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功率干擾檢測電路及方法

文檔序號:6507233閱讀:286來源:國知局
專利名稱:功率干擾檢測電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及一種交流電源(AC),并且更具體地,涉及一種電動設(shè)備和系統(tǒng)的功率干擾檢測電路。
背景技術(shù)
許多電子電氣設(shè)備,例如,諸如個人視頻記錄器(PVR)、機頂盒(STB)、個人計算機(PC)等的記錄設(shè)備,依賴于未受干擾的交流(AC)分支功率以完成嚴格的系統(tǒng)操作。AC電源可能遭受多種長期的和瞬時的干擾。如這里所用的術(shù)語“功率干擾”指的是超出輸入到任意電子、電機、或電氣設(shè)備的AC功率的容限條件范圍。超出容限條件范圍包括超出調(diào)節(jié)條件范圍。功率干擾的示例包括輸入功率的頻率和/或幅度的變化。盡管前者通常是可接受地穩(wěn)定的,但是幅度變化經(jīng)常發(fā)生。不幸地是,在某些情況下,AC功率完全消失。
計算機系統(tǒng)、機頂盒、PVR、DVD以及CD記錄器等典型地使用各種存儲設(shè)備來存儲程序和系統(tǒng)信息。存儲設(shè)備包括硬盤驅(qū)動、可記錄磁盤、半導(dǎo)體存儲設(shè)備等。功率故障、停電、或其他干擾可能在任何時間發(fā)生。當在存儲器寫操作的中間功率受到干擾時,有時會破壞存儲器中的數(shù)據(jù)。在某些情況中,在功率干擾之后設(shè)備將不能運行。例如計算機有時將不能引導(dǎo),因為當功率干擾中斷寫操作時損壞了存儲在存儲器中的關(guān)鍵系統(tǒng)信息。此外,許多電機設(shè)備依賴于未受干擾的功率以完成嚴格的機械移動。因此功率干擾的易損性對于許多電子、電氣、以及電機設(shè)備仍然是個問題。
一些傳統(tǒng)系統(tǒng)通過早期功率失效(EPF)報警電路以指出即將來臨的功率干擾的方法,來試圖解決該問題?,F(xiàn)有的EPF方法典型地依賴于電源輸出的電壓監(jiān)測,以檢測干擾。該方法具有缺點。例如,開關(guān)模式的電源由于在其輸入電容器上保留的電荷,可以在輸入AC電壓下降之后在穩(wěn)壓處停留一段時間。因此,任何基于輸出電壓電平的下降的報警與相應(yīng)功率干擾的實際發(fā)生在時間上有所延遲。該延遲時間典型地是輸入電容器的放電時間常數(shù)的函數(shù)。由于該延遲時間的原因,現(xiàn)有技術(shù)方法經(jīng)常不能提供AC功率干擾的足夠早的報警。
因此,需要能夠以減少的延遲來指示出功率干擾的電路和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于檢測交流(AC)電源中的干擾的方法和設(shè)備。本發(fā)明的方法包括步驟針對所提供的AC電壓的每個周期的至少一部分,指示出在所提供的AC電壓和閾值電壓之間的關(guān)系。還提出了一種用于檢測在所提供的交流(AC)中的干擾的電路。該電路包括與所提供的AC的源相耦合的閾值檢測器。該閾值檢測器針對所提供的AC的每個周期的至少一部分,提供指示出所提供的AC電平與閾值電平的關(guān)系的信號。


下面將參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明的實施例,其中圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率干擾檢測電路的電氣設(shè)備的方框圖;圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率干擾檢測電路的功率閾值檢測電路的示意圖;圖3示出了根據(jù)涉及AC輸入功率的時域損耗的本發(fā)明實施例的電路的檢測響應(yīng)以及涉及傳統(tǒng)早期電源故障(EPF)檢測電路的時域波形的發(fā)明的檢測響應(yīng)的電氣設(shè)備的波形;圖4示出了根據(jù)涉及時域的AC輸入電壓瞬時下降到比預(yù)定檢測閾值低的電平的本發(fā)明實施例的檢測電路的波形;圖5示出了根據(jù)涉及時域的AC輸入電壓瞬時下降到近似與預(yù)定檢測閾值相等的電平的本發(fā)明實施例的檢測電路的波形;
圖6示出了根據(jù)涉及時域的AC輸入電壓瞬時下降到比預(yù)定檢測閾值高的電平的本發(fā)明實施例的檢測電路的波形。
具體實施例方式
