JP6908664B2 - 電源ユニットホールドアップ時間を延長するためのシステムおよび方法 - Google Patents

電源ユニットホールドアップ時間を延長するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
〔フィールド〕本開示はコンピュータサーバシステムに一般に関連し、より詳細には、コンピュータサーバシステムにおける電源に関する。
〔背景〕
現代のサーバファームまたはデータセンタは典型的には様々なアプリケーションサービスに対する処理ニーズを処理するために、多数のサーバを使用する。各サーバは様々な動作を処理し、これらの動作を維持するためにあるレベルの電力消費を必要とする。これらのオペレーションのいくつかは「ミッションクリティカル」オペレーションであり、これらのオペレーションへの中断はこれらのオペレーションに関連するユーザの重大なセキュリティ侵害または収益損失につながる可能性がある。
しかしながら、データセンタへのＡＣ電力の過渡的な変動は予測不可能であり得る。例えば、電力中断は商用電力グリッドで発生する可能性があり、商用電力グリッドは典型的には気象条件（例えば、暴風雨および洪水）、機器の故障、および主要なスイッチング動作に弱い長い送電線を利用する。
したがって、入力電力が遮断されると、サーバシステムの電源は、ホールドアップ時間内に特定の電圧範囲を有する出力を維持する必要がある。ホールドアップ時間は、入力電力中断中にリセットまたはリブートすることなく、サーバシステムが実行し続けることができる時間の量である。
従来の電源ユニット（ＰＳＵ）には２つのコンバータ段があり、１つはブーストコンバータ、２つ目はフォロイングコンバータである。第１のブーストコンバータは、入力源を安定した、より高い電圧源へ変換する。前記より高い電圧源は、ホールドアップ時間中に電力を供給するための一次コンデンサンスタンクとして働く一次コンデンサを充電する。フォロイングコンバータ段は、高電圧を電力システムに必要な低電圧出力電圧源へ変換する。一次エネルギータンクコンデンサに蓄積されたエネルギーＵ＝Ｃ（ｄＶ２）／２は、インプットソースがターンオフされると、ホールドアップ時間の間、対応するサーバシステムを支持することができる。しかしながら、ブースタコンバータはＰＳＵの全体的な効率を低下させるだけでなく、一次エネルギータンクコンデンサは大きな高電圧静電容量を必要とし、これは電源ユニット内の限られたスペースの大部分を占める。さらに、高電圧静電容量は高価である。最後に、一次コンデンサは出力常駐所要電力のために、そのキャパシタンス格納容量の３０％しか供給できないので、非効率的である。
例えば、ＴＷ特許公報ＴＷ２０１９１４１８４（Ａ）は絶縁された高ブーストコンバータを有する電力装置を提供し、直列接続されたバッテリのためのバランスモジュールが、再生可能エネルギー供給の不安定性の問題を解決するために提示されている。パワーデバイスは、昇圧コンバータモジュールと、電池ユニットと、複数の内部バランスモジュールと、外部バランスモジュールと、検出ユニットと、制御ユニットとを含む。昇圧コンバータモジュールは、電源に電気的へ接続された一次側モジュールと、出力負荷に電気的へ接続された二次側モジュールとを含む。バッテリユニットは、複数のバッテリモジュールを含む。内秤モジュールは、電池モジュールにそれぞれ電気的に接続されている。外部バランスモジュールは、電池モジュール間に電気的に接続される。検出部は、電池ユニットに電気的に接続されている。制御ユニットは、検出ユニット、昇圧コンバータモジュール、各内部バランスモジュール、および外部バランスモジュールに電気的に接続される。バッテリユニットは、出力負荷に並列に電気的に接続される。
〔概要〕
本開示の様々な例に係るシステムおよび方法は、サーバシステムにおいて改善された電源ユニット（ＰＳＵ）を提供することによって、上述の問題を解決する。前記ＰＳＵは、フォワードコンバータ、降圧コンバータ、スイッチボックス、およびオプションボックスを備える。前記フォワードコンバータはトランスを含む。前記トランスの一次巻線は前記ＰＳＵの入力に結合され、前記トランスの二次巻線は前記ＰＳＵの出力に結合される。前記フォワードコンバータの２つ以上の構成要素は、前記降圧コンバータが使用可能にされたときに前記降圧コンバータの機能をサポートするために前記降圧コンバータと共有される。前記スイッチボックスは、電力スイッチデバイスと、前記フォワードコンバータへ接続されたコントローラとを備える。前記トランスの二次巻線側の二次エネルギータンクコンデンサに蓄積された当該エネルギーは、ＰＳＵへの入力電力が遮断されるホールドアップ時間中にサーバシステムの電力消費をサポートすることができる。
いくつかの実施形態では、前記降圧コンバータは、前記トランスの二次巻線に結合された第１の二次側トランジスタと、電力トランジスタと、インダクタと、出力コンデンサと、降圧コントローラ（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ）と、を備える。前記第１のトランジスタ、前記インダクタ、および前記出力コンデンサは、前記フォワードコンバータと共有される。前記降圧コンバータは、前記トランスの二次巻線側の二次エネルギータンクコンデンサを前記ＰＳＵの出力電圧へ変換する。前記コンデンサタンクは、前記降圧コンバータによって９０％の容量の電力を供給することができる。
いくつかの実施形態では、スイッチボックスは、コントローラスイッチをさらに備える。前記コントローラスイッチは、前記降圧コンバータの前記降圧コントローラへ接続され、前記ＰＳＵへの入力電圧が遮断されたと判定することへ応答して前記降圧コンバータを使用可能にするように構成される。使用可能にされた前記降圧コンバータは、二次エネルギータンクコンデンサと前記ＰＳＵの出力との間の放電経路を使用可能にする。それは、二次エネルギータンクコンデンサをＰＳＵの安定した出力電圧（例えば、１２Ｖ）へ変換することができる。
いくつかの実施形態では、前記フォワードコンバータは、前記トランスの１次巻線へ接続された第１の１次側トランジスタと、前記トランスの２次巻線へ接続された第２の２次側トランジスタと、およびフォワードコントローラ（たとえば、ＰＷＭコントローラ）とを、前記インダクタ、前記第１の２次側トランジスタ、および前記出力コンデンサを含む降圧コンバータと共有される構成要素とともに、さらに備える。
