JP5293816B2 - 回路モジュール - Google Patents

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Description

この発明は、回路モジュールに関し、特に、インラッシュカレント(突入電流)の発生を抑制することのできる回路モジュールに関する。
従来、回路モジュールとして、例えば、光通信用のサーバ装置やルータ、スイッチ等に対して取り付けられる電気−光変換モジュールのように、動作中の装置本体に対して挿抜可能なプラガブルモジュールが知られている。
プラガブルモジュールが装置本体に挿入された場合、該プラガブルモジュールの起動に伴い、装置本体から該プラガブルモジュールに対して瞬間的に大きな電流が流れる場合がある。このように、プラガブルモジュールが装置本体に挿入された場合に、装置本体からプラガブルモジュールへ瞬間的に流れる大電流をインラッシュカレントという。
かかるインラッシュカレントの発生は、装置本体に既に挿入されている他のプラガブルモジュールに対して悪影響を及ぼす場合がある。具体的には、複数のプラガブルモジュールが装置本体に挿入されている場合、各プラガブルモジュールは、装置本体に設けられた電源を共通の電源として使用する。そのため、例えば、プラガブルモジュールが新たに装置本体に挿入されると、該プラガブルモジュールの起動に伴うインラッシュカレントの発生により、装置本体から流れ出る電流が瞬間的に増加する。その結果、装置本体の電源電圧が一時的に低下し、電源を共有する他のプラガブルモジュールが動作不良を引き起こすおそれがある。
このように、プラガブルモジュールの装置本体への挿入により発生したインラッシュカレントが、他のプラガブルモジュールに悪影響を及ぼす場合がある。そこで、このような事態を防ぐため、プラガブルモジュールに流れる電流の変化率は、常に所定値(例えば、50mA/mSec)以下となるように規格により定められている(非特許文献1参照)。
ここで、プラガブルモジュールには、インラッシュカレントの発生を防止するためのインラッシュカレント制御部が設けられる場合がある。インラッシュカレント制御部は、例えば、リニアテクノロジー社製のホットスワップ・コントローラ(型番:LTC4210)等であり、電源ラインのFETの抵抗値を最大値から徐々に低下させることにより、インラッシュカレントを制限する。
"XENPAK 10 Gigabit Ethernet MSA, A Cooperation Agreement for 10 Gigabit Ethernet Transceiver Package, Issue 3.0"、[online]、[平成21年3月25日検索],インターネット<URL:http://www.cotsworks.com/PDFs/XENPAK_MSA_R3.0%5B1%5D.pdf>
しかしながら、従来のインラッシュカレント制御部による制御だけでは、インラッシュカレントの発生を十分に制限することができない場合があった。
例えば、プラガブルモジュール内にパワーオンリセットが必要な回路が設けられている場合、従来のインラッシュカレント制御部による制御を行ったとしても、インラッシュカレントが発生する場合があった。
パワーオンリセットとは、電源電圧が目標値に達するまでの間に回路が動作し不具合を起こすことを防止するために、電源投入後、所定のリセット期間が経過するまでの間、回路の電気的状態をオフ状態とする処理である。図13に、従来において装置本体に複数のプラガブルモジュールが挿入されている様子を示す。
図13に示すように、電源510を有する装置本体500には、複数のプラガブルモジュール600a〜600nが挿入されている。プラガブルモジュール600aは、パワーオンリセットを必要としない回路(以下、単に「回路」という)601と、パワーオンリセットを必要とする制御対象回路602aと、温度制御を行うTEC(Thermoelectric Coolers)回路である制御対象回路602bとを有する。また、プラガブルモジュール600aは、レーザダイオード(以下、「LD」とする)603と、電源起動制御部604と、ホットスワップ・コントローラ605と、FET(Field Effect Transistor)606とを有する。電源起動制御部604は、回路601や制御対象回路602a,602bへの電流の供給や遮断等の制御を行う。ホットスワップ・コントローラ605は、インラッシュカレント制御部に相当し、電源ラインに設けられたFET606の抵抗値を最大値から徐々に低下させることにより、インラッシュカレントを制限する。
制御対象回路602bは、温度制御部611と、TECドライバ612と、TEC613とを有する。温度制御部611は、LD603の温度を制御する制御部であり、LD603の温度を設定された温度に調整するための制御信号をTECドライバ612に出力する。TECドライバ612は、温度制御部611から出力された制御信号に基づきTEC613に電流を供給する。TEC613は、LD603の温度を調整するための熱電変換素子であり、TECドライバ612から供給された電力を熱に変換し、LD603の温度を調整する。
図14は、従来におけるプラガブルモジュール600a内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。なお、図13に示すように、装置本体500の電源電圧をV0、電源ラインに設けられたFET606の抵抗値の制御電圧をV1、プラガブルモジュール600a内の電源電圧をV2、制御対象回路602aの動作を開始させる電圧をV4とする。同様に、回路601に流れる電流をI5、制御対象回路602aに流れる電流をI7、各プラガブルモジュール600a〜600nに流れる電流をそれぞれI8a〜I8n、制御対象回路602bに流れる電流をI12とする。
図14に示すように、t1において装置本体500にプラガブルモジュール600aが挿入された場合、ホットスワップ・コントローラ605は、FET606に印加する電圧V1を徐々に増加させ、FET606の抵抗値を徐々に低下させる。これにより、プラガブルモジュール600a内の電源電圧V2及び電流I8aは、急激に増加することなく徐々に増加するため、回路起動時におけるインラッシュカレントの発生が制限される。
一方、パワーオンリセットが必要な制御対象回路602aは、プラガブルモジュール600a内の電源電圧V2が目標電圧(例えば、定格値±5%)に達するまでは、電源起動制御部604により電流の供給が遮断された状態となっている。そして、プラガブルモジュール600a内の電源電圧V2が目標電圧に達し、所定のリセット期間が経過すると、電源起動制御部604は、制御対象回路602aの動作を開始させる電圧V4を制御対象回路602aに印加する。これにより、制御対象回路602aには、動作の開始に伴い、電流I7が一気に流れ始める。
