JP2011151332A - 装置のファン風速制御構成およびファン風速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスや、基板上のセンサのモニタ値を用いずにユニットの放熱状態を把握し、効率の良い冷却を実施することができる装置のファン風速制御構成および方法を提供する。
【解決手段】
装置を構成する複数ユニットの消費電流をモニタし、各ユニットの消費電力をリアルタイムに算出し、ユニットからそのユニットの最大消費電力を示すデータを読み出し、算出された消費電力と最大消費電力値を比較し、その比較結果からファンの風速の強弱の制御を判断し、最適な風速でユニットを冷却する装置のファン風速制御構成およびファン風速制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、装置のファン風速制御構成およびファン風速制御方法に関し、特に、ＣＯ_２削減などのエコ活動の推進と環境への配慮をした装置のファン風速制御構成およびファン風速制御方法に関する。

例えば、光伝送装置において、技術の進歩により伝送密度の増大、単位時間における伝送量が飛躍的にアップしているが、それに伴い各ユニット（パネル）の消費電力が増大し、装置全体の消費電力が増大している。

消費電力は日々増えていくが、その消費電力が増えることにより発生する熱を抑える技術（放熱）は空冷方式が主流であり、それ以外の革新的な技術は実用段階にはなっていない。また全世界的にＣＯ_２削減などのエコ活動が推進されており、環境への配慮も必要になってきている
なお、従来技術の１つである特許文献１では、発熱する電気回路を有する複数のカードと、これを冷却するためのファンを有するユニットにおいて、カードの熱量発生情報を記憶した記憶部と、外気温度を測定する温度センサの情報と、記憶部の情報とにより複数のファンの回転数を制御する手段を有している。（例えば、特許文献１）
また、別の従来技術では、複数のパッケージが搭載された情報処理装置の冷却用ファンの回転速度制御システムにおいて、各パッケージごとに消費電流をモニタし、消費電流に応じて、冷却用ファンの回転速度を制御する手段を有している。（例えば、特許文献２）
さらに、別の従来技術では、給電制御システムにおいて、カード内情報保持部にて最大消費電力を記したデータを格納し、カードスロットごとに電源を別々に供給し、カードの給電を直接的に制御する手段を有している。（例えば、特許文献３）

実開平０５−５９８９５号公報 特開２０００−３４９４７７号公報 特許第４０１３８３３号公報

しかしながら、従来技術（特許文献１）においては、各ユニットを構成する複数のカードから発生する熱量を把握し、ユニットがどのような状態なのかを認識する必要がある。

ユニットで発生する熱を測定する為には、各光デバイス内部の温度モニタを使用、もしくはユニットの基板上に温度をモニタできるＩＣを配置する等の手段が用いられる。しかし、光デバイス内部の温度モニタはデバイスの温度規定点をモニタ出来ていない場合があり、またモニタ誤差が大きく、ベンダ毎に誤差精度が異なることが一般的である。また、ユニットの基板に配置された温度モニタ用ＩＣは、基板上の最高発熱ポイント近傍に配置することは可能だが、その配置ポイントがユニット全体としての最高発熱ポイントであるとは限らないという問題点があった。

別の従来技術（特許文献２）においては、各パッケージの内部構成は、各パッケージ単位で異なり、またその内部構成デバイスの配置から風の抜け道なども違う。よって、同じ風速でも各パッケージで冷却効率は異なるため、複数のパッケージが同じ消費電力を消費しているから、同じ放熱効果(風量)を必要としているわけではない。よって、これら温度モニタを利用して、パッケージの発熱の状況を正確に把握することは難しいという問題点があった。

更に、従来技術（特許文献３）においては、新たに回路や部品を追加するときに、電力供給量が最大電源容量を超えないようにするものであり、ファンの消費電力および騒音を抑える内容ではなかった。

このため、効率の良い冷却を実施することで、ファンの消費電力および騒音を抑えることが重要な課題となっていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、各デバイスや、基板上のセンサのモニタ値を用いずにユニットの放熱状態を把握し、効率の良い冷却を実施することができる装置の構成およびファン風速制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための装置の一観点は、シェルフに複数のユニットと、複数の冷却用ファンと、前記ユニットおよび前記冷却用ファンを監視制御する監視ユニットとを搭載する装置であって、前記ユニットにはユニット種別とユニット最大消費電力を含む個別データが格納された領域を有し、前記ユニットの消費電流を常時モニタするモニタユニットと、前記消費電流値とパワーサプライ電圧値より消費電力を算出する手段と、前記算出された消費電力と前記最大消費電力とを比較し、その比較結果に基づいて前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御する手段とを設けた。

