短路偵測裝置及其偵測方法
2023-04-30 19:41:21
專利名稱：短路偵測裝置及其偵測方法
技術領域：
本發明是有關一種偵測技術，特別是關於一種短路偵測裝置及其偵測方法。
背景技術：
電源供應器是用來提供電子設備操作所需的電源。當電源供應器的負載異常或電路短路時，電源供應器將於瞬間引發大電流，不僅可能造成電源供應器本身毀損，也可能傷害所負載的電子設備。因此，電源供應器中皆設有短路偵測裝置，用以避免瞬間大電流破壞內部元件或負載。在現有技術上,一供電器對一電容性負載供電的時間與輸出電流曲線圖如圖1所示，其中細線代表的是理想的輸出電流曲線，粗線代表的是電容性負載呈現短路狀態的輸出電流曲線。在正常的供電模式中，當時間到達A時，輸出電流超過一預設額定電流Id，接著輸出電流持續增加達到一最大值，接著再經過一段時間，會到達t2後,輸出電流會逐漸變小，直到零為止。然而，在短路狀態的充電模式中，當時間到達tl時，輸出電流依然會達到一最大值，但在此之後，由於負載短路的緣故，輸出電流會一直居高不下，與理想中的充電模式不同。傳統技術為了進行短路保護，在之後，延長一時間T，並設定一偵測電流Ix，此偵測電流Ix必須小於輸出電流的最大容許的額定電流值Id。在延長時間T後，判斷輸出電流是否大於偵測電流Id，若是，則可以啟動短路保護動作，若否，則判斷為正常狀態。但在此種短路偵測的方式中，一旦短路電流建立，達到數百安培，通常非常不容易在不傷害開關的情況下順利關閉。因此，本發明是在針對上述的困擾，提出一種短路偵測裝置及其偵測方法，以解決現有所產生的問題。
發明內容
本發明的主要目的，在於提供一種短路偵測裝置及其偵測方法，其是不但採用即時截斷短路電流，以保護供電器，更以多重啟動的方式，同時避免供電器短路大電流無法斷開，又可建立馬達控制器所需的電容負載的初期電壓。為達上述目的，本發明提供一種短路偵測裝置，包含一切換開關，其是連接一供電器與一電容性負載，並於導通時，供電器通過切換開關提供一負載電流，以對電容性負載進行充電。另有一控制單元，連接切換開關與電容性負載，並預設一切換電流值與切換開關輸出的預設電壓。控制單元在負載電流到達切換電流值時，執行至少一次切換動作，其是先將導通的切換開關關閉，並持續一固定時間後，再導通切換開關，直到負載電流到達切換電流值為止，在控制單元執行切換動作後，控制單元是偵測連接電容性負載儲存的輸出電壓，並在輸出電壓小於預設電壓時，輸出一短路訊號。所述的切換電流值是小於所述的負載電流可容許的最大額定值，且大於零。所述的電容性負載從電壓Va放電至正電壓Va/10，需一放電時間，且所述的電容性負載在完全放電後，是放電至零電位，則所述的固定時間小於所述的放電時間。
所述的控制單元是執行所述的切換動作多次，並在所述的控制單元執行最後一次所述的切換動作後，偵測所述的輸出電壓。所述的切換開關為一金氧半場效電晶體。本發明亦提供一種短路偵測方法，其是以連接一供電器與一電容性負載的一切換開關執行的，且此切換開關是先呈導通狀態。首先，供電器通過切換開關提供一負載電流，以對電容性負載進行充電。接著，在負載電流到達一切換電流值時，執行至少一次切換動作，其是包含下列步驟:首先，關閉切換開關，以降低負載電流，並持續一固定時間，接著，導通切換開關，直到負載電流到達切換電流值為止。當切換動作完成後，偵測連接電容性負載儲存的輸出電壓，以判斷輸出電壓是否小於切換開關輸出的預設電壓:若是，關閉切換開關，並輸出一短路訊號；以及若否，持續導通切換開關，使供電器通過切換開關對電容性負載正常供電。所述的切換電流值是小於所述的負載電流可容許的最大額定值，且大於零。所述的切換動作是執行多次。所述的電容性負載從正電壓Va放電至電壓Va/ΙΟ，需一放電時間，且所述的電容性負載在完全放電後，是放電至零電位，則所述的固定時間小於所述的放電時間。所述的切換開關為一金氧半場效電晶體。茲為使貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的了解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後:
圖1為先前技術的電容性負載於正常狀態與短路狀態的輸出電流與時間關是曲線圖；圖2為本發明的裝置電路方塊圖；圖3為本發明的流程圖；圖4為本發明的切換開關於偵測狀態的輸出電流、輸出電壓與時間關是曲線圖；圖5為本發明的切換開關於執行一次切換動作的輸出電流與輸出電壓波形圖；圖6為本發明的切換開關於執行二次切換動作的輸出電流與輸出電壓波形圖；圖7為本發明的切換開關於短路狀態的輸出電流與輸出電壓波形圖。附圖標記說明:10_切換開關；12_供電器；14_電容性負載；15_輸出接頭；16_控制單元。
