(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
論理モジュールに実装された論理回路と、
前記論理モジュールに実装され、前記論理回路に供給する直流電圧を生成するＤＣ−ＤＣ電源と、
交流から前記ＤＣ−ＤＣ電源に供給する中間電圧の直流を生成するＡＣ−ＤＣ電源と、
前記ＡＣ−ＤＣ電源を制御する制御部とを備え、
前記ＡＣ−ＤＣ電源は、前記中間電圧を調整する出力電圧調整部と、前記中間電圧の出力電流値を測定する出力電流測定部とを含み、
前記ＡＣ−ＤＣ電源は、定期的に、前記出力電圧調整部により前記中間電圧の値を変化させながら前記出力電流測定部により前記出力電流値を測定し、
前記制御部は、前記出力電流測定部が測定した前記出力電流値をモニタし、前記ＤＣ−ＤＣ電源の効率が高くなる中間電圧の値を決定し、前記出力電圧調整部に指示することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置であって、
前記制御部は、前記論理モジュールからの信号に基づいて、前記中間電圧の指示を行うことを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の通信装置であって、
前記論理モジュールからの信号は、前記論理モジュールで処理するデータトラフィック量を示す信号であることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、情報処理装置および出力電圧可変電源の電圧出力設定方法に係り、特に省エネルギな電源装置および情報処理装置ならびに出力可変電源の電圧出力設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報処理装置において、論理モジュールで使用される電源の電圧は５Ｖが主流であった。この場合、情報処理装置は、交流１００Ｖの商用電源から直接直流５Ｖを生成する１次電源を設け、その論理モジュールには直流５Ｖ固定電圧での電源供給する構成が一般的であった。
【０００３】
近年、論理モジュールに使用する電子部品が要求する電源電圧は、３．３Ｖ、２．５Ｖさらに１．８Ｖと低電圧化が進んでいる。一方、電子部品への供給電圧を統一することは、困難である。１次電源から複数の電源電圧を供給することは供給配線を複数必要とし、実装上不利である。このため、情報処理装置は、その論理モジュール上にＤＣ-ＤＣ電源を搭載し、搭載した電子部品の要求する電圧を生成する構成をとるのが一般的になってきた。
【０００４】
上述した用途のため、１次電源の出力する中間電圧Ｖｍを４８ボルトとし、論理モジュール上で、直流４８Ｖから５Ｖなどの電圧を出力するＤＣ-ＤＣ電源が、市販されている。
【０００５】
非特許文献１は、ＤＣ-ＤＣ電源（ＤＣ-ＤＣコンバータ）の効率が、変換前の電圧と出力電流に依存することが記載されている。これを、図１および図２を用いて説明する。ここで、図１は記号を説明する図である。また、図２は非特許文献１に記載された図を見易く書き改めた図であり、ＤＣ-ＤＣ変換前の電圧をパラメータとしたとき、出力電流と変換効率の関係を説明する図である。
【０００６】
図１において、合成ＤＣ-ＤＣ電源１００は、直流Ｖｍボルト、Ｉｉアンペアを入力とするとき、直流Ｖｏボルト、Ｉｏアンペアに変換して出力する。このとき、合成ＤＣ-ＤＣ電源１００の変換効率η（eta）は、入力電圧Ｖｍ、出力電流Ｉｏおよび動作周囲温度Ｔに依存した関数η（Ｖｍ,Ｉｏ,Ｔ）である。一定温度Ｔｃで動作している場合には、この関数は入力電圧Ｖｍと出力電流Ｉｏの関数η（Ｖｍ,Ｉｏ）である。以下では、装置内部の温度が一定で動作する条件を仮定する。なお、合成ＤＣ-ＤＣ電源とは、複数のＤＣ-ＤＣ電源全体を一つのＤＣ-ＤＣ電源と看做したものである。
【０００７】
図２において、横軸は出力電流、縦軸は変換効率であり、パラメータとして入力電圧を振っている。図２から分かるように、変換効率の最も高い出力電流は、入力電圧に依存している。この結果、出力電流がＩｏｃ一定のとき、効率のピークを与える入力電圧があることが分かる。
【０００８】
なお、特許文献１にはＤＣ-ＤＣ電源の出力電流を計測するスイッチング電源が記載されている。しかし、特許文献１にはＤＣ-ＤＣ電源の入力電流を測定することは記載されていない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３１２１４１号公報
