CN101769997B - 用于早期精确检测ac电源损失的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于确定电源故障的装置、***和方法。采样模块在预定频率倍数的采样频率下对作为电源输入的交流电电源波形进行采样，以便在预定周期内部的已知点获取采样幅度。比较模块将采样幅度与已存储阈值幅度相比较，以便获取与已知点相对应的比较结果。累积模块累积最近的比较结果。如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，则警告模块断言早期断电警告信号。

Description

用于早期精确检测AC电源损失的装置和方法
技术领域
本发明涉及电源供电，尤其涉及的是早期电源故障检测。
背景技术
相关技术描述
随着对于供电技术的信任度的与日俱增，即使短暂的电源中断也有可能产生破坏性很强的影响。对于信息技术尤为如此，因为断电重要数据可能丢失，并且可能需要大量时间来使被影响的***返回在线状态，还可能导致潜在的严重后果。
高速计算机***能够在数毫秒的时间里执行大量处理，从而能够在提供了预警的情况下在发生电源故障的相对较短时间内多少减轻电源中断的影响。在少量但却有限的时间、即电源保持时间内，输入功率电平会下降并且存储在电源的大容量电容中的能量会耗尽。如果可以更早提供电源故障迫近的警报，那么在这宝贵的剩余数毫秒中***就可以完成更多的任务以减轻影响。
发明内容
从先前论述中应该显见，对于尽可能早地检测电源供电故障的装置、***和方法的需要长久以来都未得到满足。非常有益的是，此类装置、***和方法可以足够早地检测到电力损耗，由此允许在必要时从容关机，以及在可能情况下恢复由电源供电的电子设备。
本发明是响应于本领域的当前状态开发的，尤其是响应于迄今为止已被证实在本领域中难以使用当前可用的早期电源故障检测解决的问题和需要而开发的。相应地，通过开发本发明，提供了一种用于早期电源故障检测的装置、***和方法，以克服上述本领域中的很多或所有缺陷。
典型的电源保持时间取决于升压电容器的大小，并且该时间约为20毫秒(“ms”)，或者是大约60赫兹(“Hz”)的交流电(“AC”)电源的一个循环。一种用于检测电源故障的方法是使用模拟比较器电路来比较AC电源电压和参考电压。如果该电压降至所述参考电压以下，则生成早期断电警报(“EPOW”)信号。
由于AC电压按正弦波形持续变化并且会在每个循环两次过零点，因此不能直接与恒定的参考电压相比较。整流器可以用于保持正电压，所述正电压随后可以通过具有时间常数的电容器馈送，这样一来，电压即便有波动但在正常操作中仍会保持在参考电压以上。但是，在电源故障时，电压仍旧需要大约半个循环或是7～10ms的时间落到参考电压以下，由此将会消耗原本可用于***恢复的20ms保持时间中的很大一部分时间。
一种更为新颖的方法是数字化AC电压，并且借助数字信号处理(“DSP”)机制来对其进行分析。EPOW信号于是可以更早地产生，由此几乎加倍可用于***恢复的时间。
用于确定电源故障的装置配有多个模块，这些模块被配置成功能上执行监视AC电源的必要步骤，其中所述步骤是如下执行的：对AC电源进行采样，将采样数据与已知的良好数据相比较，累积比较结果，以及根据所累积的比较图案向电子设备警告即将来临的电源故障。所描述的实施例中的这些模块包括采样模块、比较模块、累积模块以及警告模块。
在一个实施例中，该装置被配置成具有采样模块，其中该采样模块在预定频率倍数的采样频率上采样具有所述预定频率和相应的预定周期的AC电源波形作为电源输入，以便在预定周期内部的已知点获取采样幅度。比较模块将采样幅度与已存储的预定阈值幅度相比较，以便获取与预定周期内部的已知点相对应的比较结果。累积模块累积最近的比较结果。如果预定数量的最近比较结果中的每一个都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，则警告模块断言EPOW信号。
在一个实施例中，采样模块可以包括整流器，该整流器对电源波形进行整流，以使采样幅度处于绝对值形式。此外，缓存模块可以通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度，以便与已存储阈值幅度相比较。
在一个实施例中，该装置还被配置成具有初始化模块，其中所述初始化模块对与预定周期内部的每一个已知点相对应的已存储阈值幅度进行初始化。该初始化模块将已存储阈值幅度作为与已存储阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准。在另一个实施例中，该装置可以包括恢复模块，其中该模块响应于EPOW信号保存计算机数据和/或挂起计算机操作。
本发明的***或装置还被提出用于确定电源故障。该***可以具体化为计算机、电源以及电源故障检测装置，其中该装置与如上所述的电源故障检测装置基本相似。特别地，在一个实施例中，所述***包括响应于EPOW信号保存计算机数据的存储子***。
该***还可以包括响应于EPOW信号而被激活的备份计算机。在所述电源是主电源的另一个实施例中，该***可以包括备份电源。所述备份电源响应于早期断电警告信号来为主电源供电的负载提供电力。
