JPH05503201A - 可変直流負荷を持つコンピュータの平衡した３相交流電源用の装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ７、可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続される 平衡電力供給装置てあり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の交／直流変換器と、 （ｂ）各交／直流変換器の入力を３相交流電源の１つの相、中性線および大地に 電気結合する装置であり、その結果３相交流電源の各相が３個の交／直流変換器 の内の１個だけに電気結合される前記装置と、（Ｃ）各交／直流変換器の出力口 に電気結合される入力口と可変直流負荷に電気結合される出力口とをおのおのの 持つ第１および第２直／直流変換器と、（ｄ）おのおの入力口と出力口とを持つ 第３および第４直／直流変換器と、（ｅ）第４直／直流変換器の入力口を第２直 ／直流変換器の出力口および直／直流電位の２次源に電気結合する装置と、（ｆ ）第３直／直流変換器の入力口を第２直／直流変換器および直流電位の２次源に 電気結合する装置と、 （ｇ）第３および第４直／直流変換器の出力口を可変直流負荷に電気結合する装 置とを含む、ことを特徴とする平衡側供給装置。

８．３個の交／直流変換器は高力率修正回路をさらに含む、ことを特徴とする請 求項７記載の発明。

９、直流電位の２次源を供給する装置はバッテリを含む、ことを特徴とする請求 項７記載の発明。

】０．可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続され る平衡電力供給装置であり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の高力率修正回路と、 （ｂ）各高力率修正回路の入力口を３相交流電源の１つの相、中性線および大地 に電気結合する装置で、その結果３相交流電力回路の各相が３個の交／直流変換 器の内の１個にのみ結合される前記装置と、（Ｃ）各高力率修正回路を復帰およ び各可変直流負荷に電気結合する装置とを含む、ことを特徴とする平衡電力供給 装置。

１１、可変直流負荷を持つコンピュータ・システムを冗長駆動するときに３相交 流電力供給装置に接続される平衡電力供給装置である。

（ａ）高電圧電力修正回路と入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を 発生させる出力口とを持つ３つの出力モジュールと、（ｂ）各電力モジュールの 入力口を、３相交流電源のすへての３つの相、中性線および大地に電気結合する 装置と、 （Ｃ）各可変直流負荷か少なくとも２つの電力モジュールの出力口に電気結合さ れるように、各電力モジュールの出力口を可変直流負荷に電気結合する装置とを 含む、ことを特徴とする平衡電力供給装置。

１２、可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続され る平衡電力供給装置であり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の高力率修正回路と、 （ｂ）３相交流電源の各相が３個の高力率修正回路の１個だけに電気結合される ように、３相交流電源の１つの相、中性線および大地に各高力率修正回路の入力 を電気結合する装置と、 （Ｃ）おのおの各高力率修正回路の出力口に電気結合される入力口と、可変直流 負荷に電気結合される出力口とを持つ第１および第２直／直流変換器と、（ｄ） おのおの入力口と出力口とを持つ第３および第４直／直流変換器と、（ｅ）第４ 直／直流変換器の入力口を第２直／直流変換器の出力口および直流電位の２次源 に電気結合する装置と、 （ｆ）第３直／直流変換器の入力口を第３直／直流変換器の出力口および直流電 位の第２源に電気結合する装置と、 （ｇ）第３および第４直／直流変換器の出力口を可変直流負荷に電気結合する装 置とを含む、ことを特徴とする平衡電力供給装置。

＋３．直流電位の第２源を供給する装置かバッテリを含む、ことを特徴とする請 求項１２記載の発明。

明細書 可変直流負荷を持つコンピュータの平衡した３相交流電源用の装置 発明の背景 大部分の大形コンピュータは３相交流電力で作動する。１．８〜２．４５ＫＶＡ 以上を消費するシステムては、３相交流電力の使用はしばしば、公益会社の要求 条件である。３相交流電カシステムは、欠陥耐性コンピュータの設計にも役立つ 。

１つの相かビルディング・ラインの乱れまたはサーキット・ブレーカのトリ・ン プにより失われるとき、コンピュータ・システムは残りの２つの相を用いて制限 された作動を継続することかある。

３相電カシステムでは、３つの交流電圧の位相和がゼロであったり、換言すれば 電源装荷が平衡されることか望ましい。この条件はしばしば、公益会社の要求条 件である。過去において、コンピュータ技師たちは、電源の負荷を平衡させるた めに、コンピュータ回路の直流負荷のアーキテクチャまたは配列に依存した。

