JP4542483B2 - スイッチング電源装置及びディスクアレイシステム - Google Patents
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Description
(ms)から1秒程度を補償するものである。バックアップ必要容量に応じた複数のコンデンサが並列、または直列接続され、所望のバックアップが実現できるよう構成される。コンデンサには例えば、アルミ電解コンデンサや電気二重層コンデンサ(EDLC)等が使用可能である。制御回路2は、必要に応じて突入電流を抑制したり、あるいはコンデンサを直列接続した場合における各コンデンサ間の電圧バランス化などを行うものである。コンデンサは使用温度が高くなるほど劣化が加速するので、電源に実装されたファンの回転数を適切に制御することで使用温度を調整し長寿命化を図ることが可能である。
216によりスイッチング電源はグラウンドを取っている。本実施例のように複数の二次電池を用いてバックアップを行うことで、上記(a)のコンデンサを用いた場合よりも、長時間のバックアップ動作が可能となる。なお、上記は電力変換効率を考えて負荷直近であるDC/DCコンバータの出力へ双方向DC/DCコンバータを接続したが、PFC出力へ双方向DC/DCコンバータを接続する構成も考えられる。
PTCサーミスタを用いても良い。また、突入電流防止回路をPTCサーミスタに置き換えることも可能である。スイッチ302は半導体スイッチのほか電磁式リレーなどを用いることができる。
(DC380V)へ昇圧しながら、入力電流の導通角を広げるようにパワーMOSFETを制御し高調波電流を抑制する。
DC/DC下限動作電圧との交点を見て分かるとおり、瞬低補償時間を大きく延長できる。次に(b)の停電補償時について説明する。
PG信号と記載)がハイレベルになり停電を検出する。この時、DC/DCコンバータ出力218は前段のPFC出力電圧が下限動作電圧に達してないため、正常に12Vを出力している。停電検出信号がハイになったことで、バッテリ状態監視/制御手段103は直ちに内部処理を実行し、双方向DC/DCコンバータ208に対して時刻t3で放電指令信号213を出力する。そして、双方向DC/DCコンバータは負荷204に対してバッテリ電力の供給を開始する。時刻t4になりPFC出力が下限動作電圧に達すると、DC/DCコンバータ203は停止するが、負荷に対して双方向DC/DCコンバータよりエネルギーが供給されているので、負荷は正常に動作し続けることができる。時刻t4からt5の間において商用電源が正常に復帰すると、PFC出力は0Vから電圧が上昇していく。そして、時刻t5の復電検出電圧まで電圧が回復すると、停電検出信号212は再びロウへと変化する。すると、時刻t6において放電指令信号がロウになり双方向DC/
DCコンバータが動作を停止する。電池電圧Vbattは時刻t4の放電開始までは一定電圧であるが、放電開始直後から電圧が徐々に低下していく。放電停止の時刻t6では電池電圧がVbatt′となっており、電池にはその電圧に応じた充電量が残されている。電池残量を100%にするため、時刻t7において充電指令信号213が出力される。電池電圧は再び上昇を開始し、時刻t8で満充電(Vbatt)を検出し電池への充電を停止する。なお、放電・充電指令信号を便宜上同一記号(213)で表現したが、実際これらは異なる信号としてバッテリ状態監視/制御手段より出力される。
(101)及び2(105)とスイッチング電源との他の接続形態について示したものである。本実施例の特徴は、スイッチング電源内に設けた単一のコネクタ604へ何れのバックアップユニットも接続可能なように構成し、夫々のバックアップユニットに応じて、スイッチング電源内の接続先を可変できる切り換え手段600を設けたことにある。切り換え手段は、バックアップユニット1(101)と双方向DC/DCコンバータ208をコネクタ509と604を介して接続するスイッチ602,バックアップユニット2
(105)とPFC出力217をコネクタ609と604を介して接続するスイッチ601より構成する。スイッチ601と602は各種ハードスイッチを用い、手動でオン/オフを行ってもよい。あるいは、リレーや半導体スイッチを用い、別途、何れのバックアップユニットがコネクタ604に接続されたかを判断すると共に、上記リレーや半導体スイッチをコントロールする手段を設けて、自動でオン/オフを行ってもよい。バックアップユニット1には、コネクタ509が設けてあり、バッテリのプラス端子214,マイナス端子215,停電検出信号用の端子210,充電・放電指令信号用の端子211(便宜上一つの端子で表す)がコネクタまで引き出されており、夫々スイッチング電源内の端子605,606,607,608と、604,509のコネクタ同士で接続され、スイッチ601をオフ、スイッチ602をオンすることでDC12Vをバックアップする回路構成となる。バックアップユニット2には、コネクタ609が設けてあり、コンデンサのプラス端子205,マイナス端子206がコネクタまで引き出されており、端子610と611は電気的に何も接続されておらず空き端子となっており、夫々スイッチング電源内の端子605,606,607,608と、604,609のコネクタ同士で接続され、スイッチ601をオン、スイッチ602をオフすることでDC380Vをバックアップする回路構成となる。
