JP5522378B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクアレイ装置等に使用される無停電電源装置に関する。

ディスクアレイ装置等に使用される電源装置は商用電源から各種電圧の直流電源電圧を発生する。この電源装置の停止を回避するため、例えば、電源供給ルートを冗長（複数）に構成し、いずれか一方が停止した場合、他方で停止した側の電力供給を補い、ハードディスク装置やディスクアレイ・コントローラを継続的に稼動させる。

例えば、特開２００４−２５４４７０号公報に記載の無停電電源装置は、商用電源の停電を検出すると、バッテリから電力を供給するようにしている。

特開２００４−２５４４７０号公報

ディスクアレイ装置等の装置内では直流電源が使用される。このため、電源装置では商用電力（交流電力源）から直流電力への変換が行われる。このときに使用されるＡＣ−ＤＣ変換装置は、その特性により電源装置の全ての出力電力範囲において最大の電力変換効率が得られるよう設計することは困難である。

例えば、電源装置は定常出力状態で最大効率となるように設計される。このため、無停電化のために冗長化された電源装置が故障などによって非冗長となった場合、残された電源装置は、供給電力量を増大させることにより電力変換効率が低下した状態で動作することになる。

例えば、冗長に構成された電源装置が更に予備電源を搭載している場合でも、予備電源が安定稼動するまで当該残された電源装置の負担する供給電力が定常状態から増大し、その間電力変換効率は低下する。

また、電源装置において、より広い出力電力範囲でのＡＣ−ＤＣ電力変換効率（電力効率）を向上させようとすると、複雑な回路設計が必要になる。

よって、本発明は複数の電源を備えて冗長化した電源装置において一部の電源が停止した場合であっても、電源装置全体の電力変換効率を低下させないにようした、電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成する本発明の一実施態様は、電気機器に必要な電力を供給する冗長化された電源装置であって、外部から供給される交流電力を直流電力に変換して電力経路を介して上記電気機器に供給する複数の主電源装置と、外部から交流電力が供給される内部の直流電源から第１の指令信号に応じて直流電力を上記電力経路に供給する予備電源装置と、第２の指令信号に応じて内部の直流電源から直流電力を上記電力経路に供給する、上記予備電源装置よりも起動が速い補助電源装置と、上記主電源装置のいずれかに異常が発生した場合に上記第１及び第２の指令信号をほぼ同時に供給して、上記予備電源装置と上記補助電源装置を起動させ、上記予備電源装置の出力電圧が立ち上がるまでの間上記補助電源装置から上記電力経路に電力を供給させる制御部と、を備える。
上記課題を達成する参考例の一実施態様は、電気機器に必要な電力を供給する電源装置であって、外部から供給される交流電力を直流電力に変換して上記電気機器に供給する主電源装置と、内部の予備電源から直流電力を得て上記電気機器に使用する出力電圧を発生する予備電源装置と、内部の直流電源から上記電気機器に使用する出力電圧を発生する、上記予備電源装置よりも起動が速い補助電源装置と、上記主電源装置に異常が発生した場合に上記予備電源と上記補助電源を起動させ、上記予備電源の出力電圧が立ち上がるまでの間上記補助電源から上記電気機器に電力を供給させる制御部と、を備える。

ここで、出力電圧が立ち上がるとは、出力電圧が予め定められた基準値を超え、あるいは出力電圧が安定した状態に相当する。

かかる構成とすることによって、主電源装置及び予備電源装置をそれぞれの電力変換効率の良い状態で常時動作させることができ、電源装置全体としての効率を高めることができる。

上記主電源装置が複数設けられることが望ましい。それにより電力供給ルートの冗長度が増し、電源供給システムの安全性が向上する。

上記補助電源装置は、上記主電源装置及び上記予備電源装置の出力電圧を監視してその結果を上記制御部に出力する監視部と、直流電力を保持する大容量コンデンサと、上記主電源装置が出力する直流電力の一部を上記大容量コンデンサに導出する充電回路と、上記大容量コンデンサに蓄えられた直流電力を上記電気機器に導出する放電回路と、を備え、上記制御部は、上記主電源装置の異常に対応して上記放電回路を動作させ、上記予備電源装置の出力電圧の安定に対応して上記放電回路の動作を停止させる、ことが望ましい。