負荷は、電源の各位相の負荷が等しいように配列される。つまり、電源の負荷を 平衡させるために、負荷自体を平衡させることが必要であった。この要求条件は 、全コンピュータのシステムの設計に際してコンピュータ技師に利用できるコン ピュータ・メモリおよび論理回路の組合せならびに配列を制限する。

電源の平衡装荷を維持することは、電力分配機器設計に関する要求をも減少させ る。交流電源の装荷が負平衡にされると、中性線には不平衡な正味の、非ゼロ電 流が流れる。変圧器および電線のような電力分配構成部品は、この電流を位相電 流と共に取扱う適当なサイズでなければならない。典型的な３相電カシステムは 、正弦波でも事実上交流電源の電圧装荷と同位相でもない電流波形の装荷を課す 電流調波を発生させる。電力分配システム自体は、これらのハイ・ニュートラル 電流に適応するようなサイズでなければならず、その結果電力システム構成品の 製造コストが増大してエネルギー利用の効果が低下する。

設計の柔軟性および構成部品の費用減少を与えるほか、コンピュータ電源シス形 成する。コンピュータのサービス時の損失は、コンピュータを毎日使用する多く の企業、銀行、航空会社、工場なとの作動効率を著しく妨げる。そのような場合 、コンピュータ全体の作動を止める必要なしに、故障した部品を除去できるよう なモジュール構造のコンピュータを作ることか望ましい。荷重の平衡を保つよう な部品の構成に依存する電源を含むコンピュータ・システムでは、サービスのた めに電源の構成部品または一部を除去すると、不平衡負荷を生じることになる。

発明の概要 本発明は、可変、不平衡直流負荷に電力を供給する平衡３相交流電源システムを 開示する。このシステムにより、コンピュータの設計はより大きな柔軟性か得ら れる。さらに、本発明は電源または電力供給システムの一部か不具合またはサー ビスのために失われるときにコンピュータが作動し続ける手段を開示している。

最後に、本発明は負荷を平衡させる一方、高力率修正回路（ＨＰＦＣ）の挿入に より交流電源のｒｍｓ電流装荷を減少させる手段を開示している。この特徴は、 動分配システムのハードウェアの費用およびコンピュータ・システムの運用費を 削減する。

本発明の１つの実施例では、ＣＰＵキャビネット電力システムにおいて説明した 通り、３台の交／直流変換器はおのおの、３相交流電源の１つの別個な位相を直 流電圧に変換する。これらの直流出力電圧は事実上等しい。直流負荷回路は、各 ３個の交／直流変換器に接続される。つまり、交流電源の装荷は平衡される。

この実施例は、おのおの全３個の交／直流変換器に接続される２台の別な直／直 流変換器を経て二重プロセッサを作動させることによって故障耐性が得られる。

交流電力の１つの相が失われると、２台の直／直流変換器のうちの１つが止まっ て第２の直／直流変換器が乗時機能して二重組のプロセッサの１つが作動する。

本発明のもう１つの面により、入／出力キャビネット動システムに利用される通 り、交流源の全３相はおのおの交流電力の各相を変換する３つの交／直流変換器 を含む３つの各動モジュールに入力する。したがって、１つの相か失われるとき に各電力モジュールによるバルク直流電圧出力は、すべての３相が利用できると きの出力の２／３である。正常な作動中、各電力モジュールに置かれる負荷体、 モジュールの定格容量の２／３に過ぎない。つまり、１つの相が失われるとき、 システムは完全に作動し得る状態を保つ。さらに、各直流負荷は２個の電力モジ ュールに接続される。つまり、電力モジュールはコンピュータの作動を中断せず にサービスのために取りはずすことができる。

本発明のなおもう１つの面により、本発明は高力率修正回路（ＨＰＦＣ）を利用 して、交流電力の各相をバルク直流電圧に変換する。ＨＰＦＣは正弦波であって 事実上電圧出力と同位相である交流電源に電流装荷波形を課す。この特徴により 、電源のｒｍｓ電流需要を減少するとともに電流調波をも減少する。それによっ て、コンピュータ・システムの作動に要する全ボルト・アンペアは減少され、そ の結果より低漠格の電力分配システム機器費用とより低い運用費用か得られる。

