JP2015106211A - 電源制御回路及びストレージ装置 - Google Patents

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一輝 岡下
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Abstract

【課題】ホットスワップICが故障した場合でもHDDの電源制御を可能とすること。
【解決手段】ゲート電圧モニタ回路は、バックプレーンPLD9を有し、バックアップ回路は、Cp5、Cq6、バススイッチ7、Rg8、Rd10、Dd11及び電力供給経路12を有する。ホットスワップIC1が正常なときにバックアップ回路が電力を蓄積し、ゲート電圧モニタ回路がFET4のゲート電圧を監視する。そして、ゲート電圧モニタ回路が、ホットスワップIC1が正常か異常かを判定し、ホットスワップIC1が異常であると判定すると、バックアップ回路がFET4のゲート電圧を維持するように動作する。
【選択図】図5

Description

本発明は、電源制御回路及びストレージ装置に関する。
ストレージ装置において、HDD(Hard Disk Drive)の電源の投入及び遮断の制御にはホットスワップ(HotSwap)ICが用いられている。図13は、HDDの電源投入及び遮断の制御にホットスワップICを用いた例を示す図である。
図13に示すように、HDD23はFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)4を介して電源に接続されている。FET4のゲート端子はホットスワップIC1の出力端子に接続され、ホットスワップIC1は、HDDEnable信号を受信すると、FET4のゲート端子に電圧を印加することによってHDD23の電源を投入する。
なお、電源装置に関する従来技術として、電源に異常が発生した場合に、蓄積した電力を異常後の初期段階で動作する負荷に供給するキャパシタと、蓄積した電力を継続的に動作する負荷に供給する二次電池とを備える電源装置がある。
また、負荷に電力を供給する第1供給部と、第1供給部により充電可能で且つ負荷に電力を供給する第2供給部とを有し、第2供給部に異常が発生すると、第1供給部は第2供給部を充電することなく負荷へ電力を供給するよう制御する画像形成装置がある。
特開2006−81330号公報 特開2009−298081号公報
しかしながら、図13において、ホットスワップIC1に障害が発生すると、HDD23の電源の投入及び遮断の制御を行うことができないという問題がある。また、ホットスワップIC1は、HDD23、電源モジュールなどを接続するバックプレーン(Back-Plane)に搭載され、バックプレーンは活性交換ができないため、ホットスワップIC1を交換しようとすると、ストレージ装置を停止する必要がある。
本発明は、1つの側面では、ホットスワップICに障害が発生した場合であっても、HDDの電源制御を可能とする電源制御回路及びストレージ装置を提供することを目的とする。
本願の開示する電源制御回路は、1つの態様において、装置への電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路とを備える。また、前記電源制御回路は、電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路を備える。
1実施態様によれば、ホットスワップICに障害が発生した場合であっても、HDDの電源を制御することができる。
図1は、実施例に係るRAID装置の構成を示す図である。 図2は、CEのハードウェアユニット構成を示す図である。 図3は、バックプレーンが提供する主な機能例を示す図である。 図4は、バックプレーンへ搭載されるIC素子を示す図である。 図5は、実施例に係る電源制御回路の構成を示す図である。 図6は、ゲート電圧モニタ回路の構成を示す図である。 図7は、従来のホットスワップ回路を示す図である。 図8は、バックアップ回路の構成を示す図である。 図9は、通常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。 図10は、ホットスワップIC異常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。 図11は、複数のHDDの電源を制御する場合の従来のホットスワップ回路を示す図である。 図12は、複数のHDDの電源を制御する場合の実施例に係るホットスワップ回路を示す図である。 図13は、HDDの電源投入及び遮断の制御にホットスワップICを用いた例を示す図である。
