JP2015106211A - 電源制御回路及びストレージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホットスワップＩＣが故障した場合でもＨＤＤの電源制御を可能とすること。
【解決手段】ゲート電圧モニタ回路は、バックプレーンＰＬＤ９を有し、バックアップ回路は、Ｃｐ５、Ｃｑ６、バススイッチ７、Ｒｇ８、Ｒｄ１０、Ｄｄ１１及び電力供給経路１２を有する。ホットスワップＩＣ１が正常なときにバックアップ回路が電力を蓄積し、ゲート電圧モニタ回路がＦＥＴ４のゲート電圧を監視する。そして、ゲート電圧モニタ回路が、ホットスワップＩＣ１が正常か異常かを判定し、ホットスワップＩＣ１が異常であると判定すると、バックアップ回路がＦＥＴ４のゲート電圧を維持するように動作する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電源制御回路及びストレージ装置に関する。

ストレージ装置において、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の電源の投入及び遮断の制御にはホットスワップ（HotSwap）ＩＣが用いられている。図１３は、ＨＤＤの電源投入及び遮断の制御にホットスワップＩＣを用いた例を示す図である。

図１３に示すように、ＨＤＤ２３はＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）４を介して電源に接続されている。ＦＥＴ４のゲート端子はホットスワップＩＣ１の出力端子に接続され、ホットスワップＩＣ１は、ＨＤＤEnable信号を受信すると、ＦＥＴ４のゲート端子に電圧を印加することによってＨＤＤ２３の電源を投入する。

なお、電源装置に関する従来技術として、電源に異常が発生した場合に、蓄積した電力を異常後の初期段階で動作する負荷に供給するキャパシタと、蓄積した電力を継続的に動作する負荷に供給する二次電池とを備える電源装置がある。

また、負荷に電力を供給する第１供給部と、第１供給部により充電可能で且つ負荷に電力を供給する第２供給部とを有し、第２供給部に異常が発生すると、第１供給部は第２供給部を充電することなく負荷へ電力を供給するよう制御する画像形成装置がある。

特開２００６−８１３３０号公報 特開２００９−２９８０８１号公報

しかしながら、図１３において、ホットスワップＩＣ１に障害が発生すると、ＨＤＤ２３の電源の投入及び遮断の制御を行うことができないという問題がある。また、ホットスワップＩＣ１は、ＨＤＤ２３、電源モジュールなどを接続するバックプレーン（Back-Plane）に搭載され、バックプレーンは活***換ができないため、ホットスワップＩＣ１を交換しようとすると、ストレージ装置を停止する必要がある。

本発明は、１つの側面では、ホットスワップＩＣに障害が発生した場合であっても、ＨＤＤの電源制御を可能とする電源制御回路及びストレージ装置を提供することを目的とする。

本願の開示する電源制御回路は、１つの態様において、装置への電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路とを備える。また、前記電源制御回路は、電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路を備える。

１実施態様によれば、ホットスワップＩＣに障害が発生した場合であっても、ＨＤＤの電源を制御することができる。

図１は、実施例に係るＲＡＩＤ装置の構成を示す図である。 図２は、ＣＥのハードウェアユニット構成を示す図である。 図３は、バックプレーンが提供する主な機能例を示す図である。 図４は、バックプレーンへ搭載されるＩＣ素子を示す図である。 図５は、実施例に係る電源制御回路の構成を示す図である。 図６は、ゲート電圧モニタ回路の構成を示す図である。 図７は、従来のホットスワップ回路を示す図である。 図８は、バックアップ回路の構成を示す図である。 図９は、通常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。 図１０は、ホットスワップＩＣ異常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。 図１１は、複数のＨＤＤの電源を制御する場合の従来のホットスワップ回路を示す図である。 図１２は、複数のＨＤＤの電源を制御する場合の実施例に係るホットスワップ回路を示す図である。 図１３は、ＨＤＤの電源投入及び遮断の制御にホットスワップＩＣを用いた例を示す図である。