此外，本发明的一种方法也被提出用于确定电源故障。在公开的实施例中，所述方法主要包括执行在上文中对照所述装置和***的操作所给出的功能所必需的步骤。在一个实施例中，该方法包括对交流电(“AC”)电源波形进行采样。该电源波形包括电源输入、预定频率以及相应的预定周期。采样在一个作为预定频率倍数的频率上进行。该采样获取预定周期内部的已知点上的采样幅度。该方法还包括将采样幅度与对应于预定周期内部已知点的已存储阈值幅度相比较。该方法包括累积最近的比较结果，以及如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，则断言EPOW信号。
该方法包括初始化所述与预定周期内部的每一个已知点相对应的已存储阈值幅度。该方法还可以包括将已存储阈值幅度作为与已存储阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准。校准已存储阈值幅度可以周期性间隔执行，其中已存储阈值幅度存储在多个存储区域中的一个区域用于每一个连续间隔，由此允许从一个存储区域获取已存储阈值幅度的现有值，同时将重新校准的值存储在另一个存储区域中。该方法还可以包括在将采样幅度与已存储阈值幅度相比较之前，通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度。
在另一个实施例中，该方法可以包括减轻电源故障对电子设备的影响的步骤，例如为电源提供备份电源。对包含计算机或类似装置的电子设备来说，该方法还可以包括：响应于EPOW信号，对由接收电源波形的电源供电的计算机的数据进行保存。该方法可以包括：响应于EPOW信号挂起计算机的操作。该方法还可以包括响应于EPOW信号而激活备份计算机。此外，该方法还可以包括响应于EPOW信号而借助备份电源来为负载提供电力，其中所述负载与接收AC电源波形的电源相连。
在本说明书中，对于特征、优点的引用或类似言语并不暗示所有那些可以借助本发明实现的特征和优点都应该处于本发明的任何单个实施例中。相反，有关这些特征和优点的言语将被理解成是指在本发明的至少一个实施例中包含了结合实施例描述的特定特征、优点或特性。由此，在本说明书中，关于特征和优点的论述以及类似言语有可能但并不一定涉及相同的实施例。
此外，在一个或多个实施例中，所描述的发明特征、优点和特性可以采用任何适当的方式来组合。相关领域技术人员将会了解，本发明是可以在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现的。在其他实例中，在某些实施例中可以认识到在本发明的所有实施例中均未给出的附加特征和优点。
本发明的这些特征和优点将会从以下描述和所附权利要求中更为显见，还可以通过实践如下所述的发明来获悉。
附图说明
为使本发明的优点易于理解，在这里将会参考附图中示出的特定实施例来对上文简述的本发明进行更详细描述。应理解这些附图只是描述本发明的典型实施例并且由此不应被认为限制本发明的范围，通过附图并使用附加特征和细节来描述和说明本发明，在附图中：
图1是示出了根据本发明的用于电源故障检测的***的示意性框图；
图2是示出了根据本发明的用于电源故障检测的***的特定实施例的示意性框图；
图3是示出了根据本发明的电源故障检测装置的一个实施例的示意性框图；
图4是示出了根据本发明的电源故障检测装置的另一个实施例的示意性框图；
图5是示出了恢复模块和相关设备实施例的***的另一个实施例的示意性框图；
图6是示出了包含电源故障检测装置实施例的数字信号处理平台(“DSP”)的示意性框图；
图7是示出了用于产生EPOW信号的DSP的信号相关定时的时序图；
图8是示出了根据本发明的用于电源故障检测的方法的一个实施例的示意性流程图；
图9是示出了根据本发明的用于电源故障检测装置初始化的方法的一个实施例的示意性流程图；以及
图10是示出了根据本发明的用于***恢复的方法的一个实施例的示意性流程图。
具体实施方式
本说明书中描述的众多功能单元已被标记为模块，以便更具体地强调其实施独立性。举个例子，模块可以实现为包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片之类的现成半导体器件、晶体管或其他分立组件的硬件电路。模块还可以实现为可编程硬件器件，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等等。
模块也可以实现为由不同类型的处理器执行的软件。例如，可执行代码识别模块包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑组块，其中举例来说，所述组块可以作为对象、过程或函数来组织。然而，识别模块的可执行文件在物理上未必是在一起的，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，这些指令在逻辑上结合时将会构成模块，并且实现为所述模块所规定的用途。
实际上，可执行代码模块可以是单个指令或者众多指令，甚至可以分布于若干个不同的码段、不同的程序以及跨越若干个存储设备。同样，在这里可以在模块内部标识和例证操作数据，并且可以用任何适当的形式来具体化，并组织在任何适当类型的数据结构中。所述操作数据既可以作为单个数据集来收集，也可以分布在包括不同存储设备在内的不同位置，并且至少部分可以仅仅作为***或网络上的电子信号而存在。当在软件中实施模块或是模块的某些部分时，这些软件部分存储在一个或多个计算机可读介质中。
