JP2010158155A - 電源装置内の改善されたファン制御のための装置、システム、及び方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源装置内の改善されたファン制御のための装置、システム、及び方法を提供する。
【解決手段】 電源装置内のファン速度を制御するための装置、システム、及び方法を開示する。本装置は、ある時間間隔の間、電源装置の入力電力を計測し、そして電源装置により供給される出力電力を計測する。本装置は入力電力及び出力電力の値を決定し、この二つを用いて電源装置内で消費される電力量を決定する。電力消費値は特定のファン速度に関連付けられ、本装置は、時間間隔の間に消費される電力量に基づいて電源装置内のファンの速度を調節する。電力消費のレベルの増加がファン速度を増加させ、電力消費のレベルの減少がファン速度を減少させる
【選択図】 図１

Description

本発明は電源装置の分野に関し、特に電源装置をファンで冷却することに関する。

電源装置の内部部品は大量の熱を発生する可能性がある。適切に冷却しないと、これらの部品は過熱して故障する可能性がある。普通、比較的安価な冷却法としてファンが電源装置内及びコンピュータ内に使用される。特に高温になる部品用のヒートシンクのような付加的要素を組み合せることで、殆どの冷却問題はファンを用いて解決することができる。

しかしながら、単にファンを電源装置内に配置してファンを一定速度で作動させるのは一般に十分ではない。ファンを一定高速度で作動させることは、ファンの部品を不必要に磨滅させ、エネルギーを浪費し、不必要な騒音を生ずる。しかし、電源装置が著しく熱くなる場合にファンを一定の低速度で作動させることでは電源装置を適切に冷却できない。結果として、ファンは、電源装置の要件に基づいてファンの速度を上下に調節する機構を有する。

このことは、勿論、特定の瞬間にファンをどれほど速く作動させるかの判断を必要とする。従来技術の解決策では、ファンの速度を電源装置の温度に基づかせることが多い。しかし、これは多くの問題を引き起こす。第１に、電源装置の周囲温度は部品自体の温度より遅れる。その結果、ファンは適時に加速することができない。付加的な問題は電源装置内の温度を計測するデバイスの配置である。当然、デバイスは近くに位置する部品の温度に敏感となり、遠く離れた位置の部品の温度上昇を検知できない可能性がある。その結果、その部品はファン速度に影響する周囲温度に十分に関与しないので故障する可能性がある。

当業者は、付加的な計測を行うことによりこの欠点を補おうとしてきた。しかし、付加的なパラメータを温度に結びつけることは困難な可能性がある。例えば、非常に効率的な電源装置は、部品があまり熱くならずに、高い出力電力又は出力電流を供給することができるものである。この場合の従来技術の解決策はファンを不必要に速く作動させる。位相シフト制御型電源装置におけるような他の状況においては、出力電力及び電流が非常に低い場合でもフルブリッジＭＯＳＦＥＴは非常に熱くなる。この場合、ファンは十分迅速に熱を検知できない可能性があり、電源装置は故障する可能性がある。

米国特許出願公開第１１／９７０，７７９号明細書

上記の論考から、電源装置内の優れたファン速度制御をもたらすための装置、システム、及び方法に対するニーズが存在することは明らかである。そのような装置、システム、及び方法は、部品の実際の必要性に基づいて、ファンの速度を実質的に瞬間的に調節することが有益である。

本発明は、現在の最新技術に応じて、具体的には、現在利用可能な電源装置冷却システムによっては十分に解決されていない当技術分野の問題及びニーズに応じて開発したものである。従って、本発明は、当技術分野における上記の欠点の多く又は全てを克服する、電源装置内のファン速度を制御するための装置、システム、及び方法を提供するように開発したものである。

一実施形態において、本装置は、電源装置の入力端子における入力電力をある時間間隔の間計測して入力電力値を算出する入力電力モジュールを含む。本装置はまた、電源装置の出力端子における出力電力をある時間間隔の間計測して出力電力値を算出する出力電力モジュールを含む。

本装置はまたファン制御装置を含む。このファン制御装置は、入力電力モジュールからの入力電力値及び出力電力モジュールからの出力電力値を受取り、入力電力値と出力電力値の間の差に基づいて、前記の時間間隔の間に電源装置によって消費される電力を表す電力値を算出する。次にファン制御装置は、より高い電力消費がより高いファン速度に対応するように電力消費値の増加をファン速度の増加に関連付ける、参照テーブル内の前記の電力値に関連付けられるファン速度を検索する。ファン制御装置はまた、そのファン速度を、電源装置を冷却するファンのファン・コントローラに送る。

一実施形態において、ファン速度を制御するための装置には、必要なステップを機能的に実行するように構成された複数のモジュールが備えられる。説明される実施形態におけるこれらのモジュールは、入力電力モジュール、出力電力モジュール、消費モジュール、及びファン・モジュールを含む。一実施形態において、入力電力モジュールは電源装置の入力電力を計測して入力電力値を算出する。出力電力モジュールは電源装置の出力電力を計測して出力電力値を算出する。消費モジュールは、入力電力モジュールによって算出された入力電力値及び出力電力モジュールによって算出された出力電力値を用いて、電源装置によって消費された電力を表す電力消費値を算出する。最後にファン・モジュールは、電力消費値に基づいてファンの速度を調節する。ファン・モジュールは、電源装置内の電力消費が増加する場合にファン速度を増加させ、電源装置内の電力消費が減少する場合にファン速度を減少させる。

一実施形態において、ファンはパルス幅変調型（ＰＷＭ）ファン・コントローラによって駆動され、ファン速度を調節することは、ファン・モジュールが電力消費値に関連付けられたパルス幅値をＰＷＭファン・コントローラに供給することを含む。一実施形態において、参照テーブルは、パルス幅値を電力消費値の範囲に関連付ける。ファン・モジュールは消費モジュールから電力消費値を受け取り、参照テーブル内の電力消費値に関連付けられたパルス幅値を検索し、そのパルス幅値をＰＷＭファン・モジュールに送る。