ここで、大容量コンデンサとは、主電力装置の停止（異常）から予備電源装置の出力電圧が安定するまでの間電気機器に必要な電力を供給することができ程度の容量が該当する。

上記制御部は、更に、上記放電回路の動作を停止させた後、再充電を開始させる、ことが望ましい。

また、本発明の電源装置の他の態様は、商用電源を電源とする主電源装置と、電池を電源とする予備電源装置と、大容量コンデンサを電源とする補助電源装置と、を備え、上記補助電源装置は、上記主電源装置の故障を検出して電力を供給し、上記補助電源装置の充電は、上記主電源装置の余剰電力により行われ、上記予備電源装置は、上記主電源装置の異常を検出して稼動を開始し、上記補助電源装置は、予備電源装置の安定稼動を検出して電力供給を停止し、再充電を開始する。

かかる構成とすることによって、主電源装置及び予備電源装置をそれぞれの電力変換効率の良い状態で動作させることができ、電源装置全体としての効率を高めることができる。

本発明の実施例の電源装置を説明するブロック図である。 実施例の電源装置の動作を説明するタイミング図である。 参考例の電源装置を説明するブロック図である。

本発明は、ディスクアレイ装置等の電気機器に用いられる無停電電源装置（冗長化された電源装置）において、主電源装置と、予備電源装置と、補助電源装置と、を備え、主電源装置と予備電源装置とをそれぞれ電力変換効率の良い状態で運転する。そして、主電源装置が停電や故障等で停止した場合に予備電源が立ち上がるまでの間、補助電力装置によって不足電力を供給する（予備電源が起動しその出力が安定するまでの間電力供給を継続する）。それにより、主電源装置、予備電源装置の電力効率を落とすことなく、高電力効率の状態で電力を供給できるようにしている。

（実施例）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、ディスクアレイ装置の電源装置の例を示している。

同図に示すように、電源装置１は、主電源装置１０、主電源装置２０、予備電源装置３０、補助電源装置４０等を備えている。電源装置１は、各種の電源電圧を電力経路５０を介してディスクアレイ装置（６０，７０）に供給する。
主電源装置１０及び２０は、外部から供給される交流１００ボルト又は２００ボルト等の商用電源からディスクアレイ装置に必要な各種電源電圧を発生し、電力経路（電源配線）５０に供給する。予備電源装置３０は、例えば、商用電源に接続された蓄電池（二次電池）を含み、主電源装置１０及び２０のうち少なくともいずれかの電力供給が途絶えたときに、当該主電源装置に代わって電力経路５０に電源電圧を供給する。蓄電池は鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等各種の二次電池を使用することが出来る。

補助電源装置４０は、主電源装置１０及び２０のうち少なくともいずれかの電力供給に不具合が生じたときから予備電源装置３０から規定の電力供給が開始されるまでの間、電力経路５０に電源電圧を供給する。

電力経路５０には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）６０、ディスクアレイ・コントローラ７０等が接続され、各種電源電圧の供給を受けて動作する。
補助電源装置４０は、監視回路（あるいは検出回路）４１、充電回路４２、大容量コンデンサ４３、放電回路４４、制御回路４５を搭載する。

監視回路４１は、主電源装置１０、２０及び予備電源装置３０の出力状態を検出し、異常を検出すると制御回路４５へ異常出信号を発生する。充電回路４２は電力経路５０と大容量コンデンサ４３との接続機能（スイッチ）を備え、大容量コンデンサ４３を主電源装置１０及び２０の余剰電力を用いて充電する。充電回路４２は、大容量コンデンサ４３の充電量を調べ、充電が完了すると制御回路４５へＲＥＡＤＹ信号を発生する。放電回路４４は大容量コンデンサ４３と電力経路５０との接続機能（スイッチ）を備え、制御回路４５からの制御信号の供給に対応して大容量コンデンサ４３を電力経路５０に接続し、ハードディスク装置６０及びディスクアレイ・コントローラ７０に電源電圧を供給する。

