TWM547207U - 具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置 - Google Patents

Description

具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置

本新型有關於具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置。

一般來說，馬達或伺服器等裝置需與高功率的供電裝置連接，以便於取得供電裝置所提供的電源進行正常運作。但馬達或伺服器等裝置的輸入端經常有穩壓線路(通常是由大電容組成)，用來提供負載變動時穩壓的功能。當高功率的供電裝置的主電源開關瞬間啟動運作時，這些穩壓線路的大電容會瞬間產生巨大的電流，即所謂的湧浪電流(Inrush Current)。這些過大的湧浪電流會使得保護電路誤判電路有短路的情況發生而啟動短路保護功能，導致馬達或伺服器無法正常運作。

另外，為了避免保護電路的誤動作，為使供電裝置仍可提供電源給負載(馬達或伺服器)運作，有些廠商會將保護機制取消或提高保護點；然而，長期允許湧浪電流的存在，會造成供電裝置及其內部元件的損壞，以致供電裝置不穩定或壽命減短。因此，供電裝置仍有改善的空間。需要新的架構以維持產品的正常工作與可靠性。

有鑑於此，本新型提供一種具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，藉以避免湧浪電流的產生而造成電路功能受損的情況發生，而當系統外部迴路有真實短路情況時，能預先進行檢測，並禁止電源電壓輸出至短路的系統迴路，以增加電路使用的安全性，並且電路設計簡單，且電路元件使用較少，以減少電路使用成本。

本新型提供一種具有軟啟動及保護功能的電源架構，適於供電給負載，此負載包括並聯耦接的穩壓單元與負載單元。具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置包括電源單元、軟啟動調整單元、電流檢測單元(及/或電壓檢測單元)與控制單元。電源單元產生電源電壓。軟啟動調整單元耦接電源單元且適於耦接穩壓單元，接收電源電壓、第一控制信號與第二控制信號，以依據第一控制信號與第二控制信號，將電源電壓轉換成軟啟動電流，並調整及輸出軟啟動電流至穩壓單元或將電源電壓輸出至穩壓單元，或禁止電源電壓輸出至穩壓單元。電流檢測單元耦接電源單元且適於耦接穩壓單元，測量電源單元與穩壓單元之間所形成的迴路的電流，以產生電流檢測信號。控制單元耦接電流檢測單元(及/或電壓檢測單元)，接收電流檢測信號(及/或電壓檢測信號)，以產生第一控制信號、第二控制信號與上述第三控制信號。

在一實施例中，前述軟啟動調整單元包括第一開關單元與電流調整單元。第一開關單元耦接電源單元與控制單元且適於耦接穩壓單元，接收電源電壓與第一控制信號，以依據第一控制信號，輸出電源電壓至穩壓單元。電流調整單元耦接控制單元且並聯耦接第一開關單元，接收電源電壓與第二控制信號，將電源電壓轉換成軟啟動電流，以調整並輸出軟啟動電流至穩壓單元。

在一實施例中，前述電流調整單元包括第一電阻與第二開關單元。第一電阻具有第一端與第二端，第一電阻的第一端耦接電源單元。第二開關單元耦接第一電阻的第二端、控制單元與穩壓單元，並接收第二控制信號。

在一實施例中，前述第二開關單元為場效電晶體，第二開關單元的第一端接收第二控制信號，第二開關單元的第二端耦接第一電阻的第二端，第二開關單元的第三端耦接穩壓單元。

在一實施例中，前述第一開關單元為場效電晶體，第一開關單元的第一端接收第一控制信號，第一開關單元的第二端耦接電源單元，第一開關單元的第三端耦接穩壓單元。

在一實施例中，前述電源單元為電源供應器或電池組。

在一實施例中，前述控制單元為微控制器或微處理器。

在一實施例中，前述具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置更包括顯示單元。顯示單元耦接控制單元，接收控制單元所產生的第四控制信號，以顯示第四控制信號。

在一實施例中，前述具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置更包括電壓檢測單元。電壓檢測單元耦接控制單元，且適於並聯耦接穩壓單元，測量穩壓單元所產生的工作電壓，以產生電壓檢測信號至控制單元。

