JP5583394B2

JP5583394B2 - サーバーの無停電電源装置

Info

Publication number: JP5583394B2
Application number: JP2009279900A
Authority: JP
Inventors: 正徳山下; 孝椛澤; 寿則本間
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011125123A; EP2333931A2; US20110133559A1; EP2333931A3

Description

本発明は、サーバーのサーバーケースに収納されて、停電時には所定の時間サーバーに電力を供給するサーバーの無停電電源装置に関する。

サーバーは、停電時に正常な動作を保証する必要がある。このことを実現するために、サーバーの外部に設置される無停電電源装置が開発されている（特許文献１参照）。この無停電電源装置は、鉛蓄電池などの二次電池を内蔵し、停電時には交流の商用電源に代わってサーバーに交流電力を供給する。したがって、この無停電電源装置は、サーバーの商用電源の入力側に接続されて、停電時に商用電源に変わって交流電力を出力する。このため、この無停電電源装置は、停電を検出すると二次電池の出力をＤＣ／ＡＣインバータで商用電源と同じ電圧の交流に変換して出力する。停電時には、二次電池から出力される電力は、ＤＣ／ＡＣインバータで交流に変換してサーバーに供給され、さらに、サーバーに内蔵される電源回路でもって、入力される交流を所定の電圧の直流に変換して電源ラインに供給している。この回路構成によると、二次電池の出力は、ＤＣ／ＡＣインバータと電源回路を介して電源ラインに供給されるので、二次電池から出力される電力の利用効率が相当に低くなる欠点がある。さらに、この無停電電源装置は、サーバーケースの外部に設置されるので、便利に使用できない欠点もある。

以上の欠点を解消するために、サーバーのサーバーケースの底部にセットできる無停電電源装置が開発されている（特許文献２参照）。

特許文献２の無停電電源装置は、内蔵する電池に充電される電力を交流に変換することなく、ＤＣ／ＤＣコンバータで電源ラインの直流電圧に変換して出力する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を直接にサーバーの電源ラインに供給して電池の利用効率を高くできる。この無停電電源装置は、サーバーの電源ラインの電圧よりも低い電圧の二次電池を備えるので、停電時には二次電池の電圧を昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧してサーバーの電源ラインに供給する必要がある。この回路構成によると、二次電池の電力効率が低下するばかりでなく、二次電池の放電電流が大きくなることから、放電ラインの電気抵抗を低抵抗な状態とする必要があって、電力を供給するラインを極めて太い配線とする必要があるなどの弊害が発生する。とくに、サーバーケースに収納される無停電電源装置は、電力効率をいかに高くできるかが極めて大切である。それは、二次電池の電力を効率よくサーバーに供給して、サーバーの動作時間を長くできることに加えて、停電時に発生する無停電電源装置の発熱を少なくできるからである。停電時における無停電電源装置の発熱は決して無視できない。たとえば、電力効率を９０％とする無停電電源装置が１ｋＷの電力を供給するとき、１００Ｗの電力が発熱に利用されて温度を上昇させる。さらに、停電時にはエアコンの動作が停止することから、サーバーと無停電電源装置の両方の発熱を有効に冷却できない状態となる。この状態で、サーバーを正常に動作させるために、無停電電源装置の発熱は極力少なくすることが要求される。とくに、サーバーケースに収納している無停電電源装置の発熱が大きくなると、これがサーバーを加熱してサーバーの安定な動作を保証できなくする。

特開２００６−４２４９５号公報特開２００３−３０９９３５号公報

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、サーバーのサーバーケースに収納しながら、停電時においてサーバーを安定に動作できるサーバーの無停電電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、二次電池から電力を供給する電源ラインの配線を簡単にしながら、二次電池から効率よくサーバーの電源ラインに電力を供給できるサーバーの無停電電源装置を提供することにある。
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、サーバーのサーバーケースに収納することで、便利に使用できるサーバーの無停電電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のサーバーの無停電電源装置は、サーバーのサーバーケースに収納され、かつサーバーの直流１２Ｖの電源ラインにＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されて、電源ラインの電力で充電され、かつ電源ラインに電力を供給する二次電池を備えている。この無停電電源装置は、サーバーの電源ラインに接続されて電源ラインの電圧を二次電池の充電電圧に昇圧する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと、この昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータで充電される定格電圧を１３Ｖ以上であって６０Ｖ以下とする二次電池と、この二次電池の電圧を電源ラインの電圧に降圧してサーバーの電源ラインに出力する降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータとを制御する充放電制御回路とを備えている。無停電電源装置は、サーバーに電力を供給する商用電源の停電状態において、二次電池の出力電圧が、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータでもって、サーバーの電源ラインの電圧に降圧して電源ラインに出力されて、サーバーを動作状態を保持する。さらにサーバーの無停電電源装置は、サーバーケースを構成するエンクロージャーの背面にできるスペースに設置可能としている。

