CRPS は Common Redundant Power Supply の略で、汎用冗長電源と訳されることがあります。主にサーバー、ストレージ、スイッチ、AI サーバー、産業用コンピューティング機器向けに使われ、ホットプラグ冗長電源モジュールの外形、金手指インターフェース、管理信号、ファームウェア動作をできるだけ標準化するための仕組みです。

一般的な ATX 電源と比べると、CRPS には次の特徴があります。

• モジュール式ホットプラグで、1+1、2+1、N+1 冗長を構成しやすい。
• メイン出力は通常単一の 12V レールで、マザーボードまたは PDB が CPU、メモリ、ドライブ、ファンに必要な電圧へ変換する。
• 2x25 金手指 / card edge connector を使い、一般的には 50 pin。
• PMBus / SMBus / I2C 管理に対応し、電圧、電流、温度、アラーム、FRU 情報を読み出せる。
• 電流共有、リモートセンス、PSON 起動制御、PWOK ステータス出力など、サーバー電源向けの機能を備える。

初期の CRPS は主に Intel が推進し、その後 OCP の M-CRPS、つまり Modular Hardware System - Common Redundant Power Supply へ発展しました。現在では多くのメーカー資料で CRPS、M-CRPS、Intel standard CRPS form factor、OCP M-CRPS といった表記が使われます。実際に使う場合は、同じ CRPS という名前でも、出力、長さ、幅、風向、ファームウェア、利用できる信号が異なることがあります。

CRPS と CSPS の違い

前回整理した CSPS / Common Slot は、HP / HPE の初期サーバーエコシステムでよく見られ、典型的なインターフェースは 64 pin 金手指です。この記事の CRPS は Intel / OCP 系に近く、典型的なインターフェースは 2x25、合計 50 pin です。

簡単に分けると次のようになります。

そのため、CRPS と CSPS を混用してはいけません。どちらもサーバー用ホットプラグ 12V 電源である可能性はありますが、金手指の数、機械構造、信号定義が異なります。

標準 2x25 金手指ピン定義

次は、多くの CRPS 電源資料で見られる一般的な 2x25 金手指の定義です。メーカーによって一部の信号名が SMART_ON、CR_BUS#、PS_KILL、VIN_GOOD などに変わることがありますが、基本的な構成はおおむね共通です。

A1-A9、B1-B9 はグランドで、A10-A18、B10-B18 はメインの 12V 出力です。つまり大電流のメイン出力には、12V 用の接点が 18 個、GND 用の接点が 18 個あります。残りの A19-A25、B19-B25 は管理、制御、センス、ステータス信号です。

各ピンの機能

大電流出力

+12V はメイン出力で、通常は電源が有効化された後に出力されます。CRPS 電源の出力は 550W、800W、1300W から 1600W、2000W、2400W、3000W、さらには 3200W までよく見られます。

12V で計算すると次のようになります。

• 800W は約 66.7A。
• 1300W は約 108A。
• 1600W は約 133A。
• 2400W は約 200A。
• 3200W は約 267A。

このクラスの電流は、少数の接点や細い線では安全に流せません。PDB やブレークアウト基板を作る場合、すべての +12V と GND 接点を電流分担に使い、大面積銅箔、銅バー、厚銅 PCB、多層並列構造などを使うべきです。

+12VSB

+12VSB はスタンバイ 12V 電源です。入力電源が存在すれば、メイン 12V がまだオンになっていない状態でも通常は出力されます。BMC、管理コントローラ、起動制御回路、PMBus プルアップ抵抗、スタンバイロジックなどに電源を供給します。

+12VSB をメイン出力として使ってはいけません。電流能力は通常メイン 12V よりはるかに小さく、1A、2A、2.5A などがよく見られます。具体的な値は電源資料で確認してください。

PSON#

PSON# はメイン出力の起動制御ピンで、Low 有効です。一般的には、オープンドレイン出力、MOSFET、トランジスタで PSON# をグランドへ引き、電源を動作状態にしてメイン 12V をオンにします。

一時的なテストでは、抵抗を使って PSON# を GND にプルダウンできます。たとえば最初は 1kΩ から 10kΩ 程度の抵抗で低リスクに試します。よく分からない信号ピンをいきなり直結しない方が安全です。

PWOK

PWOK は Power OK ステータス信号です。メイン 12V 出力が安定すると、電源はこの信号でシステムに「出力が正常になった」ことを知らせます。マザーボードや PDB は、これを電源投入シーケンスの判定条件として使えます。