別の実施形態において、ファンは電圧調整によって制御され、ファン速度を調節することは、ファン・モジュールが電力消費値に関連付けられた電圧値をファン・コントローラに供給することを含む。別の実施形態において、ファンは抵抗調整によって制御され、ファン速度を調節することは、ファン・モジュールが電力消費値に関連付けられた抵抗値をファン・コントローラに供給することを含む。

一実施形態において、入力電力値はある時間間隔の間の平均入力電力であり、出力電力値はある時間間隔の間の平均出力電力である。一実施形態において、入力電力モジュールは電源装置の入力電圧及び入力電流を検知することにより入力電力を計測し、入力電圧及び入力電流から入力電力値を算出する。同様に、出力電力モジュールは電源装置の出力電圧及び出力電流を検知することにより出力電力を計測し、出力電圧及び出力電流から出力電力値を算出する。

別の実施形態において、入力電力モジュールは電源装置の入力電圧値を仮定して入力電流を検知することにより入力電力を計測する。次に入力電力モジュールは仮定された入力電圧及び計測された入力電流から入力電力値を算出する。同様に、出力電力モジュールは電源装置の出力電圧値を仮定して出力電流を検知することにより出力電力を計測し、次いで仮定された出力電圧及び計測された出力電流から出力電力値を算出する。

別の実施形態において、入力電流を計測することは、入力電力モジュールが、電源装置の入力端子ではなく、電流が入力電流に比例する位置における入力電力を計測することを含む。同様に、出力電流を計測することは、出力電力モジュールが、電源装置の出力端子ではなく、電流が出力電流に比例する位置における出力電力を計測することを含む。

特定の実施形態において、電源装置により消費される電力を算出することは、入力電力値から出力電力値を差し引くことを含む。

さらに別の実施形態において、本装置は、電源装置により消費される電力が減少するとの判断に応じて、遅延時間間隔の間ファン速度を増加させる遅延モジュールを含む。

本発明のシステムはまた、電源装置内のファン速度を制御するために提示される。システムは統合された電源装置とすることができる。具体的には、本システムは一実施形態において、電源から入力電圧を受け取り、調整された出力電圧を電子負荷に供給する電源装置を含む。本システムはまた、上記の、入力電力モジュール、出力電力モジュール、消費モジュール、及びファン・モジュールを含む。本システムはまた、コンピュータ、ブレード・システム（blade system）、又は電気器具のような電子負荷を含むことができる。ある特定の実施形態において、入力電圧はＡＣ又はＤＣであり、調整された出力電圧はＡＣ又はＤＣである。

本発明の方法はまた、電源装置内のファン速度を制御するために提示される。開示される実施形態における方法は、説明される装置及びシステムの動作に関連する上記の機能を実行するのに必要なステップを実質的に含む。一実施形態において、本方法は電源装置の入力電力を計測し、入力電力の計測値を用いてある時間間隔の間の入力電力値を算出することを含む。本方法はまた電源装置の出力電力を計測し、出力電力の計測値を用いてある時間間隔の間の出力電力値を算出することを含むことができる。

さらに別の実施形態において、本方法は、出力電力値から入力電力値を差し引くことにより電源装置によって消費される電力を表す電力消費値を計算することを含む。本方法はまた、電力消費値の増加に応じて、電源装置を冷却するファンの速度を増加させ、そして電力消費値の減少に応じて、ファンの速度を減少させることを含む。本方法はまた、参照テーブル内で、複数のファン速度を複数の電力消費値範囲に関連付けることを含む。

この明細書を通して、特徴、利点、又は類似の用語に対する言及は、本発明により実現することができる全ての特徴及び利点が本発明の何れかの単一の実施形態に含まれるべきであるか又は含まれることを意味しない。むしろ特徴及び利点について言及する用語は、一実施形態に関して説明される特定の特徴、利点、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するものと理解されたい。従って、特徴及び利点の考察、並びに類似の用語は。この明細書を通して、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことができる。

さらに、本発明の説明される特徴、利点、及び特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な仕方で組み合せることができる。当業者であれば、本発明は、特定の実施形態の１つ又は複数の特定の特徴又は利点なしに実施できることを認識するであろう。他の場合には、本発明の全ての実施形態にはなくてもよい付加的な特徴及び利点を、特定の実施形態において認識することができるであろう。

本発明のこれらの特徴及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明白となり、或いは本明細書で説明する本発明の実際により理解することができる。

本発明の利点がより容易に理解されるように、上で簡単に説明した本発明のより具体的な説明を、添付の図面に例示される特定の実施形態を参照して記述する。これらの図面は本発明の典型的な実施形態のみを描き、従ってその範囲を限定するものではないことを理解したうえで、本発明は、添付の図面を用いながら付加的な特性及び詳細と共に記述及び説明されることになる。

本発明による電源装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明によるファン制御装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明によるファン制御装置の一実施形態を示す第２の概略ブロック図である。 本発明によるファン制御装置を有する電源装置の実現の一実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明によるファン制御装置を有する電源装置の実現の一実施形態を示す第２の概略ブロック図である。 本発明によるファン速度を制御する方法の一実施形態を示す概略フローチャート図である

本明細書で説明する機能ユニットの多くは、それらの実施の独立性をより具体的に強調するためにモジュールと呼ぶ。例えば、モジュールは、特注のＶＬＳＩ回路若しくはゲートアレイ、市販の半導体、例えば論理チップ、トランジスタ、又は他の独立した部品を含むハードウェア回路として実施することができる。モジュールはまた、フィールド・プログラム可能ゲートアレイ、プログラム可能アレイ論理、プログラム可能論理デバイスなどのようなプログラム可能ハードウェア・デバイス内に実装することができる。