本発明の他の特徴および利点は、好適実施例が付図に関して詳細に示される下記 の説明から明白になると思う。

図面の簡単な説明 第１図は、ＣＰＵキャビネット電力システムの機能ブロック図である。

第２図は、高力率修正回路により交流電源に課せられた電流および電圧装荷波形 のグラフである。

第３図は、ＣＰＵキャビネット電力システムに利用される直／直流変換器の機能 ブ０ツク図である。

第４図は、入／出力キャビネット電力システムの機能ブロック図である。

第５図は、入／出力キャビネット電力システムに含まれる電力モジュールの機能 ブロフク図である。

好適実施例の詳細な説明 図面において、同様な参照数字は数枚の図面を通して同一または対応する部品を 示す。第１図は、本発明の１つの実施例、すなわちＣＰＵキャビネ、ト電カッス テムの機能ブロック図である。この実施例では、電力分配ユニット１０は３相交 流源１２、中性線１４および大地１６に接続される。電力分配ユニツト１０は、 いろいろな回路保護ディバイスを含む。これらのディバイスには、過電流保護、 トランジェント抑制、電磁干渉フィルタおよび回路温度保護フトロール用の諸層 位相は１つのＨＰＦＣに入力する。各ＨＰＦＣの入力は、中性線１４および大地 １６にも接続される。

この実施例では、電力分配ユニット１０の出力は、システム・ブロワ２０にも接 続される。システム・ブロワ２０は、コンピュータ・システムの論理回路を冷却 するために空気を循環させる。電力分配ユニット１０には、システム・ブロワ２ ０用の過電流保護回路も含まれている。

各ＨＰＦＣ１８は、交流側の入力を直流バルク電圧に変換する。直流バルク電圧 は２２ａ−ｃにより運ばれて事実上相等しい。ＨＰＦＣは、正弦波でありかつ交 流電源１２により電圧出力２４と事実上同位相である電流装荷波形を課す。

第２図参照。それによって、調波を生じる特定ののピーク電流において、ｒｍｓ 　を流装荷は大幅に減少される。ｒｍｓ電流装荷の減少は、スイッチおよび変圧 器のような電力分配構成部品を作る装置もサイズが減少される。それによって全 開システム費用は大幅に減少される。ＨＰＦＣｌ　８の出力は復帰ライン２５に も接続されている。ＨＰＰＣＩ　８は、電流制限および突入制限回路のようない ろいろな回路保護ディバイスを含む。各ＨＰＦＣ１８ａ−ｃの出力は、２台の直 ／直流変換器２６ａおよび２６ｂに接続される。

直／直流変換器２６ａおよび２６ｂは、直流バルク電圧をコンピュータ論理回路 ならびに可変直流負荷３４を含むシステム資源を作動させるのに必要ないろいろ な負荷電圧に変換する。直／直流変換器２６ａ−ｂは、第３図に見られるような 入力分離保護および電流制限回路２８を含む。ＨＰＦＣ回路ＩＬａ−ｃから受け た直／直流バルク電圧は、直／直流変換器２９によっているいろな所要負荷電圧 に逓降される。

変換器２６ａおよび２６ｂによる直流バルク電圧出力は、第２組の直／直流変換 器３２ａ−ｂの入力でもある。変換器３２ａ−ｂは、システム・メモリ・カート ３５に直流電圧を供給する。変換器３２ａ−ｂに接続されるバッテリ３６は、交 流電力の３つの相か失われる場合に、システム・メモリを保持するに十分な直流 電位の別な源を供給する。

第１図に示されたような電カンステムの構造は、欠陥耐性がある。直／直流変換 器２６ａに接続される直流負荷３４は、直／直流変換器２６ｂに接続される直流 負荷３４の冗長コンピュータ論理回路である。つまり、サービスまたは誤作動に よる直／直流変換器２６ａまたは２６ｂのいずれかの欠如により、コンピュータ ・システムの作動は依然として機能する変換器て作動される残りのプロセッサを 介して継続されるか制限される。

交流電力の位相の損失は、サーキット・ブレーカのトリップ、ビルディング電力 分配システムの欠陥、または誤作動やサービス動作によるＨＰＦＣの除去によっ て生じることかある。２つのＨＰＦＣｌ　８は、任意な１つの直／直流変換器２ ６を作動させるのに要求される。）（ＰＦＣｌ　８かサービス動作のために除去 されたり、入力位相か失われたりするとき、１つの直／直流変換器２６はライン からら取られる。上述の通り、継続されるか制限されるコンピュータ動作は、依 然として機能している変換器を通して働かされる残りのプロセッサにより継続す る。

交流電力の全３相か失われる場合に、第１図に示されるような直／直流変換器３ ２に接続されるバッテリ３６は、別の直流電位源をコンピュータ・メモリ・カー ド３５に供給する。つまり、ＣＰＵに蓄積れた情報は停電の場合に保持される。