この装置の一観点によれば、今まで用いていた各温度センサの部品点数を削減することができ、またユニットの放熱状態を把握することで、効率の良い冷却（放熱）装置を提供できる。この様に効率の良い冷却を実施することで、従来製品の消費電力を削減できることから、ＣＯ_２削減などのエコ製品に置き換えることができる。

方法は、発熱する回路部品を有する複数のユニットからユニット種別とユニット最大消費電力を含む個別データを受信するステップと、前記ユニットの消費電流を常時モニタし、前記ユニット単位に消費電流値を読み出すステップと、前記消費電流値とパワーサプライ電圧値より消費電力を算出するステップと、前記算出された消費電力と前記最大消費電力とを比較し、その比較結果から前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御するステップとを含んでいる。

この方法によれば、シェルフの各スロットに供給されている電流をモニタし、またユニットの放熱状態を把握することで、効率の良い冷却（放熱）方法を実施することができる。

その結果、エコ活動に貢献できるファンの風速制御方法を提供できる。

以上、開示の技術によれば、効率の良い冷却を実施することで、ファンユニットの消費電力および騒音を抑えることができる。

本発明の一実施形態における装置のファン風速制御の構成図である。 本発明の一実施形態における監視ユニットの構成図である。 本発明の一実施形態におけるファン風速制御方法を示すフローチャート（その１）である。 本発明の一実施形態におけるファン風速制御方法を示すフローチャート（その２）である。 本発明によるユニット（フルサイズ）実装のレイアウト図（その１）である。 本発明によるユニット（フルサイズとハーフサイズが混在）実装のレイアウト図（その２）である。 本発明による風速制御の特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

図１は、本願発明の一実施形態における装置のファン風速制御の構成図である。

図１において、装置のファン風速制御構成は、ユニットの最大消費電力の値を事前にユニット個別情報（ＰＩ：Physical Inventory）に格納しているユニット２_１〜２_ｎと、各スロットに供給されている電源の電流をモニタするモニタ３_１〜３_ｎと、そのモニタ３_１〜３_ｎで検出した電流値読出し信号とパワーサプライ１から供給されている電圧値読出し信号を監視する監視ユニット４と、その監視ユニット４からの制御信号を受けて動作するファン５_１〜５_ｎとで構成されている。

ユニット個別情報（ＰＩ：Physical Inventory）は、監視ユニット４から読出すことができ，監視ユニット４は、各スロットに実装されたユニット２_１〜２_ｎのユニット個別情報（ＰＩ：Physical Inventory）のデータからユニットの種別、ユニットの最大消費電力を把握することができる。

モニタ３_１〜３_ｎは、各スロットに供給される電流を測定できるように配置する。このモニタ３_１〜３_ｎでモニタした情報は、監視ユニット４に集約される。監視ユニット４では、パワーサプライ１から供給されている電圧値読出し信号も監視することで、ユニットｎの消費電力を下記式（ａ）を用いて算出する。

消費電力（ｎ）＝Ｖ＿ｃｏｍ×Ｉ＿ｍｏｎ・・・・・・・・・（ａ）
・消費電力（ｎ）は、スロットｎの消費電力
・Ｖ＿ｃｏｍは、パワーサプライ１で供給されている電圧
・Ｉ＿ｍｏｎは、スロットｎに流れている電流
監視ユニット４は、（ａ）の式から各スロットの実際の消費電力を算出し、ユニット個別情報（ＰＩ：Physical Inventory）のユニット設計値の最大消費電力と比較を行うことで、ユニットの発熱状態を認識することができる。その結果、ユニット冷却の必要性の有無と、風速の強弱を判定し、各ファン５_１〜５_ｎへの制御信号を制御する。

図２は、本発明の一実施形態における監視ユニットの構成図である。図２おいて、コントローラ４４は、各ユニット２_１〜２_ｎとのインタフェース部であるユニットI/F４１、各モニタ３_１〜３_ｎとのインタフェース部である電流モニタI/F４２、パワーサプライ１とのインタフェース部であるパワーサプライI/F４３、ユーザとのインタフェース部であるユーザI/F４５、各ファン５_１〜５_ｎとのインタフェース部であるファンコントローラI/F４６、およびメモリ４７_１、４７_２に接続され、相互に信号の送受信を行っている。

