电源装置200的电容器210强制放电的操作的操作。因此，可安全地维持从辅助电源装置200供应电力的存储器系统，并且可始终维持数据备份状态。
50.通常，如果执行诸如电容器210的强制放电的操作以监测辅助电源装置200的状态，则在发生实际spo情况时可能不能防止数据丢失。虽然考虑到在强制放电期间spo情况的发生，可改变存储器写入模式，但是如果不管辅助电源装置200的状态如何而预先改变存储器写入模式，则存储器系统的操作效率可能降低。
51.然而，根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000不需要电容器210的强制放电，消除了对在辅助电源装置200的监测期间改变存储器写入操作的需要，并且因此防止存储器系统的操作效率降低。此外，可利用路径电路310来调节漏电流的
量，从而避免在确定电容器210的故障时由漏电流引起的测量失真。因此，可更精确地测量电容器210的故障，从而提高确定存储装置1000是否处于异常状态的准确性。
52.图2和图3详细示出包括图1的路径电路310的存储装置1000的充电电路100的dc-dc转换器示例。图2示出简单的降压转换器配置，并且图3示出实质性的降压转换器配置。为了便于理解，可参照图1进行描述。
53.参照图2和图3，在根据示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000中，充电电路100可包括dc-dc转换器。然而，为了便于理解和详细描述详细的应用，可在不将充电电路100限制为dc-dc转换器的情况下指定一个装置。例如，包括开关元件的缓冲电路也可用于充电电路100。
54.dc-dc转换器可包括升压转换器和降压转换器。升压转换器可以是对输入dc电压进行升压并输出升压的输入dc电压的转换器，并且降压转换器可以是对输入dc电压进行降压并输出降压的输入dc电压的转换器。
55.参照图2，在根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000中，充电电路100可包括简单的降压转换器100a，降压转换器100a可包括开关110、电感器120、二极管130和电容器140。如所示出的，电容器140可包括在降压转换器100a中。然而，电容器140可被视为作为充电目标的辅助电源装置200的部分。
56.参照图2，当降压转换器100a的开关110闭合时，电压从电源101供应给电感器120，增大了在电感器120中流动的电流，使得能量在电感器120中累积并被传送到输出端，从而增大了输出电压vo(即，电容器140的电压)。二极管130可以反向偏置，使得电流可能不流到二极管130。
57.当开关110断开时，可形成包括电感器120、二极管130和电容器140的闭合电路。流经电感器120的电流流经闭合电路并缓慢下降，因此输出电压vo(即，电容器140的电压)下降。这可被解释为电容器140的自然放电。可根据开关110的闭合时间与断开时间的比率来控制输出电压vo的平均电压。当开关110闭合时，可达到最大输出电压，并且输出电压可等于或小于输入电压。开关110可包括但不限于容易控制的场效应晶体管(fet)。
58.参照图3，实质性的降压转换器100b可包括一对第一开关110a和第二开关110b、电感器120和电容器140。在此，一对开关110a和110b可包括如所示出的相同的n型fet，脉宽调制(pwm)信号pwm_t和pwm_b可分别被输入到一对开关110a和110b。然而，发明构思不限于这个示例。例如，一对开关110a和110b可包括n型fet和p型fet、或相同的p型fet，其中，对于n型fet和p型fet，相同的脉宽调制信号可被输入到一对开关110a和110b。此外，fet可以是如所示出的增强型的，或者一个或两个可以是耗尽型的。
59.根据发明构思的示例性实施例的降压转换器100b可根据开关110a和110b中的每个的导通或截止状态以两种模式操作。
60.例如，第一模式可以是当第一开关110a导通并且第二开关110b截止时的操作模式，其中，随着来自电源101的电压被施加到电感器120，在电感器120中流动的电流增大，使得能量在电感器120中累积并被传送到输出端，从而增大输出电压vo(即，电容器140两端的电压)。
61.例如，第二模式可以是当第一开关110a截止并且第二开关110b导通时的操作模式，其中，可形成包括电感器120和电容器140的闭合电路。在电感器120中流动的电流流经
闭合电路并且缓慢下降直到第一开关110a在下一周期中导通为止，使得输出电压vo可下降。