すなわち、図14に示すように、t2において、電圧V4が制御対象回路602aへ印加されると、該制御対象回路602aに電流I7が一気に流れ始め、これに伴いプラガブルモジュール600a全体に流れる電流I8aも急激に増加する。その結果、装置本体500の電源電圧V0が一時的に低下して、他のプラガブルモジュール600b〜600nが動作不良を引き起こす場合がある。
このように、パワーオンリセットが必要な回路は、所定のリセット期間が経過した時点で一気に動作が開始されるため、従来のインラッシュカレント制御部による制御では対応できず、インラッシュカレントが発生するおそれがある。すなわち、従来のインラッシュカレント制御部だけでは、プラガブルモジュールに流れる電流の変化率を所定値以下にすべきという規格を満足できないおそれがある。
開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、インラッシュカレントの発生をより確実に制限することのできる回路モジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本件に開示する回路モジュールは、一つの態様として、電源電圧が目標値に達した場合に動作を開始する制御対象回路と、供給された電流を消費する電流吸い込み回路と、前記制御対象回路の動作が始まる前において、前記電流吸い込み回路に流れる電流を所定の割合で増加させ、該電流吸い込み回路に流れる電流量が、前記制御対象回路の動作が開始されることにより増加する電流量と同等となった場合に、前記制御対象回路の動作を開始させると同時に前記電流吸い込み回路への電流の供給を遮断する電源起動制御部とを備えたことを特徴とする。
本件に開示する回路モジュールの一つの態様によれば、インラッシュカレントの発生をより確実に制限することができるという効果を奏する。
図1は、実施例1におけるプラガブルモジュールの概略構成を示す図である。 図2は、実施例1におけるプラガブルモジュール内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。 図3は、実施例1における電源起動制御部による処理手順の一例を示すフローチャートである。 図4は、従来においてLDを目標時間内に所定の温度範囲内で安定させるように制御した場合における制御対象回路602bに流れる電流およびLDの温度の時間変化を示すグラフである。 図5は、従来において温度制御開始時の電流変化率がマスク以下となるように制御した場合における制御対象回路602bに流れる電流およびLDの温度の時間変化を示すグラフである。 図6は、制御対象回路22bに供給される電流およびLDの温度の時間変化を示すグラフである。 図7は、実施例1における電源起動制御部による処理手順の一例を示すフローチャートである。 図8は、各制御対象回路の動作開始時におけるインラッシュカレントの制御タイミングを説明するための図である。 図9は、従来における装置本体の電源電圧および各プラガブルモジュールに流れる電流の時間変化を示すグラフである。 図10は、実施例2におけるプラガブルモジュールの概略構成を示す図である。 図11は、実施例2におけるプラガブルモジュール2’a内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。 図12は、実施例2における電源起動制御部による処理手順の一例を示すフローチャートである。 図13は、従来において装置本体に複数のプラガブルモジュールが挿入されている様子を示す図である。 図14は、従来におけるプラガブルモジュール内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。
以下に添付図面を参照して、本件に開示する回路モジュールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下では、回路モジュールの一例として、動作中の装置本体に対して抜挿可能なプラガブルモジュールを用いて説明するが、本件に開示する回路モジュールは、これに限らず、装置本体内に搭載されるモジュールに対しても適用することができる。
先ず、本実施例におけるプラガブルモジュールの構成について図面を用いて説明する。図1は、実施例1におけるプラガブルモジュールの概略構成を示す図である。図1に示すように、電源10を有する装置本体1には、複数のプラガブルモジュール2a〜2nが挿入されている。ここで、装置本体1は、例えば、光通信用のルータである。
プラガブルモジュール2aは、動作中の装置本体1に対して挿抜可能な回路モジュールである。具体的には、プラガブルモジュール2aは、電気信号と光信号との間でEO/OE変換を行う電気−光変換モジュールである。プラガブルモジュール2aは、パワーオンリセットを必要としない回路(以下、単に「回路」という)21と、パワーオンリセットを必要とする制御対象回路22aと、温度制御を行う温度制御回路である制御対象回路22bとを有する。また、プラガブルモジュール2aは、LD(Laser Diode)23と、ホットスワップ・コントローラ24と、FET25と、電流吸い込み回路26と、電源起動制御部27とを有する。
制御対象回路22aは、例えば、CPUを搭載したシステムLSIやFPGA(Field Programmable Array)などのCPUコアを備える回路であり、動作を開始する場合にパワーオンリセットを必要とする回路である。ここで、パワーオンリセットとは、電源電圧が目標値(例えば、定格値から±5%の範囲内の値)となるまでの間に回路が動作を開始し不具合を起こすことを防止するための処理である。
具体的に説明すると、電源電圧は、電源投入後、定格値に瞬間的に達するのではなく、ある程度の時間をかけて立ち上がる。制御対象回路22aのようにCPUコアを備える回路は、電源電圧が立ち上がる前に動作を開始すると、正常に動作せずにエラーを起こすおそれがある。そのため、このような回路は、パワーオンリセットとして、電源投入後、電源電圧が目標値となるまで電気的状態をオフ状態とし、かかる不具合を未然に防ぐこととしている。
制御対象回路22bは、例えば、TEC回路であり、温度制御部221と、TECドライバ222と、TEC223とを有する。温度制御部221は、LD23の温度を制御する制御部であり、LD23の温度を設定された温度に調整するための制御信号をTECドライバ222に出力する。TECドライバ222は、温度制御部221から出力された制御信号に基づきTEC223に電力を供給する。TEC223は、LD23の温度を調整するための熱電変換素子であり、TECドライバ222から供給された電力を熱に変換し、LD23へと伝える。LD23は、制御対象回路22bの温度制御対象である。なお、制御対象回路22bは、制御対象回路22aによりその動作を制御される回路であり、該制御対象回路22bの動作は、制御対象回路22aの動作が開始した後に開始される。