本發(fā)明檢測AC輸入功率的干擾。如在這里所用的術(shù)語“功率干擾”指的是超出AC功率信號的容限條件范圍。對于本說明書來說,術(shù)語“超出容限”指的是其中AC電源輸入的參數(shù)在設(shè)備正確操作的規(guī)定極限之外的任意條件。根據(jù)本發(fā)明實施例,由根據(jù)電路部件的適當選擇及其設(shè)備尺寸,例如電阻器值和二極管額定值,由至少一個閾值來規(guī)定和實現(xiàn)該極限。通過各種參數(shù),包括AC峰值電壓、AC均方根(RMS)電壓、AC平均電壓、AC峰-峰電壓以及頻率、以及其他可能的量,來描述和量度AC電源信號的特征。本發(fā)明涉及根據(jù)至少一種上述測量來檢測AC電信號中的干擾。在本發(fā)明的一個實施例中,在緊接著干擾的一個交流周期時間內(nèi)進行功率干擾的檢測。
圖1是包括根據(jù)本發(fā)明實施例的功率干擾檢測電路100的設(shè)備200的方框圖。設(shè)備200代表設(shè)備的至少一種設(shè)備功能依賴于AC電源的任意設(shè)備。在本發(fā)明的實施例中,設(shè)備200是從包括機頂盒、計算機、DVD錄像機、PVR、電視等電子設(shè)備的組中選擇的。在本發(fā)明的一個實施例中,功率干擾檢測電路100實現(xiàn)在AC電源197內(nèi)。AC電源197通??梢栽谠S多電子設(shè)備中找到,并且所述AC電源197提供調(diào)節(jié)的電壓199,用于基于由源105提供的AC功率來操作設(shè)備200。
本發(fā)明不依賴于在設(shè)備200內(nèi)部或外部的檢測電路的任何特別布置。相反地,本發(fā)明適用于在便于使設(shè)備200與AC電源105相耦合的任何位置處實現(xiàn)。
在所示實施例中,電路100包括與信號檢測器和分析器150相耦合的閾值檢測器110。AC電源105與閾值檢測器110的輸入端106相耦合。同樣,輸入端106與電源197的AC電源輸入端相耦合。由閾值檢測器110在輸出端130處提供涉及在電源輸入端106處AC功率存在的信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例,閾值檢測器110提供“閾值”信號以指出在輸入端106處何時出現(xiàn)未受干擾的AC波形。如果在輸入端106處出現(xiàn)未受干擾的AC波形,在輸出端130處的閾值信號對干擾起反應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施例中,閾值信號指示出輸入AC波形的每個周期的至少一部分與閾值的關(guān)系。
在本發(fā)明的實施例中,閾值信號包括在輸出端130處提供的脈沖序列(例如,圖3的脈沖序列304)。在一個實施例中,脈沖序列包括與AC輸入功率波形的每個周期的至少一部分相對應(yīng)的脈沖。在120Hz的脈沖序列代表未受干擾的60個周期的AC輸入波形的本發(fā)明一個實施例中,在干擾之后的輸入波形的一個周期內(nèi)檢測到幅度下降到低于閾值(也就是,干擾)。即,在約8.33毫秒或更少時間內(nèi)檢測到干擾。
信號檢測器和分析器150監(jiān)測由閾值檢測器110提供的閾值信號。只要在輸入端106處AC波形的每個連續(xù)周期的至少一部分超過閾值,信號檢測器150就在輸出端170處提供未受干擾的AC功率的相應(yīng)指示。下面進一步論述AC輸入波形與閾值信號的脈沖的對應(yīng)關(guān)系。
在本發(fā)明的一個實施例中,在輸出端170處未受干擾的AC輸入功率的指示是包括兩個可能邏輯狀態(tài)之一的邏輯電平信號。另一個可能邏輯狀態(tài)的存在指示出受干擾的AC輸入功率條件。在本發(fā)明的可選實施例中,輸出端170包括代表例如狀態(tài)碼的代碼的多個比特。在這種情況下,每個狀態(tài)碼設(shè)置代表AC輸入功率的對應(yīng)特定干擾條件。本發(fā)明的其他實施例考慮了在輸出端170處的信號的其他格式。本發(fā)明考慮了涉及AC輸入功率的各種狀態(tài)條件和統(tǒng)計測量的多種指示和代表。這些代表和狀態(tài)是基于在輸出端130處的閾值信號的估計的。
