(57)【要約】【課題】電源システムを大型化させることなく、瞬停保持時間を延長する。【解決手段】システム装置に電力を供給する電源システムにおいて、交流電圧を監視する電圧監視部と、停電を検出する停電検出部と、停電状態を示す情報をシステム装置へ通知する停電通知部を備え、停電時に前記停電通知部からシステム装置に停電信号を送信する。システム装置は、停電信号を受信すると、停電時間に応じて処理能力を低下させることで負荷電力を低減し、瞬停保持時間を延長する。【選択図】図１
2011254660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム装置に電力を供給する電源システムにおいて、交流電源からの交流電圧を監視し、停電を検出する停電検出部と、該停電検出部により検出される停電状態を示す信号を該システム装置へ送信する停電通知部を備える電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムは、該交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に整流する整流ダイオードと、瞬時停電保持用のコンデンサと、該整流ダイオードにより整流された直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を該システム装置へ供給する、スイッチング電源装置において構成されることを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するサーキットブレーカを有するＰＤＵに配置されることを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するコンセントボックスに配置されることを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するＵＰＳに配置されることを特徴とする電源システム。
【請求項６】
スイッチング電源装置よりシステム装置に電力を供給する電源システムにおいて、
該スイッチング電源装置は、該交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に整流する整流ダイオードと、瞬時停電保持用のコンデンサと、該整流ダイオードにより整流された直流電圧を変換し、その出力をシステム装置へ供給するするＤＣ／ＤＣコンバータと、交流電源からの交流電圧を監視し、停電を検出する停電検出部と、該停電検出部により検出される停電状態を示す信号（停電信号）を該システム装置へ送信する停電通知部を有し、
該システム装置は、該停電通知部からの該停電信号を受信する受信手段と、該受信手段により該停電信号を受信した後、停電時間を計測するタイマと、該タイマが計測する停電時間に応じて、該システム装置を構成する構成要素を省電力の状態で稼動制御する制御手段を有する、
ことを特徴とする電源システム。
【請求項７】
前記システム装置は、前記構成要素として、プログラムを実行するプロセッサと、情報を記憶するメモリと、ハードディスク、冷却用ファンを有し、前記制御手段は、停電時間に応じて、該プロセッサ、又は該メモリ、又は該ハードディスク、又は冷却用ファンを省電力駆動することを特徴とする請求項６の電源システム。
【請求項８】
前記システム装置の前記制御手段は、プログラムを該プロセッサで実行することで、実現することを特徴とする請求項６又は７に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに係り、特にスイッチング電源装置から負荷に与えられる電力の瞬停保持時間の延長に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は一般に、交流電源から入力される交流電圧を整流する整流ダイオード、瞬停（瞬時停電）保持用のコンデンサ、及びＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力がコンピュータなどのシステム装置へ与えられる。
【０００３】
一般家庭や事業所に供給される電圧は、送電系統への落雷等によって短時間の電圧低下や瞬停が発生することが知られている。この場合、入力電圧の瞬停発生時に一定時間に亘って電源装置の機能を継続させる瞬停保持時間が求められる。瞬停保持時間が短くなると、電源装置を継続運転できなくなり、高信頼性が要求されるコンピュータなどでは問題が大きくなる。
【０００４】
ところで、近年、コンピュータなどのシステム装置はより小型化され、それに搭載されるスイッチング電源装置も小型化が求められている。スイッチング電源装置は、小型の部品を用いて高密度実装することで小型化が図れる。しかし、スイッチング電源装置に小型のコンデンサを使用すると、コンデンサの容量が小さくなり、瞬停保持時間が短くなってしまう。