本實施例所提供之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，藉由控制單元依據電流檢測單元(及/或電壓檢測單元)所產生的電流檢測信號(及/或電壓檢測訊號)，產生第一控制信號與第二控制信號，以控制軟啟動調整單元決定是否產生軟啟動電流，使得穩壓單元所產生的工作電壓能依據軟啟動調整單元適當地增加到接近於電源電壓的電壓值，完成軟啟動程序，再將電源電壓直接輸出給穩壓單元。如此一來，可以有效地避免湧浪電流的產生而造成電路功能受損的情況發生。而當系統外部迴路有真實短路情況時，能預先發現軟啟動程序異常或失效，進而禁止電源電壓輸出至短路的系統迴路，以增加電路使用的安全性，並且電路設計簡單，且電路元件使用較少，以減少電路使用成本。另外，還透過顯示單元顯示出電路是否有短路的情況發生，提示使用者以增加電路使用的安全性。

以上之關於本創作內容之說明及以下之實施方式之說明用以示範與解釋本創作之精神與原理，並且提供本創作之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本創作之觀點，但非以任何觀點限制本創作之範疇。

如在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定於”。“大致”是指在可接收的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接於所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書後續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，並非用以限定本申請的範圍。本申請的保護範圍當視所附申請專利範圍所界定者為準。

還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者系統中還存在另外的相同要素。

以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或構件。

圖1為本創作之實施例所揭露之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置的示意圖。本實施例之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100可適於供電給負載190，使得負載190可以正常操作。在本實施例中，負載190包括並聯耦接的穩壓單元191與負載單元192。其中，穩壓單元191例如為電容，且具有穩壓的作用，而負載單元190例如為馬達或伺服器。

具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100包括電源單元110、軟啟動調整單元120、電流檢測單元130與控制單元140。

電源單元110用以產生電源電壓。在本實施例中，電源單元110例如為電源供應器或電池組，以產生大功率的電源電壓，以便於提供給負載190使用。

軟啟動調整單元120耦接電源單元110，接收電源電壓、第一控制信號與第二控制信號，以依據第一控制信號與第二控制信號，將電源電壓轉換成軟啟動電流，並調整及輸出軟啟動電流至穩壓單元191，或將電源電壓輸出至穩壓單元191，或禁止電源電壓輸出至穩壓單元191。也就是說，舉例來說，當軟啟動調整單元120開始運作軟啟動時，會根據控制單元140的第一控制信號與第二控制信號的控制，以產生軟啟動電流，或輸出或禁止電源電壓輸出至穩壓單元191。

電流檢測單元130耦接電源單元110且適於耦接穩壓單元191，測量電源單元110與穩壓單元191之間所形成的迴路(即系統迴路)的電流，以產生電流檢測信號。在軟啟動過程中，電流檢測信號可以具體反應出電源單元110與穩壓單元191之間的電流的狀態。

控制單元140耦接電流檢測單元130，接收電流檢測信號，以產生第一控制信號與第二控制信號。也就是說，控制單元140依據電流檢測信號中之電流的狀態，產生對應的第一控制信號與第二控制信號，以便控制軟啟動調整單元120的運作，即例如提供軟啟動調整單元120內的電阻，以產生軟啟動電流，使得穩壓單元191所建立的工作電壓快速地增加到相同於電源電壓的電壓值。在本實施例中，控制單元140例如為微控制器或微處理器。

在具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100及負載190的整體運作上，首先，電源單元110輸出電源電壓，此時穩壓單元191上的工作電壓未建立，例如為0V。軟啟動調整單元120根據第一控制信號與第二控制信號，而產生例如依電阻功率所預設的起始軟啟動電流，使得穩壓單元191的工作電壓逐漸建立。

接著，控制單元140會依電流檢測單元130的監測結果進行邏輯判斷，調整第一控制信號與第二控制信號的邏輯準位，以控制軟啟動調整單元120是否繼續產生軟啟動電流。也就是，當軟啟動程序未完成時，則控制軟啟動調整單元120持續產生軟啟動電流；當軟啟動程序完成時，則將電源電壓輸出至穩壓單元191，並控制軟啟動調整單元120停止軟啟動電流的輸出。另外，穩壓單元191所建立的工作電壓會進一步提供負載單元192，以使負載單元192可正常運作。若當軟啟動程序未能完成時(如發現外部迴路有短路)，則控制軟啟動調整單元120停止軟啟動電流的輸出，並禁止電源電壓輸出至穩壓單元191。

藉由上述說明可知，藉由控制單元140依據電流檢測信號(及/或電壓檢測信號)，產生第一控制信號與第二控制信號，以控制軟啟動調整單元120產生軟啟動電流，使得穩壓單元191所產生的工作電壓逐漸地增加到接近於工作電壓的電壓值，完成軟啟動程序，再控制軟啟動調整單元120將電源電壓直接輸出給穩壓單元191，讓穩壓單元191產生與電源電壓相等的工作電壓給負載單元192，以供負載單元192使用。如此一來，可以有效地避免湧浪電流(Inruch Current)的產生而造成電路功能受損的情況發生，以增加電路使用的安全性。

