(57)【要約】【課題】入力電圧の低下に伴う出力電圧の低下を効率的に抑制する。【解決手段】昇圧回路１１は、動作時には入力電圧Ｖｉｎを電圧Ｖ１以上の電圧にし、非動作時には入力電圧Ｖｉｎをそのまま出力する。昇降圧回路１２は、昇圧回路１１と並列に接続され、入力電圧Ｖｉｎを電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２にする。制御回路１３は、昇降圧回路１２を動作させ続けるとともに、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１以上の場合に、昇圧回路１１を非動作状態に設定して入力電圧Ｖｉｎを監視し、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１より低くなった場合に、昇圧回路１１を動作状態に切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作時には入力電圧を第１の電圧以上の電圧にし、非動作時には前記入力電圧をそのまま出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路と並列に接続され、前記入力電圧を前記第１の電圧より低い第２の電圧にする昇降圧回路と、
前記昇降圧回路を動作させ続けるとともに、前記入力電圧が前記第１の電圧以上の場合に、前記昇圧回路を非動作状態に設定して前記入力電圧を監視し、前記入力電圧が前記第１の電圧より低くなった場合に、前記昇圧回路を動作状態に切り替える制御回路と、
を有する電圧制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記電圧制御装置が起動した直後の初期モードでの動作時には、前記入力電圧が前記第１の電圧以上の場合、前記昇圧回路を非動作状態に設定し、前記入力電圧が前記第１の電圧より低い場合、前記昇圧回路を動作状態に設定して、通常モードに移行し、
前記昇圧回路を非動作状態に設定して前記通常モードに移行した場合には、前記入力電圧を監視し、前記入力電圧が前記第１の電圧より低くなった場合には、前記昇圧回路を動作状態に切り替える、
請求項１記載の電圧制御装置。
【請求項３】
前記昇圧回路および前記昇降圧回路の出力電圧を、前記第２の電圧より低い第３の電圧に変換する変換回路をさらに有し、
前記第２の電圧は、前記変換回路が出力電圧を前記第３の電圧に維持できる範囲内に設定される、
請求項１または２記載の電圧制御装置。
【請求項４】
動作時には入力電圧を第１の電圧以上の電圧にし、非動作時には前記入力電圧をそのまま出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路と並列に接続され、前記入力電圧を前記第１の電圧より低い第２の電圧にする昇降圧回路と、
前記昇圧回路および前記昇降圧回路の出力電圧を、前記第２の電圧より低い第３の電圧に変換する変換回路と、
前記昇降圧回路を動作させ続けるとともに、前記入力電圧が前記第１の電圧以上の場合に、前記昇圧回路を非動作状態に設定して前記入力電圧を監視し、前記入力電圧が前記第１の電圧より低くなった場合に、前記昇圧回路を動作状態に切り替える制御回路と、
を備える電源装置と、
前記変換回路の出力電圧を電源として用いて動作する処理装置と、
を有する情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御装置および情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給電システムから供給される入力電圧を所定電圧に変換する電源回路においては、停電に伴う入力電圧源の切り替えなどによって、入力電圧が急激に低下する場合がある。このような事態に備えて、入力電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電源回路がある。また、昇圧回路を常時動作させると、電力の伝送効率が低下する、あるいはノイズが発生するといった問題があることから、入力電圧が所定電圧以上の場合には昇圧回路の昇圧動作を停止させるようにした電源回路が提案されている。
【０００３】
また、電源回路に関連する技術の例として、昇圧回路に並列に配置されたバッテリを備える放電灯点灯装置が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５３７７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、昇圧回路は、動作停止状態から動作の開始が指示された場合に、出力電圧を所定電圧まで昇圧できるようになるまでにある程度の時間がかかる。このため、入力電圧の低下に応じて昇圧回路の動作を開始させた場合には、昇圧回路の出力電圧が所定電圧まで昇圧される前に、出力電圧が一時的に著しく低下してしまう可能性がある。その一方、入力電圧の低下に備えて昇圧回路を常時動作させると、電力損失の発生が避けられず、効率が悪いという問題がある。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、入力電圧の低下に伴う出力電圧の低下を効率的に抑制した電圧制御装置および情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの案では、昇圧回路と、昇降圧回路と、制御回路とを有する電圧制御装置が提供される。この電圧制御装置において、昇圧回路は、動作時には入力電圧を第１の電圧以上の電圧にし、非動作時には入力電圧をそのまま出力する。昇降圧回路は、昇圧回路と並列に接続され、入力電圧を第１の電圧より低い第２の電圧にする。制御回路は、昇降圧回路を動作させ続けるとともに、入力電圧が第１の電圧以上の場合に、昇圧回路を非動作状態に設定して入力電圧を監視し、入力電圧が第１の電圧より低くなった場合に、昇圧回路を動作状態に切り替える。
【０００８】