制御回路４５は、監視回路４１から、主電源装置１０及び２０のうち少なくともいずれかの出力が途絶えたことを示す異常検出信号を受けると、予備電源装置３０を直ちに起動する。制御回路４５は同時に充電回路４４からの信号を確認し、ＲＥＡＤＹ状態であれば、放電回路３０に制御信号を送って放電を開始させる。また、制御回路４５は、監視回路４１から予備電源装置３０の出力電圧が立ち上がった出力検出信号を受けると、放電回路４４に制御信号を送って放電を停止させる。

このような構成によって、主電源装置１０又は２０から電力経路５０への電力供給に異常が生じると、直ちに補助電源４０から電力経路５０に給電が開始され、予備電源装置からの電力供給が立ち上がるまでの間の電力供給を行う。それにより、電力経路５０への給電が瞬断しあるいは供給電力量が低下することが回避される。

また、即応動作する補助電源をつなぎとして使用する。主電源装置１０及び２０を電力変換効率のよい状態で動作させ、いずれかの主電源装置の出力が停止したとき、他の主電源装置を電力変換効率のよい状態でそのまま動作させ、予備電源を起動して電力変換効率のよい状態に立ち上げる。この出力停止から立ち上げまでの間の不足電力を補助電源で補うことによって冗長化された電源装置の各部を電力変換効率の良い状態で運転することができ、電源装置全体として効率のよい運用を行うことができる。

（実施例の動作の説明）
次に、上述した電源装置における補助電源装置１の動作について更に図２のタイムチャートを参照して説明する。図２は横軸に時間軸、縦軸に各種信号の状態、各部の動作状態等を示している。

まず、使用者によって図示しない主電源スイッチがオンにされると、主電源装置１０及び２０が起動され、主電源装置１０及び２０の供給電力が電力経路５０を介してディスクアレイ装置（６０，７０）、補助電源装置４０等に与えられる。

図２の区間(a)において、供給電力が補助電源装置４０に与えられると、監視回路４１は主電源装置１０及び２０の出力電圧を監視し、出力電圧が予め定められた所定レベルを超えると検出信号を制御回路４５に与える。制御回路４５はこれに対応して充電許可信号を充電回路４２に出力する。充電回路４２は大容量コンデンサ４３を電力経路５０に接続し、主電源装置１０及び２０の余剰電力で大容量コンデンサ４３を充電する。

図２の区間(b)において、充電回路４２は大容量コンデンサ４３の充電量を監視し、充電が完了すると、ＲＥＡＤＹ信号を制御回路４５に供給する。これにより、制御回路４５は大容量コンデンサ４３の充電完了を知る（補助動作の準備完了）。監視回路４５は、主電源装置１０及び２０の出力電圧の監視（異常検出）を継続し、その結果を制御回路４０へ供給する。

図２の区間(c)において、主電源装置１０及び２０のうちいずれか一方の出力停止、例えば、主電源装置２０の出力停止あるいは出力電圧の予め定められた基準値以下への降下が発生する。これを監視回路４１が検出すると、監視回路４１は制御回路４５へ異常検出信号を供給する。制御回路４５は、予備電源３０へ起動信号(第１の指令信号)を供給すると共に放電回路４４へ放電開始信号(第２の指令信号)を供給する。それにより、補助電源装置４０の大容量コンデンサ４３は電源経路５０に接続され、主電源装置２０の出力低下分が補われる。また、制御回路４５は充電回路２０へ充電停止信号を供給し、充電を中止する。

図２の区間(d)において、予備電源装置３０が動作する。予備電源装置３０の出力電圧が立ち上がると監視回路４１がこれを検出する。出力電圧が予め定められた基準値を超えると監視回路４１は予備電源装置が安定稼働状態になったと判断して制御回路４５へＲＥＡＤＹ信号を供給する。制御回路４５は、放電回路４４へ放電停止信号を供給し大容量コンデンサ４３からの放電を停止する。また、制御回路４５は充電回路２０へ充電開始信号を供給し。大容量コンデンサ４３の充電を開始させる。