モジュールはまた、種々の型のプロセッサにより実行されるソフトウェア内に実装することができる。実行可能コードの識別されるモジュールは、例えば、オブジェクト、プロシージャ、又は関数として組織化することができるコンピュータ命令の、例えば１つ又は複数の物理又は論理ブロックを含むことができる。しかし識別されるモジュールの実行ファイルは物理的に一カ所に配置する必要はなく、論理的に結合されたときにモジュールを含んでモジュールの規定の目的を達成する、異なる位置にストアされた異なる命令を含むことができる。

実際には、実行可能コードのモジュールは、単一の命令又は多数の命令とすることができ、そして幾つかの異なるコード部分にわたり、異なるプログラムの間に、また幾つかのメモリ・デバイスにわたって分布させることさえもできる。同様に実行中のデータは、本明細書で示すようにモジュール内で識別することができ、また任意の適切な形式で具体化して任意の適切な型のデータ構造体内で組織化することができる。実行中のデータは、単一データ・セットとして集めることができ、又は異なる記憶デバイスを含む異なる位置にわたって分布させることができ、そして、少なくとも部分的に、単にシステム又はネットワーク上の電気信号として存在することができる。モジュール又はモジュールの部分がソフトウェア内に実装される場合、そのソフトウェア部分は１つ又は複数のコンピュータ可読媒体上にストアされる。

本明細書を通して、「１つの実施形態」、「一実施形態」又は類似の用語に関する言及は、その実施形態に関連して記述される具体的な特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して、「１つの実施形態において」、「一実施形態において」及び類似の用語の出現は、必ずしもそうではないが、全て同じ実施形態を指すことができる。

コンピュータ可読媒体に対する参照は、機械可読命令をデジタル処理装置にストアすることのできる任意の形式を取ることができる。コンピュータ可読媒体は、伝送線、コンパクト・ディスク、デジタル・ビデオ・ディスク、磁気テープ、ベルヌーイ・ドライブ、磁気ディスク、パンチカード、フラッシュメモリ、集積回路、又は他のデジタル処理装置メモリ・デバイスによって具体化することができる。

さらに、本発明の説明される特徴、構造体、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な様式で組み合せることができる。以下の説明において、本発明の実施形態の完全な理解をもたらすように、プログラミング、ソフトウェア・モジュール、ユーザ選択、ネットワーク・トランザクション、データベース・クエリ、データベース構造体、ハードウェア・モジュール、ハードウェア回路、ハードウェア・チップなどの実施例のような、多くの特定の細部を与える。しかし、当業者であれば、本発明は、１つ又は複数の特定の細部を用いずに、或いは他の方法、部品、材料などを用いて実施することができることを認識するであろう。他の場合には、周知の構造体、材料、又は動作は、本発明の態様を不明瞭にしないように、詳細に図示又は説明しない。

本明細書に含まれる概略フローチャート図は、概略的に論理フローチャート図を示す。従って、図示した順序及びラベル付けされたステップは、本方法の一実施形態を示すものである。説明される方法の１つ又は複数のステップ、又はそれらの部分に対して、機能、論理、又は効果が等価な他のステップ及び方法を考案することができる。さらに、用いる形式及び記号は本方法の論理ステップを説明するために与えられるものであり、本方法の範囲を限定するものではないことを理解されたい。フローチャート図には種々の型の矢印及び線を用いることがあるが、それらは対応する方法の範囲を限定するものではないことを理解されたい。実際に、幾つかの矢印又は他のコネクタを用いて本方法の論理フローのみを示すことができる。例えば、矢印は、図示した方法の列挙されたステップの間の特定されない時間間隔の待ち又はモニタリング段階を示す可能性がある。さらに、特定の方法を行う順序は、図示した対応するステップの順序に厳密に従っても従わなくてもよい。

図１は、本発明によるシステムを示す。このシステムは、電子デバイス１２０、電源１３０、及び電源装置１１０を含む。電子デバイス１２０は電源装置１１０から電力を受け取るデバイスである。電子デバイス１２０は電源装置１１０に対する電子負荷である。電子デバイス１２０は、例えば、コンピュータ（ラップトップ又はデスクトップ・コンピュータなど）、ブレード・サーバ・システム、電気製品、又は図示した電源装置１１０のような電源装置から電力を受け取る他のデバイスとすることができる。電子デバイス１２０は、複数の電源装置１１０から電力を受け取ることができる。図１は、電源装置１１０が電子デバイス１２０の内部にあるように示すが、ある特定の実施形態においては、電源装置１１０は電子デバイス１２０の外部に存在する。

電子デバイス１２０は電源装置１１０から電力を受け取る。電源装置１１０は電源１３０から電力を受け取り、信号を調整して、それを電子デバイス１２０で使用するのに適切な形にする。電子デバイス１２０のニーズに応じて、電源装置１１０はＤＣ又はＡＣ出力を供給する。電源装置１１０は、電源装置が信号を調整して電子デバイス１２０用に適切な出力を供給できるようにする種々の要素１１２から構成される。要素１１２は、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、インダクタ、キャパシタ、抵抗器、変圧器、及び電源装置内に見出される他の共通の電気部品とすることができる。

電源１３０は、電源装置１１０に入力信号を供給する。電源１３０は、当技術分野で既知の任意の電力源とすることができる。例えば、電源１３０は発電機又は標準の電気コンセントとすることができる。電源１３０は、電源装置１１０にＤＣ又はＡＣ入力を供給することができる。

電源装置１１０は、あらゆるデバイスと同様に完全には効率的でない。従って、電源１３０から受け取られた電力の一部分は電源装置１１０内で失われ、電子デバイス１２０には供給されない。多くの場合、この損失電力は電源装置１１０内で熱として失われる。適切に対処しないと、熱は電源装置１１０内のある要素１１２を溶解又は破壊する可能性がある。電源装置１１０の負荷条件及び電源装置１１０の動作は常に一定であるとは限らないので、電源装置１１０の効率は変動する可能性がある。ファン１１６は、電源装置１１０の冷却を助けて適切な動作温度を維持するシステムの部分である。

