(57)【要約】【課題】  給電線の振動電圧を抑制するユニットを交換する際に、システムの停止や突入電流の発生を防ぐことができる直流給電システムを提供する。【解決手段】  直流電源を負荷に供給する母線１２１、１２２に発生すると共に負荷の変動等で母線１２１、１２２に発生する振動電圧を、所定容量のコンデンサで抑制する直流給電システムにおいて、母線１２１、１２２が接続されているスロットル１０１〜１０６と、母線１２１、１２２が接続されていると共に少なくとも１個の空きスロットル１０７と、コンデンサ２１Ｂをそれぞれ備え、スロットル１０１〜１０６に差し込まれているときに、各コンデンサ２１Ｂが母線１２１、１２２に電気的にそれぞれ並列に接続されているユニット２１１〜２１６とを備えている。そして、各ユニット２１１〜２１６のコンデンサ２１Ｂは、所定容量を６分割した中の１つの容量である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源を供給すると共に母線に発生する振動電圧を、所定容量のコンデンサで抑制する直流給電システムにおいて、
前記母線が接続されているＮ個のスロットルと、
前記母線が接続されていると共に少なくとも１個の予備用のスロットルと、
現用コンデンサをそれぞれ備え、前記Ｎ個のスロットルに差し込まれているときに、前記各現用コンデンサが前記母線に電気的にそれぞれ並列に接続されているＮ個のユニットと、
を備え、
前記各ユニットの現用コンデンサは、前記所定容量をＮ分割した中の１つの容量である、
ことを特徴とする直流給電システム。
【請求項２】
前記ユニットは、
前記現用コンデンサに直列に接続されている電流制限抵抗と、
このユニットがスロットルに差し込まれてから所定時間が経過すると、この電流制限抵抗を短絡するバイパス手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電圧を各種の装置に供給する直流給電システムに関し、詳しくは給電線の電圧の振動に対処する直流給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流給電として高電圧直流給電（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）がある。例えば多数のサーバーを収容するデータセンターの場合、交流電源を各サーバーに供給する代わりに、高電圧直流給電により直流高電圧を供給する。こうした直流給電によれば、各サーバーで交流から直流へ変換することを不要にするので、電気の効率的な利用が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この高電圧直流給電を行うための給電システムの一例を図７に示す。この給電システムは、電源装置１１０と母線１２１、１２２とを主に備え、直流高電圧を電子装置２００に供給する。電源装置１１０は、フローティング電源であり、交流電源等から正側（プラス側：Ｐ）および負側（マイナス側：Ｎ）の両方の直流高電圧を生成し、これらの直流高電圧を給電線であるＰ側の母線１２１とＮ側の母線１２２とに出力する。Ｐ側の母線１２１、Ｎ側の母線１２２は、直流高電圧を電子装置２００に送る。
【０００４】
電子装置２００の入力側には、雑音除去等のためのＹコンデンサ（Ｙコン）として、コンデンサＣ２１１、Ｃ２１２が設けられている。コンデンサＣ２１１は、正側の直流高電圧を送るための母線１２１側とグランドとの間に接続され、コンデンサＣ２１２は、負側の直流高電圧を送るための母線１２２側とグランドとの間に接続されている。電子装置２００では、雑音等が除去された直流高電圧が電子装置本体２１０に加えられる。なお、給電システムが例えばデータセンターに設置されている場合には、電子装置２００はサーバー等の機器である。そして、図示を省略しているが、複数の電子装置２００が母線１２１、１２２に対して並列に接続されて、直流高電圧が供給されている。
【０００５】
ところで、母線１２１、１２２は、電源装置１１０から引き回されて電子装置２００に接続されている。このために、母線１２１、１２２には、インダクタンス成分１２１Ａ、１２２Ａが生じる。この状態で、電子装置２００の電子装置本体２１０による負荷電流が急激に変化すると、インダクタンス成分１２１Ａ、１２２Ａにより、直流高電圧が振動する。つまり、直流高電圧（母線電圧）に対して振動電圧が加わることになる。