いくつかの実施形態では、スイッチボックスのコントローラスイッチは、ＰＳＵの入力電圧が正常な状態にあるかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態では、フォワードコントローラは、ＰＳＵの入力電圧が正常に動作するかどうかを判定し、判定をコントローラスイッチへ送信することができる。
本開示の一態様に係る、電源ユニット（ＰＳＵ）の二次エネルギータンクコンデンサを充放電するための方法が提供される。コンピュータ実装の方法はＰＳＵの入力電圧を監視する工程を含み、前記ＰＳＵは、トランスと、降圧コンバータと、コントローラスイッチと、トランスの二次巻線に結合された二次エネルギータンクコンデンサとを備えるスイッチボックスとを備えるフォワードコンバータを備える。入力電圧が正常な状態にある場合、コンピュータ実装の方法はエネルギータンクに結合された降圧コンバータを使用不能にし、オプションボックスへの補助供給によって充電経路を介して二次エネルギータンクコンデンサを充電する。オプションボックスは補助電源が高電圧を直接供給する場合にはスイッチとすることができ、補助電源が低電圧を供給する場合には低電力ブーストコンバータとすることができる。入力電圧が遮断状態にある場合、本方法は二次エネルギータンクに結合された降圧コンバータを使用可能にし、降圧コンバータを介してＰＳＵの出力に二次エネルギータンクコンデンサを放電させる。
本開示の別の態様に係る、命令を格納する非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体が提供される。命令はコンピューティングシステムのプロセッサによって実行されるとき、プロセッサに、コンピューティングシステムの電源ユニット（ＰＳＵ）の入力電圧を監視することを含む動作を実行させ、ＰＳＵは、トランスと、降圧コンバータと、コントローラスイッチと、トランスの二次巻線に結合された二次エネルギータンクコンデンサとを備えるスイッチボックスとを備えるフォワードコンバータを備える。入力電圧が正常な状態にある場合、コンピュータ実装の方法は二次エネルギータンクに結合された降圧コンバータを使用不能にし、オプションボックスへの補助供給によって充電経路を介して二次エネルギータンクコンデンサを充電する。オプションボックスは補助電源が高電圧を直接供給する場合にはスイッチを備えることができ、補助電源が低電圧を供給する場合には低電力ブーストコンバータを備えることができる。入力電圧が遮断状態にある場合、本方法は二次エネルギータンクに結合された降圧コンバータを使用可能にし、降圧コンバータを介してＰＳＵの出力に二次エネルギータンクコンデンサを放電させる。
本開示のさらなる特徴および利点は以下の説明に記載され、一部はこの説明から明らかであるか、または本明細書に記載される原理の実地によって学習され得る。本発明の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された手段および組み合わせによって実現され、得られる。
〔図面の簡単な説明〕
本開示ならびにその利点および図面は添付の図面を参照しながら、模範的な実施形態の以下の説明からより良く理解されるであろう。これらの図面は模範的な実施形態のみを示し、したがって、様々な実施形態または特許請求の範囲に対する限定と見なされるべきではない。
図１Ａ（先行技術）は、従来の電源ユニット（ＰＳＵ）を示す概略ブロック図である。
図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る、ＰＳＵのトランスの二次巻線に結合された二次エネルギータンクコンデンサを有する模範的なＰＳＵを示す概略ブロック図である。
図２は、本開示の一実施形態に係る、コンピューティングシステムにおけるＰＳＵの二次エネルギータンクコンデンサを充放電するための模範的な方法である。
図３は、本開示の様々な例に係る模範的なシステムを示す。
図４は、本開示の様々な例に係る模範的なシステムを示す。
〔詳細な説明〕
本開示は、多くの異なる形態で具現化することができる。代表的な実施形態を図面に示し、本明細書で詳細に説明する。これらの実施形態は本開示の原理の例または図であるが、その広い態様を限定することを意図しない。その程度まで、例えば、要約書、概要、および詳細な説明のセクションに開示されているが、請求項の範囲に明示的に記載されていない要素および限定は単独でまたは集合的に、含意、推論、またはその他によって、請求項の範囲に組み込まれるべきではない。本発明の詳細な説明の目的のために、特に断りのない限り、単数形は複数形を含み、逆もまた同様であり、「含む」という語は「限定なしに含む」を意味する。さらに、「約」、「ほぼ」、「実質的に」、「近似的に」などの近似の語は本明細書では例えば、「at」、「near」、または「nearly at」、または「３〜５％以内」、または「許容可能な製造公差内」、またはそれらの任意の論理的組合せを意味するように使用することができる。
本開示の様々な例は、コンピューティングシステムにおける電源ユニット（ＰＳＵ）の二次エネルギータンクコンデンサを充放電するためのシステムおよび方法を提供する。ＰＳＵは、フォワードコンバータと、降圧コンバータと、スイッチボックスと、オプションボックスとを備える。フォワードコンバータはトランスを含む。トランスの一次巻線はＰＳＵの入力に結合される一方、トランスの二次巻線はＰＳＵの出力に結合される。フォワードコンバータの２つ以上の構成要素は、降圧コンバータが使用可能にされたときに降圧コンバータの機能をサポートするように降圧コンバータと共有される。スイッチボックスは、電力スイッチと、フォワードコンバータへ接続されたコントローラとを備える。オプションボックスは、補助電源が高電圧を直接供給する場合にはスイッチとすることができ、補助電源が低電圧を供給する場合には低電力ブーストコンバータとすることができる。
