JP2007538253A - 電力擾乱検出回路及び方法 - Google Patents

Abstract

交流電流（ＡＣ）供給において乱れを検出するための方法及び装置が開示される。方法は、供給されるＡＣ電圧と、該供給されるＡＣ電圧の夫々の周期の少なくとも一部の閾値電圧との間の関係を示すステップを有する。供給される交流電流（ＡＣ）において乱れを検出するための回路が提供される。当該回路は、供給されるＡＣの供給源へ結合された閾値検出器を有する。閾値検出器は、供給されるＡＣの夫々の周期の少なくとも一部に関して、閾値レベルに対応する前記供給されるＡＣレベルの関係を示す信号を供給する。

Description

本発明は、概して、交流電流（ＡＣ）電源と、更に具体的には、電動式の装置及びシステムのための電力擾乱検出回路とに関する。

多数の電子及び電気装置、例えば、パーソナル・ビデオ・レコーダ（ＰＶＲ）、セットトップ・ボックス（ＳＴＢ）、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などのような記録装置は、重大なシステム動作を完了するために、擾乱のない交流電流（ＡＣ）から派生した電力に依存する。ＡＣ電源は、様々な長期間にわたる一時的な乱れに悩まされることがある。ここで用いられる用語「電力擾乱」は、如何なる電気、電子機械又は電子装置に対するＡＣ電力入力の如何なる許容範囲外の状態をも言う。許容範囲外の状態は、電圧変動範囲外の状態を含む。電力擾乱の例は、入力電力の周波数及び／又は振幅における変動を含む。前者は、通常、満足させるように安定であるが、振幅変動はしばしば発生する。残念ながら、幾つかの場合で、ＡＣ電力が完全に失われる。

コンピュータシステム、セットトップ・ボックス、ＰＶＲ、ＤＶＤ及びＣＤレコーダなどは、通常は、プログラム及びシステム情報を記憶するために様々なメモリ装置を用いる。メモリ装置は、ハードディスクドライブ、記録可能ディスク、半導体メモリ装置などを含む。停電、電力低下、又は他の擾乱は、いつでも起こりうる。電力がメモリ書き込み動作の途中で乱されると、メモリ内のデータは、時々破損する。ある場合には、装置は、電力擾乱の後に動作に失敗する。例えば、コンピュータは、時々、電力擾乱が書き込み動作を中断した場合に、メモリに記憶された重大なシステム情報が破損してしまったことにより、起動に失敗する。更に、多数の電子機械装置は、重大な機械動作を完了するために、擾乱のない電力に依存する。従って、電力擾乱に対する脆弱性は、多数の電子、電気及び電子機械装置にとって問題であり続ける。

ある従来システムは、差し迫った電力擾乱を示すための早期電源異常（ＥＰＦ）警告回路を用いて問題を解決するよう試みている。既存のＥＰＦ警告アプローチは、通常、擾乱を検出するために、電源出力の電圧監視に依存する。このアプローチは欠点を有する。例えば、スイッチモード電源は、その入力キャパシタに保持された電荷により、入力ＡＣ電圧降下の後暫くの間は電圧変動範囲に留まりうる。従って、出力電圧レベルの低下に基づく如何なる警告も、対応する電力擾乱の実際の発生からの時間の遅れを伴う。この遅延時間は、通常、入力キャパシタの放電時定数の関数である。この遅延時間のために、先行技術のアプローチは、しばしば、ＡＣ電力擾乱の適切な事前警告を提供することに失敗する。

従って、低減された遅延時間で電力擾乱を示すことが可能な回路及び方法が必要とされる。

本発明は、交流電流（ＡＣ）供給において乱れを検出するための方法及び装置を提供する。本発明の方法は、供給されるＡＣ電圧と、前記供給されるＡＣ電圧の夫々の周期の少なくとも一部の閾値電圧との間の関係を示すステップを有する。供給される交流電流（ＡＣ）において乱れを検出するための回路も提供される。当該回路は、供給されるＡＣの供給源へ結合された閾値検出器を有する。前記閾値検出器は、前記供給されるＡＣの夫々の周期の少なくとも一部に関して、閾値レベルに対する、供給されるＡＣのレベルの関係を示す信号を供給する。

