JP2010225111A

JP2010225111A - 電子機器

Info

Publication number: JP2010225111A
Application number: JP2009074639A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Suzuki; 克行鈴木
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】低温環境で使用されても効率よく確実な動作を保証する電子機器を提供すること。
【解決手段】電子機器の起動時に、温度センサ４３Ａの検知温度が設定値未満であるとき、ＣＰＵ周辺回路１０の自己発熱により温度センサ４３Ａの検知温度が前記設定値以上に上昇するまでＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温め、ＣＰＵ周辺回路１０への通常電源４０およびバックアップ電源４１の供給を一旦停止した後に起動を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＰＵ等の電子部品を取り付けた回路基板を備える電子機器に関する。

従来、電子機器の動作環境が、その動作保証温度よりも低温である場合に良好な起動を図るべく、ヒーターにより電子機器の回路基板に取り付けられたＣＰＵ等のＩＣチップの温度を上昇させる技術が知られている。（例えば、特許文献１を参照）

しかしながら、動作保証温度を下回る低温状態で電子機器が起動された場合には、ＩＣチップの温度を上昇せしめたとしても、低温時の影響を受けてＩＣチップの初期レジスタの設定が異常であったり、リセット動作等が正常に行えなかったりする場合がある。したがって、起動後にＩＣチップが動作保証温度に達したとしても、確実な動作保証が得られないという問題があった。

また、動作保証温度を担保すべくＩＣチップを温める処理と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）に設けられたＣＰＵファンや筐体に設けられたシャーシファンの制御とを連動させた処理を実行していなかったため、温度上昇の効率が悪いという問題があった。

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、低温環境で使用されても効率よく確実な動作を保証する電子機器を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電子機器は、動作時に発熱を伴う電子部品が搭載された回路基板と、前記回路基板の温度を検知する温度検知手段と、起動時に前記温度検知手段の検知温度が設定値未満であるとき、前記電子部品に電源を供給して動作させ、前記検知温度が前記設定値に達するまで前記回路基板が温められたことに応じて前記電子部品への電源の供給を停止した後に起動を開始する起動制御手段とを具備していることを特徴とする。

かかる手段を講じた本発明によれば、低温環境で使用されても効率よく確実な動作を保証する電子機器を提供することができる。

本発明の一実施形態における電子機器の構造を示す模式図。同実施形態における電子機器の制御回路を示すブロック図。同実施形態における低温起動制御回路が実行する処理の流れ図。

以下、本発明を実施するための一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における電子機器１の内部構造を示す模式図である。２は筐体で、その内部には、ＣＰＵ周辺回路１０および起動制御手段として機能する低温起動制御回路１１などの電子部品が搭載された回路基板３が収納されている。ＣＰＵ周辺回路１０は、集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃなどで構成される。集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面には、各上面の大きさと略同一の大きさに形成された放熱シート２０〜２３を介してヒートシンク４が取り付けられている。ヒートシンク４の上面には、ヒートシンク４の冷却用のＣＰＵファン６および加熱用のヒーター７が取り付けられている。筐体２の側面には、筐体２内部の冷却用のシャーシファン５が取り付けられている。

集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、ＣＰＵ等の高機能ＬＳＩを中心として構成され、電子機器１の制御主体として機能する。低温起動制御回路１１は、ロジックＩＣを中心に構成され、システム起動時における動作保証を実現する機能を備えている。

放熱シート２０〜２３は、集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび低温起動制御回路１１とヒートシンク４との熱伝導を賄うとともに、スペーサとしても機能する。ヒートシンク４は、例えば上面に多数の放熱フィンを立設して備え、その下面は放熱シート２０〜２３を介して集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび低温起動制御回路１１と当接している。

シャーシファン５は、筐体２内部の空気を外部へ排気する。このとき、図示せぬ吸気口から筐体２内部へ外気が取り込まれ、ヒートシンク４に冷却風が送られる。ＣＰＵファン６は、主にＣＰＵ周辺回路１０を冷却すべく、集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃの上面付近に取り付けられ、ヒートシンク４に冷却風を送る。

ヒーター７が動作すると、その発熱がヒートシンク４に伝わり、放熱シート２０〜２３を介してＣＰＵ周辺回路１０，低温起動制御回路１１ないし回路基板３が温められる。

ＣＰＵ周辺回路１０および低温起動制御回路１１は、正常な動作が可能な温度範囲である固有の動作保証温度範囲を有している。例えば、ＣＰＵ周辺回路１０は、動作保証温度範囲が０℃〜８５℃となるよう構成し、低温起動制御回路１１は、動作保証温度範囲が−５℃〜８５℃となるよう構成する。このように低温起動制御回路１１の動作保証温度範囲の下限値がＣＰＵ周辺回路１０のそれよりも低くなるように構成するのは、低温起動制御回路１１は電子機器１の低温起動時の動作安定性を保証すべく導入されるものであるため、低温での正確な動作を担保する必要があるからである。