本発明によれば、電源装置１１０は、電源装置１１０内で失われる電力に基づいてファン１１６の速度を調整するファン制御装置１１４を含む。電源装置１１０内で消費される電力量が増加するにつれて、ファン制御装置１１４はファン１１６の速度及び冷却能力を増加させる。電力消費のレベルが低下すると、ファン制御装置１１４はファン速度を低下させてエネルギーを節約し雑音を減らす。

電力消費は電源装置１１０全体に基づくものであるので、ファン速度は温度のみに基づくよりも正確に調節することが可能である。結果として、電源装置１１０は電力消費に瞬間的に反応して温度上昇又は降下を予測することができる。また電源装置１１０は、要素１１２が、高温であるが電源装置１１０の周囲温度をファン速度の変化を引き起こすのに十分には高くしていない状態で動作するときに起る従来技術のシステムにおけるような遅延問題の影響は受けない。徴候（即ち、温度の実際の変化）ではなく温度問題の原因（即ち、電源装置１１０内での電力損失）に反応することにより、ファン制御装置１１４は電源装置１１０の冷却ニーズを予測してそのニーズにより効率的に対処することができる。

図２はファン制御装置１１４を含む電源装置１１０の一実施形態を示す。図示した実施形態において、電源装置１１０は、電力供給段２０２ａ−ｃを含む多段電源装置である。電力供給段２０２ａ−ｃは、電源装置１１０に種々の機能、例えば、信号整流、フィルタリング、力率補正、などを与えることができる。電力供給段２０２ａ−ｃは、例えば、ブースト(boost)、バック(buck)、バックブースト(buck-boost)、フライバック(flyback)、Cｕｋコンバータ、それらの組合せ、及び当技術分野で既知の他のトポロジとすることができる。種々の実施形態において、電源装置１１０は単一の電力供給段２０２ａ又は任意の他の数の電力供給段２０２ａ−ｎを有することができる。

図示したように、ファン制御装置１１４は、入力電力モジュール２１０、消費モジュール２１４、出力電力モジュール２１６、及びファン・モジュール２１８を含む。入力電力モジュール２１０は、電源装置１１０の入力電力を計測し、本明細書では入力電力値と呼ぶ、入力電力を表す値を算出する。一実施形態において、入力モジュール２１０は電源装置１１０の入力端子における電圧及び電流を計測する電力計である。入力電力値はある時間間隔の間に計測された平均電力とすることができる。特定の実施形態において、入力電力値は入力電圧及び入力電流の二乗平均平方根（ｒｍｓ）値を用いて算出される。当業者であれば、入力電力モジュール２１０により計測されるＡＣ及び／又はＤＣ電力をどのように計測し定量化するかを理解するであろう。

一実施形態において、入力電力モジュール２１０は電源装置１１０の入力端子における入力電力を計測する。別の実施形態において、入力電力モジュール２１０は電源装置１１０内の異なる位置（例えば、整流及びフィルタリングの後）における入力電力を計測する。入力電力モジュール２１０は、例えば、第１の電力供給段２０２ａの後の入力電力を計測することができる。特定の実施形態において、これは、電流が入力電流に比例する位置における入力電力を計測することを含む。このような実施形態において、計測された入力電流は、実際の入力電流を正確に反映するためにある補正（計測値に定数を乗ずることのような）を必要とする可能性がある。例えば、スカラー定数は、入力電流及び／又は電圧が整流後に計測される場合、電源装置１１０の整流段階における損失を考慮するものとすることができる。

一実施形態において、入力電力を計測することは、入力電圧レベルを仮定して入力電流を計測することを含む。この用途に用いる場合、入力電力を計測することは、電流及び電圧の両方を物理的に計測することを必要とせず、むしろこれらの値の少なくとも１つを計測する必要があることを意味する。例えば、設計者は、電源により供給される電圧が一般に予め明確に定められ相対的に安定であるので、電源装置１１０に供給される入力電圧に対して仮定することができる。この仮定は、入力電流が１つ又は複数の電力供給段２０２ａ−ｃの後に計測される場合に特に正当であり、何故なら、これらの位置において電源装置１１０内の電圧は、通常は予め決められ厳密に制御され、従って相対的に一定であるからである。

入力電流は抵抗器、電流センサ、又は当業者には既知の他の電流計測手法を用いて計測することができる。電圧を計測する方法も同様に当技術分野で知られている。Cecil Dishman, Eino Lindsfors, 及び RandhirMalikによる「スィッチング・レギュレータ内の電圧、電流、及び電力を測定するための装置、システム、及び方法」と題する特許文献１（２００８年１月８日提出）は、引用により本明細書に組み入れられるが、本発明に用いることができるスィッチング電源装置内の電流及び電圧を計測する新しい手法を開示している。

出力電力モジュール２１６は電源装置の出力電力を計測して出力電力値を算出する。入力電力モジュール２１０に関する上記の解説及び説明はまた、多くの状況において出力電力モジュール２１６にも当てはまり、注意すべき違いは関連する電力が入力電力とは対照的に出力電力であることである。従って、出力電力モジュール２１６は、出力電力をある時間間隔の間計測し、それに応じて平均出力電力値を供給することができる。さらに、出力電力モジュール２１６は、電圧値又は電流値のいずれか一方を相対的に一定であると仮定して、他方を計測して出力電力を計測することができる。計測は電源装置１１０の出力端子、又は、電源装置１１０内の別の位置であって出力電流がそこで計測される電流に比例する位置で、行うことができる。次に出力電流を算出することは、出力電流を適切に反映するように計測された電流を補正することを含む。

