JP2016181179A - 電源切替装置、電源システム、電源切替方法、及び電源切替プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】主電源ユニットから予備電源ユニットに切り替える際の瞬断を防ぐとともに切り替えの際に負荷に対して十分な電圧の供給を継続して行う。【解決手段】電源切替装置が、異常が発生した場合に異常を示す信号を出力する電源ユニットから前記異常を示す信号を受信した場合に、障害の発生していない電源ユニットを起動して切り替えを行う電源切替部と、前記電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池に接続され、前記電源ユニットの切り替えの際に、前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる放電用整流素子と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源切替装置、電源システム、電源切替方法、及び電源切替プログラムに関する。

電力供給の遮断によりデータ破壊などの重大な障害が発生する恐れがあるコンピュータなどを電源トラブルから保護するための手段として、冗長な電源供給ユニットを用意して主電源ユニットの障害時に予備電源ユニットにて装置に電源を供給するという手法がある。このような手法で主電源ユニットから予備電源ユニットに切り替えを行う場合、切り替えの際に瞬断が発生するという問題があった。これに対して、例えば、特許文献１に記載の技術では、主電源ユニットと予備電源ユニットに加えてバックアップ電源を備えて、瞬断が発生しても、それによる電圧降下を抑制することを可能としている。

特開２００４−３５５５５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、負荷に対して供給される電力の電圧を検出して、負荷の動作に必要な電圧値以下となった場合にスイッチをオンにしてバックアップ電源に接続するようにしているため、負荷に対して十分な電圧を供給できない時間が存在するという問題がある。

本発明は、上述の課題を解決することのできる電源切替装置、電源システム、電源切替方法、及び電源切替プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、電源切替装置は、異常が発生した場合に異常を示す信号を出力する電源ユニットから前記異常を示す信号を受信した場合に、障害の発生していない電源ユニットを起動して切り替えを行う電源切替部と、前記電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池に接続され、前記電源ユニットの切り替えの際に、前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる放電用整流素子と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、電源システムは、電力を消費する負荷と、異常が発生した場合に異常を示す信号を出力する複数の電源ユニットと、二次電池と、前記電源ユニットから前記異常を示す信号を受信した場合に、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行う電源切替部と、前記電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、前記二次電池に接続され、前記電源ユニットの切り替えの際に、前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる放電用整流素子と、を備える。

本発明の第３の態様によれば、電源切替方法は、電源切替部と、複数の電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に接続され、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池と前記供給路とに接続される放電用整流素子とを備える電源切替装置によって行われる電源切替方法であって、前記供給路を通じて前記電源ユニットから前記負荷に電力の供給が行われている間に、前記電源切替部が、前記電源ユニットから異常が発生した場合に異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行い、前記放電用整流素子が、前記電源ユニットの切り替えの際の前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる。

本発明の第４の態様によれば、電源切替プログラムは、電源切替部と、複数の電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に接続され、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池と前記供給路とに接続される放電用整流素子とを備える電源切替装置における電源切替部のコンピュータに、前記供給路を通じて前記電源ユニットから前記負荷に電力の供給が行われている間に、前記電源ユニットから異常が発生した場合に異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行い、前記電源ユニットの切り替えの際の前記供給路の電圧の低下にともなって前記放電用整流素子を導通させて前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる手順を実行させるための電源切替プログラムである。

この発明によれば、主電源ユニットから予備電源ユニットに切り替える際の瞬断を防ぐとともに切り替えの際に負荷に対して十分な電圧の供給を継続して行うことが可能となる。

本発明の実施形態による電源システムを示すブロック図である。 同実施形態において電源ユニットの一方に障害が発生した状態を示すブロック図である。 同実施形態において電源ユニットの他方に切り替えが行われた後の状態を示すブロック図である。 同実施形態における供給路に供給される電力の電圧の時間変化を示すグラフである。 同実施形態における二次電池の切り替えを示すブロック図である。 本発明の電源切替装置の最小構成を示す概略ブロック図である。 本発明の電源システムの最小構成を示す概略ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明による実施形態である電源切替装置１００及び当該装置を備えた電源システム１を示すブロック図である。電源システム１は、２つの電源ユニット(以下、PSU(Power Supply Unit)ともいう)１１、１２と、２つの二次電池４１、４２と、電子機器５１と、整流素子２１、２２、２３、２４と、ＦＥＴ（Filed Effect Transistor）であるスイッチ３１、３２、３３、３４とを備える。電源ユニット１１は、電子機器５１に対して電力供給を行う主電源ユニットである。電源ユニット１２は、主電源ユニットである電源ユニット１１が故障するなどの障害が発生した場合に切り替わって電子機器５１に電力供給を行う予備電源ユニットである。電源ユニット１１、１２は、負荷に対して電力を供給する端子と、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を出力する端子と、電源のＯＮとＯＦＦを示す制御信号を受信する端子とを備える。また、電源ユニット１１、１２は、電源のＯＮを示す制御信号を受信すると起動し、逆に、電源のＯＦＦを示す制御信号を受信すると停止する。また、電源ユニット１１、１２は、出力電圧の状態に応じて、当該状態を示す値を含んだＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を出力する。
なお、電源ユニットの数は、図１に示す２つ（電源ユニット１１。１２）に限らず複数であればよい。また、二次電池の数は、図１に示す２つ（二次電池４１、４２）に限らず１つ以上であればよい。