在本说明书中，对于“一个实施例”、“某个实施例”或类似术语的引用意味着在本发明的至少一个实施例中包含了结合实施例描述的特定特征、结构或特性。因此，在本说明书中出现的短语“在一个实施例中”、“在某个实施例中”以及类似的术语有可能但未必全都涉及同一实施例。
对于计算机可读介质的引用可以采用任何能在数字处理设备上存储机器可读指令的形式。计算机可读介质可以具体化为传输线、致密盘、数字视频盘、磁带、伯努利驱动器、磁盘、穿孔卡、闪存、集成电路或是其他数字处理装置的存储设备来实现。
此外，在一个或多个实施例中，所描述的发明特征、结构或特性可以采用任何适当的方式来组合。在以下描述中将会提供众多具体细节，以便提供关于本发明实施例的全面理解，其中举例来说，所述细节可以是编程示例、软件模块、用户选择、网络事务、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等等。但是，相关领域的技术人员将会了解，本发明是可以在没有一个或多个特定细节的情况下实施的，或者是可以借助其他方法、组件、材料等等来实现的。在其他实例中，众所周知的结构、材料或操作并未详细显示或描述，以免混淆本发明的观点。
这里包含的示意性流程图主要是作为逻辑流程图来阐述的。同样，所描述的顺序和标记的步骤指示的是所给出的方法的一个实施例。在功能、逻辑或效果上与例证方法的一个或多个步骤或是其某些部分相等价的其他步骤和方法同样是可以考虑的。此外，提供所使用的格式和符号是为了说明方法的逻辑步骤，并且不应该将其理解成是限制本发明的范围。虽然在流程图中可以使用不同的箭头类型和线条类型，但是它们将被理解成没有限制相应方法的范围。实际上，某些箭头或其他连接符可能仅用于指示该方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示在所描述方法的枚举步骤之间未规定持续时间的等待或监视周期。此外，特定方法的顺序既有可能严格遵从也有可能不严格遵从所显示的相应步骤的顺序。
图1是示出了本发明的***100的示意性框图。该***100包括交流电(“AC”)电源104以及带有电源106、负载108和电源故障检测装置110的电子设备102，在下文中将对其进行描述。
***100包括由AC电源104供电的电子设备102。在一个实施例中，AC电源104是由公共设施供应的建筑物电源。在另一个实施例中，AC电源104是变换器。在一个实施例中，AC电源104是单相电源。而在另一个实施例中，AC电源104是三相电源。AC电源104通常以正弦电压波形的形式来向电子设备102提供电力，但是，在提供给电子负载102的波形中也存在谐波内容。正弦电压波形通常具有固定基频，例如60赫兹(“Hz”)或50Hz。AC电源104可以供应120V、208V、240V、480V或其他电压。本领域技术人员还会想到具有其他类型或特性的AC电源104。
***100包括电子设备102，其中该电子设备102包括至少一个负载108。电子设备102可以是个人计算机、服务器、主机、刀片服务器中心中的刀片服务器、大型计算机、路由器、交换机、诸如打印机之类的外设、器材、或是其他那些可以得益于电源故障检测装置110的设备。负载108通常包括电子组件、数据存储设备、处理器等等，并且可以包括其他耗电设备，例如马达、扬声器等等。通常，负载108处于电子设备102内部，但在其他实施例中，至少一部分负载108位于电子设备102以外。举个例子，一个或多个电子外设设备可以从电子设备102那里得到电力，例如通过通用串行总线(“USB”)连接。
在一个实施例中，***100包括以一种适合负载108的输入需求的方式来提供电力的电源106。由电源106提供的电力的形式可以包括具有一个或多个频率或幅度的AC电力，具有一个或多个电压电平的直流(“DC”)电力等等。在一个实施例中，电源106包含在电子设备102的内部。在另一个实施例中，电源106位于电子设备102的外部。例如，电源102可以是刀片服务器中心的一部分，并且电子设备102可以是刀片服务器中心的刀片服务器。在一个实施例中，***100包括两个或更多个电源106。例如，***100可以要求冗余电源106。本领域技术人员将会想到***100中可以得益于电源故障检测装置110的其他类型和配置的电源106。
在一个实施例中，***100包括两个或多个电子设备102。例如，每一个电子设备都可以是机架中的服务器或是刀片服务器中心的刀片服务器。一个或多个电子设备102可以包括备份计算机或服务器。在下文中将会更详细地描述备份计算机和服务器。在另一个实施例中，***100包括一个或多个数据存储设备。例如，刀片服务器中心可以包括一个或多个磁盘驱动器、磁带驱动器、光学驱动器、固态存储设备等等。在下文中将会更详细地描述与电源故障检测装置110相结合的数据存储设备的操作。