另外，控制單元140還可將電流檢測信號與預設電流值(過電流或短路電流)進行比較，而據以產生第三控制信號。舉例來說，當電流檢測信號的電流值小於預設電流值時，表示電路未有短路的情況發生，控制單元140產生例如低邏輯準位的第三控制信號；當電流檢測信號的電流值大於預設電流值時，表示電路有短路的情況發生，控制單元140產生例如高邏輯準位的第三控制信號。

進一步的，具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100還包括顯示單元150。顯示單元150耦接控制單元140，接收控制單元140所產生的第三控制信號，以顯示第三控制信號。其中，顯示單元150例如為指示燈(或顯示螢幕)。舉例來說，當顯示單元150接收到低邏輯準位的第三控制信號時，顯示單元150不發亮，以指示電路未有短路的情況發生。當顯示單元150接收到高邏輯準位的第三控制信號時，顯示單元150發亮，以指示電路有短路的情況發生，進而告知使用者需要對具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100或其負載190進行後續維修的處理。如此一來，本實施例還可進一步保護及顯示出電路是否有短路的情況發生，以增加具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100使用上或整個系統的安全性。

另外，具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100還包括電壓檢測單元160。電壓檢測單元160耦接控制單元140且適於並聯耦接穩壓單元191(即耦接於穩壓單元191的兩端)，測量穩壓單元191所產生的工作電壓，以產生電壓檢測信號至控制單元140，以進行後續的處理。在軟啟動過程中，電壓檢測信號可以具體反應出穩壓單元191的工作電壓建立的狀態。進一步來說，在一實施例中，控制單元140可依電壓檢測單元160提供的電壓檢測信號，在軟啟動過程中，監測穩壓單元191上的工作電壓建立的情況，使得控制單元140可同時根據電流檢測信號與電壓檢測信號，以產生第一控制信號與第二控制信號來控制軟啟動調整單元120，進而調整軟啟動電流的輸出。在另一實施例中，在軟啟動完成後，電壓檢測單元160可繼續監控電源單元110的電源電壓，並且控制單元140可依情況送出其他過壓或欠壓的保護信號。

此外，圖1所繪示的實施例中，軟啟動調整單元120被配置耦接於電源單元110的正端，而電流檢測單元130被配置耦接於電源單元110的負端。但本創作不限於此，軟啟動調整單元120與電流檢測單元130可以更換配置的位置，即軟啟動調整單元120可配置耦接於電源單元110的負端，而電流檢測單元130可配置於電源單元110的正端，亦可達到相同的效果。並且，更換後的系統架構的實施方式仍可參照圖1的說明，故在此不再贅述。

圖2為本創作之實施例所揭露之軟啟動調整單元的詳細電路示意圖。軟啟動調整單元120包括第一開關單元210與電流調整單元220。

第一開關單元210耦接電源單元110與控制單元140且適於耦接穩壓單元191，接收電源電壓與第一控制信號，以依據第一控制信號，輸出電源電壓至穩壓單元191。在一實施例中，第一開關單元210若是場效電晶體可***作在”線性工作區”，當作線流電阻，以第一控制信號控制第一開關單元210來達到控制軟啟動電流及降低湧浪電流的目的。

電流調整單元220耦接控制單元140且並聯耦接第一開關單元210，接收電源電壓與第二控制信號，將電源電壓轉換成軟啟動電流，以調整並輸出軟啟動電流至穩壓單元191。

進一步來說，電流調整單元220包括第一電阻R1與第二開關單元S2。第一電阻R1具有第一端與第二端，第一電阻R1的第一端耦接電源單元110。

第二開關單元S2耦接第一電阻R1的第二端、控制單元140與穩壓單元191，並接收第二控制信號C2。並且，第二開關單元S2接收第二控制信號C2，以受第二控制信號C2的控制而導通或不導通。

第二開關單元S2可為場效電晶體(MOSFET)，例如P型MOSFET。第二開關單元S2的第一端(即P型MOSFET的閘極端(gate))接收第二控制信號C2，第二開關單元S2的第二端(即P型MOSFET的源極端(source))耦接第一電阻R1的第二端，第二開關單元S2的第三端(即P型MOSFET的汲極端(drain)耦接穩壓單元191。在另一實施例中，第二開關單元S2例如也可以N型MOSFET實施。