【０００５】
コンデンサの容量と瞬停保持時間の関係について考慮してみる。例えば、スイッチング電源装置の入力電圧ＡＣ２００Ｖ、負荷電力Ｐ＝１２００Ｗ、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作下限電圧ＶＣ２＝１４１Ｖ、必要な瞬停保持時間Ｔｈ＝２０ｍｓとする。
交流電源の停電が発生していない場合、コンデンサの両端電圧ＶＣ１は式（１）で表され、ＤＣ２８２Ｖである。
ＶＣ１＝ＡＣ２００Ｖ×√２      （１）
交流電源の停電発生時にはコンデンサが放電して、両端電圧は低下し、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作下限電圧以下になると、出力電圧が低下する。
瞬停保持時間を確保するために必要なコンデンサ容量Ｃは、停電が発生していない場合のコンデンサの両端電圧ＶＣ１とＤＣ／ＤＣコンバータの動作下限電圧ＶＣ２とスイッチング電源装置の負荷電力Ｐ、必要な瞬停保持時間Ｔｈから、式（２）で計算され、具体的な値は、式（３）より８０５μＦである。
Ｃ＝（２×Ｐ×Ｔｈ）／（ＶＣ１＾２−ＶＣ２＾２）      （２）
Ｃ＝（２×１２００Ｗ×２０ｍｓ）／（２８２Ｖ＾２−１４１Ｖ＾２）      （３）
スイッチング電源装置の小型化が求められ、コンデンサに８０５μＦが搭載できず、４７０μＦが搭載できる限界とすると、瞬停保持時間Ｔｈは式（４）で計算され、具体的な値は、式（５）より１１ｍｓとなる。
Ｔｈ＝（Ｃ×（ＶＣ1＾２−ＶＣ２＾２））／（２×Ｐ）      （４）
Ｔｈ＝（４７０μＦ×（２８２Ｖ＾２−１４１Ｖ＾２））／（２×１２００Ｗ）  （５）
この様に、スイッチング電源装置の小型化によって、コンデンサの容量が小さくなると、瞬停保持時間が短くなることがわかる。
【０００６】
そこで、電源システムにおいて十分な瞬停保持時間を確保しつつ、スイッチング電源装置の小型化を図ることが重要であり、コンデンサ容量を小さくしても一定の瞬停保持時間を確保することができる技術が求められる。瞬停保持時間の確保に関して、例えば、特許文献１には、電源装置の外部接続端子にコンデンサを搭載した出力保持時間延長ユニットを接続して、コンデンサの容量を実質的に増やして瞬停保持時間を確保する技術が開示されている。然しながら、この技術は、電源装置の外部に特別なユニットを接続するので、装置全体の小型化を図ることが困難である。また、電源装置とは別のユニットを必要とするので、コスト増にもなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３５３０１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電源システムのコンデンサ容量を増すことなく、瞬停保持時間を延長することが可能な電源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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る電源システムは、好ましくは、システム装置に電力を供給する電源システムにおいて、交流電源からの交流電圧を監視し、停電を検出する停電検出部と、該停電検出部により検出される停電状態を示す信号を該システム装置へ送信する停電通知部を備える電源システムとして構成される。
【００１０】
好ましい例によれば、上記電源システムは、該交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に整流する整流ダイオードと、瞬時停電保持用のコンデンサと、該整流ダイオードにより整流された直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備え、該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を該システム装置へ供給する、スイッチング電源装置において構成される。
【００１１】
また、好ましくは、電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するサーキットブレーカを有するＰＤＵに配置される。
また、好ましくは、電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するコンセントボックスに配置される。
また、好ましくは、電源システムは、該システム装置に対応したスイッチング電源装置に交流電圧を供給するＵＰＳに配置される。
【００１２】