以下に、本願の開示する電源制御回路及びストレージ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。
まず、実施例に係るRAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)装置について説明する。図1は、実施例に係るRAID装置の構成を示す図である。図1に示すように、RAID装置100は、CE(Controller Enclosure)20と、16台のDE(Device Enclosure)20aとを有するストレージ装置である。
CE20は、RAID装置100を制御するCM(Controller Module)21と複数のHDDを搭載した装置である。CE20は、2台のCM21を有する。DE20aは、複数のHDDを搭載した装置である。なお、図1では、16台のDE20aを示したが、RAID装置100は、任意の台数のDE20aを有することができる。
図2は、CE20のハードウェアユニット構成を示す図である。図2に示すように、CE20は、2台のCM21と、2台のPSU(Power Supply Unit)22と、複数のHDD23と、パネル24とをユニットとして有する。
PSU22は、CE20に電源を供給する電源モジュールである。CM21とPSU22は、二重化されている。HDD23は、データを記憶するディスク装置である。パネル24は、CE20の状態を表示する表示装置である。
なお、DE20aのハードウェアユニット構成は、図2において、2台のCM21がそれぞれEXP(EXPander)に置き換えられた構成である。ここで、EXPは他のDE20aを接続するためのインターフェースである。
CE20は、ユニット間において様々な信号を相互に接続し、中継するための基軸となるハードウェアであるバックプレーン25を有する。図3は、バックプレーン25が提供する主な機能例を示す図である。図3に示すように、バックプレーン25が提供する機能には、コネクタ及び経路と、LED(Light Emitting Diode)制御と、HDD23の電源制御と、温度監視と、エンクロージャー設定用メモリとがある。
コネクタ及び経路は、バックプレーン25と各種ユニット間を接続するためのインターフェースである。コネクタには、HDDコネクタ、PSUコネクタ、CMコネクタ(共用する形でEXPにおいても使用される)がある。コネクタ及び経路には、各種信号や電力が通る。
LED制御は、バックプレーン25上のCPLD(Complex Programmable Logic Device)を通じて行われる。LED制御の対象は、パネル24上のLEDとHDD23用のLEDがある。
HDD23の電源制御としては、HDD23に供給する電源(+12V、+5V)のON/OFFがバックプレーン25上に搭載されたホットスワップIC1により行われる。
温度監視は、装置の吸気及び排気の温度を監視する。温度監視のために、バックプレーン25は、温度センサICを搭載している。装置環境温度として、パネル24上で周囲温度が測定されるが、温度センサの本体はバックプレーン25に搭載される。
エンクロージャー設定用メモリは、エンクロージャー動作に必要な設定データが書き込まれたフラッシュROM(Read Only Memory)ICである。バックプレーン25は、フラッシュROMICを2個搭載している。
これらの機能のうちHDD23の電源制御については、バックプレーン25上に、機能を実現するためにIC素子や多数の回路部品が搭載され、その結果、回路が複雑化している。特に、HDD23の電源制御回路であるホットスワップIC1は、搭載されるHDD23の数だけ必要になるので、多くのHDD23を搭載するRAID装置100においては、相対的に障害発生率が上がる。
そのため、量産出荷試験や、フィールドにおいてホットスワップIC1の障害により、RAID装置100の電源をONしても、HDD23を認識出来ないという障害が発生する。
図4は、バックプレーン25へ搭載されるIC素子を示す図である。図4に示す例では、8個のホットスワップIC1と、2個の温度センサIC2と、2個のフラッシュROMIC3がバックプレーン25に搭載されている。
次に、実施例に係る電源制御回路の構成について説明する。図5は、実施例に係る電源制御回路の構成を示す図である。図5に示すように、電源制御回路30は、バックプレーン25に搭載され、ホットスワップIC1と、FET4と、Cp5と、Cq6と、バススイッチ7と、Rg8と、バックプレーンPLD9と、Rd10と、Dd11と、電力供給経路12とを有する。なお、図4では、ホットスワップIC1を除いて他の回路要素についての記載が省略されている。
