JP2007104834A - 電源装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の電源装置においてモニターしているのは電源装置の負荷電流値、すなわち、ＯＮとなっているすべての電源ユニットの出力電流値の総和だけであるため、実際の個々の電源ユニットの出力電流値はモニターできない。また、実際の使用の履歴も全くモニターできない。従って、電源ユニットをＯＮ／ＯＦＦとすることに関して、最適な構成を行うことは困難であった。
【解決手段】並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置において、前記電源装置が外部負荷に接続された際に、前記各電源ユニットの出力電流値を検出すると共に、前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御する電源制御部と、前記電源制御部に接続され、前記電源制御部から前記各電源ユニットの出力電流値が入力され、前記電源制御部に前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力する上位システム制御装置とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種情報処理機器等の電源として使用される、並列冗長運転が可能な電源装置に関する。

一般に、情報処理装置は、サーバ、記憶装置等の各種の装置から構成されている。これらの装置それぞれに電源が供給されることにより情報処理装置全体として動作をするが、その消費電力は各々の装置によって異なる。また、情報処理装置の動作の状況によって各々の装置の消費電力は変動し、常に一定ではない。また、これらの装置は一般に終夜連続運転をするのが通常であり、不意の電源停止が起こらないようにする必要がある。こうした状況に対応して安定に電力供給を行うため、複数の電源ユニットから構成され、並列冗長運転が可能な電源装置が電力供給用に使用されている。

こうした電源装置においては、複数の電源ユニットが並列に接続され、これらを制御する制御部が設けられる。この制御部が複数の電源ユニットの中から電力供給に用いる電源ユニットを適宜選択する。この制御を行なうに際して、制御部は、電源装置に接続された負荷（電力が供給される装置）に流れる電流である負荷電流に応じて各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを行なう。ＯＮとなる電源ユニットの数は、この負荷電流値をまかなうことができるだけの数とされ、不要な電源ユニットはＯＦＦとされる。このＯＦＦとされた電源ユニットは、予備品（スペア）となり、いわゆるＮ＋１冗長運転においてはこの数は１個、Ｎ＋２冗長運転においては、この数は２個となる。こうした電源装置により、各種の装置に安定した電力供給が行われた。

上記の電源装置の具体的な構成としては、例えば、特許文献１に記載されている。図２は、この電源装置の構成を示す図である。図において、１は上位システム制御装置、４はマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼称）、５は負荷、２１は消費電流検出部、３１〜３Ｎは電源ユニットである。ここで、上位システム制御装置１とマイコン４とが上記の制御部をなしている。この構成では、電源装置の負荷電流値を消費電流検出部２１が測定し、これをマイコン４が読み取り、上位システム制御装置１にこの負荷電流値を入力する。この負荷電流値より、これをまかなうために必要となる電源ユニットの数を上位システム制御装置１が判断し、電源ユニット３１〜３Ｎのうち、ＯＮ（ＯＦＦ）とする電源ユニットを決定する。どの電源ユニットをＯＮ（ＯＦＦ）とするかの指令信号は上位システム制御装置１からマイコン４に入力し、マイコン４と各電源ユニットとを接続する電源ＯＮ／ＯＦＦ信号線（図示せず）を介して、マイコン４が電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう。この電源装置においては、ＯＮ（ＯＦＦ）とする電源ユニットを上位システム制御装置１が決定する。その際には、負荷電流値によって必要とされる電源ユニットの数が決定される。この際、実際にどの電源ユニットをＯＮ（ＯＦＦ）とするかは、出荷前の電源ユニットの評価結果や、予め決められた順番等により決定される。また、ここでモニターしているのは電源装置の負荷電流値であり、これは、ＯＮとなっているすべての電源ユニットの出力電流値の総和である。すなわち、この電源装置における電流のモニターとしては、負荷電流値のみを対象としており、その値によってＯＮ（ＯＦＦ）とすべき電源ユニットを決定して、単純な構成で電源装置の制御を行っていた。
特開平９−２０４２４０