電子機器５１は、例えば、コンピュータなどの機器であり、入力端子１７を通じて電源ユニット１１、１２のいずれか、又は二次電池４１、４２のいずれかからの電力の供給を受けて、内部の負荷において電力を消費する。電子機器５１は、ＢＭＣ（Baseboard Management Controller）５２と、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）５４と、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）レジスタ５３とを備える。ＢＭＣ５２、ＣＰＬＤ５４、Ｉ２Ｃレジスタ５３も電子機器５１が内部に備える負荷の一部である。ＢＭＣ５２は、Ｉ２ＣインタフェースでＩ２Ｃレジスタ５３と接続され、電子機器５１の状態制御を行うファームウェア（BMCFW(Baseboard Management Controller Firm Ware)）を記憶しているLSI(Large Scale Integration)チップである。

Ｉ２Ｃレジスタ５３は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１から取り込んだ各々の電源ユニット１１、１２のＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号の値を記憶するレジスタ５３−１、５３−２を有する。ここで、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１の値は、例えば、出力電圧が安定している安定状態を示すのが「１」であり、異常状態、すなわち出力電圧が予め定められる閾値以下になっているなど不安定な状態、又は電圧を出力していない電源ＯＦＦの状態を示すのが「０」である。また、Ｉ２Ｃレジスタ５３は、電源ユニット１１、１２それぞれのＯＮとＯＦＦの状態を示す値を記憶するレジスタ５３−３、５３−４を有する。レジスタ５３−３、５３−４は、ＢＭＣ５２によって書き換えられるレジスタである。ここで、電源ユニット１１、１２それぞれのＯＮとＯＦＦの状態を示す値は、例えば、電源ＯＮが「１」であり、電源ＯＦＦが「０」である。

通常時は、ＢＭＣ５２によってレジスタ５３−３、５３−４のいずれかに「１」が書き込まれると、対応する電源ユニット１１、１２のいずれかに「１」を含む制御信号がＣＰＬＤ５４を通じて送信され、対応する電源ユニット１１、１２のいずれかが起動してＯＮ状態となる。逆に、ＢＭＣ５２によってレジスタ５３−３、５３−４のいずれかに「０」が書き込まれると、対応する電源ユニット１１、１２のいずれかに「０」を含む制御信号がＣＰＬＤ５４を通じて送信され、対応する電源ユニット１１、１２のいずれかが停止してＯＦＦ状態となる。

ＣＰＬＤ５４は、制御論理回路５５と、ＣＬＫ（Clock：クロック）５６と、インバータ５７−１、５７−２、５８−１、５８−２とを備える。ＣＰＬＤ５４は、電源ユニット１１、１２に制御信号を送信する端子と、電源ユニット１１、１２それぞれからＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を受信する端子と、スイッチ３１、３２、３３、３４を駆動する信号を出力する端子とを備える。また、ＣＰＬＤ５４は、Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−３、５３−４と接続される。これにより、前述したように、ＢＭＣ５２によって、レジスタ５３−３、５３−４の少なくともいずれかの値が書き換えられた場合、当該値を含む制御信号が、対応する電源ユニット１１、１２に送信される。