また、１つの案では、電源装置と処理装置とを有する情報処理装置が提供される。電源装置は、昇圧回路と、昇降圧回路と、変換回路と、制御回路とを備える。昇圧回路は、動作時には入力電圧を第１の電圧以上の電圧にし、非動作時には入力電圧をそのまま出力する。昇降圧回路は、昇圧回路と並列に接続され、入力電圧を第１の電圧より低い第２の電圧にする。変換回路は、昇圧回路および昇降圧回路の出力電圧を、第２の電圧より低い第３の電圧に変換する。制御回路は、昇降圧回路を動作させ続けるとともに、入力電圧が第１の電圧以上の場合に、昇圧回路を非動作状態に設定して入力電圧を監視し、入力電圧が第１の電圧より低くなった場合に、昇圧回路を動作状態に切り替える。処理装置は、変換回路の出力電圧を電源として用いて動作する。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面では、入力電圧の低下に伴う出力電圧の低下を効率的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る電圧制御装置の構成例および動作例を示す図である。
【図２】給電システムの比較例を示す第１の図である。
【図３】給電システムの比較例を示す第２の図である。
【図４】第２の実施の形態に係る情報処理装置の一例であるストレージ装置の構成例を示す図である。
【図５】ストレージ装置に電源を供給する給電システムの構成例を示す図である。
【図６】ＰＳＵの内部構成例を示す図である。
【図７】入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖで一定である場合の制御について示す図である。
【図８】入力電圧が２４０Ｖで一定である場合の制御について示す図である。
【図９】３３０Ｖ出力の昇降圧回路が接続されていない場合における電圧変化の例を示す図である。
【図１０】入力電圧が低下した場合の制御について示す図である。
【図１１】第２の実施の形態において入力電圧が低下した場合の電圧変化の例を示す図である。
【図１２】ＰＳＵの起動時における制御手順の例を示すフローチャートである。
【図１３】３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧による運用が開始された後の制御手順の例を示すフローチャート（その１）である。
【図１４】３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧による運用が開始された後の制御手順の例を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る電圧制御装置の構成例および動作例を示す図である。図１に示す電圧制御装置１０は、昇圧回路１１、昇降圧回路１２および制御回路１３を有する。
【００１２】
昇圧回路１１は、制御回路１３からの指示に応じて、動作状態および非動作状態を切り替え可能になっている。以下、昇圧回路１１が動作状態であるとき、昇圧回路１１がオンであると記載し、昇圧回路１１が非動作状態であるとき、昇圧回路１１がオフであると記載する。昇圧回路１１は、オンの状態では、入力電圧Ｖｉｎを所定の電圧Ｖ１以上の電圧にする（ただし、Ｖ１＞０）。一方、昇圧回路１１は、オフの状態では、昇圧動作を行わずに、入力電圧Ｖｉｎをそのまま出力する。
【００１３】
昇降圧回路１２は、昇圧回路１１と並列に接続されている。昇降圧回路１２は、入力電圧Ｖｉｎを、電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２にする（ただし、Ｖ２＞０）。また、昇降圧回路１２のこのような動作は、制御回路１３の制御の下で、昇圧回路１１のオンの場合でも、オフの場合でも実行される。
【００１４】
制御回路１３は、昇降圧回路１２を動作させ続ける。これとともに、制御回路１３は、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１以上の場合には、昇圧回路１１をオフに設定して、入力電圧Ｖｉｎを監視する。そして、制御回路１３は、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１より低くなった場合に、昇圧回路１１をオンに切り替える。
【００１５】
以下、入力電圧Ｖｉｎの状態に応じた電圧制御装置１０の動作例について説明する。
入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１以上の場合、図１の上段に示すように、制御回路１３は、昇圧回路１１をオフに設定する。この状態では、昇圧回路１１からは入力された電圧がそのまま出力されるので、電圧制御装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖ１以上となる。このように、昇圧が不要な状態では昇圧回路１１がオフに設定されることで、余計な電力が消費されなくなり、装置全体での電力損失を低減できる。一方、昇降圧回路１２は制御回路１３によってオンに設定されているものの、昇圧回路１１への入力電圧Ｖｉｎが昇降圧回路１２から出力される電圧Ｖ２より低いため、昇降圧回路１２には電流が流れない。したがって、昇降圧回路１２での電力損失は小さい。
【００１６】
次に、上記の状態から入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１より低くなると、図１の中段に示すように、制御回路１３は、昇圧回路１１をオンに切り替える。しかし、昇圧回路１１は、制御回路１３からの切り替え指示を受けてすぐに入力電圧を電圧Ｖ１以上まで昇圧することはできない。このため、入力電圧Ｖｉｎの低下に伴って、昇圧回路１１の出力電圧も一時的に低下する。一方、昇圧回路１１に並列に接続された昇降圧回路１２は、オンのままである。このため、入力電圧Ｖｉｎが低下すると、昇降圧回路１２に電流が流れる。そして、昇降圧回路１２の昇圧動作によって、電圧制御装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖ２以上に維持される。
【００１７】
その後、昇圧回路１１の起動が完了し、昇圧回路１１の昇圧動作によって電圧制御装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖ１以上に昇圧される。この状態では、図１の下段に示すように、昇降圧回路１２の出力電圧が昇圧回路１１から出力される電圧より低いため、昇降圧回路１２には電流が流れない。したがって、昇降圧回路１２での電力損失は小さい。
【００１８】
