JP4937401B1

JP4937401B1 - 電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法

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Publication number: JP4937401B1
Application number: JP2010256103A
Authority: JP
Inventors: 智明徳永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: JP2012110103A; US20120112735A1; US8456149B2

Abstract

【課題】電源モジュールが電力計測回路を持たなくても当該電源モジュールの入力電力値を知ることを実現した電子機器を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、電源モジュールと電流値算出手段と入力電力値算出手段とを具備する。前記電流値算出手段は、前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する。前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記電源モジュールの入出力特性とから前記電源モジュールの入力電力値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源モジュールを搭載する電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法に関する。

近年、環境保護問題が注目されており、その一環として、省電力化が以前にも増して強く求められている。また、例えば、現在の消費電力量を表示してユーザの省電力への意識を喚起したり、消費電力量を所定量以下に抑えるべく動作を制御するために、その時々の実消費電力を計測する機能を持つ必要性に各種電子機器は迫られている。

特開２０１０−５１１５４号公報

例えば、サーバなどの大型コンピュータでは、電源モジュールを搭載し、この電源モジュールからの電力をメインボードに供給することで、当該コンピュータを計算機システムとして稼働させている。

このような計算機システムにおいて、その時々の実消費電力を監視するためには、電源モジュールの入力電力値（即ち、実消費電力値）を計測する電力計測回路が当該電源モジュール内に組み込まれていなければならない。

しかしながら、電源モジュールの多くはこのような電力計測回路を持っておらず、電力計測回路を持たない電源モジュールを搭載するコンピュータ上に構築される計算機システムでは、システム全体としての実消費電力を知ることができなかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、電源モジュールが電力計測回路を持たなくても当該電源モジュールの入力電力値を知ることを実現した電子機器および同機器における電源モジュールの入力電力値算出方法を提供することを目的とする。

実施形態によれば、電子機器は、電源モジュールと電流値算出手段と入力電力値算出手段とを具備する。前記電流値算出手段は、前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する。前記入力電力値算出手段は、予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する。

第１実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図。第１実施形態の電子機器上での電気の流れを等価的に示した模式図。第１実施形態の電子機器に搭載される電源モジュールの入出力特性（効率特性）の一例を示す図。第２実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図。第３実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。この電子機器１は、例えば、サーバなどと称される大型コンピュータとして実現されている。

図１に示すように、電子機器１は、大きく分けて、電源モジュール１０と制御ボード２０とからなる。電源モジュール１０は、システム（負荷）に電力を供給するＡＣ−ＤＣ電源モジュールである。一方、制御ボード２０は、システムのメインボードである。一般的には、マザーボードが該当する。電源モジュール１０と制御ボード２０との間には、電源モジュール１０からの電力を制御ボード２０に導くための給電線１０１が敷設される。

なお、ここでは、ＡＣ商用電源などから電源モジュール１０が入力する電力を１次側入力電力と称し、電源モジュール１０から制御ボード２０に向けて出力される電力を２次側出力電力と称する。また、ここでは、電源モジュール１０が、１次側入力電力値を計測する電力計測回路を備えていない場合を想定する。そして、本実施形態の電子機器１は、電源モジュール１０が電力計測回路を備えなくても、制御ボード２０側において１次側入力電力値を知ることを実現したものであり、以下、この点について詳述する。

この、電源モジュール１０が電力計測回路を備えていない状況下で、制御ボード２０側において１次側入力電力値を知ることを実現するために、本実施形態の電子機器１は、図１に示すように、電源モジュール１０と制御ボード２０との間に、給電端電圧通知線１０２を敷設し、また、制御ボード２０に、電圧検出回路２１と入力電力算出回路２２とを設ける。

給電端電圧通知線１０２は、給電線１０１の給電端（電源モジュール１０側）の電圧監視線である。この給電端電圧通知線１０２は、監視に用いられるのみで大電流を流さないためドロップ電圧が極めて小さい。従って、精度よく電圧監視を行うことができる。

電圧検出回路２１は、給電線１０１の両端間における電位差を検出する回路である。電圧検出回路２１は、（制御ボード２０に接続された）給電線１０１の末端における電圧値を計測するとともに、給電線１０１の給電端における電圧値を給電端電圧通知線１０２により計測し、この２つの計測値を比較することによって、給電線１０１の両端間における電位差を検出する。