また、ＣＰＬＤ５４は、電源ユニット１１から受信したＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１がＩ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−１に送られるように接続され、当該ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１が、インバータ５８−１によって反転されて電源ユニット１２の制御信号６２−２として出力されるように接続される。また、ＣＰＬＤ５４は、電源ユニット１２から受信したＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−２がＩ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−２に送られるように接続され、当該ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−２が、インバータ５８−２によって反転されて電源ユニット１１の制御信号６２−１として出力されるように接続される。これにより、障害が発生して電源ユニット１１、１２のうち一方が電力を供給できなくなった場合、電源ユニット１１、１２のうち他方をＯＮとして動作させるようにすることができる。また、ＣＰＬＤ５４において、ＣＬＫ５６は、クロック信号を制御論理回路５５に出力する。制御論理回路５５は、ＣＬＫ５６から供給されるクロック信号のサイクルをカウントして一定時間経過すると、２つの出力端子から出力する論理値を反転させる。

二次電池４１、４２は、充放電を行う電池であり、電源ユニット１１、１２の切り替えに要する時間のあいだ、電子機器５１の動作に十分な電圧の電力を供給できる程度の容量を有する電池である。電源ユニット１１、１２の切り替えに要する時間は、長くても数秒間であるため、大容量の電池でなくてもよい。また、二次電池４１、４２は、電源ユニット１１、１２を接続する接続点１５と電子機器５１の入力端子１７とを接続する供給路１６に２つの経路で接続される。一方の経路は、放電用の経路であり、それぞれスイッチ３１、３３と、二次電池４１、４２からの電流が供給路１６に流れる方向に向けられた整流素子２１、２３とを介して供給路１６に接続される。スイッチ３１、３３は、放電用スイッチの例に該当する。整流素子２１、２３は、放電用整流素子の例に該当する。
他方の経路は、充電用の経路であり、それぞれスイッチ３２、３４と、供給路１６からの電流が二次電池４１、４２に流れる方向に向けられた整流素子２２、２４を介して供給路１６に接続される。スイッチ３２、３４は、充電用スイッチの例に該当する。整流素子２２、２４は、充電用整流素子の例に該当する。

なお、放電用スイッチの数は図１に示す２つ（スイッチ３１、３３）に限らない。二次電池毎に放電用スイッチが設けられていればよい。放電用整流素子の数も図１に示す２つ（整流素子２１、２３）に限らない。二次電池毎に放電用整流素子が設けられていればよい。
また、充電用スイッチの数は図１に示す２つ（スイッチ３２、３４）に限らない。二次電池毎に充電用スイッチが設けられていればよい。充電用整流素子の数も図１に示す２つ（整流素子２２、２４）に限らない。二次電池毎に充電用整流素子が設けられていればよい。

放電用の整流素子２１、２３は、それぞれ、電源ユニット１１から電源ユニット１２の切り替えの際に、供給路１６の電圧が、二次電池４１、４２の出力電圧よりも低下した場合であって、対応するスイッチ３１、３３がＯＮ状態となっているときに、導通状態となる。これにより、二次電池４１、４２のいずれかから電力が供給路１６を通じて電子機器５１に供給される。また、放電用の整流素子２１、２３は、それぞれ、切り替えられた電源ユニット１２が起動して安定した電力を供給することで供給路１６側の電圧が、二次電池４１、４２の出力電圧とほぼ同一になると遮断状態となる。これにより、二次電池４１、４２は、スイッチ３１、３３がＯＮ状態になっていても、必要以上の放電をしないことになる。

充電用の整流素子２２、２３は、それぞれ対応するスイッチ３２、３４がＯＮ状態となっている場合に、供給路１６の電圧よりも二次電池４２の電圧が低下しているとき、導通する。これにより、二次電池４１、４２は、いずれも、供給路１６からの電力の供給を受けて充電を行う。また、充電用の整流素子２２、２３は、それぞれ対応するスイッチ３２、３４がＯＮ状態の場合、供給路１６の電圧が、二次電池４１、４２の電圧よりも低いときには、遮断状態となるため、二次電池４１、４２からの電力が充電用の経路を通じて放電されないようにしている。また、充電用の整流素子２２、２３は、それぞれ二次電池４１、４２が、十分に充電し、二次電池４１、４２の出力電圧が、供給路１６の電圧とほぼ同一になると遮断状態となる。これにより、二次電池４１、４２は、スイッチ３２、３４がＯＮ状態になっていても、必要以上に充電しないことになる。

ここで、二次電池４１、４２の出力電圧は、それぞれ、一方では、電源ユニット１１、１２の出力電圧との関係では、電源ユニット１１、１２の動作時に整流素子２１、２３が遮断状態となって放電しない程度の出力電圧である必要がある。他方、二次電池４１、４２の出力電圧は、充電が完了した場合、それぞれ整流素子２２、２４が遮断状態となって供給路１６からの電力が二次電池４１、４２に供給されない程度の電圧である必要がある。したがって、例えば、二次電池４１、４２の出力電圧としては、それぞれ電源ユニット１１、１２が安定して電力の供給を行っている際の供給路１６の電圧よりわずかに低い電圧であって充電用の整流素子２２、２４を導通させない程度の電圧が選択される。

