JPH1094252A - 並列電源システム及びその電源制御方法 - Google Patents

並列電源システム及びその電源制御方法

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JPH1094252A
JPH1094252A JP14001497A JP14001497A JPH1094252A JP H1094252 A JPH1094252 A JP H1094252A JP 14001497 A JP14001497 A JP 14001497A JP 14001497 A JP14001497 A JP 14001497A JP H1094252 A JPH1094252 A JP H1094252A
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fan
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Edward R Stanford
エドワード・アール・スタンフォード
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の電源モジュールの間での電流の共有を
適切に行うことにより、電源システム全体の動作を安定
させること。 【解決手段】 本発明の電源モジュール（６２）は、入
力及び出力と、入力からの電力を出力に供給する電力コ
ンバータと、フィードバック回路に応答して入力から出
力に供給される電力の量を制御するコントローラ（２
７）と、出力におけるモジュール出力電流を感知するモ
ジュール電流感知回路と、モジュール電流感知回路が感
知するモジュール出力電流に応答してフィードバック回
路における電圧を選択的に調整するマイクロプロセッサ
（５１）と、を備えている。マイクロプロセッサがファ
ン（５２）の速度をモニタすることにより、ファン交換
の時期の判断も、合理化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電源モジュ
ールを有する並列電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】並列電源システムは、１つの電源が生じ
ることのできる電流レベル以上の電流が必要な場合に用
いられる。該システムにおいて、電流は並列に加算され
るので、追加的なモジュールが加えられる限りは、並列
電源システムが供給することのできる電流の量に対する
限度は、理論的には無制限である。並列電源システム
は、所望の出力電流を供給するために理論的に必要とな
るよりも１つ多くの電源を備えるように、設計されるの
が典型的である。この設計基準に従う並列電源システム
は、「Ｎ＋１冗長」と称される。
【０００３】従来のＮ＋１冗長な並列電源システム１１
が、図１に示されている。このシステム１１は、複数の
同一な電源モジュール１３を含む。電源モジュール１、
２、３、・・、Ｎ＋１が、図に示されている。各電源モ
ジュール１３の出力容量と数とは、最大容量におけるＮ
＋１個の電源モジュールの電流出力の和が、必要な負荷
電流ｉLOADを少なくとも１つの電源モジュールの出力容
量だけ超えるように、選択される。理論的には、これに
よって、電源モジュール１３のいずれも、最大の出力容
量で駆動されないことが保証され、また、モジュールの
中の１つが故障した際にも冗長性が提供される。図１に
示されているように、電源モジュール１３のそれぞれの
出力電流ｉ1、ｉ2、ｉ3、・・、ｉN+1は加算されて、負
荷１５に供給されるシステム出力電流ｉTOTALを形成す
る。電流リターン経路が与えられて、電流ｉRETURNをそ
れぞれの電源モジュール１３に戻している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際
上、並列電源システムの電源モジュールの間で共用され
た電流を流すことが困難になる場合がある。例えば、電
源モジュール１３は同一となるように設定されてはいる
が、素子の公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）の違いに起因し
て、それぞれの電源モジュールの出力インピーダンスが
僅かに変動する。モジュールの間で出力インピーダンス
が僅かにでも異なっていると、最高の出力電圧と最低の
インピーダンスとを有するモジュールは、その最大の出
力容量に達するまですべての負荷電流ｉLOADを供給しよ
うとする。次に高い出力電圧を有する電源モジュール
は、それもまた最大容量に達するまで電流を供給し始め
る。これは、すべての負荷電流の要求が満たされるまで
継続する。従って、このシステムの中のどれかの電源は
最大容量で動作し、それ以外の電源はそれよりも軽い負
荷で動作することになる。ある電源が限界電流を供給
し、別の電源が非常に軽い負荷で動作することになる
と、電源システムのストレスと経年変化とが不均一にな
り、これにより、信頼性を損ねることにつながる。
【０００５】並列電源システムの立ち上がり（スタート
アップ）もまた、問題である。最初に動作を開始する電
源モジュールは、残りのモジュールが規定値に達するま
で、すべての負荷電流を供給しようとする。これによっ
て、電源モジュールの内部の過電流保護回路（図示せ
ず）の誤ったトリッピングが引き起こされる。従って、
何らかの方法を用いて電源モジュール１３の相互間で等
しく電流が供給されるようにして、すべてのモジュール
が同時に規定値に達するように、電源モジュール１３の
スタートアップを制御しなければならない。
【０００６】さらに、負荷電流ｉLOADが可変であり、か
つ拡張可能な並列電源システムが用いられる場合には、
ユーザは、負荷電流が、いつ、既存の数の電源モジュー
ル１３ではもはやＮ＋１冗長となるのに十分な電流を供
給できない点まで増加するかを知る必要がある。従っ
て、個々の電源モジュール１３の負荷電流と出力電流と
をモニタし、それによって、ユーザが、いつ追加的な電
源１３が必要であるかを知ることができるような方法を
有することが好ましい。
【０００７】また、並列電源システム１１における追加
的な必要な要素は、ファン・アレイ１７である。ファン
・アレイ１７は、少なくとも１つの（通常は複数であ
る）ファン１９を含む。ファン１９は、図示されている