ホットスワップ・コントローラ24は、電源ラインに設けられたFET25の抵抗値を最大値から徐々に低下させることにより、インラッシュカレントを制限する。FET25は、電界効果トランジスタであり、ホットスワップ・コントローラ24から印加される電圧に応じて電源ラインに流れる電流量を変化させる。電流吸い込み回路26は、供給された電流を消費する回路である。具体的には、電流吸い込み回路26は、吸込用電流源(カレント・シンク)であり、装置本体1の電源10から供給された電流をそのままグランドへと流す。
電源起動制御部27は、制御対象回路22a,22bの動作の開始タイミングの制御や電流吸い込み回路26へ供給される電流の制御を行うことにより、電源ラインに流れるインラッシュカレントを制限する。具体的には、電源起動制御部27は、制御対象回路22aの動作が始まる前に、制御対象回路22aの動作が開始されることで増加する電流量と同等の電流が電流吸い込み回路26に流れるように制御する。そして、電源起動制御部27は、制御対象回路22aの動作を開始させると同時に電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。
以下に、本実施例における電源起動制御部27の制御により、インラッシュカレントが制限される様子について説明する。図2は、実施例1におけるプラガブルモジュール2a内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。
なお、図1に示すように、装置本体1の電源電圧をV0、FET25の抵抗値の制御電圧をV1、プラガブルモジュール2a内の電源電圧をV2、電流吸い込み回路26に流す電流を制御する制御電圧をV3、制御対象回路22aの動作を開始させる電圧をV4、制御対象回路22bの動作を開始させる電圧をV5とする。同様に、回路21に流れる電流をI5、電流吸い込み回路26に流れる電流をI6、制御対象回路22aに流れる電流をI7、各プラガブルモジュール2a〜2nに流れる電流をそれぞれI8a〜I8n、制御対象回路22bに流れる電流をI12とする。
図2に示すように、t1においてプラガブルモジュール2aが装置本体1に挿入されると、ホットスワップ・コントローラ24は、FET25に印加する電圧V1を徐々に増加させ、FET25の抵抗値を徐々に低下させる。これにより、プラガブルモジュール2a内の電源電圧V2は、急激に増加することなく徐々に増加するため、電源電圧V2が定格値に達する前から動作を開始する回路21には、電源電圧V2の増加に伴い徐々に電流I5が流れることとなる。その結果、プラガブルモジュール2a内を流れる電流I8aも緩やかに増加することとなり、回路起動時におけるインラッシュカレントの発生が制限される。
このように、ホットスワップ・コントローラ24は、FET25の抵抗値を最大値から徐々に下げることで、プラガブルモジュール2a内に流れる電流を制御し、プラガブルモジュール2aの起動時のインラッシュカレントの発生を制限することができる。
続いて、徐々に増加するプラガブルモジュール2a内の電源電圧V2が、t2において所定の電圧に達した場合に、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26への電流の供給を開始する。具体的には、電源起動制御部27は、電源電圧V2が所定の電圧に達したと判定した場合、電流吸い込み回路26に対して制御電圧V3を印加する。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I6が流れ始める。なお、所定の電圧とは、例えば、電源電圧V2の定格値の94〜96%程度の電圧である。
このように、電源起動制御部27は、電源電圧V2が所定の電圧に達した場合に、電流吸い込み回路26への電流I6の供給を開始する。
ここで、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に印加する制御電圧V3を増加させることにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させる。具体的には、電源起動制御部27は、図2に示す電流I6の傾き、すなわち、電流I6の変化率が、規格によって定められた変化率50mA/mSecを下回るように電流I6を増加させる。これにより、電流吸い込み回路26に流れるI6は、規格を満足する変化率で徐々に増加し、これに伴いプラガブルモジュール2a内に流れる電流I8aも徐々に増加する。
一方、パワーオンリセットが必要な制御対象回路22aは、プラガブルモジュール2a内の電源電圧V2が目標値に達するまでは、電源起動制御部27により電流の供給が遮断された状態となっている。すなわち、制御対象回路22aの動作を開始させる電圧V4は、プラガブルモジュール2a内の電源電圧V2が目標値に達するまでは、ゼロとなっている。
そして、電源電圧V2が目標値に達し、かつ、電流吸い込み回路26に流れる電流I6が、制御対象回路22aの動作が開始されることでプラガブルモジュール2a内に増加する電流量と同等となったとする。かかる場合、電源起動制御部27は、制御対象回路22aの動作を開始させると同時に、電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。ここで、制御対象回路22aの動作が開始されることでプラガブルモジュール2a内に増加する電流量とは、例えば、制御対象回路22aの正常動作時の電流の最大値に相当する。
すなわち、電源起動制御部27は、電源電圧V2が目標値に達した後、電流吸い込み回路26への電流量が制御対象回路22aの正常動作時の電流の最大値に達した場合、電流吸い込み回路26への制御電圧V3の印加を停止する。これにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6が遮断される。さらに、電源起動制御部27は、電流I6の遮断と同時に、制御対象回路22aに対して電圧V4を印加して、制御対象回路22aの動作を開始させる。
これにより、図2に示すように、t3において電流吸い込み回路26への電流量が制御対象回路22aの正常動作時の電流の最大値となると、電流吸い込み回路26に流れる電流I6がゼロになると同時に、制御対象回路22aに電流I7が一気に流れ始める。
このように、本実施例における電源起動制御部27は、制御対象回路22aが動作を開始する前に、制御対象回路22aの動作が開始された場合にプラガブルモジュール2a内に増加する電流量と同等の電流が電流吸い込み回路26に流れるように制御する。そして、電源起動制御部27は、電圧V4を印加して制御対象回路22aの動作を開始させると同時に、電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。これにより、制御対象回路22aが動作を開始した場合であっても、プラガブルモジュール2a全体に流れる電流I8が急激に増加することがなく、インラッシュカレントの発生を制限できる。