本発明に係る電源システムは、好ましくは、スイッチング電源装置よりシステム装置に電力を供給する電源システムにおいて、
該スイッチング電源装置は、該交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に整流する整流ダイオードと、瞬時停電保持用のコンデンサと、該整流ダイオードにより整流された直流電圧を変換し、その出力をシステム装置へ供給するするＤＣ／ＤＣコンバータと、交流電源からの交流電圧を監視し、停電を検出する停電検出部と、該停電検出部により検出される停電状態を示す信号（停電信号）を該システム装置へ送信する停電通知部を有し、
該システム装置は、該停電通知部からの該停電信号を受信する受信手段と、該受信手段により該停電信号を受信した後、停電時間を計測するタイマと、該タイマが計測する停電時間に応じて、該システム装置を構成する構成要素を省電力の状態で稼動制御する制御手段を有する、ことを特徴とする電源システムとして構成される。
【００１３】
好ましくは、前記システム装置は、前記構成要素として、プログラムを実行するプロセッサと、情報を記憶するメモリと、ハードディスク、冷却用ファンを有し、前記制御手段は、停電時間に応じて、該プロセッサ、又は該メモリ、又は該ハードディスク、又は冷却用ファンを省電力駆動する。
また、好ましくは、前記システム装置の前記制御手段は、プログラムを該プロセッサで実行することで、実現する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、交流電源の瞬停を検出した場合、システム装置の処理能力を下げて負荷電力を低減することにより、電源システムのコンデンサ容量を増すことなく、瞬停保持時間を延長することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例による電源システムの構成を示す図。
【図２】一実施例によるスイッチング電源装置の動作フローチャートを示す図。
【図３】一実施例によるシステム装置の動作フローチャートを示す図。
【図４】一実施例による電源システムＰＤＵ内に配置した構成を示す図。
【図５】一実施例による電源システムコンセントボックス内に配置した構成を示す図。
【図６】一実施例による電源システムＵＰＳ内に配置した構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図1は、電源システムの構成を示す。
スイッチング電源装置１０は、負荷であるシステム装置１４に接続され、交流電源１２からの交流入力電圧に対して電圧変換する。スイッチング電源装置１０は、交流入力電圧を直流に整流する整流ダイオード１０７、瞬時停電保持用のコンデンサ１０８、および直流電圧の変換をするＤＣ／ＤＣコンバータ１０９を有する。更に、交流電源の電圧を監視する電圧監視部１０２、電圧監視部１０２における電圧の監視により交流電源の停電を検出する停電検出部１０３、停電検出部１０３で停電が検出された時それをシステム装置１４に通知する停電通知部１０４を備える。
停電通知部１０４からシステム装置１４への信号伝達手段としては、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ−２３２Ｃなどが用いられる。停電通知部１０４は、停電検出部１０３が停電を検出したときには停電信号“１”を伝送し、停電を検出していないときには停電信号“０”を伝送する。
【００１７】
コンピュータのようなシステム装置１４は、プロセッサ（ＣＰＵ）、情報を記憶するメモリ、ハードディスク（ＨＤ）のような外部記憶装置、及びこれらの構成要素を冷却するファンなどを有する。プロセッサで種々のプログラムを実行して、データ処理や、種々の機能、制御を実現する。また、システム装置１４は、ハードウェアまたはソフトウェアとして形成されるタイマを有しており、後述するように、受信する停電信号の状態、即ち停電信号“１”の状態が続く時間を計測する。
【００１８】
次に、図２のフローチャートを参照して、スイッチング電源装置の動作を説明する。
交流電源１２から、スイッチング電源装置１０の電源入力１０６ａ、１０６ｂに交流電力が入力している（Ｓ２０１）。電圧監視部１０２は、入力する交流電圧を監視しており（Ｓ２０２）、停電検出部１０３に交流電圧波形を常時送っている（Ｓ２０３）。停電検出部１０３は、交流電圧波形が所定の電圧閾値を満たしているかを判断する（Ｓ２０４）。即ち、停電時には交流電圧が低下するので、ある交流電圧閾値以下の交流電圧となった場合に停電と判断する。停電検出部１０３は、停電の判断状況即ち停電を検出したか否かを示す信号を停電通知部１０４へ送信する（Ｓ２０５）。