ように、アレイの中にではなく、個々のモジュールの内
部に組み入れられている。いずれにしても、ファン１９
は、電源モジュール１３の加熱を防止するために必須の
ものである。
【０００８】ファン１９は、電源システムにおいて、最
も信頼性の低い構成要素であることが一般的である。フ
ァン・アレイ１７における１つ又は複数のファン１９が
故障すると、並列電源システム１１の全体が、加熱によ
って故障する。従来のシステムでは、一定のメンテナン
ス期間ごとにファンを交換して、ファンの故障を回避し
ている。しかし、これでは、交換の必要がないファンを
交換することにもなってしまい、メンテナンス費用の増
加につながる。並列電源システムにおけるファンの性能
をモニタして、ファンの故障を予測できるような方法を
得ることが望ましい。
【０００９】電源モジュール１３は、任意のタイプのも
のでよく、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）型のフォワ
ード・コンバータなどがある。図２には、フィードバッ
ク制御を備えたＰＷＭフォワード・コンバータの一例の
回路図を示してある。該回路では、入力電圧ＶINが、変
成器２１の一次巻線に、スイッチング・デバイス２３の
制御の下で選択的に与えられる。ダイオード２５が、一
次巻線を流れる電流を一方の方向に流す。スイッチング
・デバイス２３は、ＰＷＭコントローラ２７によって制
御され、所望の継続時間のパルスを一次巻線に与える。
【００１０】変成器２１の二次巻線は、インダクタ３１
とコンデンサ３３とを含むＬＣ回路に接続され、この回
路は、ダイオード対２９と共に、出力電圧ＶOUTを平滑
化するように機能する。フィードバック回路３５は、出
力電圧ＶOUTをモニタし、出力電圧レベルを、光カプラ
３７を介して、ＰＷＭコントローラ２７に提供する。こ
の例では、フィードバック回路３５は、ダイオード３９
を含み、該ダイオードは、例えば、テキサス・インスツ
ルメント社から市販されているＴＬ−４３１チップを採
用することができる。抵抗４１、４３、４５は、ダイオ
ード３９の両端に適切な電圧レベルを提供するように選
択される。
【００１１】ＰＷＭコントローラ２７は、光カプラ３７
を介して提供される出力電圧レベルの指示に応答して、
スイッチング・デバイス２３を介して変成器２１の一次
巻線に与えられるパルス幅を変動させる。パルス幅が長
いと、変成器の巻線に転送される平均のエネルギが増加
し、その結果、出力電圧が上昇する。パルス幅が短い
と、出力電圧は低下する。従って、コンバータ回路が制
御されている限り、ＰＷＭコントローラ２７は、出力電
圧ＶOUTが一定に維持されることになる。
【００１２】上述のように、図２に示されているような
コンバータ回路が２つ以上並列に接続されて共通の負荷
を駆動するときには、個別のコンバータは、素子の公差
の僅かな差異のために、電流を等しく分担することはで
きない。従って、あるコンバータが別のコンバータより
も高効率で機能する場合は、コンバータがすべて同時に
規定値に達しないので、あるコンバータは、スタートア
ップ時に過剰な負荷を負担することになる。
【００１３】
【課題を解決する手段】本発明は、電力変換モジュール
であって、入力及び出力と、入力からの電力を出力に供
給する電力コンバータと、入力から出力に供給される電
力の量をフィードバック回路の出力に応答して制御する
コントローラと、出力におけるモジュール出力電流を感
知するモジュール電流感知回路と、モジュール電流感知
回路が感知するモジュール出力電流に応答してフィード
バック回路における電圧を選択的に調整するマイクロプ
ロセッサと、を備えている電力変換モジュールを提供す
る。
【００１４】本発明はさらに、複数の電源モジュールを
含む並列電源システムを提供し、該システムにおいて、
それぞれの電源モジュールは、入力及び出力と、入力か
らの電力を出力に供給する電力コンバータと、入力から
出力に供給される電力の量をフィードバック回路に応答
して制御するコントローラと、出力におけるモジュール
出力電流を感知するモジュール電流感知回路と、モジュ
ール電流感知回路が感知するモジュール出力電流に応答
してフィードバック回路における電圧を選択的に調整す
るマイクロプロセッサと、を含む。この電源システム
は、また、複数の電源モジュールのマイクロプロセッサ
の間の通信を可能にする通信リンクを含む。
【００１５】本発明はまた、並列電源システムにおい
て、複数の電源モジュールの間での電流の共有を制御す
る方法を提供する。電源モジュールはそれぞれが、マイ
クロプロセッサを有し、該方法は、ａ）平均モジュール
出力電流を決定するステップと、ｂ）平均モジュール出
力電流を、電源モジュールに通信するステップと、ｃ）
平均モジュール出力電流を、それぞれの電源モジュール
のモジュール出力電流と比較するステップと、ｄ）モジ
ュール出力電流が平均モジュール出力電流から所定の範
囲内にない場合には、それぞれの電源モジュールのモジ
ュール出力電流を、平均モジュール出力電流に向けて調
整するステップと、を含む。
【００１６】更にまた本発明は、ファンとマイクロプロ
セッサとを有する電源モジュールにおけるファン状態を
チェックする方法を提供する。該方法において、マイク
ロプロセッサは、ファンに与えられる電圧を制御するこ
とによってファン速度を制御し、更に、タコメータ出力
を介してファン速度をモニタするように構成されてい
る。この方法は、最大の電圧をファンに与えて最大のフ
ァン速度を得るステップと、タコメータ出力を介して第
１のファン速度を測定するステップと、ファン状態をチ
ェックする要求を待機するステップと、ファン状態をチ
ェックする要求を受け取った際に、最大の電圧をファン
に与えて最大のファン速度を得るステップと、タコメー
タ出力を介して第２のファン速度を測定するステップ
と、第１のファン速度と前記第２のファン速度とを比較
してファン状態を判断するステップと、を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、添付した図面
を参照しながら、次に説明する。
【００１８】図３は、本発明の実施例によるマイクロプ
ロセッサ制御を有するＰＷＭフォワード・コンバータを
含む電源モジュール６２を示す。ＰＷＭコンバータ自体
は、図２に示したものと同一であり、同じ構成要素に対