以上の無停電電源装置は、サーバーのサーバーケースに収納して便利に使用できるにもかかわらず、停電時においてはサーバーを安定に動作状態にできる特徴がある。それは、二次電池の電圧をサーバーの電源ラインの１２Ｖよりも高くして、停電時には二次電池の電圧を降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して、サーバーの電源ラインに供給するからである。降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、二次電池から電源ラインに電力を供給する状態と、電力の供給を遮断する状態とを所定の周期で繰り返すことで、すなわち、二次電池と電源ラインとの間に接続しているスイッチング素子を所定の周期でオンオフに切り換えるデューティーをコントロールすることで、電源ラインに電力を供給できる。この状態で電力を供給する降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング素子をオンに切り換える状態で効率よく二次電池の電力を電源ラインに供給し、またスイッチング素子をオフに切り換えるタイミングで平均的に供給する電力をコントロールするので、二次電池から電源ラインに極めて効率よく電力を供給できる。すなわち、スイッチング素子をオンに切り換えるタイミングで、二次電池から電源ラインに供給されるときに発生する電力ロスは、スイッチング素子のオン抵抗のみであるから、スイッチング素子にオン抵抗の小さい素子を使用することで、二次電池から電源ラインに供給される電力ロスを極めて小さくできる。これに対して、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、二次電池から出力される電力をコイルに蓄え、あるいはトランスで昇圧して電源ラインに供給する必要がある。コイルに電力を蓄えて昇圧する回路構成にあっては、コイルに通電するタイミングでの電力ロスを０にできず、また、トランスで昇圧する回路構成にあっては、トランスの効率を１００％にできず、これ等が電力効率を低くする原因となる。

降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、極めて簡単な回路構成としながら、極めて効率よく二次電池の電力をサーバーの電源ラインに供給して電力効率を極めて高くできる。電力効率は、無停電電源装置が動作する状態での発熱量を特定する。電力効率を９０％とする無停電電源装置は、二次電池から出力される電力の１０％を発熱として温度を上昇させる。すなわち、電源ラインに供給されないで損失となる電力は、無停電電源装置を発熱させる電力に利用される。以上の無停電電源装置は、電力効率を極めて高くできることから、停電して二次電池からサーバーの電源ラインに電力を供給する状態での発熱量を少なくできる。このため、停電時にそれ自体でも発熱するサーバーを、無停電電源装置で加熱する熱エネルギを少なくして、サーバーを安定に動作できる。

さらに、以上の無停電電源装置は、二次電池から電力を供給する電源ラインの配線を簡単にしながら、二次電池から効率よくサーバーの電源ラインに電力を供給できる特徴も実現する。それは、二次電池の電圧を降圧してサーバーの電源ラインに供給するので、サーバーの電源ラインの電流よりも二次電池の放電電流を小さくできるからである。このことは、大電力のサーバーにとって特に大切である。それは、大電力のサーバーは、電源ラインの電流が大きく、二次電池の電流も大きくなるからである。たとえば、１ｋＷのサーバーは、１２Ｖの電源ラインに１００Ａ近い大電流が流れるので、二次電池の電圧を昇圧して供給する回路構成にあっては、さらに二次電池の電流が大きな電流となる。ところが、以上の無停電電源装置は、二次電池の電圧を電源ラインの電圧の２倍とすることで、二次電池の電流を電源ラインの電流の１／２と相当に低くできる。

さらに、以上の無停電電源装置は、二次電池の出力を交流に変換するのではなく、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータでサーバーの電源ラインの直流電圧に変換して出力するので、二次電池の出力をさらに効率よくサーバーに供給できる。このことは、無停電電源装置の発熱を少なくできることに加えて、二次電池でサーバーの動作時間を長くできる特徴も実現する。

さらにまた、以上の無停電電源装置は、二次電池の電圧を６０Ｖよりも低くしているので、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータや降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータの電子部品に高耐圧のスイッチング素子電子部品を使用する必要がなく、安価なパーツを使用しながら、電子部品自体の電力ロスを小さくして、電力効率を高くできる特徴も実現する。高耐圧の電子部品は、部品コストが高くなるばかりでなく、高耐圧な構造とするためにオン抵抗が大きくなって電力損失が大きくなる。

本発明のサーバーの無停電電源装置は、充放電制御回路が、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを、非停電時状態では非動作状態として、停電状態で動作状態に切り換えるように制御することができる。
以上の無停電電源装置は、停電しない状態で降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作しない状態とするので、この状態での無駄な電力消費を極めて少なくできる。

本発明のサーバーの無停電電源装置は、充放電制御回路が、サーバーから入力される停電信号を検出して、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換えることができる。
以上の無停電電源装置は、サーバーの停電信号で降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換えるので、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換えるための回路や配線を設ける必要がなく、サーバーのサーバーケースに簡単にセットしながら、停電しない状態での電力消費を削減できる特徴がある。