図１Ｂは、本開示の実施形態に係る、補助電源または外部電源からの電圧を供給するオプションボックスの、二次エネルギータンクコンデンサＣ５を有する模範的なＰＳＵ１００Ｂを示す概略ブロック図である。この例では、ＰＳＵ１００Ｂは、入力電力１０１へ接続された入力キャパシタＣ４と、フォワードコンバータ１０５と、降圧コンバータ１０６と、スイッチボックス１０７と、オプションボックス１０８とを備える。図１Ａの従来のＰＳＵ１００Ａとは異なり、ＰＳＵ１００Ｂは、ブーストコンバータ１０２、およびＰＳＵ１００Ａのフォワードコンバータ１０４へ接続された高価なエネルギータンク１０３を必要とせず、ブーストコンバータ１０２は、コンデンサＣ１、インダクタＬ１、トランジスタＱ１、ブーストコントローラＸ１およびダイオードＤ２を備える。エネルギータンク１０３は、コンデンサＣ２を備える。フォワードコンバータ１０４は、コンデンサＣ３、インダクタＬ２、トランジスタＱ２、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４、トランスＴ１およびフォワードコントローラＸ２を含む。トランジスタＱ２、トランジスタＱ３およびトランジスタＱ４はゲートＧ、ドレインＤおよびソースＳを有し、したがって、模範的なＰＳＵ１００Ｂは、従来のＰＳＵ１００Ａと比較して、より効率的でより安価な解決策を提供する。
図１Ｂの例では、スイッチボックス１０７は、降圧コンバータ１０６へ接続されたコントローラスイッチＸ４を備え、オプションボックス１０８の二次エネルギータンクコンデンサＣ５へ接続されている。スイッチボックス１０７は、オプションボックス１０８のオプションコントローラＸ５へ接続されている。コントローラスイッチＸ４は、コントローラおよび電力スイッチ（今図示される）を備える。前記コントローラはフォワードコンバータ１０５から信号を受信し、コントローラスイッチＸ４の電力スイッチをオン／オフする。コントローラスイッチＸ４の電力スイッチがオンにされると、二次エネルギータンクコンデンサＣ５からのエネルギーは降圧コンバータ１０６を通過してＰＳＵ１００Ｂの出力に至る。
二次エネルギータンクコンデンサＣ５は、オプションボックス１０８を通じて補助電源または外部電源の分だけより高い電圧として充電される。オプションボックス１０８は補助電源が高電圧を直接供給する場合にはスイッチを備えることができ、または補助電源が低電圧を供給する場合には低電力ブーストコンバータとすることができる。したがって、低電力ブーストコンバータは、このような補助電源からの低電圧を、二次エネルギータンクコンデンサＣ５を充電するための高電圧へ変換する。
フォワードコンバータ１０５は、トランスＴ２と、前記トランスＴ２の一次巻線へ接続された第１の一次側トランジスタＱ５と、前記トランスＴ２の二次巻線へ接続された第２の二次側トランジスタＱ７と、フォワードコントローラＸ２（例えば、ＰＷＭコントローラ）とを、インダクタＬ３、第１の二次側トランジスタＱ８、および出力コンデンサＣ６を含む降圧コンバータ１０６と共有される構成要素と共に備える。前記フォワードコントローラＸ２は、第１の一次側トランジスタＱ５、第１の二次側トランジスタＱ８、第２の二次側トランジスタＱ７、およびコントローラスイッチＸ４へ接続され、第１の一次側トランジスタＱ５、第２の二次側トランジスタＱ７、および第１の二次側トランジスタＱ８は、ゲートＧ、ドレインＤ、およびソースＳを有する。
降圧コンバータ１０６は、第１の二次側トランジスタＱ８および第２の二次側トランジスタＱ７へ接続された電力トランジスタＱ６と、降圧コントローラＸ３（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ）とを、インダクタＬ３、第１の二次側トランジスタＱ８、および出力コンデンサＣ６を含む、フォワードコンバータ１０５と共有される構成要素と共に備える。降圧コントローラＸ３は、コントローラスイッチＸ４へ接続されている。電力トランジスタＱ６は、ＰＳＵ１００Ｂの出力への二次エネルギータンクコンデンサＣ５のための放電経路を提供し、電力トランジスタＱ６は、ゲートＧ、ドレインＤ、およびソースＳを有する。
この例では、コントローラスイッチＸ４は、フォワードコンバータ１０５のフォワードコントローラへ接続されており、入力電力１０１が正常に動作しているか否かを判定することができる。入力電力１０１が正常に動作する場合、コントローラスイッチＸ４は降圧コントローラＸ３を使用不能にし、二次エネルギータンクコンデンサＣ５、第２の二次側トランジスタＱ７、および電力トランジスタＱ６をブロックすることができる。
しかしながら、入力電力１０１が異常に動作する場合には、コントローラスイッチＸ４は降圧コンバータ１０６を使用可能にすることができる。使用可能にされた降圧コンバータ１０６は、電力トランジスタＱ６、第１の二次側トランジスタＱ８、インダクタＬ３および出力コンデンサＣ６を含む放電経路を介して、二次エネルギータンクコンデンサＣ５の放電経路をＰＳＵ１００Ｂの出力へ提供する。前記放電経路を介して、二次エネルギータンクコンデンサＣ５はＰＳＵ１００Ｂの低出力電圧（例えば、１２Ｖ）へ変換され得る。
図１Ｂに示したように、改善されたＰＳＵ１００Ｂは、高電力ブーストコンバータを必要とせず、トランスの一次巻線へ接続された高価な大容量高電圧エネルギータンクも必要とせず、ホールドアップ時間中、対応するコンピューティングシステムに高効率で低コストの解決策を提供することができる。
図２は、本開示の実施形態に係る、コンピューティングシステムにおけるＰＳＵの二次エネルギータンクコンデンサを充放電するための模範的な方法２００である。模範的な方法２００は単に例示の目的のために提示されており、本開示に従った他の方法は同様のまたは代替の順序で、あるいは並行して実行される追加の、より少ない、または代替のステップを含み得ることを理解されたい。模範的な方法２００は図１Ｂに示すように、前記ＰＳＵの入力の入力電圧を監視することによってステップ２０２で開始する。いくつかの実施形態では、ＰＳＵは、フォワードコンバータ、降圧（buck）コンバータ、およびスイッチボックスを備える。前記フォワードコンバータは、トランスと、前記トランスの一次巻線へ接続された第１の一次側トランジスタと、前記トランスの二次巻線へ接続された第２の二次側トランジスタと、フォワードコントローラとを、インダクタ、第１の二次側トランジスタ、および出力コンデンサ、を含む前記降圧コンバータを用いて共有されるコンポーネントと共に、備える。前記トランスの一次巻線は前記ＰＳＵの入力に結合され、一方前記トランスの二次巻線は前記ＰＳＵの出力に結合される。スイッチボックスは、電力スイッチと、前記フォワードコンバータへ接続されたコントローラと、を含む。オプションボックスは、補助電源が高電圧を直接供給する場合にはスイッチとすることができ、補助電源が低電圧を供給する場合には低電力ブーストコンバータとすることができる。
