(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのバックボードに、それぞれ独立に活線挿抜が可能な複数のパッケージ装置と、
前記複数のパッケージ装置に前記バックボードを通じて電源を共通に供給する電源装置と、を備え、
前記電源装置は、運用電源とプリチャージ用電源を供給可能であり、
前記パッケージ装置は、
当該パッケージ装置を制御する制御部と、
当該制御部と前記運用電源との間に設けられたゲートと、を含み、
前記制御部は、活線挿抜時に前記ゲートをクローズして前記運用電源を使用せずに前記プリチャージ用電源を使用して前記パッケージ装置を起動開始させ、前記パッケージ装置の電源電圧が所定の電圧に到達すると、前記ゲートをオープンして前記運用電源を使用開始し、
前記プリチャージ用電源の電圧は、前記運用電源の電圧より低く設定されることを特徴とする活線挿抜用電源制御システム。
【請求項２】
前記ゲートは半導体スイッチであり、
前記制御部は、前記パッケージ装置の電源電圧が所定の電圧に到達すると、前記半導体スイッチをオンさせることを特徴とする請求項１に記載の活線挿抜用電源制御システム。
【請求項３】
前記制御部はカウンタを含み、
前記カウンタは、前記パッケージ装置の電源電圧が上昇開始してからカウントを開始し、
前記制御部は、前記カウンタのカウント数が所定のカウント数に到達すると、前記ゲートをオープンすることを特徴とする請求項１に記載の活線挿抜用電源制御システム。
【請求項４】
前記パッケージ装置は、前記制御部と前記プリチャージ用電源との間に設けられた別のゲートをさらに含み、
前記制御部は、前記運用電源用のゲートをオープンすると、前記プリチャージ用電源用のゲートをクローズすることを特徴とする請求項１に記載の活線挿抜用電源制御システム。
【請求項５】
前記プリチャージ用電源は、定電流生成機能を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の活線挿抜用電源制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活線挿抜時における突入電流を抑制するための活線挿抜用電源制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置やデータ管理装置など、基本的に運転を止めることができないシステムでは、保守点検や増設の要請などから、電源が投入された状態でパッケージ基板がバックボード（たとえば、マザーボード）に挿抜されることがある。パッケージ基板（以下適宜、パッケージ装置または内部装置という）が活線挿抜される際には突入電流が発生する。
【０００３】
活線挿抜時における突入電流対策として、コネクタ部にロングピンを設けたり、内部装置内にプリチャージ回路を設ける手法が提案されているが（たとえば、特許文献１、２参照）、回路規模の増大や起動時間の増加を招く要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１６１６０６号公報
【特許文献２】特開平１１−５４９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
運用中のシステムに内部装置が接続されると、内部装置が持っている容量成分に電荷が充電され、運転中のシステム内電源の容量が一時的に不足する。これにより、電源電圧が降下する。その影響により、システム内に既に接続されている他の内部装置は、十分な電源電圧を維持できなくなるという事態が発生する。その電源電圧の降下により以下に挙げるような悪影響が発生する可能性がある。
【０００６】
たとえば、内部装置のリセット電圧まで下がってしまうと、その装置が再起動してしまう。また、送受信する信号のレベルが足りなくなると、正確にデータのやり取りをできなくなってしまう。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の内部装置が接続されるシステムの活線挿抜時における突入電流による電源電圧降下を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の活線挿抜用電源制御システムは、それぞれ独立に活線挿抜が可能な複数のパッケージ装置と、複数のパッケージ装置に電源を共通に供給する電源装置と、を備える。電源装置は、運用電源とプリチャージ用電源を供給可能であり、パッケージ装置は、当該パッケージ装置を制御する制御部と、当該制御部と運用電源との間に設けられたゲートと、を含む。制御部は、活線挿抜時にゲートをクローズして運用電源を使用せずにプリチャージ用電源を使用してパッケージ装置を起動開始させ、パッケージ装置の電源電圧が所定の電圧に到達すると、ゲートをオープンして運用電源を使用開始する。