本発明のサーバーの無停電電源装置は、充放電制御回路が、商用電源の交流ラインに接続されて停電を検出する停電検出回路から有線または無線によって伝達される停電信号を検出して、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換えることができる。
以上の無停電電源装置は、商用電源の交流ラインに接続される停電検出回路でもって、商用電源の停電を瞬時に検出しながら、停電検出回路から有線または無線によって伝達される停電信号を充放電制御回路で検出して降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを速やかに動作状態に切り換えできる。

本発明のサーバーの無停電電源装置は、二次電池の定格電圧を、３０Ｖ以上であって５０Ｖ以下とすることができる。
以上の無停電電源装置は、二次電池の電圧を電源ラインの約３倍以上に高くするので、二次電池の電力をサーバーの電源ラインの電流の約１／３以下に少なくして、電源ラインの配線を簡単にできる特徴がある。また、５０Ｖよりも低くするので、電子部品を低圧の安価なものが使用でき、しかもオン抵抗を小さくして電力ロスをより高くできる。

本発明のサーバーの無停電電源装置は、二次電池を、ニッケル水素電池とリチウムイオン電池のいずれかからなる複数の素電池を直列に接続したものとすることができる。
以上の無停電電源装置は、小さく、軽くて充電容量の大きいニッケル水素電池やリチウムイオン電池を使用するので、サーバーのサーバーケースに収納しながら、大電流のサーバーの動作時間を長くできる。

本発明の一実施例にかかる無停電電源装置がセットされるサーバーの斜視図である。図１に示すサーバーの垂直断面図である。図１に示すサーバーのブロック図である。サーバーの他の一例を示すブロック図である。サーバーの他の一例を示すブロック図である。サーバーの他の一例を示すブロック図である。本発明の一実施例にかかる無停電電源装置の斜視図である。図７に示す無停電電源装置を背面から見た分解斜視図である。本発明の他の実施例にかかる無停電電源装置の斜視図である。図９に示す無停電電源装置を背面から見た分解斜視図である。本発明の他の実施例にかかる無停電電源装置の斜視図である。図１１に示す無停電電源装置を背面から見た分解斜視図である。本発明の他の実施例にかかる無停電電源装置の斜視図である。図１３に示す無停電電源装置を背面から見た分解斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのサーバーの無停電電源装置を例示するものであって、本発明は無停電電源装置の構造や回路構成を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１と図２に示すサーバー９０は、サーバーケース９１に複数のブレードサーバ５０とラックサーバ５１を脱着自在にセットしている。複数のブレードサーバ５０は、エンクロージャー４０に収納されて、エンクロージャー４０をサーバーケース９１に収納している。エンクロージャー４０は、複数のブレードサーバ５０を脱着自在にセットしており、その下部には、ブレードサーバ５０に電力を供給する複数の電源ユニット６０を脱着自在にセットしている。ラックサーバ５１は、サーバーケース９１の底部にを脱着自在にセットしている。無停電電源装置１０、２０、３０は、サーバー９０のブレードサーバ５０に代わって脱着自在にセットされ、あるいは電源ユニット６０に代わって脱着自在にセットされ、あるいは、ラックサーバ５１に代わってサーバーケース９１に脱着自在にセットされて、停電時にブレードサーバ５０やラックサーバ５１に電力を供給して所定の時間はサーバー９０を動作状態に保持する。無停電電源装置１０、２０、３０が、停電してからサーバー９０を動作状態に保持する時間は、サーバー９０を正常に終了処理できる時間よりも長く、たとえば２分間ないし１０分間とする。図１と図２のエンクロージャー４０は、ブレードサーバ５０を複数段、すなわち２段に収納して、各段に複数列にブレードサーバ５０を収納できるようにしている。さらに、図のエンクロージャー４０は、ブレードサーバ５０の下方に、複数の電源ユニット６０を水平方向に並べて収納できる構造としている。

図のサーバーケース９１は、複数のブレードサーバ５０をセットしている複数のエンクロージャー４０を脱着自在にセットできる構造としている。サーバーケース９１は、エンクロージャー４０の全ての位置にブレードサーバ５０を使用しないので、ブレードサーバ５０をセットしない部分に、ブレードサーバ５０に代わって無停電電源装置１０をセットできる。さらに、図のサーバーケース９１は、底部に複数のラックサーバ５１をセットできる構造としており、ラックサーバ５１に代わって無停電電源装置３０をセットしている。

サーバーケース９１にセットされる無停電電源装置１０、２０、３０の数は、停電状態でサーバー９０を所定の時間動作状態にできる個数に設定される。１台の無停電電源装置１０、２０、３０で停電後の所定の時間にわたって動作状態にできない場合は、複数の無停電電源装置１０、２０、３０をセットする。セットされる複数の無停電電源装置１０、２０、３０は並列に接続されて、サーバー９０に電力を供給して、サーバー９０を所定の時間動作状態とする。たとえば、消費電力を１ｋＷとするサーバーは、５００Ｗの無停電電源装置を少なくとも２台セットして、所定の時間動作状態にできる。