以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して更に詳細に説明する。

本発明は、ＡＣ入力電力の擾乱を検出する。ここで用いられる用語「電力擾乱」は、ＡＣ電力信号の如何なる許容範囲外の状態をも言う。この明細書の目的のために、用語「許容範囲外」は、ＡＣ電源入力のパラメータが装置の適切な動作のための所定の制限の外側にある如何なる状態をも言う。本発明の実施例に従って、制限は、少なくとも１つの閾値によって定められ、それらの適切な選択及び回路部品のサイジング、例えば、抵抗値及びダイオード定格に従って実施される。ＡＣ電力信号は、数ある可能な指標の中でも、ＡＣピーク電圧、ＡＣ実効値（ＲＭＳ）電圧、ＡＣ平均電圧、ＡＣピーク・ツー・ピーク電圧、及び周波数を含む様々なパラメータによって特徴付けられ、測定される。本発明は、上記指標のうちの少なくとも１つに従ってＡＣ電力信号において乱れを検出することに関する。本発明の一実施例では、電力擾乱の検出は、擾乱の後の１つの交流電流周期時間の中で起こる。

図１は、本発明の一実施例に従う電力擾乱検出回路１００を有する装置２００のブロック図である。装置２００は、装置の少なくとも１つの機能に関してＡＣ電力に依存する如何なる装置をも表す。本発明の実施例において、装置２００は、セットトップ・ボックス、コンピュータ、ＤＶＤレコーダ、ＰＶＲ、テレビ受像機及び類似の電子機器を有するグループから選択される。本発明の一実施例では、電力擾乱検出回路１００は、ＡＣ電源１９７の中で実施されている。ＡＣ電源１９７は、多数の電子装置において普通に知られており、供給源１０５によって供給されるＡＣ電力に基づいて、装置２００の動作のための、調整された電圧１９９を供給する。

本発明は、装置２００の内側又は外側の検出回路の如何なる特定の配置にも依存しない。むしろ、本発明は、ＡＣ電源１０５へ装置２００を結合するために都合の良い如何なる位置での実施にも適する。

表された実施例では、回路１００は、信号検出器及び分析器１５０へ結合された閾値検出器１１０を有する。ＡＣ電源１０５は、閾値検出器１１０の入力１０６へ結合されている。入力１０６は、また、電源１９７へ入力されるＡＣ供給へ結合されている。供給入力１０６でのＡＣ電力の存在に関連する信号は、出力１３０で閾値検出器１１０によって供給される。本発明の実施例に従って、閾値検出器１１０は、擾乱のないＡＣ波形が入力１０６に存在する場合を示すための「閾値」信号を供給する。擾乱を伴うＡＣ波形が入力１０６に存在するならば、出力１３０での閾値信号は、その擾乱に応答する。本発明の一実施例では、閾値信号は、閾値に対する、入力ＡＣ波形の夫々の周期の少なくとも一部の関係を表す。

本発明の実施例では、閾値信号は、出力１３０で供給されるパルス列（例えば、図３のパルス列３０４）を有する。一実施例では、パルス列は、ＡＣ入力電力波形の夫々の周期の少なくとも一部に対応するパルスを有する。１２０Ｈｚのパルス列が、擾乱のない６０周期のＡＣ入力波形を表すところの本発明の一実施例において、閾値を下回る振幅低下、即ち、擾乱は、擾乱の後の入力波形の一周期内に検出される。即ち、擾乱は、約８．３３ミリ秒（ｍｓ）又はそれ以下で検出される。

信号検出器及び分析器１５０は、閾値検出器１１０によって供給される閾値信号を監視する。入力１０６でＡＣ波形の夫々の連続した周期の少なくとも一部が閾値を超えている限りは、信号検出器１５０は、出力１７０で、擾乱のないＡＣ電力の対応する指示を供給する。閾値信号のパルスに対するＡＣ入力波形の対応については、以下で更に説明する。