62.根据发明构思的示例性实施例，充电电路100可被控制器400a控制。
63.当感测的输出电压vo低时，控制器400a可延长第一开关110a的导通时间并且可缩短第二开关110b的导通时间，从而升高输出电压vo。当感测的输出电压vo高时，控制器400a可缩短第一开关110a的导通时间并且可延长第二开关110b的导通时间，从而降低输出电压vo。例如，控制器400a可根据输出电压vo调节输出到开关110a和110b中的每个的pwm信号的占空比，从而在电容器140中将电压维持在特定范围中。可参照图9更详细地描述控制器400a。
64.图4a和图4b示出包括图1的路径电路的存储装置的辅助电源装置的不同结构。为了便于理解，可参照图1进行描述。
65.参照图4a，在根据示例性实施例的包括路径电路的存储装置1000中，辅助电源装置200a可被配置为使得多个电容器210串联连接。通常，当电容器210串联连接时，电容器210的总电压可升高。因此，通过串联连接小容量电容器，可实现高电压的辅助电源装置。同时，通过并联连接电容器210，电容器210的总容量可增大，从而增大可存储在电容器210中的电荷的量。
66.由于电容器210的物理特性，绝缘电阻器可在多个电容器210中的每个中。对于相应的多个电容器210，绝缘电阻器可与电容器并联，并且因此用作漏电流流经的路径。参照图4a，分别在多个电容器210中生成的多个绝缘电阻器可表示为一个等效绝缘电阻器230a。
67.包括在辅助电源装置200a中的电容器210中生成的漏电流可流经等效绝缘电阻器230a。参照图4a和图1，等效绝缘电阻器230a可表示为第一路径。
68.现在参照图4b，在根据示例性实施例的包括路径电路的存储装置1000中，辅助电源装置200b可被配置为使得多个电容器210并联连接。多个并联电容器210可增大辅助电源装置200b的电荷容量。如上所述，由于电容器210的物理特性，绝缘电阻器可在多个电容器210中的每个中。对于相应的多个电容器210，绝缘电阻器可与电容器并联，并且因此用作漏电流流经的路径。参照图4b，分别在多个电容器210中生成的多个绝缘电阻器可表示为一个等效绝缘电阻器230b。例如，一个等效绝缘电阻值可与多个电容器210的绝缘电阻值的调和平均值成比例。
69.包括在辅助电源装置200b中的电容器210中生成的漏电流可流经等效绝缘电阻器230b。参照图4b和图1，等效绝缘电阻器230b可表示为第一路径。
70.虽然未示出，但是在根据示例性实施例的包括路径电路的存储装置1000中，辅助电源装置200b可被配置为使得多个电容器210以并联与串联的组合进行连接。如上所述，可通过串联连接电容器来提高电容器的总电压，并且可通过并联连接电容器来增大电容器的总容量。在根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000中，通过以串联和并联的组合连接多个电容器210，可增大电容器的总电压和总容量。
71.图5a、图5b和图5c示出根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置200的第一路径和路径电路310的第二路径。第一路径path1和第二路径path2可以是由电容器210的物理特性生成的漏电流流经的路径。路径电路310的第二路径可包括电阻器。第一路径和第二路径并联连接，使得在将电压从充电电路100施加到第一路径和第二路径的上部上的公共
节点时，电容器210的漏电流可流经第一路径和第二路径。
72.在图5a中，示出根据发明构思的示例性实施例的辅助电源装置的第一路径path1和状态确定电路300a的路径电路310的第二路径path2。流经第二路径的电流的值可大于流经第一路径的电流的值。也就是说，包括在第二路径中的电阻器311的值可小于包括在第一路径中的绝缘电阻器230的值。例如，在第二路径中流动的电流的值可以是1ma，并且在第一路径中流动的电流的值可以是10μa，使得在第一路径中流动的电流的值可以是相对于在第二路径中流动的电流的值1％的比率。然而，这仅是用于描述发明构思的示例性实施例的数值的示例，而不限于此。
73.参照图5a，通过在路径电路310的第二路径中包括电阻器311，可调节在电容器中流动的漏电流。电容器的漏电流的值可随着电容器的寿命以及使用环境的温度和湿度而改变，其中，流经电容器的漏电流以分流的方式流经路径电路310，从而抑制在第一路径中流动的漏电流的改变，在第一路径中流动的漏电流的改变可能是干扰辅助电源装置的电压的测量的原因。换句话说，在维持电容器的放电电流的总量基本恒定的同时，尽管电容器的特性发生改变，也维持流经第一路径的漏电流的改变不太高，因此提高了电容器的故障的测量的准确性。