図３は、本発明の一実施形態におけるファン風速制御方法を示すフローチャート（その１）である。装置のファン風速を制御する手順について、図１と図２を用いて説明する。

Ｓ１．スロットｎにユニットが実装されているか否かを判断する。

Ｓ２．前述のＳ１にて、ユニットｎが実装されていない場合は、対応するファンｎの回転数を停止させる。

Ｓ３．前述のＳ１にて、ユニットｎが実装されている場合は、ユニットｎのユニット個別情報（ＰＩ）を読出す。

Ｓ４．ユニットｎ固有の関数を決定する。この関数は、ユニットの実装形態に応じて風の通り道が異なることから、後述の図７に示すような例えば、関数Ａと関数Ｂが存在する。

Ｓ５．モニタｎのモニタ電流値を読み出す。

Ｓ６．パワーサプライ１の電圧値を読み出す。

Ｓ７．モニタｎのモニタ電流値とパワーサプライ１の電圧値を乗算することにより、スロットｎの消費電力を計算する。

Ｓ８．最大消費電力値と実消費電力を比較する。

Ｓ９．前述のＳ８の結果にて、冷却が必要か否かを判断する。

Ｓ１０．前述のＳ９にて、冷却が必要の場合は、対応するファンｎに対して回転数を上げる。

Ｓ１１．前述のＳ９にて、冷却が不要の場合は、対応するファンｎに対して回転数下げるか否かを判断する。

Ｓ１２．前述のＳ１１にて、回転数を下げる場合は、対応するファンｎに対して回転数を下げる。

Ｓ１３．前述のＳ１１にて、回転数を下げない場合は、対応するファンｎに対して回転数を現状維持する。

図４は、本発明の一実施形態におけるファン風速制御方法を示すフローチャート（その２）である。装置のファン風速を制御する手順について、図１と図２を用いて説明する。

Ｓ１４．スロットｎにユニットが実装されているか否かを判断する。

Ｓ１５．前述のＳ１４にて、ユニットｎが実装されていない場合は、対応するファンｎの回転数を停止させる。

Ｓ１６．前述のＳ１４にて、ユニットｎが実装されている場合は、ユニットｎのユニット個別情報（ＰＩ）を読み出す。

Ｓ１７．ユニット固有の関数（関数Ａまたは関数Ｂ）を決定する。

Ｓ１８．ユーザよりユニットに対してサービス運用命令が通知されてサービス運用が停止状態か否かを判断する。

Ｓ１９．前述のＳ１８にて、サービス運用の停止状態でない場合は、図３に示す基本フローチャートのＳ５のモニタ電流測定に移行させる。

Ｓ２０．前述のＳ１８にて、サービス運用の停止状態の場合は、冷却が必要か否かを判断する。

Ｓ２１．前述のＳ２０にて、冷却が必要の場合は、対応するファンｎの回転数を低速回転に下げる。

Ｓ２２．前述のＳ２０にて、冷却が必要でない場合は、対応するファンｎの回転数を停止する。

図５は、本発明によるユニット（フルサイズ）実装のレイアウト図（その１）である。

シェルフ６には、ユニット２台に対してファンが１台共通に搭載されており、各ユニットはフルサイズにてフル実装の構成を示す。

監視ユニット４のコントローラは、前述したＰＩ内部の最大消費電力値（ＰＩ＿ｎ）、各スロットへ供給している電源の電流モニタ値およびパワーサプライ１の電圧値などが集約されている。この監視ユニット４は、これらの数値を基にして各ファン１〜ファンｎへのファン制御信号が出力される。

なお、図５にて、「スロットｎ−２」がユニット未実装、「スロットｎ−１」がユニット実装でサービス運用されていない状態だとする。その際、監視ユニット４からファンｎ−１ユニットに対して、ファンの回転数を低速回転または停止になるように制御信号を出力し、消費電力を抑えることができる。

図６は、本発明によるユニット（フルサイズとハーフサイズが混在）実装のレイアウト図（その２）である。

シェルフ６には、ハーフサイズのユニットであるユニット２−１、ユニット２−２、ユニットｋ−１、ユニットｋ−２、ユニットｌ−１、ユニットｌ−２、ユニットｍ−１およびユニットｍ−２と、フルサイズのユニットであるユニット１、ユニットｎ−１、ユニットｎおよび監視ユニット４とが混在してフル実装されている構成を示す。

