JP2011013059A

JP2011013059A - 電子回路基板の負荷電流測定方式

Info

Publication number: JP2011013059A
Application number: JP2009156509A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Todoroki; 直之等々力; Yusuke Morita; 裕介森田; Kenta Ota; 健太太田; Masahiro Akiba; 正洋秋葉; Michinori Naito; 倫典内藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】
解決しようとする課題点は、消費電流を測定するために電子回路基板上に多数の検出素子を搭載しなければならず、コストアップや実装面積が増加してしまう点である。
【解決手段】
少なくとも１つ以上の電源からケーブルないし配線パターンを介して電子回路基板上にある負荷に対して給電を行う電子回路基板の負荷電流測定方式において、前記電子回路基板は給電経路の抵抗値を予め格納する不揮発メモリと給電経路の電位差を測定する電圧センサを有し、前記電圧センサで読み取った値と前記不揮発メモリの値から負荷電流量をマイコンで計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子回路基板における負荷電流測定方式に関するものである。

近年、コンピュータ（計算機）の消費電力量を追跡することで、データセンター全体の電力プロファイルを知り電力コストおよび炭素ガス排出の低減を図る目的で自身の消費電力量を測定できるコンピュータ（計算機）が増えている。しかし、従来の消費電力量の測定方法は特許文献1等に記載されたやり方のように電力量を測定するための検出素子を多く搭載しなければならないという欠点がある。

特開平11-118839号公報

解決しようとする課題点は、消費電流を測定するために電子回路基板上に多数の検出素子を搭載しなければならず、コストアップや実装面積が増加してしまう点である。

少なくとも１つ以上の電源からケーブルないし配線パターンを介して電子回路基板上にある負荷に対して給電を行う電子回路基板の負荷電流測定方式において、前記電子回路基板は給電経路の抵抗値を予め格納する不揮発メモリと給電経路の電位差を測定する電圧センサを有し、前記電圧センサで読み取った値と前記不揮発メモリの値から負荷電流量をマイコンで計算する。

本発明は、既存の電源を使い且つシャント抵抗や圧力検出素子などの電流測定用素子の実装を必要としないため、電子回路基板上の実装面積が少ない且つ検出素子による消費電力のない電流測定が可能となる。

本発明の一実施形態である電流測定の実施方法を示した説明図である。本発明の一実施形態である経路抵抗の詳細図である。本発明の一実施形態である不揮発メモリへの経路抵抗値の書き込み方法を示すブロック図である。本発明の一実施形態である不揮発メモリに格納されるデータ書き込みの実施方法を示したフローチャートである。本発明の一実施形態での不揮発メモリの詳細図である。本発明の一実施形態である電流測定の実施方法を示したフローチャートである。

電源および電子回路基板上に給電系統の抵抗値を格納する不揮発メモリと電圧を測定する電圧センサ、電圧センサで読み取った値と不揮発メモリの値から電流量を計算するマイコンで構成される形態で電子回路基板上の実装面積が少ない且つ検出素子による消費電力のない電流測定を実現した。

図１は本発明の実施形態の一例を示したブロック図である。図1に示すように電源０（１１０）、電源１（１１１）、・・・、電源ｎ（１１２）から出力された電流は経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）を径由して電子回路基板（１００）上にある負荷０（１３０）、負荷１（１３１）、・・・、負荷ｎ（１３２）にそれぞれ給電される。

経路抵抗Ｒ０（１２０）は図２で示す電流経路上に存在するケーブル抵抗Ｒａ０（３００）、コネクタ接触抵抗Ｒｂ0（３１０）、基板抵抗Ｒｃ０（３２０）で構成される合成抵抗である。同様に経路抵抗Ｒ１（１２１）はケーブル抵抗Ｒａ１（３０１）、コネクタ接触抵抗Ｒｂ１（３１１）、基板抵抗Ｒｃ１（３２１）で構成される合成抵抗、経路抵抗Ｒｎ（１２２）はケーブル抵抗Ｒａｎ（３０２）、コネクタ接触抵抗Ｒｂｎ（３１２）、基板抵抗Ｒｃｎ（３２２）で構成される合成抵抗である。