***100包括电源故障检测装置110，用以监视AC电源104并且执行用于在AC电源损失或降级的情况下维持电子设备100的操作完整性的功能。在一个实施例中，电源故障检测装置110位于电子设备102中。在另一个实施例中，整个电源故障检测装置110或是它的一部分位于电子设备102的外部。例如，***100可以包括刀片服务器中心，并且电源故障检测装置110可以是基板管理控制器(“BMC”)的一部分，或者还可以位于通过总线而与一个或多个刀片服务器相连的刀片服务器中心的电源106中。本领域技术人员将会想到电源故障检测装置110的其他实施方式。在下文中将会更详细地描述电源故障检测装置110的功能。
图2是根据本发明的用于电源故障检测的***200的另一个实施例的示意性框图。该***200包括带有电源故障检测装置110的电源106、计算机202、直流(“DC”)电压连接、连接器206、接地面208、AC电源连接210、以及电源插头212，在下文中将对其进行描述。图2所述的***200可以代表刀片服务器中心、计算机机架、或是其他那些电源106与计算机202分离的实施方式。
***200包括作为负载108的一个实施例的计算机202。计算机202可以经由连接器206接收来自电源106的至少一个DC电压204。在一个实施例中，连接器206也可以接地至接地面208。通常，计算机202还连接到接地面208(未显示)。接地面208可以是机壳接地、以电源106的次级端为参考点的绝缘接地、或是本领域技术人员已知的其他接地。
电源106可以通过直接连接、经由总线等向计算机202提供一个或多个DC电压204。其他必要的DC电压可以由DC-DC转换器(未显示)来提供。在所显示的实施例中，电源故障检测装置110位于电源106内部，但在其他实施例中，整个电源故障检测装置110或是它的一部分位于电源106的外部。在该实施例中，电源106通过AC电源连接210和电源插头212接收来自AC电源104的AC电力，其中举例来说，所述AC电力有可能源自电业电网，或是其他AC电源104。电源106可以包括AC适配器、不间断电源(“UPS”)、开关电源(“SPS”)等等。
图3是根据本发明的电源故障检测装置110的实施例的示意性框图。电源故障检测装置110包括采样模块302、比较模块304、累积模块306以及警告模块308，在下文中将会对其进行描述。
在一个实施例中，电源故障检测模块110包括对来自电源104的AC电源波形进行采样的采样模块302。所述电源波形是电源的输入电力，并且包含了预定频率和相应的预定周期。通常，该频率是60Hz、50Hz、400Hz或是来自公共设施或其他电源***的其他标准频率，但也可以是别的频率。在一个实施例中，采样模块302对AC电压波形进行采样，但也可以采样电流波形。
通常，AC电压波形具有非常一致的幅度，并且该幅度可以在规定范围以内随时间改变。例如，AC电压波形可以具有大小为115伏(“V”)的标称均方根(“RMS”)值，但是它也可以在110～120VRMS的范围中变化。在三相***中，线间AC电压的范围可以是200～208VRMS。由于负载状况、与电源104的距离、电源104的刚度等等，可以预料电压波动。暂态电压摆动也有可能导致AC电压波形短期低于期望标称范围。
采样模块302在预定频率倍数的采样频率上执行采样。举个例子，如果预定频率是60Hz，那么采样模块302会以60Hz的某个倍数来采样AC电源波形。采样模块302通过采样AC电源波形来获取预定周期内部的已知点上的采样幅度。通常，采样模块302用采样来标引正弦AC电源波形周期内部的某个已知点。在一个实施例中，采样模块302确定AC电源波形何时经过零幅度。这个已知点用于同步采样幅度与已存储阈值幅度。
在由采样模块302对经整流的AC电源波形进行采样的另一个实施例中，采样模块302确定一个最小幅度，其中该最小幅度通常代表的是输入AC电源波形过零时的点。在另一个实施例中，采样模块302使用正弦AC电源波形中的某个其他点，例如峰值电压，或是零交叉之后的某个规定时间。本领域技术人员将会认识到用于确定处于AC电源波形预定周期以内的已知点的其他方法。
在一个实施例中，采样模块302包括整流AC电源波形的整流器。举个例子，如果采样模块302在电源106的整流处理之前的某个节点采样AC电源波形，则采样模块302可以包括独立的整流器。该整流器通常是全桥整流器或是执行类似功能的整流器。在另一个实施例中，该整流器是半桥整流器。在典型的实施例中，采样模块302会在进行了电源106中的整流处理之后采样AC电源波形。然而，采样模块302也可以独立于电源106，于是可以包括整流器。在其他实施例中，采样模块302会在没有整流的情况下采样AC电源波形。在一个实施例中，所使用的是采样幅度的绝对值。在其他实施例中，也可以采样负电压，并且可将其与同样为负的已存储阈值幅度相比较。
在一个实施例中，电源故障检测装置110包括比较模块304，该模块将采样幅度与已存储阈值幅度相比较，以便获取比较结果。所述已存储阈值幅度对应于预定周期内部的已知点。举个例子，如果采样模块302使用了零交叉作为参考，那么采样模块302可以在零交叉之后1毫秒(“mS”)采样AC电源波形。然后，比较模块304可以将对应于零交叉之后1mS采样的幅度与已存储阈值幅度相比较。然后，采样模块302可以在零交叉之后的2mS采样AC电源波形，并且比较模块304随后可以将2mS采样的幅度与对应于2mS的已存储阈值幅度相比较。