しては、同一の参照番号を付してある。出力電流及び電
圧はそれぞれ、電圧感知回路４７と電流感知回路４９に
よって検出される。電流及び電圧感知回路の出力は、Ａ
／Ｄコンバータ５３を介して、マイクロプロセッサ５１
に与えられる。マイクロプロセッサ５１は、例えばＩ２
Ｃ通信リンクなどの、データ・ラインとクロック・ライ
ンとを有するシリアルな通信リンク５５を介して、他の
コンバータ・モジュールのマイクロプロセッサ（図示せ
ず）と通信する。準備（レディ）ライン５６が提供され
るが、このラインは、マイクロプロセッサ５１がパワー
・オン自己テストを終了し、電源モジュール６２がオン
になる準備ができると、アサートされる。
【００１９】マイクロプロセッサ５１は、出力電圧Ｖ
OUT又は出力電流ＩOUTが所定の範囲を逸脱していると判
断すると、バイアス電圧をフィードバック回路３５に供
給して、ＰＷＭコントローラ２７が受け取る基準電圧を
シフトさせる。このバイアス電圧は、Ｄ／Ａコンバータ
５７と抵抗５９とを介して、マイクロプロセッサ５１か
ら与えられる。このようにして、マイクロプロセッサ５
１は、ＰＷＭフォワード・コンバータの出力のモニタと
制御との両方を行うことができる。
【００２０】ダイオード６１がコンバータの出力に挿入
され、１つのコンバータの故障が並列電源システム全体
を破壊してしまうことを防止する。モジュール６２の内
部にはファン５２が設けられ、過熱を防止する。マイク
ロプロセッサ５１は、ライン４８を介してファン５２に
与えられる電圧を（従って、その速度を）制御する。マ
イクロプロセッサ５１は、また、ファンのタコメータ出
力ライン５０を介して、ファン５２の実際の速度を選択
的にモニタする。マイクロプロセッサ５１は、温度計５
４からＡ／Ｄコンバータ５３を介して受け取られる温度
の読み取り値に基づいて、ファン５２のための適切な速
度を決定する。
【００２１】本発明の１つの重要な特徴に、モジュール
６２の中のマイクロプロセッサ５１が、ファン５２の動
作状態をモニタし、ファンの故障の可能性を予測できる
ことがある。このルーチンに対するフローチャートが、
図４に示されている。ステップＳＴ１では、マイクロプ
ロセッサ５１は、ライン４８を最大電圧に設定して、最
大のファン速度を生じさせる。次に、ステップＳＴ２に
おいて、ライン５０を介して、ファン速度が測定される
（ファン速度１）。ステップＳＴ３では、マイクロプロ
セッサは、ファン状態チェック・リクエストを待機す
る。このリクエストは、ある事象に応答して、又はある
長さの時間が経過した後で、マイクロプロセッサの中で
内部的に発生されるか、又はホスト・コンピュータや別
のモジュールから、通信リンク５５を介して外部的に受
け取られる。どちらの場合でも、ファン・チェック・リ
クエストが受け取られると、マイクロプロセッサ５１
は、ライン４８を、再び最大電圧に設定し（ステップＳ
Ｔ４）、ステップＳＴ５において、ファン速度を測定す
る（ファン速度２）。ステップＳＴ６では、ファン速度
１とファン速度２とを比較して、ファン・ベアリングの
摩耗の程度を判断する。同じ電圧が印加されているのに
実際に測定されるファン速度が低下しているということ
は、ファン・ベアリングの摩耗が生じていることを示
す。したがって、図４のルーチンが機能することによっ
て、ベアリングの摩耗がファン５２を交換すべき程度に
達したときに、マイクロプロセッサ５１が、ユーザ又は
ホスト・コンピュータに警告することが可能になる。図
４のルーチンによって著しい摩耗が検出されない場合に
は、ファンの不必要な交換が回避できる。
【００２２】図５は、本発明の実施例によるマイクロプ
ロセッサ制御された複数出力型の電源モジュール１６２
を示している。図３の単一出力型のモジュールと同じ構
成要素には、同一の参照番号を付してある。９０〜２６
５Ｖの範囲にあるＡＣ電圧が、整流器８１に与えられ
る。整流器８１は、ライン８３上に正の整流された電圧
を生じ、ライン８５上に負の整流された電圧を生じる
が、これらは共に、大容量（bulk）コンデンサ８７に与
えられる。整流器８１からの整流された電圧は、大容量
コンデンサ８７によって平滑化され、一次制御装置１０
５の制御の下で、変成器１０３に選択的に与えられる。
一次制御装置１０５は、カットアウト・スイッチ１０７
を含み、このカットアウト・スイッチ１０７は、マイク
ロプロセッサ５１によって、又は、外部装置によって開
かれ、インタロック・ライン７１がアクティブ状態にな
ると、モジュールをディセーブルする。
【００２３】変成器１０３の一次側に加えられた電圧に
より、変成器１０３の二次側に電圧を生じさせ、これ
が、コンバータ段１０９に与えられる。この構成では、
３つの独立なコンバータ段１０９ａ〜１０９ｃが示され
ている。コンバータ段の構成と素子値の選択とは広く知
られており、従って、ここでその詳細は、述べないこと
にする。本発明のマイクロプロセッサ制御に、任意のタ
イプのコンバータとコンバータ段とを用いることができ
るのは、明らかである。
【００２４】コンバータ段１０９ａは、ライン１１３上
に、１２Ｖ、４８Ａの出力を生じ、これは、Ｉ／Ｖ検出
回路１２１に与えられる。回路１２１は、ライン１３１
上の電圧及び電流を検出し、この情報を、バス１２６を
介して、マイクロプロセッサ５１に送る。回路１２１
は、ライン１１３上の電圧を、ダイオード１３３を介し
て、出力に送る。回路１２１はまた、一次フィードバッ
ク制御信号を発生するが、この信号は、ライン１３９を
介して、一次制御回路１０５に与えられる。
【００２５】コンバータ段１０９ｂは、ライン１１５上
に、５Ｖ、７５Ａの出力を生じ、これは、Ｉ／Ｖ検出回
路１２３に与えられる。回路１２３は、ダイオード１３
５を介して、ライン１１５上に電圧を出力する。回路１
２３はまた、ライン１２９上に、５ＶのＲ／Ｓ出力を生
じる。同様に、出力段１０９ｃは、ライン１１７上に、
３．４Ｖ、７５Ａの出力を生じ、これは、Ｉ／Ｖ検出回
路１２５に与えられる。この電圧は、ライン１１７とダ
イオード１３７とを介して出力される。回路１２５は更
に、ライン１３１上に３．４ＶのＲ／Ｓ出力を生じる。
回路１２１の場合のように、回路１２３及び１２５は、
検出された電流及び電圧を、バス１２６を介してコンバ
ータ段からマイクロプロセッサ５１に通信する。
【００２６】一般的に、それぞれの出力は、独立の制限
制御（regulation control）を必要とし、それによっ
