JP2014182566A - 電子装置および電子装置の監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子装置における負荷回路の劣化を故障に至る前に検出する。
【解決手段】定電圧回路２１を電源として負荷回路１０を動作させる電子装置の劣化を監視するために、定電圧回路２１から負荷回路１０に供給される電圧と、負荷回路１０から定電圧回路２１に帰還する電圧との電圧差を監視する。監視に用いる閾値は、以下の手順により設定する。まず定電圧回路２１の電圧をマージン回路２２によって順次シフトさせる。このときに生じる電圧差を計測する。次に結果を参照し、電圧差の最大値、電圧差の変化点、負荷回路１０が正常動作しなくなる点などから閾値を設定する。定電圧よる通常動作中は電圧差をポーリングし、電圧差が閾値を超えた場合にはアラームを発する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置および電子装置の監視方法に関する。

電子装置では、障害が発生してから修理を行うことが一般的である。しかしながら、近年は装置が複雑化、高集積化し、障害発生することによるダメージは大きくなってきている。そこで障害が発生する前に故障を予知しようとする試みが種々成されている。代表的な障害の原因としては経年劣化に伴う回路導体の抵抗増加や、絶縁体の劣化による絶縁不良などがある。

特許文献１には、ＩＣ検査装置において、検査装置内部の各回路について故障を予知する技術が開示されている。この技術では、検査対象となるＩＣの動作電圧において検査装置内部の各回路の動作を検査するとともに、ＩＣの動作保証範囲上限および下限の電圧においても各回路の検査を行うことに特徴がある。ＩＣの動作電圧をＶ、動作保証範囲をＶ±ΔＶとした時に、Ｖおよび上限のＶ＋ΔＶ、下限のＶ−ΔＶでも回路の性能検査を行う。図１０はそのときの結果を模式的に示したものである。横軸の供給電圧に対し、その時に出力される信号レベルを表しており、信号レベルが規格以上であることが合格の条件である。図１０（ａ）は正常な場合である。Ｖ、Ｖ＋ΔＶ、Ｖ−ΔＶの各点で信号レベルが規格を上回っているため正常と判定される。図１０（ｂ）は故障の場合である。動作電圧Ｖにおいて信号レベルが規格を下回っているため、故障と判定される。図１０（ｃ）は劣化ありと判定される場合である。動作電圧Ｖでは規格以上であるが、Ｖ＋ΔＶおよびＶ−ΔＶでは規格を下回っているため劣化ありと判定される。を示している。

以上のようにして、回路の劣化を検出される。劣化の段階でメンテナンスを行うことによって、装置の故障を未然に防ぐことができる。このため、装置の停止による損失、修理による損失を回避することができる。

特開平９−２６４９３０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、動作電圧以外に特性の極大、極小があった場合、劣化の判定を誤る可能性があるという問題点があった。これは動作電圧から電圧がずれるに従って特性パラメータが単調増加あるいは単調減少する特性を仮定しており、中間に極大や極小があるとこれを検出することができないからである。

また、同じ回路であっても性能にはバラツキがある。このため全部を同じ規格で判定できるように、一番品質の悪いものに合わせて規格を決めざるを得なかった。このように安全サイドで規格を決めると、十分に寿命が残っているにも関わらず劣化と判定さるため、結果としてメンテナンス回数を増大させていた。

本発明は上記の課題に鑑みて成されたものであり、回路特性の電圧依存性、および個体差も考慮して、確実かつ効率の良い故障の予知方法および装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明の電子装置は、定電圧回路と前記定電圧回路の電圧をシフトさせるマージン回路を有する電源回路と、前記電源回路が供給する電圧を負荷回路に供給する電圧供給パスと、前記負荷回路から前記電源回路に電圧を帰還する電圧帰還パスと、前記電圧供給パスの電圧を測定する第１の電圧センサと、前記電圧帰還パスの電圧を測定する第２の電圧センサと、前記電源回路を制御する制御回路と、前記負荷回路の動作を検査する検査手段と、を有する。