ホットスワップIC1は、FET4のゲート端子に電圧を印加するか否かによってFET4の動作を制御するICである。ホットスワップIC1は、CM21からHDDEnable信号を受信するとFET4のゲート端子に電圧を印加してFET4をONとする。また、ホットスワップIC1は、HDD23の電源投入時の突入電流による回路ストレスを緩和する。また、ホットスワップIC1は、HDD23側の短絡時の過電流を防止する。
FET4は、DC(直流電源)26とHDD23との間でスイッチとして動作する。FET4のゲート端子にホットスワップIC1により電圧が印加されると、HDD23に電源が投入され、FET4のゲート端子にホットスワップIC1により電圧が印加されなくなると、HDD23の電源が遮断される。
Cp5及びCq6は、ホットスワップIC1が故障したときにFET4のゲートに供給する電力を蓄積するキャパシタである。Cp5及びCq6は、ホットスワップIC1が正常に動作しているときに充電される。
バススイッチ7は、ホットスワップIC1の出力端子とFET4のゲート端子とを接続する経路と、Rg8及び電力供給経路12を介してCp5及びCq6とに接続される。バススイッチ7は、CM21からホットスワップIC1へのHDD23のON/OFF指示に連動して、Cp5及びCq6への充電/放電を切り替える。
Rg8は、バススイッチ7と電力供給経路12とに接続される抵抗である。Rg8は、バススイッチ7がONのときに、Cp5及びCq6から給電を受け、突入電流を防止する。
バックプレーンPLD9は、バックプレーン25に搭載されたIC等を制御する。バックプレーンPLD9は、ホットスワップIC1の出力端子とFET4のゲート端子とを接続する経路と、バススイッチ7とに接続される。
バックプレーンPLD9は、ホットスワップIC1の出力を監視し、CM21からHDD23の電源投入指示が出ているにもかかわらずホットスワップIC1からFET4へのゲート電圧出力が行われていない場合に、ホットスワップIC1を故障と判定する。そして、バックプレーンPLD9は、ホットスワップIC1を故障と判定すると、バススイッチ7をONとする。
すなわち、バックプレーンPLD9と経路27と経路28は、ゲート電圧モニタ回路として機能する。ここで、経路27は、バススイッチ7とバックプレーンPLD9とを接続する経路である。また、経路28は、ホットスワップIC1の出力端子とFET4のゲート端子とを接続する経路と、バックプレーンPLD9とを接続する経路である。
Rd10は、ホットスワップIC1の出力端子とFET4のゲート端子とを接続する経路と、Dd11を介してCp5及びCq6とに接続される。Rd10は、ホットスワップIC1が正常に動作しているときに、ホットスワップIC1が出力するゲート電圧をCp5及びCq6に送り込むための抵抗である。
Dd11は、Rd10と電力供給経路12の間に配置され、ホットスワップIC1が故障したときに、Cp5及びCq6からホットスワップIC1への逆流を防止するダイオードである。
電力供給経路12は、Cp5、Cq6、Rg8及びDd11を接続する経路であり、ホットスワップIC1が正常なときはCp5及びCq6を充電するために用いられ、ホットスワップIC1が故障したときはCp5及びCq6からの放電に用いられる。電力供給経路12は、Cp5及びCq6が充電されるときには自身も充電され、Cp5及びCq6が放電するときには自身も放電する。
Cp5及びCq6と電力供給経路12とRd10とDd11は、ホットスワップIC1が故障したときにFET4のゲートに電力を供給する供給回路として機能する。また、バススイッチ7とRg8と経路28は、ホットスワップIC1が故障したときにホットスワップIC1を代替する代替回路として機能する。また、供給回路と代替回路を合わせた回路は、ホットスワップIC1をバックアップするバックアップ回路として機能する。
次に、ゲート電圧モニタ回路の構成について説明する。図6は、ゲート電圧モニタ回路の構成を示す図である。図6に示すように、ゲート電圧モニタ回路40は、PLD判定回路9aと、分圧抵抗13及び14とを有する。なお、図5では、分圧抵抗13及び14は省略されている。また、PLD判定回路9aは、バックプレーンPLD9が提供する機能の一部を示す回路である。
PLD判定回路9aは、FET4のゲート電圧を分圧抵抗13及び14を用いて分圧して監視し、ゲート電圧が閾値以下になるとホットスワップIC1が故障であると判定する。PLD判定回路9aは、ホットスワップIC1が故障であると判定すると、CM21に故障を通知するとともに、代替回路のバススイッチ7をONにする。その後、HDD23がRAID装置100から抜かれると、代替回路のバススイッチ7をOFFにする。
ゲート電圧モニタ回路40が、FET4のゲート電圧を監視することによって、HDD23に電源が供給されない故障が発生した場合に、RAID装置100は、ホットスワップIC1の故障であるかFET4の故障であるかを判別することができる。