以下に、本願の開示する電源制御回路及びストレージ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例は開示の技術を限定するものではない。

まず、実施例に係るＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）装置について説明する。図１は、実施例に係るＲＡＩＤ装置の構成を示す図である。図１に示すように、ＲＡＩＤ装置１００は、ＣＥ（Controller Enclosure）２０と、１６台のＤＥ（Device Enclosure）２０ａとを有するストレージ装置である。

ＣＥ２０は、ＲＡＩＤ装置１００を制御するＣＭ（Controller Module）２１と複数のＨＤＤを搭載した装置である。ＣＥ２０は、２台のＣＭ２１を有する。ＤＥ２０ａは、複数のＨＤＤを搭載した装置である。なお、図１では、１６台のＤＥ２０ａを示したが、ＲＡＩＤ装置１００は、任意の台数のＤＥ２０ａを有することができる。

図２は、ＣＥ２０のハードウェアユニット構成を示す図である。図２に示すように、ＣＥ２０は、２台のＣＭ２１と、２台のＰＳＵ（Power Supply Unit）２２と、複数のＨＤＤ２３と、パネル２４とをユニットとして有する。

ＰＳＵ２２は、ＣＥ２０に電源を供給する電源モジュールである。ＣＭ２１とＰＳＵ２２は、二重化されている。ＨＤＤ２３は、データを記憶するディスク装置である。パネル２４は、ＣＥ２０の状態を表示する表示装置である。

なお、ＤＥ２０ａのハードウェアユニット構成は、図２において、２台のＣＭ２１がそれぞれＥＸＰ（EXPander）に置き換えられた構成である。ここで、ＥＸＰは他のＤＥ２０ａを接続するためのインターフェースである。

ＣＥ２０は、ユニット間において様々な信号を相互に接続し、中継するための基軸となるハードウェアであるバックプレーン２５を有する。図３は、バックプレーン２５が提供する主な機能例を示す図である。図３に示すように、バックプレーン２５が提供する機能には、コネクタ及び経路と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）制御と、ＨＤＤ２３の電源制御と、温度監視と、エンクロージャー設定用メモリとがある。

コネクタ及び経路は、バックプレーン２５と各種ユニット間を接続するためのインターフェースである。コネクタには、ＨＤＤコネクタ、ＰＳＵコネクタ、ＣＭコネクタ(共用する形でＥＸＰにおいても使用される)がある。コネクタ及び経路には、各種信号や電力が通る。

ＬＥＤ制御は、バックプレーン２５上のＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）を通じて行われる。ＬＥＤ制御の対象は、パネル２４上のＬＥＤとＨＤＤ２３用のＬＥＤがある。

ＨＤＤ２３の電源制御としては、ＨＤＤ２３に供給する電源（＋１２Ｖ、＋５Ｖ）のＯＮ／ＯＦＦがバックプレーン２５上に搭載されたホットスワップＩＣ１により行われる。

温度監視は、装置の吸気及び排気の温度を監視する。温度監視のために、バックプレーン２５は、温度センサＩＣを搭載している。装置環境温度として、パネル２４上で周囲温度が測定されるが、温度センサの本体はバックプレーン２５に搭載される。

エンクロージャー設定用メモリは、エンクロージャー動作に必要な設定データが書き込まれたフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）ＩＣである。バックプレーン２５は、フラッシュＲＯＭＩＣを２個搭載している。

これらの機能のうちＨＤＤ２３の電源制御については、バックプレーン２５上に、機能を実現するためにＩＣ素子や多数の回路部品が搭載され、その結果、回路が複雑化している。特に、ＨＤＤ２３の電源制御回路であるホットスワップＩＣ１は、搭載されるＨＤＤ２３の数だけ必要になるので、多くのＨＤＤ２３を搭載するＲＡＩＤ装置１００においては、相対的に障害発生率が上がる。