將輸出端170提供給設(shè)備200的其他電路。在本發(fā)明的實施例中,將輸出端170提供給設(shè)備200的安全相關(guān)功率電路198。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,將輸出端170提供給控制記錄設(shè)備的存儲器寫操作的處理器152。當接收到功率干擾的指示,處理器152使正在進行的任意存儲器操作完成臨界操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例,此種指示給存儲器操作提供足夠的時間以完成臨界操作。此外,在穩(wěn)壓電源的輸出下降到其穩(wěn)壓容限之外前出現(xiàn)指示。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,AC電源105是全美家用和商用常見的傳統(tǒng)120、60周期電源。然而,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)在這里讀到的教導(dǎo),將很容易地意識到本發(fā)明不限于任何特定的電源AC電壓或頻率的范圍和應(yīng)用。相反地,可以實現(xiàn)本發(fā)明以檢測在任意類型的AC功率信號中的AC功率干擾。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例、用于實現(xiàn)圖1的閾值檢測器110的電路的示意圖。閾值檢測器110包括光耦合器112、穩(wěn)壓二極管119和120、以及由電阻器121代表的輸入限流電阻。示出了由電阻器117代表的可選電阻。電阻器117提供額外的閾值電壓調(diào)節(jié)。在示出的實施例中,電阻器117與光耦合器112的輸入端并聯(lián)連接。在本發(fā)明的一個實施例中,光耦合器112包括商用光耦合器。合適的光耦合器的一個示例是SharpTM的商用零件號碼PC81410NSZ。在本發(fā)明的一個實施例中,二極管107和108包括齊納(Zener)二極管。在本發(fā)明的一個實施例中,齊納二極管107和108是100V、0.5W的齊納二極管。
根據(jù)在圖2中示出的本發(fā)明的實施例,閾值檢測器110在輸出端130處提供120Hz的脈沖序列。在本發(fā)明的實施例中,脈沖包括邏輯電平脈沖(例如,在118處指出的約3.3V的Vcc)。檢測器110基于輸入的60Hz、120V的AC波形,產(chǎn)生脈沖序列。
為了演示,下面描述本發(fā)明的實施例,其中AC功率輸入通常為以每秒60個周期交替的120VRMS。在該示例中,要求的閾值是70VRMS。根據(jù)圖2,AC電源105施加到光耦合器112兩端。齊納二極管119和120以與光耦合器112和電源105串聯(lián)的關(guān)系放置。20K歐姆的電阻器對流過光耦合器112的電流進行限制。將齊納二極管119和120規(guī)定為每個具有100V的峰值擊穿電壓額定值和0.5W的功率額定值??蛇x電阻117具有1.2k歐姆的值。
齊納二極管對于AC電壓的常規(guī)響應(yīng)是已知的,且不必在這里詳細討論。齊納二極管119和120基于其額定擊穿電壓,在施加的AC電壓波形的一部分內(nèi)阻止流經(jīng)光耦合器112的電流。根據(jù)本發(fā)明的實施例,閾值檢測器110具有100V峰值的閾值。因此阻止了電流,直到輸入波形達到至少約100V的峰值為止。在周期的正部分和負部分AC電壓均超過約100V峰值的每個周期的一部分內(nèi),電流流經(jīng)光耦合器112。在電壓的絕對值超過閾值時的所施加的AC電壓波形的部分期間,齊納二極管119和120允許電流通過光耦合器112。在這種情況下閾值是100V峰值。因此當所施加的電壓超過+100V峰值和降到低于-100V峰值時,電流流經(jīng)光耦合器112。100V的峰值電壓對應(yīng)于約70V的RMS電壓。流經(jīng)光耦合器112的電流連接到輸出端130,以便在130處提供邏輯電平輸出信號。
本發(fā)明的任意給定設(shè)備的要求閾值是基于多種設(shè)計考慮而選擇的。這些考慮是在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解能力范圍之內(nèi)的。因此,閾值能夠根據(jù)所示電路進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閾值的一種方式是去除或改變電阻器117的值。調(diào)節(jié)閾值的另一種方式是選擇齊納二極管119和120的其他擊穿電壓。
在本發(fā)明的可選實施例中,可以使用具有單向LED 113的光耦合器112。在使用單向LED的實施例中,例如硅二極管的外部二極管與光耦合器112內(nèi)部的LED以正極-負極、負極-正極的方式并聯(lián)相連。由于單向LED,輸出信號130包括60Hz的脈沖序列。因此,最小檢測時間從8.33ms加倍到約16.66ms。
