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使用EDLC的SSD(Solid State Drive)的断电措施

2017-08-08
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SSD的辅助电源


1.1、背景


在存储市场中,SSD(Solid State Drive)市场从企业用、用户用两个方向进行扩展。因为与HDD(Hard Disc Drive)相比,读/写处理速度非常快,而且由于未伴随着机械工作,所以消耗功率上升。也就是说,通过使用SSD,可以实现高速处理和降低电气成本。


但是,如果在断电以及由于系统操作失误导致关机时,SSD有时会无法切换至待机模式,高速缓存丢失。


为防止此类问题发生,在中高端SSD的电路上会具备辅助电源(备份功能)(图1) 。

图1:SSD的辅助电源(备份功能)


1.2、辅助电源解决方案


铝电解电容器、钽电解电容器、超级电容(EDLC、超级电容器)可作为辅助电源使用。哪个解决方案都有优劣势(表1)。


铝电解电容器的优势是价格最便宜。另一方面,每个电容器储存的能量小,因此使用个数多,使得小型薄型电路设计变难。此外,由于发生干涸,使用寿命短。  


钽电解电容器使用特有的材料技术(通过使用微细粉末化技术实现高CV值),具有高能源密度。因此,与铝电解电容器相比,使用钽电解电容器的解决方案能够高效使用能源。使用寿命也较长。但是价格高,需要大能源时,就需要使用多个钽电解电容器,总成本升高。此外,还可能发生短路和火灾。因此,SSD设计时,需要仔细考虑使用条件。


EDLC与铝电解电容器、钽电解电容器相比,能够存储非常大的能源。因此,需要大能源时,EDLC是最适合的解决方案。但是一般传统的EDLC(纽扣型、圆柱型)具有发生干涸、老化劣化,寿命短的劣势。而村田的EDLC改善了这个劣势。(参照2.1)

图2: 可存储非常大的能源的村田EDLC


2
使用村田的EDLC辅助电源解决方案


2.1、SSD用超级电容:DMT系列


村田的EMT系列是特别为SSD设计的产品(表2)。运用村田技术改善了传统EDLC所担心的干涸不良和老化问题。


干涸是由于电解液从EDLC的密封部位向外蒸发引起的。DMT系列由于使用沸点高的电解液,所以即使在高温条件下,电解液也很难蒸发2)。此外,为防止蒸发,村田的EDLC密封部位设计的非常小2)。因此即使是在85℃的状态下使用5年也不会发生干涸2)。


老化是由于外部水分渗入引起的。如上所述,与传统EDLC相比,村田的EDLC的密封部位设计的极薄,外部水分很难渗入,所以可抑制老化(图.3)2) 。


关于老化速度,本公司通过各种加速试验,把握电压和温度加速要因,可提供各种条件下老化劣化预测2)。

  • 与钽电解电容器相比,存储能源大。

  • 优越的耐干涸特性

  • 优越的耐老化特性

  • 长期使用过程中的丰富可靠性试验数据和性能预测

图3:与传统圆柱形EDLC相比,具有可改善老化特性的村田的EDLC


2.2、优势


与钽电解电容器、铝电解电容器相比,村田的DMT系列的优势是能够存储极大的能源。此外,与传统EDLC相比,具有高输出、薄型、高可靠性的优势。


因为,可作为SSD实现小型薄型的同时还具备大能源的辅助电源使用。由此,可减少基板贴装面积和成本。而利用剩余的空间和多的成本,可追加类似DRAM和闪存的其他功能。从这些优势来看,DMT系列可实际用于各种企业用SSD。


此外,长时间使用时,可从加速要因来进行性能预测。

  • 与其他电容器相比是小型薄型尺寸,存储能源大,可作为备份用辅助电源使用。

  • 可降低贴装面积和成本

  • 长时间使用时性能预测的技术支持


2.3、使用村田的EDLC实现的具有大能源的辅助电源


图4是SSD备份用DMT系列使用方法事例。用4.2V充电的DMT334R2S474M3DTA0是事例之一。EDLC电压由于充放电变化而变化,为提供稳定的电压输出,在负荷(DRAM, 闪存和控制) 和EDLC间安装升降压变频器。这样一来,EDLC在断电时也能以额定输出(**W)对负荷放电。EDLC电压达到升降压变频器的额定最低输入电压(**ms)前,EDLC使变频器工作。该输出和备份时间是EDLC的放出能源量,也就是容量和ESR损耗。


图4事例中时,表 3显示的是各输出5年后的备份时间。温度为50℃时,1W、3W、5W的备份时间分别为1,000ms 、 270ms、130ms。即使是在70℃的状态下,5W的备份时间是18ms 。


需要能源越大时,可将多个DMT系列串联使用实现高电压,通过并列使用实现高容量。此外还可对应降额。根据不同使用条件提供合适的解决方案,尽请询问。


使用DMT时,为保持2片的电压平衡(EDLC是1个封装中2片电容器串联连接的构造)请使用平衡阻抗。推荐阻抗值为1 kΩ/片。

图4 使用方法事例



2.4、技术支持

对客户应用·组件电气设计、机械设计进行技术支持。特别是还可预测长时间内每个使用条件(电压·温度)的容量/ESR变化以及每个输出条件可利用的能源(各输出W的放电状态)。


3 、参考文献

  1. C2M1CXS-053  EDLC 技术指南

  2. C2M1CXS-068  EDLC 可靠性数据手册(DMT系列)

  3. Web site: http://www.murata.com/ja-jp/products/capacitor/edlc


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