在一个实施例中，比较模块304将采样与对应于采样时间的离散已存储阈值幅度相比较。在另一个实施例中，比较模块304将采样与从阈值幅度曲线或是构成曲线的离散点得到的已存储阈值幅度相比较。例如，所述已存储阈值幅度可以是使用线性近似或其他更复杂的曲线拟合而从中得到阈值幅度曲线的一组点。然后，比较模块304可以使用内插或是本领域技术人员已知的其他技术来为特定采样点推导已存储阈值幅度。本领域技术人员将会想到比较模块304对采样幅度与已存储的阈值幅度进行比较的其他方式。
比较模块304将采样幅度与已存储阈值幅度相比较以获取比较结果。该比较结果可以是具有一(即逻辑“1”)值和别的值(即逻辑“0”)的二进制数字，其中逻辑“1”表明采样幅度大于或等于已存储阈值幅度，而逻辑“0”表示采样幅度小于已存储阈值幅度。本领域技术人员将会想到比较模块304比较采样服务与已存储阈值幅度来获取比较结果的其他方式。
在一个实施例中，电源故障检测装置110包括将比较结果累积到最近比较结果的连续序列中的累积模块306。例如，累积模块306可以包括先入先出(“FIFO”)缓冲器，用以存储最近的比较结果，并在同时从FIFO缓冲器的后部弹出比较结果，以便始终存储一定数量的比较结果。在另一个实施例中，累积模块306包括一个缓冲器，其中该缓冲器会在采样AC电源波形中的已知点清零，然后在连续序列中存储比较结果直至缓冲器在下一个零交叉再次清零。在其他实施例中，累积模块306累积跨越了采样AC电源波形的一个以上的零交叉的比较结果。
在一个实施例中，累积模块306累积比较结果，其中该比较结果并未存储在连续序列中。例如，比较结果可以存储在缓冲器或存储器中，由此包括最近的比较结果，但是这些比较结果并不是按照特定顺序或序列排列的。本领域技术人员可以想到累积模块306用以将比较结果累积到最近比较结果的连续序列中的其他方式。
电源故障检测装置110包括警告模块308，如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，则警告模块308断言早期断电警告(“EPOW”)信号310。举个例子，如果累积模块306累积100个比较结果，并且有一个、十个、二十个或任何数量的最近存储比较结果表明采样幅度大于已存储阈值幅度，则警告模块308不会断言EPOW信号。另一方面，如果所累积的这100个比较结果中的全都表明采样幅度小于相应的已存储阈值幅度，则警告模块308断言EPOW信号310。
在不同实施例中，EPOW信号310可以是中断、消息、传送的数据分组、或是能够表明发生电源故障的其他信号。EPOW信号310可以被发送到计算机202、电子设备102、BMC、显示器、发光二极管(“LED”)等等。警告模块308可以断言各种形式的一个或多个EPOW信号310。然后，EPOW信号310可以触发某些其他动作，例如存储上下文以及相关联的缓冲器、存储器内容、状态等等。EPOW信号310可以触发用以将数据、命令、参数等等存储到数据存储设备的处理，并且还可以触发有序关机。EPOW信号310还可以触发另一个电源下备份计算机的启动，并且可以触发不间断电源的激活、与交流电源104的连接等等。本领域技术人员将会想到在警告模块308断言EPOW信号310时触发的其他动作。
在本发明中，EPOW信号310相比于现有技术早得多地被断言，由此增加了电源106完全耗尽之前可用于恢复的时间。
图4是示出了电源故障检测装置110的另一个实施例的示意性框图，其中该装置110包括在不同实施例中可能存在或者不全都存在的多个模块，这些模块，在这些实施例中。电源故障检测装置110可以包括采样模块302、比较模块304、累积模块306以及警告模块308，这些模块与在上文中参考图3描述的模块基本相似。电源故障检测装置110还可以包括初始化模块402、缓存模块404以及恢复模块406，在下文中将对这些模块进行描述。
电源故障检测装置110包括初始化模块402，用以对与预定周期内部的每个已知点相对应的已存储阈值幅度进行初始化，并且将已存储阈值幅度作为与已存储的阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准。举个例子，初始化模块402可以使用从采样模块302接收的采样幅度来获取采样波形，然后则可以将每一个采样以固定百分比扩缩，例如采样幅度的80％，由此获取已存储阈值幅度。举个例子，在半循环中，初始化模块402可以获取来自采样模块302的从被采样AC电源波形的零交叉开始的一系列采样幅度。每一个采样幅度通常会在整个半周期中发生幅度变化。然后，初始化模块402可以将每一个采样模块乘0.8，并且按顺序来存储采样以创建一组已存储阈值幅度。
在另一个实施例中，初始化模块402使用具有处于被采样AC波形的标称电压范围以内的幅度的理想正弦波形，然后将所述理想正弦波形与标量常数(例如0.5)相乘，以便获取经扩缩的理想正弦波形用于导出已存储阈值幅度。初始化模块402于是可以存储对应于预测采样时间的离散采样，或者可以在表格或其他数据结构中存储该经扩缩的波形，其中比较模块304可以得到已存储阈值幅度，以便与对应于正弦AC电源波形内部的同一时间点的采样幅度相比较。本领域技术人员将会想到初始化模块402可以获取采样或理想波形、并在随后通过扩缩波形来帮助取得或检索已存储阈值幅度的其他方式。