監視ユニット４は、全スロットの消費電力を監視しており、上段／下段スロットに実装されているユニット（例えば、ユニットｋ−１、ユニットｋ−２）の発熱状態からだとファン２の回転数は、中速度程度で良い場合がある。この場合、上段のユニットｋ−１は、下段のユニットｋ−２からの熱の煽りを受けている。よって、監視ユニット４は、下段からの熱の煽り分を考慮して、ファン２のファン回転数を上げる制御を命令する。

なお、図５と図６に示すレイアウト図では、パワーサプライ１とモニタ３_１〜３_ｎを省略している。

図７は、本発明によるファン風速制御の特性図である。例えば、関数Ａの場合と関数Ｂの場合では、消費電力の上昇と共に、ファンの回転数が上昇する特性図を示すが、図７に示されるようにユニットの実装形態により必ずしも消費電力とファンの回転数は正比例して上昇する波形を描かず、山形の上昇波形または谷形の上昇波形となる。

即ち、ユニットの実装形態に応じて風の通り道が異なることから、その風の通り具合により、冷却（ファンの回転数）の必要性が変わる。したがって、その実装形態により同じ消費電力でもファンの回転数が異なる場合が生じる。

ファン５_１〜５_ｎへのファンの回転数は、各ユニット２_１〜２_ｎ固有の関数により監視ユニット４が決定する。ユニット固有の関数は、事前にユニット全体の熱シミュレーションにて得られる場合もあれば、ユニットの熱測定を実測した上で得られる場合もある。

本発明は、光通信装置など熱を発する回路部品を多数搭載し、複数のファンを用いて空冷を必要とする電子装置に利用でき、消費電力の削減、ＣＯ_２削減などのエコ活動に貢献できる。

１ パワーサプライ
２_１〜２_ｎ ユニット１〜ユニットｎ
３_１〜３_ｎ モニタ１〜モニタｎ
４ 監視ユニット
４１ ユニット・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
４２ 電流モニタ・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
４３ パワーサプライ・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
４４ コントローラ
４５ ユーザ・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
４６ ファンコントローラ・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
４７_１、４７_２ メモリ１、メモリ２
５_１〜５_ｎ ファン１〜ファンｎ
６ シェルフ

Claims (5)

1. シェルフに複数のユニットと、複数の冷却用ファンと、前記ユニットおよび前記冷却用ファンを監視制御する監視ユニットとを搭載する装置であって、
   前記ユニットにはユニット種別とユニット最大消費電力を含む個別データが格納された領域を有し、
   前記ユニットの消費電流を常時モニタするモニタユニットと、
   前記消費電流値とパワーサプライ電圧値より消費電力を算出する手段と、
   前記算出された消費電力と前記最大消費電力とを比較し、その比較結果に基づいて前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御する手段と、
   を有することを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記監視ユニットは、
   前記ユニットからユニット種別とユニット最大消費電力を含むユニット個別情報を受信するユニットインタフェース部と、
   前記ユニットの消費電流を常時モニタし、前記ユニット単位に消費電流値読出し信号を受信する電流モニタインタフェース部と、
   前記ユニットへ電源を供給するパワーサプライから電圧値読出し信号を受信するパワーサプライインタフェース部と、
   前記消費電流値と前記電圧値より消費電力を算出すると共に、前記算出された消費電力と前記最大消費電力とを比較し、その比較結果から前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御するコントローラと、
   を有することを特徴とする装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記ファンの回転数を制御する手段は、前記算出された消費電力および前記最大消費電力との比較結果ならびユニット固有の関数に基づき前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御する手段であることを特徴とする装置。
4. 発熱する回路部品を有する複数のユニットからユニット種別とユニット最大消費電力を含む個別データを受信するステップと、
   前記ユニットの消費電流を常時モニタし、前記ユニット単位に消費電流値を読み出すステップと、
   前記消費電流値とパワーサプライ電圧値より消費電力を算出するステップと、
   前記算出された消費電力と前記最大消費電力とを比較し、その比較結果から前記ユニットを冷却するファンの回転数を制御するステップと、
   を含むことを特徴とするファン風速制御方法。
5. 請求項４記載のファン風速制御方法において、
   前記シェルフのスロットｎに前記ユニットが実装されているか否かを判断し、実装されていない場合は、対応するファンユニットの回転数を停止状態にすることを特徴とするファン風速制御方法。