本発明の一実施例では、擾乱のないＡＣ入力電力の出力１７０での指示は、２つの可能な論理状態の１つを有する論理レベル信号である。他の可能な論理状態の存在は、擾乱を伴うＡＣ入力電力状態を示す。本発明の代替の実施例において、出力１７０は、例えば、ステータス・コードのようなコードを表す複数のビットを有する。その場合に、夫々のステータス・コード設定は、ＡＣ入力電力の対応する特定の擾乱状態を表す。本発明の他の実施例は、出力１７０での信号の他の形式を考慮する。本発明は、ＡＣ入力電力に関連する様々なステータス状態及び統計的指標の様々な指示並びに表示を考慮する。このような表示及びステータスは、出力１３０での閾値信号の評価に基づく。

出力１７０は、装置２００の他の回路へ供給される。本発明の実施例では、出力１７０は、装置２００の電力関係安全回路１９８へ供給されている。本発明の一実施例に従って、出力１７０は、記録装置のメモリ書き込み動作を制御する処理装置１５２へ供給される。電力擾乱の指示を受け取ると、処理装置１５２は、進行中の如何なるメモリ動作にも重大な動作を完了させる。本発明の実施例に従って、このような指示は、メモリ動作が重大な動作を完了するのに十分な時間を提供する。更に、指示は、調整された電源出力が、その調整された許容範囲制限の外側に落ちる前に生ずる。

本発明の一実施例に従って、ＡＣ電源１０５は、アメリカ合衆国全域の家庭及びビジネスで普通に知られる従来の１２０Ｖ、６０周期の電源である。しかし、当業者には、本願明細書を読むことにより、本発明が如何なる特定の電源ＡＣ電圧又は周波数にも適用範囲又は用途を制限されないことは明らかである。むしろ、本発明は、如何なる種類のＡＣ電力信号でもＡＣ電力擾乱を検出ために実施されうる。

図２は、本発明の実施例に従う図１の閾値検出器１１０を実施する回路の概略図である。閾値検出器１１０は、光結合器１１２と、電圧調整ダイオード１１９及び１２０と、抵抗器１２１によって表される入力電流制限抵抗とを有する。抵抗器１１７によって表される任意的な抵抗が示されている。抵抗器１１７は、更なる閾値電圧調整を提供する。示される実施例では、抵抗器１１７は、光結合器１１２の入力に並列である。本発明の一実施例において、光結合器１１２は、市販されているオプト・カプラを有する。適切なオプト・カプラの一例は、シャープ（登録商標）から市販されている部番ＰＣ８１４１０ＮＳＺである。本発明の一実施例では、ダイオード１１９及び１２０は、ツェナーダイオードを有する。本発明の実施例において、ツェナーダイオード１１９及び１２０は、１００Ｖ、０．５Ｗのツェナーダイオードである。

図２に表される本発明の実施例に従って、閾値検出器１１０は、出力１３０で１２０Ｈｚのパルス列を供給する。本発明の実施例では、パルスは、論理レベルパルス（例えば、１１８で示された約３．３ＶのＶｃｃ）を有する。パルス列は、入力する６０Ｈｚ、１２０ＶのＡＣ波形に基づいて検出器１１０によって発生する。

説明のために、以下、ＡＣ電力入力が、通常、毎秒６０周期で交互する１２０ＶＲＭＳであるところの本発明の実施例について述べる。本例では、所望の閾値は、７０ＶＲＭＳである。図２に従って、ＡＣ電源１０５は、オプト・カプラ１１２の両端に印加されている。ツェナーダイオード１１９及び１２０は、オプト・カプラ１１２及び電源１０５に対して直列関係に位置する。２０ｋΩの抵抗器１２１は、オプト・カプラ１１２を流れる電流を制限する。ツェナーダイオード１１９及び１２０は、１００Ｖピークの絶縁破壊電圧定格と、０．５Ｗ電力定格を有するよう夫々定められる。任意の抵抗器１１７は、１．２ｋΩの値を有する。

