專利名稱：用于早期精確檢測ac電源損失的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電源供電，尤其涉及的是早期電源故障檢測。
背景技術：
相關技術描述 隨著對于供電技術的信任度的與日倶增，即使短暫的電源中斷也有可能產生破壞性很強的影響。對于信息技術尤為如此，因為斷電重要數(shù)據(jù)可能丟失，并且可能需要大量時間來使被影響的系統(tǒng)返回在線狀態(tài)，還可能導致潛在的嚴重后果。 高速計算機系統(tǒng)能夠在數(shù)毫秒的時間里執(zhí)行大量處理，從而能夠在提供了預警的情況下在發(fā)生電源故障的相對較短時間內多少減輕電源中斷的影響。在少量但卻有限的時間、即電源保持時間內，輸入功率電平會下降并且存儲在電源的大容量電容中的能量會耗盡。如果可以更早提供電源故障迫近的警報，那么在這寶貴的剩余數(shù)毫秒中系統(tǒng)就可以完成更多的任務以減輕影響。

發(fā)明內容
從先前論述中應該顯見，對于盡可能早地檢測電源供電故障的裝置、系統(tǒng)和方法的需要長久以來都未得到滿足。非常有益的是，此類裝置、系統(tǒng)和方法可以足夠早地檢測到電力損耗，由此允許在必要時從容關機，以及在可能情況下恢復由電源供電的電子設備。
本發(fā)明是響應于本領域的當前狀態(tài)開發(fā)的，尤其是響應于迄今為止已被證實在本領域中難以使用當前可用的早期電源故障檢測解決的問題和需要而開發(fā)的。相應地，通過開發(fā)本發(fā)明，提供了一種用于早期電源故障檢測的裝置、系統(tǒng)和方法，以克服上述本領域中的很多或所有缺陷。 典型的電源保持時間取決于升壓電容器的大小，并且該時間約為20毫秒("ms")，或者是大約60赫茲("Hz")的交流電("AC")電源的一個循環(huán)。 一種用于檢測電源故障的方法是使用模擬比較器電路來比較AC電源電壓和參考電壓。如果該電壓降至所述參考電壓以下，則生成早期斷電警報("EPOW")信號。 由于AC電壓按正弦波形持續(xù)變化并且會在每個循環(huán)兩次過零點，因此不能直接與恒定的參考電壓相比較。整流器可以用于保持正電壓，所述正電壓隨后可以通過具有時間常數(shù)的電容器饋送，這樣一來，電壓即便有波動但在正常操作中仍會保持在參考電壓以上。但是，在電源故障時，電壓仍舊需要大約半個循環(huán)或是7 10ms的時間落到參考電壓以下，由此將會消耗原本可用于系統(tǒng)恢復的20ms保持時間中的很大一部分時間。
—種更為新穎的方法是數(shù)字化AC電壓，并且借助數(shù)字信號處理("DSP")機制來對其進行分析。EPOW信號于是可以更早地產生，由此幾乎加倍可用于系統(tǒng)恢復的時間。
用于確定電源故障的裝置配有多個模塊，這些模塊被配置成功能上執(zhí)行監(jiān)視AC電源的必要步驟，其中所述步驟是如下執(zhí)行的對AC電源進行采樣，將采樣數(shù)據(jù)與已知的良好數(shù)據(jù)相比較，累積比較結果，以及根據(jù)所累積的比較圖案向電子設備警告即將來臨的電源故障。所描述的實施例中的這些模塊包括采樣模塊、比較模塊、累積模塊以及警告模塊。 在一個實施例中，該裝置被配置成具有采樣模塊，其中該采樣模塊在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率上采樣具有所述預定頻率和相應的預定周期的AC電源波形作為電源輸入，以便在預定周期內部的已知點獲取采樣幅度。比較模塊將采樣幅度與已存儲的預定閾值幅度相比較，以便獲取與預定周期內部的已知點相對應的比較結果。累積模塊累積最近的比較結果。如果預定數(shù)量的最近比較結果中的每一個都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，則警告模塊斷言EP0W信號。 在一個實施例中，采樣模塊可以包括整流器，該整流器對電源波形進行整流，以使采樣幅度處于絕對值形式。此外，緩存模塊可以通過最近采樣幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度，以便與已存儲閾值幅度相比較。 在一個實施例中，該裝置還被配置成具有初始化模塊，其中所述初始化模塊對與預定周期內部的每一個已知點相對應的已存儲閾值幅度進行初始化。該初始化模塊將已存儲閾值幅度作為與已存儲閾值幅度相對應的預定周期內部已知點上的采樣幅度的預定百分比來進行校準。在另一個實施例中，該裝置可以包括恢復模塊，其中該模塊響應于EPOW信號保存計算機數(shù)據(jù)和/或掛起計算機操作。 本發(fā)明的系統(tǒng)或裝置還被提出用于確定電源故障。該系統(tǒng)可以具體化為計算機、電源以及電源故障檢測裝置，其中該裝置與如上所述的電源故障檢測裝置基本相似。特別地，在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括響應于EP0W信號保存計算機數(shù)據(jù)的存儲子系統(tǒng)。
該系統(tǒng)還可以包括響應于EPOW信號而被激活的備份計算機。在所述電源是主電源的另一個實施例中，該系統(tǒng)可以包括備份電源。所述備份電源響應于早期斷電警告信號來為主電源供電的負載提供電力。 此外，本發(fā)明的一種方法也被提出用于確定電源故障。在公開的實施例中，所述方法主要包括執(zhí)行在上文中對照所述裝置和系統(tǒng)的操作所給出的功能所必需的步驟。在一個實施例中，該方法包括對交流電("AC")電源波形進行采樣。該電源波形包括電源輸入、預定頻率以及相應的預定周期。采樣在一個作為預定頻率倍數(shù)的頻率上進行。該采樣獲取預定周期內部的已知點上的采樣幅度。該方法還包括將采樣幅度與對應于預定周期內部已知點的已存儲閾值幅度相比較。該方法包括累積最近的比較結果，以及如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，則斷言EP0W信號。