こうした電源装置においては、各電源ユニットがすべて同じ仕様であり、出荷前の評価結果が同一であっても、この電源装置が使用されている間の各電源ユニットの出力電流は異なっている場合が多い。この場合、各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを行なうに際して、例えば、最も出力電流が大きくなっている電源ユニット（最も出力電圧が低下している電源ユニット）をＯＦＦとした場合、そのＯＦＦ時にはこの電源装置の出力電圧が変動するおそれがある。さらに、電源装置の信頼性を確保するためには、ＯＮ／ＯＦＦとする電源ユニットの選択に際し、出荷前の電源ユニットの評価結果だけではなく、個々の電源ユニットにおける実際の使用の履歴等も考慮することが好ましい。このように、ＯＮ／ＯＦＦとする電源ユニットの最適な構成を決めるに際しては、実際の個々の電源ユニットの特性を考慮する必要がある。

ところが、こうした従来の電源装置においてモニターしているのは電源装置の負荷電流値、すなわち、ＯＮとなっているすべての電源ユニットの出力電流値の総和だけであるため、実際の個々の電源ユニットの出力電流値はモニターできない。また、実際の使用の履歴も全くモニターできない。従って、電源ユニットをＯＮ／ＯＦＦとすることに関して、最適な構成を行うことは困難であった。

本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記の問題点を解決した電源装置及び電源装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置において、前記電源装置が外部負荷に接続された際に、前記各電源ユニットの出力電流値を検出すると共に、前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御する電源制御部と、前記電源制御部に接続され、前記電源制御部から前記各電源ユニットの出力電流値が入力され、前記電源制御部に前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力する上位システム制御装置と、を具備することを特徴とする電源装置に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記各電源ユニットに異常が検出された場合に、当該電源ユニットの異常を知らせる電源異常検出信号が前記電源制御部に入力し、前記電源制御部は前記電源異常検出信号を前記上位システム制御装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記上位システム制御装置は、前記各電源ユニットの出力電流値から、ＯＦＦとする電源ユニットを決定し、当該電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記各電源ユニットにおいて、最も出力電流値が小さな電源ユニットをＯＦＦとすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、ＯＮとされた電源ユニットの一つから前記電源異常検出信号が発せられた場合に、当該電源ユニットをＯＦＦとし、前記ＯＦＦとされた電源ユニットの一つをＯＮとする指令信号を前記上位システム制御装置が前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項２及至４に記載の電源装置に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、前記上位システム制御装置に操作卓が接続され、当該操作卓において前記各電源ユニットの出力電流値が表示されることを特徴とする請求項１及至５に記載の電源装置に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置の制御方法において、前記電源装置が外部負荷に接続された際に、電源制御部が前記各電源ユニットの出力電流値を検出し、前記電源制御部に接続された上位システム制御装置に、前記電源制御部から前記各電源ユニットの出力電流値が入力し、前記上位システム制御装置が、前記電源制御部に前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力し、前記電源制御部が前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする電源装置の制御方法に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記各電源ユニットに異常が検出された場合に、当該電源ユニットは電源異常検出信号を前記電源制御部に入力し、前記電源制御部は前記電源異常検出信号を前記上位システム制御装置に出力することを特徴とする請求項７に記載の電源装置の制御方法に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記電源異常検出信号を出力した電源ユニットをＯＦＦとし、ＯＦＦとなっていた電源ユニットのうち一つをＯＮとする指令信号を、前記上位システム制御装置が前記電源制御部に出力することを特徴とする請求項８に記載の電源装置の制御方法に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記上位システム制御装置は、前記各電源ユニットの出力電流値の総和である負荷電流値を算出し、当該負荷電流値を供給できるだけの電源ユニットの数であるＯＮ電源ユニット数を決定し、前記上位システム制御装置は、前記ＯＮ電源ユニット数が電源ユニットの総数よりも小さい場合に、ＯＦＦとする電源ユニットを決定し、当該電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項７及至９に記載の電源装置の制御方法に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、前記上位システム制御装置は、前記出力電流値が最も小さな電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置の制御方法に存する。