特定の実施形態において、電源装置１１０は複数の出力を供給する。例えば、コンピュータにおいては、３．３Ｖ、５Ｖ、及び１２Ｖを供給する電源装置１１０を有することが普通である。そのような実施形態において、出力電力モジュール２１６は、種々の接続を通して電源装置１１０を出る全ての出力電力を占める。一実施形態において、出力電力モジュール２１６は、電源装置１１０の各出力端子における出力電力を計測し、各出力端子における電力の和を表す出力電力値を算出する。代替的に、出力電力モジュール２１６は、１つの出力端子（おそらく大部分の出力を伝達する出力端子）における出力電力を計測し、他の端子における出力電力を推定する。

入力及び出力電力の両方を同時に計測することができる。他の実施形態において、入力及び出力電力はある時間間隔の間計測される。この用途に用いる場合、ある時間間隔の間計測することは、ある時間間隔の間の入力電力又は出力電力のいずれかを表す適切な値を計測し固定するための種々の方法を包含する。例えば、平均値又は中央値を入力又は出力電力値として用いることができる。入力及び出力電力をサンプリングし、平均を取って入力値又は出力値を決定することができる。幾つかの実施形態においては単一の計測を一定間隔で行うことができる。さらに、抵抗容量（「ＲＣ」）時定数を用いて、入力又は出力電力の平均値に等価な量を取得することができる。当業者であれば、入力電力値又は出力電力値をある時間間隔の間に取られた計測値に帰することができる種々の方法を認識するであろう。

ファン制御装置１１４はまた、消費モジュール２１４を含む。消費モジュール２１４は、電源装置１１０により消費される電力を表す電力消費値を算出する。消費モジュール２１４は、入力電力値（入力電力モジュール２１０により供給される）及び出力電力値（出力電力モジュール２１６により供給される）を用いて電力消費値を決定する。一実施形態において、消費モジュール２１４は、入力電力値から出力電力値を差し引いて、その差及び電源装置１１０内で実際に失われた電力量を決定する。特定の実施形態において消費モジュール２１４は、差を用いて計算された電力消費値を１つ又は複数の定数を用いて適合させることができる。例えば、この適合は電源装置１１０内の損失を占めることができる。

従って電力消費値は、入力電力値及び出力電力値が計測時間間隔の間の平均値である場合に、関連する計測時間間隔の間に電源装置１１０内で失われる電力を表す。実施の詳細には関わらず、電力消費値は電源装置１１０内の実際の電力損失の近似値を表す。この電力損失は予想される熱の特定のレベルに、従って特定のファン速度に関連付けることができる。また損失電力の全てが熱になるわけではない（例えば、電力は部分的に雑音、振動などとして失われる）が、大量の損失電力はそれ自体が熱となって現れる。その結果、電力消費値は電源装置１１０内で生成される熱エネルギーの比較的正確な近似値であると考えることができる。

一実施形態において、ファン制御装置１１４は、電源装置１１０全体の入力電力及び出力電力を計測するのではなく、１つ又は複数の電力供給段２０２ａ−ｃの入力電力及び出力電力を計測することができる。そうすることにより、ファン制御装置１１４は、電力消費（従って、熱）が電源装置１１０のどこで最大であるかに関するより細かい粒度のピクチャを取得することができる。これは１つより多くのファン１１６を有するシステムにおいて有用であり、その理由は、ファン制御装置１１４が、電源装置１１０内の損失が起る場所を突きとめることを可能にするからである。これはまた、１つの特定の電力供給段２０２ａ−ｃが他より熱に敏感である場合に有用である。これはまた、電源装置１１０の始めの電力供給段２０２ａ−ｃで損失が起こり、電力が電源装置１１０の終端までは決して伝わらない状況において、即ち、出力電力が非常に小さく、しかしそれでもやはり電源装置１１０内に損失がある場合に有用である。

ファン制御装置１１４はまた、消費モジュール２１４により算出された電力消費値に基づいて、ファン１１６の速度を調節するファン・モジュール２１８を含む。ファン・モジュール２１８は、電源装置１１０により消費される電力の増加を検出するときファン速度を増加させ、電力消費レベルの低下を検出するときファン速度を低下させる。ファン・モジュール２１８は、電力消費値を消費モジュール２１４から引き出すことができ、或いは電力消費値をファン・モジュール２１８に押し込むことができる。ファン・２１８モジュールの動きは図３と関連して詳述する。

図３は、本発明によるファン制御装置１１４の第２の実施形態を示す。図示した実施形態において、ファン制御装置１１４はまた参照テーブル３２０を含む。参照テーブル３２０は、以下に詳述するように、電力損失値の範囲を、パルス幅、電圧、又は抵抗のようなファン速度を決定する関連のファン速度パラメータに関連付ける。参照テーブル３２０は、各々の可能な電力消費値に対して特定のファン速度パラメータを有するのではなく、ある範囲の電力消費値に対してファン速度パラメータを指定することができる。例えば、電力消費値がある特定の値を下回るとき低いファン速度を指定することができ、電力消費値がある特定の値を上回るとき最大のファン速度を指定することができる。２つの極値の間の電力消費値に対しては、値の範囲に対して中間のファン速度を割り当てることができる。より大きな電力消費値がより大きなファン速度に対応するように、ファン速度の増加が電力消費値の増加に関連付けられる。

他の実施形態において、ファン制御装置１１４は参照テーブル３２０を使用せず、別の方法を用いて適切なファン速度を指定する。従って、ファン制御装置１１４は参照テーブル３２０を有する必要がない。例えば、ファン・モジュール２１８は、「if」文で構成されるコードを用いてファン速度を電力消費値に関連付けることができる。当業者であれば、電力消費値をファン速度に関連付けるための他の手法を認識するであろう。他の実施形態において、ファン・モジュール２１８は、電力消費値に定数を掛けること、電力消費値を所望のファン速度を算出する方程式への入力として用いること、などによりファン速度を電力消費値に関連付けることができる。