スイッチ３１、３２、３３、３４は、いずれも制御端子に論理値「１」が入力されるとＯＮ状態となり、それぞれ一方で接続される整流素子２１、２２、２３、２４と、他方で接続される二次電池４１、４２のいずれかとを導通させる。スイッチ３１とスイッチ３２とは、制御論理回路５５の一方の出力端子に接続され、その際、スイッチ３２は、インバータ５７−１を介して当該出力端子に接続される。また、スイッチ３３とスイッチ３４とは、制御論理回路５５の他方の出力端子に接続され、その際、スイッチ３４は、インバータ５７−２を介して当該出力端子に接続される。

前述したように、制御論理回路５５の２つの出力端子の論理は、常に反転しているため、二次電池４１、４２は、いずれも、整流素子２１、２２、２３、２４の導通と遮断の動作に加えて、スイッチ３１、３２、３３、３４のＯＮとＯＦＦの動作により、明確に、いずれか一方が放電状態の場合、他方が充電状態となり、この状態が、一定時間で切り替わることになる。ここで、一定時間は、二次電池４１、４２の容量にしたがって予め定められる時間であり、例えば、二次電池４１、４２のいずれかを放電状態にしてから放電によって容量が減少し、電子機器５１を動作させるだけの電力を供給できなくなるまでの時間が予め計測され、計測された時間以下の適切な時間が設定されることになる。
なお、制御論理回路５５の２つの出力端子からの信号は、切替信号の例に該当する。

上述したように、二次電池４１、４２の容量は、いずれも電源ユニット１１、１２の切り替えの間に、電子機器５１が動作するのに十分な電力を供給することができるものが適用される。これに対して、仮に、二次電池４１、４２のいずれかとして、一台の二次電池によって、電源ユニット１１から電源ユニット１２への切り替えの間に、電子機器５１が動作するのに十分な電力を供給できないものが適用されたとする。このような二次電池４１、４２であっても、制御論理回路５５によって一定時間経過すると、充電済みの二次電池４１、４２のいずれかに切り替えることができるため、電子機器５１に継続して十分な電力を供給することができる。

上記の実施形態の構成において、電子機器５１のＢＭＣ５２とＣＰＬＤ５４とＩ２Ｃレジスタ５３とは、電源ユニット１１、１２の切替を行う電源切替部９０を構成する。また、電源システム１おいて、電源切替部９０と、スイッチ３１、３２、３３、３４と、整流素子２１、２２、２３、２４と、接続点１５及び入力端子１７を含む供給路１６の配線の構成とを備えた構成は、電源切替装置１００を構成する。

（電源ユニットの切り替え動作）
電源システム１の動作について説明する。電子機器５１の起動時に、ＢＭＣ５２が、Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−３に「１」を書き込むことにより、Ｉ２Ｃレジスタ５３からＣＰＬＤ５４を経由して電源ユニット１１に制御信号６２−１が送信され、電源ユニット１１がＯＮとなる。電源ユニット１１の出力電圧が安定すると、電源ユニット１１は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１を安定状態を示す「１」として出力し、電源ユニット１１から電子機器５１に対して供給路１６を通じて電力が供給される。また、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１の「１」の値を受けてレジスタ５３−１は、「１」を記憶する。

ＣＰＬＤ５４の制御論理回路５５は、起動時に、例えば、二次電池４１に対しては、「１」を、二次電池４２に対しては、「０」を出力しているとする。二次電池４１のスイッチ３１については「１」が供給されて、ＯＮ状態となり、スイッチ３２については、インバータ５７−１により反転された「０」が供給されて、ＯＦＦ状態となる。二次電池４２のスイッチ３３については「０」が供給されて、ＯＦＦ状態となり、スイッチ３４については、インバータ５７−２により反転された「１」が供給されて、ＯＮ状態となる。これにより、二次電池４１は、放電用の経路が導通することになるが、前述したように、二次電池４１の出力電圧は、電源ユニット１１の出力電圧よりもわずかに低いため、電流は流れない。一方、二次電池４２は、充電用の経路が導通することになり、完全に充電されていない場合、供給路１６を通じて電源ユニット１１から電力が供給され、当該電力により充電を行う。

