JP2014182679A

JP2014182679A - 保護回路

Info

Publication number: JP2014182679A
Application number: JP2013057600A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yama; 孝之山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-29

Abstract

【課題】短絡故障によりシステム全体が停止することを防ぐ。
【解決手段】本発明の保護回路は、相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置され、電源装置側の電流の値と負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、電源装置と負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、保護回路にかかり、特に、電源装置と負荷装置とを接続する保護回路に関する。

ブレードサーバシステムといった連続稼働が要求されるシステムでは、当該システムを構成する負荷装置に対して複数の電源が接続されて給電系が構成される（例えば、特許文献１参照）。このようなシステムにおいては、負荷装置の短絡故障に対しては、電源の出力制限や負荷装置内部のヒューズによって、電源回路を切断する方法が採られてきた。

特開２００５−２５７４５号公報

ところが、電源回路を遮断する方法として、電子的なスイッチが使用されるようになったことにより、保護回路自体の故障がシステム全体の電源供給に影響を及ぼすことがあった。そのため、システムを継続動作させるための技術が必要となっている。

具体的に、負荷装置である各モジュールの受電回路には、モジュール内部の過電流を検知すると電源の入力回路を切断する保護回路が設けられている。また、電源ユニットの二次側には、内部に過負荷によるユニット破損を防ぐため出力を制限する保護回路が設けられている。これらの保護回路は、電源ユニットの二次側やモジュール内の保護回路自体、もしくは給電バス上で短絡故障が発生した場合、電源ユニットの過負荷による損傷を防止することには有効であったが、すべての電源ユニットが過負荷を検出して保護回路が動作するため、システム全体が停止するという問題があった。

このため、本発明の目的は、上述した課題である、短絡故障によりシステム全体が停止すること、を解決することにある。

本発明の一形態である保護回路は、
相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、
を備えた、
という構成を取る。

また、本発明の他の形態である接続回路は、
複数の電源装置と複数の負荷装置とを接続する接続回路であって、
前記各電源装置にそれぞれ接続された各給電バスを備えると共に、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
という構成を取る。

また、本発明の他の形態である電源供給システムは、
複数の電源装置と、複数の負荷装置と、前記各電源装置と前記各負荷装置とをそれぞれ接続する接続回路と、を備えた電源システムであって、
前記接続回路は、
前記各電源装置にそれぞれ接続された各給電バスを備え、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
という構成を取る。

また、本発明の他の形態である保護回路による接続保護方法は、
相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路による接続保護方法であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とを、前記電源装置側と前記負荷装置側とにそれぞれ設けられた各電流監視回路にて検出すると共に、
前記各電流監視回路の間の電流の値を変換し、
前記各電流監視回路にて検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離す、
という構成を取る。

本発明は、以上のように構成されることにより、短絡故障によりシステム全体が停止することを防止することができる。

本発明の実施形態１におけるブレードサーバシステムの全体構成を示す図である。図１に開示した保護回路の構成を示す図である。図１に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の様子を示す図である。図３に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の電流値の様子を示す図である。図１に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の様子を示す図である。図１に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の様子を示す図である。図６に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の電流値の様子を示す図である。図１に開示したブレードサーバシステムの短絡故障時の様子を示す図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図２は、ブレードサーバシステムの構成を示す図である。図３乃至図８は、ブレードサーバシステムにおける短絡故障時の様子を示す図である。

図１に示すように、本実施形態におけるブレードサーバシステムは、電源ユニット１１，１２と、ブレードサーバ５１と、スイッチモジュール５２と、ファン５３と、電源ユニット１１，１２及びブレードサーバ５１等を接続するミッドプレーン２０と、を備えている。このように、ブレードサーバシステムは、並列運転する複数の電源ユニット１１，１２（電源装置）を備えており、当該電源ユニット１１，１２からミッドプレーン２０を介して、ブレードサーバ等の負荷装置である各モジュールに電力を供給している。