無停電電源装置１０、２０、３０は、ブレードサーバ５０または電源ユニット６０に代わってエンクロージャー４０に脱着自在にセットでき、あるいはラックサーバ５１に代わってサーバーケース９１に脱着自在にセットできる外装ケース１１、２１、３１と接続部１２、２２、３２とを備えている。接続部１２、２２、３２は、外装ケース１１、２１、３１をエンクロージャー４０やサーバーケース９１の所定の位置にセットする状態で、無停電電源装置１０、２０、３０をサーバー９０の電源ライン４３に接続する。

さらに、サーバーケース９１は、図２に示すように、セットされるブレードサーバ５０や電源ユニット６０に接続されるバスラインや通信ライン７や電源ライン４３等を設けているコネクトベイ４１を背面に備えている。サーバーケース９１の定位置にセットされるブレードサーバ５０や電源ユニット６０は、定位置にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される接続端子やコネクタからなる接続部５２、６２を設けており、この接続部５２、６２を介してコネクトベイ４１に接続される。したがって、ブレードサーバ５０や電源ユニット６０に代わってセットされる無停電電源装置１０、２０も、サーバーケース９１の定位置にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される接続部１２、２２を設けている。

図３は、サーバー９０のブロック図を示している。この図に示すサーバー９０は、入力される商用電源９５をブレードサーバ５０の電源ライン４３に供給する電源ユニット６０を備えている。電源ユニット６０は、入力される商用電源９５を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路６３と、このＡＣ／ＤＣ変換回路６３から出力される直流をブレードサーバ５０の電源ライン４３に供給する直流１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６４とを備えている。この図のサーバー９０は、ブレードサーバ５０に電源回路５３を内蔵しており、電源ユニット６０から供給される直流電圧を、ブレードサーバ５０に内蔵される負荷５５である内部の回路に最適な電圧に変換するサブＤＣ／ＤＣコンバータ５４を内蔵している。図のサーバー９０は、電源ユニット６０からブレードサーバ５０の電源ライン４３に供給する電圧を１２Ｖとし、ブレードサーバ５０は、この１２Ｖを５Ｖ、３．３Ｖ、１Ｖに変換するサブＤＣ／ＤＣコンバータ５４を内蔵している。図示しないが、ラックサーバ５１もブレードサーバ５０と同様の構造としており、電源ユニット６０からラックサーバ５１の電源ラインに供給される１２Ｖの電圧を、ラックサーバ５１に内蔵される負荷である内部の回路に最適な電圧に変換して供給している。

無停電電源装置１０、２０、３０は、充電できる二次電池１と、二次電池１の出力電圧をサーバー９０の電源ライン４３に供給できる直流電圧に降圧する降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２と、電源ライン４３の電圧を二次電池１の充電電圧に昇圧する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３と、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２と昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御する充放電制御回路４とを備えている。

二次電池１は、複数の素電池５を直列に接続して、定格電圧をサーバー９０の電源ライン４３の１２Ｖよりも高く、すなわち１３Ｖ以上であって６０Ｖよりも低くしている。二次電池１の定格電圧が１３Ｖよりも低いと、二次電池１の電圧を降圧してサーバー９０の電源ライン４３に供給できなくなり、反対に６０Ｖよりも高いと、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２や昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３に使用する電子部品に高耐圧の素子を使用する必要があって、電力損失が大きくなる。また、二次電池１は、電圧を高くすることで、サーバー９０の電源ライン４３に供給する平均電流を小さくできる。したがって、二次電池１の定格電圧は、好ましくは３０Ｖよりも高く、理想的には３５Ｖよりも高くする。この二次電池１は、サーバー９０の電源ライン４３に供給する平均電流を約１／３にできる。さらに、二次電池１の電圧は、好ましくは５０Ｖよりも低くして、使用する電子部品の耐圧を低くする。

二次電池１の素電池５には、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を使用する。二次電池１は、たとえば４００Ｗ〜２ｋＷの電力を、２分間ないし１０分間連続してサーバー９０の電源ライン４３に出力できる容量に設定される。

降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、二次電池１の出力をサーバー９０の電源ライン４３に供給できる電圧である１２Ｖに降圧して出力する。降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、１２Ｖ±０．５Ｖの範囲に設定される。図の無停電電源装置１０、２０、３０は、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に逆流を阻止するダイオード６を接続している。

昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、サーバー９０の電源ライン４３の１２Ｖの直流を二次電池１の充電電圧に昇圧して出力する。昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、出力電流を安定化する回路を内蔵している。素電池をニッケル水素電池とする二次電池を充電する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、定電流回路でもって、素電池の充電電流を所定の電流に制限する。素電池をリチウムイオン電池とする二次電池を充電する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータは、定電圧・定電流回路を内蔵して、二次電池の電圧上昇を制限しながら充電する。二次電池１を充電する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流は、電源ライン４３に電力を供給する降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流に比較して極めて小さく、たとえば０．５Ａ〜１Ａに設定される。二次電池１を時間をかけて充電できるからである。出力電流の小さい昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、小さくて発熱を少なくできる。

