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TW201432153A - 電源保護裝置及方法 - Google Patents

電源保護裝置及方法 Download PDF

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TW201432153A
TW201432153A TW102104324A TW102104324A TW201432153A TW 201432153 A TW201432153 A TW 201432153A TW 102104324 A TW102104324 A TW 102104324A TW 102104324 A TW102104324 A TW 102104324A TW 201432153 A TW201432153 A TW 201432153A
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Che-Hung Lin
Yueh-Lung Huang
Yen-Hung Chen
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Delta Electronics Inc
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H3/207—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage also responsive to under-voltage

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Abstract

一種電源保護裝置，用以保護一負載，包括：一過電壓保護單元，用以在該馬達之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號；一低電壓保護單元，用以在該馬達之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號；一工作狀態偵測單元，用以接收一控制訊號，並在該控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號；以及一電源控制單元，用以依據該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號控制該供應電壓。

Description

電源保護裝置及方法
本發明係關於一種風扇馬達之電源保護裝置，尤其關於一種具有節能效果之電源保護裝置。
習知技術已提出了各種電路保護措施避免精密、昂貴的馬達遭受損毀。
在過電壓保護方面，習知的電壓保護的方式包括：方法一-提高電路元件耐壓規格、方法二-透過暫態電壓抑制器(Transient.Voltage Suppressor,TVS)進行保護，以及方法三-透過運算放大器(operational amplifier，OP)比較器電路進行過電壓保護。
就方法一而言，由於提高電路元件耐壓規格勢必提高製造成本，且規格的選用也多所限制，因此方法一僅適用於設計簡單的電路，較少為業界所採用。就方法二而言，雖然使用TVS是目前電子產品設計之主流做法，然而，此方法僅適用於消除暫態能量輸入下高電壓、低能量的電源突波，例如靜電(ESD)，但在持續的過電壓電源供應下，電路依舊有燒毀之虞。就方法三而言，OP比較器電路除了價格較高、輸入電壓有限之外，電路設計較為複雜且電路反應速度較慢。
有鑑於此，本案提出一個新的電源保護裝置及方法，能夠以簡單、低成本、高精確度以及節能的方式對負載或馬達提供保護。
本發明提供一種電源保護裝置，用以保護一負載或馬達。該裝置包括：一過電壓保護單元，用以在該負載或馬達之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號；一低電壓保護單元，用以在該馬達之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號；一工作狀態偵測單元，用以接收一控制訊號，並在該控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號；以及一電源控制單元，耦接至該過電壓保護單元、該工作狀態偵測單元以及該低電壓保護單元，用以依據該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號控制該供應電壓之開啟與關閉。
本發明另提供一種電源保護方法，用以保護一負載或馬達。該方法包括：在該負載或馬達之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號；在該負載或馬達之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號；接收一控制訊號，並在該控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號；以及在接收到該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號中任一者時關閉該供應電壓。
100‧‧‧電源保護裝置
110‧‧‧過電壓保護單元
112‧‧‧電壓減法器
114‧‧‧穩壓電路
120‧‧‧低電壓保護單元
122‧‧‧電壓減法器
124‧‧‧穩壓電路
130‧‧‧工作狀態偵測單元
132‧‧‧訊號轉換器
134‧‧‧穩壓電路
140‧‧‧電源控制單元
150‧‧‧馬達
160‧‧‧電源管理單元
170‧‧‧微控制單元
P‧‧‧供應電壓
SC‧‧‧轉速控制訊號
V+‧‧‧電壓預設範圍之上限
V-‧‧‧電壓預設範圍之下限
SH、SH’‧‧‧過電壓偵測訊號
SL、SL’‧‧‧低電壓偵測訊號
SS、SS’‧‧‧工作狀態偵測訊號
第1圖係依據本發明一實施例之電源保護裝置示意圖。
第2A圖係本發明一實施例之過電壓保護單元示意圖。
第2B圖為第2A圖之過電壓保護單元中各個訊號之示意圖。
第3A圖係本發明一實施例之低電壓保護單元示意圖。
第3B圖為第3A圖之低電壓保護單元中各個訊號之示意圖。
第4A圖係本發明一實施例之工作狀態偵測單元示意圖。
第4B圖為第4A圖之工作狀態偵測單元中各個訊號之示意圖。
第5圖係依據本發明一實施例之電源保護方法流程圖。
下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以後附之權利要求項為準。
本發明之電源保護裝置係用以對風扇馬達提供保護。第1圖係依據本發明一實施例之電源保護裝置示意圖。本實施例之馬達150係透過一電源管理單元160自一電源取得一供應電壓P，而其運轉速度係透過一微控制單元170而受到外部一轉速控制訊號SC所控制。
本發明提供一種特殊的電源保護裝置100，而該電 源保護裝置100係耦接於前述馬達150。本發明之電源保護裝置100包括一過電壓保護單元110、一低電壓保護單元120、一工作狀態偵測單元130以及一電源控制單元140。下文將配合各個圖示說明本發明之各個元件。