(101)及び2(105)とスイッチング電源との他の接続形態について示したものである。本実施例の特徴は、スイッチング電源内に設けた単一のコネクタ700へ何れのバックアップユニットも接続可能なように構成し、上記図6の実施例で述べた切り換え手段を持たないよう構成した点である。夫々のバックアップユニットとスイッチング電源の接続については、基本的には前述した実施例と同様に接続できる構成になっている。スイッチング電源へ実装されるコネクタ700には、PFC出力接続用の端子701と702、双方向DC/DCコンバータ接続用の端子703,704,705,706が引き出されており、バックアップユニット1のコネクタ509、あるいはバックアップユニット2のコネクタ503がコネクタ700と接続される。
(101)及び2(105)とスイッチング電源との他の接続形態について示したものである。本実施例の特徴は、上記図6の実施例で述べた切り換え手段600を単一のスイッチ800で構成した点にある。夫々のバックアップユニットとスイッチング電源の接続については、上記図6の実施例と同様に説明できる。スイッチ800は各種ハードスイッチを用い、コネクタ604に接続された端子801とPFC出力、または端子801と双方向DC/DCコンバータを接続するよう手動で切り換えればよい。あるいは、リレーや半導体スイッチを用い、別途、何れのバックアップユニットがコネクタ604に接続されたかを判断すると共に、上記リレーや半導体スイッチをコントロールする手段を設けて、自動で切り換え制御を行ってもよい。
(105)は、突入電流抑制手段900と、コンデンサ106を複数並列接続してなるコンデンサユニット915から構成される。図1と対比させると、制御回路2(109)が突入電流抑制手段900に対応し、バックアップユニット2(105)がバックアップユニット2(105)に対応することになる。突入電流抑制手段は、補助電源901,突入電流制御回路902,突入電流防止回路903より構成される。突入電流制御回路は、基準電圧905,分圧抵抗906と907,コンデンサ端子間に接続された分圧抵抗908と909,コンパレータ904から構成される。バックアップユニット205及び206のスイッチング電源接続用インタフェースを介して接続されると、補助電源はコンパレータの電源電圧や基準電圧を突入電流制御回路へ供給する。初めコンデンサユニットへは電荷が蓄積されていないので、コンデンサの端子間電圧は0であり、コンパレータは突入電流防止回路のスイッチ910のオフ信号を出力している。コンデンサユニットへは電流制限抵抗911によって突入電流が抑制される。コンデンサの端子電圧は徐々に上昇していき、ある所定値に達するとコンパレータの出力が反転しスイッチ910オン信号を出力する。これにより、コンデンサユニットとDC380V間のパワーラインのインピーダンスを下げパワーロスを低減する。なお突入電流防止回路は、図1の実施例で述べたように
PTCサーミスタを使って構成してもよい。端子912,913,914は、突入電流抑制手段とコンデンサユニットの接続用インタフェースであり、これを介して双方が着脱可能となっている。
DCコンバータ203の出力電圧付近まで持ち上げた状態で半導体スイッチ1004及び1005をオンする。こうすることで、DC/DCコンバータから双方向DC/DCコンバータへの突入電流を抑制できる。活線抜去は、半導体スイッチ1004及び1005をオフした状態でバックアップユニット1を外せばよい。このように、バッテリ状態監視/制御手段からの活線挿抜コントロール信号1013によりドライブ回路1006を介しスイッチ1004及び1005を制御することで、バックアップユニットの活線挿抜が可能となる。
203の設計が困難な場合に有効である。また、バックアップする電圧や容量,充電電流レートなどの仕様によっては、このように充電と放電を別ルートとしたほうがコストを低減できる場合がある。
DCコンバータ1100について示してある。絶縁型DC/DCコンバータ203は、トランス1202,ダイオード1203及び1204,チョークコイル1205,平滑用コンデンサ1206より構成する。DC/DCコンバータ1100は、Nチャンネル型パワーMOSFET1200,ドライバ回路1201より構成する。DC/DCコンバータ
1100は、二次電池セル102と両ダイオードの共通カソード側1208との間に接続する。
DCコンバータ1100の一構成例について示すものである。DC/DCコンバータ1100出力の接続先は、絶縁型DC/DCコンバータ203の出力218のままである。上記図12の実施例と重複する部分の説明は避ける。DC/DCコンバータ1100は、チョークコイル1300,ダイオード1301,Nチャンネル型パワーMOSFET1302,ドライバ回路1303より構成する。