【０００９】
この態様によると、活線挿抜時における突入電流による電源電圧降下を抑制することができる。
【００１０】
プリチャージ用の電源電圧は、運用電源の電圧より低く設定されてもよい。これによれば、電源装置の消費電力を低減することができる。
【００１１】
ゲートは半導体スイッチであり、制御部は、パッケージ装置の電源電圧が所定の電圧に到達すると、半導体スイッチをオンさせてもよい。これによれば、ゲート制御機能をアナログデバイスで実現することができる。
【００１２】
制御部はカウンタを含んでもよい。カウンタは、パッケージ装置の電源電圧が上昇開始してからカウントを開始し、制御部は、カウンタのカウント数が所定のカウント数に到達すると、ゲートをオープンしてもよい。これによれば、ゲート制御機能をデジタルデバイスで実現することができる。
【００１３】
パッケージ装置は、制御部とプリチャージ用電源との間に設けられた別のゲートをさらに含んでもよい。制御部は、運用電源用のゲートをオープンすると、プリチャージ用電源用のゲートをクローズしてもよい。これによれば、プリチャージ用電源による稼働と、運用電源による稼働を完全に分離して扱うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の内部装置が接続されるシステムの活線挿抜時における突入電流による電源電圧降下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的な電源供給方式を用いた、複数の内部装置が挿抜可能なシステムの構成図である。
【図２】内部装置の容量成分がゼロの状態から、当該容量成分に電荷が蓄積される経過を示す図である。
【図３】内部装置の容量成分がゼロ状態を起点として、当該容量成分に流れる電流の変化を示す図である。
【図４】内部装置が取り付けられた際の、システムに供給される電源の電流と電圧の変化例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る、複数の内部装置が挿抜可能なシステムの構成図である。
【図６】内部装置の構成例１を示す図である。
【図７】内部装置Ａの構成例１に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。
【図８】プリチャージ用電源の電圧を運用電源の電圧より低く設定した場合において、内部装置の容量成分がゼロの状態から、当該容量成分に電荷が蓄積される経過を示す図である。
【図９】プリチャージ用電源の電圧を運用電源の電圧より低く設定した場合において、内部装置Ａの構成例１に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。
【図１０】内部装置の構成例２を示す図である。
【図１１】内部装置Ａの構成例２に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、一般的な電源供給方式を用いた、複数の内部装置が挿抜可能なシステム１０１の構成図である。当該システム１０１は、複数の内部装置Ａ１０２〜Ｅ１０６、バックボード１０７および電源装置１０８を備える。複数の内部装置Ａ１０２〜Ｅ１０６には、バックボード１０７を通して電源装置１０８から電源が供給される。この状態から、いずれかの内部装置がバックボード１０７から外されると、外された内部装置は放電され、その容量成分が空の状態になる。この内部装置を再度取り付けることにより、その容量成分へ充電を行なうと、充電初期に大電流が流れる。いわゆる突入電流が流れる。
【００１７】
図２は、内部装置の容量成分がゼロの状態から、当該容量成分に電荷Ｑが蓄積される経過を示す図である。当該内部装置がバックボード１０７に取り付けられると、下記式１に示すように電荷Ｑが当該容量成分に蓄積されていく。
Ｑ（ｔ）＝ＣＥ（１−ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ））    ・・・（式１）