PSON# を Low にしても PWOK が変化しない場合は、入力電圧、負荷、保護状態、PRESENT#、リモートセンス、PMBus アラームを確認する必要があります。

PMBus_SDA / PMBus_SCL

この 2 本は PMBus / SMBus 管理バスで、電源状態の読み取りや制御に使います。主な用途は次のとおりです。

• 出力電圧、電流、入力電力の読み取り。
• 温度、ファン回転数、アラーム、故障状態の読み取り。
• メーカー、型番、シリアル番号、FRU 情報の読み取り。
• BMC と連携した電力上限、アラーム記録、冗長制御。

PMBus は SMBus / I2C をベースにしていますが、コマンドセット、アドレス、電圧レベルは具体的な電源資料に従う必要があります。5V I2C にそのまま接続できるとは考えない方が安全です。

A0 / A1

A0 と A1 は SMBus アドレス設定に使われることが多いピンです。複数電源の冗長システムでは、各電源モジュールに異なるアドレスが必要で、BMC はそれによって PSU1、PSU2、PSU3 を識別します。

多くの電源では、アドレスピンに内部プルアップがあります。PDB はスロット位置に応じてこれらを Low に引く、または未接続にすることでアドレスの組み合わせを決めます。

SMBAlert#

SMBAlert# は SMBus アラート信号で、通常は Low 有効です。温度、入力、出力、ファン、保護に関するイベントが発生したとき、電源はこの信号で BMC に PMBus ステータス読み取りを促せます。

SMART_ON / CR_BUS#

この信号は資料によって名称が完全には一致しません。よく見られる名前には SMART_ON、CR_BUS#、Wake up Bus があります。冗長構成、電源スリープ、コールドリダンダンシーに関係します。

負荷が低いとき、システムは一部の冗長電源を低消費電力状態にし、必要な電源だけで負荷を担当させることがあります。負荷が上がったり、ある電源に異常が出たりすると、他のモジュールを再び起動します。この種の機能は通常、PDB、BMC、電源ファームウェアの協調が必要です。自作の簡単なブレークアウト基板で不用意に駆動するのは避けるべきです。

+12V Remote Sense / +12V Return Sense

この 2 本はリモートセンス線で、電源から負荷までの配線損失や銅損を補償するために使われます。

• +12V Remote Sense は負荷側の 12V センスポイントへ接続します。
• +12V Return Sense は負荷側のグランド / リターンセンスポイントへ接続します。

電源がリモートセンスを要求しているのにブレークアウト基板が正しく処理していない場合、出力電圧のずれ、保護動作、起動異常が起きることがあります。簡単なブレークアウト基板では資料に従って sense 線をローカルの 12V / GND に接続することが多いですが、細い sense 線に大電流が流れる誤った経路を作らないように注意が必要です。

+12V Share Bus#

+12V Share Bus#、または Load Share は、並列運転時の電流共有信号です。複数の CRPS モジュールを並列に使う場合、電源はこの信号を通じて電流分担を調整し、1 台の電源に負荷が偏り続けることを避けます。

単一電源で使う場合、この信号は通常メイン出力のテストには不要です。複数電源を並列にする場合は、電源と PDB の資料に従って処理する必要があります。12V 出力だけを単純に直結して満載運転するのは危険です。

PRESENT#

PRESENT# は電源の挿入検出信号で、通常は Low 有効です。PDB やマザーボードはこの信号で電源モジュールがスロットに挿入されているかを判断します。

一部の電源では、PRESENT# を正しく処理しないと期待した動作状態に入りません。知らない CRPS モジュールを扱う場合は、まず PRESENT# のデフォルト電位と、グランドへ接続する必要があるかを確認してください。

VIN_GOOD / PS_KILL / NC

B25 は資料による差が大きいピンです。NC とされるものもあれば、VIN_GOOD として使うもの、オプションの PS_KILL とされるものもあります。そのため、1 つの型番で得た経験をすべての CRPS 電源へ当てはめるべきではありません。