該方法包括初始化所述與預定周期內部的每一個已知點相對應的已存儲閾值幅度。該方法還可以包括將已存儲閾值幅度作為與已存儲閾值幅度相對應的預定周期內部已知點上的采樣幅度的預定百分比來進行校準。校準已存儲閾值幅度可以周期性間隔執(zhí)行，其中已存儲閾值幅度存儲在多個存儲區(qū)域中的一個區(qū)域用于每一個連續(xù)間隔，由此允許從一個存儲區(qū)域獲取已存儲閾值幅度的現(xiàn)有值，同時將重新校準的值存儲在另一個存儲區(qū)域中。該方法還可以包括在將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較之前，通過最近采樣幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度。 在另一個實施例中，該方法可以包括減輕電源故障對電子設備的影響的步驟，例如為電源提供備份電源。對包含計算機或類似裝置的電子設備來說，該方法還可以包括響應于EPOW信號，對由接收電源波形的電源供電的計算機的數(shù)據(jù)進行保存。該方法可以包括響應于EP0W信號掛起計算機的操作。該方法還可以包括響應于EPOW信號而激活備份計算機。此外，該方法還可以包括響應于EPOW信號而借助備份電源來為負載提供電力，其中所述負載與接收AC電源波形的電源相連。 在本說明書中，對于特征、優(yōu)點的引用或類似言語并不暗示所有那些可以借助本發(fā)明實現(xiàn)的特征和優(yōu)點都應該處于本發(fā)明的任何單個實施例中。相反，有關這些特征和優(yōu)點的言語將被理解成是指在本發(fā)明的至少一個實施例中包含了結合實施例描述的特定特征、優(yōu)點或特性。由此，在本說明書中，關于特征和優(yōu)點的論述以及類似言語有可能但并不一定涉及相同的實施例。 此外，在一個或多個實施例中，所描述的發(fā)明特征、優(yōu)點和特性可以采用任何適當?shù)姆绞絹斫M合。相關領域技術人員將會了解，本發(fā)明是可以在沒有特定實施例的一個或多個特定特征或優(yōu)點的情況下實現(xiàn)的。在其他實例中，在某些實施例中可以認識到在本發(fā)明的所有實施例中均未給出的附加特征和優(yōu)點。 本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點將會從以下描述和所附權利要求中更為顯見，還可以通過實踐如下所述的發(fā)明來獲悉。


為使本發(fā)明的優(yōu)點易于理解，在這里將會參考附圖中示出的特定實施例來對上文簡述的本發(fā)明進行更詳細描述。應理解這些附圖只是描述本發(fā)明的典型實施例并且由此不應被認為限制本發(fā)明的范圍，通過附圖并使用附加特征和細節(jié)來描述和說明本發(fā)明，在附圖中 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測的系統(tǒng)的示意性框圖； 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測的系統(tǒng)的特定實施例的示意性框
圖； 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的電源故障檢測裝置的一個實施例的示意性框 圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的電源故障檢測裝置的另一個實施例的示意性框 圖5是示出了恢復模塊和相關設備實施例的系統(tǒng)的另一個實施例的示意性框 圖6是示出了包含電源故障檢測裝置實施例的數(shù)字信號處理平臺("DSP")的示意性框圖； 圖7是示出了用于產生EPOW信號的DSP的信號相關定時的時序圖； 圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測的方法的一個實施例的示意性流
程圖； 圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測裝置初始化的方法的一個實施例的示意性流程圖；以及 圖IO是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于系統(tǒng)恢復的方法的一個實施例的示意性流程圖。
具體實施例方式
本說明書中描述的眾多功能單元已被標記為模塊，以便更具體地強調其實施獨立性。舉個例子，模塊可以實現(xiàn)為包括定制VLSI電路或門陣列、諸如邏輯芯片之類的現(xiàn)成半導體器件、晶體管或其他分立組件的硬件電路。模塊還可以實現(xiàn)為可編程硬件器件，例如現(xiàn)場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件等等。 模塊也可以實現(xiàn)為由不同類型的處理器執(zhí)行的軟件。例如，可執(zhí)行代碼識別模塊包括計算機指令的一個或多個物理或邏輯組塊，其中舉例來說，所述組塊可以作為對象、過程或函數(shù)來組織。然而，識別模塊的可執(zhí)行文件在物理上未必是在一起的，而是可以包括存儲在不同位置的不同指令，這些指令在邏輯上結合時將會構成模塊，并且實現(xiàn)為所述模塊所規(guī)定的用途。 實際上，可執(zhí)行代碼模塊可以是單個指令或者眾多指令，甚至可以分布于若干個
不同的碼段、不同的程序以及跨越若干個存儲設備。同樣，在這里可以在模塊內部標識和例
證操作數(shù)據(jù)，并且可以用任何適當?shù)男问絹砭唧w化，并組織在任何適當類型的數(shù)據(jù)結構中。
所述操作數(shù)據(jù)既可以作為單個數(shù)據(jù)集來收集，也可以分布在包括不同存儲設備在內的不同
位置，并且至少部分可以僅僅作為系統(tǒng)或網絡上的電子信號而存在。當在軟件中實施模塊