ステップ２０４において、コントローラスイッチは、図１Ｂに示すように、ＰＳＵの入力電圧が正常状態にあるかどうかを判定することができる。いくつかの実施形態では、フォワードコントローラはＰＳＵの入力電圧が正常に動作するかどうかを判定し、次いで、判定をコントローラスイッチへ送信することができる。
ステップ２０６において、入力電圧が正常状態にある場合、コントローラスイッチは、ＰＳＵの降圧コンバータを使用不可能にする（disenable）ことができる。ステップ２０８において、フォワードコンバータ１０５は図１Ｂに示すように、出力へ必要な電力を送達するように使用可能にされ（enabled）、オプションボックスを介した補助電源または外部電源を介して二次エネルギータンクコンデンサを充電する。
ステップ２１０において、入力電圧が異常な状態にある場合。ステップ２１２において、コントローラスイッチは、ＰＳＵの降圧コンバータを使用可能にすることができる。ステップ２１４において、コントローラスイッチは図１Ｂに示すように、降圧コンバータを介して二次エネルギータンクコンデンサをＰＳＵの出力へ放電させることができる。
図３〜図４に示されるような模範的なシステムおよびネットワークの簡単な導入説明が、本明細書に開示される。これらの変動は種々の実施例が記載されるように、本明細書中に記載される。ここで、本開示は図３を参照する。
図３は、コンピューティングシステムの構成要素がシステムバス３０２を使用して互いに電気的に通信する模範的なシステム３００を示す。システム３００は処理ユニット（ＣＰＵまたはプロセッサ）３３０と、システムメモリ３０４（例えば、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）３０６およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３０８）およびプロセッサ３３０を含む様々なシステム構成要素を結合するシステムバス３０２とを含む。システム３００は、プロセッサ３３０に直接接続されているか、近接しているか、またはプロセッサ３３０の一部として統合されている高速メモリのキャッシュを含み得る。システム３００はプロセッサ３３０による迅速なアクセスのために、メモリ３０４および／またはストレージデバイス３１２からキャッシュ３２８へデータをコピーすることができる。このようにして、前記キャッシュはデータを待っている間に、プロセッサ３３０にパフォーマンスブーストを提供することができる。これらおよび他のモジュールは、様々なアクションを実行するようにプロセッサ３３０を制御するか、または制御するように構成され得る。他のシステムメモリ３０４も同様に使用可能である。メモリ３０４は、異なる性能特性を有する複数の異なるタイプのメモリを含み得る。プロセッサ３３０は、任意の汎用プロセッサと、ストレージデバイス３１２に組み込まれたモジュール１ ３１４、モジュール２ ３１６、およびモジュール３ ３１８などのハードウェアモジュールまたはソフトウェアモジュールとを含み得る。ハードウェアモジュールまたはソフトウェアモジュールはソフトウェア命令が実際のプロセッサ設計に組み込まれる専用プロセッサと同様に、プロセッサ３３０を制御するように構成される。プロセッサ３３０は本質的に、複数のコアまたはプロセッサ、バス、メモリコントローラ、キャッシュなどを含む完全に自給式のコンピューティングシステムとすることができる。マルチコアプロセッサは、対称であっても非対称であってもよい。
システム３００とのユーザ対話を可能にするために、入力装置３２０が入力機構として提供される。入力装置３２０は、スピーチ用のマイクロフォン、ジェスチャまたはグラフィック入力用のタッチセンシティブスクリーン、キーボード、マウス、モーション入力などを備えることができる。いくつかの例では、マルチモーダルシステムがユーザがシステム３００と通信するために複数のタイプの入力を提供することを可能にすることができる。この例では、出力デバイス３２２も設けられている。通信インターフェース３２４は、ユーザ入力およびシステム出力を制御および管理することができる。
ストレージデバイス３１２は、コンピュータによってアクセス可能なデータを格納するための不揮発性メモリとすることができる。ストレージデバイス３１２は、磁気カセット、フラッシュメモリカード、ソリッドステートメモリデバイス、デジタル多用途ディスク、カートリッジ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３０８、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３０６、およびそれらのハイブリッドであり得る。
コントローラ３１０は、ＢＭＣ（ベースボード管理コントローラ）のような、システム３００上の特殊なマイクロコントローラまたはプロセッサとすることができる。場合によっては、コントローラ３１０はインテリジェントプラットフォーム管理インターフェース（ＩＰＭＩ）の一部であり得る。さらに、場合によっては、コントローラ３１０はシステム３００のマザーボードまたはメイン回路基板上に組み込まれ得る。コントローラ３１０は、システム管理ソフトウェアとプラットフォームハードウェアとの間のインターフェースを管理することができる。コントローラ３１０はまた、以下でさらに説明するように、コントローラまたは周辺コンポーネントなどの様々なシステムデバイスおよびコンポーネント（内部および／または外部）と通信することができる。
コントローラ３１０は通知、警告、および／またはイベントに対する特定の応答を生成し、リモートデバイスまたはコンポーネント（例えば、電子メールメッセージ、ネットワークメッセージなど）と通信して、自動ハードウェア回復手順などのための命令またはコマンドを生成することができる。管理者はまた、以下でさらに説明するように、特定のハードウェア回復手順または動作を開始または実行するために、コントローラ３１０と遠隔通信することができる。