充放電制御回路４は、二次電池１の残容量を検出し、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御し、あるいは昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に設けている充電スイッチを制御して、二次電池１の残容量を常に設定範囲に保持する。時間が経過して二次電池１が放電されて残容量が設定範囲よりも小さくなると、充放電制御回路４は、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作状態とし、あるいは昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力側に接続している充電スイッチをオンに切り換えて、二次電池１を充電し、残容量が設定値になると昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を停止し、あるいは昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作状態としながら、充電スイッチをオフに切り換えて充電を停止する。充放電制御回路４は、たとえば、二次電池１の残容量を８０％〜１００％に保持するように、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作状態や充電スイッチを制御する。また、充放電制御回路４は、二次電池１の過放電を防止するように降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２も制御する。停電して、二次電池１を放電してサーバー９０に電力を供給する状態で、二次電池１の残容量が最低容量まで減少すると、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を停止して二次電池１の放電を停止する。

充放電制御回路４は、商用電源９５が停電したことを検出して、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換える。充放電制御回路４は、停電しない状態においては、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態としない。すなわち、非停電時において、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は非動作状態に保持される。動作状態にある降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、たとえ無負荷の状態にあっても相当な電力を消費する。たとえば、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２が、無負荷の状態において定格出力の２％の電力を消費するとしても、定格出力を５００Ｗとするものにあっては、無負荷の動作状態において１０Ｗ以上の電力を消費する。この電力は常に連続して消費されて無駄に電力を消費する。この弊害を防止するために、充放電制御回路４は、商用電源９５が停電して、サーバー９０の電源ユニット６０から電源ライン４３に１２Ｖの直流を出力できないときにのみ、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換える。動作状態に切り換えられた降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、二次電池１の出力を１２Ｖに降圧して、サーバー９０の電源ライン４３に供給して動作状態を保持する。

降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、商用電源９５が停電して、サーバー９０の電源ライン４３の電圧が低下したことを検出して、動作状態に切り換えられるのではない。充放電制御回路４は、サーバー９０から入力される停電信号で降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換える。サーバー９０は、商用電源９５の停電を瞬時に検出する停電検出回路６５を内蔵しており、停電したことを検出すると、無停電電源装置１０、２０、３０の充放電制御回路４に停電信号を出力する。充放電制御回路４は、サーバー９０から停電信号を入力するために、通信ライン７を介してサーバー９０に接続している。この無停電電源装置１０、２０、３０は、商用電源９５の停電を検出する必要がないので、商用電源９５の交流ライン９６に接続する必要がない。ただし、本発明の無停電電源装置は、充放電制御回路に商用電源の停電を検出する回路を設けて停電を検出することもできる。

さらに、無停電電源装置１０、２０、３０は、図４と図５に示すように、商用電源９５の交流ライン９６に接続されて停電を検出する停電検出回路９７から有線または無線で伝送される停電信号を充放電制御回路４で検出して、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換えることもできる。図の停電検出回路９７は、サーバー９０に内蔵されることなく、サーバー９０の外部において商用電源９５に直接に接続されて停電を検出する回路としている。この停電検出回路９７は、図示しないが、商用電源９５のコンセントにプラグを介して接続されて、商用電源９５の停電時には、商用電源９５が停電したことを検出して停電信号を出力する。停電検出回路９７からの停電信号は、図４に示すように、有線である通信ライン９８を介して無停電電源装置１０、２０、３０の充放電制御回路に入力し、あるいは、図５に示すように、無線信号として無停電電源装置１０、２０、３０の充放電制御回路４に伝送される。図５の無停電電源装置１０、２０、３０は、停電検出回路９７から送信される無線信号を受信する受信器９９を内蔵しており、この受信器９９で無線信号を受信して充放電制御回路４に入力している。ただ、停電検出回路９７から送信される無線信号は、図６に示すように、サーバー側であるコネクトベイ４１で受信した後、通信ライン７を介して無停電電源装置１０、２０、３０の充放電制御回路４に入力することもできる。以上の構造は、サーバー９０の外部に配設されて商用電源９５に直接に接続される停電検出回路９７で商用電源９５の停電を瞬時に検出して、停電検出回路９７から複数の無停電電源装置１０、２０、３０に停電信号を伝送する。