次に、本実施例における電源起動制御部27の具体的動作について説明する。図3は、実施例1における電源起動制御部27による処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、電源起動制御部27が実行する種々の動作のうち、プラガブルモジュール2aが装置本体1に挿入されてから制御対象回路22aが動作を開始するまでにおける、制御対象回路22a及び電流吸い込み回路26の制御に関する処理のみを示す。
プラガブルモジュール2aが装置本体1に挿入され、電源10から供給される電圧により起動した電源起動制御部27は、図3に示すように、プラガブルモジュール2a内の電源電圧V2が目標値に達したか否かを判定する(ステップS101)。この処理において、電源電圧V2が目標値に達したと判定した場合(ステップS101肯定)、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を開始する(ステップS102)。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I6が流れ始める。
続いて、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に印加する制御電圧V3を所定の割合で増加させることにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させる(ステップS103)。そして、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が、制御対象回路22aの動作が開始することによりプラガブルモジュール2a内に増加する電流量に達したか否か判定する(ステップS104)。この処理において、電流I6の電流量が制御対象回路22aの動作開始により増加する電流量に達していないとき(ステップS104否定)、電源起動制御部27は、処理をステップS103へ移行する。一方、電流I6の電流量が制御対象回路22aの動作開始により増加する電流量に達したと判定した場合(ステップS104肯定)、電源起動制御部27は、処理をステップS105へ移行する。
ステップS105において、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止すると同時に(ステップS105)、制御対象回路22aの動作を開始させるための電圧V4を制御対象回路22aに印加する(ステップS106)。これにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6が遮断されると同時に、それまで電流吸い込み回路26に流れていた電流量と同様の電流I7が制御対象回路22aに一気に流れ始める。ステップS106の処理を終えたとき、電源起動制御部27は、プラガブルモジュール2aを装置本体1に挿入してから制御対象回路22aが動作を開始するまでにおける、制御対象回路22a及び電流吸い込み回路26の制御に関する処理を終了する。
ところで、従来では、制御対象回路22bのような温度制御回路も、電源電圧が立ち上がった後で回路動作が開始されるため、ホットスワップ・コントローラ24だけではインラッシュカレントの発生を制限できないおそれがあった。本実施例におけるプラガブルモジュール2aは、制御対象回路22bの動作開始時におけるインラッシュカレントの発生も、制御対象回路22aと同様に制限することができる。以下、かかる場合について説明する。
先ず、比較のため、図13に示したプラガブルモジュール600a内において、制御対象回路602bの動作開始時にインラッシュカレントが発生する様子について説明する。図4は、従来においてLD603を目標時間内に所定の温度範囲内で安定させるように制御した場合における制御対象回路602bに流れる電流およびLD603の温度の時間変化を示すグラフである。また、図5は、従来において温度制御開始時の電流変化率がマスク以下となるように制御した場合における制御対象回路602bに流れる電流およびLDの温度の時間変化を示すグラフである。
制御対象回路602aが動作を開始し、図4に示すように、t1において温度制御が開始されると、制御対象回路602bに対して電流I12が供給される。電流I12は、温度制御部611の制御によりTECドライバ612を介してTEC613へ供給され、TEC613により熱に変換されて、LD603の温度を目標温度に調節する。ここで、LD603の温度が所定の温度範囲内で安定するまでの時間として、目標時間t5が予め設定されており、温度制御部611は、LD603の温度が目標時間t5までに所定の温度範囲で安定するように制御を行う。その結果、LD603は、目標時間t5よりも前の時間t2において目標温度に達し、目標通りt5において所定の温度範囲で安定する。なお、制御対象回路602bに電流が流れ始めてからLD603が目標温度に達するまでの時間t2−t1は、例えば、10sec程度である。
しかし、上記のように、LD603の温度安定の目標時間t5を満足するように制御した場合、制御対象回路602bには、瞬間的に大量の電流が流れるため、これに伴いプラガブルモジュール600a内に流れる電流I8aも瞬間的に増加する。その結果、プラガブルモジュール600aには、規格によって定められた変化率の最大値50mA/mSec(以下、「マスク」という)を超える変化率で電流が流れる場合がある、すなわち、インラッシュカレントが発生する場合がある。
ここで、インラッシュカレントの発生を制限するために、制御対象回路602bへ供給する電流量を制限して、電流の変化率をマスク以下とすることが考えられる。しかしながら、制御対象回路602bへ供給する電流量を制限した場合、制御対象回路602bは、電流不足によりLD603の温度安定の目標時間t5を満足することができない。そのため、図5に示すように、温度制御開始時の電流変化率をマスク以下とすることができるものの、LD603は、目標時間t5よりも後のt3において目標温度に達することとなる。なお、制御対象回路602bに電流が流れ始めてからLD603が目標温度に達するまでの時間t3−t1は、例えば、30sec程度である。
続いて、本実施例におけるプラガブルモジュール2aに設けられた制御対象回路22bの動作開始時において、インラッシュカレントが制限される様子について説明する。図6は、制御対象回路22bに供給される電流およびLD23の温度の時間変化を示すグラフである。
図6に示すように、t0において制御対象回路22aの動作が開始して所定の時間が経過すると、電流吸い込み回路26には、電流I6が供給される。そして、電流吸い込み回路26に供給される電流I6は、所定の割合で増加していき、制御対象回路22bが動作を開始した場合にプラガブルモジュール2a内に増加する電流量の最大値と同等の電流量に達すると、該電流量で維持される。