74.虽然未指示，但是图5a中示出的电阻器311可以是可变电阻器。可变电阻器可对应于电容器210的变化而被灵活地调节，使得在第一路径和第二路径中流动的电流的值可被可变地调节。可变电阻器可基于测量或控制需要调节为0。
75.参照图5b，根据发明构思的示例性实施例，示出辅助电源装置的第一路径path1和状态确定电路300b的路径电路310的第二路径path2。路径电路310的第二路径可包括电流源313。换句话说，流经第二路径的电流的值可大于流经第一路径的电流的值。电流源可根据包括在第一路径中的绝缘电阻器230可变地设置或预设。例如，流经第一路径的电流的值可以是10μa，并且被预设为流经电流源313的电流的基本恒定的值可以是1ma。也就是说，电流源313可针对流经第二路径的电流的值被预先配置，流经第二路径的电流的值是流经第一路径的电流的值的100倍。然而，这个示例仅是用于描述发明构思的示例性实施例的数值，而不限于此。
76.如参照图5b所描述的，包括在第二路径中的电流源313可抑制在第一路径中流动的漏电流的改变，在第一路径中流动的漏电流的改变可能是干扰辅助电源装置的电压的测量的原因。
77.参照图5c，根据发明构思的示例性实施例，示出辅助电源装置的第一路径path1和状态确定电路300c的路径电路310的第二路径path2。第二路径可包括电压分配器(或分压器)。
78.参照图5c，电压分配器可以是串联连接的第一电阻器315和第二电阻器311，以及供给施加到第一电阻器和第二电阻器之间的节点的电压的电路，其中，第二电阻器连接到地，并且第一电阻器连接回充电电路以维持施加到电容器210的电压基本恒定。也就是说，电压分配器可用作作为电压调节器的用于提供反馈的电路。
79.当施加到电压分配器的第一电阻器315和第二电阻器311所连接到的节点的电压被反馈到充电电路100时，施加到电容器210的电压可维持基本恒定。也就是说，即使当由充电电路100生成的输入电阻改变或者电容器210的漏电流特性变化时，由于电压分配器，施
加到电容器的电压也可维持基本恒定。
80.参照图1、图2和图5c，当尽管外部环境变化而电容器施加电压vo还是维持基本恒定时，由状态确定电路300测量的电容器施加电压vo可以是准确值，使得电容器210的故障可被准确地识别。
81.虽然未示出，但是除了漏电流流经的第二路径之外，还可存在漏电流流经的多个路径。例如，可存在与第二路径并联连接的第三路径，并且第三路径可包括参照图5a至图5c描述的电阻器、电流源和电压分配器作为漏电流流经的通道。
82.图6示出根据发明构思的示例性实施例的在辅助电源装置的正常状态下，随时间的辅助电源装置的电压以及充电电路的切换。x轴指示时间，y轴指示电压，其中，单位可以是任意单位。y轴上的a可指示当充电电路100完成充电(即，放电开始)时辅助电源装置200的第一电压，b可指示当充电电路100开始充电时辅助电源装置200的第二电压。为了便于理解，可参照图1进行描述。
83.参照图6，在根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路310的存储装置1000中，状态确定电路300可测量充电电路100的输出电压或辅助电源装置200的电压。更具体地，状态确定电路300可在电容器210的放电开始时检测第一电压a，并且在充电开始时检测第二电压b。
84.充电电路100可根据辅助电源装置200的电压电平自动地执行充电操作。换句话说，充电电路100可基于预设电压条件执行针对辅助电源装置200的充电操作。例如，当辅助电源装置200的第一电压被设置为放电开始电压，辅助电源装置200的第二电压被设置为充电开始电压时，并且当辅助电源装置200的电压由于辅助电源装置200的自然放电而可以达到第二电压时，则充电电路100可开始针对辅助电源装装置200的充电操作。此后，当辅助电源装置200的电压达到作为放电开始电压和充电完成电压的第一电压时，则充电电路100可结束充电操作。充电电路100的充电操作可在辅助电源装置200的正常状态下在第一电压与第二电压之间周期性地并且重复地执行。
85.当状态确定电路300检测到辅助电源装置200的第一电压和第二电压时，计时器(未示出)可测量充电电路100的充电时段的时间和/或放电时段的时间。更具体地，放电时段是辅助电源装置200的电压从第一电压电平(a)下降到第二电压电平(b)的时段，并且因此可对应于充电电路100的dc-dc转换器的fet(图2的110)的截止时段或开关电路的断开状态。更具体地，充电时段是辅助电源装置200的电压从第二电压电平(b)上升到第一电压电平(a)的时段，并且因此可对应于充电电路100的dc-dc转换器的fet(图2的110)的导通时段或开关电路的开关接通状态。