在一个实施例中，电源故障检测装置110包括缓存模块404，该模块通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度，以便与已存储阈值幅度相比较。缓存模块404可以包括FIFO缓冲器、堆栈、存储器中的位置、或是可以用于按顺序存储采样幅度的其他数据存储设备。
在一个实施例中，电源故障检测装置110包括恢复模块406。该恢复模块406响应于警告模块308断言EPOW信号310的处理而执行一个或多个恢复步骤。在一个实施例中，恢复模块406保存计算机202的数据。该数据可以包括与计算机202的当前上下文相关联的参数、存储器内容、缓冲器内容、变量、范围、状态、执行命令等等。在另一个实施例中，恢复模块406挂起计算机202的操作。通常，计算机202由电源供电，该电源接收经采样模块302采样且由警告模块308确定是否故障的AC电源波形。
图5是用于早期电源故障检测的***500的具体实施例的示意性框图。***500示出的是恢复模块406以及对EPOW信号310做出响应的相关装置的一个实施例。主电源106-1通过主连接器306-1与备份电源106-2串联连接，其中该备份电源具有备份连接器306-2用以向主计算机202-1提供DC电压504。还可以提供独立于主计算机202-1供电的备份计算机202-2。在另一个实施例中(未显示)，主电源106-1和备份电源106-2都可以直接与主计算机202-1并联连接，其中主计算机202-1可以被配置成接受主连接器306-1和备份连接器306-2两者。
在一个场景中，可以在主电源106-1中发觉即将到来的电源故障，由此导致警告模块308断言主EPOW信号310-1。响应于主EPOW信号310-1，主恢复模块406-1可以切换至备份电源106-2以替换主电源106-1，从而向主计算机202-1提供电力。备份电源106-2可以接收来自电池、发电机、与主电源106-1不同电路上的AC电源插座104等等的电力。
在后续场景中，可以在备份电源106-2内部发觉即将来临的电源故障，由此导致备份电源故障检测装置(未显示)断言备份EPOW信号310-2。响应于该备份EPOW信号310-2，可以激活备份恢复模块406-2。在一个实施例中，备份恢复模块406-2可以包括将主计算机202-1的数据存入存储子***502的软件。在另一个实施例中，数据处理可以由备份恢复模块406-2在主计算机202-1上从容挂起，然后以透明的故障切换方式在备份计算机202-2上重开。该备份计算机202-2可以访问备份恢复模块406-2存入存储子***502的数据。
图6是包含了电源故障检测装置110的一个实施例的数字信号处理平台(“DSP”)600的示意性框图。电源插头212作为AC电源104的源接收具有预定频率和相应预定周期的AC输入电力。AC输入电力由整流器602整流。模数(“A/D”)转换器604以预定频率倍数的采样频率606来采样整流器602的输出，用以采样处于预定周期内部的已知点的幅度。整流器602和A/D转换器604可以包括采样模块302。
A/D转换器604将数字编码的采样幅度608提供给嵌入式计算机610。该嵌入式计算机610可以由硬件平台和软件堆栈组成。硬件平台可以包括一个或多个处理器、总线、存储器、输入/输出接口以及非易失存储装置。软件堆栈可以包括固件、操作***和应用。比较模块304、累积模块306以及警告模块308可以包括在嵌入式计算机610上运行的软件，由此产生EPOW信号310。
在一个实施例中，数字编码的采样幅度608可以源于A/D转换器604的输出寄存器，并且伴之以用于表明何时该寄存器被载入的中断。响应于这个中断，嵌入式计算机610可以将数字编码的采样幅度608读入嵌入式计算机610的存储器中的队列。输出寄存器和队列则可以包括缓存模块404。
图7是示出了电源故障检测装置110的一个实施例的信号相关定时的时序图。举个例子，电源故障检测装置110可以使用结合图6描述的DSP 600来实施，以便产生EPOW信号310。AC电源波形702显示了来自AC电源104的电源插头212的AC电力314随时间变化的电压。可以看出的是，电源波形702是具有相应预定周期704的预定频率的正弦波。应该注意，在所显示的第二个完整周期期间，电源波形702的幅度开始随时间下降，此后保持为零，由此表示电源故障。
经整流的电源波形706显示了整流器602的输出随时间变化的电压。可以看出，经整流的电源波形706具有基本上是电源波形702绝对值的幅度。采样幅度708可以由A/D转换器604以采样频率606在时钟714的每个上升沿712在已知点710获取，其中该采样频率606是具有相应预定周期704的预定频率的倍数。然后，采样幅度708可以作为最近采样幅度的连续序列由缓存模块404缓存，并且由嵌入式计算机610处理。
与经整流的电源波形706并置的是阈值幅度716，其中该阈值幅度被显示为沿着相同时间线叠加的虚线波形，用来表示低于该阈值的经整流电源波形706的幅度指示电源故障。可以看出，阈值幅度716会在预定周期704的每一个半周期718上以相同的方式重复。在半周期718内部，处于每一个已知点710的阈值幅度716都可以作为已存储阈值幅度720而被连续存储在嵌入式计算机610的非易失存储装置中。于是，此后就可以从该非易失存储装置中访问相同的已存储阈值幅度720用于每一个连续半周期。