続いて、t1において制御対象回路22bによるLD23の温度制御が開始するタイミングとなると、電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が減少すると同時に、制御対象回路22bへの電流I12の供給が開始される。具体的には、制御対象回路22bに流れる電流I12は、LD23の温度が目標時間t5までに所定の温度範囲で安定するように温度制御部221により制御された所定の増加率で増加し、電流吸い込み回路26に流れる電流I6は、制御対象回路22bに流れる電流I12の増加率と同等の割合で減少する。その結果、プラガブルモジュール2a内の電流I8aは、制御対象回路22bが動作を開始した場合であっても急激な変化が抑えられるため、インラッシュカレントの発生が制限される。
しかも、制御対象回路22bに流れる電流I12は、LD23の温度が目標時間t5までに所定の温度範囲で安定するように温度制御部221により制御された所定の増加率で増加するため、LD23は、目標時間t5よりも前の時間t4において目標温度に達し、目標通りt5において所定の温度範囲で安定する。
このように、本実施例におけるプラガブルモジュール2aによれば、制御対象回路22bの動作開始時におけるインラッシュカレントの発生を制限でき、しかも、インラッシュカレントの発生を制限することと、LD23の温度を目標時間内に所定の温度範囲で安定させることとのトレードオフを解消することができる。
次に、かかる場合における電源起動制御部27の具体的動作について説明する。図7は、実施例1における電源起動制御部27による処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、電源起動制御部27が実行する種々の動作のうち、制御対象回路22aが動作を開始してから制御対象回路22bが動作を開始するまでの間における、制御対象回路22b及び電流吸い込み回路26へ供給される電流の制御に関する処理のみを示している。
図7に示すように、電源起動制御部27は、先ず、制御対象回路22aの動作開始から所定の時間が経過したか否かを判定する(ステップS201)。この処理において、制御対象回路22aの動作開始から所定の時間が経過したと判定した場合(ステップS201肯定)、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対して制御電圧V3を印加する(ステップS202)。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I6が流れ始める。
続いて、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に印加する電圧V3を所定の割合で増加させることにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させる(ステップS203)。そして、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が、制御対象回路22bの動作開始により増加する電流量の最大値に達したか否か判定する(ステップS204)。この処理において、電流I6の電流量が制御対象回路22bの動作開始により増加する電流量の最大値に達していないとき(ステップS204否定)、電源起動制御部27は、処理をステップS203へ移行する。一方、電流I6の電流量が制御対象回路22bの動作開始により増加する電流量の最大値に達したと判定した場合(ステップS204肯定)、電源起動制御部27は、処理をステップS205へ移行する。
ステップS205において、制御対象回路22bが動作を開始するタイミングとなったか否かを判定する。なお、電源起動制御部27は、制御対象回路22bが動作を開始するタイミングを、制御対象回路22aからの指示に基づき特定する。この処理において、制御対象回路22bの動作開始タイミングとなったと判定した場合(ステップS205肯定)、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止する(ステップS206)。さらに、電源起動制御部27は、制御電圧V3の印加を停止すると同時に、制御対象回路22bの動作を開始させる電圧V5を制御対象回路22bに印加する(ステップS207)。
具体的には、電源起動制御部27は、制御対象回路22bに流れる電流I12を、LD23の温度が目標時間t5までに所定の温度範囲で安定するために温度制御部221により制御された割合で増加させる。また、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を、制御対象回路22bに流れる電流I12の増加の割合と同等の割合で減少させる。ステップS207の処理を終えたとき、電源起動制御部27は、制御対象回路22aが動作を開始してから制御対象回路22bが動作を開始するまでにおける、制御対象回路22b及び電流吸い込み回路26の制御に関する処理を終了する。
図8は、各制御対象回路22a,22bの動作開始時におけるインラッシュカレントの制御タイミングを説明するための図である。
図8に示すように、電源起動制御部27は、先ず、制御対象回路22aの動作開始時のインラッシュカレントの発生を制限するため、制御対象回路22aの動作開始前であるt1において、電流吸い込み回路26に対して制御電圧V3を所定の増加率で印加する。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I6が所定の増加率で流れ始める。
そして、プラガブルモジュール2a内の電源電圧V2が目標値に達し、かつ、t2において電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が制御対象回路22aの動作開始によりプラガブルモジュール2a内に増加する電流量に達したとする。かかる場合、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止すると同時に、制御対象回路22aへ電圧V4を印加する。これにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6が遮断される同時に、制御対象回路22aに電流I7が流れ始める。
続いて、電源起動制御部27は、制御対象回路22bの動作開始時におけるインラッシュカレントの発生を制限するために、制御対象回路22aの動作開始から所定時間経過後のt3において、電流吸い込み回路26に所定の増加率で制御電圧V3を印加する。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I7が流れ始める。
