JP6465254B2 - 電源中継ユニット - Google Patents

Description

この発明は、電源中継ユニットに関し、特に、電源と負荷との間に設けられる電源中継ユニットに関する。

従来、電源と負荷との間に設けられる電源中継ユニットが知られている。このような電源ユニットは、国際公開第２０１５／０８７４３７号に開示されている。

国際公開第２０１５／０８７４３７号には、交流電源と交流電動機との間に設けられる電力変換装置が開示されている。この電力変換装置には、交流電力を直流電力に変換する順変換器と、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換する逆変換器とが設けられている。逆変換器内には、スイッチング素子（半導体素子）が設けられている。また、この電力変換装置には、逆変換器のスイッチング素子に流れる電流を検出するためのシャント抵抗器が設けられている。また、この電力変換装置には、順変換器および逆変換器内のパワーモジュール（スイッチング素子など）を冷却するための冷却ファンが設けられている。

国際公開第２０１５／０８７４３７号

しかしながら、国際公開第２０１５／０８７４３７号のような冷却ファンによってスイッチング素子などを冷却する従来の構成では、冷却ファンのｆｉｔ数（単位時間当たりの平均故障発生件数）が、スイッチング素子や抵抗に比べて比較的大きい。すなわち、冷却ファンは、スイッチング素子や抵抗に比べて、比較的故障しやすい。このため、冷却ファンの故障に起因して、冷却ファンを備える装置の寿命が短くなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、冷却を十分に行いながら、寿命が短くなるのを抑制することが可能な電源中継ユニットを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源中継ユニットは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、直流電源と、第１スイッチ部との間に設けられ、直流電源から第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、一方端に第１スイッチ部が接続され、他方端に抵抗部が接続される第１配線パターンと、第１配線パターンが配置される層の下層に設けられ、第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有し、第１配線パターンの電位と異なる電位の第２配線パターンとを備え、平面視において、一方端に配置される第１スイッチ部と他方端に配置される抵抗部との間の間隔は、第１スイッチ部と抵抗部とが配置される方向に沿った方向の、第１スイッチ部および抵抗部のうちの少なくともいずれか一方の幅以上である。

この発明の一の局面による電源中継ユニットでは、上記のように、第１配線パターンが配置される層の下層に設けられ、第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有し、第１配線パターンの電位と異なる電位の第２配線パターンを備える。これにより、第１スイッチ部および抵抗部の発熱に起因して、比較的高温になる第１配線パターンの熱を、第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有する第２配線パターンに伝導することができるので、第１配線パターンの熱を第２配線パターンに分散して放熱することができる。また、平面視において、一方端に配置される第１スイッチ部と他方端に配置される抵抗部との間の間隔は、第１スイッチ部と抵抗部とが配置される方向に沿った方向の、第１スイッチ部および抵抗部のうちの少なくともいずれか一方の幅以上である。これにより、第１スイッチ部と抵抗部との間の間隔が比較的大きくなるので、第１スイッチ部の発熱と抵抗部の発熱とが熱的に干渉することに起因する第１配線パターンの温度上昇を抑制することができる。これらによって、電源中継ユニットに冷却ファンを設けなくても、電源中継ユニット内に設けられる第１スイッチ部や抵抗部などの温度を、所望の温度に維持することができる。すなわち、比較的寿命の短い冷却ファンを設けなくても、所望の温度に維持することができるので、電源中継ユニットの冷却を十分に行いながら、電源中継ユニットの寿命が短くなるのを抑制することができる。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第２配線パターンは、直流電源からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンである。ここで、電源中継ユニットは、直流電源からの直流電力を負荷に供給するように構成されているので、直流電源からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンが予め設けられている。これにより、第１配線パターンの熱を分散するための配線パターンを別途設けることなく、第１配線パターンの熱をシグナルグランド用配線パターンに分散して放熱することができる。その結果、構成が複雑になるのを抑制しながら、電源中継ユニットの冷却を十分に行うことができる。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第２配線パターンが配置される層の下層に設けられ、第１配線パターンおよび第２配線パターンが積層される基板と、第１配線パターンと第２配線パターンとの間に設けられ、基板の厚みよりも小さい厚みを有する絶縁層とをさらに備える。このように構成すれば、厚みの比較的小さい絶縁層を介して、第１配線パターンの熱を第２配線パターンに伝導することができる。