【０００６】
母線電圧に発生する振動電圧は電子装置２００の電子装置本体２１０に影響を与えるので、母線電圧の振動を抑圧するために、コンデンサＣ２１１、Ｃ２１２に比べて大容量のコンデンサ１３０を、母線１２１と母線１２２との間に接続する手法がある。この場合には、母線１２１と母線１２２とが接続されているスロットル１２３が設けられ、このスロットル１２３に対して、例えば図８に示すように、ユニット３１１が接続される。ユニット３１１にはコンデンサ１３０が実装され、母線１２１と母線１２２が配置されているラック３００にユニット３１１が装着される。これにより、コンデンサ１３０が母線１２１と母線１２２との間に接続される。なお、ユニット３１１には、突起３１１Ａが設けられている。突起３１１Ａはユニット３１１の差し込みや引き抜きのときに使用される。また、ラック３００には、別のユニット３１２〜３１６も装着されている。これらのユニット３１２〜３１６は、例えば通信制御を行うなどの機能を持つ。さらに、ラック３００は、ねじ穴３０１を利用して、床等に固定されたキャビネット（図示を省略）に取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１９３６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、先に説明したコンデンサ１３０で振動電圧を抑圧する手法には、次の課題がある。ユニット３１１には、コンデンサ１３０やコネクタ等の各種の部品が用いられ、部品によっては定期交換が必要である。例えばコンデンサ１３０の定期交換をする際には、電源装置１１０から直流高電圧の供給を受けているシステムを停止する必要がある。システムがサーバ等であれば、システムを停止することが困難である。
【０００９】
また、電源を再投入すると、ユニット３１１のコンデンサ１３０が大容量であるために、大きな突入電流が母線１２１、１２２に流れる。このために、電源装置１１０に交流電源等を供給するケーブルにも大きな電流が流れる。この結果、ケーブルに流れる電流を検出するブレーカが動作することになる。
【００１０】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、給電線の振動電圧を抑制するユニットを交換する際に、システムの停止や突入電流の発生を防ぐことができる直流給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、直流電源を供給すると共に母線に発生する振動電圧を、所定容量のコンデンサで抑制する直流給電システムにおいて、前記母線が接続されているＮ個のスロットルと、前記母線が接続されていると共に少なくとも１個の予備用のスロットルと、現用コンデンサをそれぞれ備え、前記Ｎ個のスロットルに差し込まれているときに、前記各現用コンデンサが前記母線に電気的にそれぞれ並列に接続されているＮ個のユニットと、を備え、前記各ユニットの現用コンデンサは、前記所定容量をＮ分割した中の１つの容量である、ことを特徴とする直流給電システムである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の直流給電システムにおいて、前記ユニットは、前記現用コンデンサに直列に接続されている電流制限抵抗と、このユニットがスロットルに差し込まれてから所定時間が経過すると、この電流制限抵抗を短絡するバイパス手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、母線を安定化するために必要なコンデンサの容量をＮ個に分割し、各コンデンサがＮ個に分割した容量のコンデンサを備えている。これにより、ユニットを交換する際に、予備用のスロットルに交換用のユニットを差し込んだ後で、交換対象のユニットを引き抜くことにより、システムを停止することを不要にすることができる。同時に、Ｎ個のコンデンサの合成容量は、母線を安定化するために必要な容量を常に確保しているので、ユニットを交換する際での母線安定化を維持することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ユニットのコンデンサに対して所定時間だけ電流制限抵抗が直列に接続されるので、ユニットを差し込んだ際に発生する突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による直流給電システムの一例を示す構成図である。