図２は、電子機器１の制御回路を示すブロック図である。ＣＰＵ周辺回路１０は、電子機器１を構成する各部のコントローラとして機能するチップセット３０を備えている。低温起動制御回路１１は、リセット制御回路３１、電源制御回路３２、電源スイッチ回路３３、ヒーター制御回路３４、温度センサ回路３５Ａ、温度センサ回路３５Ｂ、およびファン制御回路３６を備えている。

リセット制御回路３１は、電源制御回路３２から制御信号Ｃ３が入力されたことに応じてＣＰＵ周辺回路１０にその動作をリセットさせるリセット信号Ｃ_Ｒを出力する。リセット信号Ｃ_Ｒの出力は、温度センサ回路３５Ａから制御信号Ｃ３が入力されるまで継続される。

電源スイッチ回路３３は、筐体２に設けられた電源スイッチ４２の状態を監視し、電源スイッチ４２が押下された場合、制御信号Ｃ１を電源制御回路３２に出力し、制御信号Ｃ２をチップセット３０に出力する。

電源制御回路３２は、汎用のロジックＩＣと抵抗やコンデンサなどのディスクリート部品とを用いて構成され、電源スイッチ回路３３から入力される制御信号Ｃ１に基づいてＣＰＵ周辺回路１０への電源供給を制御する。ＣＰＵ周辺回路１０に供給される電源は、ＣＰＵ周辺回路１０の動作に必要な通常電源４０と、システムの起動を待つ状態でも供給されるバックアップ電源４１とに大別され、いずれも電子機器１とＡＣコンセントを介して接続された商用交流電源から供給される。なお、バックアップ電源４１はいわゆる待機電源である。

一般的に、集積回路は、通常電源４０とバックアップ電源４１の供給順序が既定されているものが多い。電源制御回路３２は、この点に鑑み、上記ディスクリート部品の定数（抵抗値や電荷容量）を調整することで、通常電源４０およびバックアップ電源４１の供給順序を制御するよう設計されている。

温度センサ回路３５Ａは、回路基板３の所定位置に設けられた温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａを監視し、検知温度Ｔ_Ａと予め設定された閾値Ｔ_Ｓ１との関係に基づいてリセット制御回路３１に制御信号Ｃ４を出力し、ヒーター制御回路３４に制御信号Ｃ５を出力する。ヒーター制御回路３４は、温度センサ回路３５Ａから入力される制御信号Ｃ５に基づいてヒーター７のオン／オフを制御する。

温度センサ回路３５Ｂは、回路基板３の所定位置に設けられた温度センサ４３Ｂの検知温度Ｔ_Ｂを監視し、検知温度Ｔ_Ｂと予め設定された閾値Ｔ_Ｓ２との関係に基づいてファン制御回路３６に制御信号Ｃ６を出力する。ファン制御回路３６は、温度センサ回路３５Ｂから入力される制御信号Ｃ６に基づいてシャーシファン５およびＣＰＵファン６のオン／オフを制御する。
温度センサ４３Ａ，４３Ｂは、温度検知手段を構成する。

なお、閾値Ｔ_Ｓ１，Ｔ_Ｓ２は、いずれもＣＰＵ周辺回路１０の動作保証温度内の値とし、閾値Ｔ_Ｓ１が閾値Ｔ_Ｓ２以下となるように設定する（動作保証温度範囲の下限値≦閾値Ｔ_Ｓ１≦閾値Ｔ_Ｓ２≦動作保証温度範囲の上限値）。例えば、ＣＰＵ周辺回路１０の動作保証温度範囲が０℃〜８５℃において、閾値Ｔ_Ｓ１を５℃，閾値Ｔ_Ｓ２を１５℃のように設定する。

次に、起動時における電子機器１の動作について説明する。
電源スイッチ４２がオンされたとき、電源スイッチ回路３３は、既述の如く電源制御回路３２に制御信号Ｃ１を出力する。制御信号Ｃ１の入力を受けた電源制御回路３２は、低温起動制御回路１１を構成する各回路に通常電源４０を供給する。

図３は、通常電源４０の供給が開始された際に低温起動制御回路１１を構成する各回路が実行する処理の流れ図である。通常電源４０の供給開始当初において、ヒーター７、シャーシファン５およびＣＰＵファン６は停止している。

