CN1458723B - 电源保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源保护装置，包括一电源开关单元，用以依据断路控制信号切断交流电源供电，一突波保护单元，用以在突波产生时输出断路控制信号，一漏电流保护单元，用以在发生漏电流时输出断路控制信号，及一过电流保护单元，用以在过电流发生时依据电流值或能量输出断路控制信号。本发明同时具有突波保护、漏电流保护与过电流保护的功能，比传统的电源保护装置体积更小，更能节省成本。且可以依据能量进行过电流侦测可以提供更准确安全的保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源保护装置。
背景技术
随着科技的日新月异，一般民众的日常生活也愈来愈倚重电器用品，例如计算机、洗衣机、微波炉、冷气机与冰箱等等，带给民众莫大的方便并且提高了生活的品质。然而水能载舟，亦能覆舟，随着用电量增加，可能的危险也是愈大。一般用电发生异常的现象有过电流(overload)、漏电流(leakage)与突波(surge)。过电流是指所使用的电器的总电流量过大，致使有电线走火的危险。漏电流常发生于高湿度环境，如浴室等，使得电流流经人体造成触电，一般在8mA以上即有触电的感觉。突波是指突然有短暂的高压出现，导致电器毁损。传统电源保护装置是针对这些电源异常现象单独发展相对应的电源保护装置，例如以保险丝(fuse)构成突波保护装置以避免突波损害，另外对于过电流也有用保险丝、机械式过电流开关(Mechanical Overload Switch)、或以电路侦测方法组成保护装置。然而传统电源保护装置分别仅能保护上述问题中的一种问题，若需对多种电源异常现象同时具有保护作用则需购置多种不同功能的电源保护装置，使得采购成本增加，也增加了建构电源保护***的困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种可对多种电源异常现象同时具有保护作用的电源保护装置。
本发明所提供的技术方案是：一种电源保护装置，其包括电源开关单元及多个电源异常现象保护单元，如突波保护单元、漏电流保护单元和过电流保护单元等。其中，电源开关单元与交流电源耦接，用以依据断路控制信号切断交流电源的供电。突波保护单元与交流电源及电源开关单元耦接，用以避免突波的产生，当突波保护单元侦测到交流电源的电压大于突波门坎值时，突波保护单元即输出断路控制信号。漏电流保护单元与交流电源及电源开关单元耦接，用以避免交流电源产生漏电流，其中，漏电流保护单元接收交流电源的火线与地线之间的电流差值，并与漏电流门坎值比较，若火线与地线的电流值的差值大于漏电流门坎值，即输出断路控制信号。过电流保护单元与交流电源及电源开关单元耦接，用以避免交流电源产生过电流，其中，过电流保护单元依据交流电源输出的电流值或交流电源输出的能量决定是否输出断路控制信号。
本发明所公开的电源保护装置可同时对多种电源异常现象，如突波、漏电流、过电流等同时具有保护作用，比起传统电源保护装置的体积更小，更能节省成本。且对于过电流还可以依据能量进行过电流侦测，从而可以提供更准确安全的保护。
附图说明
为让本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。
图1为本发明较佳实施例的电路方块图；
图2为本发明较佳实施例进一步的详细电路方块图。
图中标号说明：
100：电源保护装置 160：过电流保护单元
110：电源开关单元 164：模拟/数字转换器
120：突波保护单元 166：积分器
122：电压感应器 170：过载时间计算器
124、144、168：杂讯过滤器20 172：异常时间计算器
126：突波比较器 174：立即比较器
140：漏电流保护单元 176：异常比较器
142、162：电流感应器 178：过载比较器
146：漏电流比较 180：电子用品
具体实施方式
请参照图1与图2，其所示为本发明一较佳实施例的一种电源保护装置的方块图。电源保护装置100与交流电源AC及电子用品180耦接，用以在发生异常供电时切断电源以保护电子用品180。电源保护装置100包括电源开关单元110、突波保护单元120、漏电流保护单元140、过电流保护单元160。电源开关单元110与交流电源AC耦接，当电源开关单元110接收到断路控制信号C即切断交流电源AC的供电。
突波保护单元120与交流电源AC及电源开关单元110耦接，用以避免突波的产生。该突波保护单元120接收交流电源AC的电压，将交流电源AC电压与突波门坎值Sth比较，若交流电源AC电压大于突波门坎值Sth，即输出断路控制信号C。
漏电流保护单元140与交流电源AC及电源开关单元110耦接，用以避免交流电源AC产生漏电流。该漏电流保护单元140接收火线F与地线G间的电流值，若火线F与地线G间的电流的差值大于漏电流门坎值Lth，即输出断路控制信号C。
过电流保护单元160与交流电源AC及电源开关单元110耦接，当交流电源AC产生过量电流时，即输出断路控制信号C。
请参照图2，其所示为电源保护装置100进一步的详细方块图。交流电源AC包括火线F与地线G。突波保护单元120包括电压感应器122、杂讯过滤器124和突波比较器126。电压感应器122与交流电源AC耦接，用以接收交流电源AC的电压并经由杂讯过滤器124过滤杂讯后转换为电压信号Ds。突波比较器126用以比较电压信号Ds与突波门坎值Sth，若电压信号Ds大于突波门坎值Sth即输出断路控制信号C。其中，突波比较器126为数字式比较器。