本発明の効果は、電子装置が故障する前に、故障の予兆を検知できることである。

第１の実施の形態を示すブロック図である。 第１の実施の形態の閾値設定方法を示すフローチャートである。 第１の実施の形態の予兆監視動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における電圧差測定例を示すグラフである。 第１の実施の形態における別の電圧差測定例を示すグラフである。 第２の実施の形態を示すブロック図である。 第２の実施の形態の閾値設定方法を示すフローチャートである。 第３の実施の形態を示すブロック図である。 第３の実施の形態を適用したサーバシステムを示すブロック図である。 特許文献１の技術の概念を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明第１の実施の形態を示すブロック図である。電子装置１００は、負荷回路１０と、負荷回路１０を駆動する電圧を供給する電源回路２０と、電源回路２０の制御を行う制御回路３０を有している。電源回路２０から負荷回路１０への電圧供給は電圧供給パス４０を介して行われる。また負荷回路から電源回路２０へ帰還される電圧は電圧帰還パス４１を介して行われる。電圧供給パス４０の電圧は電圧センサＡ５０によって計測され計測結果は制御回路３０に読み込まれる。電圧帰還パス４１の電圧は電圧センサＢ５１によって計測され、計測結果は制御回路３に読み込まれる。制御回路３０は電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５を算出する。管理ソフトウェア６０は制御回路３０を制御する。

電源回路２０は定電圧回路２１と、マージン回路２２を有する。マージン回路２２は制御回路３０の指示により、定電圧回路２１が生成する電圧をシフトさせる回路であり、電源回路２０が供給する電圧をステップ的もしくは連続的にシフトすることができる。なお、マージン回路２２は電源回路２０の外部に設けられている構成とすることもできる。

次に本実施の形態の電子装置１００の故障の予知方法について説明する。本実施の形態では、電源電圧をマージン回路２２によってシフトさせ、設定したシフト量の範囲（マージン）の中で電圧差５５が最大となる電圧を閾値とする。

まず判定に用いる閾値の設定方法について説明する。図２はそのフローチャートである。まず定電圧回路２１を駆動し、マージン回路２２のシフト量をゼロにして、負荷回路に標準の動作電圧を供給する（Ｓ１）。次にマージン回路２２を起動し所定の値だけ電圧をプラス側にシフトさせる（Ｓ２）。このときの電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５を測定し、制御回路３０もしくは管理ソフトウェア６０に保存する（Ｓ３）。電圧シフト量が設定した上限に達していなければ（Ｓ４＿Ｎｏ）、マージン回路２２を用いて電圧をさらにプラス側にシフトさせる。電圧シフト量がマージンの上限に達したら（Ｓ４＿Ｙｅｓ)、測定した電圧差５５のうちで最大の値を閾値１として保存する（Ｓ５）。次にマージン回路２２のシフト量をゼロにして、負荷回路１０に動作電圧を供給する（Ｓ６）。次にマージン回路２２を駆動して、電圧をマイナス側に所定値だけシフトさせる（Ｓ７）。次いで、電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５を測定し値を制御回路３０または間ソフトウェア６０に保存する（Ｓ８）。電圧シフト量が設定した下限に達していなければ（Ｓ９＿Ｎｏ）、マージン回路２２を用いて電圧をさらにマイナス側にシフトさせる。電圧シフト量がマージン下限に達したら（Ｓ９＿Ｙｅｓ)、測定した電圧差５５のうちで最大の値を閾値２として保存する（Ｓ１０）。次に閾値１と閾値２を比較し、大きい方を閾値として管理ソフトウェア６０に保存する。

こうして求めた閾値は負荷回路１０に固有のものであり、同型の負荷回路１０における個体差をも含めた動作限界を与えるものである。なお上記の説明では電圧差５５が最大となるとして閾値を求めたが、最小となる電圧差５５を閾値とする場合もあり得る。どちらを選択するか、あるいは両方の閾値を設定するかは負荷回路１０の故障モード等を考慮して適宜決定される。また電圧をシフトさせる方向はマイナス側を先にしても良い。

次に負荷回路１０が通常稼動にあるときの故障予知方法について説明する。図３はこの動作を示すフローチャートである。通常稼動時は、マージン回路２２は駆動せず、電源回路２０からは標準動作電圧が供給される（Ｓ２０１）。次に制御回路３０が電圧差５５をポーリングする（Ｓ２０２）。電圧差５５が閾値より小さければ（Ｓ２０３＿Ｎｏ）所定の間隔でポーリングを繰り返す。電圧差５５が閾値を越えた場合には（Ｓ２０３＿Ｙｅｓ）、故障の予兆ありとしてアラームを上げる（Ｓ２０４）。

ここで劣化のメカニズムの一例として、負荷回路１０の導体劣化による抵抗増加を考える。この場合、電圧差５５は劣化の進行にともなって増大し、閾値を超えるとアラームが発報する。