【図２】ラックを示す正面図である。
【図３】ユニット回路の一例を示す構成図である。
【図４】ユニット回路のスイッチを説明するための側面図である。
【図５】コンデンサと抵抗の接続の様子を示す構成図である。
【図６】コンデンサの接続の様子を示す構成図である。
【図７】従来の給電システムの一例を示す構成図である。
【図８】従来のラックを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
この実施の形態による直流給電システムを図１および図２に示す。なお、この実施の形態では、先に説明した図７および図８と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この直流給電システムは、電源装置１１０と母線１２０Ａ、１２０Ｂとを備えている。さらに、直流給電システムは、スロットル１０１〜１０６と、空きスロットル１０７と、ユニット２１１〜２１６とを備えている。直流給電システムは、グランドに対して正負の直流高電圧を負荷である電子装置２００に供給する。給電システムが例えばデータセンターに設置されている場合には、電子装置２００は複数のサーバーである。そして、サーバーは、例えば数百ボルトの直流高電圧を母線１２０Ａ、１２０Ｂから受けると、この電圧の降圧を行って、電圧が数十ボルトの電源としている。
【００１８】
スロットル１０１〜１０６と空きスロットル１０７は、ラック３００に設けられている開口に相当する部分である。この実施の形態では、スロットル１０１〜１０６にユニット２１１〜２１６がそれぞれ差し込まれて装着される。空きスロットル１０７は予備のスロットルであり、通常、空きスロットル１０７にはユニットが装着されていない。スロットル１０１〜１０６と空きスロットル１０７には、マザーボード４００に接続されているコネクタ１１がそれぞれ設けられている。例えばスロットル１０１にユニット２１１が差し込まれると、ユニット２１１のプラグ（図示を省略）がスロットル１０１のコネクタ１１に接続される。
【００１９】
ユニット２１１〜２１６は同じであるので、以下ではユニット２１１を代表例として説明する。ユニット２１１は、図３に示すユニット回路２１を備えている。ユニット回路２１は、ユニット２１１がスロットル１０１に装着されたときに、ユニット回路２１がＰ側の母線１２１とＮ側の母線１２２とに接続される。ユニット回路２１は、抵抗２１Ａ、２１Ｄと、コンデンサ２１Ｂと、バイパスリレー２１Ｃと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｅと、起動回路２１Ｆと、放電回路２１Ｇとを備えている。
【００２０】
ユニット回路２１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｅは、ピン２１Ｈ、２１Ｊに母線１２１、１２２が接続されると、母線１２１、１２２からの電圧を、ユニット回路２１に必要とする電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｅは、変換した電圧を起動回路２１Ｆに供給する。ピン２１Ｈ、２１Ｊは、ユニット２１１のプラグ（図示を省略）に設けられている。そして、ピン２１Ｈ、２１Ｊは、スロットル１０１のコネクタ１１に接続される。これにより、先に述べたように、ピン２１Ｈ、２１Ｊに母線１２１、１２２が接続される。
【００２１】
ユニット回路２１の放電回路２１Ｇは、コンデンサ２１Ｂに蓄積されている電荷を放電するためのものである。放電回路２１Ｇは、図４示すように、スイッチ２１Ｇ１を備えている。スイッチ２１Ｇ１は押しボタン２１Ｇ１１を備えている。ユニット２１１のプラグ２１１１がコネクタ１１に接続されている状態であると、ボタン２１Ｇ１１がマザーボード４００に接触し、ボタン２１Ｇ１１が押されて、スイッチ２１Ｇ１がオフになる。これにより、スイッチ２１Ｇ１を備える放電回路２１Ｇは、抵抗２１Ｄとコンデンサ２１Ｂとの接続を切り離した状態にする。また、スイッチ２１Ｇ１のボタン２１Ｇ１１とマザーボード４００との接触が解除されると、つまり、スロットル１０１からユニット２１１が引き出されると、スイッチ２１Ｇ１がオンになる。これにより、スイッチ２１Ｇ１を備える放電回路２１Ｇは、抵抗２１Ｄをコンデンサ２１Ｂに並列に接続する。