ＡＣ電圧に対するツェナーダイオードの一般的な応答は知られており、ここでは詳細に述べない。ツェナーダイオード１１９及び１２０は、それらの定格の絶縁破壊電圧に基づいて、印加されたＡＣ電圧波形の一部に関して、オプト・カプラ１１２に電流が流れることを妨げる。本発明の実施例に従って、閾値検出器１１０は、１００Ｖピークの閾値を有する。従って、電流フローは、入力波形が少なくとも約１００Ｖピークに達するまで妨げられる。電流は、ＡＣ電圧が、周期の正負両方の部分で約１００Ｖピークを越えるところの夫々の周期の一部に関して、オプト・カプラ１１２を流れる。ツェナーダイオード１１９及び１２０は、電圧の絶対値が閾値を超える場合に、印加されたＡＣ電圧波形の一部の間、電流がオプト・カプラ１１２を流れることを許す。この場合に、閾値は１００Ｖピークである。従って、電流は、印加電圧が＋１００Ｖピークを越え、−１００Ｖピークを下回る場合に、オプト・カプラ１１２を流れる。１００Ｖピーク電圧は、約７０Ｖの実効電圧に対応する。オプト・カプラ１１２を流れる電流は、１３０で論理レベル出力信号を供給するように出力１３０へ結合されている。

本発明の如何なる所与の電子装置のための所望の閾値も、様々な設計検討に基づいて選択される。これらの検討は、当業者の範囲内にある。従って、閾値は、表されている回路の閾値から調整可能である。閾値を調整する１つの方法は、抵抗器１１７の値を除去又は変更することである。他の方法は、ツェナーダイオード１１９及び１２０に他の絶縁破壊電圧値を選択することである。

本発明の代替の実施例において、単方向ＬＥＤ１１３を伴うオプト・カプラ１１２が使用されうる。単方向ＬＥＤを用いる実施例では、外側のダイオード、例えば、シリコンダイオードは、オプト・カプラ１１２の内側のＬＥＤと並列に置かれて、陽極から陰極へ及び陰極から陽極へと接続される。単方向ＬＥＤにより、出力信号１３０は、６０Ｈｚのパルス列を有する。従って、最小検出時間は、約８．３３ｍｓから約１６．６６ｍｓへと２倍になる。

出力信号１３０は、信号検出器及び分析器１５０へ結合されている。本発明の実施例に従って、信号検出器及び分析器１５０は、処理装置１５１を有する。明らかに、閾値検出器回路１１０に時定数は必ずしも存在しない。従って、出力１３０での１２０Ｈｚのパルスは、入来するＡＣ電圧の擾乱に実質上即座に応答する。本発明の一実施例に従って、回路１１０を有する要素は、およそ６５ＶＲＭＳの閾値を提供するように選択される。

１２０Ｈｚのパルスは、信号検出器及び分析器１５０へ結合される。本発明の一実施例に従って、信号検出器及び分析器１５０は、処理装置１５１を有する。本発明の様々な実施例に従って、処理装置１５１は、受信機のＡＳＩＣ又は復号回路に内蔵される。本発明の一実施例では、信号検出器及び分析器１５０は、例えば、パワーダウン動作のような開始動作によって、検出された擾乱に応答する。

ある場合に、一時的な電力擾乱の発生に関して信号検出器及び分析器１５０の応答時間を変更することが好ましい。ある一時的な電力擾乱は無害である。例えば、擾乱の存続期間は、時々、調整された電源出力の応答時間よりも短い。擾乱検出回路１００が非常に速く応答するならば、例えば、ハードディスク記録のようなクリティカル処理は、不必要に停止される必要がない。回路１００が非常にゆっくりと応答するならば、重要なデータは、電力異常時に破損しうる。

