提高電壓調節器的安全性的方法、電源系統以及計算機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及提高包括開關元件的電壓調節器的安全性的技術，進而涉及防止開關元件冒煙以及燒損的技術。
【背景技術】
[0002]圖7是用于對服務器中應用的以往的典型的電源系統的概要進行說明的圖。電源供給單元(PSU) 501以直流電壓向構成服務器的多個子系統503?507供給電力。各子系統503?507主要由將PSU501的輸出電壓轉換成穩定的規定電壓的電壓調節器(VR) 511a?511c、和與各VR對應的CPU、存儲器以及硬盤驅動器(HDD)等負載513a?513c構成。在各VR511a?511c的初級側設有熔斷器509a?509c。即使任意一個負載513a?513c的電力停止，如果對其他的負載供給電力，則作為子系統503也不會完全停止功能。
[0003]專利文獻I公開了一種具備在發生了過載時使開關動作停止的保護功能的開關電源裝置。專利文獻2公開了一種在負載電路短路時通過開關元件或者熔斷器來進行保護的開關調節器。專利文獻3公開了一種停止對發生了故障的刀片服務器的電源供給，并切換成預備系的刀片服務器的集群系統。專利文獻4公開了一種經由能夠過載保護的多個開閉部對機架式服務器供給交流電源的電源控制裝置。
[0004]專利文獻1:日本特開2007 - 116890號公報
[0005]專利文獻2:日本特開平09 - 182277號公報
[0006]專利文獻3:日本特開2006 - 277210號公報
[0007]專利文獻4:日本特開2004 - 222352號公報
[0008]專利文獻I的電源裝置能夠通過在成為過載時使開關元件停止來保護電路。專利文獻2的開關調節器能夠通過檢測負載短路時的2次電壓的降低而使開關元件停止來保護電路。在專利文獻2中，作為現有技術，記載了以負載短路時流過的大電流使熔斷器熔斷來保護電路。
[0009]S卩，在以往的具備開關元件的直流的電源裝置中，當負載發生了短路故障時，能夠使開關元件處于截止狀態來保護電路。該情況下，開關元件能夠發揮作為針對短路故障的保護開關的功能被限于開關元件正常動作的情況。由于開關元件被制造成具有比較高的可靠性，可認為一般很少發生故障，所以在該前提下可以說這樣的保護思想沒有問題。
[0010]并且，在圖7的電源系統中，當VR511a?511c的開關元件在閉狀態下發生故障而流過短路電流時，能夠使初級側的熔斷器509a?509c熔斷來只切斷該系統。由于熔斷器509a?509c不需要控制電路并且廉價，所以對于很少發生那樣的開關元件的故障而言，這樣的保護思想是合理的。
[0011]不過，在圖7所示的電源系統中，VR511a?511c有時也冒煙、燒損。若對該現象進行調查，則可知開關元件的燒損很劇烈。開關元件燒損的直接原因在于因大電流產生大量的熱。如果開關元件在閉狀態下發生了故障，則流過短路電流而使得熔斷器509a?509c中的任意一個應該熔斷，但產生冒煙以及燒損可以說熔斷器509a?509c沒有熔斷、或即使熔斷其定時也沒有與電路協調。
[0012]熔斷器509a?509c需要在對VR51 Ia?51 Ic開始通電時的沖擊電流(突入電流)的反復下元件不發生劣化，并且從目的在于短路保護等出發，需要采用熔斷電流比VR511a?511c的額定電流大得多，另外，熔斷時間也較長的熔斷器。作為一個例子，在熔斷器509a?509c的電流一時間特性中，當流過VR511a?511c的額定電流的2倍的電流時到熔斷為止需要兩分鐘。該電流值與通電時間是足夠給開關元件帶來冒煙以及燒損的值。
[0013]當開關元件在電阻接近零的狀態下發生短路故障的(將其稱為完全短路。)時，由于即使電流值較大，熔斷時間也較短，所以能夠在發生冒煙以及燒損之前使熔斷器509a?509c熔斷來切斷電路。但是，如果在伴隨著某個電阻的狀態下發生短路故障(將其稱為電阻短路。)，則可知在熔斷器509a?509c熔斷之前，或者熔斷器509a?509c不熔斷而開關元件冒煙以及燒損使得電路被切斷。
[0014]對開關元件而言，由于開/關的頻率較高，所以會隨時間老化。如果開關元件伴隨著劇烈的發熱而燒損，則當附近的器件全部受損時需要更換到正常的子系統為止。另夕卜，由于如果開關元件發熱則會出現引發火災的危險性，所以即便可能性較低但也不希望放任這樣的情況不管。由于PSU501需要對各子系統503?507供給電力，所以額定電流比VR511a?511c的大，通過其保護電路也無法防止開關元件發生了電阻短路時的冒煙、燒損。