この場合、好ましくは、絶縁層の熱伝導率は、基板の熱伝導率よりも大きい。このように構成すれば、熱伝導率の大きい絶縁層を介して、第１配線パターンの熱を第２配線パターンに効率よく伝導することができる。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第２配線パターンが配置される層の下層に設けられ、第１配線パターンの電位と略同じ電位の第３配線パターンをさらに備え、第１配線パターンと、第３配線パターンとは、スルーホールを介して接続されている。このように構成すれば、第１配線パターンの熱が、第３配線パターンにも拡散されるので、電源中継ユニットの冷却をより十分に行うことができる。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第１配線パターンが配置される層と同じ層に配置され、第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有する第４配線パターンをさらに備え、抵抗部は、第１配線パターンと第４配線パターンとに跨るように接続されている。このように構成すれば、抵抗部の熱を、第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有する放熱効果の大きい第４配線パターンに伝導することができるので、電源中継ユニットの冷却をさらに十分に行うことができる。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、オンされることにより負荷に第１の電流を供給して、負荷の負荷側制御部を起動する第２スイッチ部をさらに備え、第１スイッチ部は、負荷の負荷側制御部を起動後、負荷の負荷側制御部からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、負荷に第１の電流よりも大きい第２の電流を供給するように構成されている。ここで、第１スイッチ部には、第１の電流よりも大きい第２の電流が流れるので、比較的発熱量が大きい。この場合に、本発明では、比較的発熱量が大きい第１スイッチ部が接続される第１配線パターンの熱を第２配線パターンに拡散するとともに、第１スイッチ部と抵抗部との間の間隔を比較的大きくすることができるので、電源中継ユニットの冷却を十分に行う際に、特に有効である。

上記一の局面による電源中継ユニットにおいて、好ましくは、第１スイッチ部および抵抗部は、直流電源と、負荷としてのサーバとの間に設けられている。このように構成すれば、電源中継ユニットの寿命が短くなるのが抑制されることにより、電源中継ユニットの寿命に起因するサーバの保守の回数を低減することができる。

本発明によれば、上記のように、電源中継ユニットの冷却を十分に行いながら、電源中継ユニットの寿命が短くなるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態によるサーバシステム（直流電源、電源中継ユニット、サーバ）のブロック図である。 サーバラックに配置されたサーバシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットのブロック図である。 本発明の一実施形態による電源中継ユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の断面図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の上面図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の第１層の上面図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の第２層の上面図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の第３層の上面図である。 本発明の一実施形態の電源中継ユニットの主基板の第４層の上面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［本実施形態］
図１〜図１０を参照して、本実施形態による直流電源システム１００（電源中継ユニット３０）の構成について説明する。

（直流電源システムの構成）
まず、図１および図２を参照して、直流電源システム１００の概略の構成について説明する。図１に示すように、直流電源システム１００は、直流電源１と電源中継ユニット３０とを備えている。直流電源システム１００は、交流電源２００から供給される交流電力を直流電力に変換して、複数のサーバ５０に供給するように構成されている。なお、サーバ５０は、特許請求の範囲の「負荷」の一例である。

また、サーバ５０は、入力された交流電力を直流電力に変換して駆動する一般的な交流サーバから構成されている。ここで、一般的な交流サーバでは、交流電力を直流電力に変換する電源ユニット（サーバ側電源ユニット）（図示せず）が設けられている。一方、本実施形態のサーバ５０は、一般的な既存の交流サーバにおいて、交流電力を直流電力に変換するサーバ側電源ユニットが取り外された状態のものである。

また、交流電源２００と直流電源システム１００との間には、直流用配電機器２０１が設けられている。

また、直流電源１、電源中継ユニット３０、および、サーバ５０の組（サーバシステム１１０）は、複数設けられている。また、複数のサーバシステム１１０は、互いに並列に接続されている。すなわち、直流電源１は、複数のサーバシステム１１０の各々に設けられている。これにより、複数のサーバシステム１１０に対して、１つの直流電源１が設けられている場合と異なり、複数の直流電源１のうちの１つの直流電源１が故障しても、全てのサーバシステム１１０が停止してしまうのを抑制することが可能になる。

（直流電源の構成）
直流電源１は、交流電力を直流電力に変換する電源ユニット１０と、電源ユニット１０により変換された直流電力を蓄電するバッテリユニット２０とを備えている。電源ユニット１０には、電源回路部１１が設けられている。また、電源回路部１１には、ＡＣ／ＤＣ変換器１２と、ＤＣ／ＤＣ変換器１３とが設けられている。そして、交流電源２００から供給される交流電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器１２により直流電力に変換される。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１２により変換された直流電力は、ＤＣ／ＤＣ変換器１３により所定の電圧を有する直流電力に変換される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器１３により所定の電圧に変換された直流電力が、サーバ５０に供給される。

また、バッテリユニット２０には、バッテリ回路部２１が設けられている。バッテリ回路部２１には、直流電力を充電するバッテリ２２と、双方向に直流電力の通流を行うＤＣ／ＤＣ変換器２３とが設けられている。バッテリ２２は、双方向に直流電力を通流可能なＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、電源回路部１１に並列に接続されている。また、バッテリ２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、電源回路部１１により直流電力が充電されるとともに、充電した直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して、サーバ５０に供給する。すなわち、直流電源１は、通常時に電源回路部１１から直流電力をサーバ５０に供給するとともに、停電時などの電源回路部１１から直流電力が供給されない場合に、バッテリ回路部２１から直流電力をサーバ５０に供給する。