以上のように、電圧制御装置１０は、昇圧回路１１の起動が完了するまでの過渡状態において、電圧制御装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔを電圧Ｖ２以上に維持することができ、出力電圧Ｖｏｕｔが過度に低下することを防止できる。また、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１以上の状態では、昇圧回路１１の昇圧動作を停止させることで、昇圧回路１１での電力損失を低減できる。さらに、入力電圧Ｖｉｎが電圧Ｖ１以上の状態や、昇圧回路１１の動作によって出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１以上となっている状態では、昇降圧回路１２に電流が流れなくなり、昇降圧回路１２での電力損失を低減できる。
【００１９】
このように、電圧制御装置１０では、昇圧回路１１がオンに切り替えられてから昇圧動作が開始されるまでの過渡状態において、出力電圧が定常電圧より低い一定の電圧まで低下することが許容される。これにより、定常電圧まで昇圧する昇圧回路１１を常時オンにしておく場合より、電力損失を低減できる。したがって、電圧制御装置１０によれば、入力電圧Ｖｉｎの低下に伴う出力電圧Ｖｏｕｔの低下を、効率よく抑制できる。
【００２０】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態として、図１の電圧制御装置１０を含む電源回路を備える情報処理装置について説明する。以下の説明では、まず、図２、図３を用いて、情報処理装置に電源を供給する給電システムの比較例について説明し、その後に本実施の形態に係る情報処理装置について説明する。
【００２１】
図２は、給電システムの比較例を示す第１の図である。図２（Ａ）は、ＡＣ（Alternate Current）給電システムの一例を示し、図２（Ｂ）は、ＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）給電システムの一例を示す。
【００２２】
図２に示す給電システムは、例えば、データセンタに設置される。近年、様々なデータが電子化されてコンピュータ上で扱われるようになるのにしたがい、企業が扱うデータ量が増加し続けている。このような企業が利用するデータセンタには、サーバやストレージ装置などのＩＣＴ（Information and Communication Technology）機器が大量に設置される傾向にある。そして、大量のＩＣＴ機器を動作させるための電力や、それらの冷却のための電力が増大しており、省電力化が課題となっている。
【００２３】
図２に示す情報処理装置４０，４０ａは、データセンタに設置されるＩＣＴ機器の一例である。図２（Ａ）に示すＡＣ給電システムは、従来から一般的に利用されている給電システムであり、交流電源２０から供給された電力を、交流電源システム３０を介して交流のまま情報処理装置４０に供給するものである。また、交流電源システム３０は、停電時などに給電を継続するためにバッテリ３１を備えている。そのため、交流電源システム３０は、交流電源２０からの交流電力を一旦直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３２と、変換された直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ３３を備える。ＤＣ／ＡＣコンバータ３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３２またはバッテリ３１のいずれかから供給された直流電力を、交流電力に変換して出力する。
【００２４】
情報処理装置４０は、供給された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４１と、変換された直流電力を所定の電圧（例えば、１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４２とを備える。
【００２５】
一方、ＨＶＤＣ給電システムでは、電力が直流のまま情報処理装置に供給される。これにより、直流電力を交流電力に変換する必要がなくなり、電力損失を低減できる。また、伝送される直流電力を高電圧にすることで、伝送時の電流を少なくすることができ、熱の発生などによる電力損失を低減できる。ＨＶＤＣ給電システムを用いることで、例えば、データセンタ全体での電力損失を数％から２０％程度低減できると言われている。
【００２６】
図２（Ｂ）の例では、直流電源システム３０ａは、バッテリ３１およびＡＣ／ＤＣコンバータ３２を備えるが、ＤＣ／ＡＣコンバータ３３を備えず、電力を直流のままで出力する。このとき、出力電圧は、例えば３８０Ｖといった高電圧とされる。直流電源システム３０ａから給電される情報処理装置４０ａは、入力電圧を所定の電圧（例えば、１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４３を備えるが、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える必要はなくなる。
【００２７】
図３は、給電システムの比較例を示す第２の図である。ＨＶＤＣ給電システムにおいてＩＣＴ機器に給電される直流電圧についての定格電圧は、現状では統一されていない。現状では大別して、３５０Ｖ〜３８０Ｖといった比較的高い電圧と、２４０Ｖといった比較的低い電圧のいずれかが主に用いられている。これらの間では定格電圧が２倍近く異なることから、各電圧の入力に対応する電源ユニット（ＰＳＵ：Power Supply Unit）の構成は、効率化の観点から異なるものとなっていることが多い。
【００２８】
図３（Ａ）は、３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧に対応するＰＳＵを含むＨＶＤＣ給電システムの一例を示す。直流電源システム５０ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１ａとバッテリ５２ａを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ５１ａまたはバッテリ５２ａからは、例えば３８０Ｖの直流電圧が出力される。情報処理装置６０ａ内のＰＳＵ６１は、供給された３８０Ｖの直流電圧を例えば１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６１ａを備える。