て、マイクロプロセッサ５１は、それぞれの出力を、正
確なレベルに維持することができる。しかし、この構成
では、回路１２１だけが、一次制御１０５に与えられる
フィードバック制御信号を発生する。コンバータ段１０
９ｂ及び１０９ｃに関しては、それぞれに、ポスト・レ
ギュレータ１０８、１１０が設けられ、回路１２３及び
１２５が発生する制御信号１２４、１２６に応答して、
その出力を規制する。ポスト・レギュレータ１０８及び
１１０は、任意のタイプのものを用いることができる
が、例えば、振幅増幅器（mag-amp）又は線形レギュレ
ータを用いることができる。
【００２７】図３に示された実施例の場合と同様に、マ
イクロプロセッサ５１は、他のモジュール及びホスト・
コンピュータとは、シリアルな通信リンク５５を介し
て、通信する。オン／スタンバイ信号７３によって、モ
ジュールは、オン又はスタンバイ・モードに置かれるこ
とになる。上述のように、インタロック信号７１は、コ
ンバータを選択的にディセーブルし、準備ライン５６
は、電源モジュールがいつオンになる準備ができるかを
指示する。アドレス・ビット・ライン６９は、モジュー
ルに一意的なアドレスを与えるが、これに関しては、以
下で更に詳細に説明する。
【００２８】マイクロプロセッサ５１は、速度制御ライ
ン４８を介してファン５２の速度を制御し、ライン５０
を介して速度を選択的にモニタする。マイクロプロセッ
サ５１はまた、温度計５４から、温度を選択的に読み出
す。
【００２９】補助電源フライバック（補助電源）８９か
らの補助電力が、ライン１３８を介してマイクロプロセ
ッサ５１に提供され、マイクロプロセッサ５１は、それ
を、ダイオード１４１を介してライン１４０上に出力す
る。補助電源８９は、電力を整流器８１の出力から受け
取るが、この出力は一次制御回路１０５にも与えられ
る。補助電源８９は、ライン９０を介して供給電圧を一
次制御回路１０５に提供するが、該電圧は、上述のよう
にインタロック信号７１によって制御されるカットアウ
ト・スイッチ１０７に与えられる。補助電源８９に電力
をマイクロプロセッサとそれ以外の制御回路とに供給す
ることにより、インタロック及びオン／スタンバイ信号
が、安全上の理由から二次的な基準になることが可能に
なる。制御回路がバイアス・アップされていることによ
って、すべての電源が同時に規定値に達することが助け
られる。また、マイクロプロセッサの補助出力１４０を
常にパワーアップ、すなわち補助電力を提供することに
より、モデムを介してホスト・システムから、システム
を遠隔的にオン／オフ制御することが可能になる。
【００３０】ヒット・カウンタ１０１が備えられ、整流
器８１への入力ＡＣ電圧をモニタして、あるスレショル
ド（例えば、５００Ｖ）を超える電圧スパイクをすべて
記録する。ヒット・カウンタ１０１は、ホスト・システ
ムにエラーが生じる場合の診断のために、マイクロプロ
セッサ５１によるアクセスが可能である。
【００３１】図６は、本発明の実施例による４モジュー
ル型の複数出力を有する並列電源システムを示してい
る。この例では、４つの電源モジュール１６２が示され
ているが、任意の数の電源モジュールを用いることがで
きることは言うまでもない。
【００３２】４つの電源モジュール１６２のそれぞれ
が、マイクロプロセッサ５１を含む図５に示した回路を
含んでいる。電源モジュールは、４つのコネクタ６７を
有するバックプレーン・プリント回路ボード（ＰＣＢ）
６５にプラグインされる。コネクタ６７によって、それ
ぞれの電源モジュール１６２のマイクロプロセッサ５１
の相互間でのシリアル通信リンク５５を介しての通信が
可能になる。シリアル通信リンク５５の出力はまた、ホ
スト・コンピュータ（図示せず）への接続が可能になる
ように構成される。コネクタ６７はまた、それぞれの電
源モジュール１６２の準備（レディ）ライン５６を相互
に接続する。
【００３３】この４モジュール型の構成では、それぞれ
のマイクロプロセッサ５１とそれに対応するコネクタ６
７との間には、２ビットのアドレス接続６９が提供さ
れ、それによって、４つの電源モジュールには４つの一
意的なアドレスが与えられる。４つのマイクロプロセッ
サ５１はまた、インタロック・ライン７１とオン／スタ
ンバイ・ライン７３とを介して接続されている。それぞ
れの電源モジュール１６２には、追加的に、入力電圧と
接地とが与えられるが、簡略にするために、この図面に
は示されていない。
【００３４】これらの電源モジュール１６２は、供給バ
ス７５を並列に駆動する。図５の場合と同様に、それぞ
れの電源モジュール１６２は、３つの出力電圧を提供す
る。従って、バス７５は６つの出力ラインを運ぶが、こ
れらは、この実施例では、次のものである。すなわち、
１２Ｖ＠４８Ａ、１２ＶのＲ／Ｓ、５Ｖ＠７５Ａ、５Ｖ
のＲ／Ｓ、３．４Ｖ＠７５Ａ、３．４ＶのＲ／Ｓであ
る。更に、バス７５は、Ｒ／Ｓリターン及び出力リター
ン（１９８）の２つのリターン・ラインを運ぶ。
【００３５】電流モジュールがエンド・システムにイン
ストールされるときには、バックプレーン６５のそれぞ
れのコネクタ６７における２つのアドレス・ピンは、電
源モジュールが幾つインストールされているかを判断す
るのに用いられる。それぞれのスロットは、全体で４つ
の一意的なアドレスに対して、２つのピンの上で異なる
ハイ／ローの組合せを有する。これは、ピンを更に追加
することによってＮ個のモジュールに拡張できることを
理解すべきである。
【００３６】マスタ・モジュールのマイクロプロセッサ
５１が実行する電流共有ルーチンが、図７に示されてい
る。ステップＳＴ１１では、マスタは、シリアル通信リ
ンク５５を介して、それぞれのモジュールからの出力電
流を要求する。次に、マスタは、平均モジュール出力電
流を計算する（ステップＳＴ１３）。なお、マスタ・モ
ジュールは、システム出力電流をモニタし、そして、そ
れをモジュールの数で除算することによって、平均モジ
ュール出力電流を決定してもよい。マスタは、平均の出
力電流を分散、すなわちそれぞれのモジュールに供給し
（ステップＳＴ１５）、それぞれのモジュールは、自身
の出力をこの平均と比較する（ステップＳＴ１７）。モ
ジュールの出力電流が「捕捉ウィンドウ」中にある場合
には、すなわち、平均出力電流を中心として所定の範囲
内にある場合には、モジュールは何もしない（ステップ