具體實施例方式請參閱圖2，本發明包含一切換開關10，如金氧半場效電晶體，其是連接一供電器12與一電容性負載14，並於導通時，供電器12通過切換開關10提供一負載電流，以對電容性負載14進行充電，其中切換開關10是通過一輸出接頭15連接電容性負載14。切換開關10更連接一控制單元16，其是不但用以偵測供電器12經由切換開關10提供電容性負載14的輸出電壓、輸出電流，又預設一切換電流值與切換開關10輸出的預設電壓,此切換電流值是小於負載電流可容許的最大額定值，且大於零。控制單元16在負載電流到達切換電流值時，執行至少一次切換動作，如多次。在每一次的切換動作中，是先將導通的切換開關10關閉，並持續一固定時間後，再導通切換開關10。若電容性負載14從正電壓Va放電至電壓Va/ΙΟ，需一放電時間，且電容性負載14在完全放電後，是放電至零電位，則上述固定時間在設計上，必須小於上述放電時間。在控制單元16執行切換動作後，控制單元16是偵測連接電容性負載14儲存的切換開關10輸出電壓,並在輸出電壓小於預設電壓時，輸出
一短路訊號。請同時參閱圖2至圖4，在偵測裝置運作前，起始狀態如步驟SOl所示，切換開關10原本是呈導通狀態，切換開關10因偵測到過電流狀況，所以暫時關閉，並啟動本程序，以判斷負載是否為短路狀況，或為電容性負載的接電起始過程的正常狀況。以下切換開關10的導通次數是以三次為例。首先，如步驟S09所示，在前述切換開關10暫時關閉並維持一段時間之後，控制單元16第一次導通切換開關10，此時時間點為tl。接著，如步驟SlO所示，供電器12通過切換開關10提供負載電流，以對電容性負載14進行充電，此負載電流即為圖4中的輸出電流。接著，如步驟S12所示，在負載電流到達切換電流值Is時，控制單元16對切換開關10執行至少一次切換動作，在此以二次實施的。在進行第一次的切換動作中，控制單元16先於時間點t2關閉切換開關10，以降低負載電流，並持續固定時間T，到達時間點t3時，如步驟S14所示，控制單元16第二次導通切換開關10，直到負載電流到達切換電流值Is為止，此時為時間點t4，至此完成第一次的切換動作。接著進行第二次的切換動作，如步驟S16所示，控制單元16再次於時間點t4關閉切換開關10，以降低負載電流，並持續固定時間T，到達時間點t5時，如步驟S18所示，控制單元16第三次導通切換開關10，直到負載電流再次到達切換電流值Is為止，此時為時間點t6，至此完成第二次的切換動作。在時間點t6時，如步驟S20所示，控制單元16偵測連接於電容性負載14儲存的輸出電壓，以判斷此輸出電壓是否小於切換開關10輸出的預設電壓VT，若是，則如步驟S22所示，關閉切換開關10，並由控制單元16輸出短路訊號；若否，則依照步驟S24，持續導通切換開關10，以繼續正常供電。由於本發明的偵測方法可以執行多次切換動作，因此不但能即時截斷短路電流，保護供電器，更可避免供電器短路大電流無法斷開的風險。若將本發明應用在馬達技術上，則可輕易建立馬達控制器所需的電容負載的初期電壓。請參閱圖2與圖5，在此導通切換開關10的次數以一次為例。在ta之前，供電器12提供電壓VM，請參考圖2，此時電容性負載14尚未接上輸出接頭15。在時間點ta時，當電容性負載14接上輸出接頭15，輸出端負載電流瞬間提升，在過電流情況下立即引起切換開關關閉，此處觸發所述的過電流保護的電流值與本發明中的Is無關。本發明與現有技術的差異在於後續動作的處理裝置與偵測方法。此時切換開關10是關閉的，在經過一固定時間T之後，到了 tb時，切換開關10進行一次重新導通，輸出端負載電流瞬間再次提升。由於此時負載電流低於切換電流值Is，且負載電壓大於預設電壓VT，因此供電器12繼續保持對電容性負載14進行充電。請參閱圖2與圖6，在此導通切換開關10的次數以二次為例。在ta之前，供電器12提供電壓\，此時切換開關10是導通的，當電容性負載14在ta時接上輸出接頭15，輸出電流瞬間提升引起過電流保護動作，因而立即引起切換開關10關閉，此處觸發所述的過電流保護的電流值與本發明中的Is無關。此時切換開關10關閉，並持續固定時間T，到了tb時，切換開關10第一次重新導通，負載電流再次提升，當到了切換電流值Is時，時間點為tc，此時切換開關10再度關閉，並持續固定時間T。到了 td時，切換開關10第二次重新導通，負載電流再次提升。由於此時負載電流低於切換電流值Is，且切換開關10輸出電壓大於預設電壓VT，因此供電器12繼續保持對電容性負載14進行充電。從此電壓波形圖可以知道輸出電壓有迭加的現象。請參閱圖2與圖7。在ta之前，供電器12提供電壓VM，但此時切換開關10是導通的，當電容性負載14在ta時接上輸出接頭15，輸出電流瞬間提升引起過電流保護動作，因而立即引起切換開關10關閉，此處發所述的過電流保護的電流值與本發明中的Is無關。