入力電力算出回路２２は、電源モジュール１０の入力電力値、つまり１次側入力電力値を算出する回路である。入力電力算出回路２２は、電圧検出回路２１によって検出された給電線１０１両端の電位差から給電線１０１に流れる電流の値を算出し、当該算出した給電線１０１上の電流値から１次側入力電力値を算出する。この１次側入力電力値の算出原理を図２および図３を参照して説明する。

図２は、本実施形態の電子機器１上での電気の流れを等価的に示した模式図である。

電圧検出回路２１から給電線１０１両端の電位差（Ｖ_n：給電線両端電圧）の値を受け取る入力電力算出回路２２には、給電線１０１の抵抗値（Ｒ_n：給電線抵抗）が予め与えられている。従って、入力電力算出回路２２は、次式（式１）により、給電線１０１に流れる電流（Ｉ_n：給電線電流）の値を算出することができる。

給電線電流（Ｉ_n）＝給電線両端電圧（Ｖ_n）／給電線抵抗（Ｒ_n） … （式１）
この給電線電流（Ｉ_n）の値が分かると、入力電力算出回路２２は、次式（式２）により、２次側出力電力（Ｗ₂）の値を算出する。

２次側出力電力（Ｗ₂）＝給電線両端電圧（Ｖ_n）×給電線電流（Ｉ_n） … （式２）
また、入力電力算出回路２２には、例えば図３に示すような電源モジュール１０の入出力特性（効率特性）に関する情報も予め与えられている。電源モジュール１０は、作成されると入出力特性が決定され、固有の入出力特性を持つこととなる。そこで、入力電力算出回路２２は、この入出力特性に基づき、算出した給電線電流（Ｉ_n）の値から電源モジュール１０の効率（ｅ_n）を得て、次式（式３）により、１次側入力電力（Ｗ₁）の値を算出する。

１次側入力電力（Ｗ₁）＝２次側出力電力（Ｗ₂）／効率（ｅ_n） … （式３）
つまり、１次側入力電力（Ｗ₁：図２のａ１）の値は、給電線電流（Ｉ_n）の値が得られれば算出することができ、また、この給電線電流（Ｉ_n）の値は、給電線両端電圧（Ｖ_n）の値が得られれば算出することができる。そこで、本実施形態の電子機器１は、給電端電圧（図２のａ２）の値を計測するための給電端電圧通知線１０２を敷設し、電圧検出回路２１によって給電線両端電圧（Ｖ_n）の値を得て、入力電力算出回路２２によって給電線電流（Ｉ_n）の値を算出するとともに１次側入力電力（Ｗ₁）の値を算出する。

なお、一般的な計算機システムでは、監視プロセッサが搭載されており、図示した入力電力算出回路２２の算出処理は、（入力電力算出回路２２を別途設けなくとも）この監視プロセッサで実行可能である。

このように、本実施形態の電子機器１は、電源モジュール１０に電力計測機能がなくても、制御ボード２０側において１次側入力電力を知ることを実現する。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。

本実施形態の電子機器１の基本動作も、前述した第１実施形態の電子機器１と同様、給電線両端電圧（Ｖ_n）の値を得て、給電線電流（Ｉ_n）の値を算出し、この算出した給電線電流（Ｉ_n）の値から１次側入力電力（Ｗ₁）の値を算出するというものである。本実施形態の電子機器１と第１実施形態の電子機器１との違いは、給電線両端電圧（Ｖ_n）の値の計測方法にある。

図４に示すように、本実施形態の電子機器１は、（第１実施形態の電子機器１で敷設されていた）給電端電圧通知線１０２を持たない。本実施形態の電子機器１では、給電線１０１の給電端（電源モジュール１０側）の電圧として、電源モジュール１０の無出力時の定格出力電圧値を使用する。この電源モジュール１０の無出力時の定格出力電圧値は、予め入力電力算出回路２２に与えられている。

本実施形態における電圧検出回路２１は、（制御ボード２０に接続された）給電線１０１の末端における電圧値を計測し、その計測値を入力電力算出回路２２に通知する。

また、本実施形態における入力電力算出回路２２は、まず、電圧検出回路２１から受け取った給電線１０１の末端電圧値と、給電線１０１の給電端電圧値、即ち、予め与えられた電源モジュール１０の無出力時の定格出力電圧値との差分を求めることで、給電線１０１の両端間における電位差（Ｖ_n：給電線両端電圧）を検出する。