【００２９】
一方、図３（Ｂ）は、２４０Ｖの入力電圧に対応するＰＳＵを含むＨＶＤＣ給電システムの一例を示す。直流電源システム５０ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１ｂとバッテリ５２ｂを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ５１ｂまたはバッテリ５２ｂからは、２４０Ｖの直流電圧が出力される。
【００３０】
また、情報処理装置６０ｂのＰＳＵ６２は、情報処理装置６０ａのＰＳＵ６１と同様に、入力電圧を１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータ６１ａを備える。ただし、ＰＳＵ６２が２４０Ｖの入力電圧をそのまま利用すると、電流値が大きいことから、ＰＳＵ６２内の部品が大型化する、発熱などによる損失が大きくなるといったデメリットが生じる。このため、ＰＳＵ６２は、２４０Ｖの入力電圧を例えば４１０Ｖに昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）６２ａをさらに備える。ＰＳＵ６２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２ａによって昇圧された直流電圧を、１２Ｖに降圧して出力する。
【００３１】
ここで、前述のように、現状ではＨＶＤＣ給電システムの定格電圧は統一されていない。このため、比較的高い電圧（３５０Ｖ〜３８０Ｖ）から比較的低い電圧（２４０Ｖ）までの広い範囲の入力電圧をサポートするＰＳＵを開発することが望まれている。しかし、このようなＰＳＵを実現するためには、図３（Ｂ）に示すＰＳＵ６２のように２段の電圧変換回路を設けることが望ましい。そのような構成では、電圧の変換段数が多くなることで電力の損失が生じ、効率が悪化するという問題がある。特に、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧が入力されている状態では、１段目の電圧変換回路は、昇圧を行う必要がないにもかかわらず、スイッチング動作による電力損失が発生する。
【００３２】
そこで、第２の実施の形態に係る情報処理装置は、図３（Ｂ）の情報処理装置６０ｂのように２段の電圧変換回路を備えるＰＳＵを備えるとともに、このＰＳＵに、１段目の電圧変換回路の昇圧動作を必要に応じて停止させる機能が追加される。これにより、電力損失の低減を図る。これに加えて、第２の実施の形態に係る情報処理装置では、ＰＳＵの１段目の電圧変換回路が、入力電圧の異常な低下時における昇圧手段として兼用されるようにする。
【００３３】
図４は、第２の実施の形態に係る情報処理装置の一例であるストレージ装置の構成例を示す図である。図４に示すストレージ装置１００は、ＣＭ（Controller Module）１０１，１０２およびＰＳＵ１１０を備える。また、ＣＭ１０１，１０２には、ＤＥ（Drive Enclosure）２１０およびホスト装置２２０が接続されている。
【００３４】
ＣＭ１０１，１０２は、ホスト装置２２０からの要求に応じて、ＤＥ２１０に搭載された記憶装置に対するアクセスを制御するストレージ制御装置である。ＤＥ２１０には、アクセス制御の対象となる記憶装置として、例えば、複数のＨＤＤ２１１，２１２，２１３，・・・が搭載されている。
【００３５】
なお、ＣＭ１０１は、例えば、プロセッサ１０１ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０１ｂなどを備えるコンピュータとして実現される。ＣＭ１０２も同様に、プロセッサ１０２ａ、ＲＡＭ１０２ｂなどを備えるコンピュータとして実現される。また、例えば、ＣＭ１０１，１０２は、それぞれ個別のホスト装置からの要求に応じて記憶装置に対するアクセスを行ってもよいし、ＣＭ１０１，１０２の一方が運用系として動作し、他方が待機系として動作してもよい。
【００３６】
ＰＳＵ１１０は、外部から供給される電力に基づいて、ＣＭ１０１，１０２に対して電力を供給する。ＰＳＵ１１０は、ＨＶＤＣ給電システムにおいて伝送される直流電力の入力をサポートする。
【００３７】
図５は、ストレージ装置に電源を供給する給電システムの構成例を示す図である。図５に示す給電システムは、交流電源２０、直流電源システム７０、ＨＶＤＣ分電盤８０および配電ユニット９０を含む。
【００３８】
直流電源システム７０は、整流装置７１とバッテリ７２を備える。整流装置７１は、交流電源２０から供給される交流電力を、直流電力に変換し、変換後の直流電力を整流する。また、整流装置７１は、整流された直流電力と、バッテリ７２から出力される直流電力とを切り替えて出力する。例えば、整流装置７１は、交流電源２０から交流電力が供給されている状態では、この交流電力を変換して整流した直流電力を出力する。そして、整流装置７１は、交流電力の供給レベルが低下すると、出力する電力をバッテリ７２からの電力に切り替える。バッテリ７２は、直流電力を整流装置７１に供給する。
【００３９】
ＨＶＤＣ分電盤８０は、直流電源システム７０から出力された電力を分配する。また、ＨＶＤＣ分電盤８０には、例えば、各種ブレーカなどの安全装置が搭載されている。
配電ユニット９０には、ストレージ装置１００を含む各種の情報処理装置１００ａ，１００ｂ，・・・が接続される。具体的には、配電ユニット９０には、情報処理装置１００ａ，１００ｂ，・・・のそれぞれの電源プラグが接続される。配電ユニット９０は、直流電源システム７０からＨＶＤＣ分電盤８０を介して供給された直流電力を、接続された情報処理装置１００ａ，１００ｂ，・・・に供給する。
【００４０】
