JP4937401B1 - 電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源モジュールが電力計測回路を持たなくても当該電源モジュールの入力電力値を知ることを実現した電子機器を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、電源モジュールと電流値算出手段と入力電力値算出手段とを具備する。前記電流値算出手段は、前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する。前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記電源モジュールの入出力特性とから前記電源モジュールの入力電力値を算出する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、電源モジュールと電流値算出手段と入力電力値算出手段とを具備する。前記電流値算出手段は、前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する。前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記電源モジュールの入出力特性とから前記電源モジュールの入力電力値を算出する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、電源モジュールを搭載する電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法に関する。
近年、環境保護問題が注目されており、その一環として、省電力化が以前にも増して強く求められている。また、例えば、現在の消費電力量を表示してユーザの省電力への意識を喚起したり、消費電力量を所定量以下に抑えるべく動作を制御するために、その時々の実消費電力を計測する機能を持つ必要性に各種電子機器は迫られている。
例えば、サーバなどの大型コンピュータでは、電源モジュールを搭載し、この電源モジュールからの電力をメインボードに供給することで、当該コンピュータを計算機システムとして稼働させている。
このような計算機システムにおいて、その時々の実消費電力を監視するためには、電源モジュールの入力電力値(即ち、実消費電力値)を計測する電力計測回路が当該電源モジュール内に組み込まれていなければならない。
しかしながら、電源モジュールの多くはこのような電力計測回路を持っておらず、電力計測回路を持たない電源モジュールを搭載するコンピュータ上に構築される計算機システムでは、システム全体としての実消費電力を知ることができなかった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、電源モジュールが電力計測回路を持たなくても当該電源モジュールの入力電力値を知ることを実現した電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法を提供することを目的とする。
実施形態によれば、電子機器は、電源モジュールと電流値算出手段と入力電力値算出手段とを具備する。前記電流値算出手段は、前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する。前記入力電力値算出手段は、予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。この電子機器1は、例えば、サーバなどと称される大型コンピュータとして実現されている。
まず、第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。この電子機器1は、例えば、サーバなどと称される大型コンピュータとして実現されている。
図1に示すように、電子機器1は、大きく分けて、電源モジュール10と制御ボード20とからなる。電源モジュール10は、システム(負荷)に電力を供給するAC−DC電源モジュールである。一方、制御ボード20は、システムのメインボードである。一般的には、マザーボードが該当する。電源モジュール10と制御ボード20との間には、電源モジュール10からの電力を制御ボード20に導くための給電線101が敷設される。
なお、ここでは、AC商用電源などから電源モジュール10が入力する電力を1次側入力電力と称し、電源モジュール10から制御ボード20に向けて出力される電力を2次側出力電力と称する。また、ここでは、電源モジュール10が、1次側入力電力値を計測する電力計測回路を備えていない場合を想定する。そして、本実施形態の電子機器1は、電源モジュール10が電力計測回路を備えなくても、制御ボード20側において1次側入力電力値を知ることを実現したものであり、以下、この点について詳述する。
この、電源モジュール10が電力計測回路を備えていない状況下で、制御ボード20側において1次側入力電力値を知ることを実現するために、本実施形態の電子機器1は、図1に示すように、電源モジュール10と制御ボード20との間に、給電端電圧通知線102を敷設し、また、制御ボード20に、電圧検出回路21と入力電力算出回路22とを設ける。
給電端電圧通知線102は、給電線101の給電端(電源モジュール10側)の電圧監視線である。この給電端電圧通知線102は、監視に用いられるのみで大電流を流さないためドロップ電圧が極めて小さい。従って、精度よく電圧監視を行うことができる。
電圧検出回路21は、給電線101の両端間における電位差を検出する回路である。電圧検出回路21は、(制御ボード20に接続された)給電線101の末端における電圧値を計測するとともに、給電線101の給電端における電圧値を給電端電圧通知線102により計測し、この2つの計測値を比較することによって、給電線101の両端間における電位差を検出する。
入力電力算出回路22は、電源モジュール10の入力電力値、つまり1次側入力電力値を算出する回路である。入力電力算出回路22は、電圧検出回路21によって検出された給電線101両端の電位差から給電線101に流れる電流の値を算出し、当該算出した給電線101上の電流値から1次側入力電力値を算出する。この1次側入力電力値の算出原理を図2および図3を参照して説明する。
図2は、本実施形態の電子機器1上での電気の流れを等価的に示した模式図である。
電圧検出回路21から給電線101両端の電位差(Vn:給電線両端電圧)の値を受け取る入力電力算出回路22には、給電線101の抵抗値(Rn:給電線抵抗)が予め与えられている。従って、入力電力算出回路22は、次式(式1)により、給電線101に流れる電流(In:給電線電流)の値を算出することができる。
給電線電流(In)=給電線両端電圧(Vn)/給電線抵抗(Rn) … (式1)
この給電線電流(In)の値が分かると、入力電力算出回路22は、次式(式2)により、2次側出力電力(W2)の値を算出する。
この給電線電流(In)の値が分かると、入力電力算出回路22は、次式(式2)により、2次側出力電力(W2)の値を算出する。
2次側出力電力(W2)=給電線両端電圧(Vn)×給電線電流(In) … (式2)
また、入力電力算出回路22には、例えば図3に示すような電源モジュール10の入出力特性(効率特性)に関する情報も予め与えられている。電源モジュール10は、作成されると入出力特性が決定され、固有の入出力特性を持つこととなる。そこで、入力電力算出回路22は、この入出力特性に基づき、算出した給電線電流(In)の値から電源モジュール10の効率(en)を得て、次式(式3)により、1次側入力電力(W1)の値を算出する。
また、入力電力算出回路22には、例えば図3に示すような電源モジュール10の入出力特性(効率特性)に関する情報も予め与えられている。電源モジュール10は、作成されると入出力特性が決定され、固有の入出力特性を持つこととなる。そこで、入力電力算出回路22は、この入出力特性に基づき、算出した給電線電流(In)の値から電源モジュール10の効率(en)を得て、次式(式3)により、1次側入力電力(W1)の値を算出する。
1次側入力電力(W1)=2次側出力電力(W2)/効率(en) … (式3)
つまり、1次側入力電力(W1:図2のa1)の値は、給電線電流(In)の値が得られれば算出することができ、また、この給電線電流(In)の値は、給電線両端電圧(Vn)の値が得られれば算出することができる。そこで、本実施形態の電子機器1は、給電端電圧(図2のa2)の値を計測するための給電端電圧通知線102を敷設し、電圧検出回路21によって給電線両端電圧(Vn)の値を得て、入力電力算出回路22によって給電線電流(In)の値を算出するとともに1次側入力電力(W1)の値を算出する。
つまり、1次側入力電力(W1:図2のa1)の値は、給電線電流(In)の値が得られれば算出することができ、また、この給電線電流(In)の値は、給電線両端電圧(Vn)の値が得られれば算出することができる。そこで、本実施形態の電子機器1は、給電端電圧(図2のa2)の値を計測するための給電端電圧通知線102を敷設し、電圧検出回路21によって給電線両端電圧(Vn)の値を得て、入力電力算出回路22によって給電線電流(In)の値を算出するとともに1次側入力電力(W1)の値を算出する。
なお、一般的な計算機システムでは、監視プロセッサが搭載されており、図示した入力電力算出回路22の算出処理は、(入力電力算出回路22を別途設けなくとも)この監視プロセッサで実行可能である。
このように、本実施形態の電子機器1は、電源モジュール10に電力計測機能がなくても、制御ボード20側において1次側入力電力を知ることを実現する。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図4は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
次に、第2実施形態について説明する。図4は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
本実施形態の電子機器1の基本動作も、前述した第1実施形態の電子機器1と同様、給電線両端電圧(Vn)の値を得て、給電線電流(In)の値を算出し、この算出した給電線電流(In)の値から1次側入力電力(W1)の値を算出するというものである。本実施形態の電子機器1と第1実施形態の電子機器1との違いは、給電線両端電圧(Vn)の値の計測方法にある。
図4に示すように、本実施形態の電子機器1は、(第1実施形態の電子機器1で敷設されていた)給電端電圧通知線102を持たない。本実施形態の電子機器1では、給電線101の給電端(電源モジュール10側)の電圧として、電源モジュール10の無出力時の定格出力電圧値を使用する。この電源モジュール10の無出力時の定格出力電圧値は、予め入力電力算出回路22に与えられている。
本実施形態における電圧検出回路21は、(制御ボード20に接続された)給電線101の末端における電圧値を計測し、その計測値を入力電力算出回路22に通知する。
また、本実施形態における入力電力算出回路22は、まず、電圧検出回路21から受け取った給電線101の末端電圧値と、給電線101の給電端電圧値、即ち、予め与えられた電源モジュール10の無出力時の定格出力電圧値との差分を求めることで、給電線101の両端間における電位差(Vn:給電線両端電圧)を検出する。
このように給電線両端電圧(Vn)の値を算出した後、入力電力算出回路22は、当該算出した給電線両端電圧(Vn)の値と、予め与えられた給電線101の抵抗値(Rn:給電線抵抗)とから、上記(式1)により、給電線101に流れる電流(In:給電線電流)の値を算出する。
続いて、入力電力算出回路22は、この算出した給電線電流(In)の値を用いて、上記(式2)により、2次側出力電力(W2)の値を算出し、さらに、この算出した2次側出力電力(W2)の値を用いて、上記(式3)により、1次側入力電力(W1)の値を算出する。
なお、一般的な計算機システムでは、監視プロセッサが搭載されており、図示した入力電力算出回路22の算出処理は、(入力電力算出回路22を別途設けなくとも)この監視プロセッサで実行可能である。
このように、本実施形態の電子機器1においても、電源モジュール10に電力計測機能がなくても、制御ボード20側において1次側入力電力を知ることが実現される。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。図5は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
次に、第3実施形態について説明する。図5は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
本実施形態の電子機器1の基本動作も、前述した第1および第2実施形態の電子機器1と同様、給電線両端電圧(Vn)の値を得て、給電線電流(In)の値を算出し、この算出した給電線電流(In)の値から1次側入力電力(W1)の値を算出するというものである。本実施形態の電子機器1と第1および第2実施形態の電子機器1との違いも、給電線両端電圧(Vn)の値の計測方法にある。
図5に示すように、本実施形態の電子機器1は、電源モジュール10が、監視回路11を備える。また、電源モジュール10と制御ボード20との間に、監視バス103が敷設される。