輸出信號130與信號檢測器和分析器150相連。根據(jù)本發(fā)明的實施例,信號檢測器和分析器150包括處理器151。值得注意得,在閾值檢測電路110中基本沒有時間常數(shù)。因此,在輸出端130處的120Hz的脈沖幾乎立即響應(yīng)輸入AC電壓的干擾。在本發(fā)明的一個實施例中,選擇包括電路110的部件,以便提供接近65VRMS的閾值。
將120Hz的脈沖與信號檢測和分析器150相連。在本發(fā)明的一個實施例中,信號檢測器和分析器150包括處理器151。根據(jù)本發(fā)明的各種實施例,將處理器151嵌入到接收機的ASIC或解碼器電路中。在本發(fā)明的一個實施例中,信號檢測器和分析器150通過啟動動作(例如掉電動作),來響應(yīng)檢測到的干擾。
在某些情況下,意欲相對于瞬時功率干擾的發(fā)生來修改信號檢測器和分析器150的響應(yīng)時間。有些瞬時功率干擾是無害的。例如,干擾的持續(xù)時間有時比穩(wěn)壓電源輸出的響應(yīng)時間短。如果干擾檢測電路100響應(yīng)太快,可能會不必要地停止關(guān)鍵過程(例如,硬盤驅(qū)動記錄)。如果電路100響應(yīng)太慢,如果發(fā)生電源故障,則可能破壞重要數(shù)據(jù)。
因此,根據(jù)本發(fā)明一個實施例,檢測器150的響應(yīng)是可調(diào)整的。例如,制造廠調(diào)整設(shè)定信號檢測器和分析器150的響應(yīng)時間。在另一個實施例中,用戶經(jīng)由操作員控制來設(shè)定信號檢測器和分析器150的響應(yīng)時間。在本發(fā)明的另一個實施例中,信號檢測器和分析器150的響應(yīng)時間是自適應(yīng)的。即,處理器151監(jiān)測閾值檢測器110的輸出的特征,例如在閾值檢測器110的130處的輸出。處理器151基于監(jiān)測到的輸出的特征,啟動一個或多個動作。在這里將要由處理器151監(jiān)測的一個特征的示例稱為信號去抖動(debounce)間隔。如這里所用的,術(shù)語“信號去抖動間隔”指的是其中出現(xiàn)低于閾值的多個連續(xù)轉(zhuǎn)變(transition)的時間間隔。在本發(fā)明的自適應(yīng)實施例中,處理器151進行“學習”,以忽略具有去抖動間隔的將來的連續(xù)轉(zhuǎn)變,其中這些連續(xù)轉(zhuǎn)變與具有相同去抖動間隔的過去的連續(xù)轉(zhuǎn)變相匹配。換句話說,當過去的干擾圖案未導(dǎo)致超出穩(wěn)壓電源輸出的容限時,處理器151響應(yīng)于檢測到將來發(fā)生的匹配干擾圖案,不采取任何動作。根據(jù)閱讀該說明書,并且理解本發(fā)明的原理、對處理器編制程序以識別或?qū)W習,則干擾圖案在編程技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的接受能力之內(nèi)。
在本發(fā)明的可選實施例中,信號檢測器和分析器150的處理器151監(jiān)測由信號檢測器和分析器150提供的脈沖序列,以便收集和存儲涉及AC干擾的發(fā)生頻率、持續(xù)時間、以及其他特征的統(tǒng)計數(shù)字。處理器151利用統(tǒng)計數(shù)字,以便與由信號檢測器和分析器150啟動的動作相適應(yīng)。例如,處理器151基于學到的過去的干擾特征和設(shè)備200的寫操作的相應(yīng)輸出之間的關(guān)系,使信號檢測器和分析器150終止硬盤驅(qū)動器的寫操作。在另一個實施例中,信號檢測器和分析器150基于學到的干擾特征和設(shè)備200的穩(wěn)壓電源電壓之間的關(guān)系,啟動動作。
圖3是表示由傳統(tǒng)機頂盒產(chǎn)生的EPF信號302的圖解說明。中間的跡線304代表來自圖1的閾值檢測電路110的120Hz的輸出130。底部的跡線306示出了所提供的60Hz的AC功率波形。傳統(tǒng)EPF報警響應(yīng)脈沖307和60Hz的AC功率的中斷(在309處示出)之間的差Δ1大于約100ms。然而,在309處示出的60Hz的AC功率的中斷和120Hz脈沖的中斷(在305處示出)之間沒有出現(xiàn)明顯的延遲。在該實施例中,60Hz的AC功率信號306的每個完整周期對應(yīng)于120Hz的檢測信號304的兩個脈沖。如此,檢測信號304基本無延遲地追蹤功率信號306。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例、由圖1的閾值檢測電路110提供的閾值信號404的圖解說明。如圖4的406處所示出的,60Hz的AC波形409的幅度在兩個周期內(nèi)從120Vrms下降到65Vrms,然后回到120Vrms。該示例示出了在60Hz的AC輸入電壓中的短暫下降。具體地,輸入信號409下降到低于針對圖2的示例電路所選的檢測閾值的電平。因為60Vrms(91.9V峰值)比示例電路的閾值低,閾值檢測器110的輸出端130在兩個周期405期間變成高電平。在圖4的407處示出了閾值檢測器110的邏輯高電平輸出。