或是模塊的某些部分時，這些軟件部分存儲在一個或多個計算機可讀介質中。 在本說明書中，對于"一個實施例"、"某個實施例"或類似術語的引用意味著在本
發(fā)明的至少一個實施例中包含了結合實施例描述的特定特征、結構或特性。因此，在本說明
書中出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"、"在某個實施例中"以及類似的術語有可能但未必全都
涉及同一實施例。 對于計算機可讀介質的引用可以采用任何能在數(shù)字處理設備上存儲機器可讀指
令的形式。計算機可讀介質可以具體化為傳輸線、致密盤、數(shù)字視頻盤、磁帶、伯努利驅動
器、磁盤、穿孔卡、閃存、集成電路或是其他數(shù)字處理裝置的存儲設備來實現(xiàn)。 此外，在一個或多個實施例中，所描述的發(fā)明特征、結構或特性可以采用任何適當
的方式來組合。在以下描述中將會提供眾多具體細節(jié)，以便提供關于本發(fā)明實施例的全面理解，其中舉例來說，所述細節(jié)可以是編程示例、軟件模塊、用戶選擇、網絡事務、數(shù)據(jù)庫查
詢、數(shù)據(jù)庫結構、硬件模塊、硬件電路、硬件芯片等等。但是，相關領域的技術人員將會了解，本發(fā)明是可以在沒有一個或多個特定細節(jié)的情況下實施的，或者是可以借助其他方法、組件、材料等等來實現(xiàn)的。在其他實例中，眾所周知的結構、材料或操作并未詳細顯示或描述，以免混淆本發(fā)明的觀點。 這里包含的示意性流程圖主要是作為邏輯流程圖來闡述的。同樣，所描述的順序
和標記的步驟指示的是所給出的方法的一個實施例。在功能、邏輯或效果上與例證方法的
一個或多個步驟或是其某些部分相等價的其他步驟和方法同樣是可以考慮的。此外，提供
所使用的格式和符號是為了說明方法的邏輯步驟，并且不應該將其理解成是限制本發(fā)明的
范圍。雖然在流程圖中可以使用不同的箭頭類型和線條類型，但是它們將被理解成沒有限
制相應方法的范圍。實際上，某些箭頭或其他連接符可能僅用于指示該方法的邏輯流程。例
如，箭頭可以指示在所描述方法的枚舉步驟之間未規(guī)定持續(xù)時間的等待或監(jiān)視周期。此外，
特定方法的順序既有可能嚴格遵從也有可能不嚴格遵從所顯示的相應步驟的順序。 圖1是示出了本發(fā)明的系統(tǒng)100的示意性框圖。該系統(tǒng)100包括交流電("AC")
電源104以及帶有電源106、負載108和電源故障檢測裝置110的電子設備102，在下文中
將對其進行描述。 系統(tǒng)100包括由AC電源104供電的電子設備102。在一個實施例中，AC電源104是由公共設施供應的建筑物電源。在另一個實施例中，AC電源104是變換器。在一個實施例中，AC電源104是單相電源。而在另一個實施例中，AC電源104是三相電源。AC電源104通常以正弦電壓波形的形式來向電子設備102提供電力，但是，在提供給電子負載102的波形中也存在諧波內容。正弦電壓波形通常具有固定基頻，例如60赫茲("Hz")或50Hz。 AC電源104可以供應120V、208V、240V、480V或其他電壓。本領域技術人員還會想到具有其他類型或特性的AC電源104。 系統(tǒng)100包括電子設備102，其中該電子設備102包括至少一個負載108。電子設備102可以是個人計算機、服務器、主機、刀片服務器中心中的刀片服務器、大型計算機、路由器、交換機、諸如打印機之類的外設、器材、或是其他那些可以得益于電源故障檢測裝置110的設備。負載108通常包括電子組件、數(shù)據(jù)存儲設備、處理器等等，并且可以包括其他耗電設備，例如馬達、揚聲器等等。通常，負載108處于電子設備102內部，但在其他實施例中，至少一部分負載108位于電子設備102以外。舉個例子， 一個或多個電子外設設備可以從電子設備102那里得到電力，例如通過通用串行總線("USB")連接。
在一個實施例中，系統(tǒng)100包括以一種適合負載108的輸入需求的方式來提供電力的電源106。由電源106提供的電力的形式可以包括具有一個或多個頻率或幅度的AC電力，具有一個或多個電壓電平的直流("DC")電力等等。在一個實施例中，電源106包含在電子設備102的內部。在另一個實施例中，電源106位于電子設備102的外部。例如，電源102可以是刀片服務器中心的一部分，并且電子設備102可以是刀片服務器中心的刀片服務器。在一個實施例中，系統(tǒng)IOO包括兩個或更多個電源106。例如，系統(tǒng)100可以要求冗余電源106。本領域技術人員將會想到系統(tǒng)100中可以得益于電源故障檢測裝置110的其他類型和配置的電源106。 在一個實施例中，系統(tǒng)100包括兩個或多個電子設備102。例如，每一個電子設備都可以是機架中的服務器或是刀片服務器中心的刀片服務器。 一個或多個電子設備102可以包括備份計算機或服務器。在下文中將會更詳細地描述備份計算機和服務器。在另一個實施例中，系統(tǒng)100包括一個或多個數(shù)據(jù)存儲設備。例如，刀片服務器中心可以包括一個或多個磁盤驅動器、磁帶驅動器、光學驅動器、固態(tài)存儲設備等等。在下文中將會更詳細地描述與電源故障檢測裝置110相結合的數(shù)據(jù)存儲設備的操作。 系統(tǒng)IOO包括電源故障檢測裝置IIO，用以監(jiān)視AC電源104并且執(zhí)行用于在AC電源損失或降級的情況下維持電子設備100的操作完整性的功能。在一個實施例中，電源故障檢測裝置IIO位于電子設備102中。在另一個實施例中，整個電源故障檢測裝置110或是它的一部分位于電子設備102的外部。例如，系統(tǒng)IOO可以包括刀片服務器中心，并且電源故障檢測裝置110可以是基板管理控制器("BMC")的一部分，或者還可以位于通過總線而與一個或多個刀片服務器相連的刀片服務器中心的電源106中。本領域技術人員將會想到電源故障檢測裝置110的其他實施方式。在下文中將會更詳細地描述電源故障檢測裝置110的功能。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測的系統(tǒng)200的另一個實施例的示意性框圖。該系統(tǒng)200包括帶有電源故障檢測裝置110的電源106、計算機202、直流("DC")電壓連接、連接器206、接地面208、AC電源連接210、以及電源插頭212，在下文中將對其進行描述。圖2所述的系統(tǒng)200可以代表刀片服務器中心、計算機機架、或是其他那些電源106