この状態において、図２に示すように、電源ユニット１１において故障などの障害が発生して電力の供給ができなくなったとする。このとき、電源ユニット１１が出力するＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１は、異常状態を示す「０」となる。電源ユニット１１が供給する電力の電圧が、二次電池４１の出力電圧よりも低下すると、放電状態になっている二次電池４１から電力の供給が開始される。電源ユニット１１が出力するＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１は、ＣＰＬＤ５４において取り込まれ、インバータ５８−１により反転されて「１」となる。

このとき、Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−４は、「ＰＳＵ２ ｏｆｆ（０）」となっているが、ＣＰＬＤ５４は、電源ユニット１１のＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１の反転値である「１」を優先する。これにより、電源ユニット１２に対してＯＮ状態を示す「１」の値を含む制御信号６２−２が送信される。当該制御信号を受信した電源ユニット１２は、起動を開始する。したがって、電源ユニット１１に障害が発生してから、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１がＣＰＬＤ５４を通過するわずかな遅延時間で電源ユニット１２は起動されることになる。電源ユニット１１のＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１の「１」を優先する処理は、例えば、ＣＰＬＤ５４の論理回路による処理として構成される。レジスタ５３−１は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１の「０」の値を記憶する。ＢＭＣ５２は、レジスタ５３−１が書き換えられたことを検出すると、電源ユニット１１のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すレジスタ５３−３の値を電源ＯＦＦを示す「０」に書き換える。

その後、電源ユニット１２の出力電圧が安定すると、図３に示すように、電源ユニット１２は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−２を「１」で出力する。電源ユニット１２からの電力の供給が安定すると、供給路１６の電圧が、二次電池４１の出力電圧よりも高くなるため、二次電池４１からの電力の供給は、整流素子２１によって遮断される。電源ユニット１２のＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−２の「１」が、ＣＰＬＤ５４のインバータ５８−２によって反転され「０」となり、電源ユニット１１に対してＯＦＦ状態を示す「０」の値を含む制御信号６２−１が送信される。当該制御信号を受信した電源ユニット１１は動作を停止する。Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−２は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−２の「１」を受けて「ＰＳＵ２ ＰＧ（１）」を記憶する。ＢＭＣ５２は、レジスタ５３−２が書き換えられたことを検出すると、電源ユニット１２のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すレジスタ５３−４の値を電源ＯＮを示す「１」に書き換える。これにより、ＢＭＣ５２は、レジスタ５３−３、５３−４を参照して、電源ユニット１１から電源ユニット１２に切り替わったことを検出する。

図４は、電源ユニット１１（ＰＳＵ１）から電源ユニット１２（ＰＳＵ２）への切り替えの際の電子機器５１への供給電圧の変化を示すグラフである。電源ユニット１１から電源ユニット１２への切り替わりが開始され、時刻ｔ１において、電源ユニット１１からの供給電力の電圧が、二次電池４１の出力電圧と同一の値、又は、整流素子２１が導通する電圧まで低下すると、二次電池４１からの電力の供給が開始される。時刻ｔ２において、電源ユニット１２が供給する電力が安定し、二次電池４１の出力電圧と同一の値、又は、整流素子２１が遮断する電圧まで増加すると、二次電池４１からの電力の供給がなくなり、電源ユニット１２からの電力の供給のみとなる。これにより、電源ユニット１１から電源ユニット１２への切り替えの間、二次電池４１から供給される電力により、電子機器５１に対して、動作するのに十分な電力が継続して供給されることになる。

（二次電池の充放電状態の切り替え動作）
図５は、図１の状態から一定時間が経過して、制御論理回路５５が２つの出力端子から出力する論理値が反転した状態を示している。制御論理回路５５の出力端子の論理値が反転することにより、二次電池４１のスイッチ３１がＯＦＦ状態となり、スイッチ３２がＯＮ状態となる。一方、二次電池４２のスイッチ３３がＯＮ状態となり、スイッチ３４がＯＦＦ状態となる。これにより、二次電池４１が充電状態となり、二次電池４２が放電状態となる。更に、一定時間経過した後、制御論理回路５５は、２つの出力端子の論理値を反転させ、図１の二次電池４１が放電状態であり、二次電池４２が充電状態となる状態に切り替え、この切り替え処理を一定時間ごとに繰り返す。