監視回路11は、電源モジュールに内蔵される監視ロジックである。この監視回路11によって、給電線101の給電端(電源モジュール10側)の電圧値が計測される。監視回路11は、1次側入力電力値を計測する機能は備えていない。計測された給電線101の給電端における電圧値は、監視バス103を経由して制御ボード20に通知される。
本実施形態における電圧検出回路21は、(制御ボード20に接続された)給電線101の末端における電圧値を計測し、その計測値を入力電力算出回路22に通知する。
また、本実施形態における入力電力算出回路22は、まず、電圧検出回路21から受け取った給電線101の末端電圧値と、監視バス103を経由して電源モジュール10から受け取った給電線101の給電端電圧値との差分を求めることで、給電線101の両端間における電位差(Vn:給電線両端電圧)を検出する。
このように給電線両端電圧(Vn)の値を算出した後、入力電力算出回路22は、当該算出した給電線両端電圧(Vn)の値と、予め与えられた給電線101の抵抗値(Rn:給電線抵抗)とから、上記(式1)により、給電線101に流れる電流(In:給電線電流)の値を算出する。
続いて、入力電力算出回路22は、この算出した給電線電流(In)の値を用いて、上記(式2)により、2次側出力電力(W2)の値を算出し、さらに、この算出した2次側出力電力(W2)の値を用いて、上記(式3)により、1次側入力電力(W1)の値を算出する。
なお、一般的な計算機システムでは、監視プロセッサが搭載されており、図示した入力電力算出回路22の算出処理は、(入力電力算出回路22を別途設けなくとも)この監視プロセッサで実行可能である。
このように、本実施形態の電子機器1においても、電源モジュール10に電力計測機能がなくても、制御ボード20側において1次側入力電力を知ることが実現される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…電子機器、10…電源モジュール、11…監視回路、20…制御ボード、21…電圧検出回路、22…入力電力算出回路、101…給電線、102…給電端電圧通知線、103…監視バス。
Claims (14)
- 電源モジュールと、
前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する電流値算出手段と、
予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する入力電力値算出手段と、
を具備する電子機器。 - 前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を監視するための電圧監視線と、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電圧監視線を介して得られる前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段と、
を具備する請求項1記載の電子機器。 - 前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項1記載の電子機器。 - 負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電源モジュールの無出力時における定格出力電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段、
を具備する請求項1記載の電子機器。 - 前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項4記載の電子機器。 - 前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を前記電源モジュールから受信するための信号線と、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記信号線を介して受信した前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段と、
を具備する請求項1記載の電子機器。 - 前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項6記載の電子機器。 - 電子機器における電源モジュールの入力電力値算出方法であって、
前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出し、
予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する、
電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を監視し、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記監視によって得られた前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する
請求項8記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項8記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電源モジュールの無出力時における定格出力電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する、
請求項8記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項11記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を前記電源モジュールから受信し、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記受信した給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する、
請求項8記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。 - 前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項13記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
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