8與計算機202分離的實施方式。 系統(tǒng)200包括作為負載108的一個實施例的計算機202。計算機202可以經由連接器206接收來自電源106的至少一個DC電壓204。在一個實施例中，連接器206也可以接地至接地面208。通常，計算機202還連接到接地面208 (未顯示)。接地面208可以是機殼接地、以電源106的次級端為參考點的絕緣接地、或是本領域技術人員已知的其他接地。
電源106可以通過直接連接、經由總線等向計算機202提供一個或多個DC電壓204。其他必要的DC電壓可以由DC-DC轉換器(未顯示)來提供。在所顯示的實施例中，電源故障檢測裝置IIO位于電源106內部，但在其他實施例中，整個電源故障檢測裝置110或是它的一部分位于電源106的外部。在該實施例中，電源106通過AC電源連接210和電源插頭212接收來自AC電源104的AC電力，其中舉例來說，所述AC電力有可能源自電業(yè)電網，或是其他AC電源104。電源106可以包括AC適配器、不間斷電源("UPS")、開關電源("SPS")等等。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的電源故障檢測裝置110的實施例的示意性框圖。電源故障檢測裝置110包括采樣模塊302、比較模塊304、累積模塊306以及警告模塊308，在下文中將會對其進行描述。 在一個實施例中，電源故障檢測模塊110包括對來自電源104的AC電源波形進行采樣的采樣模塊302 。所述電源波形是電源的輸入電力，并且包含了預定頻率和相應的預定周期。通常，該頻率是60Hz、50Hz、400Hz或是來自公共設施或其他電源系統(tǒng)的其他標準頻率，但也可以是別的頻率。在一個實施例中，采樣模塊302對AC電壓波形進行采樣，但也可以采樣電流波形。 通常，AC電壓波形具有非常一致的幅度，并且該幅度可以在規(guī)定范圍以內隨時間改變。例如，AC電壓波形可以具有大小為115伏("V")的標稱均方根("RMS")值，但是它也可以在110 120VRMS的范圍中變化。在三相系統(tǒng)中，線間AC電壓的范圍可以是200 208VRMS。由于負載狀況、與電源104的距離、電源104的剛度等等，可以預料電壓波動。暫態(tài)電壓擺動也有可能導致AC電壓波形短期低于期望標稱范圍。 采樣模塊302在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率上執(zhí)行采樣。舉個例子，如果預定頻率是60Hz，那么采樣模塊302會以60Hz的某個倍數(shù)來采樣AC電源波形。采樣模塊302通過采樣AC電源波形來獲取預定周期內部的已知點上的采樣幅度。通常，采樣模塊302用采樣來標引正弦AC電源波形周期內部的某個已知點。在一個實施例中，采樣模塊302確定AC電源波形何時經過零幅度。這個已知點用于同步采樣幅度與已存儲閾值幅度。
在由采樣模塊302對經整流的AC電源波形進行采樣的另一個實施例中，采樣模塊302確定一個最小幅度，其中該最小幅度通常代表的是輸入AC電源波形過零時的點。在另一個實施例中，采樣模塊302使用正弦AC電源波形中的某個其他點，例如峰值電壓，或是零交叉之后的某個規(guī)定時間。本領域技術人員將會認識到用于確定處于AC電源波形預定周期以內的已知點的其他方法。 在一個實施例中，采樣模塊302包括整流AC電源波形的整流器。舉個例子，如果采樣模塊302在電源106的整流處理之前的某個節(jié)點采樣AC電源波形，則采樣模塊302可以包括獨立的整流器。該整流器通常是全橋整流器或是執(zhí)行類似功能的整流器。在另一個實施例中，該整流器是半橋整流器。在典型的實施例中，采樣模塊302會在進行了電源106中的整流處理之后采樣AC電源波形。然而，采樣模塊302也可以獨立于電源106，于是可以包括整流器。在其他實施例中，采樣模塊302會在沒有整流的情況下采樣AC電源波形。在一個實施例中，所使用的是采樣幅度的絕對值。在其他實施例中，也可以采樣負電壓，并且可將其與同樣為負的已存儲閾值幅度相比較。 在一個實施例中，電源故障檢測裝置110包括比較模塊304，該模塊將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較，以便獲取比較結果。所述已存儲閾值幅度對應于預定周期內部的已知點。舉個例子，如果采樣模塊302使用了零交叉作為參考，那么采樣模塊302可以在零交叉之后1毫秒("mS")采樣AC電源波形。然后，比較模塊304可以將對應于零交叉之后lmS采樣的幅度與已存儲閾值幅度相比較。然后，采樣模塊302可以在零交叉之后的2mS采樣AC電源波形，并且比較模塊304隨后可以將2mS采樣的幅度與對應于2mS的已存儲閾值幅度相比較。 在一個實施例中，比較模塊304將采樣與對應于采樣時間的離散已存儲閾值幅度相比較。在另一個實施例中，比較模塊304將采樣與從閾值幅度曲線或是構成曲線的離散點得到的已存儲閾值幅度相比較。例如，所述已存儲閾值幅度可以是使用線性近似或其他更復雜的曲線擬合而從中得到閾值幅度曲線的一組點。然后，比較模塊304可以使用內插或是本領域技術人員已知的其他技術來為特定采樣點推導已存儲閾值幅度。本領域技術人員將會想到比較模塊304對采樣幅度與已存儲的閾值幅度進行比較的其他方式。