第１図の実施例のバッテリは、２時間の周期で直流電位を供給することができる 。

第４図は入／出力キャビネット電力システムの機能ブロック図を示す。この実施 例では、電力分配ユニットｌＯは３相交流電源１２、中性線１４、および大地１ ６から入力を再度受ける。交流電源１２の３つの相は、システムのブロワ２０お よび３つの電力供給４０ａ−Ｃの入力である。動供給４０ａ−ｃの入力は、中性 線１４および大地１６にも接地される。各電力供給４０は、受けた交流電源の各 位相を直流電圧に変換するＨＰＦＣｌ　８を含む。つまり、各動供給４０の出力 部は、直流バルク電圧ライン４２ａ−ｃおよび復帰電線４４に接続される。

４２ａ−ｃによって運ばれる直流バルク電圧は相等しい。電力モジュール４０の 機能ブロック図か第５図に示されている。

出力ライン４２および４４は、一連のシステム分配バス・バー４６を通して経路 をきめられる。バス・バー４６により、いろいろな電力供給構成部分とコンピュ ータ論理回路との間のモジュール式相互接続が得られる。直流負荷回路を含むコ ンピュータ論理およびメモリ回路５０は、システム・バス・バー４６を経て電力 モジュール４０の２個の出力に接続される。

本発明のこの実施例は、電カンステム故障にも耐性かある。交流電源１２の各位 相は、第５図に示されるような電力モジュール４０の内部に含まれるＨＰＦＣ交 ／直流変換器１８の１つの入力である。つまり、交流電源１２の１つの位相か作 動していないとき、電力モジュールの出力は、依然として交流電源１２の全３相 か作動しているときの出力の２／３である。正常な作動中に電力モジュール４０ に置かれる負荷はその定格容量の２／３にすぎないので、つまり、この故障モー ドで負荷回路には十分な電力が依然として分配される。

さらに、入／出力キャビネット電力システムの構成により、コンピュータ機能を 妨害せずに電力モジュール４０のサービス動作か可能となる。直流負荷は２つの 電力モジュールに接続されるので、電力モジュールは不具合により作動しなくな ったり、コンピュータの作動に影響を与えずにサービスのために除去されること かあり、そして交流電源Ｉ２の平衡負荷か依然として維持される。

つまり、好適な実施例が説明されてきた。本発明の範囲内での置換および変形は 、いま当業者にとって明白であると思う。例えば、ＣＰＵキャビネット電力シス テムは、十分な容量のＨＰＦＣｌ　８を含むように設計さるので、２個の直／直 流変換器２６ａおよび２６ｂを働かすのにわずか２個のＨＰＦＣだけで済む。つ まり、１個のＨＰＦＣが故障したり入力位相が失われた場合に、すべての処理回 路３４は機能し続ける。また、バッテリ３６は、停電の場合に２時間以上の間コ ンピュータ・メモリ回路に直流電位を供給するだけの容量を有する。したがって 、本発明の実施例は特許請求の範囲に照らして解釈され、その説明はここには含 まれない。