従って、本発明の一実施例に従って、検出器１５０の応答は調節可能である。例えば、工場調整は、信号検出器及び分析器１５０の応答時間を設定する。他の実施例では、ユーザが、オペレータ制御を介して信号検出器及び分析器１５０の応答時間を設定する。本発明の他の実施例では、信号検出器及び分析器１５０の応答時間は適応可能である。即ち、処理装置１５１は、閾値検出器１１０の出力、例えば、閾値検出器１１０の１３０での出力の特性を監視する。処理装置１５１は、出力の監視された特性に基づいて１又はそれ以上の動作を開始する。処理装置１５１により監視されるべき１つの特性の一例は、ここでは、信号デバウンス（ｄｅｂｏｕｎｃｅ）間隔と呼ばれる。ここで使用されるように、用語「信号デバウンス間隔」とは、閾値を下回る複数の連続した移行が起こるところの時間の間隔を言う。本発明の適応可能な実施例では、処理装置１５１は、同じデバウンス間隔を有する過去の連続する移行に一致するデバウンス間隔を有する将来の連続する移行を無視するよう覚える。言い換えると、過去の擾乱パターンが、許容範囲外の調整された供給電圧を生じさせなかった場合には、処理装置１５１は、将来に発生する、一致する擾乱パターンの検出に応答して動作しない。本明細書を読み、本発明の原理を理解することにより、擾乱パターンを識別する又は覚えるよう処理装置をプログラムすることは、プログラミング分野における通常の知識を有する者の能力範囲内である。

本発明の代替の実施例において、信号検出器及び分析器１５０の処理装置１５１は、ＡＣ擾乱の発生の周波数、存続期間、及び他の特性に関して統計値を集めて記憶するように、信号検出器及び分析器１５０によって供給されるパルス列を監視する。統計値は、信号検出器及び分析器１５０によって開始された動作を適合させるために処理装置１５１により用いられる。例えば、処理装置１５１は、信号検出器及び分析器１５０に、過去の擾乱特性と、装置２００への書き込み動作のための対応する結果との間の記憶された関係に基づいて、ハードディスクドライブの書き込み動作を終了させる。他の実施例では、信号検出器及び分析器１５０は、擾乱特性と、装置２００への調整された供給電圧との間の記憶された関係に基づいて動作を開始する。

図３は、従来のセットトップ・ボックスによって発生したＥＰＦ信号を表すＥＰＦ信号３０２のグラフ表示である。真ん中のトレース３０４は、図１の閾値検出器１１０からの１２０Ｈｚ出力１３０を表す。下のトレース３０６は、供給された６０ＨｚのＡＣ電力波形を表す。従来のＥＰＦ警告応答パルス３０７と、（３０９で示される）６０ＨｚのＡＣ電力の停止との間の差Δ_１は、約１００ｍｓよりも大きい。しかし、著しい遅延は、３０９で示されている６０ＨｚのＡＣ電力の停止と、（３０５で示された）１２０Ｈｚのパルスの停止との間には発生していない。本実施例では、６０ＨｚのＡＣ電力信号３０６の夫々の全体周期は、１２０Ｈｚの検出信号３０４の２パルスに対応する。このように、検出信号３０４は、実質上遅延を伴わずに電力信号３０６を追跡する。

図４は、本発明の実施例に従う図１の閾値検出回路１１０によって供給される閾値信号４０４のグラフ表示である。図４の４０６で示されるように、６０ＨｚのＡＣ波形４０９は、２周期の間に１２０Ｖｒｍｓから６５Ｖｒｍｓまで振幅が減少し、その後１２０Ｖｒｍｓに戻る。本例は、６０ＨｚのＡＣ入力電圧における一時的な低下を描く。更に具体的には、入力信号４０９は、図２の例となる回路に対して選択された検出閾値を下回るレベルまで低下する。６５Ｖｒｍｓ（９１．９Ｖピーク）は、例となる回路の閾値を下回るので、閾値検出器１１０の出力１３０は、２周期４０７の間高くなる。閾値検出器１１０の論理高出力は、図４の４０７で表される。