一実施形態において、ファン１１６及び付随するファン・コントローラ３２４はパルス幅変調型（ＰＷＭ）ファンを構成する。ＰＷＭファンは、ファン１１６の電力を迅速にオン・オフ切替えすることによりファン速度を制御する。関連するオン／オフ時間はファン１１６が受ける平均電圧、及び従ってその速度を決定する。例えば、１２Ｖ電源で駆動されるファン１１６は、１２Ｖ電源を等しい時間間隔でオン・オフ切換えするファン・コントローラ３２４を有することができる。この電源の５０％オン、５０％オフにより、ファン１１６は６Ｖの平均電圧を受けて半速度で動作することになる。オン／オフ比を変化させるとファン１６が受ける電圧が変化し、従ってファンの速度が変化する。典型的な実施形態において、ファン・コントローラ３２４は、ファン１１６への電源を約３０Ｈｚの速度でオン・オフ切換えする。

そのような実施形態において、参照テーブル３２０はパルス幅値をストアし、電力消費値の範囲に関連付けることができる。ファン・モジュール２１８は、電源装置１１０により消費された電力量を表す電力消費値を受け取った後、参照テーブル３２０からパルス幅値を検索し、そのパルス幅値をファン・コントローラ３２４に送る。

しかし、ファン１１６はＰＷＭファンとする必要はない。ファンは電圧調節ファンとすることができる。このような実施形態において、ファン・コントローラ３２４はファン１１６に供給される電圧を直接変化させてファン速度を変化させる。このような実施形態において、参照テーブル３２０は電圧値を電力消費値の範囲に関連付ける。ファン・モジュール２１８は、消費モジュール２１４から受け取った電力消費値に関連付けられる電圧値を決定し、その電圧値をファン・コントローラ３２４に送る。

同様に、ファン１１６は抵抗値を変化させる（レオスタット・ファンにおけるように）ことによって制御することができる。このような実施形態において、ファン１１６は抵抗を調整することによって制御される。ファン・モジュール２１８は、消費モジュール２１４により報告された電力消費値に関連付けられる抵抗値をファン・コントローラ３２４に供給する。

当業者であれば、ファン・コントローラ３２４がファン１１６の速度を制御するのに利用できる様々な制御手段を認識するであろう。本発明は、如何なる特定の実施にも限定されず、種々様々な制御機構に応ずるように構成することができる。

特定の実施形態において、電源装置１１０は、電子負荷が起動するとき（例えば、ブレード・センタが電源投入されるとき）又は電子負荷が除去若しくは電源オフにされるときのような状況においてファン速度１１６に特別の条件を課す。ファン制御装置１１４は、これらの状況において電子負荷の電力供給を制御する必要はなく、正常動作の一部分として電源装置１１０の他の制御コンポーネントからの制御を渡す又は受け取ることができる

図３はまた遅延モジュール３２２を示す。遅延モジュール３２２は、電源装置１１０によって消費される電力が減少する場合、ファン制御装置１１４の設計者によって決定されるように、遅延時間間隔の間ファン速度を増加させる。例えば、電力消費値が長時間高いために電源装置１１０が非常に熱くなる場合、電源装置１１０による電力消費が低下した後も高速でファンを動かして残留熱の冷却を続けることが望ましい。幾つかの実施形態においては、ファンの固有の機械的遅れが電源装置１１０の用途に適合する十分な遅延をもたらすことができる。例えば、電力消費が突然低下する場合、消費電力の実際の低下の時と、低下がファン制御装置１１４により検出される時、ファン制御装置１１４がファン１１６の速度を調節する時、及びファンが実際に速度を落とす時との間には固有の遅延が存在する。しかし、特定の実施形態においては、追加の遅延が必要である。

この必要性に対処するために、遅延モジュール３２２は、ファン・モジュール２１８が通常要求するよりも高い速度でファンを動作させ続ける。一実施形態において遅延モジュール３２２は、電源装置１１０が大量の電力を消費した後で電力消費が突然低下したときに、特定の時間間隔の間作動される。例えば、低下の前に電源装置１１０が大量の電力を消費しなかった場合には、電力消費の大きな低下でも遅延モジュール３２２を起動しない。同様に、遅延時間間隔の長さ、及びその時間間隔の間ファン１１６が動作する速度は、電力消費の低下の急激さと、電源装置１１０が低下の前に大量の電力を消費していた時間の長さとの両方の関数とすることができる。

図４は上述のファン制御装置１１４を有する電源装置の一実施形態を示す。入力フィルター及び整流器段４１２はＡＣ入力ライン電圧を整流によりＤＣに変換する。入力フィルター及び整流器段４１２はまた、特定の周波数をフィルターして電磁干渉（ＥＭＩ）の発生を制限する。典型的な実施形態において、入力フィルター及び整流器段４１２は、ＡＣ入力ライン電圧が通過する第１の段である。上記のように、入力電力モジュール２１０は、整流器及びフィルター４１２の前の入力電力を計測することができ、或いは代替的に、異なる位置の入力電力を計測することができる。図示した実施形態において、入力電力モジュール２１０は、整流器及びフィルター４１２の前の入力電流及び入力電圧の両方を計測する。

図４は多段スィッチング電源装置を示す。スィッチング電源装置は、インダクタ（Ｌ１及びＬ２など）、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３など）、キャパシタ（Ｃ１及びＣ２など）、変圧器（Ｔ１など）並びに、Ｑ１及びＱ２のようなスィッチを用いた複数の段に分けられる。また、デューティ・サイクル、並びにＱ１及びＱ２の関連するスィッチング速度を制御するパルス幅変調器４１０が示される。