そのため、量産出荷試験や、フィールドにおいてホットスワップＩＣ１の障害により、ＲＡＩＤ装置１００の電源をＯＮしても、ＨＤＤ２３を認識出来ないという障害が発生する。

図４は、バックプレーン２５へ搭載されるＩＣ素子を示す図である。図４に示す例では、８個のホットスワップＩＣ１と、２個の温度センサＩＣ２と、２個のフラッシュＲＯＭＩＣ３がバックプレーン２５に搭載されている。

次に、実施例に係る電源制御回路の構成について説明する。図５は、実施例に係る電源制御回路の構成を示す図である。図５に示すように、電源制御回路３０は、バックプレーン２５に搭載され、ホットスワップＩＣ１と、ＦＥＴ４と、Ｃｐ５と、Ｃｑ６と、バススイッチ７と、Ｒｇ８と、バックプレーンＰＬＤ９と、Ｒｄ１０と、Ｄｄ１１と、電力供給経路１２とを有する。なお、図４では、ホットスワップＩＣ１を除いて他の回路要素についての記載が省略されている。

ホットスワップＩＣ１は、ＦＥＴ４のゲート端子に電圧を印加するか否かによってＦＥＴ４の動作を制御するＩＣである。ホットスワップＩＣ１は、ＣＭ２１からＨＤＤEnable信号を受信するとＦＥＴ４のゲート端子に電圧を印加してＦＥＴ４をＯＮとする。また、ホットスワップＩＣ１は、ＨＤＤ２３の電源投入時の突入電流による回路ストレスを緩和する。また、ホットスワップＩＣ１は、ＨＤＤ２３側の短絡時の過電流を防止する。

ＦＥＴ４は、ＤＣ（直流電源）２６とＨＤＤ２３との間でスイッチとして動作する。ＦＥＴ４のゲート端子にホットスワップＩＣ１により電圧が印加されると、ＨＤＤ２３に電源が投入され、ＦＥＴ４のゲート端子にホットスワップＩＣ１により電圧が印加されなくなると、ＨＤＤ２３の電源が遮断される。

Ｃｐ５及びＣｑ６は、ホットスワップＩＣ１が故障したときにＦＥＴ４のゲートに供給する電力を蓄積するキャパシタである。Ｃｐ５及びＣｑ６は、ホットスワップＩＣ１が正常に動作しているときに充電される。

バススイッチ７は、ホットスワップＩＣ１の出力端子とＦＥＴ４のゲート端子とを接続する経路と、Ｒｇ８及び電力供給経路１２を介してＣｐ５及びＣｑ６とに接続される。バススイッチ７は、ＣＭ２１からホットスワップＩＣ１へのＨＤＤ２３のＯＮ／ＯＦＦ指示に連動して、Ｃｐ５及びＣｑ６への充電／放電を切り替える。

Ｒｇ８は、バススイッチ７と電力供給経路１２とに接続される抵抗である。Ｒｇ８は、バススイッチ７がＯＮのときに、Ｃｐ５及びＣｑ６から給電を受け、突入電流を防止する。

バックプレーンＰＬＤ９は、バックプレーン２５に搭載されたＩＣ等を制御する。バックプレーンＰＬＤ９は、ホットスワップＩＣ１の出力端子とＦＥＴ４のゲート端子とを接続する経路と、バススイッチ７とに接続される。

バックプレーンＰＬＤ９は、ホットスワップＩＣ１の出力を監視し、ＣＭ２１からＨＤＤ２３の電源投入指示が出ているにもかかわらずホットスワップＩＣ１からＦＥＴ４へのゲート電圧出力が行われていない場合に、ホットスワップＩＣ１を故障と判定する。そして、バックプレーンＰＬＤ９は、ホットスワップＩＣ１を故障と判定すると、バススイッチ７をＯＮとする。