電圧センサ０（１４０）、電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）はそれぞれＩ２Ｃバス０（１５０）、Ｉ２Ｃバス１（１５１）、・・・、Ｉ２Ｃバスｎ（１５２）を通じてマイコン（１８０）に接続している。電圧センサ０（１４０）のセンサ端子は電流の出力端０（１６０）と電子回路基板（１００）上の負荷０(１３０)への入力端０（１７０）に接続し、経路抵抗Ｒ０（１２０）間の電位差を測定する。電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）のセンサ端子も同様に電流の出力端１（１６１）、・・・、出力端ｎ（１６２）と電子回路基板（１００）上の負荷１（１３１）、・・・、負荷ｎ（１３２）への入力端１（１７１）、・・・、入力端ｎ（１７２）に接続し、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）間の電位差を測定する。

不揮発メモリ（１９０）はＩ２Ｃバス（２００）を通じてマイコン（１８０）に接続にしている。不揮発メモリ（１９０）には生産設備において経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）の値を測定し格納する。

生産設備での経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）の値の測定及び不揮発メモリ（１９０）の格納する方法について、図１、図１に抵抗値測定用治具を取り付けた図３、図４のフローチャート及び図５のデータテーブルで説明する。
生産設備において図１に示した電源０（１１０）、電源１（１１１）、・・・、電源ｎ（１１２）の代わりに、定電流源０（４１０）、定電流源１（４１１）、・・・、定電流源ｎ（４１２）を取り付け、電子回路基板（４００）上の負荷０（４３０）、負荷１（４３１）、・・・、負荷ｎ（４３２）にそれぞれ抵抗値測定用負荷０（４４０）、抵抗値測定用負荷１（４４１）、・・・、抵抗値測定用負荷ｎ（４４２）を取り付ける（ステップ８００）。

取り付けた定電流源０（４１０）、定電流源１（４１１）、・・・、定電流源ｎ（４１２）から定電流０（４５０）、定電流１（４５１）、・・・、定電流ｎ（４５２）を出力し（ステップ８０１）、電圧センサ０（４６０）、電圧センサ１（４６１）、・・・、電圧センサｎ（４６２）で電流の出力端０（４８０）、出力端１（４８１）、・・・、出力端ｎ（４８２）と電子回路基板上（４００）の負荷０（４３０）、負荷１（４３１）、・・・、負荷ｎ（４３２）の入力端０（４９０）、入力端１（４９１）、・・・、入力端ｎ（４９２）間の電位差を測定し（ステップ８０２）、Ｉ２Ｃバス０（４７０）、Ｉ２Ｃバス１（４７１）、・・・、Ｉ２Ｃバスｎ（４７２）を経由してマイコン（５００）が測定値を読み込む（ステップ８０３）。

定電流源０（４１０）、定電流源１（４１１）、・・・、定電流源ｎ（４１２）から出力している定電流０（４５０）、定電流１（４５１）、・・・、定電流ｎ（４５２）の値を図３に図示していない外部インターフェイスからマイコン（５００）に入力する（ステップ８０４）。
定電流０（４５０）、定電流１（４５１）、・・・、定電流ｎ（４５２）の値と電圧センサ０（４６０）、電圧センサ１（４６１）、・・・、電圧センサｎ（４６２）で測定した電位差からオームの法則V=RIを使い経路抵抗Ｒ０（４２０）、経路抵抗Ｒ１（４２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（４２２）の値を計算する（ステップ８０５）。
Ｉ２Ｃバス（５２０）を通じてマイコン（５００）が不揮発メモリ（５１０）に計算した経路抵抗値Ｒ０（６００）、経路抵抗値Ｒ１（６０１）、・・・、経路抵抗値Ｒｎ（６０２）の値を格納する（ステップ８０６）。定電流源０（４１０）、定電流源１（４１１）、・・・、定電流源ｎ（４１２）及び抵抗値測定用負荷０（４４０）、抵抗値測定用負荷１（４４１）、・・・、抵抗値測定用負荷ｎ（４４２）を取り外す（ステップ８０７）。

図１に図示される不揮発メモリ（１９０）に図３及び図４のフローチャートによって経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）の値が格納された状態で、図６フローチャート、図５のデータテーブルを参照し、図１の実施形態の作用について説明する。