【非特許文献１】"PAH75D24 SERIES THERMAL DESIGN"、Page 3 Figure 1-2、[online]、2002年６月７日、DENSEI-LAMBDA社、[平成１７年１１月４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.densei-lambda.com/products/sps/ps_pm/pah-d/pdf/thermal_design_75d24.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＤＣ-ＤＣ電源は、入力電圧が少々変動しても、一定の出力電圧を供給する電源である。しかし、その変換効率は、入力電圧と出力電流に依存する。逆に、変換効率が入力電圧に依存しているので、入力電圧を最適の変換効率を得る電圧とすることができる。
【００１１】
情報処理装置の中でも、通信装置は通信ケーブルを通じて送受信する。そのため、送受信トラフィックに依存して動作状態が変化する。送受信トラフィックの変化は、曜日や時刻の影響、経路制御情報の切り替えによる影響などによって発生するものである。このトラフィックの変動が論理モジュール内での消費電流条件を変化させる。この消費電流の変化は、曜日や時刻の影響でネットワークユーザの活動パターンが変化するケースと、通信路の障害などによる経路情報の切り替えによって変わるケースがある。
【００１２】
しかし、従来の通信装置の電源構成では中間電圧Ｖｍが固定であったので、論理モジュールの負荷パターンの変動にきめ細かく対応することが出来なかった。
【００１３】
本発明の目的は、省電力な電源装置および情報処理装置ならびに出力電圧可変電源の電圧出力設定方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題は、交流からＤＣ-ＤＣ電源に供給する中間電圧の直流を生成し、中間電圧の値を変化させながら出力電流を測定し、ＤＣ-ＤＣ電源の消費電力が少ないと判断する値に、中間電圧を設定する電源装置により達成できる。
【００１５】
また、交流から中間電圧の直流を生成する第１の電源と、中間電圧から電子部品供給電圧の直流を生成する第２の電源とを含み、第１の電源は、中間電圧を調整する出力電圧調整部と、中間電圧の電流値を測定する出力電流測定部とを含む情報処理装置により達成できる。
【００１６】
さらに、交流から中間電圧の直流を生成する第１の電源と、中間電圧から電子部品供給電圧の直流を生成する第２の電源と、第１の電源の中間電圧を設定し、中間電圧の電流値をモニタする制御部とを含み、制御部は、中間電圧の値を変化させながら出力電流をモニタし、第２の電源の消費電力が少ないと判断する値に、中間電圧を設定する情報処理装置により達成できる。
【００１７】
また、負荷側にＤＣ-ＤＣ電源を接続した出力電圧可変電源の電圧出力設定方法であって、予め定めた範囲の電圧幅内の少なくとも３つの電圧で、当該電圧での電流値を測定するステップと、少なくとも３つの電圧での少なくとも３つ消費電力を求めるステップと、少なくとも３つの消費電力から、より少ない消費電力を選択するステップと、より少ない消費電力を得た少なくとも３つの電力の一つを、電圧出力に設定するステップとを含む出力電圧可変電源の電圧出力設定方法により達成できる。
【発明の効果】
【００１８】
省電力な電源装置および情報処理装置ならびに出力電圧可変電源の電圧出力設定方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に付いて、実施例を用いて、図面を参照しながら説明する。
まず、図３および図４を用いて、本実施例の動作原理を簡単に説明しよう。ここで、図３は、ＤＣ-ＤＣ電源の出力電流一定のときの、入力電圧と変換効率の関係を説明する図である。また、図４は、ＤＣ-ＤＣ電源の出力電流一定のときの、入力電圧と入力電力の関係を説明する図である。ここで、図３と図４とは、図２から導かれるものである。すなわち、図３は、図２のＩｏ＝Ｉｏｃのときである。また、図４は、図３から導かれるのもので、変換効率が最も高い入力電圧で、最も低い入力電力となっている。図３と図４とは、図２を前提としたため、図４にはボトムが生じている。しかし、より一般的には、単調増加、単調減少、ボトム、ピークのいずれかの傾向を示す。その結果、単調増加ならＤＣ-ＤＣ電源の仕様の最小電圧にすれば最もエネルギー消費が少なくなる。逆に、単調減少ならＤＣ-ＤＣ電源の仕様の最大電圧にすれば最も省エネになる。同様に、ボトムならボトムを与える入力電圧、ピークならＤＣ-ＤＣ電源の仕様の最小電圧または最大電圧とすればよい。