漏电流保护单元140包括电流感应器142、杂讯过滤器144和漏电流比较器146。电流感应器142与交流电源AC耦接，用以接收火线F与地线G的电流值，并将火线F与地线G的电流的差值放大后输出至杂讯过滤器144，经杂讯过滤器144过滤杂讯后输出漏电流放大信号A。漏电流比较器146与电源开关单元110耦接，用以比较漏电流放大信号A与漏电流门坎值Lth，若漏电流放大信号A大于漏电流门坎值Lth即输出断路控制信号C。一般而言，人体对于8mA至22mA之间的电流即有触电的感觉，因此漏电流门坎值Lth可以与之对应介于这个区间。其中，漏电流比较器146为模拟式比较器。
过电流保护单元160包括立即断电元件、短时间异常元件与长时间过载元件。以一般的电线而言，例如其规格为10A，当立即断电元件侦测到过大的电流，如20A时，即采取立即断电的保护措施。立即断电元件包括电流感应器162、模拟/数字转换器164、杂讯过滤器168与立即比较器174。电流感应器162与交流电源AC耦接，用以接收交流电源AC的电流值并经由模拟/数字转换器164转换为数字信号Da。杂讯过滤器168将数字信号Da过滤杂讯后输出数字信号Da’并馈入立即比较器174；立即比较器174将数字信号Da’与立即门坎值OI比较，若数字信号Da’大于立即门坎值OI时，即输出断路控制信号C。其中，立即门坎值约为20A。
而在10A至20A之间的电流在短暂时间内尚不至于造成危险，因此可以视一段时间内所累积的能量而决定采取短时间异常或长时间过载的保护措施。例如12A的电流可容许存在的时间即大于18A的电流可容许存在的时间，因此依据在一段时间内所释放的能量来决定是否断电可以得到更佳的保护效果。本实施例通过短时间异常元件与长时间过载元件，分别计算在短时间间隔Ts及长时间间隔Tl中交流电源AC所释放的能量，以此作为是否断路的依据，以提供短时间异常与长时间过载的保护措施，且并不限于分为两种时间间隔。
短时间异常元件包括电流感应器162、模拟/数字转换器164、积分器166、异常时间计算器172与异常放大器176。积分器166接收数字信号Da，将数字信号Da平方后对时间区间Δt积分，以输出能量信号E。异常时间计算器172接收能量信号E，计算一短时间间隔Ts所累积的能量SI并输出。异常比较器176用以比较能量SI与异常门坎值OS，若能量SI大于异常门坎值OS，即输出断路控制信号C。其中，短时间间隔Ts约介于3秒至5秒之间。
长时间过载元件包括电流感应器162、模拟/数字转换器164、积分器166、过载时间计算器170与过载比较器178。过载时间计算器170接收能量信号E，并计算长时间间隔Tl所累积的能量LI并输出。过载比较器178用以比较能量LI与过载电流门坎值OL；若能量LI大于过载电流门坎值OL即输出断路控制信号C。其中，长时间间隔Tl约介于3分钟至5分钟之间。其中，本例中的电流感应器162和模拟/数字转换器164由立即断电元件、短时间异常元件及长时间过载元件所共享；积分器166由短时间异常元件与长时间过载元件所共用。
传统的电源保护装置若需达到可以提供突波保护、漏电流保护与过电流保护的目的需有三个不同目的的电源保护装置组成，而本发明可将此三种电源保护装置合而为一，因此可以减小体积，更能节省成本。且本发明的过电流保护单元可依据一时间间隔内所消耗的能量多少作为是否异常的判断依据，因此可以提供更准确更安全的电源保护功能。
Claims (19)
1.一种电源保护装置，与一交流电源耦接，该交流电源包括一火线与一地线，其特征在于：该装置包括
一电源开关单元，与该交流电源耦接，用以依据一断路控制信号切断该交流电源供电；
一漏电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生漏电流，其中，该漏电流保护单元接收该火线与该地线的电流值并与一漏电流门坎值比较，若该火线与该地线的电流值差值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号；该漏电流保护单元包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以依据该交流电源的火线与地线的电流差值输出一第二电流值；以及
一漏电流比较器，接收该第二电流值，若该第二电流值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号；
一过电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生过电流，其中，该过电流保护单元依据该交流电源输出的电流值与该交流电源输出的能量两者之一以决定是否输出该断路控制信号；该过电流保护单元包括：
一立即断电组件，当该立即断电组件检查到该交流电源的电流值大于一立即门坎值时，即输出该断路控制信号，该立即断电组件包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；以及
一立即比较器，与该模拟/数字转换器及该电源开关单元耦接，用以比较该数字信号与该立即门坎值，若该数字信号大于该立即门坎值即输出该断路控制信号。
2.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于：该立即断电组件还包括一杂讯过滤单元以将该数字信号滤除杂讯。