先ず、制御信号Ｃ１の入力を受けた電源制御回路３２がリセット制御回路３１に制御信号Ｃ３を出力する。制御信号Ｃ３の入力を受けたリセット制御回路３１は、ＣＰＵ周辺回路１０に対してリセット信号Ｃ_Ｒの出力を開始する。かくしてリセット信号Ｃ_Ｒが入力されている間、ＣＰＵ周辺回路１０は、強制的リセットによる動作停止状態となる（ステップ：ＳＴ１）。動作停止状態において、ＣＰＵ周辺回路１０は、電源が供給されても通常の起動処理を実行しない。

次に、温度センサ回路３５Ａが温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａと上記閾値Ｔ_Ｓ１とを比較し、検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上であるか否かを判定する（ＳＴ２）。検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１未満である場合（ＳＴ２のＮｏ）、温度センサ回路３５Ａは、ヒーター制御回路３４への制御信号Ｃ５の出力を開始する。制御信号Ｃ５が入力されている間、ヒーター制御回路３４は、ヒーター７を動作させる（ＳＴ３）。さらに、電源制御回路３２が通常電源４０をＣＰＵ周辺回路１０に供給するとともに、動作クロックを出力する（ＳＴ４）。ＣＰＵ周辺回路１０は、動作クロックに基づいて動作する。このとき、ＣＰＵ周辺回路１０の動作に起因した熱が生じる。このような発熱を、ＣＰＵ周辺回路１０による自己発熱と称呼する。自己発熱による発熱量は、集積回路の特性に依存する。したがって、集積回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃの発熱量は必ずしも同一ではない。

ヒーター７が動作している間、ヒーター７の発熱によりヒートシンク４および放熱シート２０〜２３を介してＣＰＵ周辺回路１０，低温起動制御回路１１ないし回路基板３が温められる。温度センサ回路３５Ａは、ＣＰＵ周辺回路１０が自己発熱し、ヒーター７が動作している間も温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａを監視している（ＳＴ５）。

やがてＣＰＵ周辺回路１０，低温起動制御回路１１ないし回路基板３が十分温められ、検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上となった場合には（ＳＴ５のＹｅｓ）、温度センサ回路３５Ａが電源制御回路３２に制御信号Ｃ４を出力する。制御信号Ｃ４が入力された電源制御回路３２は、ＣＰＵ周辺回路１０への電源の供給を停止する（ＳＴ６）。このとき、通常電源４０の供給だけでなく、バックアップ電源４１の供給も停止される。このようにバックアップ電源４１の供給も停止するのは、ＣＰＵ周辺回路１０への電源の供給を完全に停止して動作保証範囲外からの起動と次回の起動との連続性を断ち、その影響を一切排除するためである。

ＣＰＵ周辺回路１０への電源供給停止の後、電源制御回路３２は、所定時間を待機する（ＳＴ７）。所定時間を待機した後（ＳＴ７のＹｅｓ）、電源制御回路３２は、ＣＰＵ周辺回路１０へのバックアップ電源４１の供給を再開する（ＳＴ８）。このように所定時間を待機してからバックアップ電源４１を供給するのは、ＣＰＵ周辺回路１０に残った電荷が全て消滅するようにして、再度電源を供給した際の動作の確実性を担保するためである。したがって、上記所定時間は、ＣＰＵ周辺回路１０に残存した電荷が全て消滅するのに必要な時間に設定されている。

バックアップ電源４１の供給再開後、電源制御回路３２は、再度ＣＰＵ周辺回路１０に通常電源４０の供給を再開するための擬似スイッチを生成し、当該擬似スイッチをオンする（ＳＴ９）。このとき、電源スイッチ４２がオンされた際と同様に、通常電源４０がＣＰＵ周辺回路１０に供給される。

通常電源４０の供給が再開された後、温度センサ回路３５Ａが温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａと閾値Ｔ_Ｓ１とを比較し、検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上であるか否かを判定する（ＳＴ１０）。この処理は、上記ＳＴ５の処理の後、ＳＴ６〜ＳＴ９の処理が実行される間に検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１を下回るほど低下していないかどうかを確認するための処理である。検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１未満である場合には（ＳＴ１０のＮｏ）、各回路によって再び上記ＳＴ２〜ＳＴ９の処理が実行される。

一方、検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上である場合（ＳＴ１０のＹｅｓ）、温度センサ回路３５Ａは、電源制御回路３２への制御信号Ｃ４の出力およびヒーター制御回路３４への制御信号Ｃ５の出力を停止する。制御信号Ｃ５の入力が停止したことにより、ヒーター制御回路３４は、ヒーター７の動作を停止させる（ＳＴ１１）。