此時切換開關10關閉，並持續固定時間T，到了 tb時，切換開關10第一次重新導通，負載電流再次提升，當到了切換電流值Is時，時間點為tc，此時切換開關10再度關閉，並持續固定時間T。到了 td時，切換開關10第二次重新導通，負載電流再次提升，又到了切換電流值Is時，時間點為te，此時切換開關10再度關閉，並持續固定時間T，直到時間點tf，第三次重新導通切換開關10。由於此時負載電流高於切換電流值Is，且切換開關10輸出電壓小於預設電壓VT，因此控制單元16會輸出短路訊號，以判斷短路狀態，並結束電流輸出。綜上所述，本發明除了可以即時切斷短路電流，以有效保護供電器外，更可避免短路大電流無法斷開的缺點。以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施的範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述的形狀、構造、特徵及精神所為的均等變化與修飾，均應包括於本發明的申請專利範圍內。
權利要求
1.一種短路偵測裝置，其特徵在於，其是連接一供電器與一電容性負載，所述的短路偵測裝置包括: 一切換開關，連接所述的供電器與所述的電容性負載，並於導通時，所述的供電器通過所述的切換開關提供一負載電流，以對所述的電容性負載進行充電；以及 一控制單元，連接所述的切換開關與所述的電容性負載，並預設一切換電流值與所述的切換開關輸出的預設電壓，所述的控制單元在所述的負載電流到達所述的切換電流值時，執行至少一次切換動作，其是先將導通的所述的切換開關關閉，並持續一固定時間後，再導通所述的切換開關，直到所述的負載電流到達所述的切換電流值為止，在所述的控制單元執行所述的切換動作後，所述的控制單元是偵測所述的電容性負載儲存的所述的切換開關輸出電壓，並在所述的輸出電壓小於所述的預設電壓時，輸出一短路訊號。
2.根據權利要求1所述的短路偵測裝置，其特徵在於，所述的切換電流值是小於所述的負載電流可容許的最大額定值，且大於零。
3.根據權利要求1所述的短路偵測裝置，其特徵在於，所述的電容性負載從電壓Va放電至正電壓Va/ΙΟ，需一放電時間，且所述的電容性負載在完全放電後，是放電至零電位，則所述的固定時間小於所述的放電時間。
4.根據權利要求1所述的短路偵測裝置，其特徵在於，所述的控制單元是執行所述的切換動作多次，並在所述的控制單元執行最後一次所述的切換動作後，偵測所述的輸出電壓。
5.根據權利要求1所述的短路偵測裝置，其特徵在於，所述的切換開關為一金氧半場效電晶體。
6.一種短路偵測方法，其特徵在於，其是以連接一供電器與一電容性負載的一切換開關執行的，且所述的切換開關呈導通狀態，所述的短路偵測方法包含下列步驟: 所述的供電器通過所述的切換開關提供一負載電流，以對所述的電容性負載進行充電； 在所述的負載電流到達一切換電流值時，執行至少一次切換動作，其是包含下列步驟: 關閉所述的切換開關，以降低所述的負載電流，並持續一固定時間；以及導通所述的切換開關，直到所述的負載電流到達所述的切換電流值為止；以及偵測所述的電容性負載儲存的所述的切換開關輸出電壓，以判斷所述的輸出電壓是否小於所述的切換開關輸出的預設電壓: 若是，關閉所述的切換開關，並輸出一短路訊號；以及 若否，持續導通所述的切換開關，使所述的供電器通過所述的切換開關對所述的電容性負載正常供電。
7.根據權利要求6所述的短路偵測方法，其特徵在於，所述的切換電流值是小於所述的負載電流可容許的最大額定值，且大於零。
8.根據權利要求6所述的短路偵測方法，其特徵在於，所述的切換動作是執行多次。
9.根據權利要求6所述的短路偵測方法，其特徵在於，所述的電容性負載從正電壓Va放電至電壓Va/ΙΟ，需一放電時間，且所述的電容性負載在完全放電後，是放電至零電位，則所述的固定時間小於所述的放電時間。
10.根據權利要求6所述的短路偵測方法，其特徵在於，所述的切換開關為一金氧半場效電晶體。 ·
全文摘要
本發明是公開一種短路偵測裝置及其偵測方法，首先，供電器通過一切換開關提供負載電流，以對電容性負載進行充電。接著，在負載電流到達一切換電流值時，執行至少一次切換動作。在此動作中，是先關閉切換開關，以降低負載電流，並持續一固定時間，接著，導通切換開關，直到負載電流到達切換電流值為止。當切換動作完成後，偵測電容性負載儲存的切換開關輸出電壓，並在輸出電壓小於切換開關輸出的預設電壓時，輸出一短路訊號。本發明採用即時截斷短路電流，以達到保護供電器的目的。
文檔編號H02H3/08GK103166170SQ20111042704
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者沈聖詠, 周裕福, 施進益 申請人:統達能源股份有限公司