【００２０】
次に、情報処理装置の一例である通信装置の構成を図５を用いて説明しよう。ここで、図５は通信装置のブロック図である。図５において、通信装置１は、ＡＣ-ＤＣ電源２と、複数の論理モジュール３０と、制御モジュール４０で構成される。
【００２１】
ＡＣ-ＤＣ電源２は、ＡＣ入力から装置内の中間電圧Ｖｍを生成する。また、ＡＣ-ＤＣ電源２は、その内部に出力電圧調整部２１と出力電流測定部２２を有する。ＡＣ-ＤＣ電源２は、制御モジュール４０との間で、電圧制御信号５１を受信し、電流測定値信号５２を送信する。
【００２２】
論理モジュール３０は、中間電圧Ｖｍを電源として動作し、その内部に論理回路と、論理回路で使用する電源を生成するＤＣ-ＤＣ電源を有する。なお、ここでは複数の論理モジュール３０に実装されたＤＣ-ＤＣ電源と論理回路とを合成して、論理モジュール３０−１に代表して、ＤＣ-ＤＣ電源１００、論理回路１１０として図示した。ここで、ＤＣ-ＤＣ電源１００は、入力ＤＣＶｍボルト、Ｉｍアンペア、出力ＤＣＶｏボルト、Ｉｏアンペア、変換効率η（Ｖｍ，Ｉｏ）である。また、ＤＣ-ＤＣ電源１００は、入力ＶｍＬ〜ＶｍＨの範囲で、出力Ｖｏを維持する。
【００２３】
論理モジュール３０は通信ケーブル６によって装置の外部とインタフェースを有し、通信ケーブル６で送受信されるデータトラフィックの特性により、論理モジュール３０の消費電流特性は変動する。さらに、論理モジュール３０は制御モジュール４０との間に動作状態信号５３のンタフェースをもち、動作状態信号５３で、データトラフィックの送受信データ量(ＢＰＳ（Bit Per Second）値)や送受信パケット量（ＰＰＳ（Packet Per Second）値）などを制御モジュール４０に送信する。
【００２４】
制御モジュール４０は、ＡＣ-ＤＣ電源２に対して電圧制御信号５１によって中間電圧Ｖｍを制御し、電流値信号５２により論理モジュール３０に供給される電流値を観測し、論理モジュール３０で消費する電力Ｐｉを最小化する制御動作を行う。この制御動作は自律的におこなうことも、論理モジュール３０からの動作状態信号５３をトリガーとすることもできる。
【００２５】
制御モジュール４０は、図示しないマイクロコンピュータを含むプログラム実行部と、制御信号出力と観測信号入力回路（図示せず）とで構成する。制御モジュール４０は、ＤＣ-ＤＣ電源１００が一定電圧を出力可能なＶｍＬ〜ＶｍＨの範囲で、ＡＣ-ＤＣ電源２の出力を徐々に変え、測定した電流値との積を蓄積して、電力Ｐｉを最小とする動作点Ｖｍ（ｋｍｉｎ）を見出す。制御モジュール４０は、ＡＣ-ＤＣ電源２の出力電圧調整部２１を調整して、その出力をＶｍ（ｋｍｉｎ）とすることよって、論理モジュール３０の消費電力効率を最適化する。
【００２６】
論理モジュールの消費電流特性について、図６を用いて説明する。図６は通信装置のブロック図であり、図１の論理モジュールの構成を詳細に示している。図６において、通信装置１は、ＡＣ-ＤＣ電源２と論理モジュール３０とから構成されている。さらに、論理モジュール３０は、複数のＤＣＤＣ電源と複数の論理回路とから構成されている。複数のＤＣ-ＤＣ電源はＤＣ５Ｖ，ＤＣ３．３Ｖ，ＤＣ２．５Ｖ、ＤＣ１．８Ｖの各直流電圧を出力する。複数のＤＣ-ＤＣ電源は、一つのＤＣ-ＤＣ電源１００と看做すことができる。論理回路は、物理層処理部１１１、フォワーディング処理部１１２、パケット処理部１１３、そしてコントロールプレーン部１１４とからなっている。物理層処理部１１１は、ＤＣ５ボルトで動作し、フォワーディング処理部１１２は、ＤＣ３.３ボルトで動作する。パケット処理部１１３は、ＤＣ２.５ボルトで動作し、コントロールプレーン部１１４は、ＤＣ１.８ボルトで動作する。
【００２７】
一般に通信処理装置は、データの転送処理を行うデータプレーン部１１５と転送を制御するコントロールプレーン部１１４とに分けられる。図６のパケット処理部１１３、フォワーディング処理部１１２、物理層処理部１１１はデータプレーン部１１５を構成する。
なお、図６において、制御モジュールは図示の簡便のため省略した。
【００２８】
図７を用いて論理回路の処理部の消費電力特性を説明する。ここで、図７は論理回路の処理部の消費電力特性を説明する図である。図７において、通信装置１の各処理部は、時々刻々変化するデータトラフィックの特性により消費電力が変化するのが一般的である。また、そのとき、各処理部に電源を供給するＤＣ-ＤＣ電源の変換効率ηも変化する。したがって、論理モジュール全体の電源効率も時々刻々変化する。このため、論理モジュールへの供給電圧Ｖｍを一定とすると、きめ細かい効率化が出来ない。