3.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一短时间异常组件，当该短时间异常组件检查到该交流电源于一短时间间隔内输出的能量大于一异常门坎值时，即输出该断路控制信号，该短时间异常组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一异常时间计算器，接收该能量信号，计算一短时间间隔所累积的一短时间能量并输出；以及
一异常比较器，用以比较该短时间能量与一异常门坎值，若该短时间能量大于该异常门坎值即输出该断路控制信号。
4.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一长时间过载组件，当该长时间过载组件检查到该交流电源在一长时间间隔内输出的能量大于一过载门坎值时，即输出该断路控制信号，该长时间过载组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一过载时间计算器，接收能量信号，计算一长时间间隔所累积的一长时间能量并输出；以及
一过载比较器，用以比较该长时间能量与该过载门坎值，若该长时间能量大于该过载门坎值即输出该断路控制信号。
5.根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于：该漏电流保护单元还包括一杂讯过滤器以滤除该第二电流值的杂讯。
6.一种电源保护装置，与一交流电源耦接，该交流电源包括一火线与一地线，其特征在于：该装置包括
一电源开关单元，与该交流电源耦接，用以依据一断路控制信号而切断该交流电源的供电；
一突波保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免突波的产生，当该突波保护单元侦测到该交流电源的电压大于一突波门坎值时，该突波保护单元即输出该断路控制信号；该突波保护单元包括：
一电压感应器，用以接收该交流电源的电压并转换为一电压信号；以及
一突波比较器，接收该电压信号与该突波门坎值，若该电压信号大于该突波门坎值即输出该断路控制信号；
一漏电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生漏电流，其中，该漏电流保护单元接收该火线与该地线的电流值并与一漏电流门坎值比较，若该火线与该地线的电流值差值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号；该漏电流保护单元包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以依据该交流电源的火线与地线的电流差值输出一第二电流值；以及
一漏电流比较器，接收该第二电流值，若该第二电流值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号；
一过电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生过电流，其中，该过电流保护单元依据该交流电源输出的电流值与该交流电源输出的能量两者之一以决定是否输出该断路控制信号；该过电流保护单元包括：
一立即断电组件，当该立即断电组件检查到该交流电源的电流值大于一立即门坎值时，即输出该断路控制信号，该立即断电组件包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；以及
一立即比较器，与该模拟/数字转换器及该电源开关单元耦接，用以比较该数字信号与该立即门坎值，若该数字信号大于该立即门坎值即输出该断路控制信号。
7.根据权利要求6所述的电源保护装置，其特征在于；该立即断电组件还包括一杂讯过滤单元以将该数字信号滤除杂讯。
8.根据权利要求6所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一短时间异常组件，当该短时间异常组件检查到该交流电源于一短时间间隔内输出的能量大于一异常门坎值时，即输出该断路控制信号，该短时间异常组件包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一异常时间计算器，接收该能量信号，计算一短时间间隔所累积的一短时间能量并输出；以及
一异常比较器，用以比较该短时间能量与一异常门坎值，若该短时间能量大于该异常门坎值即输出该断路控制信号。
9.根据权利要求6所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一长时间过载组件，当该长时间过载组件检查到该交流电源于一长时间间隔内输出的能量大于一过载门坎值时，即输出该断路控制信号，该长时间过载组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一过载时间计算器，接收该能量信号，计算一长时间间隔所累积的一长时间能量并输出；以及
一过载比较器，用以比较该长时间能量与一过载门坎值，若该长时间能量大于该过载门坎值即输出该断路控制信号。
10.根据权利要求6所述的电源保护装置，其特征在于：该漏电流保护单元还包括一杂讯过滤器以滤除该第二电流值的杂讯。
11.根据权利要求6所述的电源保护装置，其特征在于：该突波保护单元还包括一杂讯过滤器以滤除该电压信号的杂讯。