国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続され、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力を発生させる出力口とを持つ ３個の交／直流変換器、 （ｂ）各交／直流変換器の入力口を３相交流電源の１つの相、中性線および大地 に電気結合する装置であり、その結果３相交流電力回路の各位相が３個の交／直 流変換器の内の１個にだけ結合されるような前記装置と、（ｃ）各交／直流変換 回路を復帰および各可変直流負荷に電気結合する装置とを含む、ことを特徴とす る平衡電力供給装置。
2. ２．３個の交／直流変換器はさらに高力率修正回路を含む、ことを特徴とする請 求項１記載の発明。
3. ３．可変直流負荷を交／直流変換器の出力口に電気結合する装置は、交／直流変 換器の出力口と可変直流負荷との間に置かれた少なくとも１個の直／直流変換器 を含む、ことを特徴とする請求項１記載の発明。
4. ４．可変直流負荷を持つコンピュータ・システムを余分に駆動するとき３相交流 電源に接続される平衡電力供給装置であり、（ａ）入力口と、各出力口で事実上 等しい直流出力電圧を発生する出力口とを持つ３個の電力モジュールと、 （ｂ）各電力モジュールの入力口を３相交流電源の全３相、中性線および大地に 電気結合する装置と、 （ｃ）各可変直流負荷が少なくとも２個の電力モジュールの出力に電気結合され るように、各電力モジュールの出力口を可変直流負荷に電気結合する装置とを含 む、ことを特徴とする前記平衡電力供給装置。
5. ５．前記各電力モジュールは、 （ａ）入力口と出力口とを持つ３個の交／直流変換器と、（ｂ）３相交流電源の 各相が３個の交／直流変換器の内の１個だけに電気結合されるように、各交／直 流変換器の入力口を３相交流電源の１つの相に電気結合する装置と、 （ｃ）各交／直流変換器の出力口を電力モジュールの出力口に電気結合する装置 とを含む、ことを特徴とする請求項４記載の発明。
6. ６．前記各交／直流変換器は高力率修正回路を含む、ことを特徴とする請求項５ 記載の発明。
7. ７．可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続される 平衡電力供給装置であり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の交／直流変換器と、 （ｂ）各交／直流変換器の入力を３相交流電源の１つの相、中性線および大地に 電気結合する装置であり、その結果３相交流電源の各相が３個の交／直流変換器 の内の１個だけに電気結合される前記装置と、（ｃ）各交／直流変換器の出力口 に電気結合される入力口と可変直流負荷に電気結合される出力口とをおのおのの 持つ第１および第２直／直流変換器と、（ｄ）おのおの入力口と出力口とを持つ 第３および第４直／直流変換器と、（ｅ）第４直／直流変換器の入力口を第２直 ／直流変換器の出力口および直／直流電位の２次源に電気結合する装置と、（ｆ ）第３直／直流変換器の入力口を第２直／直流変換器および直流電位の２次源に 電気結合する装置と、 （ｇ）第３および第４直／直流変換器の出力口を可変直流負荷に電気結合する装 置とを含む、ことを特徴とする平衡電力供給装置。
8. ８．３個の交／直流変換器は高力率修正回路をさらに含む、ことを特徴とする請 求項７記載の発明。
9. ９．直流電位の２次源を供給する装置はバッテリを含む、ことを特徴とする請求 項７記載の発明。
10. １０．可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続され る平衡電力供給装置であり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の高力率修正回路と、 （ｂ）各高力率修正回路の入力口を３相交流電源の１つの相、中性線および大地 に電気結合する装置で、その結果３相交流電力回路の各相が３個の交／直流変換 器の内の１個にのみ結合される前記装置と、（ｃ）各高力率修正回路を復帰およ び各可変直流負荷に電気結合する装置とを含む、ことを特徴とする平衡電力供給 装置。
11. １１．可変直流負荷を持つコンピュータ・システムを冗長駆動するときに３相交 流電力供給装置に接続される平衡電力供給装置である。 （ａ）高電圧電力修正回路と入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を 発生させる出力口とを持つ３つの出力モジュールと、（ｂ）各電カモジュールの 入力口を、３相交流電源のすべての３つの相、中性線および大地に電気結合する 装置と、 （ｃ）各可変直流負荷が少なくとも２つの電カモジュールの出力口に電気結合さ れるように、各電カモジュールの出力口を可変直流負荷に電気結合する装置とを 含む、ことを特徴とする平衡電力供給装置。
12. １２．可変直流負荷を持つコンピュータ・システム用の３相交流電源に接続され る平衡電力供給装置であり、 （ａ）入力口と、各出力口で事実上等しい直流出力電圧を発生させる出力口とを 持つ３個の高力率修正回路と、 （ｂ）３相交流電源の各相が３個の高力率修正回路の１個だけに電気結合される ように、３相交流電源の１つの相、中性線および大地に各高力率修正回路の入力 を電気結合する装置と、 （ｃ）おのおの各高力率修正回路の出力口に電気結合される入力口と、可変直流 負荷に電気結合される出力口とを持つ第１および第２直／直流変換器と、（ｄ） おのおの入力口と出力口とを持つ第３および第４直／直流変換器と、（ｅ）第４ 直／直流変換器の入力口を第２直／直流変換器の出力口および直流電位の２次源 に電気結合する装置と、 （ｆ）第３直／直流変換器の入力口を第３直／直流変換器の出力口および直流電 位の第２源に電気結合する装置と、 （ｇ）第３および第４直／直流変換器の出力口を可変直流負荷に電気結合する装 置とを含む、ことを特徴とする平衡電力供給装置。
13. １３．直流電位の第２源を供給する装置がバッテリを含む、ことを特徴とする請 求項１２記載の発明。 可変直流負荷を持つコンピュータの平衡した３相交流電源用の装置発明の詳細な 説明