停電通知部１０４はシステム装置１４へ停電状態を示す停電信号を送信する（Ｓ２０６）。即ち、停電時には停電通知部１０４は停電信号“１”を送信し、停電でない時には停電信号“０”を送信する。
【００１９】
次に、図３を参照して、システム装置における停電時の制御動作について説明する。
コンピュータ等のシステム装置１４は、停電対応のプログラムをプロセッサで実行することで、以下の制御動作を行う。
システム装置１４は、スイッチング電源装置１０から送信された停電信号を受信すると（Ｓ３０１）、停電信号の判定を行う（Ｓ３０２）。判定の結果、停電信号“１”を検知すると、タイマをオンして、停電状態が継続する時間の計測を始める。
【００２０】
この例では、タイマが計測する停電時間に応じて、以下のように、省電力化する対象を変更制御する。
即ち、判定の結果、停電信号“１”を検知すると省電力モード１（システム装置内のＣＰＵクロックの周波数を下げる）による制御を行う（Ｓ３０３）。コンピュータはＣＰＵクロックの周波数を下げると、単位時間に処理される命令数が減るが、省電力稼動となる。
タイマが計測した停電時間が５ｍ秒（ｍsec）以上の場合には（Ｓ３０４）、省電力モード２（省電力モード１に加えて、システム装置内の冷却用ファンの稼動数を減らす。またはファンの回転数を下げる）による制御を行う（Ｓ３０５）。ファンの稼動数が減ることにより、冷却効果が落ちるが省電力稼動となる。タイマが計測した停電時間が５ｍ秒（ｍsec）以下の場合には（Ｓ３０４）、停電信号の判定を行う（Ｓ３０６）。停電信号“１”を検知すれば省電力モード１（システム装置内のＣＰＵクロックの周波数を下げる）による制御を続ける。停電信号“０”を検知すると省電力モード１を解除する（Ｓ３１６）。
【００２１】
タイマが計測した停電時間が１０ｍ秒以上の場合には（Ｓ３０７）、省電力モード３（省電力モード２に加えて、システム装置内のメモリクロックの周波数を下げる）による制御を行う（Ｓ３０８）。メモリクロックの周波数を下げると、メモリアクセス速度が低下するが、省電力稼動となる。タイマが計測した停電時間が１０ｍ秒以下の場合には（Ｓ３０７）、停電信号の判定を行う（Ｓ３０９）。停電信号“１”を検知すれば省電力モード２（省電力モード１に加えて、システム装置内の冷却用ファンの稼動数を減らす。またはファンの回転数を下げる）による制御を続ける。停電信号“０”を検知すると省電力モード２を解除する（Ｓ３１６）。
【００２２】
タイマが計測した停電時間が１５ｍ秒以上の場合には（Ｓ３１０）、省電力モード４（省電力モード３に加えて、システム装置内のハードディスクの回転数を下げる）による制御を行う（Ｓ３１１）。タイマが計測した停電時間が１５ｍ秒以下の場合には（Ｓ３１０）、停電信号の判定を行う（Ｓ３１２）。停電信号“１”を検知すれば省電力モード３（省電力モード２に加えて、システム装置内のメモリクロックの周波数を下げる）による制御を続ける。停電信号“０”を検知すると省電力モード３を解除する（Ｓ３１６）。
【００２３】
タイマが計測した停電時間が２０ｍ秒以上の場合には（Ｓ３１３）、システム装置をオフする制御を行う（Ｓ３１４）。例えば、停電時のオフ制御として、補助電源を稼動して、プログラムによるバックアップ処理や縮退制御を行う。タイマが計測した停電時間が２０ｍ秒以下の場合には（Ｓ３１３）、停電信号の判定を行う（Ｓ３１５）。停電信号“１”を検知すれば省電力モード４（省電力モード３に加えて、システム装置内のハードディスクの回転数を下げる）による制御を続ける。停電信号“０”を検知すると省電力モード４を解除する（Ｓ３１６）。
【００２４】
次に、一例として、スイッチング電源装置の入力電圧ＡＣ２００Ｖ、負荷電力Ｐ＝１２００Ｗ、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作下限電圧ＶＣ２＝１４１Ｖ、コンデンサ１０８の両端電圧ＶＣ１＝ＤＣ２８２Ｖ、必要な瞬停保持時間Ｔｈ＝２０ｍｓ、コンデンサ１０８の容量Ｃ＝４７０μＦ、の場合を想定する。この想定は、背景技術の欄で説明した例と同一の条件であり、更に負荷電力が１２００Ｗから６００Ｗに下がった場合の瞬停保持時間を示す。
負荷電力Ｐ＝１２００Ｗの場合の瞬停保持時間Ｔｈは式（６）で計算され、具体的な値は、式（７）より１１ｍｓである。
【００２５】
Ｔｈ＝（Ｃ×（ＶＣ1＾２−ＶＣ２＾２））／（２×Ｐ）      （６）
Ｔｈ＝（４７０μＦ×（２８２Ｖ＾２−１４１Ｖ＾２））／（２×１２００Ｗ）  （７）
負荷電力Ｐ＝６００Ｗの場合の瞬停保持時間Ｔｈは式（８）より２３ｍｓである。
【００２６】
Ｔｈ＝（４７０μＦ×（２８２Ｖ＾２−１４１Ｖ＾２））／（２×６００Ｗ）  （８）
このようにシステム装置の負荷電力低減によって、コンデンサの容量を増すことなく、瞬停保持時間を延長することが可能となる。
【００２７】