図7は、従来のホットスワップ回路を示す図である。図7に示すように、従来のホットスワップ回路では、HDD23に電源が供給されない故障が発生した場合に、RAID装置100は、被疑箇所がホットスワップIC1であるのかFET4であるのかが分からない。
なお、ホットスワップIC1の故障には以下のものがある。
・ホットスワップIC1からのゲート電圧出力が途中から低下する。
・ホットスワップIC1からのゲート電圧出力が規定値まで上昇しない。
・ホットスワップIC1からのゲート電圧出力が全く出力されない。
・ホットスワップIC1からのゲート電圧出力が低下する。
次に、バックアップ回路の動作について図8〜図10を用いて説明する。図8は、バックアップ回路の構成を示す図であり、図9は、通常時のバックアップ回路の動作を説明するための図であり、図10は、ホットスワップIC1異常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。
図8に示すように、バックアップ回路50は、代替回路51と、供給回路52とを有する。代替回路51は、バススイッチ7と、Rg8とを有する。供給回路52は、Cp5と、Cq6と、Rd10と、Dd11と、電力供給経路12とを有する。
ホットスワップIC1が正常動作中は、図9に示すように、バックアップ回路50は、ホットスワップIC1のゲート電圧によりRd10を経由してCp5及びCq6のキャパシタに電力を蓄積しておく。なお、電力の一部は電力供給経路12にも蓄積される。
一方、ホットスワップIC1異常時は、図10に示すように、バススイッチ7がONとなり、Cp5、Cq6及び電力供給経路12に蓄積された電力が放電され、FET4のゲート端子に電圧が印加される。
次に、複数のHDD23の電源を制御するホットスワップ回路について図11及び図12を用いて説明する。図11は、複数のHDD23の電源を制御する場合の従来のホットスワップ回路を示す図であり、図12は、複数のHDD23の電源を制御する場合の実施例に係るホットスワップ回路を示す図である。
図11に示すように、従来のホットスワップ回路では、HDD23毎にホットスワップIC1が用いられ、いずれかのホットスワップIC1に故障が発生すると、そのホットスワップIC1が電源を制御するHDD23には電源が供給されなくなる。
一方、図12に示すように、実施例に係るホットスワップ回路では、HDD23毎にホットスワップIC1が用いられる点は従来と同じであるが、HDD23と同数のCp5及びCq6と電力供給経路12は、全てのHDD23で共用される。
いずれかのホットスワップIC1に故障が発生すると、そのホットスワップIC1のゲート出力を監視するゲート電圧モニタ回路40が、故障を検出し、対応するバススイッチ7をONにする。
すると、故障したホットスワップIC1に接続するFET4のゲートに、そのホットスワップIC1の近くに位置するCp5及びCq6と電力供給経路12だけでなく、他のCp5及びCq6や電力供給経路12の他の箇所からも電力が供給される。
また、他のホットスワップIC1によりCp5及びCq6と電力供給経路12は充電される。したがって、実施例に係るホットスワップ回路は、故障したホットスワップIC1に接続するFET4のゲートに、継続して電力を供給することができる。
上述してきたように、実施例では、ホットスワップIC1が正常なときにバックアップ回路50が電力を蓄積し、ゲート電圧モニタ回路40がFET4のゲート電圧を監視する。そして、ゲート電圧モニタ回路40が、ホットスワップIC1が正常か異常かを判定し、ホットスワップIC1が異常であると判定すると、バックアップ回路50がFET4のゲート電圧を維持するように動作する。したがって、ホットスワップIC1に故障が発生した場合にも、FET4のON/OFFを制御してHDD23の電源を制御することができる。
また、実施例では、複数のHDD23にそれぞれ対応して複数のホットスワップIC1がHDD23の電源を制御する場合に、1つのホットスワップIC1が故障しても、バックアップ回路50は、他のホットスワップIC1により充電される。したがって、バックアップ回路50は、故障したホットスワップIC1に接続するFET4のゲートに、継続して電力を供給することができる。
なお、ホットスワップIC1を二重化することが考えられるが、バックプレーン25は回路搭載スペースに余裕が無く、大きな部品や回路をバックプレーン25に追加することはできない。したがって、ホットスワップIC1を二重化する対策は、実装スペースの問題により採用できない。また、ホットスワップIC1は、CE20及びDE20aに搭載するHDD23の数分必要であり、コストの点からもホットスワップIC1を二重化する対策は採用できない。