86.一旦由计时器(未示出)测量出fet的导通时段和/或截止时段的时间，状态确定电路300就可确定辅助电源装置200的状态是否正常。换句话说，当辅助电源装置200的状态正常时，充电电路100的充电操作可在第一电压与第二电压之间周期性地并且重复地执行。因此，与充电时段对应的fet的导通时段的时间和与放电时段对应的fet的截止时段的时间可分别具有特定值。结果，可测量fet的导通时段的时间和/或fet的截止时段的时间并可分别设置参考时间，并且可将测量的fet的导通时段的时间和/或测量的fet的截止时段的时间与参考时间进行比较，从而确定辅助电源装置200的状态是否正常。可预先输入参考时间，而不用单独的初始化或设置处理。
87.状态确定电路300可将测量的fet的导通时段的时间和/或测量的fet的截止时段的时间与一个或多个参考时间进行比较，使得当测量的时间与参考时间之间的差在预设范围之内时，状态确定电路300可确定辅助电源装置200的状态为正常；当所述差超出预设范围时，状态确定电路300可确定辅助电源装置200的状态为异常。
88.参照图6，当辅助电源装置200的状态正常时，fet的导通时段的时间可对应于导通参考时间δton-r，并且fet的截止时段的时间可对应于截止参考时间δtoff-r。导通参考时间δton-r和截止参考时间δtoff-r可针对每个时段维持基本恒定。
89.换句话说，当辅助电源装置200的状态未被确定时，如果通过状态确定电路300测量的充电电路100的fet的导通时段的时间和/或截止时段的时间与导通参考时间δton-r和/或截止参考时间δtoff-r基本相同，则辅助电源装置200可被确定为处于正常状态。例如，测量的时间与导通/截止参考时间之间的差的预设范围可以是
±
5％。然而，设定范围不限于以上数值。
90.可分别设置针对fet的导通时段的导通参考时间和针对fet的截止时段的截止参考时间两者，或者可设置它们中的任何一个。由状态确定电路300做出的辅助电源装置200的状态是否正常的确定可包括将测量的fet的导通时段的时间与导通参考时间进行比较，或者将测量的fet的截止时段的时间与截止参考时间进行比较。可选地，该确定可包括将测量的fet的导通时段的时间与导通参考时间进行比较和将测量的fet的截止时段的时间与截止参考时间进行比较两者。
91.图7a至图7c示出根据发明构思的示例性实施例的在辅助电源装置的异常状态下随时间的辅助电源装置的电压以及充电电路的切换。图7a和图7b示出电容器210的电开路状态，图7c示出电容器210的电短路状态。
92.参照图7a，当辅助电源装置200的状态异常时，辅助电源装置200的电压可偏离在第一电压a与第二电压b之间的周期性上升和下降模式、或者偏离在第一电压a与第二电压b之间的循环。例如，当在图7a中的实直线开始的时间点在辅助电源装置200的电容器210中的一些发生开路故障时，自然放电可根据周围环境而减慢或加快，图7a示出自然放电减慢的示例。作为参考，当自然放电由于电容器210的开路故障而减慢时，可缩短充电时段的时间。然而，放电与充电之间的时间关系不限于此。
93.当自然放电减慢时，在其期间辅助电源装置200的电压下降到第二电压b的时间(即，fet的截止时段)可延长。因此，状态确定电路300可测量fet的截止时段的时间作为第一开路截止时间δtoff-o1。第一开路截止时间δtoff-o1可不同于截止参考时间δtoff-r。例如，当针对所述差的预设范围是5％时，第一开路截止时间δtoff-o1可被延长超过截止参考时间δtoff-r至少5％。因此，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于异常状态(诸如，开路状态)。
94.图7b示出辅助电源装置200处于异常状态，并且在电容器210中的一些发生开路故障的情况。然而，图7b示出与图7a中不同的自然放电加快的情况。
95.根据发明构思的示例性实施例，当自然放电加快时，在其期间辅助电源装置200的电压下降到第二电压b的时间(即，fet的截止时段)可缩短。因此，状态确定电路300可测量fet的截止时段的时间作为第二开路截止时间δtoff-o2。第二开路截止时间δtoff-o2可不同于截止参考时间δtoff-r。例如，当针对所述差的预设范围是5％时，第二开路截止时
间δtoff-o2可被缩短超过截止参考时间δtoff-r 5％。因此，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于异常状态(诸如，开路状态)。