ｔは時刻、Ｃは容量値、Ｅは電圧値、Ｒは抵抗値を示す。
【００１８】
図３は、内部装置の容量成分がゼロ状態を起点として、当該容量成分に流れる電流Ｉの変化を示す図である。当該内部装置がバックボード１０７に取り付けられると、下記式２に示すように電流Ｉが当該容量成分に流れる。
Ｉ（ｔ）＝Ｅ／Ｒ（ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ））    ・・・（式２）
【００１９】
図４は、内部装置が取り付けられた際の、システム１００に供給される電源の電流Ｉと電圧Ｖの変化例を示す図である。図４に示すように、内部装置が取り付けられると、図３に示した原理により電流Ｉが跳ね上がり、それに対応して電圧Ｖが急降下する。
【００２０】
図５は、本発明の実施の形態に係る、複数の内部装置が挿抜可能なシステム２０１の構成図である。当該システム２０１は、複数の内部装置Ａ２０２〜Ｅ２０６、バックボード２０７および電源装置２０８を備える。複数の内部装置Ａ２０２〜Ｅ２０６は、バックボード２０７にそれぞれ独立に活線挿抜が可能である。電源装置２０８は、複数の内部装置Ａ２０２〜Ｅ２０６にバックボード２０７を通じて電源を共通に供給する。本実施の形態では、電源装置２０８は２系統の電源（すなわち、運用電源２０９とプリチャージ用電源２１０）を備え、それぞれ複数の内部装置Ａ２０２〜Ｅ２０６に供給可能である。
【００２１】
図６は、内部装置の構成例１を示す図である。図６では内部装置Ａ２０２の構成例１を示す。なお、他の内部装置の構成も同様の構成である。内部装置Ａ２０２ａは、制御部２２１ａ、ゲート２２２ａ、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２および抵抗Ｒ１を含む。
【００２２】
制御部２２１ａは、内部装置Ａ２０２全体を制御する。ゲート２２２ａは、制御部２２１ａと運用電源２０９との間に設けられる。第１ダイオードＤ１はゲート２２２ａと制御部２２１ａとの間に設けられる。より具体的には、第１ダイオードＤ１のアノード端子がゲート２２２ａに接続され、カソード端子が制御部２２１ａに接続される。
【００２３】
第２ダイオードＤ２は、制御部２２１ａとプリチャージ用電源２１０との間に設けられる。より具体的には、第２ダイオードＤ２のアノード端子がプリチャージ用電源２１０に接続され、カソード端子が制御部２２１ａに接続される。抵抗Ｒ１は運用電源２０９とプリチャージ用電源２１０のそれぞれの電源系統が合流した後の電源線と、グラウンド線との間に接続される。
【００２４】
制御部２２１ａは、活線挿抜時にゲート２２２ａをクローズして運用電源２０９を使用せずにプリチャージ用電源２１０を使用して内部装置Ａ２０２ａを起動開始させ、内部装置Ａ２０２の電源電圧が所定の電圧に到達すると、ゲート２２２ａをオープンして運用電源２０９を使用開始する。当該所定の電圧は、内部装置Ａ２０２の規定の電源電圧であってもよい。
【００２５】
図７は、内部装置Ａ２０２ａの構成例１に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。内部装置Ａ２０２ａが接続される前の期間では、プリチャージ用電源２１０の電圧Ｐｒｅ  Ｖおよび運用電源２０９の電圧Ｍａｉｎ  Ｖはハイレベルの定電圧で推移し、プリチャージ用電源２１０の電流Ｐｒｅ  Ｉおよび運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉは小さな値の定電流で推移する。
【００２６】
内部装置Ａ２０２ａがバックボード２０７に接続されると、内部装置Ａ２０２ａの電源電圧は上昇を開始する。内部装置Ａ２０２ａの電源起動直後はゲート２２２ａがクローズであり、プリチャージ用電源２１０のみが使用される。制御部２２１ａは内部装置Ａ２０２ａ内のすべてのデバイスが安定して動作しているか否かを検知し、それらが安定して動作し始めると、ゲートイネーブル信号を非有意（図７ではローレベル）から有意（図７ではハイレベル）に遷移させる。ゲートイネーブル信号が有意に遷移すると、ゲート２２２ａがオープンする。これにより、運用電源２０９が制御部２２１ａに供給されるようになる。
【００２７】