サーバー９０や充放電制御回路４は、商用電源９５の停電を速やかに検出して、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を速やかに動作状態に切り換える。商用電源９５が停電してサーバー９０の電源ユニット６０から電源ライン４３に１２Ｖの直流を出力できなくなると、電源ライン４３の電圧は次第に低下する。無停電電源装置１０、２０、３０は、停電して電源ライン４３の電圧が設定値まで低下するより先に降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換えて、電源ライン４３に電力を供給する。サーバー９０の電源ライン４３は、大容量の電解コンデンサ４４を接続しているので、停電しても瞬時には電圧が低下しない。電解コンデンサ４４によって、電源ライン４３の電圧が、設定電圧、すなわち、サーバー９０を正常に動作できる最低電圧に低下する以前に、充放電制御回路４が降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２を動作状態に切り換えて、二次電池１から電源ライン４３に電力を供給して、サーバー９０を停電後においても動作状態に保持する。停電して動作状態になった降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、二次電池１からサーバー９０の電源ライン４３に動作電力を供給する。この状態で、サーバー９０は終了処理などの所定の処理をして電源をオフに切り換える。二次電池１は、サーバー９０が終了処理などの所定の処理を完了するまで、電源ライン４３に動作電圧を供給する。サーバー９０が所定の処理を終了して電源をオフに切り換えた後、充放電制御回路４は、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を停止し、あるいは二次電池１の残容量が最低容量よりも少なくなると、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を停止する。

充放電制御回路４は、停電を検出した後は、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３も動作しない状態に切り換える。昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２に比較して出力が相当に小さいので、無負荷状態の消費電力は小さい。たとえば、３６Ｖの二次電池１を０．５Ａで充電する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、定格出力が１８Ｗと相当に小さい。このため、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３の無負荷における消費電力も相当に小さくなる。たとえば、無負荷で定格出力の５％の電力を消費するとしても、０．９Ｗの電力を消費するに過ぎない。ただ、この昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３が停電時に動作状態になると、わずかであっても電力を消費する。また、停電時には、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３が動作状態となって二次電池１を充電することはないので、充放電制御回路４は、停電を検出するときには、昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作しない状態に切り換える。ただ、停電してサーバー９０に電力を供給する時間は、たとえば２分間ないし１０分間と短いので、この間に昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作状態とすることもできる。

停電検出回路６５は、サーバー９０に内蔵されて、商用電源９５の停電を瞬時に検出する。図３に示すサーバー９０は、電源ユニット６０に停電検出回路６５を内蔵している。ただ、停電検出回路は、コネクトベイに内蔵することもできる。さらに、図４ないし図６に示すように、停電検出回路９７は、サーバー９０の外部において商用電源９５の交流ライン９６に接続して、商用電源９５の停電を瞬時に検出することもできる。停電検出回路６５、９７は、図示しないが、商用電源９５の交流を、積分回路又は微分回路でもって、商用電源９５に対して９０度位相のずれた変相信号とし、この変相信号と、交流電源である商用電源９５から入力される入力信号の両方を別々に二乗回路で二乗し、各々の二乗回路の出力を加算回路で加算することで、商用電源９５の停電を速やかに検出できる。
この停電検出回路６５、９７は、商用電源９５から入力される入力信号をωとするとき、以下の式を実現して、Ａ^２の電圧の直流を出力する。すなわち、交流を入力して直流を出力する。この式においてＡは、商用電源９５のピーク電圧となる。
（Ａｓｉｎω）^２＋（Ａｃｏｓω）^２＝Ａ^２が成立する。
この停電検出回路６５、９７は、商用電源９５が入力される状態では、加算回路が一定の直流電圧（Ａ^２）を出力するが、停電して商用電源９５の入力波形がサイン波からずれると、出力電圧が直ちに変化して、停電を検出できる。すなわち、入力される商用電源９５が所定の周期で所定の電圧となるサインカーブに沿って変化しているかどうかを瞬時に判定して停電を検出する。停電検出回路６５、９７は、商用電源９５が停電したことを検出すると、有線である通信ライン７、９８を介して、あるいは無線によって、無停電電源装置１０、２０、３０の充放電制御回路４に停電信号を伝達する。

図７と図８は、ブレードサーバ５０に代わって使用される無停電電源装置１０を示している。この無停電電源装置１０は、外装ケース１１の前方に、充放電制御回路を実装する回路基板（図示せず）と降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）と昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）とを内蔵し、後方に複数の素電池５からなる二次電池１を内蔵している。図の無停電電源装置２０は、複数の素電池５を上下２段に配置して収納している。この無停電電源装置１０は、多数の素電池５を収納して充電容量を大きくできる。このため、停電時に消費電力の大きい多数のブレードサーバ５０を、長い時間にわたって連続して動作状態に保持できる。この無停電電源装置１０は、図１と図２に示すように、エンクロージャー４０の上部にセットされるブレードサーバ５０に代わってセットされる。