なお、以上の構成の給電システムの中には、直流電源システム７０からの出力電圧が、比較的高い電圧（３５０Ｖ〜３８０Ｖ）であるものと、比較的低い電圧（２４０Ｖ）であるものとがあり得る。また、前者の場合でも、整流装置７１の出力電圧がバッテリ７２の出力電圧に切り替えられたときに、整流装置７１の出力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖより低い電圧になる場合がある。さらに、整流装置７１に外部から供給される電力が、通常の交流電源２０ではなく、太陽光発電などの自然エネルギーに基づく電力である場合などにも、整流装置７１の出力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖより低い電圧になる場合がある。
【００４１】
次に、ストレージ装置１００のＰＳＵ１１０について説明する。
図６は、ＰＳＵの内部構成例を示す図である。ＰＳＵ１１０においては、フィルタ回路１１１、昇圧回路１１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ１１５が直列に接続されている。また、昇圧回路１１３に対して並列に昇降圧回路１１４が接続されている。さらに、ＰＳＵ１１０は、突入電流防止回路１１２、コントローラ１１６およびスイッチング制御回路１１７，１１８を備えている。なお、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４およびコントローラ１１６は、それぞれ図１の昇圧回路１１、昇降圧回路１２および制御回路１３の一例である。
【００４２】
フィルタ回路１１１は、入力の不要なノイズを除去する。フィルタ回路１１１と昇圧回路１１３との間の正の信号線には、突入電流防止回路１１２とダイオードＤ１が直列に接続されている。突入電流防止回路１１２は、フィルタ回路１１１からの突入電流を抑制する。ダイオードＤ１は、昇圧回路１１３から突入電流防止回路１１２の方向への電流の逆流を防止する。
【００４３】
昇圧回路１１３は、チョッパ方式の昇圧回路であり、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｍ１、コンデンサＣ１およびダイオードＤ２を備える。チョークコイルＬ１とダイオードＤ２は、ダイオードＤ１の出力側に直列に接続されている。ダイオードＤ２は、チョークコイルＬ１やスイッチング素子Ｍ１への電流の逆流を防止する。
【００４４】
スイッチング素子Ｍ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor）である。スイッチング素子Ｍ１の両端には、チョークコイルＬ１を介してコンデンサＣ１の両端が接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、チョークコイルＬ１とダイオードＤ２との接続端に接続され、スイッチング素子Ｍ１のソースは、コンデンサＣ１のグランド側に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のゲートは、スイッチング制御回路１１７に接続されている。スイッチング制御回路１１７は、コントローラ１１６からの制御の下で、スイッチング素子Ｍ１のゲートに入力する電圧を制御することで、スイッチング素子Ｍ１のオン、オフを切り替える。
【００４５】
昇圧回路１１３では、スイッチング素子Ｍ１がオンのときにチョークコイルＬ１に蓄積されるエネルギーによって、出力電圧が入力電圧より昇圧される。コントローラ１１６は、昇圧回路１１３の出力電圧が４１０Ｖで一定になるように、スイッチング制御回路１１７を介してスイッチング素子Ｍ１のスイッチング間隔を制御する。
【００４６】
昇降圧回路１１４は、昇圧回路１１３と同様の構成を有するチョッパ方式の昇圧回路である。スイッチング制御回路１１８は、コントローラ１１６からの制御の下で、昇降圧回路１１４のスイッチング素子（図示せず）のゲートに入力する電圧を制御することで、このスイッチング素子のオン、オフを切り替える。コントローラ１１６は、昇降圧回路１１４の出力電圧が３３０Ｖで一定になるように、スイッチング制御回路１１８を介して昇降圧回路１１４のスイッチング素子のスイッチング間隔を制御する。
【００４７】
昇降圧回路１１４の出力端は、昇圧回路１１３の出力端に突き合わされる。昇圧回路１１３，昇降圧回路１１４の出力側には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５が直列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、トランス１１５ａを備え、入力電圧を１２Ｖに降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５への入力電圧は、コンデンサＣ２によって平滑される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５からの出力電圧は、コンデンサＣ３によって平滑される。
【００４８】
なお、昇降圧回路１１４の出力電圧は、昇圧回路１１３の出力電圧（４１０Ｖ）より低く、なおかつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５の出力電圧が所定値（例えば、１２Ｖ）より低くならないような値に決定される。
【００４９】
コントローラ１１６はさらに、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４の入力電圧を検出し、その検出結果に基づいて昇圧回路１１３の昇圧動作をオン、オフする機能を備える。昇圧回路１１３の昇圧動作をオフにする場合、コントローラ１１６は、昇圧回路１１３のスイッチング素子Ｍ１のスイッチング動作を停止させる。
【００５０】
なお、コントローラ１１６は、例えば、プロセッサとメモリを備え、メモリに記憶されたファームウェアプログラムをプロセッサが実行することで種々の処理を実行するマイクロコンピュータとして実現される。
【００５１】
次に、コントローラ１１６による昇圧回路１１３のオン、オフ制御の詳細について説明する。なお、「昇圧回路１１３をオンにする」とは、昇圧回路１１３の昇圧動作を開始させることを意味する。また、「昇圧回路１１３をオフにする」とは、昇圧回路１１３の昇圧動作を停止させることを意味し、これは前述のように、昇圧回路１１３のスイッチング素子Ｍ１のスイッチング動作を停止させることで行われる。
【００５２】
コントローラ１１６は、昇圧回路１１３および昇降圧回路１１４の入力電圧の検出結果に基づいて、次の４つの状態に対応するように昇圧回路１１３のオン、オフを制御する。
