JP4586176B2 - 電源装置、電子機器、異常検出方法および異常検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、大規模情報処理システムなどに使用される電源装置に関し、特に電源装置の給電経路における異常を検出することのできる電源装置に関する。

コンピュータシステムがますます大規模化し、特にブレードサーバシステムなどのように、複数台のコンピュータ装置を高密度に実装したシステムが、基幹業務系の構築などに多く使用されるようになっている。このような大規模なコンピュータシステムを動作させるには、大電流においても安定した電圧を供給することのできる電源装置が不可欠である。

電源装置からコンピュータ装置などの電子機器に電力を供給する際、どうしても複数のコネクタが電源系統上に介在する。その際に問題になるのが、コネクタの接触抵抗などによる電圧の低下（電圧ドロップ）である。特に近年のコンピュータ装置は、動作に要する電力の低電圧化および大電流化が進んでいるので、コネクタの嵌合不良や給電ケーブルの断線等で生じた僅かな電圧ドロップであっても、コンピュータ装置内部の論理部の動作不良の原因となりやすい。

そのため従来、電子機器に電力を供給する際には、電源モジュール部の出力端における出力電圧と、電子機器（特に論理部）近傍における供給電圧との値を直接測定し、それによって電圧ドロップを検出している。

ちなみに電圧系統の不具合を回避して電子機器に安定した電力を供給する電源装置として、たとえば以下の技術が開示されている。特許文献１には、入力電圧と出力電圧とをそれぞれ基準電圧と比較して、自身の発振を防止するという電源回路が開示されている。特許文献２には、オンオフスイッチと負荷の間が開放状態になった回数を検出して該オンオフスイッチをオフにするという電源回路が開示されている。特許文献３には、負荷の電圧を測定して断線に伴う過電圧を検出するという電源回路が開示されている。特許文献４には、負荷の電圧から差動電圧を検出し、差動電圧の非対称性から動作異常を検出するという電源回路が開示されている。

特開平０３−１４５９２７号公報 特開平１０−１２３４９６号公報 特開平１１−２２５４２９号公報 特開２００７−１９２６１５号公報

前述のように、電子機器の筐体内部に実装される装置の数が増え、ますます高密度化している。そのため、電子機器内部での供給電圧の測定自体が既に難しくなりつつある。しかも、装置の数が増えるにつれ、電源装置が供給すべき電圧の種類も増えている。そのため、測定すべき対象がますます多くなり、それらを全て測定するには膨大な時間を必要とする。

さらに、すべての実装物が電子機器内に実装され、それらに対する供給電圧に問題が無いことが一度確認できたとしても、実装物の一部を交換しただけで、すべての実装物に対して再度供給電圧などの確認を行う必要がある。この点も極めて煩雑である。

ちなみに前述の特許文献１〜４は、コネクタの接触抵抗などによる電圧ドロップを検出するものではないので、上記の問題を解決していない。

本発明の目的は、煩雑な電子機器内部での供給電圧の測定をすることなく、効率的に電圧ドロップを検出することのできる電源装置、電子機器、異常検出方法および異常検出プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、負荷に対して電力を供給する電源装置であって、電圧源と、電圧源と負荷との間を接続する接続手段と、電圧源と接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値と、接続手段と負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値との差分値を検出する電圧差分検出手段とを設けると共に、電圧源と接続手段との間に挿入され、電圧源と負荷との間の電流値を検出する電流値検出手段と、差分値の適正範囲を電流値に応じて決定する電圧ドロップ値テーブルと、差分値が決定された適正範囲から外れた場合に異常が発生したと判断する比較演算回路とを装備したことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の電源装置から電力の供給を受けて動作することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る異常検出方法は、電圧源と、電圧源と負荷との間を接続する接続手段とを有する電源装置において異常の発生を検出する方法であって、電圧源と接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値および、接続手段と負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値を測定する電圧測定工程と、第１の電圧値と第２の電圧値の差分値を検出する電圧差分検出工程と、電圧測定工程と同時に電圧源と負荷との間の電流値を検出する電流値測定工程と、電流値に応じて差分値の適正範囲を決定する適正範囲決定工程と、差分値が決定された適正範囲から外れた場合に電源装置に異常が発生したと判断する比較演算工程とを有することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る異常検出プログラムは、電圧源と、電圧源と負荷との間を接続する接続手段とを有する電源装置において、電源装置が備えるコンピュータ装置に、電圧源と接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値および、接続手段と負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値を測定する電圧測定処理と、第１の電圧値と第２の電圧値の差分値を検出する電圧差分検出処理と、電圧測定処理と同時に電圧源と負荷との間の電流値を検出する電流値測定処理と、電流値に応じて差分値の適正範囲を決定する適正範囲決定処理と、差分値が決定された適正範囲から外れた場合に電源装置に異常が発生したと判断する比較演算処理とを実行させることを特徴とする。