コントローラ３１０はまた、コントローラ３１０によって受信されたイベント、アラート、および通知を管理および維持するためのシステムイベントログコントローラ、および／またはストレージを含み得る。例えば、コントローラ３１０またはシステムイベントログコントローラは１つ以上のデバイスおよびコンポーネントからアラートまたは通知を受信し、システムイベントログ格納コンポーネント内にアラートまたは通知を維持することができる。
フラッシュメモリ３３２は、ストレージ、および／またはデータ転送のためにシステム３００によって使用することができる電子不揮発性コンピュータ記録媒体またはチップとすることができる。フラッシュメモリ３３２は、電気的に消去および／または再プログラムすることができる。フラッシュメモリ３３２は例えば、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラマブルリードオンリメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ）、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、またはＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を含み得る。フラッシュメモリ３３２はシステム３００が最初に電源投入されたときに、システム３００によって実行されるファームウェア３３４を、ファームウェア３３４に指定された１組のコンフィギュレーションと共に格納することができる。フラッシュメモリ３３２は、ファームウェア３３４によって使用されるコンフィギュレーションを格納することもできる。
ファームウェア３３４は、ＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）またはＵＥＦＩ（Unified Extensible Firmware Interface）などの基本入出力システムまたは同等物を含み得る。ファームウェア３３４はシステム３００が起動されるたびに、シーケンスプログラムとしてロードされ、実行されることができる。ファームウェア３３４はコンフィギュレーションのセットに基づいて、システム３００内に存在するハードウェアを認識し、初期化し、テストすることができる。ファームウェア３３４は、システム３００上で、ＰＯＳＴ（Power-on-Self-Test）などの自己テストを実行することができる。この自己試験は、ハードディスクドライブ、光学読取装置、冷却装置、メモリモジュール、拡張カードなどの様々なハードウェア構成要素の機能性を試験することができる。ファームウェア３３４はオペレーティングシステム（ＯＳ）を格納するために、メモリ３０４、ＲＯＭ３０６、ＲＡＭ ３０８、および／またはストレージデバイス３１２内の領域をアドレス指定し、割り振ることができる。ファームウェア３３４はブートローダおよび／またはＯＳをロードし、システム３００の制御をＯＳに与えることができる。
システム３００のファームウェア３３４は、ファームウェア３３４がシステム３００内の様々なハードウェア構成要素をどのように制御するかを定義するファームウェアコンフィギュレーションを含み得る。ファームウェアコンフィギュレーションは、システム３００内の様々なハードウェア構成要素が開始される順序を判定することができる。ファームウェア３３４は、ファームウェアデフォルトコンフィギュレーションにおけるパラメータとは異なり得る、様々な異なるパラメータが設定されることを可能にする、ＵＥＦＩなどのインターフェースを提供することができる。例えば、ユーザ（例えば、管理者）はファームウェア３３４を使用して、クロックおよびバス速度を指定し、どの周辺機器がシステム３００へ接続されているかを定義し、動作パラメータの閾値（例えば、ファン速度およびＣＰＵ温度限界）を設定し、および／またはシステム３００の全体的な性能および電力使用に影響を及ぼす様々な他のパラメータを提供することができる。ファームウェア３３４はフラッシュメモリ３３２において格納されているとして例示されている一方、通常の技能を有する当業者は、ファームウェア３３４は、メモリ３０４またはＲＯＭ３０６など、他のメモリ構成要素において格納され得ることを容易に認識するであろう。
システム３００は、１つ以上のセンサ３２６を含み得る。１つ以上のセンサ３２６は例えば、１つ以上の温度センサ、サーマルセンサ、酸素センサ、化学センサ、ノイズセンサ、熱センサ、電流センサ、電圧検出器、空気流量センサ、流量センサ、赤外線温度計、熱流束センサ、温度計、高温計などを含み得る。１つ以上のセンサ３２６は例えば、バス３０２を介して、プロセッサ３３０、キャッシュ３２８、フラッシュメモリ３３２、通信インターフェース３２４、メモリ３０４、ＲＯＭ３０６、ＲＡＭ ３０８、コントローラ３１０、およびストレージデバイス３１２と通信することができる。１つ以上のセンサ３２６は、集積回路間（Ｉ２Ｃ）、汎用出力（ＧＰＯ）などの１つ以上の異なる手段を介してシステム内の他の構成要素と通信することもできる。システム３００上の異なる種類のセンサ（例えば、センサ３２６）は、冷却ファン速度、電力状態、オペレーティングシステム（ＯＳ）状態、ハードウェア状態などのパラメータをコントローラ３１０に報告することもできる。ディスプレイ３３６はコントローラ３１０および／またはプロセッサ３３０によって実行されるアプリケーションに関連するグラフィックスを提供するために、システム３００によって使用され得る。