また別の例として負荷回路の絶縁劣化による抵抗成分の減少を考える。このような故障モードが予想されるときは閾値として電圧差５５の最小値を設定しておく。このとき電圧差５５は劣化の進行にともなって減少し、閾値を超えるとアラームが発報する。アラームのタイミングでメンテナンスを行うことにより障害の発生を回避することができる。

また本実施の形態では、電圧差５５をポーリングしているため、データを読み出すことによって劣化の進行度合いを随時把握することが可能である。

次に閾値の具体例を示す。図４は、動作電圧がＶ、マージン設定が±ΔＶの負荷回路１０における、供給電圧と帰還電圧および電圧差の関係を示している。この負荷回路１０においては、電圧差５５が供給電圧の増加に従って単調に増加するため、電圧差の最大値はＶ＋ΔＶの点で生じ、これが閾値となる。

図５は帰還電圧の極小値が、ＶとＶ−ΔＶの中間にある負荷回路１０の例を示すグラフである。この例では最大電圧差はＶとＶ−ΔＶの間のＶ１で生じ、これが閾値となる。このように、本実施の形態を用いれば、マージンの上下限のみで測定するよりも、実際の限界に近い閾値を設定できる。このためメンテナンスを延ばすことができる。
（第２の実施の形態）
図７は本発明第２の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態では第１の実施の形態の構成に加えて、負荷回路１０に検査ポート１１が設けられ、制御回路３０が負荷回路監視手段３１を有している。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。制御回路３０は負荷回路１０の監視ポート１１に接続され、負荷回路の動作を監視することが出来る。

次に本実施の形態の電子装置２００の故障の予知方法について説明する。本実施の形態では、電源電圧をマージン回路２２によってシフトさせ、負荷回路が正常に動作しなくなるポイントで閾値を設定する。図８は閾値の設定方法を示すフローチャートである。まず定電圧回路２１を駆動し、マージン回路２２のシフト量をゼロにして、負荷回路の標準動作電圧を供給する（Ｓ３０１）。次にマージン回路２２を起動し所定の値だけ電圧をプラス方向にシフトさせる（Ｓ３０２）。このときの電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５を測定する（Ｓ３０３）。次に制御回路３０により負荷回路１０が正常に動作しているかが判定される（Ｓ３０４）。負荷回路１０が正常に動作した場合は（Ｓ３０４＿Ｙｅｓ)、マージン回路によって電源電圧を所定値分プラス側にシフトさせる（Ｓ３０２）。そしてＳ３０２−Ｓ３０４の動作を負荷回路１０が正常動作しなくなるまで繰り返す。電源電圧がプラス方向にシフトされることによって、負荷回路１０が正常に動作しなくなったら（Ｓ３０４＿Ｎｏ）、その時点における電圧差５５を閾値１として制御回路３０もしくは管理ソフトウェア６０に保存する（Ｓ３０５）。次にマージン回路２２をオフにして、負荷回路１０に標準動作電圧を供給する（Ｓ３０６）。次にマージン回路２２を駆動して、電圧をマイナス側に所定値だけシフトさせる（Ｓ３０７）。次いで、電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５を測定する（Ｓ３０８）。次に制御回路３０が、負荷回路１０が正常に動作したか判定する（Ｓ３０９）。正常動作した場合（Ｓ３０９＿Ｙｅｓ）、マージン回路を用いて電源電圧を所定値分マイナス側にシフトさせる。そしてＳ３０７−Ｓ３０９の動作を負荷回路１０が正常動作しなくなるまで繰り返す。電源電圧がマイナス方向にシフトされることによって、負荷回路１０が正常に動作しなくなったら（Ｓ３０９＿Ｎｏ）、その時点における電圧差５５を閾値２として制御回路３０もしくは管理ソフトウェア６０に保存する（Ｓ３１０）。こうして求めた閾値１および閾値２は負荷回路１０に固有のものであり、同型の負荷回路１０における個体差をも含めた動作限界を与えるものである。実稼動時の監視に閾値１と閾値２のどちらか一方を使うか、両方を使うかは目的に応じて適宜決めればよい。なお閾値として最小値を用いることも可能なことは第１の実施の形態と同様である。
（第３の実施の形態）
図９は第３の実施の形態を示すブロック図である。複数の電子装置１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、・・・）を有するシステム３００に、第１の実施の形態または第２の実施の形態を適用した例である。各電子装置１００の閾値設定、および実稼動時の電圧差５５ポーリングは第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様であり、これらは管理ソフトウェア６０により制御される。なお図９では制御回路３０を各電子装置１００にそれぞれ設けているが、一つの制御回路３０が複数の電子装置１００を制御するようにしても良い。