第2A圖係本發明一實施例之過電壓保護單元110示意圖。第2B圖為第2A圖之過電壓保護單元110中各個訊號之示意圖。本發明之過電壓保護單元110可在馬達之供應電壓P超出一電壓預設範圍之上限V+時產生一過電壓偵測訊號，而該過電壓偵測訊號可供後述之電源控制單元140判斷之用。如第2A圖所示，本發明之過電壓保護單元110可包括一電壓減法器112。該電壓減法器112可在將該供應電壓P超出該電壓預設範圍之上限V+的部分予以減除，藉以直接產生該過電壓偵測訊號。如第2B圖所示，當供應電壓P超出一電壓預設範圍之上限V+時，電壓減法器112即可直接濾除所超出之部分而產生一高態的「過電壓偵測訊號SH」。換言之，當供應電壓P未超出一電壓預設範圍之上限V+時(圖未示)，電壓減法器112不會影響原供應電壓P的訊號位準，意即，不會產生前述高態的過電壓偵測訊號。在某些實施例中，舉例而言，電壓減法器112係由至少一齊納二極體所構成。值得注意的是，透過上述電路結構，本發明之過電壓保護單元110不必如習知技術之暫態電壓抑制器(Transient.Voltage Suppressor,TVS)或運算放大器(operational amplifier，OP)般持續地消耗額外的電源，因而可達成節能效果。此外，如第2A圖所示，本發明之過電壓保護單元110可另外包括一穩壓電路114，藉以穩定電 壓減法器112所提供之訊號，使其具有可被後述電源控制單元140所接受理想波形(舉例而言，如第2B圖所示，產生具有方波波形的過電壓偵測訊號SH’)，避免誤動作的發生。
第3A圖係本發明一實施例之低電壓保護單元120示意圖。第3B圖為第3A圖之低電壓保護單元120中各個訊號之示意圖。相對於前述的高電壓偵測單元110，本發明之低電壓保護單元120可在馬達之供應電壓P低於一電壓預設範圍之下限V-時產生一低電壓偵測訊號，而該低電壓偵測訊號可供後述之電源控制單元140判斷之用。在一實施例中，如第3A圖所示，本發明之低電壓保護單元120可包括一電壓減法器122。該電壓減法器122可在將該供應電壓P低於該電壓預設範圍之下限V-的部分予以減除，藉以直接產生該低電壓偵測訊號。如第3B圖所示，當供應電壓P低於一電壓預設範圍之下限V-時，電壓減法器122即可直接濾除超出之部分而產生一低態的「低電壓偵測訊號SL」。換言之，當供應電壓P未超出一電壓預設範圍之下限V-時(圖未示)，電壓減法器122則不會影響原供應電壓P的訊號位準，意即，不會產生前述低態的低電壓偵測訊號。在某些實施例中，舉例而言，電壓減法器122係由至少一齊納二極體所構成。值得注意的是，透過上述電路結構，本發明之低電壓保護單元120不必如習知技術之暫態電壓抑制器(Transient.Voltage Suppressor,TVS)或運算放大器(operational amplifier，OP)般持續地消耗額外的電源，因而可達成節能效果。此外，如第3A圖所示，本發明之低電壓保護單元120可另外包括一穩壓電路124，藉以穩定電壓減法器122 所提供之訊號，使其具有可被後述電源控制單元140所接受的波形(舉例而言，如第3B圖所示，產生具有方波波形的低電壓偵測訊號SL’)，避免誤動作的發生。
第4A圖係本發明一實施例之工作狀態偵測單元130示意圖。第4B圖為第4A圖之工作狀態偵測單元130中各個訊號之示意圖。本發明之工作狀態偵測單元130可用以接收外部提供之轉速控制訊號SC。如第4B圖所示，並在該轉速控制訊號SC之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號SS，而該工作狀態偵測訊號SS可供後述之電源控制單元130判斷之用。如第4A圖所示，本發明之工作狀態偵測單元130可包括一訊號轉換器132。在一實施例中，該訊號轉換器132可由具有控制充放電時間特性的充放電電路所組成(舉例而言，RC電路)。如第4B圖所示，訊號轉換器132可藉由其充放電之電路特性將一時間內發生變化的轉速控制訊號SC轉換成一低態的「工作狀態偵測訊號SS」。如第4A圖所示，本發明之工作狀態偵測單元130可另外包括一穩壓電路134，藉以穩定訊號轉換器132所提供之訊號，使其具有可被後述電源控制單元140所接受的波形(舉例而言，如第4B圖所示，產生具有方波波形的低電壓偵測訊號SS’)，避免誤動作的發生。
本發明之電源控制單元140係耦接至前述過電壓保護單元110、低電壓保護單元120以及工作狀態偵測單元130，目的在依據前述的過電壓偵測訊號SH(或SH’)、低電壓偵測訊號SL(或SL’)以及工作狀態偵測訊號SS(或SS’)控制該供應電壓P之開啟與關閉。明確地說，該電源控制單元140可由邏 輯元件(AND元件、OR元件)所組成，可在接收到過電壓偵測訊號SH(或SH’)、該低電壓偵測訊號SL(或SL’)或該工作狀態偵測訊號SS(或SS’)中任一者時，將提供至馬達150之供應電壓P予以關閉。換言之，當過電壓偵測訊號SH(或SH’)、該低電壓偵測訊號SL(或SL’)該工作狀態偵測訊號SS(或SS’)皆未被電源控制單元140所偵測到時，表示供應電壓P及轉速控制訊號皆屬正常SC，供應電壓P始得以驅動馬達150。本發明可藉此對馬達150提供多重保護效果。在某些實施例中，如第1圖所示，電源控制單元140係透過電源管理單元160及微控制單元170對馬達150進行前述控制，然而，在其他實施例中本發明則不必以此為限。
此外，值得注意的是，在本發明的最佳實施例中，該工作狀態偵測單元130及低電壓保護單元120皆係耦接於過電壓保護單元110之後(即，耦接於過電壓保護單元110與該電源控制單元140之間)，可在接收前述過電壓偵測訊號SH時即時停止運作，達到進一步節能的目的。
本發明另依據前述的電源保護裝置提供一種電源保護方法。第5圖係依據本發明一實施例之電源保護方法流程圖。電源保護方法係用以保護一馬達。該方法之步驟包括：在該馬達之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號(如步驟S502)；在該馬達之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號(如步驟S504)；接收一轉速控制訊號，並在該轉速控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號((如步驟 S506)；以及在接收到該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號中任一者時關閉該供應電壓(如步驟S508)。由於熟悉本技藝人士可參照前述電源保護裝置之實施例了解本發明之電源保護方法，因此，本文將不再贅述本方法的其他細節。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電源保護裝置
110‧‧‧過電壓保護單元
112‧‧‧電壓減法器
114‧‧‧穩壓電路
120‧‧‧低電壓保護單元
122‧‧‧電壓減法器
124‧‧‧穩壓電路
130‧‧‧工作狀態偵測單元
132‧‧‧訊號轉換器
134‧‧‧穩壓電路
140‧‧‧電源控制單元
150‧‧‧馬達
160‧‧‧電源管理單元
170‧‧‧微控制單元
P‧‧‧供應電壓
SC‧‧‧控制訊號