在嵌入式计算机610上运行的比较模块304于是可以连续地将每一个采样幅度708与位于下一个连续已知点710的相应的已存储阈值幅度720相比较，以便产生比较结果722(在此情况下为负)。由于经整流的电源波形706开始随时间降低，最终，当从已知点728获取的采样幅度726的绝对值小于相应的已保存阈值幅度730时，会得到正比较结果724。
累积模块306于是可以累积最近比较结果732的连续序列。如果有预定数量N的最近比较结果732全为正，则警告模块308就会断言EPOW信号310。在本示例中，预定值N是3，并且EPOW信号310的上升沿734是此时出现的。实践中，N通常会大到足以避免对AC电源波形702内的瞬态无害变化虚假地断言EPOW信号310。相反，N通常小到足以产生适当短的检测时间(“Ta”)736，从而在DC电压504的下降沿742之前在整个保持时间(“Tc”)740内部提供尽可能长的恢复时间(“Tb”)738。如果采样频率606是1MHz，并且为N选择的值是100，那么Ta 736是0.1ms，而这远远短于模拟方法的7～10ms。
图8是示出了根据本发明的用于电源故障检测的方法800的一个实施例的示意性流程图。该方法800始于802，并且采样804AC电源波形702以获取采样幅度708。获取806相应的已存储阈值幅度720并且与采样幅度708相比较808，以产生比较结果722，其中正比较结果724意味着采样幅度726的绝对值小于相应的已存储阈值幅度730。累积810比较结果722至最近比较结果732的连续序列中。警告模块308确定812是否最后N个结果都为正(即采样幅度小于已存储阈值幅度)。如果警告模块308确定812最后N个比较结果不全都为正，则方法800在下一个连续已知点710继续采样步骤804。如果警告模块308确定812最后N个比较结果都为正，则断言814EPOW信号310，并且该方法800结束816。
图9是示出了根据本发明的用于初始化电源故障检测装置110的方法900的一个实施例的示意性流程图。该方法900始于902，并确定904电源106的类型。所述类型可以包括频率、电压等等。电源故障检测装置110获取906与电源106的类型相对应的已存储阈值幅度720的连续序列，并且将阈值幅度存储908到嵌入式计算机610的存储区域内，例如非易失存储装置、存储器等等。在一个实施例中，初始化模块402确定910是否需要校准。如果初始化模块402确定910不需要校准，则该方法900结束920。
如果初始化模块402确定910需要初始校准，则采样模块302开始采样912AC电源波形702以获取始于半周期718开端的采样幅度708。在一个实施例中，采样模块402在AC电源波形702的连续半循环中针对同一个已知点710多次采样912AC电源波形702，并对其求取平均以产生采样幅度708。初始化模块402计算已存储阈值幅度720作为采样幅度708的绝对值的预定百分比X，并且存储916该阈值幅度720。采样模块302和初始化模块402重复步骤912、914和916，直至采样模块302识别918零交叉。在另一个实施例中，可以在每一个周期性校准间隔上使用多个存储区域中的一个，由此允许从一个存储区域获取806已存储阈值幅度720的现有值，同时将重新校准值存储916在另一个存储区域中，并且该方法900结束920。
图10是示出了根据本发明的用于***恢复的方法1000的一个实施例的示意性流程图。该方法1000始于1002，并且如果断言1004EPOW信号310，则主计算机202-1将任何预期的易失数据保存1006在存储子***502中。否则，该方法1000结束1020。如果备份电源106-2可用1008，则切换1010至备份电源106-2来替换主电源106-1用以向主计算机202-1供电，并且该方法1000结束1020。如果备份电源106-2不可用1008，并且备份计算机202-2也不可用1012，则该方法1000结束1020。
如果备份计算机202-2可用，则从容挂起1014主计算机202-1的操作，将处理上下文切换1016至备份计算机202-2，在备份计算机202-2上重开1018操作，并且该方法1000结束1020。注意到备份计算机202-2也可以访问主计算机202-1存入1006存储子***502的数据。
在不脱离本发明的精神或实质的情况下，本发明也可以用其他的特定形式来具体化。所描述的实施例在所有方面都仅被认为是说明性而不是限制性的。因此本发明的范围是由所附权利要求而非上文描述所表明的。落入权利要求及其等价方案的含义和范围内的所有变化都包含在这些权利要求的范围以内。

Claims (16)

1.一种用于确定电源故障的装置，该装置包括：
接收交流电电源波形的电源，其中该电源波形包括预定频率以及相应的预定周期；
整流器，该整流器整流电源波形来产生经整流的电源波形；
模数转换器，该模数转换器对经整流的电源波形进行采样，其中所述采样在预定频率倍数的采样频率上进行，所述采样在预定周期内部的已知点获取采样幅度；