また、図２に示すように、直流電源１および複数のサーバ５０は、サーバラック６０内に配置されている。直流電源１は、サーバラック６０の下方に配置されている。複数のサーバ５０は、直流電源１の上方に配置されている。また、サーバラック６０内には、正極用導体６１および負極用導体６２を含む導体６３が設けられている。そして、導体６３には、電源中継ユニット３０が電気的に接続されている。また、導体６３には、複数のサーバ５０が並列に接続されている。そして、直流電源１から出力される直流電力は、導体６３および電源中継ユニット３０を介して、複数のサーバ５０に供給される。

また、図２に示すように、サーバ５０には、交流電力を直流電力に変換するサーバ側電源ユニットを収納可能な収納部５３が設けられている。そして、電源中継ユニット３０（電源中継ユニット本体部３０ａ）は、接続部４０がサーバ側接続部５２に直接接続された状態（図３参照）で、サーバ５０のサーバ側電源ユニットを収納可能な収納部５３に配置されている。

また、図２に示すように、電源中継ユニット３０は、複数のサーバ５０に対応するように複数設けられている。具体的には、１つのサーバシステム１１０には、１つの直流電源１と、複数のサーバ５０が設けられている。そして、電源中継ユニット３０は、複数のサーバ５０の各々に１つ（または複数）設けられている。

（電源中継ユニットの回路構成）
次に、図３および図４を参照して、本実施形態による電源中継ユニット３０の回路構成について説明する。

図３に示すように、電源中継ユニット３０は、スイッチ部３１ａを備えている。スイッチ部３１ａは、シャント抵抗３２ａを介して、直流電源１からの直流電力が入力されるように構成されている。スイッチ部３１ａは、オンされることによりサーバ５０に、たとえば、１２Ｖ、２Ａの電流Ｉ１を供給して、サーバ５０のサーバ側制御部５１を起動するように構成されている。なお、スイッチ部３１ａは、特許請求の範囲の「第２スイッチ部」の一例である。また、電流Ｉ１は、特許請求の範囲の「第１の電流」の一例である。また、サーバ側制御部５１は、特許請求の範囲の「負荷側制御部」の一例である。

また、スイッチ部３１ａは、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されている。また、スイッチ部３１ａのドレインにシャント抵抗３２ａが接続されるとともに、ソースに後述する接続部４０が接続されている。また、スイッチ部３１ａのゲートには、後述する電流制御部３５ａが接続されている。

また、電源中継ユニット３０には、スイッチ部３３が設けられている。スイッチ部３３は、たとえば、機械的なスイッチから構成されている。そして、スイッチ部３３がオンされることにより、スイッチ部３１ａがオンされるように構成されている。具体的には、スイッチ部３３がオンされたことを示す信号が制御部３８に入力された後、制御部３８から、スイッチ部３１ａをオンする信号が出力される。

また、電源中継ユニット３０は、スイッチ部３１ｂを備えている。スイッチ部３１ｂは、シャント抵抗３２ｂを介して、直流電源１からの直流電力が入力されるように構成されている。本実施形態では、スイッチ部３１ｂは、サーバ５０のサーバ側制御部５１が起動された後、サーバ５０のサーバ側制御部５１からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、サーバ５０に電流Ｉ１よりも大きい、たとえば、１２Ｖ、１００Ａの電流Ｉ２を供給するように構成されている。具体的には、サーバ５０のサーバ側制御部５１からの電力供給を要求する、ＰＭＢｕｓ（登録商標）の規格に基づいたコマンドからなる要求信号が、制御部３８に入力された後、制御部３８から、スイッチ部３１ｂをオンする信号が出力される。なお、スイッチ部３１ｂは、特許請求の範囲の「第１スイッチ部」の一例である。また、電流Ｉ２は、特許請求の範囲の「第２の電流」の一例である。また、シャント抵抗３２ｂは、特許請求の範囲の「抵抗部」の一例である。

また、スイッチ部３１ｂは、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されている。また、スイッチ部３１ｂのソースに後述する接続部４０が接続されるとともに、ドレインにシャント抵抗３２ｂが接続されている。すなわち、本実施形態では、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂは、直流電源１とサーバ５０との間に設けられている。また、スイッチ部３１ｂのゲートには、後述する電流制御部３５ｂが接続されている。また、スイッチ部３１ａとスイッチ部３１ｂとは、互いに並列に接続されている。

また、シャント抵抗３２ａの両端に、電流検出部３４ａが設けられている。シャント抵抗３２ｂの両端にも、電流検出部３４ｂが設けられている。シャント抵抗３２ａおよびシャント抵抗３２ｂ（電流検出部３４ａおよび３４ｂ）は、サーバ５０に流れる電流の電流値を検出するように構成されている。また、電流検出部３４ａからの信号が、電流制御部３５ａ、過電流保護部３６ａ、および、制御部３８に出力される。また、電流検出部３４ｂからの信号が、電流制御部３５ｂ、過電流保護部３６ｂ、および、制御部３８に出力される。