【００２２】
ユニット回路２１の起動回路２１Ｆは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｅからの電圧により動作する。そして、放電回路２１Ｇのスイッチ２１Ｇ１がオフになると、つまり、スロットル１０１にユニット２１１が差し込まれると、起動回路２１Ｆは、内部のタイマー機能を利用して、所定時間後にバイパスリレー２１Ｃに駆動信号を送る。また、放電回路２１Ｇのスイッチ２１Ｇ１がオフからオンになると同時に、つまりスロットル１０１からユニット２１１が引き出されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１Ｅからの電圧供給が停止し、起動回路２１Ｆは駆動信号の出力を止める。
【００２３】
ユニット回路２１のバイパスリレー２１Ｃは、起動回路２１Ｆからの制御によって動作する。バイパスリレー２１Ｃは、起動回路２１Ｆから駆動信号を受け取ると、つまり、スロットル１０１にユニット２１１が差し込まれて、所定時間が経過すると、バイパスリレー２１Ｃは抵抗２１Ａを短絡する。また、バイパスリレー２１Ｃは、駆動信号の出力が止まると、つまり、スロットル１０１からユニット２１１が引き出されると、抵抗２１Ａの短絡を解除する。
【００２４】
抵抗２１Ａは、コンデンサ２１Ｂに流れる電流を制限する電流制限抵抗である。このために、抵抗２１Ａは、コンデンサ２１Ｂに対して直列に接続されている。抵抗２１Ａとコンデンサ２１Ｂとの直列回路は、ピン２１Ｈとピン２１Ｊとの間に接続されている。抵抗２１Ａは、
ａ．スロットル１０１にユニット２１１が差し込まれた時点で、
コンデンサ２１Ｂに対して直列の接続されて、電流制限をする、
ｂ．スロットル１０１にユニット２１１が差し込まれた時点から、
所定時間が経過すると、短絡される、
という、２つの機能を持つ。
【００２５】
コンデンサ２１Ｂは、電子装置２００に対する負荷の変動等で発生する振動電圧を抑制するためのもの、つまり、発生した振動電圧を止めるためのものである。バイパスリレー２１Ｃは、先に述べた抵抗２１Ａの機能ａにより、スロットル１０１にユニット２１１が差し込まれると、図５に示すように、抵抗２１Ａとコンデンサ２１Ｂとの直列回路が母線１２１と母線１２２との間に接続され、コンデンサ２１Ｂに流れる電流が制限される。この後、所定時間が経過すると、先に述べた抵抗２１Ａの機能ｂにより、抵抗２１Ａが短絡されるので、スロットル１０１のコンデンサ２１Ｂは、図６に示すように、他のスロットル１０２〜スロットル１０６の並列のコンデンサ２１Ｂに対して、並列に接続された状態になる。
【００２６】
先に述べたように、コンデンサ２１Ｂは、振動電圧を抑制するためのものであり、母線１２１、１２２の安定化をするためのものである。母線１２１、１２２の安定化をするために必要とするコンデンサが容量Ｃであるとすると、この実施の形態では、この容量Ｃを６等分する。そして、ユニット２１１〜２１６の各ユニット回路２１では、コンデンサ２１Ｂの容量を値Ｃ／６にしている。そして、スロットル１０１〜１０６にユニット２１１〜２１６が装着された状態で、つまり、スロットル１０１〜１０６の６つの中容量のコンデンサ２１Ｂが並列に接続された状態（図６）で、合成容量が大容量のコンデンサの値と同じになるので、母線の安定化が行われる。
【００２７】
次に、この実施の形態による直流給電システムの作用について説明する。通常、直流給電システムではラック３００のスロットル１０１〜１０６にユニット２１１〜２１６が差し込まれて使用された状態で、かつ、空きスロットル１０７が未使用の状態で、直流給電システムが運用されている。この状態の時に、ユニット２１１〜２１６の６個のコンデンサ２１Ｂが、抵抗２１Ａの上記ｂの機能により、母線１２１と母線１２２との間に並列に接続され、スロットル１０１〜１０６の６個のコンデンサ２１Ｂで形成される合成容量が容量Ｃになる。これにより、母線の安定化が行われる。
【００２８】