ＳＴ１９）。モジュールの出力が「捕捉ウィンドウ」の
外にある場合には、モジュールは、その基準電圧をシフ
ト（ディザ処理）してその出力を平均出力に更に近接さ
せるようにＤ／Ａコンバータ５７にある値を書き込むこ
とによって、その出力電圧を調整する（ステップＳＴ２
１）。次に、このルーチンは、所定の遅延の後に反復実
行される。このルーチンの実行の結果、並列電源システ
ムにおけるそれぞれのモジュールは、出力電流の比例的
な共有分を生じることを強制され、従って、あるモジュ
ールは電流の制限付きで動作しており、別のモジュール
は非常に軽い負荷の下で動作するという状況が生じてい
た従来技術で遭遇する問題は、回避される。
【００３７】モジュール１６２におけるそれぞれのマイ
クロプロセッサは、そのモジュールの出力電圧をチェッ
クすなわち検出して、ディザ・コマンドによってモジュ
ールが規定値から外れることのないことを確認する。こ
のシーケンスは、秒オーダーの時間遅延の後、反復され
る。それぞれのモジュールの出力電圧を、従って、出力
電流をゆっくりとディザ処理することによって、それぞ
れのモジュールによって供給される平均電流は平衡す
る。電流共有ディザ処理シーケンスは数秒ないし数分に
亘って生じるので、それぞれのモジュールのフィードバ
ック・ループは、通常の態様で動作し、並列でない電源
が生じるであろう任意の過渡的な負荷の変化にも対応す
ることができる。
【００３８】マイクロプロセッサ５１は冗長であるか
ら、マスタ・モジュールが故障したとしても、標準的な
マスタ／スレーブ制御方式では一般的であるシステム自
体がダウンしてしまうという事態は生じない。すなわ
ち、任意のマイクロプロセッサをマスタ・モジュールと
することが可能である。どのマイクロプロセッサをマス
タにするかというという決定は、電流共有ディザ処理シ
ーケンスの開始時においてなされる。
【００３９】図８は、マスタ決定のシーケンスを示すフ
ローチャートである。このルーチンは、並列電源システ
ムに存在する複数の電源モジュールのマイクロプロセッ
サそれぞれによって実行される。ステップＳＴ２３で
は、このルーチンを実行しているマイクロプロセッサが
既にマスタに指定されているかどうかを判断する（Ｐ
Ｍ）。指定されている場合には、マイクロプロセッサ
は、電流測定を開始し（ステップＳＴ２５）、データを
取得する（ステップＳＴ２７）。次に、電流値がシリア
ル通信リンク５５を介して分散、すなわち複数のマイク
ロプロセッサに供給され（ステップＳＴ２９）、各マイ
クロプロセッサは、それ自身の電流を必要に応じて調整
する（ステップＳＴ３１）。そして、ルーチンは終了す
る（ステップＳＴ３３）。ステップＳＴ２３における判
断への回答が否定である場合には、カウンタがインクリ
メントされ（ステップＳＴ３５）、ルーチンはストール
（stall、一時的に停止）し、マイクロプロセッサは待
機して、他のマイクロプロセッサが自分自身をマスタと
してアサートするかどうかを調べる。カウンタがタイム
アウトとなる前に他のマイクロプロセッサが自分自身を
マスタとしてアサートする場合には、ステップＳＴ３７
におけるタイムアウトの判断への回答は否定であり、ル
ーチンは終了する。タイマがタイムアウトになる場合
は、マイクロプロセッサは、シリアル通信リンク５５上
にコマンドを生じて、それ自身をマスタとして確立する
（ステップＳＴ３９）。そして、マイクロプロセッサ
は、それ自身をマスタとして確立しようとする試みが成
功したかどうかを判断する（ステップＳＴ４１）。成功
でない場合には、ルーチンは終了する。コマンドが成功
である場合には、マイクロプロセッサは、それ自身をマ
スタとして確立し、そしてルーチンが終了する。
【００４０】更に、本発明の電流共有特徴により、並列
電源システムにおけるモジュールの協調的なスタートア
ップが可能になる。従来技術のシステムでは、あるモジ
ュールが最初にオンになり、別のモジュールが規定値に
達するまで、電流限度内で動作するようなことが生じる
が、本発明の上述の特徴により、従来技術において典型
的なスタートアップ時のシーケンシングの問題が解消さ
れる。準備ライン５６を用いることで、同期のとれたス
タートアップが達成される。準備ライン５６は補助電源
８９にプルアップされるが、それぞれのマイクロプロセ
ッサ５１は、オープン・コレクタ・ドライバ（図示せ
ず）を用いて、それをプルダウンする。準備ラインは、
すべての電源モジュールを相互に接続する。マイクロプ
ロセッサ５１はそれぞれ、準備ラインを、高レベルにな
る前に解除しなければならない。ＡＣ電力が電源モジュ
ールに与えられた後で、マイクロプロセッサは、リセッ
トし、自己テストを実行し、較正定数をロードする。こ
の間は、電源モジュールはオンになる準備ができていな
いので、マイクロプロセッサは、準備ラインを低レベル
に保つ。初期化ルーチンが完了すると、マイクロプロセ
ッサは、オン／スタンバイ・ライン７３がユーザ又はホ
スト・コンピュータによってアクティブ状態にされるま
で、待機する。マイクロプロセッサがオン／スタンバイ
が低レベル（アクティブ状態）になったことを認識する
と、そのマイクロプロセッサは、準備ラインをリリース
（解除）する。最後のマイクロプロセッサが準備ライン
をリリースしたときに、すべての電源モジュールが始動
する。これによって、すべての電源モジュールのスター
トアップが調整される。
【００４１】電源モジュールの故障の際、例えば、電源
モジュールの中の１つの準備ができていない場合には、
準備ラインは高レベルにならない。この状況を克服する
ために、オン／スタンバイがアサートされるときに、タ
イマを始動させる。図９との関係で後に更に詳細に説明
するように、タイマがタイムアウトした後で、マスタ電
源は、シリアル通信リンク５５上に、スタートアップ・
コマンドを生じる。このコマンドは、すべてのマイクロ
プロセッサが応答しなければならない「すべてコール
（ＡＬＬＣＡＬＬ）」始動コマンドの形式である。ＡＬ
ＬＣＡＬＬ始動コマンドが受け取られると、すべての電
源モジュールは直ちに始動する。
【００４２】本発明のマイクロプロセッサ制御は、ま
た、モジュールを「ホット・プラグ」することを可能に
する。ホット・プラグとは、システムが動作している間
に、出力の供給を中断させたりモジュールをどれも規定
値から逸脱させることなく、モジュールを並列システム
