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特長

電力を大量に消費し続けるデータセンター・・・・
 エネルギー多消費による地球温暖化、環境破壊・・・・

Nipronは、この「全世界の人々が共有すべき課題」を解決することに貢献すべき商品を
開発し、普及させることが、Nipronの社会的使命と考えています。
pNSP2U-550P-AAS/pNSP2U-330P-AASは、この使命を設計理念とし、商品開発を行いました。

データセンター・サーバ室を護る最良の電源対策は・・・
お互いに干渉のない異種の電源を二重化入力とすることが理想であり、インフラストラクチャーが整っている商用電源と自然エネルギー発電が最も安全です。

地球環境を護り、CO2排出量を最低にするためには・・・
自然エネルギー(太陽光&風力)発電と深夜商用電力の二重化入力によるベストミックス活用でCO2排出量の削減を行います。
又、pNSP2U電源は、この二つの異種電源入力の負担比率を外部より信号入力することで、容易にCO2排出量の最小化プログラムが可能です。

電源に振り分けられるスペースの中で最大の効果を発揮するためには・・・
Nipron独自方式であるプライマリー・リダンダント方式を採用することで、真の信頼性を得ると共に、二重化冗長運転が可能になります。

プライマリー・リダンダント電源開発誕生の背景
電源故障のほとんどは1次側に集中する。

その理由としては雷サージを含むサージストレスの影響が1次側にあること、又PFC回路を含む高圧スイッチング回路が1次側に存在することです。
その他の故障原因は、熱的に無理をした設計が大きな要因である事と部品選定の良し悪しです。
これらの事からニプロンでは電源に対するスペース割り振りに限定がある中では、スイッチング電源の1次側のみを二重化する方式を選択し、2次側は共通化して余裕を持たせた設計をする方が信頼性の高いものができると確信し商品化を行いました。

何故、2次側は共通化で良いか・・・ニプロンの考え方
(1)熱的に厳しい回路構造より、2次側を共通化させ熱的ゆとりを持たせる方が良い。
(2)最近のマザーボードは、ボード上でDC-DCコンバータを用いて、複数の出力を作る傾向が主流となり、
この部分は共通化になっています。これはpNSP電源の2次側構造と同じです。
(3)ニプロンは、2次側の絶対的信頼性を高めるため
  .轡鵐廛襪焚麩方式(同期整流を使わない)でディレーティング率(電圧、電流に対して)を
   大きくとり、効率を上げ、部品点数を減らしました。
  回路方式を直列的より並列回路にして、一つが壊れてももう一つでリカバリーできるように
   電解は2並列、またその他制御回路にも並列思想を取り入れました。
  2次側定電圧制御には、FETよりタフなマグアンプを使用しました。
  ぅ轡鵐廛襪聞渋だ澤廚砲茲蝓異極部品同士のタッチなどによる故障の心配を排除しました。

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プライマリー・ユニットの各構成と応用例
■AC-AC入力構成時


D1、D2は、廻り込み防止用ダイオードで、1次側にあります。

商用電源と大型UPSを用いたシステム例

■商用電源が長時間停電した場合の電源バックアップシステム


データセンターの様に貴重な電子情報を預かるところでのサーバシステムの停止は、絶対に許されない。そのための電源の絶対安全確保と電力コスト削減を両立させる方法は、上記の図の通りの構成をすることで実現できます。

超高効率・大容量昇圧ブースター「たじゅぶう」の詳細説明は同商品ページを参照ください。

万一の電源故障時の対応
一方のプライマリーユニット電源が故障時、二重化された他方のユニットで長時間連続運転ができます。
又、故障電源を良品と交換する際はホットスワップ(活性交換)が可能です。

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従来方式(フルリダンダント)とプライマリー・リダンダント方式の違い
現在サーバ・システム等に多く使われている従来方式を調べると、電源に割当てられているスペースは厳しく、更なる省スペースが要求される中での信頼性を達成する方法を考えると、従来のフルリダンダント方式における無理が感じられます。逆説的な見方をすると、無理な設計をしているため信頼性を低下させ、電源の事故が多く発生し、その対策として電源の二重化をしているのではないかとさえ思われます。
しかし、省スペースへの時代的要求は変わらないとすれば、信頼性をあげるための本質的解決策としては、
電源効率をあげることと破損の確立の高い部分(1次側)のみを二重化し、ホットスワッピング(活性交換)ができる構造にすべきとの考えにニプロンは至りました。
又、その他の破損の可能性に対しては、よりシンプルな回路方式で部品点数を減らし、ディレーティング率により余裕を持たせた部品選定を行うことで防止する考えです。
更に、回路的な工夫として、より安全な構成にするため直列的より並列的な回路方式(例えば、平滑コンデンサは一つより二つ並列で使用する等)とする設計ポリシーで行っています。

以下により詳しい違いと、ニプロン方式の特長を述べます。

  従来(他社製フルリダンダント) プライマリー・リダンダント(ニプロン方式)
効率 ・リダンダントの出力突合せに対する廻り込み防止ダイオード又はFETをメイン出力にそれぞれ入れているため損失が10W〜数10Wになり、電源の温度を上げている。
・狭いスペースに無理をして納め、ファンによる冷却に頼るためコイル等の損失が大きく全体効率は60〜67%と低い。
・突合せダイオードは、プライマリー側にあるため数W以下の損失である。
・セカンダリー(2次側)は共通としているため、部品のサイズを一回りから二回り大きくし抵抗分を減らし効率を上げている。
効率77%typ(AC240V時)
回路のシンプルさと部品点数 ・フルリダンダントのため2次側も同じ回路を二つ持ち、部品点数が多くなり部品間の接触も懸念の一つである。 ・2次側は共通としているため部品点数が少なく、余裕を持ったサイズと部品間隔を確保
・効率UP策としては同期整流方式を採用せず、ショットキーダイオードの定格に余裕を持たせて抵抗を下げたシンプルな回路で故障の可能性を下げている。
二重化の一方の電源が故障すると ・二重化した2つの電源で負荷率を分担した状態で、ぎりぎりの熱設計状態であるため、一方が壊れると他方に全出力の負担が加わり長時間(1時間以上)の片肺運転は危険。 ・2次側を共通化し部品余裕を持たせることにより、プライマリーユニット部品も含め、片肺100%連続負荷運転が可能な設計となっており全く問題はない。

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CO2排出量を最低にする運転プログラム


■日中の天気が良く、太陽光発電が活発な時は 夜中でも風力発電が活発な時は
自然エネルギーが活発であるセンサー信号を受け、自然エネルギー側(太陽光・風力発電)の
プライマリーユニットのPFC出力電圧が高くなる時間比率(T1>T2=80〜90%:10〜20%)を多くして、自然エネルギーを優先し活用する。この時は、T2側の商用電源がバックアップ電源の役割を担う。(従ってT2の比率を0(ゼロ)にせず10%〜20%は使用する方が良い)
更にこの時、自然エネルギーがサーバへの電力供給に余裕がある時は、連係インバータを用いて売電又は他の電力需要へ振向けることもCO2排出量削減に貢献する。
また、深夜電力の活用は発電所エネルギーの有効活用になる


■真夏の熱帯夜のように風力エネルギーも太陽光エネルギーもない時は

同様にセンサー信号を受け、この時は商用電源接続側のプライマリーユニットのPFC出力電圧が高くなる比率が100%(T1<T2=0:100%)になるため停電に対するバックアップを行うためには別途他系統の電源を考える(例えば、都市ガス発電等)


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