初始化模块，该初始化模块对与预定周期内部的每一个已知点相对应的已存储阈值幅度进行初始化，并且将已存储阈值幅度作为与已存储的阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准，其中，初始化中，对从模数转换器接收的半循环中的采样幅度以固定百分比扩缩来获取已存储阈值幅度；
缓存模块，该缓存模块通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度；
比较模块，该比较模块将采样幅度与已存储阈值幅度相比较以获取比较结果；
累积模块，该累积模块累积最近的比较结果；以及
警告模块，如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，该警告模块则断言早期断电警告信号。
2.一种用于确定电源故障的装置，该装置包括：
采样模块，该采样模块采样交流电电源波形，其中该电源波形包括针对电源的输入，并且包括预定频率以及相应的预定周期，所述采样在预定频率倍数的采样频率上进行，所述采样在预定周期内部的已知点获取采样幅度；
初始化模块，该初始化模块对与预定周期内部的每一个已知点相对应的已存储阈值幅度进行初始化，并且将已存储阈值幅度作为与已存储的阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准，其中，初始化中，对从模数转换器接收的半循环中的采样幅度以固定百分比扩缩来获取已存储阈值幅度；
比较模块，该比较模块将采样幅度与已存储阈值幅度相比较以获取比较结果；
累积模块，该累积模块累积最近的比较结果；以及
警告模块，如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，该警告模块则断言一个早期断电警告信号。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括：恢复模块，其中响应于早期断电警告信号，该恢复模块执行保存计算机数据以及挂起计算机操作中的一个或多个，该计算机由接收电源波形的电源供电。
4.根据权利要求2所述的装置，其中采样模块包括整流器，该整流器对电源波形进行整流，以便使采样幅度为绝对值形式。
5.根据权利要求2所述的装置，还包括：缓存模块，该缓存模块通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度，用来与已存储阈值幅度相比较。
6.根据权利要求2所述的装置，还包括：
接收电源波形的电源；以及
由电源供电的计算机。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：响应于早期断电警告信号来保存计算机数据的存储子***。
8.根据权利要求6所述的装置，还包括：备份计算机，其中该备份计算机是响应于早期断电警告信号而被激活的。
9.根据权利要求6所述的装置，其中电源包括主电源，并且还包括备份电源，其中备份电源响应于早期断电警告信号而向主电源供电的负载提供电力。
10.一种用于确定电源故障的机器实现方法，该方法使用权利要求3所述的用于确定电源故障的装置执行，该方法包括：
采样交流电电源波形，其中该电源波形包括针对电源的输入，并且包括预定频率以及相应的预定周期，所述采样在预定频率倍数的采样频率上进行，所述采样在预定周期内部的已知点获取采样幅度；
对与预定周期内部的每一个已知点相对应的已存储阈值幅度进行初始化，并且将已存储阈值幅度作为与已存储的阈值幅度相对应的预定周期内部已知点上的采样幅度的预定百分比来进行校准，其中，初始化中，对从模数转换器接收的半循环中的采样幅度以固定百分比扩缩来获取已存储阈值幅度；
将采样幅度与已存储阈值幅度相比较以获取比较结果；
累积最近的比较结果；以及
如果预定数量的最近比较结果全都表明采样幅度的绝对值小于已存储阈值幅度，则断言早期断电警告信号；
响应于早期断电警告信号，执行保存由接收电源波形的电源供电的计算机的数据或者挂起该计算机的操作之一。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：在比较采样幅度与已存储阈值幅度之前，通过最近采样幅度的连续序列来缓存采样幅度。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：对已存储阈值幅度的所述校准是以周期性间隔来执行的，其中已存储阈值幅度保存在多个存储区域中的一个区域用于每一个连续间隔。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于早期断电警告信号，保存由接收电源波形的电源供电的计算机的数据。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于早期断电警告信号，挂起计算机的操作。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于早期断电警告信号，激活备份计算机。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：响应于早期断电警告信号，使用备份电源来向负载提供电力，所述负载与接收交流电电源波形的电源相连。
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