電力信号４０９が閾値を下回る間に、閾値信号４０４は、論理レベルで一定のままである。言い換えると、信号４０４のパルスは止まる。電力信号４０９が閾値を上回るレベルへと戻ると、信号４０４のパルスが再出現する。

同様に、１２０Ｖｒｍｓから７５Ｖｒｍｓへの２周期の間の低下が、図５で表される。図５は、図１の閾値検出回路１００によって供給された信号５０１のオシロスコープ表示を表す。図５の５０５で一般的に示されるように、ＡＣ入力電圧での一時的な低下が発生する。７５Ｖｒｍｓ（１０６Ｖピーク）は、回路の閾値領域内であるから、５０１での出力は、２周期のほとんどの間、高い。しかし、負のスパイクの形での変動が５０７で生ずる。

同様に、１２０Ｖｒｍｓから８５Ｖｒｍｓへの２周期の間の低下が、図６で表される。図６は、図１の閾値検出回路１００の出力を６０１で示す。８５Ｖｒｍｓ（１２０Ｖピーク）は、回路の閾値を上回るから、閾値検出器１１０の出力は、これらの２周期の間、実質上不変である。

上記は本発明の好ましい実施例を対象としている一方、本発明の他及び更なる実施例が、その基本的な適用範囲を損なわない範囲で考えされても良く、その適用範囲は、特許請求の範囲によって定められる。

本発明の一実施例に従う電力擾乱検出回路を有する電気装置のブロック図である。 本発明の実施例に従う電力擾乱検出回路の電力閾値検出回路の概略図である。 ＡＣ入力電力の損失と、従来の装置電源以上（ＥＰＦ）検出回路の波形とに時間的に関連する、本発明の実施例に従う回路の検出応答の電気装置の波形を表す。 所定の検出閾値を下回るレベルへのＡＣ入力電圧における一時的な減少に時間的に関連する、本発明の実施例に従う検出回路の波形を表す。 検出閾値にほぼ等しいレベルへのＡＣ入力電圧における一時的な減少に時間的に関連する、本発明の実施例に従う検出回路の波形を表す。 所定の検出閾値を上回るレベルへのＡＣ入力電圧における一時的な減少に時間的に関連する、本発明の実施例に従う検出回路の波形を表す。

Claims (10)

1. 供給される交流電流（ＡＣ）入力波形の夫々の周期の少なくとも一部と閾値との間の関係を示す信号を供給するステップを有する、ＡＣ供給入力において乱れを検出する方法。
2. 前記信号を供給するステップは、前記供給されるＡＣ入力波形の夫々の周期に関して、前記閾値を超える前記波形の少なくとも一部を検出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記信号の特性を解析するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
4. 前記信号は、論理レベル信号である、ことを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 前記信号は、前記閾値を超えるＡＣ波形の周期の少なくとも一部に夫々が対応する複数のパルスを有する、ことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記解析するステップは、統計値を集め、前記集められた統計値に基づいて少なくとも１つの活動を開始するステップを有する、ことを特徴とする請求項３記載の方法。
7. 供給される交流電流（ＡＣ）において乱れを検出するための回路であって、
   前記供給されるＡＣの供給源へ結合された閾値検出器を有し、
   該閾値検出器は、前記供給されるＡＣの夫々の周期の少なくとも一部に関して、閾値レベルに対する前記供給されるＡＣのレベルの関係を示す信号を供給する、
   ことを特徴とする回路。
8. 前記閾値検出器へ結合された信号検出器を更に有し、
   該信号検出器は、前記信号に基づく決定を供給する、
   ことを特徴とする請求項７記載の回路。
9. 前記閾値検出器は、前記供給されるＡＣ波形の電圧が前記閾値を超える場合に、光結合器に電流を流して前記信号を供給するよう構成された電圧レギュレータを有する、ことを特徴とする請求項７記載の回路。
10. 前記信号は、論理レベルパルスである、ことを特徴とする請求項９記載の回路。

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