にプラグインすることである。
【００４３】それぞれのモジュールのマイクロプロセッ
サ５１が実行するスタートアップ・シーケンスが、図９
に示されている。ステップＳＴ４５では、ＡＣ電圧が回
路に印加されると、マイクロプロセッサは、リセットし
て、内蔵のＲＯＭ（図示せず）から較正定数をロードす
る。マイクロプロセッサ５１は次に、並列電源システム
の出力を読み出し、これがホット・プラグ・スタートア
ップであるかどうかを判断する（ステップＳＴ４７）。
このスタートアップがホット・プラグではない場合に
は、準備ラインはリリースされ（ステップＳＴ５７）、
準備タイムアウトが開始される。ＲＥＡＤＹ．ＩＮが読
み出され（ステップＳＴ６１）、それが高レベル（ハ
イ）である場合には、イネーブル信号（ＥＮＡＢＬＥ）
がアサートされて、出力をオンにする（ステップＳＴ６
３）。メイン・ループ（図８に示されたルーチン）が、
次に始動する（ステップＳＴ６５）。ステップＳＴ６１
においてＲＥＡＤＹ．ＩＮがローである場合には、シー
ケンスは、準備がタイムアウトとなるまで待機して（ス
テップＳＴ６７）、ＡＬＬＣＡＬＬ開始コマンドを生じ
る（ステップＳＴ６９）。このコマンドが成功である
と、ルーチンは、ステップＳＴ６３に進みメイン出力、
すなわちメイン・ループ実行指令出力がオンになる。コ
マンドが成功ではないと、ホストに準備状態の障害が報
告される（ステップＳＴ７１）。
【００４４】スタートアップがホット・プラグである場
合には、準備ライン５６がリリースされ（ステップＳＴ
４９）、モジュールの内部のＤ／Ａコンバータが、出力
を低レベル（ロー）にするように設定される（ステップ
ＳＴ５１）。次に、イネーブル信号がアサートされて、
コンバータをオンにし（ステップＳＴ５３）、マイクロ
プロセッサは、ステップＳＴ５５において、メイン・ル
ープ（図８のルーチン）を開始する。メイン・ループが
開始すると、本発明の電流共有特徴によって、ホット・
プラグされたモジュールの出力は規制されることにな
る。
【００４５】本発明による個々の電源モジュールのマイ
クロプロセッサ制御により、障害の際の高度な冗長性に
加えて、モジュールの間での電流共有のアクティブ制御
が可能になる。マイクロプロセッサの使用によって得ら
れる効果にはさらに、負荷要件（要求）のアクティブな
モニタリングが含まれる。それぞれのモジュールにおけ
るマイクロプロセッサがそれぞれのモジュールに対する
出力電流及び電圧を読み出すことができ、そしてこれら
の情報を、ホスト・コンピュータがシリアル通信リンク
５５を介して要求することもできる。従って、これらの
情報は、例えば、Ｎ＋１冗長性を維持するためにはモジ
ュールを追加する必要があることになる程度まで負荷が
増大しているかどうかを判断するために、用いることが
できる。ホスト・コンピュータはまた、モジュールの故
障時期やサービスが必要な時期を検出して報告すること
ができる。
【００４６】別の効果として、工場での検査の間に、そ
れぞれのモジュールの出力をトリミングできる点であ
る。これは、公差誤差をトリミングして除くＤ／Ａコン
バータの較正オフセット・ファクタを記憶することによ
ってなされる。これにより、信頼性が低いトリミング用
のポテンショメータが不要になる。また、マイクロプロ
セッサは、出力電圧の限界設定（マージニング）の機能
を与えるために用いることもできる。ホスト・コンピュ
ータからのコマンドに応答して、それぞれのモジュール
内部のマイクロプロセッサを、例えば、システムの構成
要素の信頼性テストの目的で、それぞれの電源の出力を
上下に５パーセント変化させるように設定するのに、用
いることができる。
【００４７】本発明によるマイクロプロセッサ制御の別
の重要な側面に、それぞれのモジュール内部のマイクロ
プロセッサがファン速度の制御を行っているということ
がある。図３及び図４に関して既に述べたように、それ
ぞれのモジュール内部のファン５２のタコメータ出力５
０は、マイクロプロセッサによってモニタされる。この
出力は、図４において示したように、マイクロプロセッ
サによって、切迫したファン故障を予測するのに用いら
れる。従って、ファン速度が低下しており交換が必要で
ある可能性があるときに、サービス・リマインダ信号
が、ユーザに送出される。これによって、故障する前に
ファンを交換することが可能になると共に、現実には交
換の必要がないファンでも一定の期間ごとに交換してし
まうという従来例の不都合が解消される。
【００４８】個々のモジュールにおいてマイクロプロセ
ッサを使用することにより上述の効果が達成されるが、
個々のコンバータの動作はそれによって妨害されること
はない。モジュールは、すべてが、通常の動作条件の下
で独立であるかのように機能し、しかも規定値及び応答
に関して、最適化も可能である。更に、シリアル通信リ
ンク５５は、本来的にノイズに対する免疫を有してお
り、これは、アナログ制御方式と比較して大きな利点と
いえる。
【００４９】図１０は、図５に示したような複数出力型
のモジュールにおけるマイクロプロセッサ５１のための
データ取得回路の詳細な図である。マイクロプロセッサ
５１は、例えば、フィリップス社から市販されている８
７Ｃ５５１チップでよい。このフィリップス社によるチ
ップは、内蔵のＡ／Ｄコンバータ１６１を有するが、入
力の数は、本発明を実現するためのデータ取得に照らし
て不十分である。従って、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１
６３を用いて、マイクロプロセッサ５１へのＡ／Ｄコン
バータの入力の有効数を増加させる必要がある。ＭＵＸ
１６３へのアナログ入力には、温度計５４からの入力
と、ＡＣ入力電圧ライン１６５からの入力と、並列電源
システムの出力バス上の出力をモニタする多数の入力１
６７とが含まれる。ＭＵＸ１６３の出力は、次に、ライ
ン１６８を介して、マイクロプロセッサ５１への８つの
直接的なＡ／Ｄ入力の１つに供給される。
【００５０】残りのＡ／Ｄコンバータの入力の中の３つ
は、この実施例のモジュールの３つの出力に対応する３
つの電流感知回路のために用いられる。すなわち、電流
感知１、電流感知２、及び電流感知３である。他の３つ
の直接的なＡ／Ｄ入力は、モジュールの出力に対応する
３つの電圧モニタ・ライン（ＶOUT1〜ＶOUT3）のために
用いられる。