比較模塊304將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較以獲取比較結果。該比較結果可以是具有一 (即邏輯"l")值和別的值(即邏輯"O")的二進制數(shù)字，其中邏輯"l"表明采樣幅度大于或等于已存儲閾值幅度，而邏輯"O"表示采樣幅度小于已存儲閾值幅度。本領域技術人員將會想到比較模塊304比較采樣服務與已存儲閾值幅度來獲取比較結果的其他方式。 在一個實施例中，電源故障檢測裝置110包括將比較結果累積到最近比較結果的連續(xù)序列中的累積模塊306。例如，累積模塊306可以包括先入先出("FIFO")緩沖器，用以存儲最近的比較結果，并在同時從FIFO緩沖器的后部彈出比較結果，以便始終存儲一定數(shù)量的比較結果。在另一個實施例中，累積模塊306包括一個緩沖器，其中該緩沖器會在采樣AC電源波形中的已知點清零，然后在連續(xù)序列中存儲比較結果直至緩沖器在下一個零交叉再次清零。在其他實施例中，累積模塊306累積跨越了采樣AC電源波形的一個以上的零交叉的比較結果。 在一個實施例中，累積模塊306累積比較結果，其中該比較結果并未存儲在連續(xù)序列中。例如，比較結果可以存儲在緩沖器或存儲器中，由此包括最近的比較結果，但是這些比較結果并不是按照特定順序或序列排列的。本領域技術人員可以想到累積模塊306用以將比較結果累積到最近比較結果的連續(xù)序列中的其他方式。 電源故障檢測裝置110包括警告模塊308，如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，則警告模塊308斷言早期斷電警告("EPOW")信號310。舉個例子，如果累積模塊306累積100個比較結果，并且有一個、十個、二十個或任何數(shù)量的最近存儲比較結果表明采樣幅度大于已存儲閾值幅度，則警告模塊308不會斷言EPOW信號。另一方面，如果所累積的這IOO個比較結果中的全都表明采樣幅度小于相應的已存儲閾值幅度，則警告模塊308斷言EPOW信號310。
在不同實施例中，EP0W信號310可以是中斷、消息、傳送的數(shù)據(jù)分組、或是能夠表明發(fā)生電源故障的其他信號。EP0W信號310可以被發(fā)送到計算機202、電子設備102、BMC、顯示器、發(fā)光二極管("LED")等等。警告模塊308可以斷言各種形式的一個或多個EP0W信號310。然后，EP0W信號310可以觸發(fā)某些其他動作，例如存儲上下文以及相關聯(lián)的緩沖器、存儲器內容、狀態(tài)等等。EP0W信號310可以觸發(fā)用以將數(shù)據(jù)、命令、參數(shù)等等存儲到數(shù)據(jù)存儲設備的處理，并且還可以觸發(fā)有序關機。EPOW信號310還可以觸發(fā)另一個電源下備份計算機的啟動，并且可以觸發(fā)不間斷電源的激活、與交流電源104的連接等等。本領域技術人員將會想到在警告模塊308斷言EPOW信號310時觸發(fā)的其他動作。
在本發(fā)明中，EPOW信號310相比于現(xiàn)有技術早得多地被斷言，由此增加了電源106完全耗盡之前可用于恢復的時間。 圖4是示出了電源故障檢測裝置110的另一個實施例的示意性框圖，其中該裝置IIO包括在不同實施例中可能存在或者不全都存在的多個模塊，這些模塊，在這些實施例中。電源故障檢測裝置110可以包括采樣模塊302、比較模塊304、累積模塊306以及警告模塊308，這些模塊與在上文中參考圖3描述的模塊基本相似。電源故障檢測裝置110還可以包括初始化模塊402、緩存模塊404以及恢復模塊406，在下文中將對這些模塊進行描述。
電源故障檢測裝置110包括初始化模塊402，用以對與預定周期內部的每個已知點相對應的已存儲閾值幅度進行初始化，并且將已存儲閾值幅度作為與已存儲的閾值幅度相對應的預定周期內部已知點上的采樣幅度的預定百分比來進行校準。舉個例子，初始化模塊402可以使用從采樣模塊302接收的采樣幅度來獲取采樣波形，然后則可以將每一個采樣以固定百分比擴縮，例如采樣幅度的80%，由此獲取已存儲閾值幅度。舉個例子，在半循環(huán)中，初始化模塊402可以獲取來自采樣模塊302的從被采樣AC電源波形的零交叉開始的一系列采樣幅度。每一個采樣幅度通常會在整個半周期中發(fā)生幅度變化。然后，初始化模塊402可以將每一個采樣模塊乘0. 8，并且按順序來存儲采樣以創(chuàng)建一組已存儲閾值幅度。 在另一個實施例中，初始化模塊402使用具有處于被采樣AC波形的標稱電壓范圍
以內的幅度的理想正弦波形，然后將所述理想正弦波形與標量常數(shù)(例如0. 5)相乘，以便
獲取經擴縮的理想正弦波形用于導出已存儲閾值幅度。初始化模塊402于是可以存儲對應
于預測采樣時間的離散采樣，或者可以在表格或其他數(shù)據(jù)結構中存儲該經擴縮的波形，其
中比較模塊304可以得到已存儲閾值幅度，以便與對應于正弦AC電源波形內部的同一時間
點的采樣幅度相比較。本領域技術人員將會想到初始化模塊402可以獲取采樣或理想波
形、并在隨后通過擴縮波形來幫助取得或檢索已存儲閾值幅度的其他方式。 在一個實施例中，電源故障檢測裝置110包括緩存模塊404，該模塊通過最近采樣
幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度，以便與已存儲閾值幅度相比較。緩存模塊404可以包括
