CN1333322C - 保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

包含在COTS设备中的电子线路的保护，防止由太阳辐射、核爆炸、电磁感应或电源电压波动引起的闭锁的影响。为此目的，电源电流在COTS设备的预操作阶段被测量，并且存储在存储器装置中。在操作期间，电源电流连续地与存储的电源电流比较，如果消耗电流显著超过存储的电流，则导致电子线路的脱开。

Description

保护系统及方法

本发明涉及一种用来检测包含电子线路的装置的潜在破坏状态、和用来终止这种状态的方法，由此由电子线路经连接装置从至少一个电源电压消耗的电流I₁、I₂、…、I_n，连续地与存储的最大允许电流Im₁、Im₂、…、Im_n相比较，并且由此至少一个消耗电流I_j一高于相应最大允许电流Im_j，j∈{1、2、…、m}，连接装置与至少一个电源电压脱开，且以后接地。

该方法的目的在于防止电子线路的击穿，这种击穿尤其作为先技术中已知的闭锁状态的结果而出现。闭锁的发生引起包含在电子线路中的至少一个元件减小到一种在设计中没有预计到或至少认为是不可能的状态，其中这样至少一个元件的击穿是不可避免的，这通常对系统的操作有效性有不利影响。闭锁可以作为强电磁场、静态放电、剧烈波动的电源电压或高能粒子的结果出现。

对于为例如空间或军事用途设计的专用设备，最好利用不受闭锁影响的元件。然而，由于其过高的价格，这些元件不适于用在不很复杂的设备中。特别是对于计算机设备，几乎总是使用四层类型的、受闭锁高度影响的元件。

计算机设备一直在增大大众的兴趣，并且已经达到格外高的完美状态。因此，甚至在专业用途中的COTS(现成商品)元件的使用也是不可避免的。然而，有这样一种危险，作为包含在COTS设备中的元件的闭锁结果，专业设备成为有故障的。在空间用途中，这可能作为与高辐射级有关的太阳活动的结果而出现。用于军事用途的设备必须不受比较近的核爆炸的影响。在较不复杂的用途中，闭锁可能作为在设备附近的雷击的结果、或通过例如船或飞行器电源系统遇到的问题而出现。

因而，本发明的一个目的在于保护COTS设备免受闭锁的影响，而不用象这样改进这种COTS设备。

本发明也涉及一种用来检测包含电子线路的装置的潜在破坏状态、和用来终止这种状态的保护系统，装有：测量装置，用来测量在操作模式中由电子线路从至少一个电源电压消耗的电流；存储器装置，用来存储由电子线路允许的最大电流；一个数字处理器，用来连续地把消耗电流与相应的、存储的电流相比较；及处理器控制开关装置，如果至少一个消耗电流超过存储在存在器装置中的相应最大允许电流值，则用来从至少一个电源电压脱开电子线路，和用来以后把所述电子线路接地。

对于要保护的装置，能区分不同的操作模式。因而，装置处于备用模式或者可以是完全操作的。该方法的最佳实施的特征在于，对于每一种操作模式，把对于该特定操作模式有效的一组最大允许电流存储在存储器中。

测量表示在不同操作模式中的电流一般取决于其中装置操作的环境温度。一个根据本发明另一个方面也考虑到波动环境温度的实施例的特征在于，对于每种操作模式中的多个环境温度，把对该特定操作模式中的该特定温度有效的一组最大允许电流存储在存储器中。然后有可能对于一个特定环境温度，从对于最接近温度存储的最大允许电流，例如基于线性插入，导出最大允许电流。

在从第一模式转换到第二模式时，一定的电流可以按时间依赖方式波动。更准确地说，电流在致动一定功能时将初始达到一个例如由电机的旋转或步进电机的步进引起的波峰值。此外该方法的一种最佳实施的特征在于，这些电流以时间依赖方式存储在存储最大允许电流的组中。

对于每个单独装置最好确定最大允许电流的组，因为电子元件的电流消耗的统计分布，并因此每个单独装置的电流消耗的分布可能是显著的。根据本发明另一个方面以简单方式实施这点的一种最佳方法的特征在于，在预操作阶段中，对于不同的环境温度和操作模式确定消耗电流I₁、I₂、…、I_n，并且从值I₁、I₂、…、I_n通过把这些值乘以一个因数导出最大允许值Im₁、Im₂、…、Im_n。在一种最佳实施中，在1.05-1.2的间隔中选择该因数。

在根据本发明另一个方面的最佳实施例中，保护系统的特征在于，该装置区分多个不同的操作模式，把存储器装置设计成存储在每种操作模式中的一组用于多种温度范围的最大允许电流，及把处理器设计成，对于每种操作模式和每种温度范围，把消耗电流与相应的最大允许电流组相比较。

一个根据本发明另一个方面其中半自动地得到最大允许电流组的最佳实施例的特征在于，也把处理器设计成，在预操作阶段中，确定每种操作模式和每种温度范围消耗的电流，这些处理器计算用来确定最大允许电流、和把这些最大允许电流存储在存储器装置中。

