JP2004038331A - 情報処理装置および同装置への電源供給方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冗長電源装置21は、冗長化された複数の電源ユニット211,212を備えている。各電源ユニットは、AC電源からDC電源を生成する。冗長電源装置21からのDC電源は、サーバコンピュータ11に供給される。電源ユニット211,212の一方が故障しても、他方の電源装置によって正常なDC電源をサーバコンピュータ11に供給することができる。サーバコンピュータ11の筐体内にはDC/DCコンバータ117が設けられている。このDC/DCコンバータ117は、冗長電源装置21から供給されるDC電源からサーバコンピュータ11内の各デバイスの動作に必要な電源電圧を生成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばサーバコンピュータなどの情報処理装置および同装置への電源供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、サーバコンピュータなどの情報処理装置においては、その動作の信頼性を向上させるために冗長電源システムが用いられている。冗長電源システムは、冗長化された2以上の電源装置から構成される。各電源装置は、それ単独でシステムに動作電源を供給できるように、交流電源(AC電源)を直流電源(DC電源)に変換するユニットと、直流電源(DC電源)から所望の動作電源電圧を生成するユニットとから構成されている。
【0003】
このような冗長電源システムを適用したサーバコンピュータの筐体内には、冗長化された2以上の電源装置が収容される。もし2以上の電源装置の内の1つが故障しても、他の電源装置によって安定した動作電源電圧をシステムの各コンポーネントに供給することが出来る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の冗長電源システムでは、AC電源をDC電源に変換するユニットとDC電源から所望の動作電源電圧を生成するユニットとを含む電源装置全体の構成を冗長化している。このため、例えば2重化構成の冗長電源システムをサーバコンピュータに適用する場合には、非冗長の通常の電源装置を使用する場合に比べ、2倍の収容スペースをサーバコンピュータの本体内に確保することが必要となる。
【0005】
最近では、サーバコンピュータにおいてもその小型化が要求され始めている。よって、サーバコンピュータなどの情報処理装置の小型化に適した新たな冗長電源システムを実現する必要性がある。
【0006】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、電源の信頼性を損なうことなく、筐体の小型化を実現することが可能な情報処理装置および同装置への電源供給方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、外部から供給される直流電源によって動作可能に構成された情報処理装置であって、交流電源を直流電源にそれぞれ変換する冗長化された複数の電源ユニットを含む外部の冗長電源装置と、複数のデバイスが収容された筐体と、前記筐体に設けられ、前記冗長電源装置から供給される直流電源を受信するように構成された直流電源入力端子と、前記筐体内に設けられ、前記直流電源入力端子によって受信された直流電源から前記各デバイスに供給すべき電源電圧を生成する電源回路とを具備することを特徴とする。
【0008】
この情報処理装置においては、電源装置が、交流電源を直流電源に変換する電源ユニットと、直流電源から所望の動作電源電圧を生成する電源回路とに分離されている。電源ユニットは外部の冗長電源装置に設けられており、電源回路は情報処理装置の筐体内に設けられている。電源回路はDC/DCコンバータなどの電子部品のみで構成することが出来るので、コンパクトな情報処理装置の筐体内にも十分に収容することが出来る。外部の冗長電源装置においては、冗長化された複数の電源ユニットが設けられているので、複数の電源ユニットの一つが故障しても、他の電源ユニットによって安定した直流電源を情報処理装置に供給することが出来る。よって、電源の信頼性を損なうことなく、筐体の小型化を実現することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る情報処理装置が示されている。この情報処理装置はサーバコンピュータ11として機能する。このサーバコンピュータ11は、外部の冗長電源装置21から電源ケーブルを介して供給される直流電源(DC電源)によって動作可能に構成されている。
【0010】
サーバコンピュータ11の筐体内には、図示のように、CPU111、システムコントローラ112、メモリ113、ハードディスクドライブ114、複数の拡張カードスロット115、複数のドライブベイスロット116、およびDC/DCコンバータ117が設けられている。
【0011】
