Устройства управления питанием и энергосбережения
В этой статье мы обсудим возможности удержания мощности и некоторые устройства управления энергопотреблением в контексте SSD.
SSD и почему им нужна схема удержания питания
Большинство, если не все, SSD (твердотельные накопители) используют какую-то схему энергосбережения с использованием системы хранения энергии. Задержка питания используется для защиты памяти NAND во время неожиданной потери мощности. Термин «неожиданное» является ключевым словом; во время нормального отключения SSD (технически называемого контролируемым отключением), например, при правильном выключении компьютера под управлением Windows, нажав «Старт», а затем «Выключить», система удержания SSD не используется.
Это происходит потому, что во время контролируемого выключения специальная команда, называемая «резервной немедленной» командой, сообщает контроллеру SSD о выходе питания. После приема резервной немедленной команды все данные в буфере SSD записываются в энергонезависимые ячейки NAND. Однако, согласно журналу Data Center, «В случае внезапного падения напряжения, если хост не передает команду« резервное немедленное »на контроллер, вся неписаная информация будет потеряна, что приведет к повреждению файлов». Другими словами, если SSD неожиданно теряет мощность, тогда данные, которые находятся в процессе записи в NAND, называемые «данные в полете», теряются (они же повреждены).
Это происходит во время этой неожиданной потери мощности или «внезапного падения напряжения», когда задействована сила удержания из системы хранения энергии. После активации схемы удержания энергии сохраняется запасенная энергия, позволяющая SSD завершить запись данных в NAND. На приведенном ниже рисунке показана блок-схема производителя SSD с отключением питания и резервным питанием.
Рисунок 1. Блок-схема схемы защиты данных отказа питания SSD. Изображение предоставлено Hexus.net
Некоторые доступные варианты резервного копирования энергии
Большинство, если не все, системы резервного хранения энергии SSD используют конденсаторы в качестве реальных резервуаров для хранения энергии. Основываясь на различных SSD, которые я видел в Интернете, выбор конденсаторов, используемых для хранения энергии, - это танталовые колпачки, полимерные танталовые колпачки или старые старомодные керамические колпачки. Однако следует отметить, что существуют сильные мнения о том, какой тип конденсатора является «лучшим» конденсатором. По моему опыту, лучший конденсатор - это тот, который обеспечивает хороший компромисс между стоимостью, доступностью, надежностью, плотностью энергии и физическими размерами, в частности, по оси z для обеспечения низкого профиля SSD.
Рисунок 2. Конденсаторы тантала используются для управления хранением энергии. Изображение предоставлено tweaktown.com
Рисунок 3. Этот SSD использует керамические колпачки для обеспечения удержания мощности во время события потери мощности. Изображение предоставлено tomsitpro.com
Независимо от того, какой конденсатор выбран, необходимо, чтобы конденсаторы были очень надежными, имели длительный срок службы (при напряжении на ожидаемом уровне напряжения … это ключевое значение), и имеют хорошие и превосходные эксплуатационные характеристики в том же объявленном диапазоне температур, что и конечный продукт, И поскольку энергия конденсатора использует квадрат напряжения (см. Уравнение ниже), напряжение конденсатора, то есть чем выше значение напряжения, тем лучше (при условии, что значение емкости не слишком сильно уменьшается на повышенный уровень напряжения) - может быть более важным, чем фактическое значение емкости конденсатора.
$$ Энергия \ сохранена: W = \ frac {1} {2} CV ^ 2 (joules) $$
Если вы планируете использовать суперконденсатор в качестве своего устройства для хранения энергии, LTC3350 от Linear Technology может оказаться хорошей конденсаторной зарядной ИС. Эта IC объявляется, согласно ее спецификации, как «резервный контроллер мощности, который может заряжать и контролировать серию стеков от одного до четырех суперконденсаторов». В качестве побочной заметки суперконденсаторы использовались на SSD для удержания мощности, однако, поскольку они содержат жидкий электролит, как описано в этой статье, они не всегда являются первым выбором для обеспечения хранения энергии для твердотельных накопителей.
Рисунок 4. Типичное применение LTC3350. Изображение взято из таблицы данных
Если вы ищете, пожалуй, более простой подход с использованием эталонного дизайна, TI предлагает свой PMP30046, который рекламируется как «Enterprise Reference SSD Backup Reference Reference Design». Схемы этого эталонного дизайна можно найти здесь.
Рисунок 5. PMP30046 корпоративный SSD резервный источник питания. Изображение предоставлено TI.com
Другим вариантом является MP5505A от MPS. Эта резервная энергия IC характеризуется, согласно ее спецификации, как «блок хранения и управления энергопотреблением без потерь, ориентированный на твердотельные и жесткие диски». Эта микросхема QFN-20 емкостью 3 мм x 4 мм имеет широкий диапазон рабочих напряжений от 2, 7 В до 7 В и способна заряжать конденсаторы хранения энергии до напряжения (V STRG) 35 В.
Рисунок 6. Типичное приложение MP5505A. Изображение взято из таблицы данных
В заключение
Когда речь заходит о приложениях с памятью, в частности о применении вспышки NAND в SSD, энергозаряд может быть важной частью дизайна. И при разработке системы управления запасом энергии / энергопотребления важно учитывать, какой конденсатор (ы) использовать, который зависит от условий окружающей среды конечного продукта, а также выбирать наилучшие энергозарядки и энергию -рецепторное устройство (IC). Хотя в этой статье было указано только три таких параметра, вам следует выполнить должную осмотрительность на других доступных устройствах.