【００５１】マイクロプロセッサ５１は、これらの信号
ソースから取得したデータを処理し、個の情報を上述の
ように用いて、バイアス電圧１８１を選択的に発生し、
モジュールの出力チャネルの電圧フィードバック・ルー
プをディザ処理する。アナログ出力電圧１８１がＤ／Ａ
コンバータ１７７によって発生されるが、このコンバー
タは、デジタルＩ／Ｏバス１８３を介して、マイクロプ
ロセッサ５１によって制御される。デジタルＩ／Ｏバス
１８３によって、マイクロプロセッサ５１は、ファン速
度制御１７９及びＭＵＸ１６３と通信し、これらを制御
することが可能になる。先の実施例のように、シリアル
通信リンク５５が、マイクロプロセッサ５１と並列のモ
ジュールにおける対応のマイクロプロセッサとの間の通
信のために用いられる。
【００５２】以上で、本発明のいくつかの実施例を、図
面を参照しながら説明した。しかし、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではなく、冒頭の特許請求の範
囲によってのみ、その技術範囲が確定されることを理解
すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の並列電源システムを示すブロック図であ
る。
【図２】従来のＰＷＭフォワード・コンバータを示す回
路図である。
【図３】本発明の実施例による、マイクロプロセッサ制
御を有するＰＷＭフォワード・コンバータを示すブロッ
ク回路図である。
【図４】本発明の実施例による、ファン・チェック・ル
ーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例による、マイクロプロセッサ制
御を有する複数出力のＰＷＭフォワード・コンバータを
示すブロック回路図である。
【図６】本発明の実施例による、マイクロプロセッサ制
御を有する４モジュール型の複数出力並列電源システム
を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例による、電流共有制御ルーチン
を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例による、マスタ確立ルーチンを
示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例による、スタートアップ・ルー
チンを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例による、マイクロプロセッサ
制御された電源モジュールのためのデータ取得を示すブ
ロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591030868 20555 Ｓｔａｔｅ Ｈｉｇｈｗａｙ 249，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ 77070，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏ ｆ Ａｍｅｒｉｃａ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電源モジュールにおいて、 入力及び出力と、 入力からの電力を出力に供給する電力コンバータと、 フィードバック回路に応答して、入力から出力に供給さ
    れる電力の量を制御するコントローラと、 出力におけるモジュール出力電流を感知するモジュール
    電流感知回路と、 モジュール電流感知回路により感知されたモジュール出
    力電流に応答して、フィードバック回路における電圧を
    調整するマイクロプロセッサとを備えることを特徴とす
    る電源モジュール。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の電源モジュールにおい
    て、該モジュールはさらに、モジュール出力電圧を感知
    するモジュール出力電圧感知回路を備えており、マイク
    ロプロセッサは、モジュール出力電圧感知回路が感知し
    た電圧に応答して、フィードバック回路における電圧を
    調整することを特徴とする電源モジュール。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の電源モジュールにおい
    て、電力コンバータは、ＰＷＭフォワード・コンバータ
    であることを特徴とする電源モジュール。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の電源モジュールにおい
    て、該モジュールはさらにファンを備えており、マイク
    ロプロセッサは、ファンの速度を制御しかつ該ファンの
    速度をモニタすることを特徴とする電源モジュール。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の電源モジュールにおい
    て、該モジュールはさらに、温度計を備えており、マイ
    クロプロセッサは、温度計が検出する温度に応答して、
    ファンの速度を制御することを特徴とする電源モジュー
    ル。
  6. 【請求項６】 並列電源システムにおいて、 複数の電源モジュールであって、それぞれが、 入力及び出力と、 入力からの電力を出力に供給する電力コンバータと、 フィードバック回路に応答して、入力から出力に供給さ
    れる電力の量を制御するコントローラと、 出力におけるモジュール出力電流を感知するモジュール
    電流感知回路と、 モジュール電流感知回路が感知するモジュール出力電流
    に応答して、フィードバック回路における電圧を調整す
    るマイクロプロセッサとを備えておりいる電源モジュー
    ルと、 電源モジュールのマイクロプロセッサの相互間の通信を
    可能にする通信リンクとを備えることを特徴とする並列
    電源システム。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の並列電源システムにおい
    て、該システムはさらに、電源モジュールのそれぞれに
    対するソケットを有するバックプレーンを更に備えてお
    り、該ソケットは、電源モジュールのそれぞれに対して
    一意的なアドレスを確立するアドレス・ピンを有するこ