本発明は、上記したように接続手段の両端における電圧の差分を取ることにより異常を検出するように構成しているので、電圧ドロップの異常を容易に検出することができる。これによって、煩雑な電子機器内部での供給電圧の測定をすることなく、効率的に電圧ドロップを検出することができるという、従来にない優れた電源装置、電子機器、異常検出方法および異常検出プログラムを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子機器１の構成を示すブロック図である。電源モジュール３０は、コネクタ４０を介してコンピュータ装置などの負荷５０に接続し、定電圧の電力を供給している。電源制御部２０は、電源モジュール３０を、正しい供給電圧を負荷５０に供給するよう制御している。電源制御部２０はさらに、電源モジュール３０を監視する上位制御装置１０に接続される。ここでは、電源制御部２０と電源モジュール３０とを合わせて電源装置２として捉える。

なお、コネクタ４０の接触抵抗によって電圧ドロップが発生するという意味で、図１ではコネクタ４０を抵抗として描いている。また、図１では上位制御装置１０が監視している電源モジュール３０を１系統しか描いていないが、実際には上位制御装置１０には複数の電源制御部２０を接続可能であり、それによって複数の電源モジュール３０を監視することができる。

電源モジュール３０は、電圧源３６によって発生される電圧を、給電経路３５からコネクタ４０を介して負荷５０に出力する。その際、給電経路３５上にはセンス抵抗３１がコネクタ４０および負荷５０と直列になるように挿入されており、センス抵抗３１両端の電圧を出力電流検出回路３２が測定する。出力電流検出回路３２は、センス抵抗３１の抵抗値と両端の電圧から、給電経路３５の電流値を検出して、検出された電流値を電源制御部２０の比較演算回路２１に入力する。この構成によって電流値を検出する方法は公知であるので、数式などによる解説は省略する。

また、センス抵抗３１とコネクタ４０との間の点からローカル電圧検出線３３が分岐され、電圧ドロップ値算出回路３４の＋端子に接続されている。一方、コネクタ４０と負荷５０との間の点からリモート電圧検出線４２が分岐され、電圧ドロップ値算出回路３４の−端子に接続されている。なお、リモート電圧検出線４２は、コネクタ４１を介して電源モジュール３０に接続される。このコネクタ４１は、コネクタ４０と同一のコネクタハウジングに収容されるものであってもよいし、別個のコネクタハウジングであってもよい。

ローカル電圧検出線３３で検出される電圧と、リモート電圧検出線４２で検出される電圧の差は、コネクタ４０の接触抵抗によって発生する電圧ドロップ値を意味する。電圧ドロップ値算出回路３４は、この差分を演算増幅器によって検出し、電源制御部２０の比較演算回路２１に入力する。

比較演算回路２１は、出力電流検出回路３２によって検出された電流値と、電圧ドロップ値算出回路３４によって検出された電圧ドロップ値とから、電圧ドロップ値が適正な値であるか否かを判断する。

図２は、図１で開示された出力電流検出回路３２によって検出された電流値Ｉと、電圧ドロップ値算出回路３４によって検出された電圧ドロップ値Ｖｄの適正範囲について示すグラフである。電圧ドロップ値Ｖｄの適正範囲は、最小値Ｖｄｍｉｎ〜最大値Ｖｄｍａｘの範囲で表される。電流値Ｉに対して、電圧ドロップ値Ｖｄの適正範囲の中央値Ｖｄｃｎｔだけでなく、最小値Ｖｄｍｉｎ〜最大値Ｖｄｍａｘの幅も線形的に変化する関係にある。