（ａ）入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖの範囲で一定である。
【００５３】
（ｂ）入力電圧が２４０Ｖで一定である。
（ｃ）入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖの範囲から低下する。
（ｄ）入力電圧が低下した状態から３５０Ｖ〜３８０Ｖの範囲に回復する。
【００５４】
まず、図７を用いて、状態（ａ）での制御について説明する。
図７は、入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖで一定である場合の制御について示す図である。なお、図７では、スイッチング制御回路１１７，１１８やダイオードＤ１などの記載を省略している。また、入力電圧Ｖｉｎ２は、コントローラ１１６によって検出される、突入電流防止回路１１２の出力段における電圧であり、これはＰＳＵ１１０に対する入力電圧Ｖｉｎ１とほぼ等しい。
【００５５】
コントローラ１１６は、ＰＳＵ１１０が起動した直後において、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上である場合に、３５０Ｖ〜３８０Ｖの安定的な電源電圧が供給されていると判定する。この場合、図７に示すように、コントローラ１１６は、昇圧回路１１３をオフにする。このとき、昇圧回路１１３は、入力される３５０Ｖ以上の電圧をそのまま出力する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ２は３５０Ｖ以上に維持される。このように、昇圧が不要な状態では昇圧回路１１３がオフにされることで、余計な電力が消費されなくなり、ＰＳＵ１１０での電力損失を低減できる。
【００５６】
また、昇降圧回路１１４は、昇圧回路１１３のオン、オフに関係なく、常時オンのままにされる。図７に示す状態では、昇降圧回路１１４の入力電圧が昇降圧回路１１４の出力電圧より高くなるため、昇降圧回路１１４には電流が流れない。したがって、昇降圧回路１１４がオンの状態のままでありながらも、昇降圧回路１１４での電力損失が低く抑えられる。
【００５７】
次に、図８を用いて、状態（ｂ）での制御について説明する。
図８は、入力電圧が２４０Ｖで一定である場合の制御について示す図である。なお、図７と同様に、図８では、スイッチング制御回路１１７，１１８やダイオードＤ１などの記載を省略している。
【００５８】
コントローラ１１６は、ＰＳＵ１１０が起動した直後において、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低い場合に、２４０Ｖの安定的な電源電圧が供給されていると判定する。この場合、図８に示すように、コントローラ１１６は、昇圧回路１１３をオンにする。昇圧回路１１３は、入力される２４０Ｖの電圧を３５０Ｖ以上（本実施の形態では４１０Ｖ）に昇圧して出力する。これにより、昇圧回路１１３から出力される電流値が小さくなるので、昇圧回路１１３の出力側の部品（例えば、コンデンサＣ２やＤＣ／ＤＣコンバータ１１５）が大型化することや、それらの部品での発熱などによる損失の発生が抑止される。
【００５９】
また、昇降圧回路１１４はオンのままになっているが、図８に示す状態では、昇降圧回路１１４の出力電圧が昇圧回路１１３の出力電圧より低くなるため、昇降圧回路１１４には電流が流れない。したがって、昇降圧回路１１４がオンの状態のままでありながらも、昇降圧回路１１４での電力損失が低く抑えられる。
【００６０】
次に、状態（ｃ）での制御について説明する。状態（ｃ）のように入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖの範囲から低下する事態は、例えば、次のような場合に発生し得る。例えば、整流装置７１の出力電圧がバッテリ７２の出力電圧に切り替えられた場合である。あるいは、整流装置７１に外部から供給される電力が、通常の交流電源２０ではなく、太陽光発電などの自然エネルギーに基づく電力である場合である。
【００６１】
図７に示したように、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上である場合には、昇圧回路１１３はオフにされている。この状態から入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低くなると、コントローラ１１６は昇圧回路１１３をオンにし、出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下しないように昇圧回路１１３に昇圧動作を実行させる。このように、本実施の形態では、２４０Ｖの入力電圧をサポートするために設けられた昇圧回路１１３が、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧入力時における電圧低下に対処する用途にも兼用される。これにより、昇圧回路１１３を有効に利用できる。
【００６２】
しかしながら、昇圧回路１１３は、オフからオンに切り替えられても、起動が完了するまで昇圧動作を開始できない。このため、昇圧回路１１３がオンに切り替えられた直後には、昇圧回路１１３の出力電圧は、入力電圧の低下に伴って一時的に低下する。
【００６３】
図９は、３３０Ｖ出力の昇降圧回路が接続されていない場合における電圧変化の例を示す図である。図９では、入力電圧Ｖｉｎ２が４００Ｖから１９２Ｖに低下する場合の例を示している。
【００６４】
図９に示すように、入力電圧Ｖｉｎ２が４００Ｖから低下し、タイミングＴ１において３５０Ｖより低くなったとする。コントローラ１１６は、この電圧低下を検出して、昇圧回路１１３をオフからオンに切り替える。しかし、昇圧回路１１３は、起動が完了するまで４１０Ｖまでの昇圧動作を開始できない。なお、図９の斜線部分は、昇圧回路１１３の起動が完了していない過渡状態を示す。
【００６５】