现在参照附图更详细地解释本发明，附图示意地表示一个用来防止由一个装置2的闭锁引起的损坏的装置1，该装置2连接到主机3上。主机3可以是军事设施或卫星，并且通常设计成预防闭锁。然而装置2，在该实施例中的硬盘，由于包括低成本半导体易受闭锁的影响。通过由装置2抽取的至少一个电源电流的突然增大能检测闭锁的出现。为了闭锁检测的目的，+5V电源线4和+12V电源线5根据本发明装有检测电阻器6、7，这些检测电阻器连接到一个模拟接口8上，包括两个微分放大器、和两个用来以先有技术中已知的方式把消耗电流转换成要由一个数字处理器9处理的数字信号的A/D转换器。处理器9经开关10、11能把装置2连接到+5V和+12V电源线4、5上，或者可以起把装置2接地的作用，导致包括在装置2中的滤波电容器12、13的放电。根据本发明，在锁闭检测时发生放电，因为存储在滤波电容器12、13中的能量可能足以损坏由闭锁影响的半导体。

为了确定闭锁的发生，处理器9借助于模拟接口8，连续地把数字化的消耗电流与存储在包含在处理器9中的一个存储器中的电流相比较。在闭锁的情况下，开关10、11立即恢复到接地位置，由此例如在五秒之后，重新连接+5V和+12V电源电压。

一般地说，装置2可以进入各种操作状态。假定硬盘，我们例如区分盘在致动期间的旋转、在装置2与主机3之间的数据传输、至另一个柱面的步进、数据读和写、及空闲状态。

从一种状态至另一种状态的过渡由经一组命令线14₁、14₂、…、14_n发出的至装置2的命令实现，这些命令线也由处理器9读。在命令线之一中的变化导致处理器9的中断。在预操作阶段中，从+5V和+12V电源线抽取的电流在每次中断后在一定时间段期间测量，并且以后存储在处理器9的存储器中，与命令线14₁、14₂、…、14_n的逻辑值和引起中断的变化相结合。更准确的说，不是保持测量，而是进行的实际测量和以前测量的最大值作为相同变化的结果。事实上，对于每次变化，准确地保持一次测量，以把变化产生的波峰电流表示为时间的函数。

一旦在预操作阶段中已经确定了这些波峰电流，则把波峰值乘以一个安全因数以得到阈值值。在操作阶段中，如果从+5V或+12V电源抽取的实际电流超过所述阈值值，则然后致动保护电路。

最好把安全因数选择成很小，以便增大及时闭锁检测的机会。太小的安全因数会增大错误警报的倾向性，并因此带来装置2的不必要脱开。对于一定的用途，最好通过测量用于各种安全因数的错误警报可能性、和通过选择一个折衷值，确定安全因数。该折衷值通常是1.1。

由一些COTS设备单元抽取的电流发现按照环境温度波动。在这些情况下，一个温度传感器15能安装在COTS单元上，例如一个NTC电阻器，从而消耗电流能在预操作阶段中对于多个温度确定。这样，对于每种温度能确定一组最大可能电流。在操作阶段中，这然后构成用来确定实际测量最大允许电流的基础，例如通过在对于最接近温度得到的存储值之间的线性插入。

一般地说，COTS单元几乎总是处于一定位置，例如在室温下的空闲位置。然后可以建议的是，使装置1装有一个用来人为增大一定电源电流，例如10％，的测试开关。因而，能周期性地检查装置的适当波动。

Claims (10)

1.一种用来检测包含电子线路的装置的潜在破坏状态、和用来终止该潜在破坏状态的方法，包括：

-测量由电子线路通过连接装置从至少一个电源电压消耗的电流I₁、I₂、...、I_n；

-将测量的电流与存储的最大允许电流Im₁、Im₂、...、Im_n相比较；并且

-当至少一个消耗电流I_j被测量为高于最大允许电流Im_j，j∈{1、2、...、m}时，将连接装置与该至少一个电源电压脱开，以接地。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于装置能区分每种操作模式，及对于每种操作模式，能把对该特定操作模式有效的一组最大允许电流存储在存储器中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对于每种操作模式中的多个环境温度，把对该特定操作模式中的该特定温度有效的一组最大允许电流存储在存储器中。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：这些电流以取决于时间的方式存储在存储最大允许电流的组中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在预操作阶段中，对于不同的环境温度确定消耗电流I₁、I₂、...、I_n，并且从消耗电流I₁、I₂、...、I_n通过把消耗电流乘以一个因数导出最大允许值Im₁、Im₂、...、Im_n。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在1.05-1.2的间隔中选择因数。

7.一种用来检测包含电子线路的装置的潜在破坏状态、和用来终止该潜在破坏状态的保护系统，包括：

-测量装置，用来测量在操作模式中由电子线路从至少一个电源电压消耗的电流；

-存储器装置，用来存储由电子线路允许的最大电流；

-一个数字处理器，用来连续地把消耗电流与相应的、存储的电流相比较；及

-处理器控制开关装置，如果至少一个消耗电流超过存储在存在器装置中的相应电流值，则用来从至少一个电源电压脱开电子线路，和用来以后把所述电子线路接地。

8.根据权利要求7所述的保护系统，其特征在于：该装置区分多个不同的操作模式，把存储器装置设计成存储在每种操作模式中的一组用于多种温度范围的最大允许电流，及把处理器设计成，对于每种操作模式和每种温度范围，把消耗电流与相应的最大允许电流组相比较。

9.根据权利要求8所述的保护系统，其特征在于：也把处理器设计成，在预操作阶段中，确定每种操作模式和每种温度范围消耗的电流，这些处理器计算用来确定最大允许电流、和把这些最大允许电流存储在存储器装置中。

10.根据权利要求7所述的保护系统，其特征在于：它包括一个用来人为增大一定电源电流的测试开关。