上述したように、本発明の実施例においては、主電源装置の他に補助電源装置及び予備電源を搭載している。補助電源装置は起動の応答が早く、予備電源は所定時間継続して電力を供給する電源容量を備える。これ等の電源装置を組み合わせることによって、商用電源が停電した場合であっても電気機器への電源供給の瞬断の発生が回避され、出力電圧の低下も抑制される。結果的に電源装置の電力変換効率を落とすことなく維持できる。また、補助電源装置が機能する時間（高効率電力変換する電力供給範囲）を狭めれば、回路規模を削減できる。補助電源装置の電力源を大容量コンデンサとしているので、短時間充電、長寿命、低環境負荷である。

（比較例）
図３は、本発明の実施例を説明するための比較例を示している。同図において、図１と対応する部分には同一符号を付しかかる部分の説明は省略する。

図３において、冗長化された電源装置１は主電源装置１０及び２０によって構成されている。主電源装置１０及び２０は、どちらか一方が停止した場合、他方の電源装置が停止した側の電力を補ってハードディスク６０及びディスクアレイ・コントローラ７０を稼動させる。

しかしながら、比較例の構成では一方が他方の供給電力を負担する構成であるため、供給電力量の広い範囲で電力変換効率を向上させようとすると、主電源装置１０及び２０の電力変換回路を簡易化できない。

本発明の実施例では、主電源装置の他に予備電源装置（二次電池）、補助電源装置（大容量キャパシタ）を備え、供給電力を補うので主電源装置１０及び２０の電力変換回路は比較的に簡易な構成ですむ。

以上説明したように、本願の発明によれば一つ又は複数の主電源装置の各々を電力変換効率のよい状態で動作させ、いずれかの主電源装置の出力が停止したとき、他の主電源装置を電力変換効率のよい状態でそのまま動作させ、予備電源を起動して予備電源装置を電力変換効率のよい状態に立ち上げる。この主電源の出力停止から予備電源装置の立ち上げ（あるいは出力の安定化）までの間の不足電力を補助電源で補うことによって冗長化された電源装置の各部を電力変換効率の良い状態で運転することができ、電源装置全体として効率のよい運用を行うことができる。

１０，２０ 主電源装置、３０ 予備電源装置、４０ 補助電源装置、４１ 監視回路、４２ 充電回路、４３ 大容量コンデンサ、４４ 放電回路、４５ 制御回路、５０ 電力経路、６０ハードディスク装置、７０ ディスクアレイ・コントローラ

Claims (3)

1. 電気機器に必要な電力を供給する冗長化された電源装置であって、
   外部から供給される交流電力を直流電力に変換して電力経路を介して前記電気機器に供給する複数の主電源装置と、
   外部から交流電力が供給される内部の直流電源から第１の指令信号に応じて直流電力を前記電力経路に供給する予備電源装置と、
   第２の指令信号に応じて内部の直流電源から直流電力を前記電力経路に供給する、前記予備電源装置よりも起動が速い補助電源装置と、
   前記主電源装置のいずれかに異常が発生した場合に前記第１及び第２の指令信号をほぼ同時に供給して、前記予備電源装置と前記補助電源装置を起動させ、前記予備電源装置の出力電圧が立ち上がるまでの間前記補助電源装置から前記電力経路に電力を供給させる制御部と、
   を備える電源装置。
2. 前記補助電源装置は、
   前記主電源装置及び前記予備電源装置の出力電圧を監視してその結果を前記制御部に出力する監視部と、
   直流電力を保持する大容量コンデンサと、
   前記主電源装置が出力する直流電力の一部を前記大容量コンデンサに導出する充電回路と、
   前記大容量コンデンサに蓄えられた直流電力を前記電気機器に導出する放電回路と、を備え、
   前記制御部は、前記主電源装置の異常に対応して前記放電回路を動作させ、前記予備電源装置の出力電圧の安定に対応して前記放電回路の動作を停止させる、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、更に、前記放電回路の動作を停止させた後、前記充電回路を動作させて前記大容量コンデンサの充電を開始させる、請求項２に記載の電源装置。

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