96.图7c示出辅助电源装置200处于异常状态，并且在电容器210中的一些发生短路故障的情况。当电容器210中发生短路故障时，电荷可流出而不累积在电容器210中，使得电容器210的电压可逐渐下降到最终的接地状态。如图4b中所示，当辅助电源装置200包括并联连接的电容器210时，在任何电容器210中发生短路故障时，其他电容器受到影响，使得辅助电源装置200的总电压可下降到接地状态。
97.考虑到fet的导通时段和截止时段，可如下描述电容器210的短路故障。例如，在图7c中，当在实直线开始的点处电容器210中发生短路故障时，放电可通过短路路径快速进行。因此，fet的截止时段可显著缩短，使得状态确定电路300可测量fet的截止时段的时间作为短路截止时间δtoff-s。短路截止时间δtoff-s可不同于截止参考时间δtoff-r。例如，当针对所述差的预设范围是5％时，短路截止时间δtoff-s可被缩短到比截止参考时间δtoff-r少至少5％。因此，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于异常状态。
98.根据发明构思的示例性实施例，短路截止时间δtoff-s可指示在其期间电压从第一电压a下降到第二电压b的时间。
99.在辅助电源装置200的正常状态下，在辅助电源装置200的电压达到第二电压b的时刻，充电电路100的充电操作重新开始。然而，当辅助电源装置200处于异常状态(诸如，短路状态)时，尽管充电电路100的充电操作，辅助电源装置200的电压也可持续下降。因此，充电电路100的充电操作可被持续地维持，并且fet的导通时段可被持续地维持。
100.即使当辅助电源装置200的状态被状态确定电路300确定为异常时，也可能难以知道在辅助电源装置200的电容器210中发生开路故障或短路故障的哪一个。这是因为即使在如图7b中所示的电容器210的开路故障的情况下，第二开路截止时间δtoff-o2也可短于参考截止时间δtoff-r。然而，如在图7a中的电容器210的开路故障的情况下，当第一开路截止时间δtoff-o1长于参考截止时间δtoff-r时，可确定在电容器210中正在发生开路故障。
101.如图7c中所示，当电容器210中正在发生短路故障时，辅助电源装置200的电压可持续地下降经过第二电压b。因此，当设置了低于第二电压b的第三电压c并且状态确定电路300检测到与第三电压c对应的辅助电源装置200的电压时，则可确定辅助电源装置200的电容器210中正在发生短路故障。也就是说，通过增加第三电压c的检测机制，可将图7b中的电容器210的开路故障和图7c中的电容器210的短路故障彼此区分开。
102.参照图3以及图7a至图7c，在辅助电源装置200中发生故障时，关于故障的类型的详细信息由控制器400处理，因此可通过控制器400有效地控制充电电路100。例如，当电容器210中发生开路故障时，控制器400可通过调节fet的开关时段或输入电压来控制辅助电源装置200维持在正常状态。此外，当电容器210中发生短路故障时，控制器400可停止充电电路100的充电操作，因此防止不必要的功耗。此外，电容器210的故障状态可通过警报消息或警报信号传送给用户，允许针对辅助电源装置200迅速地执行修理或替换工作。
103.参照图1以及图7a至图7c，包括路径电路310的存储装置1000可通过测量辅助电源装置200的电压并且将充电时段或放电时段与参考时间进行比较来实时确定电容器的故障。路径电路310可提供由绝缘电阻器230生成的漏电流以分流的方式流经的路径，绝缘电
阻器230由于电容器210的物理特性而存在。因此，状态确定电路300可抑制在电容器210的电压的测量中的漏电流的影响，并且持续精确地测量电容器210的电压。当漏电流的影响被抑制时，针对正常状态下的电容器的总电容的确定的准确性可被提高，使得可以以增大的精度执行辅助电源装置200是否在正常状态下操作的确定。
104.图8a示出根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路300被包括在主系统ic 2000中的存储器系统10000a。参照图8a，状态确定电路300可安装在独立于充电电路100的ic中。当状态确定电路300在充电电路100以及辅助电源装置或辅助电源单元(apu)200外部时，在apu 200中测量的由充电电路100施加的电压或电容器210的电压信号可被发送到主系统ic2000，并且包括在主系统ic 2000中的状态确定电路300可实时确定apu 200是否在正常状态下操作。虽然未具体示出，但是充电电路100和apu 200可布置在与主系统ic 2000不同的ic或块中。