図４は、説明された方法または動作を実行する際とき、およびグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を生成および表示するときに使用され得るチップセットアーキテクチャを有する模範的なシステム４００を示す。システム４００は、開示された技術を実施するために使用することができるコンピュータハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアを含み得る。システム４００は、識別された演算を実行するように構成されたソフトウェア、ファームウェア、およびハードウェアを実行することができる様々な物理的および／または論理的に別個のリソースを表すプロセッサ４１０を含み得る。プロセッサ４１０は、プロセッサ４１０への入力およびプロセッサ４１０からの出力を制御することができるチップセット４０２と通信することができる。この例では、チップセット４０２がディスプレイなどの出力デバイス４１４に情報を出力し、（例えば、磁気媒体およびソリッドステート媒体を含み得る）ストレージデバイス４１６に情報を読み書きすることができる。チップセット４０２はまた、ＲＡＭ４１８からデータを読み取り、ＲＡＭ４１８にデータを書き込むことができる。様々なユーザインターフェースコンポーネント４０６とインターフェースするためのブリッジ４０４が、チップセット４０２とインターフェースするように、提供され得る。ユーザインターフェースコンポーネント４０６は、キーボード、マイクロフォン、タッチ検出および処理回路、ならびにマウスなどのポインティングデバイスを含み得る。
チップセット４０２はまた、異なる物理インターフェースを有することができる１つ以上の通信インターフェース４０８とインターフェースすることができる。そのような通信インターフェースは、有線および無線ローカルエリアネットワーク、ブロードバンド無線ネットワーク、およびパーソナルエリアネットワークのためのインターフェースを含み得る。さらに、マシンはユーザインターフェースコンポーネント４０６を介してユーザから入力を受け取り、プロセッサ４１０を使用してこれらの入力を解釈することによって、ブラウジング機能などの適切な機能を実行することができる。
さらに、チップセット４０２は、電源投入時にシステム４００によって実行され得るファームウェア４１２と通信することもできる。ファームウェア４１２はファームウェアコンフィギュレーションのセットに基づいて、システム４００内に存在するハードウェアを認識し、初期化し、テストすることができる。ファームウェア４１２は、システム４００上でＰＯＳＴなどの自己試験を実行することができる。自己テストは、様々なハードウェアコンポーネント４０２〜４１８の機能をテストすることができる。ファームウェア４１２はＯＳを格納するためにメモリ４１８内の領域をアドレス指定し、割り当てることができる。ファームウェア４１２はブートローダおよび／またはＯＳをロードし、システム４００の制御をＯＳに与えることができる。場合によっては、ファームウェア４１２がハードウェアコンポーネント４０２〜４１０および４１４〜４１８と通信することができる。ここで、ファームウェア４１２は、チップセット４０２を介して、および／または１つ以上の他のコンポーネントを介して、ハードウェアコンポーネント４０２〜４１０および４１４〜４１８と通信することができる。いくつかの場合においては、ファームウェア４１２は、ハードウェアコンポーネント４０２〜４１０および４１４〜４１８と直接通信することができる。
図３の模範的なシステム３００および図４の模範的なシステム４００は２つ以上のプロセッサ（例えば、３３０、４１０）を有することができ、またはより大きな処理能力を提供するために一緒にネットワーク化された演算装置のグループまたはクラスタの一部であることができることを理解されたい。
本出願で使用されるように、用語「構成要素」、「モジュール」、「システム」などは、ハードウェア（たとえば、回路）、ハードウェアとソフトウェアの組合せ、ソフトウェア、または１つ以上の特定の機能を有する動作マシンに関連するエンティティのいずれかのコンピュータ関連エンティティを一般に指す。例えば、構成要素はプロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）、プロセッサ、物体、実行ファイル、実行スレッド、プログラム、および／またはコンピュータ上で実行されるプロセスであってもよいが、これらに限定されない。例として、コントローラ上で実行されるアプリケーションは、コントローラと同様に、構成要素であり得る。１つ以上の構成要素はプロセスおよび／または実行スレッド内に常駐することができ、構成要素は、１つのコンピュータ上にローカライズされ、および／または２つ以上のコンピュータ間に分散され得る。さらに、「装置」は、特別に設計されたハードウェア、ハードウェアが特定の機能を実行することを可能にするソフトウェアの実行によって特殊化された汎用ハードウェア、コンピュータ読み取り可能な媒体上に格納されたソフトウェア、またはそれらの組合せの形態で入手することができる。
本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」、および「the」は文脈が明らかにそわないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。さらに、用語「含んでいる」、「含む」、「有している」、「有する」、「伴う」、またはそれらの変形が詳細な説明および／または特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「備える」と同様に包括的であることが意図される
別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるような用語は関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるべきではない。
本発明の様々な実施形態が上述されてきたが、それらは限定ではなく、単に例として提示されてきたことを理解されたい。本発明を、１つ以上の実施形態に関して図示し、説明してきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、同等の変更および修正が想起されるか、または他の当業者に知られるのであろう。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は任意の所与のまたは特定のアプリケーションに対して所望され、有利であり得るように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物に従って定義されるべきである。