また、電流検出部３４ａの出力側には、電流制御部３５ａが設けられている。また、電流制御部３５ａは、スイッチ部３１ａのゲートに信号を出力するように構成されている。また、電流検出部３４ｂの出力側には、電流制御部３５ｂが設けられている。また、電流制御部３５ｂは、スイッチ部３１ｂのゲートに信号を出力するように構成されている。電流制御部３５ａは、スイッチ部３１ａを緩やかにオンさせるように構成されている。また、電流制御部３５ｂは、スイッチ部３１ｂを緩やかにオンさせるように構成されている。ここで、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂを急激にオンさせると、サーバ５０側の負荷コンデンサ（図示せず）を充電するための大きな突入電流により、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損する場合がある。そこで、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂを緩やかにオンさせる。

電流制御部３５ａには、電流検出部３４ａ、過電流保護部３６ａ、制御部３８、および、低電圧監視部３７からの信号が入力される。また、電流制御部３５ｂには、電流検出部３４ｂ、過電流保護部３６ｂ、制御部３８、および、低電圧監視部３７からの信号が入力される。

また、電流検出部３４ａの出力側には、過電流保護部３６ａが設けられている。過電流保護部３６ａからの信号は、電流制御部３５ａおよび制御部３８に出力される。また、電流検出部３４ｂの出力側には、過電流保護部３６ｂが設けられている。過電流保護部３６ｂからの信号は、電流制御部３５ｂおよび制御部３８に出力される。過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂは、サブ出力であるスイッチ部３１ａの出力と、メイン出力であるスイッチ部３１ｂの出力とが短絡した場合、短絡電流によって、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損されるのを抑制するように構成されている。なお、過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂをソフトウェアにより構成した場合には、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂの破損を抑制できない場合があるため、過電流保護部３６ａおよび過電流保護部３６ｂは、ハードウェアにより構成されている。

また、電源中継ユニット３０には、低電圧監視部３７が設けられている。低電圧監視部３７には、制御部３８からの信号が入力される。また、低電圧監視部３７からの信号は、電流制御部３５ａ、電流制御部３５ｂ、および、制御部３８に出力される。低電圧監視部３７は、電源中継ユニット３０（サーバ５０）の動作中に、たとえば後述する昇圧部４２の故障などに起因して、低電圧（たとえば２４Ｖ）が低下した場合に、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂが破損するのを抑制するように構成されている。

また、電源中継ユニット３０には、制御部３８が設けられている。制御部３８は、スイッチ部３１ａおよびスイッチ部３１ｂのオンオフを制御して、直流電源１からの直流電力をサーバ５０に供給するように制御するように構成されている。具体的には、制御部３８は、電流制御部３５ａに信号を送信して、電流制御部３５ａを介して、スイッチ部３１ａのオンオフを制御する。また、制御部３８は、電流制御部３５ｂに信号を送信して、電流制御部３５ｂを介して、スイッチ部３１ｂのオンオフを制御する。なお、制御部３８は、たとえばマイコン（ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）により構成されている。

また、制御部３８には、電流検出部３４ａおよび３４ｂ、過電流保護部３６ａおよび３６ｂ、低電圧監視部３７、スイッチ部３３からの信号が入力される。また、制御部３８には、シャント抵抗３２ａおよび３２ｂの入力側の電力の情報、スイッチ部３１ａおよび３１ｂのサーバ５０側の電力の情報、および、サーミスタ３９からの出力が入力される。また、制御部３８から、たとえばＬＥＤなどの光源に信号が出力される。

また、制御部３８は、サーバ５０と、ＰＭＢｕｓ（登録商標）の規格に基づいた通信を行うことが可能に構成されている。ＰＭＢｕｓとは、電源を管理するための規格であり、コマンドのやり取りにより各機器間での通信が行われる。そして、制御部３８は、交流の入力電力の情報を要求するサーバ５０からの要求信号に対して、予め設定された交流の入力電力に関するダミーの情報をサーバ５０に返すように構成されている。これにより、電源中継ユニット３０から予め設定された交流の入力電力に関するダミーの情報が返されるので、適切な交流の入力電力の情報が得られないことに起因して、サーバ５０が停止するのを抑制することが可能になる。

また、電源中継ユニット３０には、レギュレータ４１が設けられている。レギュレータ４１は、入力される電圧（たとえば１２Ｖ）を、降圧（たとえば、３．３Ｖ）するように構成されている。また、電源中継ユニット３０には、昇圧部４２が設けられている。昇圧部４２は、入力される電圧（たとえば１２Ｖ）を、昇圧（たとえば２４Ｖ）するように構成されている。