Claims (15)

  1. 一種電源保護裝置，用以保護一負載，包括：一過電壓保護單元，用以在該負載之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號；一低電壓保護單元，用以在該負載之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號；一工作狀態偵測單元，用以接收一控制訊號，並在該控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號；以及一電源控制單元，耦接至該過電壓保護單元、該工作狀態偵測單元以及該低電壓保護單元，用以依據該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號控制該供應電壓之開啟與關閉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該電源控制單元在接收到該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號中任一者時關閉該供應電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該工作狀態偵測單元耦接於該過電壓保護單元與該電源控制單元之間，並在接收該過電壓偵測訊號時停止運作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該低電壓保護單元耦接於該過電壓保護單元與該電源控制單元之間，並在接收該過電壓偵測訊號時停止運作。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該過電壓保護單元包括一電壓減法器，用以將該供應電壓超出該電 壓預設範圍之該上限的部分減除以產生該過電壓偵測訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電源保護裝置，其中該電壓減法器包括至少一齊納二極體。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述之電源保護裝置，其中該過電壓保護單元更包括一穩壓電路，用以穩定該電壓減法器所提供之訊號，藉以使該訊號具有能被該電源控制單元接受的波形，避免誤動作的發生。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該低電壓保護單元包括一電壓減法器，用以將該供應電壓低於該電壓預設範圍之下限的部分予以減除，藉以直接產生該低電壓偵測訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電源保護裝置，其中該電壓減法器包括至少一齊納二極體。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述之電源保護裝置，其中該低電壓保護單元更包括一穩壓電路，用以穩定該電壓減法器所提供之訊號，藉以使該訊具有能被該電源控制單元接受的波形，避免誤動作的發生。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電源保護裝置，其中該工作狀態偵測單元包括一訊號轉換器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電源保護裝置，其中該訊號轉換器由一具有控制充放電時間特性的充放電電路所組成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電源保護裝置，其中該訊號轉換器為一RC電路。
  14. 如申請專利範圍第11至13項任一項所述之電源保護裝置，其中該工作狀態偵測單元更包括一穩壓電路，用以穩定該訊號轉換器所提供之訊號，藉以使該訊號具有被該電源控制單元接受的波形，避免誤動作的發生。
  15. 一種電源保護方法，用以保護一負載，包括：在該負載之一供應電壓超出一電壓預設範圍之一上限時產生一過電壓偵測訊號；在該負載之該供應電壓低於該電壓預設範圍之一下限時產生一低電壓偵測訊號；接收一控制訊號，並在該控制訊號之位準時變率超出一時變率臨限值時產生一工作狀態偵測訊號；以及在接收到該過電壓偵測訊號、該低電壓偵測訊號及該工作狀態偵測訊號中任一者時關閉該供應電壓。
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