    とを特徴とする並列電源システム。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の並列電源システムにおい
    て、複数の電源モジュール中の１つの電源モジュールの
    マイクロプロセッサが、電源モジュールのマイクロプロ
    セッサ相互間の通信リンクを介する通信に基づき、マス
    タとして選択されていることを特徴とする並列電源シス
    テム。
  9. 【請求項９】 請求項６記載の並列電源システムにおい
    て、各電源モジュールはファンを備えており、該電源モ
    ジュールのマイクロプロセッサは、ファンの速度を制御
    しかつファンの速度をモニタすることを特徴とする並列
    電源システム。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の並列電源システムにお
    いて、各電源モジュールは温度計を備えており、マイク
    ロプロセッサは、温度計が検出する温度に応答して電源
    モジュールにおけるファンの速度を制御することを特徴
    とする並列電源システム。
  11. 【請求項１１】 請求項６記載の並列電源システムにお
    いて、該システムはさらに、 電源モジュールのモジュール出力電流を加算するように
    接続されたシステム出力バスと、 システム出力バス上のシステム出力電流を感知するシス
    テム電流感知回路とを備えており、 電源モジュール中の１つのマイクロプロセッサは、シス
    テム出力電流をモニタし、それに応答してモジュール出
    力電流を調整することを特徴とする並列電源システム。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の並列電源システムに
    おいて、１つの電力モジュールのマイクロプロセッサ
    は、システム出力電流から平均のモジュール出力電流を
    決定し、すべての電源モジュールに対して、平均モジュ
    ール出力電流になるようにそれぞれのモジュール出力電
    流を調整するように指令することを特徴とする並列電源
    システム。
  13. 【請求項１３】 請求項６記載の並列電源システムにお
    いて、電力モジュール中の１つのマイクロプロセッサ
    は、電源モジュールのすべてのモジュール出力電流から
    平均のモジュール出力電流を決定し、すべての電源モジ
    ュールに対して、平均モジュール出力電流となるように
    それぞれのモジュール出力電流を調整するように指令す
    ることを特徴とする並列電源システム。
  14. 【請求項１４】 並列電源システムにおいて実行される
    方法であって、それぞれがマイクロプロセッサを有する
    複数の電源モジュールにおける電流を制御する方法にお
    いて、 ａ）平均モジュール出力電流を決定するステップと、 ｂ）平均モジュール出力電流を、電源モジュールそれぞ
    れに通信するステップと、 ｃ）平均モジュール出力電流を、それぞれの電源モジュ
    ールのモジュール出力電流と比較するステップと、 ｄ）モジュール出力電流が平均モジュール出力電流から
    所定の範囲内にない場合には、それぞれの電源モジュー
    ルのモジュール出力電流を、平均モジュール出力電流に
    向けて調整するステップとを含むことを特徴とする電力
    調整方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の方法において、該方
    法はさらに、 所定の時間周期だけ待機するステップと、 その後、ステップａ）〜ｄ）を反復するステップとを含
    むことを特徴とする電力調整方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載の方法において、ステ
    ップａ）は、複数の電源モジュールのそれぞれのマイク
    ロプロセッサからのモジュール出力電流の読み出しを要
    求するステップを含むことを特徴とする電力調整方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４記載の方法において、ステ
    ップａ）は、 並列電源システムの出力電流を決定するステップと、 電源モジュールの数で除算するステップとを含むことを
    特徴とする電力調整方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４記載の方法において、該方
    法はさらに、 複数の電源モジュールの中の１つにおけるマイクロプロ
    セッサをマスタに指定するステップと、 マスタを用いて、ステップａ）〜ｄ）を実行するステッ
    プとを含むことを特徴とする電力調整方法。
  19. 【請求項１９】 ファンとマイクロプロセッサとを有す
    る電源モジュールにおけるファン状態を検出する方法で
    あって、マイクロプロセッサがファンに与えられる電圧
    を制御することによってファン速度を制御し、かつタコ
    メータ出力を介してファン速度をモニタするように構成
    されている方法において、 最大の電圧をファンに供給して最大ファン速度を得るス
    テップと、 タコメータ出力を介して第１のファン速度を測定するス
    テップと、 ファン状態をチェックする要求を待機するステップと、 ファン状態をチェックする要求を受け取った際に、最大
    の電圧をファンに供給して最大ファン速度を得るステッ
    プと、 タコメータ出力を介して第２のファン速度を測定するス
    テップと、 第１のファン速度と第２のファン速度とを比較して、フ
    ァン状態を判断するステップとを含むことを特徴とする
    ファン状態検出方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の方法において、ファ
    ン速度の比較は、第１のファン速度に対する第２のファ
    ン速度の低下程度を判断し、それによって、ファン・ベ
    アリングの摩耗の程度を判断することを特徴とするファ
    ン状態検出方法。
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