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2015年4月2日

株式会社富士通研究所(注1) 在全球首次构建了一种用于服务器等ICT设备的数控电源开发环境，可实现数控电源开发过程的高效性及高可靠性。

开发背景

随着ICT设备高性能化与汽车电气化的发展，为这些设备提供安全能源的电源成为关键的基础设施。

近年来，要求电源具备较高的能源转化率，以及与服务器等ICT设备间的配合。为满足这些需求，富士通研究所开始采用搭载了微控制器，通过软件控制的数控电源（图1）。但是随着复杂功能的增加，系统变得日益复杂，使得设计时的仿真模拟与实际运行之间会产生差距，出现这些问题的原因来自于控制电路、控制逻辑、还是编码时的人为错误？辨别这些十分困难，导致开发的工时持续地增加。

今后，为了及时应对ICT设备等各种电源的高性能需求，需要进行相关的技术开发，从根本上实现电源开发过程的高效性及可靠性。

图1 数控电源

课题

为了使电源等嵌入式控制系统的开发过程高效可靠，普遍认为基于模型的开发方法最为有效。即通过可执行的要素模型组合表示控制逻辑模块的设计，在计算机上进行的设计、模拟及实际测试，都需一边进行阶段性验证一边开发。为了将基于模型的开发方法用于数控电源开发，需要在计算机上运行控制模型实现实际电源电路的运行（图2）。

基于模型的开发方法，已经在汽车和航空领域等领域的嵌入式控制系统开发现场得到有效验证，并获得普及。在汽车与航空领域的控制系统中要求控制频率约在10KHZ以下，而服务器等ICT设备电源使用100KHZ—150KHZ左右的控制信号，时间相对较短，因此需要使用10倍以上的处理速度对信号进行处理。

由上可知，构建基于模型的电源开发环境比较困难。

图2 传统开发方法与基于模型的开发

开发的技术

富士通研究所实现了一种面向ICT设备数控电源开发的，基于模型的开发环境。该方法通过高速计算机来驱动控制模型，使其产生电源控制信号，可以操控实际供电装置上的电路。并通过结合了高速、高分辨率的I/O板，嵌入式代码自动生成功能来实现（图3）。通过这项技术，无需编码操作即可对已经模拟验证的控制模型电源设备进行合理性验证，经过对控制模型的合理性验证后，可通过微控制器自动快速生成执行代码。

开发的技术具有以下特征。

1、高速、高分辨率I/O板

为了将针对汽车领域构建的模型控制开发环境应用于电源开发，富士通研究所独立开发了可生成电源控制信号的高速、高分辨率I/O板。

为了稳定电源输出，需要获得当前输出的电压值，以此确定下一个控制量，并要在一定周期范围内进行控制。每次为了在一定周期范围内完成从获取电压值到输出控制信号的过程，富士通研究所新开发了将控制量计算处理与控制信号输出重叠的处理方式。在全球首次实现了最大电源控制信号速度超过150KHZ（控制周期）与分辨率150皮秒（时间分辨率）的性能。

2、自动生成嵌入式代码

在模型控制操作得到确认后的实际电源控制电路的微控制器上，运行自动生成获得的代码的时间也必须控制在一定周期时间范围内。

控制模型由要素模型的组合构成，对于处理时间较长的要素模型，将其置换为独立要素模型，可缩短处理时间。该独立模型输出针对微控制器的代码。

图3 用于ICT设备的数控电源的开发环境

效果

通过高速、高分辨率的I/O板进行测试，将虚拟控制模型用于实际电源控制电路，由基于虚拟控制模型的高性能计算机生成控制信号。当问题发生时，根据该测试可以辨别出电路模型与实际电源控制电路之间的间隙。在解决问题之后，还可通过调整提高控制逻辑的性能。另外，以实际电源控制电路的I/O板逻辑控制性能为准自动生成嵌入式代码，可完全排除编写嵌入式代码时的人为错误。将本次开发的技术应用于高性能、高功能电源的研发，既可保持可靠性，又可将研发时间缩短为传统方法的1/3，可及时应对电源需求。

今后

富士通研究所将继续进行研究，目标是在2015年实现本技术的产品化，并将其应用于公司内部产品的研发。除面向高性能的ICT设备外，还将应用于无线基站、汽车高性能电源控制等其他领域，以及时满足各种电源需求。

注释

注1 株式会社富士通研究所：

社长 佐相 秀幸

总公司所在地 日本神奈川县川崎市