また、制御信号Ｃ４の入力が停止したことに応じて、電源制御回路３２は、リセット制御回路３１への制御信号Ｃ２の出力を停止する。制御信号Ｃ２の入力が停止したことに応じて、リセット制御回路３１は、ＣＰＵ周辺回路１０へのリセット信号Ｃ_Ｒの出力を停止する（ＳＴ１２）。リセット信号Ｃ_Ｒの入力が停止され、かつ通常電源４０が供給されたＣＰＵ周辺回路１０は、通常の起動処理を開始する。

ＣＰＵ周辺回路１０が通常の起動処理を開始した後、温度センサ回路３５Ｂが温度センサ４３Ｂの検知温度Ｔ_Ｂと閾値Ｔ_Ｓ２とを比較し、検知温度Ｔ_Ｂが閾値Ｔ_Ｓ２以上であるか否かを判定する（ＳＴ１３）。起動処理が実行されている間、ＣＰＵ周辺回路１０の自己発熱により回路基板３が温められるので、検知温度Ｔ_Ｂが徐々に上昇していく。やがて検知温度Ｔ_Ｂが閾値Ｔ_Ｓ２以上となった場合、あるいはＣＰＵ周辺回路１０が起動処理を開始した当初から検知温度Ｔ_Ｂが閾値Ｔ_Ｓ２以上であった場合には（ＳＴ１３のＹｅｓ）、温度センサ回路３５Ｂは、ファン制御回路３６に制御信号Ｃ６を出力する。制御信号Ｃ６の入力を受けたファン制御回路３６は、シャーシファン５およびＣＰＵファン６を動作させる（ＳＴ１４）。

一度シャーシファン５およびＣＰＵファン６の動作が開始した後は、シャーシファン５およびＣＰＵファン６の制御権がＣＰＵ周辺回路１０に移行する。以降、ＣＰＵ周辺回路１０による通常処理においてシャーシファン５およびＣＰＵファン６が制御される（ＳＴ１５）。以上で低温起動制御回路１１による処理は終了する。

なお、電源スイッチ４２が押下された当初から温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上であった場合には（ＳＴ２のＹｅｓ）、ＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温める必要がないので、ＳＴ３〜ＳＴ１１の処理を経ることなくＳＴ１２〜ＳＴ１５の処理が実行される。

以上説明したように、電子機器１は、温度センサ４３Ａの検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１未満であるとき、当該検知温度Ｔ_Ａが閾値Ｔ_Ｓ１以上に上昇するまでＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温め、電源の供給を一旦停止してから電源の供給を再開する。そのため、ＣＰＵ周辺回路１０の動作保証温度範囲外の低温状態から電子機器１を起動する場合であっても、前記低温状態であったときの影響を受けることなく確実に電子機器１を起動できる。かくして、低温環境で使用されても確実な動作を保証する電子機器を提供することができる。

また、ＣＰＵ周辺回路１０の自己発熱だけでなく補助熱源としてヒーター７を用いるので、短時間に効率よくＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温めることができる。

また、ＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温めている間、シャーシファン５およびＣＰＵファン６の動作を停止するので、効率よくＣＰＵ周辺回路１０ないし回路基板３を温めることができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲内にて各構成要素を適宜変形して具体化することができる。

３…回路基板、４…ヒートシンク、５…シャーシファン、６…ＣＰＵファン、７…ヒーター、１０…ＣＰＵ周辺回路、１１…低温起動制御回路、３１…リセット制御回路、３２…電源制御回路、３３…電源スイッチ回路、３４…ヒーター制御回路、３５Ａ，３５Ｂ…温度センサ回路、３６…ファン制御回路、４３Ａ，４３Ｂ…温度センサ

特開２００８−２３４５９１号公報

Claims

動作時に発熱を伴う電子部品が搭載された回路基板と、
前記回路基板の温度を検知する温度検知手段と、
起動時に前記温度検知手段の検知温度が設定値未満であるとき、前記電子部品に電源を供給して動作させ、前記検知温度が前記設定値に達するまで前記回路基板が温められたことに応じて前記電子部品への電源の供給を停止した後に起動を開始する起動制御手段と、
を具備していることを特徴とする電子機器。
前記電子基板を温めるヒーターをさらに具備し、
前記起動制御手段は、前記電子部品の発熱および前記ヒーターにより前記回路基板を温めることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記回路基板に設けられた放熱用のヒートシンクと、
このヒートシンクに冷却風を送る冷却ファンとをさらに具備し、
前記起動制御手段は、前記回路基板を温めている間、前記冷却ファンの動作を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
前記起動制御手段は、前記検知温度が前記設定値以上に上昇するまで前記回路基板を温め、前記電子部品への動作電源および待機電源の供給を停止した後に起動を開始することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の電子機器。