従来の電源ユニット（ＰＳＵ）を示す概略ブロック図である。 本開示の一実施形態に係る、ＰＳＵのトランスの二次巻線に結合された二次エネルギータンクコンデンサを有する模範的なＰＳＵを示す概略ブロック図である。 本開示の一実施形態に係る、コンピューティングシステムにおけるＰＳＵの二次エネルギータンクコンデンサを充放電するための模範的な方法である。 本開示の様々な例に係る模範的なシステムを示す。 本開示の様々な例に係る模範的なシステムを示す。

Claims (5)

  1. 電源ユニット（ＰＳＵ）であって、
    トランスと、前記トランスの一次巻線へ接続された第１の一次側トランジスタと、前記トランスの二次巻線の第１の端子へソース端子が接続された第２の二次側トランジスタと、フォワードコントローラと、第１の二次側トランジスタ、インダクタ、および出力コンデンサ、を含む複数の共有コンポーネントと、を備えるフォワードコンバータであって、前記第１の二次側トランジスタのドレイン端子が前記インダクタの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのソース端子が前記出力コンデンサの第２の端子へ接続され、前記インダクタの第２の端子が前記出力コンデンサの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタの前記ドレイン端子と前記インダクタの前記第１の端子が前記第２の二次側トランジスタのドレイン端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタの前記ソース端子と前記出力コンデンサの前記第２の端子が前記トランスの前記二次巻線の第２の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのゲート端子が前記フォワードコントローラの第１の端子へ接続される、フォワードコンバータと、
    パワートランジスタと、前記パワートランジスタのゲート端子へ接続された降圧コントローラと、前記第１の二次側トランジスタ、前記インダクタ、および前記出力コンデンサ、を含む前記複数の共有コンポーネントと、を備える降圧コンバータであって、前記第１の二次側トランジスタの前記ドレイン端子と前記インダクタの前記第１の端子が前記パワートランジスタのソース端子へ接続される、降圧コンバータと、
    前記フォワードコントローラの第２の端子、前記降圧コントローラ、および前記パワートランジスタのドレイン端子へ接続されたコントローラスイッチ、を備えるスイッチボックスと、
    オプションコントローラと、前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチへ接続された二次エネルギータンクコンデンサと、を備えるオプションボックスと、を備え、
    前記トランスの前記一次巻線は前記ＰＳＵの入力に結合され、前記トランスの前記二次巻線は前記ＰＳＵの出力に結合され、
    前記フォワードコントローラは、前記ＰＳＵの入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、前記コントローラスイッチに判定を送信し、
    前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵの前記入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、
    前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵへの前記入力電圧が正常な状態にあると判定することへ応答して、前記降圧コンバータの前記降圧コントローラを使用不能にし、前記パワートランジスタをブロックするように構成される、
    電源ユニット。
  2. 前記コントローラスイッチは、オプションボックスを含む充電経路を介して、二次エネルギータンクコンデンサを充電するようにさらに構成される、請求項１に記載のＰＳＵ。
  3. 電源ユニット（ＰＳＵ）のエネルギータンクを充放電する方法であって、
    前記ＰＳＵは、フォワードコンバータと、降圧コンバータと、スイッチボックスと、オプションボックスと、を備え、
    前記フォワードコンバータはトランス、前記トランスの一次巻線に接続された第１の一次側のトランジスタ、フォワードコントローラ、及び第２の二次側トランジスタを備え、前記降圧コンバータはパワートランジスタを備え、前記スイッチボックスはコントローラスイッチを備え、前記オプションボックスは二次エネルギータンクコンデンサを備え、前記フォワードコンバータの前記トランスの二次巻線の第１の端子は前記第２の二次側トランジスタのソース端子へ接続され、前記第２の二次側トランジスタのドレイン端子は前記降圧コンバータの前記パワートランジスタのソース端子へ接続され、前記降圧コンバータの前記パワートランジスタのドレイン端子は前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチの第１の端子へ接続され、前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチの第２端子は前記オプションボックスの二次エネルギータンクコンデンサの第１の端子へ接続され、前記ＰＳＵの入力電圧はトランスフォーマーの前記一次巻線側に印加され、

    前記方法は、
    前記ＰＳＵの入力電圧を監視するステップと、
    前記入力電圧が異常な状態にある場合、前記降圧コンバータを使用可能にするステップと、
    放電経路を介して前記二次エネルギータンクコンデンサを前記ＰＳＵの出力へ放電させるステップを含み、
    前記放電経路は、前記パワートランジスタと、フォワードコンバータの複数の共有コンポーネントの第１の二次側トランジスタ、前記フォワードコンバータの前記複数の共有コンポーネントのインダクタ、及び前記フォワードコンバータの前記複数の共有コンポーネントの出力コンデンサを介した、前記ＰＳＵの前記出力への経路であり、前記オプションボックスの前記二次エネルギータンクコンデンサの第２の端子は前記出力コンデンサの第２の端子に接続され、
    前記フォワードコンバータは、前記複数の共有コンポーネントを前記降圧コンバータと共有し、