なお、電源ユニット１１，１２は２台であることに限定されず、出力容量や負荷電力、冗長構成によって、１台あるいは３台以上装備されてもよい。また、図１では、各モジュールを種類ごとに１台ずつ図示しているが、一般に各モジュールは種類ごとに複数台の構成となる。

ここで、本実施形態では、本発明の一例としてブレードサーバシステムを挙げて説明するが、電源ユニットから電力が供給される負荷装置を備えているシステムであれば、いかなるシステム（電源供給システム）であってもよい。

上記ミッドプレーン２０（接続回路）は、ブレードサーバ筐体内に装備されており、ブレードサーバシステムの給電系を構成している。具体的に、ミッドプレーン２０は、各電源ユニット１１，１２にそれぞれ接続され、当該各電源ユニット１１，１２から各モジュールへ給電するための給電バス３０，４０を２つ備えている。これにより、後述するように、いずれかの給電バス３０，４０が故障して切り離された場合であっても、残りの給電バスにて給電を継続させることができる。なお、給電系で複数のバスに分けることにより、電源ユニットの給電部やモジュールの受電部をこれまでと同じ仕組みにすることができる。なお、給電バス３０，４０の数は２つであることに限定されない。

そして、上記各給電バス３０，４０は、それぞれ各電源ユニット１１，１２及び各モジュール５１，５２，５３と接続しており、それらの間にそれぞれ保護回路３１〜３５，４１〜４５を備えている。つまり、各給電バス３０，４０を挟んで、各電源ユニット１１，１２側である給電側に、保護回路３１，３２，４１，４２を備え、各モジュール５１，５２，５３側である受電側に、保護回路３３，３４，３５，４３，４４，４５を備えている。

次に、図２を参照して、上記保護回路３１〜３５，４１〜４５の構成を説明する。なお、保護回路の構成は全て同一であるため、図２では、給電バス３０とブレードサーバ５１との間に配置された符号３３に示す保護回路の構成を示す。

図２に示すように、保護回路３３は、２つの電流監視回路１０１，１０２と、スイッチ制御回路１０３及びスイッチ１０４（スイッチ回路）と、平滑回路１０５と、を備えている。

符号１０１に示す電流監視回路は、ブレードサーバ５１に接続され、当該ブレードサーバ５１側の電流の値を検出する。符号１０２に示す電流監視回路は、給電バス３０に接続され、当該給電バス側の電流の値、つまり、電源ユニット１１，１２側の電流の値を検出する。なお、給電バス３０，４０を介して電源ユニット側に配置される保護回路３１等においては、電流監視回路１０１が電源ユニットと接続されて当該電源ユニット側の電流の値を検出し、電流監視回路１０２が給電バスと接続されて各モジュール側の電流の値を検出する。

そして、上記電流監視回路１０１，１０２は、瞬間的な電流変動も含め、予め設定された負荷電流値（閾値）より過大な電流値を検出すると、スイッチ制御回路１０３へその旨の信号を送る。

上記スイッチ制御回路１０３は、上記電流監視回路１０１，１０２から負荷電流値より過大な電流値を検出した旨の信号を受けると、スイッチ１０４へ給電回路を切断するための信号を送る。そして、スイッチ１０４は、スイッチ制御回路１０３からの信号に基づき、給電回路の接続と切断を切り替える。つまり、保護回路３３が備えるスイッチ１０４は、スイッチ制御回路１０３から給電回路を切断するための信号を受けると、ブレードサーバ５１と給電バス３０との接続を切断する。なお、スイッチ制御回路３０は、切断信号を保持する機能と、短絡故障部分を正常に復旧させたときに再度通電するために外部よりリセット信号を受ける機能を持つ。

上記平滑回路１０５は、２つの電流監視回路１０１，１０２の間に配置されており、通電する電流の値の変化を緩やかにするよう変換する機能を有する。特に、後述するように、短絡故障発生時の電流変化を緩やかにするよう作動する。これにより、短絡故障側の電流監視回路（例えば、１０１）で検出した値に応じてスイッチ１０４が切断されるが、一方で、正常箇所側の電流監視回路（例えば、１０２）では過電流が検出されないようになる。なお、保護回路３３は、平滑回路１０５に代えて、通電する電流の値が、短絡故障側で検出される値よりも低くなるよう変換する機能を有している他の回路（電流値変換回路）を、２つの電流監視回路１０１，１０２の間に配置してもよい。