比較演算回路２１は、図２で示される関係を電圧ドロップ値テーブル２２としてあらかじめ保存する。その際、比較演算回路２１は、図２のグラフを表す計算式を保存してもよいし、また電流値に対応する電圧ドロップ値の適正範囲の数値をそのまま記憶するものであってもよい。

図３は、図１で開示された比較演算回路２１が電圧ドロップ値が適正な値であるか否かを判断する動作を書き表したフローチャートである。なお、図３で示したフローチャートに係る各ステップの動作内容は、比較演算回路２１があらかじめ備えるコンピュータで動作するプログラムとして実行させるようソフトウェア的に構成してもよいし、またアナログ演算などによってハードウェア的に構成してもよい。

動作を開始すると（ステップＳ１００）、比較演算回路２１は出力電流検出回路３２から入力された電流値を取得し（ステップＳ１０１）、電圧ドロップ値算出回路３４から入力された電圧ドロップ値を取得する（ステップＳ１０２）。続いて電圧ドロップ値テーブル２２から、ステップＳ１０１で取得した電流値に対応する電圧ドロップ値の適正範囲を取得する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０２で取得した電圧ドロップ値が、ステップＳ１０３で取得した適正範囲に含まれているか否かを判断し（ステップＳ１０４）、適正であればステップＳ１０１に戻って処理を繰り返す。適正でなければ、あらかじめ定められた所定の措置を行って（ステップＳ１０５）処理を終了する（ステップＳ１０６）。ここでいう所定の措置とは、たとえば警報を発することや、給電経路３５への電力供給を停止すること、あるいは上位制御装置１０に給電経路３５における異常の発生を報告することなどである。

これによって、接続部の異常発熱や給電経路上の過大な給電ドロップの発生などの異常の発生を認識し、適切な措置を行うことが可能となる。また、この情報を上位制御装置１０に報告して表示などを行うことにより、大規模な電源装置であっても異常の発生を容易に把握することが可能となる。このことは、コンピュータ装置などを高密度に実装した大規模な電子機器の信頼性を向上することに貢献する。

もちろん、異常の発生を把握するために、煩雑な機器内部での供給電圧の測定をすることはない。また、電子機器内の実装物の各々に対して異常の発生を把握することができるようになるので、実装物の一部を交換したとしても、交換されていない実装物全てに対してまで供給電圧の測定をやり直す必要はない。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電子機器２０１の構成を示すブロック図である。電子機器２０１の大部分は、前述した本発明の第１の実施の形態に係る電子機器１と同一の構成を備えているので、同一の構成要素には同一の参照番号を付け、説明を省略する。唯一の相違点は、電源モジュール３０内部で、電流値を検出する構成である。給電経路３５上には、センス抵抗３１ではなくチョークコイル２３１が、コネクタ４０および負荷５０と直列になるように挿入されている。

チョークコイル２３１と並列に、直列接続の抵抗２３２とキャパシタ２３３とが接続され、キャパシタ２３３両端の電圧を出力電流検出回路３２が検出する。出力電流検出回路３２は、チョークコイル２３１、抵抗２３２、キャパシタ２３３の各々の特性値とキャパシタ２３３両端の電圧から、給電経路３５の電流値を検出して、検出された電流値を電源制御部２０の比較演算回路２１に入力する。この構成によって電流値を検出する方法は公知であるので、数式などによる解説は省略する。

本発明の第２の実施の形態は、この構成を取ることにより、電流値の検出において、急激な電圧および電流の変化に伴う高周波成分の影響を抑制することができる。この点以外は第１の実施の形態と同一である。

なお、本発明でいう電源モジュール３０と負荷５０との間の接続は、コネクタ４０に限定されない。たとえば、バスバーやケーブルによる接続の場合、本発明の方法を適用することにより、バスバーのネジ締めの緩みやケーブル断線などによる電圧ドロップを検出することが可能である。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることは言うまでもないことである。