図９と図１０は、電源ユニット６０に代わってセットされる無停電電源装置２０を示している。この無停電電源装置２０は、外装ケース２１の前方に、複数の素電池５からなる二次電池１を、後方に降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２と昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３とを内蔵している。充放電制御回路（図示せず）は、内蔵される回路基板２３に実装される。この無停電電源装置２０は、図１と図２に示すように、エンクロージャー４０の下部にセットされる電源ユニット６０に代わってセットされる。この無停電電源装置２０は、外装ケース２１の前面に冷却ファン２４を設けて、冷却ファン２４でもって内蔵する発熱部品、たとえば降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２や昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子のＦＥＴ、整流用のダイオード、二次電池１などに強制送風して冷却する。外装ケース２１は、前面の冷却ファン２４が吸入する空気、あるいは排気する空気を通過させる多数の貫通孔２６を前面パネル２５に設けている。

さらに、図の外装ケース２１は、前面に、エンクロージャー４０にロック状態でセットされるロックレバー２７を設けている。このロックレバー２７は、弾性金属板からなり、外装ケース２１の側面に係止フック２８を弾性的に突出させている。係止フック２８は、エンクロージャー４０に設けた係止部（図示せず）に係止されて、無停電電源装置２０が抜けるのを阻止する。この無停電電源装置２０は、ロックレバー２７を操作して、係止フック２８を外して、エンクロージャー４０から外すことができる。

以上の無停電電源装置１０、２０は、ブレードサーバ５０に代わって、あるいは電源ユニット６０に代わってエンクロージャー４０にセットされて、エンクロージャー４０に設けているコネクトベイ４１に接続される接続部１２、２２を設けている。接続部１２、２２は、外装ケース１１、２１の奥部に設けられて、エンクロージャー４０にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される。

図１１と図１２は、ラックサーバ５１に代わってブレードサーバケース９１の底部にセットされる無停電電源装置３０を示している。この無停電電源装置３０は、外装ケース３１の前方に、複数の素電池５からなる二次電池１を、後方に降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２と昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３とを内蔵している。充放電制御回路（図示せず）は、内蔵される回路基板３３に実装される。図の無停電電源装置３０は、複数の二次電池１を平面状に並べて配置して収納している。この無停電電源装置３０は、多数の二次電池１を収納して充電容量を大きくできる。このため、停電時に消費電力の大きい多数のブレードサーバ５０やラックサーバ５１を、長い時間にわたって連続して動作状態に保持できる。

さらに、図１２の無停電電源装置３０は、外装ケース３１の背面に冷却ファン３４を設けて、冷却ファン３４でもって内蔵する発熱部品、たとえば、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２や昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子のＦＥＴ、整流用のダイオード、二次電池１などに強制送風して冷却する。外装ケース３１は、背面の冷却ファン３４が吸入する空気、あるいは排気する空気を通過させる多数の貫通孔３６を前面パネル３５に設けている。この無停電電源装置３０は、内部の空気を冷却ファン３４で強制的に換気して、無停電電源装置３０の温度上昇を少なくできる。

図１に示すサーバー９０は、サーバーケース９１の底部に無停電電源装置３０をセットしているが、この無停電電源装置は、サーバーケースの上部であって、エンクロージャーの上方にセットすることも、サーバーケースの中間部であって、上下に配置される複数のエンクロージャーの間にセットすることもできる。

以上のサーバー９０は、ブレードサーバ５０や電源ユニット６０に代わって無停電電源装置１０、２０をセットし、あるいは、ラックサーバ５１に代わってサーバーケース９１に無停電電源装置３０をセットすることで、停電時に所定の時間は動作状態に保持できる。サーバー９０は、複数の無停電電源装置１０、２０、３０をセットして、停電時には、各々の無停電電源装置１０、２０、３０から、ブレードサーバ５０やラックサーバ５１の電源ライン４３に電力を供給して、動作状態に保持することができる。

さらに、サーバー９０は、図２の鎖線で示すように、エンクロージャー４０の背面にできるスペース４２に電源ユニット８０を設置することもできる。図のサーバー９０は、コネクトベイ４１の上のスペース４２に電源ユニット８０を設置するが、サーバーは、コネクトベイの配置によって、コネクトベイの下や横のスペースに電源ユニットを配置することもできる。この電源ユニット８０は、定位置にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される接続端子やコネクタからなる接続部８２を設けており、この接続部８２を介してコネクトベイ４１に接続される。このサーバー９０は、背面のスペース４２に、電源ユニット８０を脱着自在にセットし、また、この電源ユニット８０に代わって無停電電源装置７０をセットすることができる。

図１３と図１４は、サーバーケース９１の背面であって、コネクトベイ４１の上のスペース４２に電源ユニット８０に代わってセットされる無停電電源装置７０を示している。この無停電電源装置７０は、外装ケース７１の前後に二次電池１と降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２及び昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３を内蔵している。充放電制御回路（図示せず）は、内蔵される回路基板７３に実装される。さらに、この無停電電源装置７０は、外装ケース７１の前面（サーバーケース９１の背面側）に冷却ファン７４を設けて、冷却ファン７４でもって内蔵する発熱部品、たとえば降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ２や昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子のＦＥＴ、整流用のダイオード、二次電池１などに強制送風して冷却する。外装ケース７１は、前面の冷却ファン７４が吸入する空気、あるいは排気する空気を通過させる貫通孔７６を前面パネル７５に設けている。