（電源中継ユニットの具体的な構造）
次に、図４〜図１０を参照して、本実施形態による電源中継ユニット３０の具体的な構造について説明する。

図４に示すように、電源中継ユニット３０は、上側筐体４３ａおよび下側筐体４３ｂを含む筐体４３を備えている。また、電源中継ユニット３０は、スイッチ部３１ａおよび３１ｂ、シャント抵抗３２ａおよび３２ｂなどが配置される主基板８０と、制御部３８などが配置される補助基板９０とを備えている。また、図６に示すように、基板８０のＸ１方向側の端部に接続部４０が設けられている。また、スイッチ部３１ａおよびシャント抵抗３２ａは、主基板８０のＹ１方向側に配置されている。また、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂは、各々、主基板８０のＸ１方向側において、Ｙ方向に沿って複数ずつ配置されている。

〈主基板の構造〉
図５に示すように、主基板８０は、複数の層（第１層８１〜第４層８４）により構成されている。具体的には、主基板８０は、ガラスエポキシからなる基板８５の上方に、第２層８２、絶縁層８６、第１層８１がこの順で積層されている。また、基板８５の下方に、第３層８３、絶縁層８７、第４層８４がこの順で積層されている。以下、第１層８１から順に説明する。

図７に示すように、主基板８０の第１層８１には、一方端（Ｘ１方向側）にスイッチ部３１ｂが接続され、他方端（Ｘ２方向側）にシャント抵抗３２ｂが接続される配線パターン８１ａが設けられている。配線パターン８１ａは、たとえば銅箔からなり、厚みｔ１（図５参照）を有する。なお、配線パターン８１ａは、特許請求の範囲の「第１配線パターン」の一例である。

ここで、本実施形態では、図６に示すように、平面視において、一方端に配置されるスイッチ部３１ｂと他方端に配置されるシャント抵抗３２ｂとの間の間隔Ｄは、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとが配置される方向に沿った方向（Ｘ方向）の、スイッチ部３１ｂ（幅Ｗ１）、および、シャント抵抗３２ｂ（幅Ｗ２）のうちの少なくとも一方の幅以上である。具体的には、間隔Ｄは、スイッチ部３１ｂの幅Ｗ１、および、シャント抵抗３２ｂの幅Ｗ２のいずれよりも大きい。また、間隔Ｄは、シャント抵抗３２ｂのＸ１方向側の端部から、スイッチ部３１ｂのＸ２方向側の端部までの間の間隔である。

また、本実施形態では、配線パターン８１ａが配置される層（第１層８１）と同じ層には、配線パターン８１ａの面積よりも大きい面積を有する配線パターン８１ｂが配置されている。配線パターン８１ｂは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１（図５参照）を有する。そして、シャント抵抗３２ｂは、配線パターン８１ａと配線パターン８１ｂとに跨るように接続されている。また、配線パターン８１ｂには、入力コネクタ４４から、直流電力（たとえば、１２Ｖ、１００Ａ）が入力される。なお、配線パターン８１ｂは、特許請求の範囲の「第４配線パターン」の一例である。

また、配線パターン８１ａが配置される層（第１層８１）と同じ層には、配線パターン８１ｃが配置されている。配線パターン８１ｃは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１（図５参照）を有する。そして、スイッチ部３１ｂは、配線パターン８１ａと配線パターン８１ｃとに跨るように接続されている。また、配線パターン８１ｃから、直流電力が出力される。

また、第１層８１には、後述するシグナルグランド用配線パターンである配線パターン８２ａと同じ電位を有する配線パターン８１ｄが配置されている。

ここで、本実施形態では、図８に示すように、配線パターン８１ａが配置される層の下層（第２層８２）には、配線パターン８１ａ（および、配線パターン８１ｂ、配線パターン８１ｃ）の面積よりも大きい面積を有し、配線パターン８１ａの電位と異なる電位の配線パターン８２ａが設けられている。具体的には、配線パターン８２ａは、直流電源１からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンである。また、配線パターン８２ａは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１（図５参照）を有する。なお、配線パターン８２ａは、特許請求の範囲の「第２配線パターン」の一例である。

また、平面視において、配線パターン８２ａは、第１層８１の配線パターン８１ａ、配線パターン８１ｂ、および、配線パターン８１ｃとオーバラップするように形成されている。

また、図５に示すように、配線パターン８１ａ（第１層８１）と、配線パターン８２ａ（第２層８２）との間には、絶縁層８６が設けられている。絶縁層８６は、たとえば、プリプレグ（登録商標）から形成されている。なお、プリプレグとは、炭素繊維に樹脂を浸透させたシート状の部材である。また、本実施形態では、絶縁層８６は、後述する基板８５の厚みｔ３よりも小さい厚みｔ２を有する。たとえば、絶縁層８６の厚みｔ２は、基板８５の厚みｔ３の略１／２である。なお、絶縁層８６の厚みｔ２は、配線パターン８１ａなどの厚みｔ１よりも大きい。たとえば、絶縁層８６の厚みｔ２は、配線パターン８１ａなどの厚みｔ１の約３倍である。また、絶縁層８６は、後述する基板８５の上面上の略全面に対応する領域に配置されている。