電子機器に電圧の電力を供給する電源装置において利用可能である。特に、多くの装置を高密度に実装した大規模な電子機器、あるいは給電経路上でコネクタの挿抜する機会の多い電子機器において好適である。

本発明の第１の実施の形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。 図１で開示された出力電流検出回路によって検出された電流値Ｉと、電圧ドロップ値算出回路によって検出された電圧ドロップ値Ｖｄの適正範囲について示すグラフである。 図１で開示された比較演算回路が電圧ドロップ値が適正な値であるか否かを判断する動作を書き表したフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電子機器
２ 電源装置
１０ 上位制御装置
２０ 電源制御部
２１ 比較演算回路
２２ 電圧ドロップ値テーブル
３０ 電源モジュール
３１ センス抵抗
３２ 出力電流検出回路（電流値検出手段）
３３ ローカル電圧検出線
３４ 電圧ドロップ値算出回路（電圧差分検出手段）
３５ 給電経路
３６ 電圧源
４０ コネクタ（接続手段、給電経路上）
４１ コネクタ（リモート電圧検出線）
４２ リモート電圧検出線
５０ 負荷
２０１ 電子機器
２３１ チョークコイル（インピーダンス）
２３２ 抵抗
２３３ キャパシタ

Claims (6)

1. 負荷に対して電力を供給する電源装置であって、
   電圧源と、
   前記電圧源と前記負荷との間を接続する接続手段と、
   前記電圧源と前記接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値と、前記接続手段と前記負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値との差分値を検出する電圧差分検出手段とを設けると共に、
   前記電圧源と前記接続手段との間に挿入され、前記電圧源と前記負荷との間の電流値を検出する電流値検出手段と、
   前記差分値の適正範囲を前記電流値に応じて決定する電圧ドロップ値テーブルと、
   前記差分値が決定された前記適正範囲から外れた場合に異常が発生したと判断する比較演算回路と
   を装備したことを特徴とする電源装置。
2. 前記電流値検出手段が、前記電圧源と前記接続手段との間に挿入されたセンス抵抗の両端の電圧を測定することによって前記電圧源と前記負荷との間の電流値を検出することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記電流値検出手段が、前記電圧源と前記接続手段との間に挿入されたインピーダンスの両端の電圧を測定することによって前記電圧源と前記負荷との間の電流値を検出することを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の電源装置から電力の供給を受けて動作することを特徴とする電子機器。
5. 電圧源と、前記電圧源と負荷との間を接続する接続手段とを有する電源装置において異常の発生を検出する方法であって、
   前記電圧源と前記接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値および、前記接続手段と前記負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値を測定する電圧測定工程と、
   前記第１の電圧値と前記第２の電圧値の差分値を検出する電圧差分検出工程と、
   前記電圧測定工程と同時に前記電圧源と前記負荷との間の電流値を検出する電流値測定工程と、
   前記電流値に応じて前記差分値の適正範囲を決定する適正範囲決定工程と、
   前記差分値が決定された前記適正範囲から外れた場合に前記電源装置に異常が発生したと判断する比較演算工程と
   を有することを特徴とする異常検出方法。
6. 電圧源と、前記電圧源と負荷との間を接続する接続手段とを有する電源装置において、前記電源装置が備えるコンピュータ装置に、
   前記電圧源と前記接続手段との間にある第１の電圧測定点における第１の電圧値および、前記接続手段と前記負荷との間にある第２の電圧測定点における第２の電圧値を測定する電圧測定処理と、
   前記第１の電圧値と前記第２の電圧値の差分値を検出する電圧差分検出処理と、
   前記電圧測定処理と同時に前記電圧源と前記負荷との間の電流値を検出する電流値測定処理と、
   前記電流値に応じて前記差分値の適正範囲を決定する適正範囲決定処理と、
   前記差分値が決定された前記適正範囲から外れた場合に前記電源装置に異常が発生したと判断する比較演算処理と
   を実行させることを特徴とする異常検出プログラム。

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