FIFO緩沖器、堆棧、存儲器中的位置、或是可以用于按順序存儲采樣幅度的其他數(shù)據(jù)存儲設備。 在一個實施例中，電源故障檢測裝置110包括恢復模塊406。該恢復模塊406響應于警告模塊308斷言EPOW信號310的處理而執(zhí)行一個或多個恢復步驟。在一個實施例中，恢復模塊406保存計算機202的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以包括與計算機202的當前上下文相關聯(lián)的參數(shù)、存儲器內容、緩沖器內容、變量、范圍、狀態(tài)、執(zhí)行命令等等。在另一個實施例中，恢復模塊406掛起計算機202的操作。通常，計算機202由電源供電，該電源接收經采樣模塊302采樣且由警告模塊308確定是否故障的AC電源波形。 圖5是用于早期電源故障檢測的系統(tǒng)500的具體實施例的示意性框圖。系統(tǒng)500示出的是恢復模塊406以及對EP0W信號310做出響應的相關裝置的一個實施例。主電源106-1通過主連接器306-1與備份電源106-2串聯(lián)連接，其中該備份電源具有備份連接器306-2用以向主計算機202-1提供DC電壓504。還可以提供獨立于主計算機202-1供電的備份計算機202-2。在另一個實施例中(未顯示)，主電源106-1和備份電源106-2都可以直接與主計算機202-1并聯(lián)連接，其中主計算機202-1可以被配置成接受主連接器306-1和備份連接器306-2兩者。 在一個場景中，可以在主電源106-1中發(fā)覺即將到來的電源故障，由此導致警告模塊308斷言主EPOW信號310-1。響應于主EPOW信號310-1，主恢復模塊406-1可以切換至備份電源106-2以替換主電源106-1，從而向主計算機202-1提供電力。備份電源106-2可以接收來自電池、發(fā)電機、與主電源106-1不同電路上的AC電源插座104等等的電力。
在后續(xù)場景中，可以在備份電源106-2內部發(fā)覺即將來臨的電源故障，由此導致備份電源故障檢測裝置(未顯示)斷言備份EPOW信號310-2。響應于該備份EPOW信號310-2，可以激活備份恢復模塊406-2。在一個實施例中，備份恢復模塊406-2可以包括將主計算機202-1的數(shù)據(jù)存入存儲子系統(tǒng)502的軟件。在另一個實施例中，數(shù)據(jù)處理可以由備份恢復模塊406-2在主計算機202-1上從容掛起，然后以透明的故障切換方式在備份計算機202-2上重開。該備份計算機202-2可以訪問備份恢復模塊406-2存入存儲子系統(tǒng)502的數(shù)據(jù)。 圖6是包含了電源故障檢測裝置110的一個實施例的數(shù)字信號處理平臺("DSP")600的示意性框圖。電源插頭212作為AC電源104的源接收具有預定頻率和相應預定周期的AC輸入電力。AC輸入電力由整流器602整流。模數(shù)("A/D")轉換器604以預定頻率倍數(shù)的采樣頻率606來采樣整流器602的輸出，用以采樣處于預定周期內部的已知點的幅度。整流器602和A/D轉換器604可以包括采樣模塊302。
A/D轉換器604將數(shù)字編碼的采樣幅度608提供給嵌入式計算機610。該嵌入式計算機610可以由硬件平臺和軟件堆棧組成。硬件平臺可以包括一個或多個處理器、總線、存儲器、輸入/輸出接口以及非易失存儲裝置。軟件堆棧可以包括固件、操作系統(tǒng)和應用。比較模塊304、累積模塊306以及警告模塊308可以包括在嵌入式計算機610上運行的軟件，由此產生EP0W信號310。 在一個實施例中，數(shù)字編碼的采樣幅度608可以源于A/D轉換器604的輸出寄存器，并且伴之以用于表明何時該寄存器被載入的中斷。響應于這個中斷，嵌入式計算機610可以將數(shù)字編碼的采樣幅度608讀入嵌入式計算機610的存儲器中的隊列。輸出寄存器和隊列則可以包括緩存模塊404。 圖7是示出了電源故障檢測裝置110的一個實施例的信號相關定時的時序圖。舉個例子，電源故障檢測裝置110可以使用結合圖6描述的DSP 600來實施，以便產生EPOW信號310。 AC電源波形702顯示了來自AC電源104的電源插頭212的AC電力314隨時間變化的電壓。可以看出的是，電源波形702是具有相應預定周期704的預定頻率的正弦波。應該注意，在所顯示的第二個完整周期期間，電源波形702的幅度開始隨時間下降，此后保
12持為零，由此表示電源故障。 經整流的電源波形706顯示了整流器602的輸出隨時間變化的電壓?？梢钥闯觯浾鞯碾娫床ㄐ?06具有基本上是電源波形702絕對值的幅度。采樣幅度708可以由A/D轉換器604以采樣頻率606在時鐘714的每個上升沿712在已知點710獲取，其中該采樣頻率606是具有相應預定周期704的預定頻率的倍數(shù)。然后，采樣幅度708可以作為最近采樣幅度的連續(xù)序列由緩存模塊404緩存，并且由嵌入式計算機610處理。
與經整流的電源波形706并置的是閾值幅度716，其中該閾值幅度被顯示為沿著相同時間線疊加的虛線波形，用來表示低于該閾值的經整流電源波形706的幅度指示電源故障。可以看出，閾值幅度716會在預定周期704的每一個半周期718上以相同的方式重復。在半周期718內部，處于每一個已知點710的閾值幅度716都可以作為已存儲閾值幅度720而被連續(xù)存儲在嵌入式計算機610的非易失存儲裝置中。于是，此后就可以從該非易失存儲裝置中訪問相同的已存儲閾值幅度720用于每一個連續(xù)半周期。
在嵌入式計算機610上運行的比較模塊304于是可以連續(xù)地將每一個采樣幅度708與位于下一個連續(xù)已知點710的相應的已存儲閾值幅度720相比較，以便產生比較結果722(在此情況下為負)。由于經整流的電源波形706開始隨時間降低，最終，當從已知點728獲取的采樣幅度726的絕對值小于相應的已保存閾值幅度730時，會得到正比較結果724。 累積模塊306于是可以累積最近比較結果732的連續(xù)序列。如果有預定數(shù)量N的最近比較結果732全為正，則警告模塊308就會斷言EPOW信號310。在本示例中，預定值N是3，并且EPOW信號310的上升沿734是此時出現(xiàn)的。實踐中，N通常會大到足以避免對AC電源波形702內的瞬態(tài)無害變化虛假地斷言EP0W信號310。相反，N通常小到足以產生適當短的檢測時間("Ta")736，從而在DC電壓504的下降沿742之前在整個保持時間("Tc")740內部提供盡可能長的恢復時間("Tb")738。如果采樣頻率606是lMHz，并且為N選擇的值是100，那么Ta 736是0. lms，而這遠遠短于模擬方法的7 10ms。
