使用EDLC的SSD（Solid State Drive）的断电措施

周二, 8 八月 2017 - 14:45

1、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)。

<ul>
<li>与钽电解电容器相比，存储能源大。</li>
<li>优越的耐干涸特性</li>
<li>优越的耐老化特性</li>
<li>长期使用过程中的丰富可靠性试验数据和性能预测</li>
</ul>

<a>图</a>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。

<ul>
<li>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。</li>
<li>可降低贴装面积和成本</li>
<li>长时间使用时性能预测的技术支持</li>
</ul>

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。

<a>图</a>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

<ol>
<li><a>C2M1CXS-053  EDLC </a>技术指南</li>
<li><a>C2M1CXS-068  EDLC </a>可靠性数据手册(DMT系列)</li>
<li>Web site： <a href="http://www.murata.com/ja-jp/products/capacitor/edlc">http:/…;
</ol>