電源０（１１０）、電源１（１１１）、・・・、電源ｎ（１１２）からマイコン（１８０）、電圧センサ０（１４０）、電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）及び負荷０（１３０）、負荷１（１３１）、・・・、負荷ｎ（１３２）へ給電が開始されると（ステップ９００）、電圧センサ０（１４０）、電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）がそれぞれ経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）間の電位差の測定を開始し（ステップ９０１）、マイコン（１８０）が経路抵抗値Ｒ０(６００)、経路抵抗値Ｒ１（６０１）、・・・、経路抵抗値Ｒｎ（６０２）を不揮発メモリ（１９０）からI2Cバス（２００）を通じて読み込む（ステップ９０２）。
マイコン（１８０）にＩ２Ｃバス（２００）経由で不揮発メモリ（１９０）からの経路抵抗値Ｒ０（６００）、経路抵抗Ｒ１（６０１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（６０２）の値が読み込まれると（ステップ９０２）、電圧センサ０（１４０）、電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）で測定している経路抵抗Ｒ０（１２０）、経路抵抗Ｒ１（１２１）、・・・、経路抵抗Ｒｎ（１２２）間の電位差をマイコン（１８０）がそれそれＩ２Ｃバス０（１５０）、Ｉ２Ｃバス１（１５１）、・・・、Ｉ２Ｃバスｎ（１５２）を通じて読み込む（ステップ９０３）。マイコンに経路抵抗値Ｒ０（６００）経路抵抗値Ｒ１（６０１）、・・・、経路抵抗値Ｒｎ（６０３）、電圧センサ０（１４０）、電圧センサ１（１４１）、・・・、電圧センサｎ（１４２）の測定値が読み込まれるとマイコン（１８０）はオームの法則Ｖ=ＲＩから各負荷電流値を計算する（ステップ９０４）。

本電流測定方式は不揮発メモリの値を変更することで、給電経路を持つ電気機器の電流測定に使用することができる。

１００・・・・・・・・・電子回路基板
１１０〜１１２・・・・・電源０、電源１、・・・、電源ｎ
１２０〜１２３・・・・・経路抵抗R０、経路抵抗R1、・・・、経路抵抗Rn
１３０〜１３２・・・・・負荷０、負荷１、・・・、負荷ｎ
１４０〜１４２・・・・・電圧センサ０、電圧センサ１、・・・、電圧センサｎ
１５０〜１５２・・・・・I２Cバス０、I2Cバス１、・・・、I2Cバスｎ
１６０〜１６２・・・・・電圧出力端０、出力端１、・・・、出力端ｎ
１７０〜１７２・・・・・電圧入力端０、入力端１・・・入力端ｎ
１８０・・・・・・・・・マイコン
１９０・・・・・・・・・不揮発メモリ
２００・・・・・・・・I2Cバス
３００〜３０２・・・・ケーブル抵抗Ｒａ０、ＲＡ１、・・・、Ｒａｎ
３１０〜３１２・・・・コネクタ接触抵抗Ｒｂ０、Ｒｂ１、・・・、Ｒｂ２
３２０〜３２２・・・・基板抵抗Ｒｃ０、Ｒｃ１、・・・、Ｒｃｎ
４００・・・・・・・・電子回路基板
４１０〜４１２・・・・定電流源０、定電流源１、・・・、定電流源ｎ
４２０〜４２３・・・・経路抵抗R０、経路抵抗R1、・・・、経路抵抗Rn
４３０〜４３２・・・・負荷０、負荷１、・・・、負荷ｎ
４４０〜４４２・・・・抵抗値測定用負荷０、抵抗値測定用負荷１、・・・、抵抗値測定用負荷ｎ
４５０〜４５２・・・・定電流０、定電流１、・・・、定電流ｎ
４６０〜４６２・・・・圧センサ０、電圧センサ１、・・・、電圧センサｎ
４７０〜４７２・・・・I２Cバス０、I2Cバス１、・・・、I2Cバスｎ
４８０〜４８２・・・・電圧出力端０、出力端１、・・・、出力端ｎ
４９０〜４９２・・・・電圧入力端０、入力端１・・・入力端ｎ
５００・・・・・・・・マイコン
５１０・・・・・・・・不揮発メモリ
５２０・・・・・・・・I2Cバス
６００〜６０２・・・・経路抵抗値R0、R1、・・・、Rn

Claims

少なくとも１つ以上の電源からケーブルないし配線パターンを介して電子回路基板上にある負荷に対して給電を行う電子回路基板の負荷電流測定方式において、前記電子回路基板は給電経路の抵抗値を予め格納する不揮発メモリと給電経路の電位差を測定する電圧センサを有し、前記電圧センサで読み取った値と前記不揮発メモリの値から負荷電流量をマイコンで計算することを特徴とする負荷電流測定方式。
前記不揮発メモリは、生産設備で測定した経路抵抗の値が書き込まれていることを特徴とする請求項１記載の負荷電流測定方式。