サーバコンピュータ11はマルチプロセッサ構成に対応している。2以上のCPU111をサーバコンピュータ11のマザーボード上に実装することが出来る。各拡張カードスロット115には、PCI(Peripheral Component Interconnect)カード等の拡張カードを装着することが出来る。各ドライブベイスロット116は、CD−ROMドライブ、フレキシブルディスクドライブ、などのドライブユニットを搭載するために用いられる。
【0012】
DC/DCコンバータ117は、電源ケーブルを介して外部の冗長電源装置21から供給されるDC電源から、サーバコンピュータ11の各コンポーネントに供給すべき電源電圧を生成する電源回路である。電源ケーブルを介して外部の冗長電源装置21から供給されるDC電源は、サーバコンピュータ11の筐体に設けられたDC電源入力端子110によって受信される。DC電源入力端子110によって受信されたDC電源はDC/DCコンバータ117に入力される。DC/DCコンバータ117は、入力されたDC電源の電圧値を、各コンポーネントに供給すべき電源電圧値に変換する。
【0013】
冗長電源装置21は、冗長化された複数の電源ユニット211,212,213から構成されている。冗長電源装置21の筐体には複数の電源装着スロットが設けられている。電源ユニット211,212,213の各々は、電源装着スロットに取り外し自在に装着される。冗長化構成のタイプとしては、良く知られた、2重化構成、またはN+1構成(Nは目的の電力量を供給するために必要な電源ユニットの総数)が用いられる。
【0014】
以下では、2重化構成を使用する場合を想定することとする。この場合、冗長電源装置21は、2重化された第1および第2の2つの電源ユニット211,212から構成される。
【0015】
電源ユニット211,212の各々は、交流電源(AC電源)をDC電源に変換するAC/DCコンバータ(ACアダプタ)である。電源ユニット211,212の出力は、冗長電源装置21の筐体に設けられたDC電源出力端子210に並列に接続されている。電源ユニット211,212の一方が故障した場合でも、サーバコンピュータ11の動作に必要なDC電源を他方の電源ユニットから供給することができる。すなわち、2つの電源ユニット211,212は常時並列的に動作しており、予め決められた電力量のDC電源を共同して生成する。電源ユニット211,212の各々は、それ単独でも予め決められた電力量のDC電源を生成できる能力を持つ。これにより、たとえ電源ユニット211,212の一方が故障しても、他方の電源ユニットによって、予め決められた電力量のDC電源を供給し続けることが出来る。各電源ユニット211,212は、冗長電源装置21の電源出力の値をモニタしながら動作する。2つの電源ユニット211,212が共に稼働している期間中は、各電源ユニットは、その半分の能力で稼働する。
【0016】
通常、AC/DCコンバータを実現するためには、多くの電子部品が必要となる。このため、上述のように、電源ユニット211,212の各々を外部ACアダプタとしてサーバコンピュータ11の筐体外に設ける構成は、サーバコンピュータ11の筐体サイズの小型化に好適である。また、多くの電子部品を必要とするAC/DCコンバータはDC/DCコンバータよりも故障が発生しやすい。よって、AC/DCコンバータを2重化することにより、十分な信頼性を確保することが可能となる。
【0017】
上記構成のシステムにおいては、AC電源は冗長電源装置21によってある特定の高電圧のDC電源(例えば24V)に変換された後、電源ケーブルを介してサーバコンピュータ11に送られる。サーバコンピュータ11では、冗長電源装置21からのDC電源がDC/DCコンバータ117によって再変換され、これによって複数種のデバイスの動作に必要な複数種の動作電源電圧(+5V,12V,−12V,3.3V等)が生成される。このようにサーバコンピュータ11内でDC電源の電圧値を再変換することにより、たとえ電源ケーブルを介して供給されるDC電源の電圧値が多少変動しても、安定した動作電源電圧をサーバコンピュータ11内の各デバイスに供給することが出来る。
【0018】
図2には、電源ユニット211,212とDC/DCコンバータ117の構成例が示されている。
【0019】
第1の電源ユニット211は、図示のように、ACインレット301、フィルタ302、力率改善回路(PFC;power factor correction)303、絶縁型DC/DCコンバータ304、および出力端子305を備えている。
【0020】
ACインレット301にはAC電源が入力される。フィルタ302は、ACインレット301を介して入力されたAC電源を整流することによって、そのAC電源を直流電源に変換する整流回路である。このフィルタ302は、例えば、図示のように、2つのコンデンサC1,C2と、それらコンデンサC1とC2との間に挿入されたトランスT1とによって構成することが出来る。
【0021】
力率改善回路(PFC)303は電力損失を補うために設けられたものであり、例えば、図示のように、コイルL、スイッチング・トランジスタTr、整流ダイオードD、およびコンデンサCを含むアップコンバータ等によって実現することが出来る。スイッチング・トランジスタTrは、そのゲートに入力されるPWM(pulse−width modulation)信号によってスイッチング制御される。