12.一种电源保护装置，与一交流电源耦接，该交流电源包括一火线与一地线，其特征在于：该装置包括
一电源开关单元，与该交流电源耦接，用以依据一断路控制信号而切断该交流电源的供电；
一突波保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免突波的产生，当该突波保护单元侦测到该交流电源的电压大于一突波门坎值时，该突波保护单元即输出该断路控制信号；该突波保护单元包括：
一电压感应器，用以接收该交流电源的电压并转换为一电压信号；以及
一突波比较器，接收该电压信号与该突波门坎值，若该电压信号大于该突波门坎值即输出该断路控制信号；
一漏电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生漏电流，其中，该漏电流保护单元接收该火线与该地线的电流值并与一漏电流门坎值比较，若该火线与该地线的电流值的差值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号；该漏电流保护单元包括：
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以依据该交流电源的火线与地线的电流差值输出一第二电流值；以及
一漏电流比较器，接收该第二电流值，若该第二电流值大于该漏电流门坎值即输出该断路控制信号。
13.根据权利要求12所述的电源保护装置，其特征在于：该漏电流保护单元还包括一噪声过滤器以滤除该第二电流值的噪声。
14.根据权利要求12所述的电源保护装置，其特征在于：该突波保护单元还包括一噪声过滤器以滤除该电压信号的噪声。
15.一种电源保护装置，与一交流电源耦接，该交流电源包括一火线与一地线，其特征在于：该装置包括
一电源开关单元，与该交流电源耦接，用以依据一断路控制信号而切断该交流电源的供电；
一突波保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免突波的产生，当该突波保护单元侦测到该交流电源的电压大于一突波门坎值时，该突波保护单元即输出该断路控制信号；该突波保护单元包括
一电压感应器，用以接收该交流电源的电压并转换为一电压信号；以及
一突波比较器，接收该电压信号与该突波门坎值，若该电压信号大于该突波门坎值即输出该断路控制信号；
一过电流保护单元，与该交流电源及该电源开关单元耦接，用以避免该交流电源产生过电流，其中，该过电流保护单元依据该交流电源输出的电流值与该交流电源输出的能量两者之一以决定是否输出该断路控制信号；该过电流保护单元包括一立即断电组件，当该立即断电组件检查到该交流电源的电流值大于一立即门坎值时，即输出该断路控制信号，该立即断电组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；以及
一立即比较器，与该模拟/数字转换器及该电源开关单元耦接，用以比较该数字信号与该立即门坎值，若该数字信号大于该立即门坎值即输出该断路控制信号。
16.根据权利要求15所述的电源保护装置，其特征在于：该立即断电组件包括一噪声过滤单元以将该数字信号滤除噪声。
17.根据权利要求15所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一短时间异常组件，当该短时间异常组件检查到该交流电源于一短时间间隔内输出的能量大于一异常门坎值时，即输出该断路控制信号，该短时间异常组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一异常时间计算器，接收该能量信号，计算一短时间间隔所累积的一短时间能量并输出；以及
一异常比较器，用以比较该短时间能量与一异常门坎值，若该短时间能量大于该异常门坎值即输出该断路控制信号。
18.根据权利要求15所述的电源保护装置，其特征在于：该过电流保护单元包括一长时间过载组件，当该长时间过载组件检查到该交流电源于一长时间间隔内输出的能量大于一过载门坎值时，即输出该断路控制信号，该长时间过载组件包括
一电流感应器，与该交流电源耦接，用以输出该交流电源的一第一电流值；
一模拟/数字转换器，接收该第一电流值并转换为一数字信号；
一积分器，接收该数字信号，将数字信号平方后对一时间区间积分，以输出一能量信号；
一过载时间计算器，接收该能量信号，计算一长时间间隔所累积的一长时间能量并输出；以及
一过载比较器，用以比较该长时间能量与一过载门坎值，若该长时间能量大于该过载门坎值即输出该断路控制信号。
19.根据权利要求15所述的电源保护装置，其特征在于：该突波保护单元还包括一杂讯过滤器以滤除该电压信号的杂讯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned | ||
| RA01 | Restoration of patent right |
Former decision: deemed to have abandoned the patent right Former decision publication date: 20071121 |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110622 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |