JP5187522B2

JP5187522B2 - 高可用電源システム、高可用電源制御装置、高可用電源制御方法及び高可用電源制御プログラム

Info

Publication number: JP5187522B2
Application number: JP2009028342A
Authority: JP
Inventors: 孝史佛木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010186224A

Description

本発明は、複数の電源モジュールを実装する装置における装置全体の消費電力の低減に関する。

コンピュータシステムは、システムを構成する各種ハードウェア（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ）が必要とする消費電力に合わせて、小出力タイプの電源モジュールを複数搭載することが一般的である。そして、この複数の電源モジュールの合計出力により各種ハードウェアが必要とする最大消費電力を賄うように構成することが一般的である。

このようなコンピュータシステムでは高負荷動作時とアイドル時の消費電力が大きく異なる。すなわち、アイドル時には搭載されている電源モジュール全てから電力出力を行う必要は無く、一部の電源モジュールのみ駆動させて、他の電源モジュールは停止させていても消費電力を賄うことが出来る。

このような電源モジュールの制御に関連する技術として例えば、特許文献１や特許文献２に記載がある。

特許文献１や特許文献２には、複数の電源モジュールが組み込まれたシステムにおいて、負荷側の消費電力に応じて、電源モジュールの出力を制御する技術が記載されている。具体的には、複数の電源モジュールが組み込まれたシステム内に監視機構を設ける。そして、監視機構が、負荷側の消費電力を常に監視しており、低電力であることを検出した場合は、余分に出力を供給している電源モジュールを停止させ、無駄な電力消費を抑制する。逆に、高電力であることを検出した場合は、停止させていた電源モジュールの出力を開始させることにより、負荷側の電力要求に応じる。

特開２００２−１８９５４０号公報特開２００７−０６８３２１号公報

上述のように、特許文献１や特許文献２に記載の技術を用いることにより負荷側の電力要求に応じることが可能となる。

しかしながら、コンピュータシステムは、アイドル時から高負荷には極めて短時間で移行することから、不要な電源モジュールを完全に停止させていた場合には、出力の開始を指示しても、出力が開始され安定するためには時間を要する。そのため、特許文献１や特許文献２に記載の技術では電源モジュールの起動が間に合わず、必要な電力を供給できずシステム停止に至ることが考慮される。結果として、不要な電源を完全に停止させておくことができず、常時無駄な電力を消費するという問題がある。

例えば、特許文献２に記載の技術では、温度や消費電力などの閾値判定により電源ｏｆｆ／ｏｎの切り替えを行っており、緩やかな変化に対しては、ｏｆｆ／ｏｎの追従は可能だが、急激な変化に対しては、ｏｆｆ／ｏｎ切り替えが追従できないという問題点がある。そして、この問題点は、特にｏｎ実施の際は、サーバ側が供給不足状態に陥り、装置の停止を引き起こす可能性につながってしまう。

そこで、本発明は複数の電源モジュールを実装する装置における装置全体の消費電力の低減を実現する際に、アイドル時から高負荷への極めて短時間な移行にも対応することが可能な高可用電源システム、高可用電源制御装置、高可用電源制御方法及び高可用電源制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御装置において、コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視する消費電力監視手段と、予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出す電源モジュール監視制御手段と、を備えることを特徴とする高可用電源制御装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、バッテリを有する電源モジュールと、前記電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御装置とを備える高可用電源システムにおいて、前記高可用電源制御装置が上記の高可用電源制御装置であることを特徴とする高可用電源システムが提供される。

本発明の第３の観点によれば、バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御方法において、コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視し、予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出すことを特徴とする高可用電源制御方法が提供される。

本発明の第４の観点によれば、バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御プログラムにおいて、コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視する消費電力監視手段と、予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出す電源モジュール監視制御手段と、を備える高可用電源制御装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする高可用電源制御プログラムが提供される。

本発明によれば、電源モジュール内部にごく小容量のバッテリを具備することにより、常時稼動させる電源モジュールの数を減らすことが可能になることから、装置全体が消費する電力の低減が図れると共にアイドル時から高負荷への極めて短時間な移行にも対応することが可能となる。

本発明の実施形態の基本的構成を表す図である。本発明の実施形態の基本的動作を表すフローチャート（１／２）である。本発明の実施形態の基本的動作を表すフローチャート（２／２）である。本発明の実施例について説明する図である。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

まず本発明の実施形態の概略について説明する。本実施形態は、コンピュータシステムにおいて、電力を蓄えることができるバッテリを有する電源モジュール、ならびにそのバッテリ残量を監視する手段、電源モジュールからの出力電流量を監視して複数の電源モジュールのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う監視モジュールを備えることにより、最大電力消費時に必要とされる全ての電源モジュールを常時ＯＮにすることなく、必要最低限の電源モジュールのみをＯＮにすることで、装置全体の消費電力の低減を可能とすることを特徴とする。

次に、本発明の実施形態の構成について図１を用いて詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態であるコンピュータシステム１００は、第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０、第３の電源モジュール３０、第４の電源モジュール４０、及びシステムボード５０を有する。

第１の電源モジュール１０は、受電部１１、ＡＣ／ＤＣ変換部１２、充電部１３及びバッテリ１４を有する。他の第２の電源モジュール２０、第３の電源モジュール３０及び第４の電源モジュール４０も第１の電源モジュール１０と同様の部分を有している。

システムボード５０は、消費電力監視部５１、ＣＰＵモジュール５２、メモリモジュール５３、入出力モジュール５４及び電源モジュール監視制御部５５を有している。

各電源モジュールは、システムボード５０と並列に接続されている。また、各電源モジュールはＡＣ入力を受け、ＤＣ出力を行う。ここで、本明細書において、ＡＣ／ＤＣ変換部から外部に出力可能な電力を「通常出力電力」と呼ぶものとする。また、バッテリから外部に出力可能な電力を「バッテリ出力電力」と呼ぶものとする。更に、通常出力電力とバッテリ出力電力を合計したものを「最大出力電力」と呼ぶものとする。

なお、今回は説明の便宜上４つの電源モジュールを示したが、これは本実施形態の電源モジュールの数を限定するものではない。本実施形態は任意の数の電源モジュールの数により実現可能である。同様に、システムボード５０上には３つのモジュールを示したが、これは例示であり、或るモジュールを削除したり、他のモジュールの追加・置き換え等をしたりしてもよい。

次に各部の機能について説明する。

第１の電源モジュール１０は、外部からのＡＣ入力を受電部１１で受け、ＡＣ／ＤＣ変換部１２によってＤＣに変換する。ＤＣは、システムボード５０のＣＰＵモジュール５２、メモリモジュール５３、入出力モジュール５４へ出力されて、各種モジュールで消費される。またＤＣは、第１の電源モジュール１０内の充電部１３の処理によって、バッテリ１４に蓄電される。バッテリ１４は、第１の電源モジュール１０の上限を超えた電力供給をごく短時間だけ可能にすることを目的としており、ごく小容量であり、電源モジュールのサイズや電源モジュール側の消費電力に与える影響は僅かである。通常動作時には、ＡＣ／ＤＣ変換部１２で生成されたＤＣ出力のみでシステムボード５０側の動作を賄うが、システムボード５０側へ供給する電力が第１の電源モジュール１０のＡＣ／ＤＣ変換部１２で生成可能な電力値以上になった場合には、バッテリ１４に蓄えた電力が出力される。それ以外の場合には、常にバッテリ１４は充電状態であり、電力は出力しない。第２の電源モジュール２０、第３の電源モジュール３０及び第４の電源モジュール４０についても同様に動作する。

消費電力監視部５１は、ＣＰＵモジュール５２、メモリモジュール５３、入出力モジュール５４に接続されているＤＣライン上の電流値を監視している。

電源モジュール監視制御部５５は、消費電力監視部５１で監視している電流値と、電源モジュールの動作状態によって決められる閾値を比較することにより、第１の電源モジュール１０の出力開始／停止の制御やバッテリ１４からの出力開始／停止を制御する。第２の電源モジュール２０、第３の電源モジュール３０及び第４の電源モジュール４０に対しても同様に制御する。各電源モジュールのＡＣ／ＤＣ変換部で生成され、外部に出力される定格電流をｘとした場合、第１の電源モジュール１０のみの動作構成では、閾値はｘと設定する。第１の電源モジュール１０と２の動作構成では２ｘ、第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０及び第３の電源モジュール３０の動作構成では、３ｘと設定する。第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０、第３の電源モジュール３０及び第４の電源モジュール４０の動作構成では、４ｘとする。本実施形態の変形例として電源モジュールを更に追加するのであれば、同様に「電源モジュール数×ｘ」とする。なお、今回は全ての電源モジュールで生成される定格電流をｘであると仮定しているが、定格電流が異なる電源モジュールを組み合わせるようにしてもよい。その場合は、各電源モジュールの定格電流や、電源モジュールの組合せも考慮したうえで閾値を設定すればよい。

電源モジュール監視制御部５５は、各電源モジュールのバッテリ残量情報を取得する。電源モジュール監視制御部５５は自身が保有するハードウェア構成情報から、本体で必要とされる最大消費電力をあらかじめ算出する。各電源モジュールのバッテリ残量を常時計測して、各電源モジュールが出力できる最大出力電力（通常出力電力と、現在のバッテリ残量から算出したバッテリ出力電力との合計値）を算出する。そして、各電源モジュールの最大出力電力の合計値が最大消費電力を上回るように、電源モジュールの出力制御を行なう。

［実施例の動作の説明］
次に、図１に示すコンピュータシステム１００の動作について説明する。説明の前提として、説明開始時点の状態は、第１の電源モジュール１０及び第２の電源モジュール２０は動作中であり、第３の電源モジュール３０、第４の電源モジュール４０は停止中であるとする。

図２のフローチャートを参照して説明する。まず、消費電力監視部５１が、ＣＰＵモジュール５２、メモリモジュール５３及び入出力モジュール５４に接続されているＤＣライン上の電流値を監視する。そして、監視している電流値についての情報を電源モジュール監視制御部５５に通知する（図２のステップＳ１０１）。

次いで、電源モジュール監視制御部５５は、消費電力監視部５１から通知される電流値の情報を受けて、電源モジュールの動作構成に基づいて設定される閾値情報との比較を行なう（図２のステップＳ１０２）。

ここで、閾値を超えていなかった場合（図２のステップＳ１０２においてＮｏ）は、ステップＳ１０１からの動作を繰り返す。

一方、閾値を超えていた場合（図２のステップＳ１０２においてＹｅｓ）、電源モジュール監視制御部５５は、動作中の第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０に対して、バッテリ１４、２４の出力開始を指示する（図２のステップＳ１０３）。

そして、電源モジュール監視制御部５５の指示により、バッテリ１４、２４の出力が開始される（図２のステップＳ１０４）。バッテリ１４、２４の出力の開始に伴い第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２のＤＣ出力が増加する。

加えて、電源モジュール監視制御部５５は、停止中の第３の電源モジュール３０に対して、ＤＣ出力開始を指示する（図２のステップＳ１０５）。

そして、電源モジュール監視制御部５５の指示により第３の電源モジュール３０のＤＣ出力が開始されるまで待機する（図２のステップＳ１０６においてＮｏ）。

次いで、電源モジュール監視制御部５５はステップＳ１０６における第３の電源モジュール３０のＤＣ出力の開始が確認でき次第（図２のステップＳ１０６においてＹｅｓ）動作中の第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０に対して、バッテリ１４、２４の出力停止を指示する（図２のステップＳ１０７）。

この指示により、バッテリ１４、２４の出力は停止し（図２のステップＳ１０８）、第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０及び第３の電源モジュール３０からＤＣ出力がなされている状態となる。

図３のフローチャートは、システムボード５０側の負荷が下がり、電源モジュールを停止する場合の説明である。説明の前提として、説明開始時点の状態は、第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０及び第３の電源モジュール３０であるとする。一方、第４の電源モジュール４０は停止中であるとする。

まず、消費電力監視部５１が、ＣＰＵモジュール５２、メモリモジュール５３及び入出力モジュール５４に接続されているＤＣライン上の電流値を監視する。そして、監視している電流値についての情報を電源モジュール監視制御部５５に通知する（図３のステップＳ２０１）。