【0022】
絶縁型DC/DCコンバータ304は、力率改善回路(PFC)303から出力されるDC電源の電圧値を例えば24Vの電圧値に変換する。この絶縁型DC/DCコンバータ304は、例えば、図示のように、スイッチング・トランジスタTr、トランスT1、整流ダイオードD1、フリー・ホイール・ダイオードD2、コイルL、およびコンデンサCから構成することが出来る。スイッチング・トランジスタTrは、そのゲートに入力されるPWM(pulse−width modulation)信号によってスイッチング制御される。PWM信号のデューティー比を調整することにより、+24VのDC電圧を得ることが出来る。
【0023】
第1の電源ユニット211には、各々が上述のフィルタ302、力率改善回路(PFC;power factor correction)303、および絶縁型DC/DCコンバータ304からなる例えば2つの系が設けられており、+24V,8AのDC電源が2つ生成される。これらDC電源は2つの電源伝送線にそれぞれ分流されて、サーバコンピュータ117内のDC/DCコンバータ117に供給される。これは、電源の伝送を安全に図るために、1つの電源伝送線当たりで伝送する電力量を一定値(例えば240VA)以内に抑えるためである。
【0024】
第2の電源ユニット212も、第1の電源ユニット211と同様に、ACインレット401、フィルタ402、力率改善回路(PFC;power factor correction)403、絶縁型DC/DCコンバータ404、および出力端子405を備えている。
【0025】
ACインレット401にはAC電源が入力される。フィルタ402は、ACインレット401を介して入力されたAC電源を整流することによって、AC電源を直流電源に変換する整流回路である。このフィルタ402は、例えば、図示のように、2つのコンデンサC1,C2と、それらコンデンサC1とC2との間に挿入されたトランスT1とによって構成することが出来る。
【0026】
力率改善回路(PFC)403は電力損失を補うために設けられたものであり、例えば、図示のように、コイルL、スイッチング・トランジスタTr、整流ダイオードD、およびコンデンサCを含むアップコンバータ等によって実現することが出来る。スイッチング・トランジスタTrは、そのゲートに入力されるPWM(pulse−width modulation)信号によってスイッチング制御される。
【0027】
絶縁型DC/DCコンバータ404は、力率改善回路(PFC)403から出力されるDC電源の電圧値を例えば24Vの電圧値に変換する。この絶縁型DC/DCコンバータ404は、例えば、図示のように、スイッチング・トランジスタTr、トランスT1、整流ダイオードD1、フリー・ホイール・ダイオードD2、コイルL、およびコンデンサCから構成することが出来る。スイッチング・トランジスタTrは、そのゲートに入力されるPWM(pulse−width modulation)信号によってスイッチング制御される。PWM信号のデューティー比を調整することにより、+24VのDC電圧を得ることが出来る。
【0028】
第2の電源ユニット212にも、各々が上述のフィルタ402、力率改善回路(PFC;power factor correction)403、および絶縁型DC/DCコンバータ404からなる例えば2つの系が設けられており、+24V,8AのDC電源が2つ生成される。これらDC電源は2つの電源伝送線にそれぞれ分流されて、サーバコンピュータ117内のDC/DCコンバータ117に供給される。
【0029】
サーバコンピュータ117内のDC/DCコンバータ117には、図示のように、非絶縁型のDC/DCコンバータ501と出力端子502が設けられている。非絶縁型のDC/DCコンバータ501は、冗長電源装置21からのDC電源から各デバイスに対応する所定の動作電源電圧を生成する。このDC/DCコンバータ501は、例えば、図示のように、スイッチング・トランジスタTr、整流ダイオードD1、フリー・ホイール・ダイオードD2、コイルL、およびコンデンサCから構成することが出来る。スイッチング・トランジスタTrは、そのゲートに入力されるPWM信号によってスイッチング制御される。
【0030】
なお、実際には、DC/DCコンバータ117内には幾つかのレギュレータも内蔵されており、これらレギュレータとDC/DCコンバータ501との共同動作によって、+5V,+3.3V、+12V,−12V、等の複数のDC電源電圧が生成される。
【0031】
図3には、冗長電源装置21からサーバコンピュータ11へのDC電源の伝送経路の例が示されている。
【0032】
上述のように、冗長電源装置21からサーバコンピュータ11へのDC電源の伝送のために、複数の電源伝送線が用いられる場合がある。図3においては、3つの電源ユニット211,212,213それぞれに対応する3つの電源伝送線31,32,33を使用する場合が示されている。これら3つの電源伝送線31,32,33は1本の電源ケーブル内に収容してもよいし、複数の電源ケーブルに1本ずつ個別に収容しても良い。