上記の実施形態の構成により、電源切替部９０は、主電源である電源ユニット１１が故障して障害が発生した場合、電源ユニット１１から異常を示すＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を受信し、当該ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号に基づいて電源ユニット１２を起動させる。電源ユニット１１の供給電圧が低下すると、放電状態にある二次電池４１、４２のいずれかに接続される整流素子２１、２３のいずれかが導通し、二次電池４１、４２のいずれかから電子機器５１の負荷を動作させるのに十分な電圧の電力が供給される。その後、電源ユニット１２から供給される電力の電圧が増加して安定状態になると、整流素子２１、２３は遮断され、二次電池４１、４２のいずれかからの電力の供給がなくなる。これにより、主電源である電源ユニット１１から予備電源である電源ユニット１２に切り替える際の瞬断を防ぐとともに切り替えの際に二次電池４１、４２のいずれかから電子機器５１の負荷に対して十分な電圧の供給を継続して行うことが可能となる。

また、整流素子２１、２３を介してそれぞれ二次電池４１、４２が接続されていることから、電源ユニット１１の電圧が低下することにより、整流素子２１、２３が導通される。このため、二次電池４１、４２がコンデンサのように働き、電源ユニット１１からの電力の供給が二次電池４１、４２からの供給に変わる際も急激に低下することなく、電子機器５１が動作するのに十分な電力を継続して供給することができる。

上記の実施形態では、電源ユニット１１と電源ユニット１２の切り替えは、電源ユニット１１から出力されるＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を利用し、当該信号をＣＰＬＤ５４内のインバータ５８−１によって反転させて電源ユニット１２を起動させる制御信号とすることで実現している。したがって、予備電源である電源ユニット１２を稼動させておく必要がなく、安価な回路構成で、電源ユニット１１から電源ユニット１２への切り替えを可能としている。
また、予備電源である電源ユニット１２が起動されてから、出力電圧が安定するまでに要する時間は、長くとも数秒間であるため、二次電池４１、４２にＵＰＳ(Uninterruptible Power Supply)のような大容量の電池を用いる必要がなく、小容量な電池で電子機器５１に対して十分な電力を供給することができる。
これにより、本実施形態の電源切替装置１００を用いることで、高可用な電源供給機能が求められる装置において、高可用な電源供給を省電力かつ低コストで実現することが可能となる。

上記の実施形態では、二次電池４１、４２を供給路１６に直接接続せずに、スイッチ３１、３２、３３、３４と、整流素子２１、２２、２３、２４を介して接続するようにしている。二次電池４１、４２を供給路１６に直接接続すると、それぞれ、供給路１６に電源ユニット１１、１２が供給する電力の電圧が微妙に変化することによって、二次電池４１、４２の充放電が繰り返されてしまい、二次電池４１、４２の劣化を早めてしまうことになる。これに対して、前述したように、整流素子２１、２２、２３、２４を介して接続することで、整流素子２１、２２、２３、２４のいずれかの両端に一定の電圧差が生じない限り電流の遮断と導通が行われなくなり、二次電池４１、４２は、微妙な電圧の変化の影響を受けることがなくなる。また、スイッチ３１、３２、３４を介することで、二次電池４１、４２が、明確に充電状態か放電状態のいずれか一方の状態になるようにしており、頻繁な充放電の繰り返しが発生しないようにしている。

また、上記の実施形態では、ＣＰＬＤ５４の制御論理回路５５が出力する反転した２つの論理値を用いて、スイッチ３１、３２、３３、３４を操作することにより、一定時間ごとに、二次電池４１、４２の充電状態と放電状態が切り替わる構成としている。これにより、二次電池４１、４２は、一定時間放電した後に、充電が行われるため、頻繁な充放電を防ぎ、二次電池４１、４２の劣化を軽減して寿命を延ばすことが可能となる。

上記の実施形態では、主電源である電源ユニット１１から予備電源である電源ユニット１２への切り替えについて説明しているが、電源ユニット１１の障害が回復し、逆に、電源ユニット１２に障害が発生した場合、電源ユニット１２から電源ユニット１１に切り替わることも可能である。
また、上記の実施形態では、主電源と予備電源という２つの電源ユニット１１、１２について示しているが、本発明は、当該実施の構成には限られない。電源ユニットは、２つ以上であればいくつあってもよく、３つ以上にする場合、ＣＰＬＤ５４において、障害が発生した電源ユニットの個数だけ予備電源の電源ユニットをＯＮにするように、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を処理する回路構成にする必要がある。
また、上記の実施形態では、２つの二次電池４１、４２について示しているが、本発明は、当該実施の構成には限られない。二次電池は、２つ以上の構成ならばいくつあってもよく、その場合、放電状態になる二次電池の個数が電子機器５１の動作に必要な電圧が供給されるように制御論理回路５５の論理回路を構成する必要がある。