また、配線パターン８２ａが配置される層の下層には、配線パターン８１ａおよび配線パターン８２ａなどが積層される基板８５が設けられている。基板８５は、たとえば、ガラスエポキシから形成されている。また、基板８５は、厚みｔ３を有する。

ここで、本実施形態では、絶縁層８６（および、後述する絶縁層８７）の熱伝導率は、基板８５の熱伝導率よりも大きい。具体的には、プリプレグから形成されている絶縁層８６（絶縁層８７）の熱伝導率は、ガラスエポキシから形成されている基板８５の熱伝導率よりも大きい。

また、本実施形態では、図５および図９に示すように、配線パターン８２ａが配置される層（第２層８２）の下層（第３層８３）には、配線パターン８１ａの電位と略同じ電位の配線パターン８３ａが設けられている。そして、配線パターン８１ａと、配線パターン８３ａとは、スルーホール８８ａを介して接続されている。また、配線パターン８３ａは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１（図５参照）を有する。なお、配線パターン８３ａは、特許請求の範囲の「第３配線パターン」の一例である。

なお、図５では、スルーホール８８ａ〜８８ｄにおいて、互いに接続されている配線パターン同士の部分を点線で表している。

また、図５および図９に示すように、第３層８３には、配線パターン８１ｂの電位と略同じ電位（１２Ｖ）の配線パターン８３ｂが設けられている。なお、配線パターン８３ｂは、入力側の配線パターンとして機能する。そして、図５に示すように、配線パターン８１ｂと、配線パターン８３ｂとは、スルーホール８８ｂを介して接続されている。また、配線パターン８３ｂは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１を有する。

また、図５および図９に示すように、第３層８３には、配線パターン８１ｃの電位と略同じ電位（１２Ｖ）の配線パターン８３ｃが設けられている。なお、配線パターン８１ｃは、出力側の配線パターンとして機能する。そして、配線パターン８１ｃと、配線パターン８３ｃとは、スルーホール８８ｃを介して接続されている。また、配線パターン８３ｃは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１を有する。

また、図５に示すように、配線パターン８３ｂおよび配線パターン８３ｃが配置される層の下層には、たとえばプリプレグから形成されている絶縁層８７が配置されている。また、絶縁層８７は、基板８５の下面上の略全面に対応する領域に配置されている。

また、図５および図１０に示すように、絶縁層８７の下層（第４層８４）には、配線パターン８３ａ、配線パターン８３ｂ、および、配線パターン８３ｃの面積よりも大きい面積を有し、配線パターン８３ａの電位と異なる電位の配線パターン８４ａが設けられている。具体的には、配線パターン８４ａは、直流電源１からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンである。また、配線パターン８４ａは、たとえば銅箔からなり、配線パターン８１ａと略同じ厚みｔ１を有する。

また、平面視において、配線パターン８４ａは、第３層８３の配線パターン８３ａ、配線パターン８３ｂ、および、配線パターン８３ｃ（第１層８１の配線パターン８１ａ、配線パターン８１ｂ、および、配線パターン８１ｃ）とオーバラップするように形成されている。

また、配線パターン８４ａは、スルーホール８８ｄを介して、配線パターン８１ｄ、および、配線パターン８２ａに接続されている。

〈電流の流れ〉
図５に示すように、直流電源１からの電流（電流Ｉ２）は、入力コネクタ４４を介して、配線パターン８１ｂおよび配線パターン８１ｃに流れ込む。配線パターン８１ｃに流れ込んだ電流は、スルーホール８８ｂを介して、配線パターン８１ｂに流れ込む。そして、配線パターン８１ｂに流れ込んだ電流は、シャント抵抗３２ｂ、配線パターン８１ａ、および、スイッチ部３１ｂを介して、配線パターン８１ｃおよび配線パターン８３ｃから、サーバ５０側に流れ出す。

〈熱の拡散〉
図５に示すように、直流電源１からの電流（電流Ｉ２）が、シャント抵抗３２ｂ、配線パターン８１ａ、および、スイッチ部３１ｂを介して流れることにより、シャント抵抗３２ｂおよびスイッチ部３１ｂから発熱した比較的高温の熱が、配線パターン８１ａに伝導される。配線パターン８１ａに伝導された熱は、絶縁層８６を介して、配線パターン８２ａに拡散される。配線パターン８２ａの面積は、配線パターン８１ａよりも大きいので、配線パターン８１ａからの熱は、効率よく、配線パターン８２ａに伝導される。

また、配線パターン８１ａに伝導された熱は、スルーホール８８ａを介して、配線パターン８３ａにも拡散される。

また、シャント抵抗３２ｂから発熱した熱は、配線パターン８１ｂに拡散されるとともに、スルーホール８８ｂを介して、配線パターン８３ｂに拡散される。また、スイッチ部３１ｂから発熱した熱は、配線パターン８１ｃに拡散されるとともに、スルーホール８８ｃを介して、配線パターン８３ｃに拡散される。