また、実施例では、HDDの電源の投入及び遮断を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の装置の電源の投入及び遮断を行う場合にも同様に適用することができる。
また、実施例では、FETを用いてHDDの電源の投入及び遮断を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング機能を有する他の素子などを用いてHDDの電源の投入及び遮断を行う場合にも同様に適用することができる。
また、実施例では、ホットスワップICを用いてFETを入切する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のICなどを用いてFETを入切する場合にも同様に適用することができる。
1 ホットスワップIC
2 温度センサIC
3 フラッシュROMIC
4 FET
5 Cp
6 Cq
7 バススイッチ
8 Rg
9 バックプレーンPLD
9a PLD判定回路
10 Rd
11 Dd
12 電力供給経路
13,14 分圧抵抗
20 CE
20a DE
21 CM
22 PSU
23 HDD
24 パネル
25 バックプレーン
26 DC
27,28 経路
30 電源制御回路
40 ゲート電圧モニタ回路
50 バックアップ回路
51 代替回路
52 供給回路
100 RAID装置

Claims (7)

  1. 装置への電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、
    前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、
    前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路と、
    電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路と
    を有することを特徴とする電源制御回路。
  2. 前記バックアップ回路は、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が正常であると判定された場合に、電力を蓄積することを特徴とする請求項1に記載の電源制御回路。
  3. 複数の装置と該複数の装置それぞれに対応する複数のスイッチ、複数のスイッチ制御回路及び複数の監視回路とを有し、
    前記バックアップ回路は、故障したスイッチ制御回路以外のスイッチ制御回路から供給される電力を蓄積しながら、故障したスイッチ制御回路に対応するスイッチの入切を制御することを特徴とする請求項1に記載の電源制御回路。
  4. 前記バックアップ回路は、
    前記スイッチ制御回路の代わりに前記スイッチの入切を制御する代替回路と、
    電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、前記代替回路に電力を供給する供給回路と
    を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の電源制御回路。
  5. 前記代替回路は、
    前記スイッチの入切の切替を行うバススイッチと、
    前記スイッチにより装置に電源が投入された際の突入電流を防止する抵抗と
    を有することを特徴とする請求項4に記載の電源制御回路。
  6. 前記供給回路は、
    電力を蓄積するキャパシタと、
    前記キャパシタからの電力を前記代替回路に供給するとともに電力を蓄積する電力供給経路と
    を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の電源制御回路。
  7. 記憶装置と該記憶装置の電源と該電源を制御する電源制御回路を備えたストレージ装置において、
    前記電源制御回路は、
    前記記憶装置への前記電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、
    前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、
    前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路と、
    電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路と
    を有することを特徴とするストレージ装置。
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