また、上記の実施形態では、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号を反転させて、他の電源ユニット１１、１２のいずれかを起動する制御信号としているが、電源ユニット１１、１２のいずれかの異常状態を示す信号であればよく、例えば、温度異常を通知する信号をＣＰＬＤ５４で反転させて制御信号とするような構成であってもよい。
また、上記の実施形態では、ＣＬＫ５６が出力するクロックを用いて一定時間を計測して、二次電池４１と４２とを切り替える構成としているが、ＢＭＣ５２などの別の機能部からの信号によって一定時間の計測を行うようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−４が、「ＰＳＵ２ ｏｆｆ（０）」となっている場合に、電源ユニット１１のＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１の「１」を優先する処理をＣＰＬＤ５４の論理回路による処理として構成されていると説明した。この処理は、例えば、ＢＭＣ５２とＣＰＬＤ５４とに制御信号線を接続し、ＢＭＣ５２が制御信号を「１」としてＣＰＬＤ５４に送信している場合、ＣＰＬＤ５４は、Ｉ２Ｃレジスタ５３のレジスタ５３−３、５４−４を優先する。一方、ＢＭＣ５２が制御信号を「０」としてＣＰＬＤ５４に送信している場合、ＣＰＬＤ５４は、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１を優先するというというように構成される。すなわち、ＢＭＣ５２が電源ユニット１１、１２のいずれかを起動させたり停止させたりする場合のみ、Ｉ２Ｃレジスタ５３を優先させ、それ以外のタイミングでは、ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１が優先されるようにする。なお、ＢＭＣ５２とＣＰＬＤ５４とに制御信号線なしに、ＣＰＬＤ５４内での論理回路の構成のみによって、Ｉ２Ｃレジスタ５３とＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号６１−１のいずれを優先するかを切り替えるようにしてもよい。

次に、図６及び図７を参照して本発明の最小構成について説明する。
図６は、本発明の電源切替装置の最小構成を示す概略ブロック図である。同図において、電源切替装置２００は、電源切替部２０１と、接続点２０２と、供給路２０３と、放電用整流素子２０４とを備える。供給路２０３は、一端において、接続点２０２を介して電源ユニットに接続されており、他端において負荷に接続されている。また、放電用整流素子２０４は、二次電池に接続されている。
かかる構成において、電源切替部２０１は、主電源である電源ユニットが故障して障害が発生し、当該電源ユニットから異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない電源ユニットを起動して切り替える。また、放電用整流素子２０４は、電源ユニットの切り替えの際に、供給路２０３の電圧の低下にともなって導通し、二次電池から供給路に電力を供給させる。

これにより、主電源である電源ユニットから予備電源である電源ユニットに切り替える際の瞬断を防ぐとともに切り替えの際に二次電池から負荷に対して十分な電圧の供給を継続して行うことが可能となる。
図７は、本発明の電源システムの最小構成を示す概略ブロック図である。同図において、電源システム３００は、負荷３１０と、電源ユニット３２１、３２２と、二次電池３３０と、電源切替部３４０と、接続点３５１と、供給路３５２と、放電用整流素子３６０とを備える。供給路３５２は、一端において、接続点３５１を介して電源ユニット３２１、３２２に接続されており、他端において負荷３１０に接続されている。また、放電用整流素子３６０は、二次電池３３０に接続されている。
かかる構成において、電源切替部３４０は、主電源である電源ユニット３２１が故障して障害が発生し、当該電源ユニット３２１から異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない電源ユニット３２２を起動して切り替える。また、放電用整流素子３６０は、電源ユニット３２１と３２２との切り替えの際に、供給路３５２の電圧の低下にともなって導通し、二次電池３３０から供給路に電力を供給させる。

これにより、主電源である電源ユニット３２１から予備電源である電源ユニット３２２に切り替える際の瞬断を防ぐとともに切り替えの際に二次電池３３０から負荷３１０に対して十分な電圧の供給を継続して行うことが可能となる。