このように、シャント抵抗３２ｂ、配線パターン８１ａ、および、スイッチ部３１ｂからの熱が拡散されることにより、冷却ファンを設けなくても、スイッチ部３１ｂやシャント抵抗３２ｂなどの温度を、所望の温度に維持することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、配線パターン８１ａが配置される層の下層に設けられ、配線パターン８１ａの面積よりも大きい面積を有し、配線パターン８１ａの電位と異なる電位の配線パターン８２ａを備える。これにより、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂの発熱に起因して、比較的高温になる配線パターン８１ａの熱を、配線パターン８１ａの面積よりも大きい面積を有する配線パターン８２ａに伝導することができるので、配線パターン８１ａの熱を配線パターン８２ａに分散して放熱することができる。また、平面視において、一方端に配置されるスイッチ部３１ｂと他方端に配置されるシャント抵抗３２ｂとの間の間隔Ｄが、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとが配置される方向に沿った方向の、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂのうちの少なくともいずれか一方の幅以上である。これにより、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとの間の間隔Ｄが比較的大きくなるので、スイッチ部３１ｂの発熱とシャント抵抗３２ｂの発熱とが熱的に干渉することに起因する配線パターン８１ａの温度上昇を抑制することができる。これらによって、電源中継ユニット３０に冷却ファンを設けなくても、電源中継ユニット３０内に設けられるスイッチ部３１ｂやシャント抵抗３２ｂなどの温度を、所望の温度に維持することができる。すなわち、比較的寿命の短い冷却ファンを設けなくても、所望の温度に維持することができるので、電源中継ユニット３０の冷却を十分に行いながら、電源中継ユニット３０の寿命が短くなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、配線パターン８２ａは、直流電源１からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンである。ここで、電源中継ユニット３０は、直流電源１からの直流電力をサーバ５０に供給するように構成されているので、直流電源１からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンが予め設けられている。これにより、配線パターン８１ａの熱を分散するための配線パターンを別途設けることなく、配線パターン８１ａの熱をシグナルグランド用配線パターンに分散して放熱することができる。その結果、構成が複雑になるのを抑制しながら、電源中継ユニット３０の冷却を十分に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、配線パターン８２ａが配置される層の下層に設けられ、配線パターン８１ａおよび配線パターン８２ａが積層される基板８５と、配線パターン８１ａと配線パターン８２ａとの間に設けられ、基板８５の厚みｔ３よりも小さい厚みｔ２を有する絶縁層８６とを備える。これにより、厚みｔ２の比較的小さい絶縁層８６を介して、配線パターン８１ａの熱を配線パターン８２ａに伝導することができる。

また、本実施形態では、上記のように、絶縁層８６の熱伝導率は、基板８５の熱伝導率よりも大きい。これにより、熱伝導率の大きい絶縁層８６を介して、配線パターン８１ａの熱を配線パターン８２ａに効率よく伝導することができる。

また、本実施形態では、上記のように、配線パターン８２ａが配置される層の下層に、配線パターン８１ａの電位と略同じ電位の配線パターン８３ａを設けて、配線パターン８１ａと、配線パターン８３ａとを、スルーホール８８ａを介して接続する。これにより、配線パターン８１ａの熱が、配線パターン８３ａにも拡散されるので、電源中継ユニット３０の冷却をより十分に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、配線パターン８１ａが配置される層と同じ層に、配線パターン８１ａの面積よりも大きい面積を有する配線パターン８１ｂを設ける。そして、シャント抵抗３２ｂを、配線パターン８１ａと配線パターン８１ｂとに跨るように接続する。これにより、シャント抵抗３２ｂの熱を、配線パターン８１ａの面積よりも大きい面積を有する放熱効果の大きい配線パターン８１ｂに伝導することができるので、電源中継ユニット３０の冷却をさらに十分に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、オンされることによりサーバ５０に電流Ｉ１を供給して、サーバ５０のサーバ側制御部５１を起動するスイッチ部３１ａを設ける。そして、スイッチ部３１ｂは、サーバ５０のサーバ側制御部５１を起動後、サーバ５０のサーバ側制御部５１からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、サーバ５０に電流Ｉ１よりも大きい電流Ｉ２を供給するように構成されている。ここで、スイッチ部３１ｂには、電流Ｉ１よりも大きい電流Ｉ２が流れるので、比較的発熱量が大きい。この場合に、本実施形態では、比較的発熱量が大きいスイッチ部３１ｂが接続される配線パターン８１ａの熱を配線パターン８２ａに拡散するとともに、スイッチ部３１ｂとシャント抵抗３２ｂとの間の間隔Ｄを比較的大きくすることができるので、電源中継ユニット３０の冷却を十分に行う際に、特に有効である。