ここで、仮に、３３０Ｖ出力の昇降圧回路１１４が接続されていない場合を考える。この場合、昇圧回路１１３の昇圧動作が開始されるまで、出力電圧Ｖｏｕｔ２は低下していく。そして、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５が１２Ｖの電圧を出力できなくなる入力電圧を３１０Ｖとすると、タイミングＴ２において、出力電圧Ｖｏｕｔ２は３１０Ｖ以下に低下し、これに伴ってＰＳＵ１１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ１が低下し始める。このように、昇圧回路１１３をオンに切り替えても、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が一時的に定格の１２Ｖを維持できなくなる可能性がある。
【００６６】
これに対して、本実施の形態では、常時オンの昇降圧回路１１４が昇圧回路１１３に並列に接続されていることによって、上記のように出力電圧Ｖｏｕｔ１が低下する事態の発生が防止される。
【００６７】
図１０は、入力電圧が低下した場合の制御について示す図である。図１０の上段は、入力電圧が３５０Ｖ〜３８０Ｖの範囲で判定している状態（ａ）から、入力電圧が３５０Ｖより低い電圧に低下した場合を示す。コントローラ１１６は、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低くなったことを検出すると、昇圧回路１１３をオフからオンに切り替える。しかし、昇圧回路１１３の昇圧動作が開始されるまでの過渡状態では、出力電圧Ｖｏｕｔ２は低下する。
【００６８】
一方、オンになったままの昇降圧回路１１４は、コントローラ１１６の制御の下で、入力電圧Ｖｉｎ２が３３０Ｖより低くなって昇降圧回路１１４の出力電圧も３３０Ｖより低くなりそうになると、昇圧動作を開始する。このとき、昇降圧回路１１４に電流が流れるようになり、昇降圧回路１１４は入力電圧Ｖｉｎ２を３３０Ｖに昇圧する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ２は３３０Ｖ以上に維持され、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が過度に低下することが防止される。
【００６９】
その後、昇圧回路１１３の起動が完了して、昇圧回路１１３が入力電圧Ｖｉｎ２を３３０Ｖより高い電圧まで昇圧するようになると、図１０の下段に示すように、昇圧回路１１３に電流が流れ、昇降圧回路１１４に電流が流れなくなる。出力電圧Ｖｏｕｔ２は、昇圧回路１１３の昇圧動作によって３５０Ｖ以上の電圧に維持される。
【００７０】
図１１は、第２の実施の形態において入力電圧が低下した場合の電圧変化の例を示す図である。図１１では、図９と同様に、入力電圧Ｖｉｎ２が４００Ｖから１９２Ｖに低下する場合の例を示している。
【００７１】
図１１に示すように、入力電圧Ｖｉｎ２が４００Ｖから低下し、タイミングＴ１１において３５０Ｖより低くなったとする。コントローラ１１６は、この電圧低下を検出して、昇圧回路１１３をオフからオンに切り替える。昇圧回路１１３は、起動が完了するまで４１０Ｖまでの昇圧動作を開始できない。しかし、昇圧回路１１３に並列に接続された昇降圧回路１１４はオンのままになっており、入力電圧Ｖｉｎ２が３３０Ｖより低くなると、昇降圧回路１１４によって入力電圧Ｖｉｎ２は３３０Ｖまで昇圧される。その結果、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、１２Ｖのまま維持される。
【００７２】
以上の図１０、図１１に示した制御によれば、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低くなった場合でも、出力電圧Ｖｏｕｔ２を３３０Ｖ以上の電圧に維持できる。これにより、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１の低下を防止でき、ＰＳＵ１１０から電力の供給を受ける負荷回路における誤動作を防止できる。
【００７３】
なお、図示しないが、状態（ｂ）から、バッテリ７２への切り替えなどによって入力電圧がさらに低下した場合には、コントローラ１１６は昇圧回路１１３をオンのままにして、昇圧回路１１３に昇圧動作を実行させ続ける。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔ１の低下を防止できる。
【００７４】
次に、ＰＳＵ１１０の制御についてフローチャートを用いて説明する。
まず、図１２は、ＰＳＵの起動時における制御手順の例を示すフローチャートである。
［ステップＳ１１］ストレージ装置１００に対する入力ケーブルの接続、または、分電盤８０や配電ユニット９０のブレーカオンに応じて、ＰＳＵ１１０が起動する。コントローラ１１６は、起動直後の動作モードである初期モードで動作する。
【００７５】
［ステップＳ１２］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４をともにオンにする。これにより、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４の昇圧動作が開始される。
【００７６】
［ステップＳ１３］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４の入力電圧Ｖｉｎ２を検出する。
［ステップＳ１４］コントローラ１１６は、検出された入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上であるかを判定する。入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上である場合、ステップＳ１５の処理が実行される。一方、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低い場合、昇圧回路１１３がオンにされたまま、ステップＳ１７の処理が実行される。
【００７７】
［ステップＳ１５］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３をオフに切り替える。
［ステップＳ１６］コントローラ１１６は、動作モードを通常モードに移行する。これにより、３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧による運用が開始される。
【００７８】