図４は、電源システムをＰＤＵ（Power Distribution Unit（電源タップ））内に配置した構成を示す。
ＰＤＵ４０内には、交流電源１２からの交流電力の入力部４０２、電圧監視部４０３、停電検出部４０４、停電通知部４０５、サーキットブレーカ４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、出力部４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃが実装して配置される。
このＰＤＵ４０は、スイッチング電源１０a〜１０ｃを介して、３台のシステム装置１４a〜１４ｃに接続している。なお、システム装置１４の台数に応じて、出力部及びスイッチング電源１０を設置することができる。
このように、電源システムをＰＤＵ４０に配置することにより、停電検出機能のないスイッチング電源装置でも瞬停保持時間を延長することが可能となる。
【００２８】
図５は、電源システムをコンセントボックス内に配置した構成を示す。
コンセントボックス５０内には、入力部５０２、電圧監視部５０３、停電検出部５０４、停電通知部５０５、出力部５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃが実装して配置される。
このように、電源システムをコンセントボックス内に配置することにより、停電検出機能のないスイッチング電源装置やＰＤＵでも瞬停保持時間を延長することが可能となる。３つの出力部５０６ａ〜５０６ｃは、スイッチング電源１０a〜１０ｃを介して、３台のシステム装置１４a〜１４ｃに接続している。
【００２９】
図６は電源システムをＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）内に配置した構成を示す。
ＵＰＳ６０内には、ＵＰＳ入力部６０２、電圧監視部６０３、停電検出部６０４、停電通知部６０５、ＤＣ／ＡＣ変換部６０６、バッテリー６０７、出力部６０８ａ〜６０８ｃが実装して配置される。３つの出力部６０８ａ〜６０８ｃは、スイッチング電源１０a〜１０ｃを介して、３台のシステム装置１４a〜１４ｃに接続している。
このように、電源システムをＵＰＳ内に配置することにより、停電検出機能のないスイッチング電源装置やＰＤＵやコンセントボックスでも瞬停保持時間を延長することが可能となる。また、ＵＰＳのバッテリー駆動時間の延長することも可能となる。
【００３０】
一例として、バッテリー容量Ｂ＝３００ＶＡｈ、スイッチング電源装置の皮相電力Ｓ＝１０００ＶＡ、ＵＰＳの電力変換効率を０．８５の場合を想定する。
バッテリー駆動時間Ｔｂは式（９）で計算され、具体的な値は式（１０）より、１５分である。
Ｔｂ＝（Ｂ／Ｓ×０．８５）×６０      （９）
Ｔｂ＝（３００ＶＡｈ／１０００ＶＡ×０．８５）×６０      （１０）
システム負荷装置の負荷電力が下がり、スイッチング電源装置の皮相電力Ｓ＝５００ＶＡの場合のバッテリー駆動時間Ｔｂは式（１１）より３０分である。
Ｔｂ＝（３００ＶＡｈ／５００ＶＡ×０．８５）×６０      （１１）
このようにシステム装置の負荷電力低減によって、バッテリー容量を増やすことなくバッテリー駆動時間を延長することが可能となる。また、バッテリー駆動時間の延長を必要としなければ、バッテリー容量を小さくすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：スイッチング電源装置  １０２：電圧監視部  １０３：停電検出部  １０４：停電通知部  １０６ａ、１０６ｂ：電源入力  １０７：整流ダイオード  １０８：コンデンサ  
１０９：ＤＣ／ＤＣコンバータ  １１０ａ、１１０ｂ：電源出力  １２：交流電源  １４：システム装置    
４０：ＰＤＵ  ４０２：入力部  ４０３：電圧監視部  ４０４：停電検出部  ４０５：停電通知部  ４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ：サーキットブレーカ  ４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ：出力部  １０ａ〜１０ｃ：スイッチング電源装置  １４ａ〜１４ｃ：システム装置
５０：コンセントボックス  ６０：ＵＰＳ。
【図１】
2011254660.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011254660.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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