    前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵの前記入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、
    前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵへの前記入力電圧が正常な状態にあると判定することへ応答して、前記降圧コンバータの降圧コントローラを使用不能にし、前記パワートランジスタをブロックするように構成され、
    フォワードコントローラは、前記ＰＳＵの前記入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、前記コントローラスイッチに判定を送信し、
    前記第１の二次側トランジスタのドレイン端子が前記インダクタの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのソース端子が前記出力コンデンサの第２の端子へ接続され、前記インダクタの第２の端子が前記出力コンデンサの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタの前記ドレイン端子と前記インダクタの前記第１の端子が前記第２の二次側トランジスタのドレイン端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのソース端子と前記出力コンデンサの前記第２の端子が前記トランスの前記二次巻線の第２の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのゲート端子が前記フォワードコントローラへ接続される方法。
  4. 請求項３に記載の方法であって、さらに、
    前記入力電圧が正常な状態にある場合、前記降圧コンバータを使用不能にするステップと、
    前記オプションボックスの充電経路を介して前記二次エネルギータンクコンデンサを充電するステップと、を含む方法。
  5. コンピューティングシステムの少なくとも１つのプロセッサによって実行されるとき、前記コンピューティングシステムに、
    フォワードコンバータと、降圧コンバータと、スイッチボックスと、オプションボックスと、を備えるＰＳＵの入力電圧を監視するステップと、
    前記入力電圧が異常状態である場合、二次エネルギータンクコンデンサに結合された前記降圧コンバータを使用可能にするステップと、
    前記降圧コンバータを含む放電経路を介して前記ＰＳＵの出力に前記二次エネルギータンクコンデンサを放電させるステップと、を含む動作を実行させる命令を含む非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体であって、
    前記オプションボックスは二次エネルギータンクコンデンサを備え、前記二次エネルギータンクコンデンサは補助電源または外部電源に結合され、前記フォワードコンバータはトランス、前記トランスの一次巻線に接続された第１の一次側トランジスタ、フォワードコントローラ、第２の二次側トランジスタおよび複数の共有コンポーネントを備え、前記複数の共有コンポーネントは第１の二次側トランジスタ、インダクタ及び出力コンデンサを含み、前記降圧コンバータはパワートランジスタを備え、降圧コントローラは前記パワートランジスタのゲート端子に接続され、前記スイッチボックスはコントローラスイッチを備え、前記トランスの二次巻線の第１の端子は前記第２の二次側トランジスタのソース端子へ接続され、前記第２の二次側トランジスタのドレイン端子は前記降圧コンバータの前記パワートランジスタのソース端子へ接続され、前記降圧コンバータの前記パワートランジスタのドレイン端子は前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチの第１の端子へ接続され、前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチの第２の端子は前記オプションボックスの前記二次エネルギータンクコンデンサの第１の端子へ接続され、前記オプションボックスの前記二次エネルギータンクコンデンサの第２の端子は前記出力コンデンサの第２の端子に接続され、前記ＰＳＵの前記入力電圧は前記トランスの前記一次巻線側に印加され、
    前記スイッチボックスの前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵの前記入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、
    前記コントローラスイッチは、前記ＰＳＵへの前記入力電圧が正常な状態にあると判定することへ応答して、前記降圧コンバータの降圧コントローラを使用不能にし、前記パワートランジスタをブロックするように構成され、
    前記フォワードコントローラは、前記ＰＳＵの前記入力電圧が正常に動作するかどうかを判定するように構成され、前記コントローラスイッチに判定を送信し、
    前記第１の二次側トランジスタのドレイン端子が前記インダクタの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのソース端子が前記出力コンデンサの第２の端子へ接続され、前記インダクタの第２の端子が前記出力コンデンサの第１の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタの前記ドレイン端子と前記インダクタの前記第１の端子が前記第２の二次側トランジスタのドレイン端子と前記パワートランジスタの前記ソース端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタの前記ソース端子と前記出力コンデンサの前記第２の端子が前記トランスの前記二次巻線の第２の端子へ接続され、前記第１の二次側トランジスタのゲート端子が前記フォワードコントローラへ接続される
    非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体。
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