【0033】
第1の電源ユニット211の出力は、DC電源出力端子210aおよび電源伝送線31を介して、サーバコンピュータ11の筐体に設けられたDC電源入力端子110aに接続される。同様に、第2の電源ユニット212の出力は、DC電源出力端子210bおよび電源伝送線32を介してサーバコンピュータ11の筐体に設けられたDC電源入力端子110bに接続され、第3の電源ユニット213の出力は、DC電源出力端子210cおよび電源伝送線33を介してサーバコンピュータ11の筐体に設けられたDC電源入力端子110cに接続される。
【0034】
サーバコンピュータ11においては、DC電源入力端子110a,110b,110cそれぞれとDC/DCコンバータ117の入力端子との間に3つのダイオードD11,D12,D13がそれぞれ設けられている。これらダイオードD11,D12,D13の働きにより、正常動作している電源ユニットからのDC電源が、故障中の電源ユニットまたは電源ユニットが装着されていない電源ユニット装着スロットに逆流することを防止することが出来る。
【0035】
図4には、冗長電源装置21をサーバコンピュータ11に接続可能な拡張I/O装置の筐体内に設ける場合の例が示されている。
【0036】
すなわち、図4においては、冗長電源装置21を構成する第1および第2の2つの電源ユニット211,212は、拡張I/O装置51の筐体内に収容されている。拡張I/O装置51は、サーバコンピュータ11の機能拡張の為に必要に応じてサーバコンピュータ11に接続されるオプションデバイスである。拡張I/O装置51の筐体内は、例えばハードディスドライブ(HDD)等の周辺デバイスを複数収容することができる。
【0037】
図4においては、ディスクアレイを構成する4つのHDD311,312,313,314が収容されている例が示されている。この場合、サーバコンピュータ11はSCSIインタフェースケーブル41を介してHDD311,312,313,314をアクセスすることが出来る。第1および第2の2つの電源ユニット211,212からなる冗長電源装置21からのDC電源は、電源ケーブル42を介してサーバコンピュータ11に供給される。
【0038】
このように冗長電源装置21を拡張I/O装置51の筐体内に設ける構成により、専用の冗長電源装置21を設ける必要が無くなるため、システム全体の構成を簡単化することが可能となる。
【0039】
さらに、拡張I/O装置51の筐体内には、DC/DCコンバータ315が設けられている。このDC/DCコンバータ315は、第1および第2の2つの電源ユニット211,212からなる冗長電源装置21からのDC電源を用いて、HDD311,312,313,314に供給すべき電源電圧を生成する。これにより、第1および第2の2つの電源ユニット211,212からなる冗長電源装置21を、サーバコンピュータ11へのDC電源の供給と、拡張I/O装置51への電源供給とに共用することが可能となる。
【0040】
図5には、サーバコンピュータ11の第2の例が示されている。この図5のサーバコンピュータ11においては、冗長化された2つのDC/DCコンバータ117A,117Bが設けられている。他の構成は図1と同じである。2つのDC/DCコンバータ117A,117BはDC電源入力端子110に並列に接続されており、DC電源入力端子110によって受信されたDC電源がそれぞれ入力される。
【0041】
DC/DCコンバータ117A,117Bのどちらも、冗長電源装置21から供給されるDC電源から、サーバコンピュータ11の各コンポーネントに供給すべき電源電圧を生成することができる。よって、2つのDC/DCコンバータ117A,117Bの一方が故障しても、他方によって各コンポーネントに電源電圧を供給することが出来る。もちろん、2つのDC/DCコンバータ117A,117Bではなく、冗長化された3つ以上のDC/DCコンバータをDC電源入力端子110に並列に接続してもよい。
【0042】
図6には、電源ユニット211,212とDC/DCコンバータ117A,117Bの構成例が示されている。
【0043】
電源ユニット211,212の構成は図2と同じである。第1のDC/DCコンバータ117Aには非絶縁型のDC/DCコンバータ501Aと出力端子502Aが設けられており、また第2のDC/DCコンバータ117Aには非絶縁型のDC/DCコンバータ501Bと出力端子502Bが設けられている。第1のDC/DCコンバータ117Aの出力端子502Aと第2のDC/DCコンバータ117Aの出力端子502Bは、互いに同一値の電源電圧出力同士がOR接続されるように接続されている。
【0044】
以上のように、本実施形態においては、AC/DCコンバータとして機能する電源ユニットを外部の冗長電源装置21内に2重化して設けることにより、電源の信頼性を損なうことなく、サーバコンピュータ11の筐体の小型化を図ることが可能となる。
【0045】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源の信頼性を損なうことなく、筐体の小型化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る情報処理装置と同装置にDC電源を供給する冗長電源装置の構成を示すブロック図。