すなわち、バックプレーンＰＬＤ９と経路２７と経路２８は、ゲート電圧モニタ回路として機能する。ここで、経路２７は、バススイッチ７とバックプレーンＰＬＤ９とを接続する経路である。また、経路２８は、ホットスワップＩＣ１の出力端子とＦＥＴ４のゲート端子とを接続する経路と、バックプレーンＰＬＤ９とを接続する経路である。

Ｒｄ１０は、ホットスワップＩＣ１の出力端子とＦＥＴ４のゲート端子とを接続する経路と、Ｄｄ１１を介してＣｐ５及びＣｑ６とに接続される。Ｒｄ１０は、ホットスワップＩＣ１が正常に動作しているときに、ホットスワップＩＣ１が出力するゲート電圧をＣｐ５及びＣｑ６に送り込むための抵抗である。

Ｄｄ１１は、Ｒｄ１０と電力供給経路１２の間に配置され、ホットスワップＩＣ１が故障したときに、Ｃｐ５及びＣｑ６からホットスワップＩＣ１への逆流を防止するダイオードである。

電力供給経路１２は、Ｃｐ５、Ｃｑ６、Ｒｇ８及びＤｄ１１を接続する経路であり、ホットスワップＩＣ１が正常なときはＣｐ５及びＣｑ６を充電するために用いられ、ホットスワップＩＣ１が故障したときはＣｐ５及びＣｑ６からの放電に用いられる。電力供給経路１２は、Ｃｐ５及びＣｑ６が充電されるときには自身も充電され、Ｃｐ５及びＣｑ６が放電するときには自身も放電する。

Ｃｐ５及びＣｑ６と電力供給経路１２とＲｄ１０とＤｄ１１は、ホットスワップＩＣ１が故障したときにＦＥＴ４のゲートに電力を供給する供給回路として機能する。また、バススイッチ７とＲｇ８と経路２８は、ホットスワップＩＣ１が故障したときにホットスワップＩＣ１を代替する代替回路として機能する。また、供給回路と代替回路を合わせた回路は、ホットスワップＩＣ１をバックアップするバックアップ回路として機能する。

次に、ゲート電圧モニタ回路の構成について説明する。図６は、ゲート電圧モニタ回路の構成を示す図である。図６に示すように、ゲート電圧モニタ回路４０は、ＰＬＤ判定回路９ａと、分圧抵抗１３及び１４とを有する。なお、図５では、分圧抵抗１３及び１４は省略されている。また、ＰＬＤ判定回路９ａは、バックプレーンＰＬＤ９が提供する機能の一部を示す回路である。

ＰＬＤ判定回路９ａは、ＦＥＴ４のゲート電圧を分圧抵抗１３及び１４を用いて分圧して監視し、ゲート電圧が閾値以下になるとホットスワップＩＣ１が故障であると判定する。ＰＬＤ判定回路９ａは、ホットスワップＩＣ１が故障であると判定すると、ＣＭ２１に故障を通知するとともに、代替回路のバススイッチ７をＯＮにする。その後、ＨＤＤ２３がＲＡＩＤ装置１００から抜かれると、代替回路のバススイッチ７をＯＦＦにする。

ゲート電圧モニタ回路４０が、ＦＥＴ４のゲート電圧を監視することによって、ＨＤＤ２３に電源が供給されない故障が発生した場合に、ＲＡＩＤ装置１００は、ホットスワップＩＣ１の故障であるかＦＥＴ４の故障であるかを判別することができる。

図７は、従来のホットスワップ回路を示す図である。図７に示すように、従来のホットスワップ回路では、ＨＤＤ２３に電源が供給されない故障が発生した場合に、ＲＡＩＤ装置１００は、被疑箇所がホットスワップＩＣ１であるのかＦＥＴ４であるのかが分からない。

なお、ホットスワップＩＣ１の故障には以下のものがある。
・ホットスワップＩＣ１からのゲート電圧出力が途中から低下する。
・ホットスワップＩＣ１からのゲート電圧出力が規定値まで上昇しない。
・ホットスワップＩＣ１からのゲート電圧出力が全く出力されない。
・ホットスワップＩＣ１からのゲート電圧出力が低下する。