次いで、電源モジュール監視制御部５５は、消費電力監視部５１から通知される電流値の情報を受けて、電源モジュールの動作構成に基づいて設定される閾値情報との比較を行なう（図３のステップＳ２０２）。

ここで、閾値を下回っていなかった場合（図３のステップＳ２０２においてＮｏ）は、ステップＳ２０１からの動作を繰り返す。

一方、閾値を下回っていた場合（図３のステップＳ２０２においてＹｅｓ）、電源モジュール監視制御部５５は、動作中の第３の電源モジュール３０にＤＣ出力停止の指示を出す（図３のステップＳ２０３）。

電源モジュール監視制御部５５の指示により、第３の電源モジュール３０のＤＣ出力は停止し（図３のステップＳ２０４）、第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０からＤＣ出力がなされている状態となる。

次に、具体的な数値を用いて本実施形態の実施例について図４を用いて説明する。

各電源モジュールの最大出力電力（電流）が各１０Ａ（通常出力電力７Ａ＋バッテリ出力電力３Ａ）で、ハードウェア構成から算出される最大消費電力（電流）が１８Ａと仮定する。そして、消費電力値として１２Ａを検出していると過程する。

この場合、２台の電源モジュールからの出力で対応できると判断して、第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０のみを動作させて第３の電源モジュール３０と第４の電源モジュール４０は停止させておく。更に第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０の通常出力電力で対応できると判断して、第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０のバッテリからの出力は停止させておく。

時刻Ｔ０において、消費電力監視部５１は、消費電力値として１２Ａを検出している。時刻Ｔ１〜Ｔ３にかけて、消費電力が上昇し、５Ａの電流増加により１７Ａに至ったとする。この間の時刻Ｔ２において、１４Ａを越えていることから、電源モジュール監視制御部５５は、第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０に対して、バッテリ１４、２４の出力開始を即座に指示し、殆ど遅延することなく、第１の電源モジュール１０、２の出力の合計が２０Ａに至る。

また時刻Ｔ２では、第３の電源モジュール３０のＤＣ出力も指示しているが、バッテリと異なり、実際に出力が可能となるまでに時間を要する。

時刻Ｔ４において、第３の電源モジュール３０の出力が開始され、時刻Ｔ５で、それを検出した電源モジュール監視制御部５５が第１の電源モジュール１０と第２の電源モジュール２０のバッテリ１４、２４からの出力停止を指示し、第１の電源モジュール１０、第２の電源モジュール２０及び第３の電源モジュール３０による出力の合計が２１Ａとなる。

その後、時刻Ｔ６において、消費電力がＴ０と同じレベルにまで低下し、電源モジュール監視制御部５５が、Ｔ７において第３の電源モジュール３０のＤＣ出力停止を指示し、時刻Ｔ８において、第１の電源モジュール１０及び第２の電源モジュール２０の動作構成に戻る。

以上説明した本実施形態は、以下のような効果を奏する。すなわち本実施形態は、電源モジュール内部にごく小容量のバッテリを具備することにより、常時稼動させる電源モジュールの数を減らすことが可能になることから、装置全体が消費する電力の削減を実現することが可能となる。

また、本実施形態では、出力指示を受けると殆ど遅延することなく出力をすることが可能なバッテリを利用していることから、関連技術では対応できなかった急激な変化に追従する、ということが可能となる。

加えて、本実施形態では、新たな電源モジュールを出力させるまでの短い時間のみバッテリを駆動させる。そのため、バッテリの容量を小さくすることが可能となる。更にバッテリを用いる時間が短いため関連技術では対応できなかった、継続的な負荷大状態（長時間の負荷ｊｏｂ投入や、プロセス暴走などのＳＷ障害）についても対応することが可能となる。

なお、本発明の実施形態であるコンピュータシステム１００や、これを構成する各部分及び各モジュールは、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。

また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１０第１の電源モジュール
１１、２１、３１、４１受電部
１２、２２、３２、４２ＡＣ／ＤＣ変換部
１３、２３、３３、４３充電部
１４、２４、３４、４４バッテリ
２０第２の電源モジュール
３０第３の電源モジュール
４０第４の電源モジュール
５０システムボード
５１消費電力監視部
５２ＣＰＵモジュール
５３メモリモジュール
５４入出力モジュール
５５電源モジュール監視制御部
１００コンピュータシステム