汎用ブレークアウト基板を作るだけなら、B25 は独立して引き出し、テストポイントを残すのが無難です。デフォルトでグランドや 12V へ接続しないでください。

CRPS 電源を起動する基本手順

単体テストでは、次の順序で進めるとリスクを下げられます。

1. メイン負荷を接続せず、AC 入力だけを接続し、+12VSB が存在するか測定する。
2. A/B 面の向きを確認し、GND、PSON#、PRESENT#、PWOK を探す。
3. 抵抗で PSON# を GND にプルダウンし、メイン +12V が出力されるか確認する。
4. 12V 電球、抵抗負荷、電子負荷などの小さな負荷を加えてテストする。
5. 負荷を徐々に増やし、出力電圧、ファン、温度上昇、保護動作を観察する。
6. 監視が必要な場合は、電圧レベル、アドレス、プルアップを確認してから PMBus を接続する。

電源が起動後数秒で停止する場合、よくある原因は次のとおりです。

• 最小負荷がない。
• PRESENT# またはリモートセンスの処理が正しくない。
• 入力電圧が不足しており、低電圧入力で出力がディレーティングされている。
• ファン、温度、過電流、過電圧保護が作動している。
• PMBus / BMC が期待する状態信号が満たされていない。

ブレークアウト基板設計の注意点

CRPS ブレークアウト基板は「12V を引き出すだけ」に見えますが、実際の難しさは大電流と信頼性にあります。

推奨事項:

• 電流定格に合った card edge connector を使う。資料でよく見られる 2x25 CRPS コネクタなど。
• +12V と GND には、大きな銅箔、厚銅、多層並列、銅バー、スタッド出力を使う。
• すべての大電流接点を電流分担に使い、数本の pin だけに接続しない。
• Sense 線は個別に処理し、メイン電流経路と混ぜない。
• PSON# はオープンドレイン / MOSFET で制御し、MCU で未知の信号を直接強く引かない。
• PMBus_SDA / PMBus_SCL の近くにグランド基準とテストポイントを残す。
• 出力側にヒューズ、ブレーカ、TVS、電子保護を追加し、少なくとも明確な短絡保護方針を持つ。
• 高出力モジュールでは風道を必ず確保する。サーバー電源を無風の小箱内で長時間満載運転しない。

代表的な CRPS / M-CRPS 型番とシリーズ

次の表は、資料でよく見られる CRPS / M-CRPS の型番、シリーズ、出力クラスです。中古で購入する場合は、銘板、コネクタ、長さ、風向、PDB 互換性を必ず確認してください。

購入・再利用時の確認ポイント

サーバー用ホットプラグ電源を入手したときは、「見た目が似ている」または販売タイトルに CRPS と書かれているだけで判断しない方が安全です。次の点を確認してください。

1. 金手指が 2x25、合計 50 pin か。
2. A1-A9 / B1-B9 が GND、A10-A18 / B10-B18 が 12V か。
3. A19-A25 / B19-B25 が PMBus、PSON、12VSB、Sense、PRESENT、PWOK の信号配置に合っているか。
4. 使用する入力電圧で定格出力を出せるか。多くの高出力 CRPS は 100-127V 低電圧入力時にディレーティングされる。
5. 完全な動作モードに入るために PDB、BMC、PMBus コマンドが必要か。
6. 風向が自分のケースに合っているか。
7. 1+1、N+1、コールドリダンダンシー、電流共有など、必要な冗長方式に対応しているか。

まとめ

CRPS の要点は次のようにまとめられます。

• 標準化されたサーバー冗長電源モジュール。
• 典型的なインターフェースは 2x25、50 pin 金手指。
• メイン出力は大電流 12V で、別に 12VSB スタンバイ電源を持つ。
• PSON# がメイン出力を制御し、PWOK が出力正常を示す。
• PMBus により監視と管理が可能。
• Sense と Share Bus により、高電流、冗長、並列構成に向いている。

実験用の 12V 電源として使うだけでも、最低限 GND、+12V、+12VSB、PSON#、PRESENT#、PWOK を理解する必要があります。信頼性の高い PDB や複数電源の並列システムを作るなら、リモートセンス、電流共有、PMBus、風道、保護もきちんと処理する必要があります。

参考資料

• Open Compute Project M-CRPS Version 1.00 Release Candidate 4
• Open Compute Project M-CRPS Version 0.70
• Bel Power Solutions PEC800-12-074xA Datasheet
• MORNSUN LMS2000-P12B CRPS Datasheet
• Compuware CPR-2021-2HK CRPS Power Distribution Board
• HPE Modular Common Redundant Power Supplies QuickSpecs
• Lite-On CRPS Product Line
• Bel TEC800/1300/2000 CRPS Front-End Power Supplies