本発明は以上のように構成されているので、各電源ユニットの状況をモニターすることにより、安定した電源供給を行うために最適な電源ユニットの構成を提供することができる。これにより、各種の装置に高い信頼性をもって安定した電力供給を行うことができる。また、各電源ユニットの利用効率を高くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の電源装置は、並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置において、電源制御部と、上位システム制御装置とを具備する。電源制御部は、電源装置が外部負荷に接続された際の各電源ユニットの出力電流値を検出すると共に、各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御する。上位システム制御装置は、この電源制御部に接続され、電源制御部から各電源ユニットの出力電流値が入力し、電源制御部に各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力する。

図１は、本発明の電源装置の一例の構成図である。図において、１は上位システム制御装置、２は操作卓、３は電源制御部、４はマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼称）、７は電源制御シリアルインターフェース、８はデータバス、９は電源ＯＮ／ＯＦＦ信号線、１０は電源異常検出信号線、１１は出力電流モニタ電圧線、１２は負荷である。５１〜５Ｎは並列して設けられた複数個のＡＤコンバータであり、６１〜６Ｎは並列して設けられた電源ユニットである。ＡＤコンバータ５１〜５Ｎは、電源ユニット６１〜６Ｎに対応してそれぞれに接続されている。本発明の電源装置は、複数の電源ユニット６１〜６Ｎから構成されており、これを制御する電源制御部３と上位システム制御装置１とが具備されている。電源制御部３はマイコン４と複数のＡＤコンバータ５１〜５Ｎから構成されており、これらはデータバス８で接続される。上位システム制御装置１と電源制御部３（マイコン４）とは、電源制御シリアルインターフェース７で接続される。電源制御部３（ＡＤコンバータ）と各電源ユニットとは、出力電流モニタ電圧線１１で接続される。電源制御部３（マイコン４）と各電源ユニットとの間は、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号線９と、電源異常検出信号線１０とで接続される。操作卓２は上位システム制御装置１に接続される。この電源装置においては、並列の各電源ユニットが外部の負荷１２に電力を供給し、電源制御部３と上位システム制御装置１が各電源ユニットを制御する。負荷１２は、この電源装置によって電力を供給される装置であり、例えば、各種の情報処理装置である。

以下に、本発明の電源装置における各部の機能について述べる。

電源ユニット６１〜６Ｎは、各々が電源として電力を供給できる機能を有し、これらが並列に接続されていることにより、本発明の電源装置は、外部の負荷１２に対して電力を供給する。電源ユニット６１〜６Ｎは、各々が負荷１２に対して出力している出力電流値を電圧値（アナログ値）に置き換えて出力する。

この出力された電圧は、出力電流モニタ電圧線１１を介してＡＤコンバータ５１〜５Ｎにそれぞれ入力する。ＡＤコンバータ５１〜５Ｎは、入力した電圧をマイコン４が解読できるデジタル信号に変換した後に、これをデータバス８を介してマイコン４に出力する。

マイコン４は、このデジタル信号と電流値を対応させるための対応表データを保持しており、これを用いてこのデジタル信号より、各電源ユニット６１〜６Ｎの出力電流値を算出する。また、この電源装置が稼働してからの履歴のデータとして、各々の電源ユニットの稼働時間や、この電源装置が稼働してからの間の各々の電源ユニットの最大出力電流値のデータも保持している。マイコン４は、この各電源ユニットの出力電流値と最大出力電流値のデータを電源制御シリアルインターフェース７を介して上位システム制御装置１に出力する。

また、各電源ユニットは、その異常が発生した場合、例えば出力電圧が零となったり、異常な発熱が生じた場合に、電源異常検出信号を発する。この電源異常検出信号は電源異常検出信号線１０を通してマイコン４に入力する。マイコン４は、この電源異常検出信号も上位システム制御装置１に出力する。

上位システム制御装置１は、この電源装置全体を制御するコンピュータシステムであり、入力した各電源ユニットの出力電流値から、その総和である負荷電流値を算出する。この負荷電流値と、入力した各電源ユニットの出力電流値、最大出力電流値、及び電源異常検出信号とから、各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを決定する。