[0015]另外，由于負載513a?513c包括從多個VR511a?511c接受電源的供給的器件，所以會產生其它的問題。例如，在負載513b包含從VR511a也接受電源的供給的器件的情況下，當熔斷器509a熔斷時，如果無論來自VR51 Ia的電源是否停止都繼續供給來自VR51 Ib的電源，則負載513b的器件會發生閂鎖而產生二次冒煙以及燒損的可能性變高。
【發明內容】
[0016]鑒于此，本發明的目的在于，提供一種使電壓調節器的安全性提高的電源系統。并且，本發明的目的在于，提供一種使針對開關元件的電阻短路的安全性提高的電源系統。并且，本發明的目的在于，提供一種能夠防止開關元件的燒損的電源系統。并且，本發明的目的在于，提供搭載有這樣的電源系統的計算機以及提高安全性的方法。
[0017]本發明提供一種電源系統，其具有:保護開關，配置于從直流電力源接受電力的供給的功率線；多個電壓調節器，分別包含開關元件并從功率線分支配置；溫度傳感器，檢測各電壓調節器的溫度；以及控制器，在任意一個電壓調節器的溫度上升時，使保護開關成為截止狀態來停止向多個電壓調節器供給的電力。根據上述的構成，即使在開關元件因電阻短路而發生故障的情況下，通過檢測溫度來使保護開關成為截止狀態，也能夠防止冒煙、燒損。
[0018]在開關元件被嵌入半導體芯片時，溫度傳感器能夠檢測半導體芯片的表面或者附近的溫度。通過從半導體芯片的外側檢測溫度，從而即使在溫度急劇上升的情況下，溫度傳感器也能夠不受該影響地使保護開關可靠地成為截止狀態。溫度傳感器可以是PTC熱敏電阻。在被嵌入半導體芯片的溫度傳感器檢測的溫度上升時控制器能夠使保護開關成為截止狀態。
[0019]通過設置對半導體芯片的外側的溫度進行檢測的溫度傳感器和對內側的溫度進行檢測的溫度傳感器，即使開關元件存在急劇的發熱，也能夠可靠地進行保護。電壓調節器能夠將用于在根據電壓或者電流計算出的開關元件的導通電阻或者截止電阻上升時使保護開關成為截止狀態的信號發送給控制器。本發明適用于多個電壓調節器包括輸出不同的電壓的第一電壓調節器和第二電壓調節器，負載包括以第一電壓調節器的輸出電壓和第二電壓調節器的輸出電壓進行動作的器件的情況。該情況下，由于在任意一個電壓調節器發生了異常時將全部的電壓調節器停止，所以能夠防止負載的器件的閂鎖。
[0020]根據本發明，能夠提供使電壓調節器的安全性提高了的電源系統。并且，根據本發明，能夠提供使針對開關元件的電阻短路的安全性提高了的電源系統。并且，根據本發明，能夠提供可防止開關元件的燒損的電源系統。并且，根據本發明，能夠提供搭載有這樣的電源系統的計算機以及提高安全性的方法。
【附圖說明】
[0021]圖1是用于對刀片服務器10的概要進行說明的圖。
[0022]圖2是用于對刀片服務器10的概要進行說明的圖。
[0023]圖3是用于對構成服務器單元10a的多個子系統的概要進行說明的圖。
[0024]圖4是用于對主子系統151a的電路構成進行說明的簡要功能框圖。
[0025]圖5是用于對VR205a的電路構成進行說明的簡要功能框圖。
[0026]圖6是用于對電源系統的動作進行說明的流程圖。
[0027]圖7是用于對應用于服務器的以往的典型電源系統進行說明的圖。
【具體實施方式】
[0028]本發明涉及的電源系統能夠良好地應用于集合型計算機系統。集合型計算機系統由具備同等的計算機功能的多個計算機單元構成。各計算機單元由處理器、系統存儲器、I/O控制器、存儲裝置以及外圍器件等硬件和操作系統、應用程序等軟件構成。
[0029]將工業電源轉換成直流電壓的PSU向各計算機單元供給電力。PSU針對計算機系統可以只設置I臺，也可以針對多個計算機單元的組的每一個分別設置I臺。各計算機單元包括多個子系統。各子系統包括多個VR。集合型計算機系統能夠也實現為機架式服務器、刀片服務器或者路由器等。
[0030]圖1?圖3是用于對刀片服務器10的概要進行說明的圖。圖1㈧表示刀片服務器10的外形，圖1(B)表示了內部構成。圖2表示由PSU21和各服務器單元10a?10h構成的電源系統的概要，圖3表示了構成服務器單元10a的多個子系統的概要。
[0031]在圖1中，機架11在表面具有前面板23，在內部收納有多個服務器單元10a?100h、中間板13、開關模塊15、機箱管理模塊(CMM) 17、風扇模塊19以及PSU21。服務器單元10a?10h的分別獨立的刀片機箱(enclosure)中包括主板，在內部包括用于作為獨立的計算機進行動作的硬件和軟件資源。
[0032]中間板13是包括信號以及電力的布線、和在兩面結合各模塊的連接器的電路基板。服務器單元10a?10h能夠通過熱插拔與以PSU21的輸出電壓通電的中間板13連接。開關模塊15包括用于與網絡、外部的存儲裝置連接的開關組。CMM17將刀片服務