そして、t4において電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が制御対象回路22bの動作開始によりプラガブルモジュール2a内に増加する電流量の最大値に達したとする。かかる場合、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止すると同時に、制御対象回路22bへ電圧V5を印加する。これにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6が遮断される同時に、制御対象回路22bに電流I12が流れ始める。具体的には、電源起動制御部27は、制御対象回路22bに流れる電流I12を、LD23の温度が目標時間t5までに所定の温度範囲で安定するために温度制御部221により制御された割合で増加させる。また、電源起動制御部27は、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を、制御対象回路22bに流れる電流I12の増加の割合と同等の割合で減少させる。
上述してきたように、本実施例では、制御対象回路22a,22bの動作が始まる前に、制御対象回路22a,22bの動作が開始されることで増加する電流量と同等の電流を電流吸い込み回路26に予め流しておく。そして、本実施例では、制御対象回路22a,22bの動作が開始されるタイミングで電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。これにより、電源電圧が目標値となった後に動作を開始する制御対象回路22a,22bが動作を開始した場合であっても、プラガブルモジュール全体に流れる電流I8の増加を抑えることができる。そのため、本実施例によれば、インラッシュカレントの発生をより確実に制限することができる。
また、本実施例では、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させ、制御対象回路22a,22bの動作が開始されることで増加する電流量と同等となった場合に、制御対象回路22a,22bの動作を開始させると同時に電流吸い込み回路26への電流I6の供給を遮断する。すなわち、本実施例では、電流吸い込み回路26に対して、制御対象回路22a,22bの動作が開始されることで増加する電流量の電流を一気に供給するのではなく、規格により定められた電流の変化率に準拠した割合で徐々に供給量を増加させる。そのため、電流吸い込み回路26への電流供給時におけるインラッシュカレントの発生を制限できる。また、電流吸い込み回路26への電流の供給の遮断及び制御対象回路22a,22bへの電流の供給の開始を電源起動制御部27が制御するため、これらの動作タイミングのずれを最小限に抑えることができる。その結果、制御対象回路22a,22bの動作開始時のインラッシュカレントの発生をより確実に制限することができる。
実施例1では、プラガブルモジュール2aが装置本体1に挿入されたことを契機として、電源起動制御部27が制御対象回路22a,22bの動作の開始タイミングを把握できる場合について説明した。
しかしながら、例えば、装置本体1にプラガブルモジュール2aが挿入された状態で装置本体1が起動した場合などのように、制御対象回路22a,22bの動作が開始するタイミングを電源起動制御部27が把握できない場合もある。以下、かかる場合について、図13で示した従来例を用いて説明する。図9は、従来における装置本体500の電源電圧および各プラガブルモジュール600a〜600nに流れる電流の時間変化を示すグラフである。
装置本体500にプラガブルモジュール600a〜600nが挿入されている状態で装置本体500が起動したような場合にも、各プラガブルモジュール600a〜600n内にはインラッシュカレントが発生する。かかる場合、装置本体500は、各プラガブルモジュール600a〜600nに含まれる制御対象回路の動作を開始させるタイミングを制御する。
具体的には、図9に示すように、t1において装置本体500が起動すると、該装置本体500に挿入されている各プラガブルモジュール600a〜600nには、ホットスワップ・コントローラ605によるFET606の制御により、徐々に電流が供給される。
ここで、各プラガブルモジュール600a〜600nに含まれる制御対象回路が同時に動作を開始した場合、装置本体500の電源510に多大な負荷がかかってしまう。そこで、装置本体500は、各プラガブルモジュール600a〜600nに含まれる制御対象回路の動作の開始タイミングが、プラガブルモジュール同士で重ならないように制御する。
具体的には、装置本体500は、先ず、t1においてプラガブルモジュール600aに含まれる制御対象回路602aを起動させる。これにより、t1においては、プラガブルモジュール600aに流れる電流I8aの電流量のみが増加する。そして、装置本体500は、t1から所定の時間が経過した後、t2においてプラガブルモジュール600bを起動させる。これにより、t2においては、プラガブルモジュール600bに流れる電流I8bの電流量のみが増加する。このようにして、装置本体500は、各プラガブルモジュール600a〜600nの起動タイミングをずらし、電源510への負荷が急激に増加することを防止する。
このように、装置本体500に複数のプラガブルモジュール600a〜600nが挿入された状態で装置本体500が起動した場合、各プラガブルモジュール600a〜600nに含まれる制御対象回路の動作開始のタイミングは、装置本体500により決定される。そのため、電流吸い込み回路26によりインラッシュカレントの発生を制限する場合に、制御対象回路22a,22bの動作開始タイミングを電源起動制御部27が把握できず、電流吸い込み回路26への電流の遮断を適切なタイミングで行うことが困難となる。
なお、上記のように各プラガブルモジュール600a〜600nに含まれる制御対象回路の動作の開始タイミングをずらす制御を行ったとしても、インラッシュカレントの発生を制限することはできない。しかも、上記の制御方法では、各プラガブルモジュール600a〜600nを順次起動させるため、起動時間が長くなるという不具合も生じる。
そこで、実施例2では、制御対象回路22a,22bの動作開始のタイミングが装置本体1により決定されるような場合であっても、電流吸い込み回路26へ供給される電流の遮断を適切なタイミングで行うことを可能とする。以下、本実施例にかかるプラガブルモジュールについて説明する。なお、既に説明した構成と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
先ず、本実施例におけるプラガブルモジュールの構成について説明する。図10は、実施例2におけるプラガブルモジュールの概略構成を示す図である。図10に示すように、装置本体1には、複数のプラガブルモジュール2’a〜2’nが挿入されている。そして、本実施例におけるプラガブルモジュール2’aは、実施例1において説明した構成の他に、パワーオンリセット検出部28をさらに備える。
パワーオンリセット検出部28は、制御対象回路22a,22bの動作が開始したことを検出する。具体的には、パワーオンリセット検出部28は、制御対象回路22a,22bが動作を開始することにより発生する回路モジュール内の電圧降下を検出することにより、制御対象回路22a,22bの動作が開始したことを検出する。