操作卓２は、上位システム制御装置１に接続され、上位システム制御装置１に入力した上記のデータを外部に表示することができる。これにより、利用者がこの電源装置の状態を詳細にモニターすることが可能である。また、利用者がこれを見ることにより、各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの動作等を制御することも可能である。すなわち、本発明の電源装置の手動運転を行うことも可能である。さらに、例えば負荷となる情報処理装置の周波数アップ等、その特性が大きく変わった場合においても、その際のこの電源装置の動作状況の確認が容易になるため、その対処が容易である。

以下に、上位システム制御装置１が各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを決定する方法について述べる。

上位システム制御装置１は、電源異常検出信号を発している電源ユニットがあれば、この電源ユニットをＯＦＦとする信号をマイクロコンピュータ４に出力する。この際、他にＯＦＦとなっており、かつ電源異常検出信号を出力していない電源ユニットがあれば、この電源ユニットを代わりにＯＮとする信号をマイクロコンピュータ４に出力することが好ましい。これにより、この電源装置は、個々の電源ユニットに異常が発生した場合でも安定した電力供給を行うことが可能となる。

上位システム制御装置１は、各電源ユニットの最大出力電流値より、この負荷電流値の電流を供給するのにすべての電源ユニットを必要としないと判断した場合は、ＯＦＦとする電源ユニットを決定する。このとき、各電源ユニットがその最大出力電流値に等しい出力電流を供給すると想定し、この出力電流でこの負荷電流値をまかなうことを前提としてＯＦＦとする電源ユニットを決定する。こうした場合、ＯＮとなっている各電源ユニットを、常に最大出力電流値近くの出力電流で動作させることができるため、その利用効率は高くなる。また、例えば各電源ユニットがその最大出力電流値の９０％の出力電流を供給すると想定してもよい。このように、各電源ユニットの最大出力電流値を基準にして、この場合の各電源ユニットの出力電流値を想定することにより、ＯＮ（ＯＦＦ）とすべき電源ユニットを設定することが可能である。

ＯＦＦとする電源ユニットの決定に際しては、出力電流値が最も小さくなっている電源ユニットをＯＦＦとすることが好ましい。この場合には、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えに際して、この電源装置の出力電圧に対する影響を最小限とすることができる。また、負荷電流値が小さいために、ＯＦＦとする電源ユニットの数が複数あってもこの電力供給が可能である場合には、複数の電源ユニットをＯＦＦとすることもできる。この場合には、例えば、出力電流値の小さな電源ユニットから順にＯＦＦとするのが好ましい。これにより、この電源装置は、安定した電力供給を行うことが可能となる。

また、上位システム制御装置１が、各電源ユニットの履歴データを保持することもでき、例えば履歴データとして積算運転時間（ＯＮとなっていた時間の総計）を保持している場合には、この積算運転時間の長い電源ユニットをＯＦＦとすることもできる。ＯＦＦする電源ユニットが複数台の場合には、積算運転時間の長い電源ユニットから順にＯＦＦとすることができる。この場合には、各電源ユニットの積算運転時間が平均化されるため、特定の電源ユニットの積算運転時間が大きくなって早く消耗することがない。従って、電源装置の寿命を長くすることができる。

ＯＦＦする電源ユニットの数が１台である場合には、これを予備品としてＮ＋１並列冗長構成とし、２台である場合には、これらを予備品としてＮ＋２並列冗長構成とすることが可能である。

このように、上位システム制御装置１は、各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを決定し、マイクロコンピュータ４にその指令信号を出力する。マイクロコンピュータ４はこれを受けて、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号線９を介して各電源ユニット６１〜６ＮのＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう。これによって、該当する電源ユニットはＯＦＦとなり、他のＯＮとされた電源ユニットのみによって外部に電力が供給される。この課程において、個々の電源ユニットの出力電流値や履歴を基にしてＯＦＦとする電源ユニットが決定される。そのため、最適な電源ユニットの構成を得ることができる。

