JP2011176957A - 電源オンオフ非劣化電子機器 - Google Patents
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Abstract
一定回数の(例えば1日1回)電源オンオフを想定して設計されている現在のサーバについて、省電力を実現するために、それ以上の回数で電源オンオフを実施すると、サーバの寿命が短くなってしまうという問題がある。
【解決手段】
発熱量を制御できる電子部品が搭載された電子機器において、前記電子部品の発熱量を制御する制御部を備え、当該電子機器の電源オフが指示された後に、前記制御部は前記電子部品の発熱量を所定の温度曲線に沿って順次減らしていく。
【選択図】 図1
Description
(数式2)
Pd = (Tj−Ta)・(1/θ)
Pd:発熱量
Tj:発熱体の温度(ここでは90℃と仮定)
Ta:ヒートシンク周囲の空気の温度(ここでは30℃と仮定)
θ:熱抵抗
となるが、熱抵抗が、自然冷却で〜25℃/W、ヒートシンクを取り付けると10〜15℃/W、さらに5〜3m/sの風を吹かせての強制空冷で4〜6℃/Wとなる。ここでは、熱抵抗を冷却ファン停止時は10℃/W、冷却ファン動作時は4℃/Wと仮定する。数式2を前提にTjをもとめると以下の数式であらわせる。
(数式3)
Tj ={Ton − (Ta+θ・Pd)}exp{t/(C・θ)}
+(Ta+θ・Pd)
Ton:電源オン時の発熱体の温度(ここでは90℃と仮定)
t:経過時間
C:発熱体全体の熱容量(ここでは6.8J/K・cm2と仮定)
この数式3で、Ton=90℃、Ta=30℃、θ=10℃/W(冷却ファンをとめた状態を仮定)、Pd=0(電源オフを仮定)、C=6.8J/K・cm2(銅2cm程度の厚さのヒートシンクを仮定)とすると、図8のようになり、電源オフにすると、短時間でTaまで温度が下がる。Cを相当に大きくすると、冷却曲線を上述の臨海温度曲線に近づけることができるが、銅製4m相当の厚さのヒートシンクが必要という非現実的な値となるため、臨界温度曲線より高い温度にするには発熱がある程度必要となる。まず、数式1から、臨界温度曲線を求めると以下となる。
(数式4)
Tc = Tmax−(Tmaxd−Tmind)
×{(t/Td)^(1/2)}
Tc:臨界温度
Tmax:経過時間0での温度(ここでは90℃と仮定)
Tmaxd:経過時間0での温度の設計値(ここでは90℃と仮定)
Tmind:経過時間∞での温度の設計値(Taに相当)
Td:電源オンオフの平均周期の設計値(ここでは1日)
ここから、数式3と数式4からPdをもとめると以下となる。
(数式5)
Pd = C(Tmaxd−Tmind)
/(3(t/Td)^(1/3))
+(Tc−Ta)/R
この数式5から求まるPdが、電源オンの時の発熱量に対し、どの程度の削減率になるかをグラフにあらわしたのが図6で、経過時間0のところで約70%、その後、上昇し、約10時間後には臨界温度がTa=30℃に達するため、削減率は100%、つまり、完全に電源オフとできる。削減率の平均は、経過時間3時間までが78%、経過時間12時間までで93%の削減率となる。つまり、電源オンにした状態に比べ、これだけの電力削減が可能であることをあらわしている。実際には冷却ファンを止めることもできるので、サーバ全体としてはさらに大きな電力削減効果がある。
広く電子機器一般に適用することができる。また、電源制御、クロック制御の内、いずれかだけでも制御することは可能であるので、必ず両方でもって制御できる必要性はない。ただし、電源制御やクロック制御ができるように必要に応じて、DC/DC変換125やクロック生成回路126のような部品は搭載されている必要があるし、温度を検知するためにセンサ127のような部品も搭載されている必要性がある。さらに、それらを用いて制御するためのボード管理回路121のような制御回路が搭載されている必要がある。ただ、臨界温度曲線で温度を制御される対象となる部品と、これらの電源制御、クロック生成回路、そして、制御回路が同じボードに搭載されている必要性は特にはない。別のボード、あるいは、別のシャーシにあっても本発明の実施にはなんら問題はない。また、冷却ファン14がシャーシ1に搭載されているが、これが無くても特に支障はない。AC/DC変換13も、直流電源からシャーシに電源供給されるならば、特に変換する必要性もないので、これ自体が不要か、電圧を変換するだけのDC/DC変換となってもよい。制御する回路としては、ボード管理回路121、管理モジュール11、そして、管理サーバ2と三段階あるが、これらは、二段階でも一段階でもよく、電源オンオフの指示を人間が何からかの手段でもって、制御回路に伝達できればよい。パネル128はあってもなくてもよい。物理的な構造として、シャーシ1とボード121からなるが、これも、本発明を実施するにあたって特にこの形態である必要性はない。シャーシがないボードだけであったりとか、ボード自体もプリント基板である必要はなくセラミック基板や、それ以外の形態のものでも問題ない。本発明は本来電源オフを行うところをしばらくの間電源オンの状態で順次発熱量を減らしていくことで温度を下げ最終的に電源オフにするような制御を行うため、電源オフの指示をしてから完全に電源オフになるまでに一定時間要する。電源オフの指示をする前は動作状態であったことと対比して、この期間を非動作状態と呼ぶのが妥当である。つまり、従来技術では、電源オフの状態と非動作状態がほぼ一致していたいが、本発明では、電源オンで動作状態にあったところから、電源オフの指示を入力した段階でサーバ自体は電源オンで非動作状態になり、一定時間後に電源オフで非動作状態になる。
2 管理サーバ
3 交流電源
11 管理モジュール
12 ボード
13 AC/DC変換
14 冷却ファン
121 ボード管理回路
122 プロセッサ
123 周辺部品
124 メモリ
125 DC/DC変換
126 クロック生成回路
127 センサ
128 パネル
Claims (4)
- 発熱量を制御できる電子部品が搭載された電子機器において、前記電子部品の発熱量を制御する制御部を備え、当該電子機器の電源オフが指示された後に、前記制御部は前記電子部品の発熱量を所定の温度曲線に沿って順次減らしていくことを特徴とする電子機器。
- 主電源が供給される電子部品が搭載された電子機器において、補助電源が供給され前記電子部品に供給される主電源の電圧を制御する制御回路を備え、当該電子機器の電源オフが指示された後に、前記制御回路は前記電子部品に供給する主電源の電圧を所定の温度曲線に沿って順次下げることを特徴とする電子機器。
- クロックが供給される電子部品が搭載された電子機器において、前記電子部品に供給されるクロックの周波数を制御する制御回路を備え、当該電子機器の電源オフが指示された後に、前記制御回路は前記電子部品に供給するクロックの周波数を所定の温度曲線に沿って順次下げることを特徴とする電子機器。
- 複数段階の省電力モードを有するプロセッサが搭載された電子機器において、前記プロセッサの省電力モードを制御する制御回路を備え、当該電子機器の電源オフが指示された後に、前記制御回路は前記プロセッサの省電力モードを所定の温度曲線に沿って順次切り替えることを特徴とする電子機器。
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