パワーオンリセット検出部28は、図10に示すように、オペアンプ(Operational Amplifier)281を備えたピークホールド回路である。オペアンプ281は、+側入力端子及び−側入力端子の2つの入力端子と1つの出力端子を備え、制御対象回路22a,22bが動作開始時に発生するプラガブルモジュール2’aの電圧降下に起因する+側入力端子及び−側入力端子間の電位差を増幅して電源起動制御部27’に出力する。なお、オペアンプ281の+側入力端子は、プラガブルモジュール22’aの電源ラインに接続し、プラガブルモジュール22’aの電源電圧V2の変化をダイレクトに受ける。また、出力側端子は、電源起動制御部27’と接続し、出力側端子から出力された電圧は電源起動制御部27’へと入力される。
電源起動制御部27’は、パワーオンリセット検出部28により制御対象回路22a,22bの動作が開始したことが検出された場合に、電流吸い込み回路26への制御電圧V3の印加を停止することで電流I6の供給を遮断する。具体的には、電源起動制御部27’は、パワーオンリセット検出部28から入力される電圧が急激に低下した場合に、パワーオンリセット検出部28により制御対象回路22a,22bの動作が開始したと判定して、電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。
以下に、本実施例における電源起動制御部27’が、プラガブルモジュール2’a内におけるインラッシュカレントの発生を制限する様子について説明する。図11は、実施例2におけるプラガブルモジュール2’a内の電圧および電流の時間変化を示すグラフである。なお、図10に示すように、オペアンプ281の+側入力端子の電圧をV9,オペアンプ281の出力側端子の電圧をV10、オペアンプ281の−側入力端子の電圧をV11とする。
図11に示すように、t1において装置本体1にプラガブルモジュール2’aが挿入された場合、実施例1と同様、ホットスワップ・コントローラ24によるFET25の制御によりプラガブルモジュール2a内を流れる電流I8aは、緩やかに増加していく。そして、プラガブルモジュール2’a内の電源電圧V2が、t2において目標値に達した場合、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26へ制御電圧V3を印加することで、該電流吸い込み回路26に電流を流し始める。
続いて、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26に印加する制御電圧V3を増加させることにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させる。そして、t3において、電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が、制御対象回路22aの動作が開始された場合にプラガブルモジュール2’a内で増加する電流量と同等の電流量となったとする。かかる場合、電源起動制御部27’は、当該電流量の電流I6を電流吸い込み回路26に流し続ける。
本実施例において、制御対象回路22aは、電源起動制御部27’から電圧V4が印加された場合であっても、装置本体1から動作開始の指示がなされるまでは、リセット状態としておく。そのため、電圧V4は、図11に示すように、t3経過後もしばらくの間はLOW状態となっている。
一方、制御対象回路22aは、t4において装置本体1からの指示に基づき動作を開始すると、LOW状態としていた電圧V4をHIGH状態に変化させる。これにより、制御対象回路22aには、電流I7が一気に流れ始める。また、制御対象回路22aに電流I7が流れると、プラガブルモジュール2’aの電源電圧V2には、微小な電圧降下が生じる。電源起動制御部27’は、この微小な電圧降下をパワーオンリセット検出部28を用いて検出することにより、制御対象回路22aの動作が開始されたことを判定する。
具体的には、図11に示すように、t1においてプラガブルモジュール2’aの電源電圧V2が増加し始めると、オペアンプ281の+側入力端子の電圧V9は、電源電圧V2の変化をダイレクトに受け、電源電圧V2と同じように増加する。また、オペアンプ281は、−側入力端子の電圧V11が+側入力端子の電圧V9と等しくなるように出力端子側の電圧V10のフィードバック制御を行うため、−側入力端子の電圧V11も電圧V9や電源電圧V2と同様に増加する。
ここで、制御対象回路22aが動作を開始して、電源電圧V2に電圧降下が生じた場合、+側入力端子の電圧V9は、電圧降下の影響を受けて低下する。オペアンプ281は、+側入力端子の電圧V9が低下した場合、フィードバック制御により−側入力端子の電圧V11を電圧V9と等しくしようとする。しかし、パワーオンリセット検出部28は、ピークホールド回路であるため、−側入力端子の電圧V11は、+側入力端子の電圧V9よりも緩やかに低下していく。このように、電源電圧V2の電圧降下により+側入力端子の電圧V9が低下した場合であっても、−側入力端子の電圧V11はV9と同じようには下がらないため、+側入力端子の電圧V9と−側入力端子の電圧V11との間に電位差が生じる。そして、オペアンプ281は、+側入力端子と−側入力端子との間に生じた電位差を増幅して出力するため、結果として、出力側端子の電圧V10が急激に低下することとなる。
このように、+側入力端子の電圧V9は、プラガブルモジュール2’aの電源電圧V2をモニタする電圧として機能する。また、−側入力端子の電圧V10は、プラガブルモジュール2’aの電源電圧V2の電圧降下を増幅して検出する電圧として機能する。また、出力側端子のV11は、プラガブルモジュール2’aの電源電圧V2の低下を検出するためのピークホールド電圧として機能する。
そして、電源起動制御部27’は、出力側端子の電圧V10の急激な低下を検出した場合、制御対象回路22aが動作を開始したと判定し、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止する。これにより、t4において制御対象回路22aに電流I7が一気に流れ始めるタイミングと同等のタイミングで電流吸い込み回路26に流れる電流I6がゼロとなる。その結果、制御対象回路22aが動作を開始した場合であっても、プラガブルモジュール2’aに流れる電流I8aは急激に増加することがなく、インラッシュカレントの発生を制限できる。
このように、本実施例における電源起動制御部27’は、パワーオンリセット検出部28を用いて制御対象回路22aの動作が開始されたことを検出する。これにより、制御対象回路22aの動作の開始タイミングが装置本体1からの指示により決定される場合であっても、制御対象回路22aに電流I7が流れ始めるタイミングと同等のタイミングで電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断することができる。