さらに、図の外装ケース７１は、前面に、エンクロージャー４０にロック状態でセットされるロックレバー７７を設けている。このロックレバー７７は、弾性金属板からなり、外装ケース７１の上面に係止フック７８を弾性的に突出させている。係止フック７８は、エンクロージャー４０に設けた係止部（図示せず）に係止されて、無停電電源装置７０が抜けるのを阻止する。この無停電電源装置７０は、ロックレバー７７を操作して、係止フック７８を外して、エンクロージャー４０から外すことができる。

この無停電電源装置７０も、電源ユニット８０に代わってサーバーケース９１の定位置にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される接続部７２を設けている。接続部７２は、外装ケース７１の奥部に設けられて、エンクロージャー４０にセットされる状態で、コネクトベイ４１に接続される。サーバー９０は、電源ユニット８０に代わって無停電電源装置７０をセットすることで、停電時に所定の時間は動作状態に保持できる。サーバー９０は、複数の無停電電源装置７０をセットして、停電時には、各々の無停電電源装置７０から、ブレードサーバ５０やラックサーバ５１の電源ライン４３に電力を供給して、動作状態に保持することができる。
なお、図１３及び図１４では、厚みのある板状である箱型の無停電電源装置７０において、一側面を下側にして配置しているが、一平面（図１４における背面）を下側に配置して、換言すれば、図１３及び図１４の状態より９０度回転した状態で、スペース４２に設定することもできる。

１…二次電池
２…降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ
３…昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ
４…充放電制御回路
５…素電池
６…ダイオード
７…通信ライン
１０…無停電電源装置
１１…外装ケース
１２…接続部
２０…無停電電源装置
２１…外装ケース
２２…接続部
２３…回路基板
２４…冷却ファン
２５…前面パネル
２６…貫通孔
２７…ロックレバー
２８…係止フック
３０…無停電電源装置
３１…外装ケース
３２…接続部
３３…回路基板
３４…冷却ファン
３５…前面パネル
３６…貫通孔
４０…エンクロージャー
４１…コネクトベイ
４２…スペース
４３…電源ライン
４４…電解コンデンサ
５０…ブレードサーバ
５１…ラックサーバ
５２…装着部
５３…電源回路
５４…サブＤＣ／ＤＣコンバータ
５５…負荷
６０…電源ユニット
６２…装着部
６３…ＡＣ／ＤＣ変換回路
６４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
６５…停電検出回路
７０…無停電電源装置
７１…外装ケース
７２…接続部
７３…回路基板
７４…冷却ファン
７５…前面パネル
７６…貫通孔
７７…ロックレバー
７８…係止フック
８０…電源ユニット
８２…装着部
９０…サーバー
９１…サーバーケース
９５…商用電源
９６…交流ライン
９７…停電検出回路
９８…通信ライン
９９…受信器

Claims

サーバーのサーバーケースに収納され、かつ前記サーバーの直流１２Ｖの電源ラインにＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されて、電源ラインの電力で充電され、かつ電源ラインに電力を供給する二次電池を備えるサーバーの無停電電源装置であって、
前記サーバーの電源ラインに接続されて電源ラインの電圧を二次電池の充電電圧に昇圧する昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと、この昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータで充電される定格電圧を１３Ｖ以上であって６０Ｖ以下とする二次電池と、この二次電池の電圧を電源ラインの電圧に降圧してサーバーの電源ラインに出力する降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータと降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータとを制御する充放電制御回路とを備え、
前記サーバーに電力を供給する商用電源の停電状態において、前記二次電池の出力電圧が、前記降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータでもって、前記サーバーの電源ラインの電圧に降圧して電源ラインに出力されて、前記サーバーを動作状態を保持するようにしており、
前記サーバーケースを構成するエンクロージャーの背面にできるスペースに設置可能としてなることを特徴とするサーバーの無停電電源装置。
前記充放電制御回路が、前記降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを、非停電時状態では非動作状態として、停電状態で動作状態に切り換えるように制御する請求項１に記載されるサーバーの無停電電源装置。
前記充放電制御回路がサーバーから入力される停電信号を検出して、前記降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換える請求項２に記載されるサーバーの無停電電源装置。
前記充放電制御回路が、商用電源の交流ラインに接続されて停電を検出する停電検出回路から有線または無線によって伝達される停電信号を検出して、前記降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータを動作状態に切り換える請求項２に記載されるサーバーの無停電電源装置。
前記二次電池の定格電圧が３０Ｖ以上であって５０Ｖ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載されるサーバーの無停電電源装置。
前記二次電池が、ニッケル水素電池とリチウムイオン電池のいずれかからなる複数の素電池を直列に接続してなる請求項１ないし５のいずれかに記載されるサーバーの無停電電源装置。