105.参照图3和图8a，主系统ic 2000可包括控制器400a。由于状态确定电路300布置在主系统ic 2000中，所以辅助电源装置200的状态可被监测，并且关于辅助电源装置200的状态的信息可被直接传送到控制器400a。因此，可快速地执行由控制器400a执行的充电电路100的控制。
106.更具体地，当状态确定电路300确定电容器210的电压vo低时，控制器400a可延长第一开关110a的导通时间并且缩短第二开关110b的导通时间，从而升高输出电压vo。如上所述，当状态确定电路300确定电容器210的电压vo高时，控制器400a可缩短第一开关110a的导通时间并且延长第二开关110b的导通时间，从而降低输出电压vo。
107.图8b示出根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在断电保护(plp)ic 1500中的存储器系统10000b。参照图8b，状态确定电路300可安装在plp ic 1500中，充电电路100也安装在plp ic 1500中。plp ic 1500可防止断电。当状态确定电路300在plp ic 1500内部并且直接连接到辅助电源装置200时，在辅助电源装置200中测量的施加到充电电路100的电压或电容器210的电压信号可被发送到状态确定电路300而不通过单独的接口，并且包括在plp ic 1500中的状态确定电路300可实时确定辅助电源装置200是否正常。在一个可选的实施例中，apu 200也可安装在plp ic 1500中。
108.参照图8b，plp ic 1500可以以中断的方式将由状态确定电路300做出的辅助电源装置200是否在正常状态下操作的确定传送到主系统ic 2000。中断信号可根据辅助电源装置200的状态将正常、开路和/或短路状态传送到主系统ic 2000。
109.图9a示出根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在plp ic中或与plp ic直接连接的存储器系统，并且图9b示出根据发明构思的示例性实施例的在其中状态确定电路被包括在主系统ic中或与主系统ic直接连接的存储器系统。
110.参照图9a和图9b，存储器系统10000c或10000d可包括plp ic 1500、电源块2500和主系统ic 2000。
111.plp ic 1500可防止供应到主系统ic 2000的断电。例如，plp ic 1500可包括充电电路100和辅助电源装置200。
112.电源块2500可将通过plp ic 1500供应的电力供应到主系统ic 2000。电源块2500可对应于主系统ic 2000的电源输入/输出端子。
113.主系统ic 2000可包括控制器400、第一存储器芯片2100和第二存储器芯片2200。
第一存储器芯片2100和第二存储器芯片2200中的任何一个可以是缓冲存储器，并且另一个可以是主存储器。
114.控制器400可控制plp 1500的充电电路100。更具体地，当辅助电源装置200中发生故障时，控制器400可改变充电电路100的充电条件，以在可能时将辅助电源装置200维持在正常状态。在辅助电源装置200中发生故障时，控制器400可改变被供应电力的电子系统(诸如，存储器系统)中的存储器写入操作模式，以实时地在主存储器中存储数据。
115.此外，在辅助电源装置200中发生故障时，控制器400可生成警报信号等，并且将警报信号等提供给用户和/或更高级别的系统，从而允许用户或系统执行针对辅助电源装置200的修理或替换工作。
116.与主存储器对应的芯片可具有多(层)堆叠结构。根据主存储器的类型，存储器系统可对应于固态驱动器(ssd)模块、动态随机存取存储器(dram)模块和闪存模块中的任何一个。在ssd模块的情况下，dram可用作缓冲存储器，并且nand可用作主存储器。
117.在根据发明构思的示例性实施例的包括具有路径电路的图1的存储装置1000的存储器系统中，可在使用相对高的备用能量的电子装置(诸如，存储器模块)中采用辅助电源装置。因此，在辅助电源装置中，多个电容器可并联连接并且具有高电容器容量。例如，辅助电源装置可具有几μf到几mf的高电容器容量。更具体地，辅助电源装置可用在使用10mj或更大的备用能量的ssd模块中，使得根据发明构思的示例性实施例的包括路径电路的存储装置1000可被包括在ssd模块中以监测辅助电源装置。采用辅助电源装置的电子装置不限于ssd模块。