以上の例において、ＡＤコンバータ５１〜５ＮとしてＩ２Ｃバス化対応のＡＤコンバータを使用することもできる。これにより、ＡＤコンバータ５１〜５Ｎと、マイクロコンピュータ４との間の通信をシリアル通信化することができる。これにより、データバス８の本数を減らすことができ、より効率的な構成とすることができる。

本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す図である。 従来の電源装置の構成を示す図である。

１ 上位システム制御装置
２ 操作卓
３ 電源制御部
４ マイクロコンピュータ
５、１２ 負荷
７ 電源制御シリアルインターフェース
８ データバス
９ 電源ＯＮ／ＯＦＦ信号線
１０ 電源異常検出信号線
１１ 出力電流モニタ電圧線
２１ 消費電流検出部
３１〜３Ｎ、６１〜６Ｎ 電源ユニット
５１〜５Ｎ ＡＤコンバータ

Claims (11)

1. 並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置において、
   前記電源装置が外部負荷に接続された際に、前記各電源ユニットの出力電流値を検出すると共に、前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御する電源制御部と、
   前記電源制御部に接続され、前記電源制御部から前記各電源ユニットの出力電流値が入力され、前記電源制御部に前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力する上位システム制御装置と、
   を具備することを特徴とする電源装置。
2. 前記各電源ユニットに異常が検出された場合に、当該電源ユニットの異常を知らせる電源異常検出信号が前記電源制御部に入力し、前記電源制御部は前記電源異常検出信号を前記上位システム制御装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記上位システム制御装置は、前記各電源ユニットの出力電流値から、ＯＦＦとする電源ユニットを決定し、当該電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記各電源ユニットにおいて、最も出力電流値が小さな電源ユニットをＯＦＦとすることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. ＯＮとされた電源ユニットの一つから前記電源異常検出信号が発せられた場合に、当該電源ユニットをＯＦＦとし、前記ＯＦＦとされた電源ユニットの一つをＯＮとする指令信号を前記上位システム制御装置が前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項２及至４に記載の電源装置。
6. 前記上位システム制御装置に操作卓が接続され、当該操作卓において前記各電源ユニットの出力電流値が表示されることを特徴とする請求項１及至５に記載の電源装置。
7. 並列接続された複数の電源ユニットを制御して電力を供給する電源装置の制御方法において、
   前記電源装置が外部負荷に接続された際に、電源制御部が前記各電源ユニットの出力電流値を検出し、
   前記電源制御部に接続された上位システム制御装置に、前記電源制御部から前記各電源ユニットの出力電流値が入力し、
   前記上位システム制御装置が、前記電源制御部に前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦの指令信号を出力し、
   前記電源制御部が前記各電源ユニットのＯＮ／ＯＦＦを制御する
   ことを特徴とする電源装置の制御方法。
8. 前記各電源ユニットに異常が検出された場合に、
   当該電源ユニットは電源異常検出信号を前記電源制御部に入力し、
   前記電源制御部は前記電源異常検出信号を前記上位システム制御装置に出力する
   ことを特徴とする請求項７に記載の電源装置の制御方法。
9. 前記電源異常検出信号を出力した電源ユニットをＯＦＦとし、ＯＦＦとなっていた電源ユニットのうち一つをＯＮとする指令信号を、前記上位システム制御装置が前記電源制御部に出力することを特徴とする請求項８に記載の電源装置の制御方法。
10. 前記上位システム制御装置は、前記各電源ユニットの出力電流値の総和である負荷電流値を算出し、当該負荷電流値を供給できるだけの電源ユニットの数であるＯＮ電源ユニット数を決定し、
    前記上位システム制御装置は、前記ＯＮ電源ユニット数が電源ユニットの総数よりも小さい場合に、ＯＦＦとする電源ユニットを決定し、当該電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を前記電流制御部に出力することを特徴とする請求項７及至９に記載の電源装置の制御方法。
11. 前記上位システム制御装置は、前記出力電流値が最も小さな電源ユニットをＯＦＦとする指令信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の電源装置の制御方法。
    

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