Claims

バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御装置において、
コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視する消費電力監視手段と、
予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出す電源モジュール監視制御手段と、
を備えることを特徴とする高可用電源制御装置。
請求項１に記載の高可用電源制御装置において、
前記電源モジュール監視制御手段が、予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値以下である場合は、現在動作中の前記電源モジュールの全部又は一部の前記電源モジュールに電力の出力を中止するように指示を出すことを特徴とする高可用電源制御装置。
請求項１又は２に記載の高可用電源制御装置において、
前記電源モジュール監視制御手段が、ハードウェア構成情報から、本体で必要とされる最大消費電力を予め算出し、各電源モジュールのバッテリ残量を常時計測することにより各前記電源モジュールが出力できる最大出力電力を算出し、各前記電源モジュールの最大出力電力の合計値が前記最大消費電力を上回るように前記電源モジュールの出力制御を行うことを特徴とする高可用電源制御装置。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の高可用電源制御装置において、前記閾値は、現在動作中の前記電源モジュールの数と、前記電源モジュールがバッテリを用いることなく出力可能な電力値との積であることを特徴とする高可用電源制御装置。
バッテリを有する電源モジュールと、前記電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御装置とを備える高可用電源システムにおいて、
前記高可用電源制御装置が請求項１乃至４の何れか１項に記載の高可用電源制御装置であることを特徴とする高可用電源システム。
バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御方法において、
コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視し、
予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出すことを特徴とする高可用電源制御方法。
請求項６に記載の高可用電源制御方法において、
予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値以下である場合は、現在動作中の前記電源モジュールの全部又は一部の前記電源モジュールに電力の出力を中止するように指示を出すことを特徴とする高可用電源制御方法。
請求項６又は７に記載の高可用電源制御方法において、
ハードウェア構成情報から、本体で必要とされる最大消費電力を予め算出し、各電源モジュールのバッテリ残量を常時計測することにより各前記電源モジュールが出力できる最大出力電力を算出し、各前記電源モジュールの最大出力電力の合計値が前記最大消費電力を上回るように前記電源モジュールの出力制御を行うことを特徴とする高可用電源制御方法。
請求項６乃至８の何れか１項に記載の高可用電源制御方法において、前記閾値は、現在動作中の前記電源モジュールの数と、前記電源モジュールがバッテリを用いることなく出力可能な電力値との積であることを特徴とする高可用電源制御方法。
バッテリを有する電源モジュールを複数個制御する高可用電源制御プログラムにおいて、
コンピュータシステム内のハードウェアが消費している電力値を監視する消費電力監視手段と、
予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値を超えていた場合は、現在動作中の前記電源モジュールにバッテリからも電力を出力するように指示を出すと共に現在動作していない前記電源モジュールに電力を出力するように指示を出し、前記動作していない電源モジュールが電力の出力を開始した後に、前記バッテリからの出力を中止するように指示を出す電源モジュール監視制御手段と、
を備える高可用電源制御装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする高可用電源制御プログラム。
請求項１０に記載の高可用電源制御プログラムにおいて、
前記電源モジュール監視制御手段が、予め定めた閾値と前記消費している電力値を比較し、前記消費している電力値が閾値以下である場合は、現在動作中の前記電源モジュールの全部又は一部の前記電源モジュールに電力の出力を中止するように指示を出すことを特徴とする高可用電源制御プログラム。
請求項１０又は１１に記載の高可用電源制御プログラムにおいて、
前記電源モジュール監視制御手段が、ハードウェア構成情報から、本体で必要とされる最大消費電力を予め算出し、各電源モジュールのバッテリ残量を常時計測することにより各前記電源モジュールが出力できる最大出力電力を算出し、各前記電源モジュールの最大出力電力の合計値が前記最大消費電力を上回るように前記電源モジュールの出力制御を行うことを特徴とする高可用電源制御プログラム。
請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の高可用電源制御プログラムにおいて、前記閾値は、現在動作中の前記電源モジュールの数と、前記電源モジュールがバッテリを用いることなく出力可能な電力値との積であることを特徴とする高可用電源制御プログラム。