【図2】図1の冗長電源装置に設けられた2つの電源ユニットと図1の情報処理装置に設けられたDC/DCコンバータの構成を示す回路図。
【図3】図1の情報処理装置と図1の冗長電源装置との間の接続例を示す図。
【図4】図1の冗長電源装置が設けられた拡張I/O装置を示す図。
【図5】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の他の構成例を示すブロック図。
【図6】図5の情報処理装置に設けられた2つのDC/DCコンバータの構成を示す回路図。
【符号の説明】
11…サーバコンピュータ
21…冗長電源装置
117,117A,117B…DC/DCコンバータ
211,212,213…電源ユニット
301,401…ACインレット
302,402…フィルタ
303,403…PFC回路
304,404…絶縁型DC/DCコンバータ
501…非絶縁型DC/DCコンバータ
110,110A,110B,110C…DC電源入力端子
Claims (13)
- 外部から供給される直流電源によって動作可能に構成された情報処理装置であって、
交流電源を直流電源にそれぞれ変換する冗長化された複数の電源ユニットを含む外部の冗長電源装置と、
複数のデバイスが収容された筐体と、
前記筐体に設けられ、前記冗長電源装置から供給される直流電源を受信するように構成された直流電源入力端子と、
前記筐体内に設けられ、前記直流電源入力端子によって受信された直流電源から前記各デバイスに供給すべき電源電圧を生成する電源回路とを具備することを特徴とする情報処理装置。 - 前記電源回路は冗長化された第1および第2の少なくとも2つの電源回路部を含み、前記第1および第2の電源回路部には、前記直流電源入力端子によって受信された直流電源がそれぞれ入力されることを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 前記冗長電源装置は、前記複数の電源ユニットの各々が取り外し自在に収納可能に構成された筐体を含むことを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 前記複数の電源ユニットの各々は、交流電源を直流電源に変換するフィルタと、前記フィルタから出力される直流電源の電圧値を所定の電圧値に変換するDC/DCコンバータとを含むことを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 前記各電源ユニット内の前記DC/DCコンバータによって得られる前記所定の電圧値は、前記情報処理装置内の前記電源回路によって生成される前記電源電圧よりも高いことを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 前記情報処理装置の筐体に接続可能に構成され、周辺デバイスが収容された外部の拡張I/O装置をさらに具備し、
前記冗長電源装置は、前記拡張I/O装置の筐体内に設けられていることを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。 - 前記拡張I/O装置は、
その拡張I/O装置の筐体内に設けられ、前記冗長電源装置から出力される直流電源から、前記周辺デバイスに供給すべき電源電圧を生成する電源回路をさらに含むことを特徴とする請求項6記載の情報処理装置。 - 前記冗長電源装置の直流電源は、複数の電源伝送線を介して前記冗長電源装置から前記情報処理装置に供給されることを特徴とする請求項1記載の情報処理装置。
- 情報処理装置に電源を供給する方法であって、
交流電源を直流電源にそれぞれ変換する冗長化された複数の電源ユニットを含む外部の冗長電源装置から前記情報処理装置に直流電源を供給し、
前記情報処理装置の本体内に設けられた電源回路によって、前記冗長電源装置から供給される直流電源から、前記情報情報処理装置内の各デバイスに供給すべき電源電圧を生成することを特徴とする方法。 - 前記電源回路は冗長化された第1および第2の少なくとも2つの電源回路部を含み、前記第1および第2の電源回路部には、前記直流電源入力端子によって受信された直流電源がそれぞれ入力されることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 前記冗長電源装置は、前記複数の電源ユニットの各々が取り外し自在に収納可能に構成された筐体を含むことを特徴とする請求項9記載の方法。
- 前記複数の電源ユニットの各々は、交流電源を直流電源に変換するフィルタと、前記フィルタから出力される直流電源の電圧値を所定の電圧値に変換するDC/DCコンバータとを含むことを特徴とする請求項9記載の方法。
- 前記各電源ユニット内の前記DC/DCコンバータによって得られる前記所定の電圧値は、前記情報処理装置内の前記電源回路によって生成される前記電源電圧よりも高いことを特徴とする請求項12記載の方法。
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