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于電源故障檢測的方法800的一個實施例的示意性流程圖。該方法800始于802，并且采樣804AC電源波形702以獲取采樣幅度708。獲取806相應的已存儲閾值幅度720并且與采樣幅度708相比較808，以產生比較結果722，其中正比較結果724意味著采樣幅度726的絕對值小于相應的已存儲閾值幅度730。累積810比較結果722至最近比較結果732的連續(xù)序列中。警告模塊308確定812是否最后N個結果都為正(即采樣幅度小于已存儲閾值幅度)。如果警告模塊308確定812最后N個比較結果不全都為正，則方法800在下一個連續(xù)已知點710繼續(xù)采樣步驟804。如果警告模塊308確定812最后N個比較結果都為正，則斷言814EP0W信號310，并且該方法800結束816。
圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于初始化電源故障檢測裝置110的方法900的一個實施例的示意性流程圖。該方法900始于902，并確定904電源106的類型。所述類型可以包括頻率、電壓等等。電源故障檢測裝置110獲取906與電源106的類型相對應的已存儲閾值幅度720的連續(xù)序列，并且將閾值幅度存儲908到嵌入式計算機610的存儲區(qū)域內，例如非易失存儲裝置、存儲器等等。在一個實施例中，初始化模塊402確定910是否需要校準。如果初始化模塊402確定910不需要校準，則該方法900結束920。
如果初始化模塊402確定910需要初始校準，則采樣模塊302開始采樣912AC電
13源波形702以獲取始于半周期718開端的采樣幅度708。在一個實施例中，采樣模塊402在AC電源波形702的連續(xù)半循環(huán)中針對同一個已知點710多次采樣912AC電源波形702，并對其求取平均以產生采樣幅度708。初始化模塊402計算已存儲閾值幅度720作為采樣幅度708的絕對值的預定百分比X，并且存儲916該閾值幅度720。采樣模塊302和初始化模塊402重復步驟912、914和916，直至采樣模塊302識別918零交叉。在另一個實施例中，可以在每一個周期性校準間隔上使用多個存儲區(qū)域中的一個，由此允許從一個存儲區(qū)域獲取806已存儲閾值幅度720的現(xiàn)有值，同時將重新校準值存儲916在另一個存儲區(qū)域中，并且該方法900結束920。 圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的用于系統(tǒng)恢復的方法1000的一個實施例的示意性流程圖。該方法1000始于1002，并且如果斷言1004EP0W信號310，則主計算機202-1將任何預期的易失數(shù)據(jù)保存1006在存儲子系統(tǒng)502中。否則，該方法1000結束1020。如果備份電源106-2可用1008，則切換IOIO至備份電源106-2來替換主電源106-1用以向主計算機202-1供電，并且該方法1000結束1020。如果備份電源106-2不可用1008，并且備份計算機202-2也不可用1012，則該方法1000結束1020。 如果備份計算機202-2可用，則從容掛起1014主計算機202-1的操作，將處理上下文切換1016至備份計算機202-2，在備份計算機202-2上重開1018操作，并且該方法1000結束1020。注意到備份計算機202-2也可以訪問主計算機202-1存入1006存儲子系統(tǒng)502的數(shù)據(jù)。 在不脫離本發(fā)明的精神或實質的情況下，本發(fā)明也可以用其他的特定形式來具體化。所描述的實施例在所有方面都僅被認為是說明性而不是限制性的。因此本發(fā)明的范圍是由所附權利要求而非上文描述所表明的。落入權利要求及其等價方案的含義和范圍內的所有變化都包含在這些權利要求的范圍以內。
權利要求
一種用于確定電源故障的裝置，該裝置包括接收交流電(“AC”)電源波形的電源，其中該電源波形包括預定頻率以及相應的預定周期；整流器，該整流器整流電源波形來產生經整流的電源波形；模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器對經整流的電源波形進行采樣，其中所述采樣在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率上進行，所述采樣在預定周期內部的已知點獲取采樣幅度；初始化模塊，該初始化模塊對與預定周期內部的每一個已知點相對應的已存儲閾值幅度進行初始化；緩存模塊，該緩存模塊通過最近采樣幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度；比較模塊，該比較模塊將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較以獲取比較結果，已存儲閾值幅度對應于預定周期內部的已知點；累積模塊，該累積模塊累積最近的比較結果；以及警告模塊，如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，該警告模塊則斷言早期斷電警告信號。