［ステップＳ１７］コントローラ１１６は、動作モードを通常モードに移行する。これにより、２４０Ｖの入力電圧による運用が開始される。
なお、ステップＳ１７の実行後には、昇圧回路１１３はオンのままになる。これにより、入力電圧Ｖｉｎ２が２４０Ｖより低い電圧に変動した場合でも、昇圧回路１１３によって出力電圧Ｖｏｕｔ２が３５０Ｖ以上の電圧に維持され、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１の低下が防止される。
【００７９】
次に、図１３、図１４は、３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧による運用が開始された後の制御手順の例を示すフローチャートである。
［ステップＳ２１］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４の入力電圧Ｖｉｎ２を検出する。
【００８０】
［ステップＳ２２］コントローラ１１６は、検出された入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上であるかを判定する。入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上である場合、一定時間後にステップＳ２１の処理が実行される。これにより、３５０Ｖ〜３８０Ｖの入力電圧によって運用されている間、コントローラ１１６は、一定時間間隔で入力電圧Ｖｉｎ２を監視する。一方、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低い場合、ステップＳ２３の処理が実行される。
【００８１】
［ステップＳ２３］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３をオンに切り替える。
これにより、昇圧回路１１３が起動するが、昇圧回路１１３による３５０Ｖ以上への昇圧動作が開始されるまでの間、昇降圧回路１１４の昇圧動作によって出力電圧Ｖｏｕｔ２は３３０Ｖ以上に維持される。その結果、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、定常の１２Ｖのまま維持される。そして、昇圧回路１１３の起動が完了すると、昇圧回路１１３の昇圧動作によって出力電圧Ｖｏｕｔ２は３５０Ｖ以上に維持される。
【００８２】
［ステップＳ３１］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３、昇降圧回路１１４の入力電圧Ｖｉｎ２を検出する。
［ステップＳ３２］コントローラ１１６は、検出された入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上であるかを判定する。入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖより低い場合、一定時間後にステップＳ３１の処理が実行される。これにより、ステップＳ２３の実行後、コントローラ１１６は、一定時間間隔で入力電圧Ｖｉｎ２を監視する。一方、入力電圧Ｖｉｎ２が３５０Ｖ以上に上昇した場合、すなわち、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧供給が復帰した場合には、ステップＳ３３の処理が実行される。
【００８３】
［ステップＳ３３］コントローラ１１６は、昇圧回路１１３をオフに切り替える。この後、図１３のステップＳ２１に戻り、入力電圧Ｖｉｎ２が監視される。
以上説明したＰＳＵ１１０によれば、２４０Ｖの電圧が供給された状態では、昇圧回路１１３によって入力電圧が一旦３５０Ｖ以上に昇圧された後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５によって１２Ｖの電源電圧に変換される。これにより、ＰＳＵ１１０内の回路部品の大型化や発熱などによる損失の発生を回避できる。一方、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧が供給された状態では、昇圧回路１１３はオフにされる。これにより、昇圧回路１１３での電力損失を抑制できる。
【００８４】
また、２４０Ｖの電圧が供給された状態と、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧が供給された状態のどちらでも、昇降圧回路１１４には電流が流れないので、常時オンになっている昇降圧回路１１４での電力損失を抑制できる。
【００８５】
そして、３５０Ｖ〜３８０Ｖの電圧が供給された状態から入力電圧が低下した場合には、３５０Ｖに昇圧するために昇圧回路１１３がオンに切り替えられる。このとき、昇圧回路１１３の起動が完了するまでの間、それ以前からオンになっている昇降圧回路１１４によって出力電圧Ｖｏｕｔ２が３３０Ｖ以上に維持される。これにより、ＰＳＵ１１０の出力電圧Ｖｏｕｔ１が低下しない程度に、出力電圧Ｖｏｕｔ１の電圧低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  電圧制御装置
１１  昇圧回路
１２  昇降圧回路
１３  制御回路
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｖ１，Ｖ２  電圧
【図１】
2018007316.tif 000003
【図２】
2018007316.tif 000004
【図３】
2018007316.tif 000005
【図４】
2018007316.tif 000006
【図５】
2018007316.tif 000007
【図６】
2018007316.tif 000008
【図７】
2018007316.tif 000009
【図８】
2018007316.tif 000010
【図９】
2018007316.tif 000011
【図１０】
2018007316.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2018007316.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2018007316.tif 000016