118.参照图9a，根据发明构思的示例性实施例的存储器系统10000c可包括plp ic 1500中的状态确定电路300。电容器210的电压信号可在不通过由虚线指示的单独的接口的情况下被立即传送到状态确定电路300，并且由状态确定电路300做出的辅助电源装置200是否在正常状态下操作的确定可以如参照图8b所描述的那样以中断的方式传送到主系统ic 2000。
119.参照图9b，根据发明构思的示例性实施例的存储器系统10000d可包括主系统ic 2000中的状态确定电路300。状态确定电路300可被布置在主系统ic 2000中，从而监测辅助电源装置200的状态并且将关于辅助电源装置200的状态的信息直接传送到控制器400，使得充电电路100可如以上参照图8a所描述的那样被控制器400迅速地控制。
120.图10a和图10b示出根据发明构思的示例性实施例的存储器系统中的供电过程。虽然为了便于描述，在图10a和图10b中状态确定电路300被示出为直接连接到plp ic 1500或被包括在plp ic 1500中，但是状态确定电路300也可被包括在主系统ic 2000中，而不限于该示例。
121.参照图10a和图10b，当外部电源ext足够时，如图10a中的粗体箭头所指示，来自外部电源ext的电力可通过plp ic 1500和电源块2500被供应到主系统ic 2000。来自外部电源ext的电力可被供应到plp ic 1500中的充电电路100，使得可由充电电路100针对辅助电源装置200执行周期性和重复的充电操作。
122.在潜在地由于外部电源ext的异常或故障而发生spo情况时，如图10b中的粗体箭头所指示，来自辅助电源装置200的电力可通过plp ic 1500和电源块2500被供应到主系统ic 2000。因此，主系统ic 2000可在从spo开始的关键时间期间通过使用辅助电源装置200
的电力继续操作，从而防止数据丢失。
123.图11至图13示出根据发明构思的示例性实施例的确定辅助电源装置的状态的存储装置的操作。
124.参照图1和图11，用于确定辅助电源装置200的状态的存储装置1000的操作方法被表示为流程图。
125.在操作s110中，当充电电路100供应电力时，辅助电源装置被充电。此后，在操作s120中，当辅助电源装置200的充电/放电被执行时，状态确定电路300测量电容器电压。在操作s130中，状态确定电路300可测量第一电压a和第二电压b，并且基于开关电路的导通/截止来确定辅助电源装置200是否在正常状态下操作。
126.参照图1和图12，在用于确定辅助电源装置200的状态的存储装置1000的操作方法中，更详细地示出辅助电源装置200的充电操作s110和电容器测量操作s120。
127.在充电操作s111中，充电电路100可向辅助电源装置200的电容器施加电压。此后，在操作s112中，源自电容器的物理特性的漏电流以分流的方式流经状态确定电路300的第二路径，使得电容器的总漏电流被调节。在操作s113中，由于电容器的漏电流被调节，电容器电压可在不受漏电流的影响的情况下被精确地测量。
128.参照图1、图6、图7a至图7c以及图13，将针对电容器的状态更详细地表达用于确定辅助电源装置200的状态的存储装置1000的操作方法。
129.在辅助电源装置200的充电操作s110之后，状态确定电路300可在操作s122中检测第一电压a。状态确定电路300可在操作s124中检测第二电压b。
130.在操作s126中，状态确定电路300可测量fet的导通和/或截止时段的时间。在操作s131中，状态确定电路300可将测量的fet的导通/截止时段的时间δt与参考时间δt-r进行比较。
131.在操作s132中，当测量的fet的导通/截止时段的时间在参考时间的预设误差范围(诸如， /-5％)之内时，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于正常状态。在操作s133中，当测量的fet的导通/截止时段的时间在参考时间的预设误差范围之外时，状态确定电路300可确定电容器电压vo是否在第一电压与第二电压之间。
132.在操作s134中，当电容器电压vo不在第一电压与第二电压之间时，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于短路状态。在操作s136中，当电容器电压vo在第一电压与第二电压之间时，状态确定电路300可确定辅助电源装置200处于开路状态。
133.虽然已经参照发明构思的示例性实施例具体地示出和描述了发明构思，但是应当理解，在不脱离如权利要求及权利要求的法律等同物所阐述的本公开的范围或精神的情况下，相关领域的普通技术人员可在其中进行形式和细节上的各种改变。