2. —種用于確定電源故障的裝置，該裝置包括采樣模塊，該采樣模塊采樣交流電("AC")電源波形，其中該電源波形包括針對電源的輸入，并且包括預定頻率以及相應的預定周期，所述采樣在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率上進行，所述采樣在預定周期內部的已知點獲取采樣幅度；比較模i央，該比較模塊將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較以獲取比較結果，已存儲閾值幅度對應于預定周期內部的已知點；累積模塊，該累積模塊累積最近的比較結果；以及警告模塊，如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，該警告模塊則斷言一個早期斷電警告信號。
3. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，還包括初始化模塊，其中該初始化模塊對與預定周期內部的每一個已知點相對應的已存儲閾值幅度進行初始化，以及將已存儲閾值幅度作為與已存儲閾值幅度相對應的預定周期內部已知點上的采樣幅度的預定百分比來進行校準。
4. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，還包括恢復模塊，其中響應于早期斷電警告信號，該恢復模塊執(zhí)行保存計算機數(shù)據(jù)以及掛起計算機操作中的一個或多個，該計算機由接收電源波形的電源供電。
5. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中采樣模塊包括整流器，該整流器對電源波形進行整流，以便使采樣幅度為絕對值形式。
6. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，還包括緩存模塊，該緩存模塊通過最近采樣幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度，用來與已存儲閾值幅度相比較。
7. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，還包括接收電源波形的電源；以及由電源供電的計算機。
8. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，還包括響應于早期斷電警告信號來保存計算機數(shù)據(jù)的存儲子系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，還包括備份計算機，其中該備份計算機是響應于早期斷電警告信號而被激活的。
10. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中電源包括主電源，并且還包括備份電源，其中備份電源響應于早期斷電警告信號而向主電源供電的負載提供電力。
11. 一種用于確定電源故障的機器實現(xiàn)方法，該方法包括采樣交流電("AC")電源波形，其中該電源波形包括針對電源的輸入，并且包括預定頻 率以及相應的預定周期，所述采樣在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率上進行，所述采樣在預定周 期內部的已知點獲取采樣幅度；將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較以獲取比較結果，已存儲閾值幅度對應于預定周期內部的已知點；累積最近的比較結果；以及如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，則斷言早期斷電警告信號。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括對與預定周期內部的每一個已知點相對應的已存儲閾值幅度進行初始化。
13. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括在比較采樣幅度與已存儲閾值幅度之前，通過最近采樣幅度的連續(xù)序列來緩存采樣幅度。
14. 根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括將已存儲閾值幅度作為與已存儲閾值幅度相對應的預定周期內部已知點上的采樣幅度的預定百分比來進行校準。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括對已存儲閾值幅度的所述校準是以周期性間隔來執(zhí)行的，其中已存儲閾值幅度保存在多個存儲區(qū)域中的一個區(qū)域用于每一個連續(xù)間隔。
16. 根據(jù)權利要求ll所述的方法，還包括響應于早期斷電警告信號，保存由接收電源波形的電源供電的計算機的數(shù)據(jù)。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括響應于早期斷電警告信號，掛起計算機的操作。
18. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括響應于早期斷電警告信號，激活備份計算機。
19. 根據(jù)權利要求ll所述的方法，還包括響應于早期斷電警告信號，使用備份電源來向負載提供電力，所述負載與接收AC電源波形的電源相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定電源故障的裝置、系統(tǒng)和方法。采樣模塊在預定頻率倍數(shù)的采樣頻率下對作為電源輸入的交流電電源波形進行采樣，以便在預定周期內部的已知點獲取采樣幅度。比較模塊將采樣幅度與已存儲閾值幅度相比較，以便獲取與已知點相對應的比較結果。累積模塊累積最近的比較結果。如果預定數(shù)量的最近比較結果全都表明采樣幅度的絕對值小于已存儲閾值幅度，則警告模塊斷言早期斷電警告信號。
文檔編號G06F1/28GK101769997SQ20091021202
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者C·C·迪施曼, R·S·麥里克, 林仁欽 申請人:國際商業(yè)機器公司