このように給電線両端電圧（Ｖ_n）の値を算出した後、入力電力算出回路２２は、当該算出した給電線両端電圧（Ｖ_n）の値と、予め与えられた給電線１０１の抵抗値（Ｒ_n：給電線抵抗）とから、上記（式１）により、給電線１０１に流れる電流（Ｉ_n：給電線電流）の値を算出する。

続いて、入力電力算出回路２２は、この算出した給電線電流（Ｉ_n）の値を用いて、上記（式２）により、２次側出力電力（Ｗ₂）の値を算出し、さらに、この算出した２次側出力電力（Ｗ₂）の値を用いて、上記（式３）により、１次側入力電力（Ｗ₁）の値を算出する。

このように、本実施形態の電子機器１においても、電源モジュール１０に電力計測機能がなくても、制御ボード２０側において１次側入力電力を知ることが実現される。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。図５は、本実施形態の電子機器の概略的なシステム構成を示すブロック図である。

本実施形態の電子機器１の基本動作も、前述した第１および第２実施形態の電子機器１と同様、給電線両端電圧（Ｖ_n）の値を得て、給電線電流（Ｉ_n）の値を算出し、この算出した給電線電流（Ｉ_n）の値から１次側入力電力（Ｗ₁）の値を算出するというものである。本実施形態の電子機器１と第１および第２実施形態の電子機器１との違いも、給電線両端電圧（Ｖ_n）の値の計測方法にある。

図５に示すように、本実施形態の電子機器１は、電源モジュール１０が、監視回路１１を備える。また、電源モジュール１０と制御ボード２０との間に、監視バス１０３が敷設される。

監視回路１１は、電源モジュールに内蔵される監視ロジックである。この監視回路１１によって、給電線１０１の給電端（電源モジュール１０側）の電圧値が計測される。監視回路１１は、１次側入力電力値を計測する機能は備えていない。計測された給電線１０１の給電端における電圧値は、監視バス１０３を経由して制御ボード２０に通知される。

また、本実施形態における入力電力算出回路２２は、まず、電圧検出回路２１から受け取った給電線１０１の末端電圧値と、監視バス１０３を経由して電源モジュール１０から受け取った給電線１０１の給電端電圧値との差分を求めることで、給電線１０１の両端間における電位差（Ｖ_n：給電線両端電圧）を検出する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…電子機器、１０…電源モジュール、１１…監視回路、２０…制御ボード、２１…電圧検出回路、２２…入力電力算出回路、１０１…給電線、１０２…給電端電圧通知線、１０３…監視バス。

Claims

電源モジュールと、
前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出する電流値算出手段と、
予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する入力電力値算出手段と、
を具備する電子機器。
前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を監視するための電圧監視線と、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電圧監視線を介して得られる前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段と、
を具備する請求項１記載の電子機器。
前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項１記載の電子機器。
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電源モジュールの無出力時における定格出力電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段、
を具備する請求項１記載の電子機器。
前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項４記載の電子機器。
前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を前記電源モジュールから受信するための信号線と、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記信号線を介して受信した前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する電位差検出手段と、
を具備する請求項１記載の電子機器。
前記入力電力値算出手段は、前記電流値算出手段によって算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項６記載の電子機器。
電子機器における電源モジュールの入力電力値算出方法であって、
前記電源モジュールから導出される給電線の両端間における電位差と前記給電線の抵抗値とから前記給電線上の電流値を算出し、
予め与えられた前記電源モジュールの入出力特性に基づき、前記算出された前記給電線上の電流値から前記電源モジュールの効率を得て、前記電源モジュールの入力電力値を算出する、
電源モジュールの入力電力値算出方法。
前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を監視し、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記監視によって得られた前記給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する
請求項８記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項８記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記電源モジュールの無出力時における定格出力電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する、
請求項８記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項１１記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
前記電源モジュール側における前記給電線の給電端の電圧値を前記電源モジュールから受信し、
負荷側に接続された前記給電線の終端における電圧値を計測し、当該計測した前記給電線の終端における電圧値と前記受信した給電線の給電端の電圧値とから前記給電線の両端間における電位差を検出する、
請求項８記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。
前記電源モジュールの入力電力値を算出することは、前記算出された前記給電線上の電流値と前記給電線の両端間における電位差の値とから前記電源モジュールの出力電力値を算出し、前記電源モジュールの入出力特性に基づき、当該算出した前記電源モジュールの出力電力値から前記電源モジュールの入力電力値を算出する
請求項１３記載の電源モジュールの入力電力値算出方法。