スィッチング電源装置の設計及び動作は本特許には殆ど無関係であるので、図示した回路の動作は詳細には説明しない。電源装置は種々の構成のより多くの又はより少ない段を有することができる。電源装置のあらゆる可能な構成にわたって不変なことは、エネルギーが電源装置の入力から図示した種々の段を通して出力まで通過する際に、電源装置を構成する要素内で損失が生じることである。付加的な損失が種々のコンポーネント間の配線又は接続部で起り得る。この損失の大部分は熱となって現れる。

図示したように、また上述のように、ファン制御装置１１４は電源装置用のファン速度を制御する。図示したように、入力電力モジュール２１０は、ある時間間隔の間、電源装置の入力端子における入力電力を表す入力電力値を計測する。出力電力モジュール２１６は、出力電力をその時間間隔の間計測し、電源装置の出力端子における電力を表す出力電力値を供給する。入力電力モジュール２１０及び出力電力モジュール２１６は、ファン制御装置１１４の部分とすることができ、或いは代替的に、ファン制御装置１１４とは独立に実装することができる。

ファン制御装置１１４は、入力電力モジュール２１０から入力電力値、及び出力電力モジュール２１６から出力電力値を受け取る。これは次に、入力電力値と出力電力値の間の差に基づいて、時間間隔の間に電源装置によって消費される電力を表す電力値を算出する。ファン制御装置１１４はまた、前述のように、高い電力消費値が高いファン速度に対応するように電力消費値の増加をファン速度の増加に関連付ける参照テーブル内で、電力値に関連付けられるファン速度を検索する。次いでファン制御装置１１４はそのファン速度を、電源装置を冷却するファン１１６のファン・コントローラ３２４に送る。

図５は、ファン制御装置１１４を有する電源装置の付加的な実施を示す。図示した実施形態において電流は変流器である電流センサ５１２及び５１４によって計測される。当業者であれば、変流器５１２及び５１４の出力ＡＣ電流は、計測されるＡＣ電流の一部分であり、それに比例することを理解するであろう。他の実施形態において電流は、ホール効果デバイス又は抵抗器を用いて計測される。

図示した実施形態において、ファン制御装置はマイクロコントローラ５１０内に実装することができる。マイクロコントローラ５１０は、電源装置内で消費された電力量に基づくファン速度パラメータをファン１１６に伝達する。一実施形態において、前述のファン・コントローラ３２４はまた、マイクロコントローラ５１０の中に組み込まれる。マイクロコントローラ５１０は、図６に関連して説明する方法の種々のステップを実行できるようにするコードを含む。

図６は、電源装置内のファン速度を制御する方法を示す。本方法は、ファンにより冷却される電源装置の入力電力を測定すること６１０、及びその電源装置の出力電力を測定すること６１２を含む。一実施形態においてこれらのステップは、それぞれ、上記の入力電力モジュール及び出力電力モジュールによって実行される。一実施形態において、入力電力及び出力電力は同じ時間間隔の間計測される。次いで、時間間隔の間に計測された入力電力を用いて入力電力値が算出される。一実施形態において、入力電力値は時間間隔の間に計測された平均電力である。同様に、出力電力値は、時間間隔の間に計測された出力電力を用いて算出することができ、時間間隔の間に計測された出力電力の平均値とすることができる。

本方法はまた、電源装置によって消費された電力を算出すること６１４を含む。電力消費を算出することは、幾つかの実施形態において、入力電力値から出力電力値を差し引くことによって、電源装置により消費された電力を表す電力消費値を算出することを含む。本方法はまた、電力消費値に関連付けられたファン速度を検索すること６１６を含む。ファン速度という用語は、実際のファン速度、及びＰＷＭ，電圧などのような、ファン速度を設定するファン速度パラメータを包含する。本方法はまた、ファンの速度を電力消費値に関連付けられた速度に適合させること６１８を含む。

本発明は、その趣旨及び本質的な特徴から逸脱せずに他の特定の形態に具体化することができる。説明された実施形態は、あらゆる面で単に例証的なものであり限定的なものではない。それゆえに、本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と等価の趣意及び範囲に入る全ての変更は、本発明の範囲内に包含される。

１１０：電源装置
１１２：要素
１１４：ファン制御装置
１１６：ファン
１２０：電子デバイス
１３０：電源
２０２ａ−ｃ：電力供給段
２１０：入力電力モジュール
２１４：消費モジュール
２１６：出力電力モジュール
２１８：ファン・モジュール
３２０：参照テーブル
３２２：遅延モジュール
３２４：ファン・コントローラ
４１０：パルス幅変調器
４１２：整流器及びフィルター
５１０：マイクロコントローラ
５１２、５１４：変流器（電流センサ）

Claims (20)