【００２９】
図８および図９を用いて、最大効率を得る中間電圧の決定アルゴリズムを説明する。ここで、図８は、ＡＣ-ＤＣ電源の出力電圧（中間電圧）と出力電力の関係を説明する図である。図９は制御モジュールの動作フロー図である。
【００３０】
図８において、ＤＣ-ＤＣ電源１００の入力仕様ＶｍＬ〜ＶｍＨの範囲を、Ｎ（Ｎは２以上の整数）分割し、Ｖｍ（０）〜Ｖｍ（Ｎ）とする。制御モジュール４０は、各測定電圧でＩｉ（ｋ）を測定し、電力Ｐｉ（ｋ）＝Ｖｍ（ｋ）・Ｉｉ（ｋ）を演算する。
【００３１】
図９において、制御モジュール４０は、パラメータｋを０（ゼロ）にセットする（Ｓ１）。制御モジュール４０は、ＤＣ-ＤＣ電源１００の入力仕様ＶｍＬ〜ＶｍＨの範囲を分割数Ｎ（Ｎは自然数）で割り、電圧の刻みΔＶｍ（delta Vm）を演算する（Ｓ２）。制御モジュール４０は、Ｖｍ（０）にＶｍＬをセットする（Ｓ３）次に、制御モジュール４０は、出力電圧調整部２１に対して、電圧制御信号５１を用いて、中間電圧としてＶｍ（ｋ）ボルトを指示する（Ｓ４）。出力電圧調整部２１は、中間電圧Ｖｍ（ｋ）ボルトを設定し、制御モジュール４０は、出力電流測定部２２が測定した出力電流Ｉｉ（ｋ）を把握する（Ｓ５）。
【００３２】
制御モジュール４０は、そのときの電力Ｐ（ｋ）を、Ｖｍ（ｋ）・Ｉｉ（ｋ）から求める（Ｓ６）。制御モジュール４０は、パラメータｋが分割数Ｎと等しいか判定し（Ｓ７）、ＹｅｓならばＰｉ（ｋ）の配列の中から最小値を与えるｋをＫｍｉｎとする（Ｓ８）。電圧制御信号５１を用いて、出力電圧調整部21に対して、中間電圧Ｖｍ（ｋｍｉｎ）をセット（Ｓ９）し、終了する。
【００３３】
ステップ７において、制御モジュール４０は、Ｎｏならばパラメータｋをインクリメントする（Ｓ１０）。制御モジュール４０は、Ｖｍ（ｋ）にＶｍＬ+ｋ・ΔＶｍをセット（Ｓ１１）し、ステップ４に戻る。
【００３４】
なお、図９に示す動作は、ＤＣ-ＤＣ電源１００の入力電圧仕様ＶｍＬ〜ＶｍＨの範囲内で、ＡＣ-ＤＣ電源２の出力電圧を変えているので、通信装置の実運用には、なんら問題を与えることはない。また、電圧の可変範囲ＶｍＬ〜ＶｍＨをＤＣ-ＤＣ電源１００の入力仕様としたが、ＡＣ-ＤＣ電源の出力電圧可変仕様であっても良い。つまり、ＤＣ-ＤＣ電源１００の入力仕様とＡＣ-ＤＣ電源の出力電圧可変仕様とが重なる範囲であれば、予め定めた電圧範囲で電圧を変更すればよい。
【００３５】
本実施例に拠れば、変換効率最大となる動作点の検出アルゴリズムを、制御モジュール４０が自律的に、一定間隔で行うことで、時々刻々変化する消費電力特性に対して、最適に動作することができる。また、論理モジュール３０からの動作状態信号５３を制御モジュール４０が常時監視し大きく変化した場合に、論理モジュール３０の動作状態が変化したものとして、変換効率最大となる動作点の検出アルゴリズムを実行することによっても、消費電力効率が装置の動作状態に追従して、常に最適化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】記号を説明する図である。
【図２】出力電流と変換効率の関係を説明する図である。
【図３】入力電圧と変換効率の関係を説明する図である。
【図４】入力電圧と入力電力の関係を説明する図である。
【図５】通信装置のブロック図である。
【図６】通信装置のブロック図である。
【図７】論理回路の処理部の消費電力特性を説明する図である。
【図８】ＡＣ-ＤＣ電源の出力電圧（中間電圧）と出力電力の関係を説明する図である。
【図９】制御モジュールの動作フロー図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…通信装置、２…ＡＣ-ＤＣ電源、６…通信ケーブル、２１…出力電圧調整部、２２…出力電流測定部、３０…論理モジュール、４０…制御モジュール、５１…電圧制御信号、５２…電流値信号、５３…動作状態信号、１００…ＤＣ-ＤＣ電源、１１０…論理回路、１１４…コントロールプレーン部、１１５…データプレーン部。
【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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【図９】
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