次に、上述した構成のブレードサーバシステムにおいて、短絡故障が発生した場合の動作を、図３乃至図８を参照して説明する。なお、以下では、図３に示すように、保護回路３３，４３に対してブレードサーバ５１（モジュール）側をＡ点、保護回路３３に対して給電バス３０側をＢ点、保護回路４３に対して給電バス４０側をＣ点として説明する。

まず、図３の符号Ｄに示すように、ブレードサーバ５１の受電回路つまり保護回路３３，４３とブレードサーバ５１との間で短絡故障が発生すると、Ａ点において過電流が発生する。すると、保護回路３３，４３は、各電流監視回路１０１にて過電流を検知し、スイッチ１０４によりブレードサーバ５１への給電回路を切断する。このとき、Ａ点における電流値は、図４の符号Ａに示すようになっている。

一方、Ｂ点とＣ点では、保護回路３３，４３内の平滑回路１０５により、電流変化が緩やかになっている。具体的に、Ｂ点、Ｃ点における電流値は、図４の符号Ｂ，Ｃに示すように、同時間においてはＡ点の電流値よりも低くなる。このため、上述したようにブレードサーバ５１への給電回路が切断されるより先に、保護回路３３，４３の給電バス側の各電流監視回路１０２にて過電流を検知することはない。これにより、他の保護回路も過電流を検出することはない。

以上のようにして、図５の斜線で示す保護回路３３，４３にて切断することで、短絡故障したブレードサーバ５１を給電系から切り離す。一方で、他の保護回路３１，３２，３４，３５，４１，４２，４４，４５では切断が生じないため、正常動作している電源ユニット１１，１２や他のモジュール５２，５３を継続動作させることができる。

なお、電源ユニット１１，１２の二次側自体が短絡故障となった場合も、上述したモジュールの受電回路の短絡故障と同様の動作をする。

次に、図６の符号Ｄに示すように、給電バス３０にて短絡故障が生じた場合を説明する。給電バス３０に短絡故障が生じると、当該給電バス３０に接続している全ての保護回路３１，３２，３３，３４，３５は、過電流を検知し、給電バス３０への回路を切断する。例えば、符号３３の保護回路では、給電バス３０側の電流監視回路１０２にて過電流を検出し、スイッチ１０４によりブレードサーバ５１への給電回路を切断する。このとき、Ｂ点における電流値は、図７の符号Ｂに示すようになっている。

一方、短絡故障した給電バス３０に対して電源ユニット１１側及び各モジュール５１，５２，５３側では、保護回路３３等内の平滑回路により電流変化が緩やかになっており、給電回路が切断されるより先に過電流を検知することはない。例えば、Ａ点とＣ点では、保護回路３３，４３内の平滑回路１０５により、電流変化が緩やかになっている。具体的に、Ａ点、Ｃ点における電流値は、図７の符号Ａ，Ｃに示すように、同時間においてはＢ点の電流値よりも低くなる。このため、上述したようにブレードサーバ５１への給電回路が切断されるより先に、保護回路４３の各電流監視回路１０１，１０２にて過電流を検知することはなく、同様に、他の保護回路も過電流を検出することはない。

以上のようにして、図８の斜線で示す保護回路３１〜３５にて切断することで、短絡故障した給電バス３０を切り離す。一方で、他の保護回路４１〜４５では切断が生じないため、正常動作している電源ユニット１１，１２や各モジュール５１，５２，５３を継続動作させることができる。

以上説明したように、本発明によると、電源ユニット二次側や各モジュールの受電回路、もしくは給電バスにて短絡故障が発生した場合であっても、短絡による電流変化の時間差により、給電系から短絡部分を切り離すことができる。これにより、正常動作している電源ユニットやモジュールへの影響を防ぎ、システムを継続動作さえることができ、より信頼性の高い給電系を有するシステムを提供することができる。

＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本発明における保護回路、接続回路、電源供給システム、接続保護方法の構成の概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。

（付記１）
相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、
を備えた保護回路。

（付記２）
付記１に記載の保護回路であって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
保護回路。

（付記３）
付記２記載の保護回路であって、
前記電流値変換回路は、平滑回路である、
保護回路。

（付記４）
複数の電源装置と複数の負荷装置とを接続する接続回路であって、
前記各電源装置にそれぞれ接続された複数の給電バスを備えると共に、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
接続回路。

（付記５）
付記４に記載の接続回路であって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
接続回路。

（付記６）
複数の電源装置と、複数の負荷装置と、前記各電源装置と前記各負荷装置とをそれぞれ接続する接続回路と、を備えた電源供給システムであって、
前記接続回路は、
前記各電源装置にそれぞれ接続された複数の給電バスを備え、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
電源供給システム。

（付記７）
付記６に記載の電源供給システムであって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
電源供給システム。

（付記８）
相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路による接続保護方法であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とを、前記電源装置側と前記負荷装置側とにそれぞれ設けられた各電流監視回路にて検出すると共に、
前記各電流監視回路の間の電流の値を変換し、
前記各電流監視回路にて検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離す、
保護回路による接続保護方法。

（付記９）
付記８に記載の保護回路による接続保護方法であって、
前記各電流監視回路の間の電流の値の変化を緩やかにするよう変換し、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離す、
保護回路による接続保護方法。

以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１１，１２電源ユニット
２０ミッドプレーン
３０，４０給電バス
３１〜３５，４１〜４５保護回路
５１ブレードサーバ
５２スイッチモジュール
５３ファン
１０１，１０２電流監視回路
１０３スイッチ制御回路
１０４スイッチ
１０５平滑回路

Claims

相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、
を備えた保護回路。
請求項１に記載の保護回路であって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
保護回路。
請求項２記載の保護回路であって、
前記電流値変換回路は、平滑回路である、
保護回路。
複数の電源装置と複数の負荷装置とを接続する接続回路であって、
前記各電源装置にそれぞれ接続された複数の給電バスを備えると共に、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
接続回路。
請求項４に記載の接続回路であって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
接続回路。
複数の電源装置と、複数の負荷装置と、前記各電源装置と前記各負荷装置とをそれぞれ接続する接続回路と、を備えた電源供給システムであって、
前記接続回路は、
前記各電源装置にそれぞれ接続された複数の給電バスを備え、当該各給電バスに前記各負荷装置がそれぞれ接続されており、
前記各電源装置と前記各給電バスとの間にそれぞれ保護回路を備えると共に、前記各給電バスと前記各負荷装置との間にそれぞれ保護回路を備え、
前記保護回路は、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とをそれぞれ検出する各電流監視回路と、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離すスイッチ回路と、
前記各電流監視回路の間に、電流の値を変換させる電流値変換回路と、を備えた、
電源供給システム。
請求項６に記載の電源供給システムであって、
前記スイッチ回路は、前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離し、
前記電流値変換回路は、電流の値の変化を緩やかにするよう当該電流の値を変換させる、
電源供給システム。
相互に接続された電源装置と負荷装置との間に配置される保護回路による接続保護方法であって、
前記電源装置側の電流の値と前記負荷装置側の電流の値とを、前記電源装置側と前記負荷装置側とにそれぞれ設けられた各電流監視回路にて検出すると共に、
前記各電流監視回路の間の電流の値を変換し、
前記各電流監視回路にて検出した電流の値に応じて、前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離す、
保護回路による接続保護方法。
請求項８に記載の保護回路による接続保護方法であって、
前記各電流監視回路の間の電流の値の変化を緩やかにするよう変換し、
前記各電流監視回路によりそれぞれ検出した電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記電源装置と前記負荷装置との接続を切り離す、
保護回路による接続保護方法。