1. 電源装置内のファン速度を制御するための装置であって、
   前記電源装置の入力端子における入力電力をある時間間隔の間計測して入力電力値を算出する入力電力モジュールと、
   前記電源装置の出力端子における出力電力を前記時間間隔の間計測して出力電力値を算出する出力電力モジュールと、
   ファン制御装置であって、
   前記入力電力モジュールから前記入力電力値、及び前記出力電力モジュールから前記出力電力値を受け取り、
   前記入力電力値と前記出力電力値の間の差に基づいて、前記時間間隔の間に前記電源装置によって消費される電力を表す電力値を算出し、
   より高い電力消費値がより高いファン速度に対応するように増加する電力消費値を増加するファン速度に関連付ける参照テーブル内で、前記電力値に関連付けられるファン速度を検索し、
   前記ファン速度を、前記電源装置を冷却するファンのファン・コントローラに送る、
   前記ファン制御装置と、
   を備える装置。
2. 電源装置内のファン速度を制御するための装置であって、
   １つ又は複数の段を備える電源装置の入力電力を計測して入力電力値を算出する入力電力モジュールと、
   前記電源装置の出力電力を計測して出力電力値を算出する出力電力モジュールと、
   前記入力電力モジュールにより算出された前記入力電力値、及び前記出力電力モジュールにより算出された前記出力電力値を用いて、前記電源装置により消費される電力を表す電力消費値を算出する消費モジュールと、
   前記電力消費値に基づいて前記電源装置を冷却するファンの速度を調節し、電力消費の増加に応じて前記ファン速度を増加させ、電力消費の減少に応じて前記ファン速度を減少させる、ファン・モジュールと、
   を備える装置。
3. 前記ファンは、パルス幅変調型（ＰＷＭ）ファン・コントローラによって駆動され、
   前記ファンの前記速度を調節することは、前記ファン・モジュールが、前記電力消費値に関連付けられたパルス幅値を前記ＰＷＭファン・コントローラに供給することを含む、
   請求項２に記載の装置。
4. 複数のパルス幅値を複数の電力消費値幅に関連付ける参照テーブルをさらに備え、
   前記ファン・モジュールは、前記消費モジュールから前記電力消費値を受け取り、前記参照テーブル内で前記電力消費値に関連付けられた前記パルス幅値を検索し、前記パルス幅値を前記ＰＷＭファン・コントローラに送る、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記ファンは電圧調整により制御され、
   前記ファンの前記速度を調節することは、前記ファン・モジュールが前記電力消費値に関連付けられた電圧値をファン・コントローラに供給することを含む、
   請求項２に記載の装置。
6. 前記ファンは抵抗調整により制御され、
   前記ファンの前記速度を調節することは、前記ファン・モジュールが前記電力消費値に関連付けられた抵抗値をファン・コントローラに供給することを含む、
   請求項２に記載の装置。
7. 前記入力電力値はある時間間隔の間の平均入力電力であり、前記出力電力値はある時間間隔の間の平均出力電力である、請求項２に記載の装置。
8. 前記電源装置の入力電圧及び入力電流を検出することにより入力電力を計測し、前記入力電圧及び前記入力電流から前記入力電力値を算出する、１つ又は複数の前記入力電力モジュールと、
   前記電源装置の出力電圧及び出力電流を検出することにより出力電力を計測し、前記出力電圧及び前記出力電流から前記出力電力値を算出する、１つ又は複数の前記出力電力モジュールと、
   をさらに備える、請求項２に記載の装置。
9. 前記電源装置の入力電圧値を仮定して前記入力電流を検出することにより入力電力を計測し、前記仮定された入力電圧値及び前記入力電流から前記入力電力値を算出する、１つ又は複数の前記入力電力モジュールと、
   前記電源装置の出力電圧値を仮定して前記出力電流を検出することにより出力電力を計測し、前記仮定された出力電圧値及び前記出力電流から前記出力電力値を算出する前記出力電力モジュールと、
   をさらに備える、請求項２に記載の装置。
10. 前記入力電力を計測することは、前記入力電力モジュールが、そこの電流が入力電流に比例する位置であって前記電源装置の入力端子ではない前記位置における入力電力を計測することを含む、請求項２に記載の装置。
11. 前記出力電力を計測することは、前記出力電力モジュールが、そこの電流が出力電流に比例する位置であって前記電源装置の出力端子ではない前記位置における出力電力を計測することを含む、請求項２に記載の装置。
12. 前記電源装置により前記消費される電力を算出することは、前記入力電力値から前記出力電力値を差し引くことを含む、請求項２に記載の装置。
13. 前記電力消費値の計算結果を１つ又は複数の定数で適合させることをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記電源装置により前記消費される電力が減少するとの判断に応じて、前記ファンの速度を遅延時間間隔の間増加させる遅延モジュールをさらに備える、請求項２に記載の装置。
15. 電源装置内のファン速度を制御するためのシステムであって、
    電源から入力電圧を受け取り、調整された出力電圧を電子負荷に供給する電源装置と、
    １つ又は複数の段を備える電源装置の入力電力を計測し、入力電力値を算出する入力電力モジュールと、
    前記電源装置の出力電力を計測して出力電力値を算出する出力電力モジュールと、
    前記入力電力モジュールにより算出された前記入力電力値及び前記出力電力モジュールにより算出された前記出力電力値を用いて、前記電源装置によって消費される電力を表す電力消費値を算出する消費モジュールと、
    前記電力消費値に基づいて前記電源装置を冷却するファンの速度を調節し、電力消費の増加に応じて前記ファンの速度を増加させ、電力消費の減少に応じて前記ファンの速度を低下させる、ファン・モジュールと、
    を備えるシステム。
16. 前記電源装置は複合出力電源装置であり、
    前記出力電力モジュールは前記電源装置の全ての出力電力を占めるようにさらに構成され、
    前記出力電力値は個々の出力電力値の和である、
    請求項１５に記載のシステム。
17. 電源装置内のファン速度を制御する方法であって、
    電源装置の入力電力を計測することと、
    前記入力電力の計測値を用いてある時間間隔の間の入力電力値を算出することと、
    前記電源装置の出力電力を計測することと、
    前記出力電力の計測値を用いてある時間間隔の間の出力電力値を算出することと、
    前記出力電力値から前記入力電力値を差し引くことにより、前記電源装置によって消費される電力を表す電力消費値を算出することと、
    前記電力消費値の増加に応じて、前記電源装置を冷却するファンの速度を増加させることと、
    前記電力消費値の減少に応じて、前記ファンの速度を減少させることと、
    を含む方法。
18. 複数のファン速度を複数の電力消費値幅に関連付けることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記複数のファン速度は、参照テーブル内で前記複数の電力消費値幅に関連付けられる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記電源装置によって前記消費される電力が減少するとの判断に応じて、前記ファン速度を遅延時間間隔の間、前記電力消費値に関連付けられた前記ファン速度を超えて増加させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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