このようなシステム３００の一例としてサーバシステムが挙げられる。ムでは、各電子装置における電圧センサＡおよびＢについて定期的なポーリングを行う。そして２つの電圧差５５（絶対値）を絶えず計算する。このようにして、経年劣化で抵抗成分が増加する場合などの変動を検出できる。なお経年劣化の例としては経路上にインサートやネジを介している場合に表面の付着物により抵抗成分が増加することが考えられる。

また各サーバは個体差があることから抵抗成分については差分があり、これに対してマージン回路を用いて一番電圧差分が大きい値を保存することで、各々の固体できめ細かな基準を設定することができる。図９は、具体的なサーバシステム３１０の一例を示すブロック図である。定電圧回路２１に電力を供給するためにＡＣ電源７０と、Ａ／Ｄ変換機能を備えた電源ユニット７１が設けられている。また負荷１０としては、２つのＣＰＵ１２と、１つのメモリ１３が設けられている。本実施の形態を用いてＣＰＵ１１およびメモリ１２の抵抗成分変化による劣化を検出することが出来る。
（第５の実施の形態）
第１の実施の形態で説明したように、本発明では電圧供給パス４０と電圧帰還パス４１の電圧差５５をポーリングしている。このため電圧差５５の時間変化を元に劣化を検出することも可能である。他の実施の形態では電圧差５５の絶対値に着目して閾値を設定していたが、電圧差５５の時間あたりの変化量、すなわち微分に対して閾値を設定して、アラームを上げることも出来る。

１００、２００ 電子装置
１０ 負荷回路
１１ 監視ポート
１２ ＣＰＵ
１３ メモリ
２０ 電源回路
２１ 定電圧回路
２２ マージン回路
３０ 制御回路
３１ 負荷回路監視手段
４０ 電圧供給パス
４１ 電圧帰還パス
５０ 電圧センサＡ
５１ 電圧センサＢ
６０ 管理ソフトウェア
７０ ＡＣ電源
７１ 電源ユニット
３００ システム
３１０ サーバシステム

Claims (9)

1. 定電圧回路と、前記定電圧回路の電圧をシフトさせる電圧シフト手段と、前記定電圧回路から負荷回路に電圧を供給する電圧供給パスと、前記負荷回路から前記定電圧回路に電圧を帰還する電圧帰還パスと、前記電圧供給パスと前記電圧帰還パスの電圧差を計測する電圧差計測手段と、前記電圧シフト手段を動作させたときの前記電圧差に基づいて前記負荷回路の劣化を検出する閾値を設定する閾値設定手段を有することを特徴とする電子装置。
2. 前記閾値設定手段が前記電圧差の絶対値に基づいて前記閾値を設定する閾値設定手段であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記閾値設定手段が前記電圧差の時間変化量に基づいて前記閾値を設定する閾値設定手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子装置。
4. 前記電圧差をポーリングするポーリング手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の電子装置。
5. 定電圧回路と、前記定電圧回路の電圧をシフトさせる電圧シフト手段と、前記定電圧回路から負荷回路に電圧を供給する電圧供給パスと、前記負荷回路から前記定電圧回路に電圧を帰還する電圧帰還パスと、前記電圧供給パスと前記電圧帰還パスの電圧差を計測する電圧差計測手段と、前記電圧シフト手段を動作させたときの前記電圧差に基づいて前記負荷回路の劣化を検出する閾値を設定する閾値設定手段を有する電子装置の監視方法であって、前記電圧シフト手段によって電圧を所定範囲内でシフトさせる工程と、前記所定範囲内における前記電圧差の計測結果に基づいて前記閾値として設定する工程を有することを特徴とする電子装置の監視方法。
6. 前記定電圧回路から前記負荷回路に電圧を供給する工程と、前記電圧差をポーリングする工程を有することを特徴とする請求項５に記載の電子装置の監視方法。
7. 前記計測結果の中で最大または最小の電圧差を閾値とする工程を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子装置の監視方法。
8. 前記計測結果における電圧シフト量当たりの電圧差変化量に基づいて閾値を決定する工程を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子装置の監視方法。
9. 前記電圧をシフトさせる工程の中で、前記負荷回路の動作を監視する工程を有することを特徴とする請求項５乃至請求項８に記載の電子装置の監視方法。