なお、上述した実施形態における電源切替装置１００、２００をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、３００ 電源システム
１１、１２、３２１、３２２ 電源ユニット
１５、２０２、３５１ 接続点
１６、２０３、３５２ 供給路
１７ 入力端子
２１、２２、２３、２４ 整流素子
３１、３２、３３、３４ スイッチ
４１、４２、３３０ 二次電池
５１ 電子機器
５２ ＢＭＣ
５３ Ｉ２Ｃレジスタ
５３−１、５３−２、５３−３、５３−４ レジスタ
５４ ＣＰＬＤ
５５ 制御論理回路
５６ ＣＬＫ
５７−１、５７−２ インバータ
５８−１、５８−２ インバータ
６１、６１−１、６１−２ ＰｏｗｅｒＧｏｏｄ信号
６２、６２−１、６２−２ 制御信号
９０、２０１、３４０ 電源切替部
１００、２００ 電源切替装置
２０４、３６０ 放電用整流素子
３１０ 負荷

Claims (9)

1. 異常が発生した場合に異常を示す信号を出力する電源ユニットから前記異常を示す信号を受信した場合に、障害の発生していない電源ユニットを起動して切り替えを行う電源切替部と、
   前記電源ユニットの各々を接続する接続点と、
   一端で前記接続点に、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、
   二次電池に接続され、前記電源ユニットの切り替えの際に、前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる放電用整流素子と、
   を備える電源切替装置。
2. 前記放電用整流素子は、
   前記障害の発生してない電源ユニットが供給する電力による前記供給路の電圧の増加にともなって遮断し、前記二次電池から前記供給路への電力の供給を停止させる
   請求項１に記載の電源切替装置。
3. 前記電源切替部は、
   前記電源ユニットが出力する前記異常を示す信号を用いて、前記障害の発生していない電源ユニットを起動する
   請求項１又は請求項２に記載の電源切替装置。
4. 前記二次電池は、少なくとも２つ以上存在し、
   前記放電用整流素子は、前記二次電池ごとに備えられ、
   前記二次電池に前記放電用整流素子とは別経路で接続され、前記二次電池の電圧が前記供給路の電圧より低下した際に導通して、充電する電力を前記供給路から前記二次電池に対して供給する、前記二次電池ごとに備えられる複数の充電用整流素子と、
   を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の電源切替装置。
5. 各々の前記二次電池と、各々の前記放電用整流素子とに接続される複数の放電用スイッチと、
   各々の前記二次電池と、各々の前記充電用整流素子とに接続される複数の充電用スイッチとを備え、
   前記電源切替部は、
   前記複数の二次電池の一部が充電が可能な状態の場合に、残りの前記二次電池が放電が可能な状態となるように、前記充電が可能な状態と前記放電が可能な状態とを切り替える信号を前記放電用スイッチと前記充電用スイッチとに出力する
   請求項４に記載の電源切替装置。
6. 前記電源切替部は、
   前記二次電池が前記供給路への放電を開始してから、前記負荷に対して十分な電力を供給できなくなるまでの時間以下の長さである一定時間ごとに切替信号を出力して前記充電が可能な状態と前記放電が可能な状態とを切り替える
   請求項５に記載の電源切替装置。
7. 電力を消費する負荷と、
   異常が発生した場合に異常を示す信号を出力する複数の電源ユニットと、
   二次電池と、
   前記電源ユニットから前記異常を示す信号を受信した場合に、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行う電源切替部と、
   前記電源ユニットの各々を接続する接続点と、
   一端で前記接続点に、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、
   前記二次電池に接続され、前記電源ユニットの切り替えの際に、前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる放電用整流素子と、
   を備える電源システム。
8. 電源切替部と、複数の電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に接続され、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池と前記供給路とに接続される放電用整流素子とを備える電源切替装置によって行われる電源切替方法であって、
   前記供給路を通じて前記電源ユニットから前記負荷に電力の供給が行われている間に、
   前記電源切替部が、前記電源ユニットから異常が発生した場合に異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行い、
   前記放電用整流素子が、前記電源ユニットの切り替えの際の前記供給路の電圧の低下にともなって導通し、前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる
   電源切替方法。
9. 電源切替部と、複数の電源ユニットの各々を接続する接続点と、一端で前記接続点に接続され、他端で負荷に接続され、前記電源ユニットからの電力を前記負荷に供給する供給路と、二次電池と前記供給路とに接続される放電用整流素子とを備える電源切替装置を制御するコンピュータに、
   前記供給路を通じて前記電源ユニットから前記負荷に電力の供給が行われている間に、前記電源ユニットから異常が発生した場合に異常を示す信号を受信した場合、障害の発生していない前記電源ユニットを起動して切り替えを行い、前記電源ユニットの切り替えの際の前記供給路の電圧の低下にともなって前記放電用整流素子を導通させて前記二次電池から前記供給路に電力を供給させる手順
   を実行させるための電源切替プログラム。

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