次に、バックアップ回路の動作について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、バックアップ回路の構成を示す図であり、図９は、通常時のバックアップ回路の動作を説明するための図であり、図１０は、ホットスワップＩＣ１異常時のバックアップ回路の動作を説明するための図である。

図８に示すように、バックアップ回路５０は、代替回路５１と、供給回路５２とを有する。代替回路５１は、バススイッチ７と、Ｒｇ８とを有する。供給回路５２は、Ｃｐ５と、Ｃｑ６と、Ｒｄ１０と、Ｄｄ１１と、電力供給経路１２とを有する。

ホットスワップＩＣ１が正常動作中は、図９に示すように、バックアップ回路５０は、ホットスワップＩＣ１のゲート電圧によりＲｄ１０を経由してＣｐ５及びＣｑ６のキャパシタに電力を蓄積しておく。なお、電力の一部は電力供給経路１２にも蓄積される。

一方、ホットスワップＩＣ１異常時は、図１０に示すように、バススイッチ７がＯＮとなり、Ｃｐ５、Ｃｑ６及び電力供給経路１２に蓄積された電力が放電され、ＦＥＴ４のゲート端子に電圧が印加される。

次に、複数のＨＤＤ２３の電源を制御するホットスワップ回路について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、複数のＨＤＤ２３の電源を制御する場合の従来のホットスワップ回路を示す図であり、図１２は、複数のＨＤＤ２３の電源を制御する場合の実施例に係るホットスワップ回路を示す図である。

図１１に示すように、従来のホットスワップ回路では、ＨＤＤ２３毎にホットスワップＩＣ１が用いられ、いずれかのホットスワップＩＣ１に故障が発生すると、そのホットスワップＩＣ１が電源を制御するＨＤＤ２３には電源が供給されなくなる。

一方、図１２に示すように、実施例に係るホットスワップ回路では、ＨＤＤ２３毎にホットスワップＩＣ１が用いられる点は従来と同じであるが、ＨＤＤ２３と同数のＣｐ５及びＣｑ６と電力供給経路１２は、全てのＨＤＤ２３で共用される。

いずれかのホットスワップＩＣ１に故障が発生すると、そのホットスワップＩＣ１のゲート出力を監視するゲート電圧モニタ回路４０が、故障を検出し、対応するバススイッチ７をＯＮにする。

すると、故障したホットスワップＩＣ１に接続するＦＥＴ４のゲートに、そのホットスワップＩＣ１の近くに位置するＣｐ５及びＣｑ６と電力供給経路１２だけでなく、他のＣｐ５及びＣｑ６や電力供給経路１２の他の箇所からも電力が供給される。

また、他のホットスワップＩＣ１によりＣｐ５及びＣｑ６と電力供給経路１２は充電される。したがって、実施例に係るホットスワップ回路は、故障したホットスワップＩＣ１に接続するＦＥＴ４のゲートに、継続して電力を供給することができる。

上述してきたように、実施例では、ホットスワップＩＣ１が正常なときにバックアップ回路５０が電力を蓄積し、ゲート電圧モニタ回路４０がＦＥＴ４のゲート電圧を監視する。そして、ゲート電圧モニタ回路４０が、ホットスワップＩＣ１が正常か異常かを判定し、ホットスワップＩＣ１が異常であると判定すると、バックアップ回路５０がＦＥＴ４のゲート電圧を維持するように動作する。したがって、ホットスワップＩＣ１に故障が発生した場合にも、ＦＥＴ４のＯＮ／ＯＦＦを制御してＨＤＤ２３の電源を制御することができる。

また、実施例では、複数のＨＤＤ２３にそれぞれ対応して複数のホットスワップＩＣ１がＨＤＤ２３の電源を制御する場合に、１つのホットスワップＩＣ１が故障しても、バックアップ回路５０は、他のホットスワップＩＣ１により充電される。したがって、バックアップ回路５０は、故障したホットスワップＩＣ１に接続するＦＥＴ４のゲートに、継続して電力を供給することができる。