また、本実施形態では、上記のように、スイッチ部３１ｂおよびシャント抵抗３２ｂは、直流電源１とサーバ５０との間に設けられている。これにより、電源中継ユニット３０の寿命が短くなるのが抑制されることにより、電源中継ユニット３０の寿命に起因するサーバ５０の保守の回数を低減することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、平面視において、スイッチ部とシャント抵抗との間の間隔が、スイッチ部の幅およびシャント抵抗の幅以上である例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スイッチ部とシャント抵抗との間の間隔が、スイッチ部およびシャント抵抗のうちの、いずれか一方の幅以上であってもよい。

また、上記実施形態では、平面視において、本発明の抵抗部としてシャント抵抗を用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の抵抗部としてシャント抵抗以外の抵抗を用いてもよい。

また、上記実施形態では、配線パターン８１ａの熱が、シグナルグランド用配線パターンに拡散される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、配線パターン８１ａの熱を、シグナルグランド用配線パターン以外の配線パターンに拡散させてもよい。

また、上記実施形態では、プリプレグから形成されている絶縁層を用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、プリプレグ以外の部材から形成されている絶縁層を用いてもよい。

また、上記実施形態では、スイッチ部およびシャント抵抗が、各々、複数ずつ設けられる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スイッチ部およびシャント抵抗が、各々、１つずつ設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、配線パターンが銅箔から形成されている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、配線パターンを銅箔以外の部材から構成してもよい。

また、上記実施形態では、負荷としてのサーバに本発明を適用する例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、サーバ以外の負荷に本発明を適用してもよい。

１ 直流電源
１０ 電源ユニット
２０ バッテリユニット
３０ 電源中継ユニット
３１ａ スイッチ部（第２スイッチ部）
３１ｂ スイッチ部（第１スイッチ部）
３２ｂ シャント抵抗（抵抗部）
５０ サーバ（負荷）
５１ サーバ側制御部（負荷側制御部）
８１ａ 配線パターン（第１配線パターン）
８２ａ 配線パターン（第２配線パターン）
８３ａ 配線パターン（第３配線パターン）
８１ｂ 配線パターン（第４配線パターン）
８５ 基板
８６ 絶縁層
８８ａ スルーホール
Ｉ１ 電流（第１の電流）
Ｉ２ 電流（第２の電流）

Claims (8)

1. 交流電力を直流電力に変換する電源ユニットと前記電源ユニットにより変換された直流電力を蓄電するバッテリユニットとを含む直流電源と、負荷との間に設けられる電源中継ユニットであって、
   前記直流電源からの直流電力が入力される第１スイッチ部と、
   前記直流電源と、前記第１スイッチ部との間に設けられ、前記直流電源から前記第１スイッチ部に流れる電流を検出するための抵抗部と、
   一方端に前記第１スイッチ部が接続され、他方端に前記抵抗部が接続される第１配線パターンと、
   前記第１配線パターンが配置される層の下層に設けられ、前記第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有し、前記第１配線パターンの電位と異なる電位の第２配線パターンとを備え、
   平面視において、一方端に配置される前記第１スイッチ部と他方端に配置される前記抵抗部との間の間隔は、前記第１スイッチ部と前記抵抗部とが配置される方向に沿った方向の、前記第１スイッチ部および前記抵抗部のうちの少なくともいずれか一方の幅以上である、電源中継ユニット。
2. 前記第２配線パターンは、前記直流電源からの戻りの電流が流れるシグナルグランド用配線パターンである、請求項１に記載の電源中継ユニット。
3. 前記第２配線パターンが配置される層の下層に設けられ、前記第１配線パターンおよび前記第２配線パターンが積層される基板と、
   前記第１配線パターンと前記第２配線パターンとの間に設けられ、前記基板の厚みよりも小さい厚みを有する絶縁層とをさらに備える、請求項１または２に記載の電源中継ユニット。
4. 前記絶縁層の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率よりも大きい、請求項３に記載の電源中継ユニット。
5. 前記第２配線パターンが配置される層の下層に設けられ、前記第１配線パターンの電位と略同じ電位の第３配線パターンをさらに備え、
   前記第１配線パターンと、前記第３配線パターンとは、スルーホールを介して接続されている、請求項１または２に記載の電源中継ユニット。
6. 前記第１配線パターンが配置される層と同じ層に配置され、前記第１配線パターンの面積よりも大きい面積を有する第４配線パターンをさらに備え、
   前記抵抗部は、前記第１配線パターンと前記第４配線パターンとに跨るように接続されている、請求項１または２に記載の電源中継ユニット。
7. オンされることにより前記負荷に第１の電流を供給して、前記負荷の負荷側制御部を起動する第２スイッチ部をさらに備え、
   前記第１スイッチ部は、前記負荷の前記負荷側制御部を起動後、前記負荷の前記負荷側制御部からの電力供給を要求する要求信号に基づいてオンされることにより、前記負荷に前記第１の電流よりも大きい第２の電流を供給するように構成されている、請求項１または２に記載の電源中継ユニット。
8. 前記第１スイッチ部および前記抵抗部は、前記直流電源と、前記負荷としてのサーバとの間に設けられている、請求項１または２に記載の電源中継ユニット。

Images