次に、本実施例における電源起動制御部27’の具体的動作について説明する。図12は、実施例2における電源起動制御部27’による処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、電源起動制御部27’が実行する種々の動作のうち、プラガブルモジュール2’aを装置本体1に挿入してから、装置本体1からの指示により制御対象回路22aが動作を開始するまでの間における、制御対象回路22a及び電流吸い込み回路26の制御に関する処理のみを示している。
プラガブルモジュール2’aが装置本体1に挿入され、電源10から供給される電圧により起動した電源起動制御部27’は、図12に示すように、プラガブルモジュール2’a内の電源電圧V2が目標値に達したか否かを判定する(ステップS301)。この処理において、電源電圧V2が目標値に達したと判定した場合(ステップS301肯定)、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26に対して制御電圧V3を印加する(ステップS302)。これにより、電流吸い込み回路26には、電流I6が流れ始める。
続いて、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26に印加する制御電圧V3を所定の割合で増加させることにより、電流吸い込み回路26に流れる電流I6を所定の割合で増加させる(ステップS303)。そして、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26に流れる電流I6の電流量が、制御対象回路22aの動作開始により増加する電流量に達したか否か判定する(ステップS304)。この処理において、電流I6の電流量が制御対象回路22aの動作開始により増加する電流量に達していないとき(ステップS304否定)、電源起動制御部27’は、処理をステップS303へ移行する。一方、電流I6の電流量が制御対象回路22aの動作開始により増加する電流量に達したと判定した場合(ステップS304肯定)、電源起動制御部27’は、処理をステップS305へ移行する。
ステップS305において、電源起動制御部27’は、パワーオンリセット検出部28が制御対象回路22aの動作が開始されたことを検出したか否かを判定する。この処理において、パワーオンリセット検出部28が制御対象回路22aの動作が開始されたことを検出したと判定した場合(ステップS305肯定)、電源起動制御部27’は、電流吸い込み回路26に対する制御電圧V3の印加を停止する(ステップS306)。これにより、電流吸い込み回路26への電流の供給が遮断される。ステップS306の処理を終えたとき、電源起動制御部27’は、プラガブルモジュール2’aを装置本体1に挿入してから、装置本体1からの指示により制御対象回路22aが動作を開始するまでにおける、制御対象回路22a及び電流吸い込み回路26の制御に関する処理を終了する。
上述してきたように、実施例2では、制御対象回路22a,22bの動作が開始したことを検出するパワーオンリセット検出部28をさらに備える。そして、実施例2では、パワーオンリセット検出部28により制御対象回路22aの動作が開始したことが検出された場合に、電流吸い込み回路26への電流の供給を遮断する。これにより、電源起動制御部27’が制御対象回路22a,22bへ電圧V4を印加するタイミングと制御対象回路22a,22bに電流I7が流れ始めるタイミングとが異なる場合であっても、電流吸い込み回路26へ供給される電流の遮断を適切に行うことができる。その結果、実施例1と同様に、電源電圧が目標値となった後に動作を開始する制御対象回路22a,22bが動作を開始した場合であっても、プラガブルモジュール全体に流れる電流I8の増加を抑えることができる。そのため、本実施例2によれば、インラッシュカレントの発生をより確実に制限することができる。
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
例えば、上記各実施例では、装置本体1を光通信用のルータとし、プラガブルモジュールを電気−光変換モジュールとして説明したが、これに限ったものではなく、プラガブルモジュールは、例えば、装置本体1としてのパーソナルコンピュータに抜挿可能なUSBメモリであってもよい。
1 装置本体
2a〜2n プラガブルモジュール
10 電源
21 回路
22a,22b 制御対象回路
23 LD
24 ホットスワップ・コントローラ
25 FET
26 電流吸い込み回路
27 電源起動制御部
221 温度制御部
222 TECドライバ
223 TEC
V0 装置本体の電源電圧
V1 FETの抵抗値を制御する電圧
V2 プラガブルモジュール内の電源電圧
V3 電流吸い込み回路に流す電流を制御するための電圧
V4 制御対象回路22a,602aの動作を開始させる電圧
V5 制御対象回路22bの動作を開始させる電圧
V9 オペアンプの+側入力端子の電圧
V10 オペアンプの出力側端子の電圧
V11 オペアンプの−側入力端子の電圧
I5 回路に流れる電流
I6 電流吸い込み回路に流れる電流
I7 制御対象回路22a,602aに流れる電流
I8a〜I8n プラガブルモジュールに流れる電流
I12 制御対象回路22b,602bに流れる電流

Claims (4)

  1. 電源電圧が目標値に達した場合に動作を開始する制御対象回路と、
    供給された電流を消費する電流吸い込み回路と、
    前記制御対象回路の動作が始まる前において、前記電流吸い込み回路に流れる電流を所定の割合で増加させ、該電流吸い込み回路に流れる電流量が、前記制御対象回路の動作が開始されることにより増加する電流量と同等となった場合に、前記制御対象回路の動作を開始させると同時に前記電流吸い込み回路への電流の供給を遮断する電源起動制御部と
    を備えたことを特徴とする回路モジュール。
  2. 前記電源起動制御部は、電源電圧が所定の電圧に達した場合に、前記電流吸い込み回路への電流の供給を開始することを特徴とする請求項1に記載の回路モジュール。
  3. 動作を開始する場合に所定量の電流を要する制御対象回路と、
    供給された電流を消費する電流吸い込み回路と、
    前記制御対象回路の動作が開始したことを検出するパワーオンリセット検出部と、
    前記制御対象回路の動作が開始されることで増加する電流量と同等の電流が前記電流吸い込み回路に流れるように制御し、前記パワーオンリセット検出部により前記制御対象回路の動作が開始したことが検出された場合に、前記電流吸い込み回路への電流の供給を遮断する電源起動制御部と
    を備えたことを特徴とする回路モジュール。
  4. 前記パワーオンリセット検出部は、前記制御対象回路の動作が開始されることにより発生する回路モジュール内の電圧降下を検出することにより、前記制御対象回路の動作が開始したことを検出することを特徴とする請求項3に記載の回路モジュール。
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