Claims (13)
- 電荷蓄積手段を有し非常時において負荷に対して電力を供給可能なスイッチング電源装置において、
前記電荷蓄積手段には電力変換回路と、前記電荷蓄積手段の状態監視手段及び前記電力変換回路のコントロールを行う制御手段を有する状態監視制御手段とが接続され、
前記電荷蓄積手段の充電、放電が行えるよう前記電力変換回路は前記スイッチング電源内の直流ラインへ接続され、
前記電荷蓄積手段及び前記状態監視制御手段を有するバックアップユニットを前記スイッチング電源装置の筐体の収納部内へ着脱可能であり、かつ、前記収納部内の前記バックアップユニットを、その電荷蓄積手段とは種類の異なる電荷蓄積手段を有する別のバックアップユニットに交換可能であり、
双方の前記バックアップユニットは、前記スイッチング電源内のコネクタを介して各々異なる電位の前記スイッチング電源装置内部の直流ラインへ接続されることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記バックアップユニットは前記スイッチング電源筐体内に活線挿抜できることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記電荷蓄積手段はニッケル水素、またはリチウムイオン二次電池より構成することを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記電荷蓄積手段はアルミ電解コンデンサ、または電気二重層コンデンサにより構成することを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記電荷蓄積手段はコンデンサと二次電池を並列接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記電力変換回路は非絶縁型の双方向DC/DCコンバータからなり、前記スイッチング電源内の力率改善回路の後段に接続される絶縁型DC/DCコンバータの二次側回路の直流ラインへ接続されることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1のスイッチング電源装置において、
前記電力変換回路は前記バックアップユニット同様に前記スイッチング電源装置の筐体内へ着脱可能とし、前記バックアップユニットと併せて前記スイッチング電源装置の筐体内に活線挿抜できることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 電荷蓄積手段を有し非常時において負荷に対して電力を供給するスイッチング電源装置において、
前記電荷蓄積手段には電力変換回路と、前記電荷蓄積手段の状態監視手段及び前記電力変換回路のコントロールを行う制御手段を有する状態監視制御手段とが接続され、
前記電荷蓄積手段である二次電池及び該二次電池の状態監視制御手段を有する第1のバックアップユニットと、前記電荷蓄積手段であるコンデンサ及び該コンデンサの状態監視制御手段を有する第2のバックアップユニットのいずれか一方を、前記スイッチング電源装置の筐体の同一収納部内に設けたコネクタへ着脱可能にし、
双方の前記バックアップユニットは、前記スイッチング電源内のコネクタを介して各々異なる電位の前記スイッチング電源装置内部の直流ラインへ接続されることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項8のスイッチング電源装置において、
前記第1のバックアップユニットまたは前記第2のバックアップユニットは、前記スイッチング電源筐体内のコネクタに対して活線挿抜できることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 請求項1に記載のスイッチング電源装置を備えたディスクアレイシステムにおいて、
該ディスクアレイシステムのラック筐体内に前記スイッチング電源装置が配置され、
前記スイッチング電源装置は前記ディスクアレイシステムに活線挿抜できることを特徴とするディスクアレイシステム。 - 請求項10のディスクアレイシステムにおいて、
前記ディスクアレイ装置のラック筐体下方部へ前記スイッチング電源が複数台並べて配置されていることを特徴とするディスクアレイシステム。 - 請求項8に記載のスイッチング電源装置を備えたディスクアレイシステムにおいて、
前記スイッチング電源装置を前記ディスクアレイシステムのラック筐体内に設けたコネクタへ着脱可能にしたことを特徴とするディスクアレイシステム。 - 請求項12のディスクアレイシステムにおいて、
前記第1のバックアップユニット及び前記第2のバックアップユニットは前記ディスクアレイ装置に活線挿抜できることを特徴とするディスクアレイシステム。
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