當功率信號409比閾值低時,閾值信號404仍然固定在邏輯電平。換句話說,信號404的脈沖停止了。當功率信號409回到比閾值高的電平時,信號407的脈沖重新出現(xiàn)。
類似地,在圖5中圖示了從120Vrms下降至75Vrms的兩個周期的下降。圖5示出了由圖1的閾值檢測電路110提供的信號501的示波器顯示。如通常在圖5的505處所示出的,出現(xiàn)了AC輸入電壓中的瞬時減少。因為70Vrms(106V峰值)在電路的閾值范圍之內(nèi),在501處的輸出在兩個周期的大部分期間內(nèi)是高電平。然而,在507處出現(xiàn)負峰信號形式的變化。
類似地,在圖6中圖示了從120Vrms下降至85Vrms的兩個周期的下降。圖6在601處示出了圖1的閾值檢測器110的輸出。因為85Vrms(120V峰值)比電路的閾值高,在這兩個周期期間閾值檢測器110的輸出基本沒有改變。
盡管上面涉及了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,在不脫離由所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的基本范圍的情況下,可以設(shè)計本發(fā)明的其他的實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測交流(AC)電源輸入中的干擾的方法,包括步驟提供指示在所提供的AC輸入波形的每個周期的至少一部分和閾值之間的關(guān)系的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,提供所述信號的步驟包括步驟針對所述所提供的AC輸入波形的每個周期,檢測超過所述閾值的至少一部分所述波形。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括步驟分析所述信號的特征。
4.如權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述指示信號是邏輯電平信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其中,所述信號包括多個脈沖,每個脈沖與超過所述閾值的AC波形的周期的至少一部分相對應(yīng)。
6.如權(quán)利要求3所述的方法,其中,分析步驟包括步驟收集統(tǒng)計數(shù)字,并且基于所述收集的統(tǒng)計數(shù)字,啟動至少一個動作。
7.一種用于檢測所提供的交流(AC)中的干擾的電路,包括與所述所提供的AC的源相耦合的閾值檢測器;所述閾值檢測器針對所述所提供的AC的每個周期的至少一部分,提供指示所述所提供的AC電平與閾值電平的關(guān)系的信號。
8.如權(quán)利要求4所述的電路,還包括與所述閾值檢測器相耦合的信號檢測器,所述信號檢測器基于所述信號來提供決定。
9.如權(quán)利要求7所述的電路,其中,所述閾值檢測器包括穩(wěn)壓器,配置用于當所述施加的AC波形的電壓超過所述閾值時,使電流通過光耦合器,從而提供所述信號。
10.如權(quán)利要求9所述的電路,其中,所述信號包括邏輯電平脈沖。
全文摘要
公開了一種用于檢測交流(AC)電源中的干擾的方法和設(shè)備。所述方法包括步驟針對所提供的AC電壓的每個周期的至少一部分,指示出在所提供的AC電壓和閾值電壓之間的關(guān)系。提供了一種用于檢測所提供的交流(AC)中的干擾的電路。所述電路包括與所提供的AC的源相耦合的閾值檢測器。所述閾值檢測器針對所提供的AC的每個周期的至少一部分,提供指示出所提供的AC電平與閾值電平的關(guān)系的信號。
文檔編號G06F1/30GK1954219SQ200480043070
公開日2007年4月25日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者布萊恩·阿爾伯特·維特曼 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司
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