内部装置Ａ２０２ａがバックボード２０７に接続されてから、内部装置Ａ２０２ａが安定動作するまでの間、プリチャージ用電源２１０の電流Ｐｒｅ  Ｉは上昇し、プリチャージ用電源２１０の電圧Ｐｒｅ  Ｖは降下するが、運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉは定電流を維持し、運用電源２０９の電圧Ｍａｉｎ  Ｖも定電圧を維持する。内部装置Ａ２０２ａの活線挿抜時にはゲート２２２ａがクローズしているため、運用電源２０９に負荷がかからないためである。したがって、他の内部装置の電源電圧も定電圧を維持する。
【００２８】
内部装置Ａ２０２ａが安定動作した後は、プリチャージ用電源２１０の電圧Ｐｒｅ  Ｖは元のレベルの定電圧に復帰する。プリチャージ用電源２１０の電流Ｐｒｅ  Ｉは突入時の電流より下がるが、内部装置Ａ２０２ａの接続前の値より高い値の定電流で推移する。運用電源２０９の電圧Ｍａｉｎ  Ｖはそれまでの定電圧を維持する。運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉは若干上昇し、上昇後の値の定電流で推移する。内部装置Ａ２０２ａの電源電圧は所定のレベルの定電圧で推移する。他の内部装置の電源電圧はそれまでの定電圧を維持する。
【００２９】
このように、プリチャージ用電源２１０と運用電源２０９の割合を変えることにより、運用電源２０９の電圧降下をなくす、または小さくすることができる。プリチャージ用電源２１０と運用電源２０９の電圧が同じ場合、プリチャージ用電源２１０の容量を極力小さくすることで、運用を始めた内部装置Ａ２０２ａは、容量の大きい運用電源２０９からほとんどの電流を受け取ることができ、他の内部装置の電源電圧降下は発生しないか、または小さくなる。
【００３０】
また、プリチャージ用電源２１０の電圧が、運用電源２０９の電圧より低く設定されてもよい。この場合も、プリチャージ用電源２１０を設けない場合と比較し、活線挿抜時の運用電源２０９の電圧降下を小さくすることができる。
【００３１】
図８は、プリチャージ用電源２１０の電圧を運用電源２０９の電圧より低く設定した場合において、内部装置の容量成分がゼロの状態から、当該容量成分に電荷が蓄積される経過を示す図である。図８に示すように、プリチャージ用電源２１０で活線挿抜初期の大きな突入電流を流し、一定の電圧に達するまでプリチャージ用電源２１０の電流で当該容量成分に電荷を蓄積する。一定の電圧に達した時点で運用電源２０９用のゲート２２２ａをオープンし、運用電源２０９で残りの突入電流を流し、当該容量成分の残りに電荷を蓄積する。これにより、運用電源２０９の電圧降下を小さくすることができる。そして、運用を始めた内部装置Ａ２０２ａは、プリチャージ用電源２１０より電圧の高い運用電源２０９から電流を受け取るため、プリチャージ用電源２１０の電圧降下は他の内部装置の電源に発生しない。
【００３２】
図９は、プリチャージ用電源２１０の電圧を運用電源２０９の電圧より低く設定した場合において、内部装置Ａ２０２ａの構成例１に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。図９に示すタイミングチャートにおける内部装置Ａ２０２ａがバックボード２０７に接続される前までの推移は、図７に示したタイミングチャートにおける推移と同様である。
【００３３】
その後、図７のタイミングチャートと同様に、内部装置Ａ２０２ａがバックボード２０７に接続されてから、内部装置Ａ２０２ａが安定動作するまでの間、プリチャージ用電源２１０の電流Ｐｒｅ  Ｉにより内部装置Ａ２０２ａの容量成分が充電される。しかしながら、図９に示すタイミングチャートでは、プリチャージ用電源２１０の電圧Ｐｒｅ  Ｖが運用電源２０９のＭａｉｎ  Ｖより低く設定されているため、プリチャージ用電源２１０の電圧Ｐｒｅ  Ｖでは内部装置Ａ２０２ａの規定の電源電圧に届かない。そこで、安定動作後、運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉにより内部装置Ａ２０２ａの容量成分が充電される。
【００３４】
これにより、運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉが若干上昇し、運用電源２０９の電圧Ｍａｉｎ  Ｖが若干降下し、他の内部装置の電源電圧も若干降下するが、大きな変化にはいたらない。
【００３５】