ところで、例えばスロットル１０１に差し込まれているユニット２１１のコンデンサ２１Ｂを交換する場合に、作業者は、ユニット２１１と同等の予備のユニットを用意し、この予備のユニットを空きスロットル１０７に差し込む。このとき、抵抗２１Ａの機能ａにより、所定時間だけ、コンデンサ２１Ｂに抵抗２１Ａが直列に接続された直列回路が、母線１２１と母線１２２との間に接続される（図５）。これにより、スロットル１０１に対応するコンデンサ２１Ｂに流れようとする突入電流が阻止される。
【００２９】
所定時間が経過すると、抵抗２１Ａの機能ｂにより、直列回路の抵抗２１Ａが短絡されて、この直列回路はコンデンサ２１Ｂだけになる（図６）。つまり、所定時間後に起動回路２１Ｆがバイパスリレー２１Ｃに駆動信号を送るので、バイパスリレー２１Ｃは抵抗２１Ａを短絡する。これにより、母線１２１と母線１２２には、スロットル１０１〜１０７に対応する７個のコンデンサ２１Ｂで形成される合成容量になる。この結果、母線の安定化が維持される。
【００３０】
この後、作業者がユニット２１１を引き抜くと、母線１２１と母線１２２には、スロットル１０１〜１０６に対応する６個のコンデンサ２１Ｂで形成される合成容量になる。この結果、母線の安定化が維持される。同時に、引き抜かれたユニット２１１の放電回路２１Ｇのスイッチ２１Ｇ１がオンになる。これにより、放電回路２１Ｇは、抵抗２１Ｄをコンデンサ２１Ｂに並列に接続する。この結果、抵抗２１Ｄを経てコンデンサ２１Ｂの電荷が放電される。つまり、コンデンサ２１Ｂを交換するために、作業者がコンデンサ２１Ｂに接触しても、感電することがない。
【００３１】
こうして、この実施の形態によれば、母線安定化に必要とする大容量のコンデンサを、中容量のコンデンサ２１Ｂに分け、ユニット２１１〜２１６がコンデンサ２１Ｂをそれぞれ備えている。これにより、ユニットを交換する際に、空きスロットルに交換用のユニットを差し込んだ後で対象ユニットを引き抜くので、システムを停止することを不要にすることができる。同時に、全体のコンデンサの合成容量は、大容量以上を維持して、母線１２１、１２２を安定化するために必要な容量を常に確保しているので、母線安定化を維持することができる。これにより、例えばシステム障害を防止することが可能である。
【００３２】
また、この実施の形態によれば、ユニット２１１〜２１６が中容量のコンデンサ２１Ｂを備えているので、客先仕様に対して必要個数のユニットを実装することにより、コンデンサの容量を最適な値にすることができる。
【００３３】
また、この実施の形態によれば、ユニットを交換する際に、引き抜いたユニットのコンデンサ２１Ｂの電荷を、引き抜き時に自動的に放電するので、コンデンサ２１Ｂによる感電を防ぐことができる。
【００３４】
さらに、この実施の形態によれば、ユニットを差し込んだ際に発生する突入電流を、ユニットの抵抗２１Ａで抑制しているので、システムに影響を与えることがない。つまり、電源装置側のヒューズ断またはブレーカ断が発生することがない。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、６個のスロットル１０１〜１０６に対して、１個の空きスロットル１０７を設けている。この実施の形態では、６個のスロットル１０１〜１０６に対して、２個以上の空きスロットルを設けている。これらのスロットルは、空きスロットル１０７と同じである。空きスロットルを設ける位置は、ラック３００でもよく、また、ラック３００の上下に位置するラックでもよい。
【００３６】
この実施の形態によれば、ユニットを交換する際に、複数のユニットを引き抜くことができるので、コンデンサ等の部品の交換作業を効率的に行うことを可能にする。
【符号の説明】
【００３７】
１０１〜１０６  スロットル
１０７  空きスロットル
２１１〜２１６  ユニット
２１  ユニット回路
２１Ａ、２１Ｄ  抵抗
２１Ｂ  コンデンサ（現用コンデンサ）
２１Ｃ  バイパスリレー
２１Ｅ  ＤＣ／ＤＣコンバータ（バイパス手段）
２１Ｆ  起動回路（バイパス手段）
１１０  電源装置（バイパス手段）
１２１、１２２  母線
３００  ラック
４００  マザーボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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