なお、ホットスワップＩＣ１を二重化することが考えられるが、バックプレーン２５は回路搭載スペースに余裕が無く、大きな部品や回路をバックプレーン２５に追加することはできない。したがって、ホットスワップＩＣ１を二重化する対策は、実装スペースの問題により採用できない。また、ホットスワップＩＣ１は、ＣＥ２０及びＤＥ２０ａに搭載するＨＤＤ２３の数分必要であり、コストの点からもホットスワップＩＣ１を二重化する対策は採用できない。

また、実施例では、ＨＤＤの電源の投入及び遮断を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の装置の電源の投入及び遮断を行う場合にも同様に適用することができる。

また、実施例では、ＦＥＴを用いてＨＤＤの電源の投入及び遮断を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スイッチング機能を有する他の素子などを用いてＨＤＤの電源の投入及び遮断を行う場合にも同様に適用することができる。

また、実施例では、ホットスワップＩＣを用いてＦＥＴを入切する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のＩＣなどを用いてＦＥＴを入切する場合にも同様に適用することができる。

１ ホットスワップＩＣ
２ 温度センサＩＣ
３ フラッシュＲＯＭＩＣ
４ ＦＥＴ
５ Ｃｐ
６ Ｃｑ
７ バススイッチ
８ Ｒｇ
９ バックプレーンＰＬＤ
９ａ ＰＬＤ判定回路
１０ Ｒｄ
１１ Ｄｄ
１２ 電力供給経路
１３，１４ 分圧抵抗
２０ ＣＥ
２０ａ ＤＥ
２１ ＣＭ
２２ ＰＳＵ
２３ ＨＤＤ
２４ パネル
２５ バックプレーン
２６ ＤＣ
２７，２８ 経路
３０ 電源制御回路
４０ ゲート電圧モニタ回路
５０ バックアップ回路
５１ 代替回路
５２ 供給回路
１００ ＲＡＩＤ装置

Claims (7)

1. 装置への電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、
   前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、
   前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路と、
   電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路と
   を有することを特徴とする電源制御回路。
2. 前記バックアップ回路は、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が正常であると判定された場合に、電力を蓄積することを特徴とする請求項１に記載の電源制御回路。
3. 複数の装置と該複数の装置それぞれに対応する複数のスイッチ、複数のスイッチ制御回路及び複数の監視回路とを有し、
   前記バックアップ回路は、故障したスイッチ制御回路以外のスイッチ制御回路から供給される電力を蓄積しながら、故障したスイッチ制御回路に対応するスイッチの入切を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源制御回路。
4. 前記バックアップ回路は、
   前記スイッチ制御回路の代わりに前記スイッチの入切を制御する代替回路と、
   電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、前記代替回路に電力を供給する供給回路と
   を有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電源制御回路。
5. 前記代替回路は、
   前記スイッチの入切の切替を行うバススイッチと、
   前記スイッチにより装置に電源が投入された際の突入電流を防止する抵抗と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の電源制御回路。
6. 前記供給回路は、
   電力を蓄積するキャパシタと、
   前記キャパシタからの電力を前記代替回路に供給するとともに電力を蓄積する電力供給経路と
   を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の電源制御回路。
7. 記憶装置と該記憶装置の電源と該電源を制御する電源制御回路を備えたストレージ装置において、
   前記電源制御回路は、
   前記記憶装置への前記電源の投入と遮断の切替を行うスイッチと、
   前記スイッチの入切を制御するスイッチ制御回路と、
   前記スイッチ制御回路が正常であるか否かを監視する監視回路と、
   電力を蓄積し、前記監視回路により前記スイッチ制御回路が異常であると判定された場合に、蓄積した電力を用いて前記スイッチの入切を制御するバックアップ回路と
   を有することを特徴とするストレージ装置。

Images