図６に戻り、ゲート２２２ａはアナログデバイスである半導体スイッチ（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ）で構成されてもよい。制御部２２１ａは、内部装置Ａ２０２ａの電源電圧が所定の電圧に到達すると、当該半導体スイッチをオンさせる。
【００３６】
また、制御部２２１ａはカウンタを備えてもよい。そのカウンタは内部装置Ａ２０２ａの電源電圧が上昇開始してからカウントを開始する。制御部２２１ａは、そのカウンタのカウント数が所定のカウント数に到達すると、ゲート２２２ａをオープンする。当該カウント数は、内部装置Ａ２０２ａがバックボード２０７に接続されたことを検出してから、規定の電源電圧に到達するまでのカウント数に設定されてもよい。当該カウント数は設計者による実験やシミュレーションを通じて決定された値であってもよい。なお、当該カウントは制御部２２１ａの外に配置されてもよい。
【００３７】
図１０は、内部装置の構成例２を示す図である。構成例２に係る内部装置Ａ２０２ｂは、構成例１に係る内部装置Ａ２０２ａと比較し、制御部２２１ｂとプリチャージ用電源２１０との間にもゲートが設けられる例である。なお、図１０では制御部２２１ｂと運用電源２０９との間のゲートと、制御部２２１ｂとプリチャージ用電源２１０との間のゲートとを同じブロック（ゲート２２２ｂ）で描いているが、別々にゲートが設けられてもよい。
【００３８】
制御部２２１ｂは、運用電源２０９用のゲートをオープンすると、プリチャージ用電源２１０用のゲートをクローズする。構成例１では、プリチャージ用電源２１０と運用電源２０９との関係で、運用電源の電圧降下の割合が変わってくる。これに対し、構成例２ではプリチャージ用電源２１０で起動開始し、起動終了後、運用電源２０９へ切り替えてプリチャージ用電源２１０を切り離すことにより、活線挿抜時の運用電源２０９の電圧降下をなくすことができる。
【００３９】
図１１は、内部装置Ａ２０２ｂの構成例２に係る、活線挿抜時のタイミングチャートを示す図である。図７に示したタイミングチャートは、内部装置Ａ２０２ａの規定の電源電圧までプリチャージ用電源２１０の電流Ｐｒｅ  Ｉにより充電され、その後、ほぼ運用電源２０９の電流Ｍａｉｎ  Ｉのみにより動作する。構成例１では、そのように動作するために、ゲート２２２ａの切替タイミングおよびプリチャージ用電源２１０の容量成分が設計されている。したがって、図１１に示すタイミングチャートと図７にタイミングチャートは、実質的に同じ推移となる。
【００４０】
以上説明したように本実施の形態によれば、プリチャージ用電源２１０を設けたことにより、活線挿抜時に、突入電流による電源電圧降下の影響を抑制することができる。したがって、内部装置Ａ２０２〜Ｅ２０６の外部から低電圧の電源を供給することができる。また、プリチャージ用電源２１０の電圧を運用電源２０９の電圧より低く設定し、電源装置２０８の消費電力を低減することも可能である。また、ゲート制御はアナログ構成でもデジタル構成でも可能である。
【００４１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４２】
たとえば、プリチャージ用電源２１０は、定電流生成機能を備え、その定電流を供給可能な電源であってもよい。その際、その定電流を定電圧で供給してもよい。これにより、プリチャージ用電源２１０に電流制限機能を持たすことができ、内部装置に電流制限抵抗などを設ける必要をなくし、内部装置の回路規模の増大を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  システム、  １０８  電源装置、  ２０１  システム、  ２０８  電源装置、  ２０９  運用電源、  ２１０  プリチャージ用電源、  ２２１ａ，２２１ｂ  制御部、  ２２２ａ，２２２ｂ  ゲート。
【図１】
0005535821.tif 000002
【図２】
0005535821.tif 000003
【図３】
0005535821.tif 000004
【図４】
0005535821.tif 000005
【図５】
0005535821.tif 000006
【図６】
0005535821.tif 000007
【図７】
0005535821.tif 000008
【図８】
0005535821.tif 000009
【図９】
0005535821.tif 000010
【図１０】
0005535821.tif 000011
【図１１】
0005535821.tif 000012