另外，在本實施例中，第一開關單元210為場效電晶體，例如P型MOSFET。第一開關單元210的第一端(即P型MOSFET的閘極端)接收第一控制信號C1，第一開關單元210的第二端(即P型MOSFET的源極端)耦接電源單元110，第一開關單元210的第三端(即P型MOSFET的汲極端)耦接穩壓單元191。進一步的，第一開關單元210為大功率的場效應電晶體。

在整體作動上，當具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置100開始運作時，控制單元140產生例如高邏輯準位的第一控制信號C1與低邏輯準位的第二控制信號C2，使得第一開關單元210不導通，第二開關單元S2導通，則軟啟動電流流經的路徑為第一電阻R1及第二開關單元S2，使得穩壓單元191所產生的工作電壓可增加到接近於電源電壓的電壓值。

接著，當穩壓單元191的工作電壓與電源單元110所產生的工作電壓接近或幾乎一致時，控制單元140產生例如低邏輯準位的第一控制信號C1來切入(TURN ON)第一開關單元210，使得第一開關單元210導通，並產生例如高邏輯準位的第二控制信號C2，使得第二開關單元S2不導通來關閉電流調整單元220，以完成軟啟動過程，使得穩壓單元191可產生與電源電壓相同的工作電壓給負載單元192。如此一來，可有效避免湧浪電流的產生而造成電路功能受損的情況發生，以增加電路使用的安全性。

本實施例所提供之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，藉由控制單元依據電流檢測單元所產生的電流檢測信號，產生第一控制信號與第二控制信號，以控制軟啟動調整單元的軟啟動電流，使得穩壓單元所產生的工作電壓能依據軟啟動調整單元逐漸地增加到相同或接近於電源電壓的電壓值，完成軟啟動程序，再將電源電壓直接輸出給穩壓單元。如此一來，可以有效地避免湧浪電流的產生而造成電路功能受損的情況發生。而當系統外部迴路有真實短路情況時，能預先發現軟啟動程序異常或失效，進而禁止電源電壓輸出至短路得系統迴路，以增加電路使用的安全性；並且電路設計簡單，且電路元件使用較少，以減少電路使用成本。另外，還透過顯示單元顯示出電路是否有短路的情況發生，提示使用者以增加電路使用的安全性。此外，控制單元還可進一步同時依據電流檢測信號及電壓檢測單元所產生的電壓檢測信號，產生對應的第一控制信號與第二控制信號，亦可達到避免湧浪電流的產生而造成電路功能受損的情況發生的功效。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作。在不脫離本創作之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本創作之專利保護範圍。關於本創作所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100‧‧‧具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置
110‧‧‧電源單元
120‧‧‧軟啟動調整單元
130‧‧‧電流檢測單元
140‧‧‧控制單元
150‧‧‧顯示單元
160‧‧‧電壓檢測單元
190‧‧‧負載
191‧‧‧穩壓單元
192‧‧‧負載單元
210‧‧‧第一開關單元
220‧‧‧電流調整單元
C1‧‧‧第一控制信號
C2‧‧‧第二控制信號
R1‧‧‧第一電阻
S2‧‧‧第二開關單元

圖1為本創作之實施例所揭露之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置的示意圖。 圖2為本創作之實施例所揭露之軟啟動調整單元的詳細電路示意圖。

100‧‧‧具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置

110‧‧‧電源單元

120‧‧‧軟啟動調整單元

130‧‧‧電流檢測單元

140‧‧‧控制單元

150‧‧‧顯示單元

160‧‧‧電壓檢測單元

190‧‧‧負載

191‧‧‧穩壓單元

192‧‧‧負載單元

Claims (9)

1. 一種具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，適於供電給一負載，該負載包括並聯耦接的一穩壓單元與一負載單元，該具有軟啟動及保護功能的電源供應器包括： 一電源單元，產生一電源電壓； 一軟啟動調整單元，耦接該電源單元且適於耦接該穩壓單元，接收該電源電壓、一第一控制信號、一第二控制信號，以依據該第一控制信號與該第二控制信號，將該電源電壓轉換成一軟啟動電流，並調整及輸出該軟啟動電流至該穩壓單元或將該電源電壓輸出至該穩壓單元或禁止該電源電壓輸出至該穩壓單元； 一電流檢測單元，耦接該電源單元且適於耦接該穩壓單元，測量該電源單元與該穩壓單元之間所形成的一迴路的電流，以產生一電流檢測信號；以及 一控制單元，耦接該電流檢測單元，接收該電流檢測信號，以產生該第一控制信號與該第二控制信號。
2. 如請求項1所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該軟啟動調整單元包括： 一第一開關單元，耦接該電源單元與該控制單元且適於耦接該穩壓單元，接收該電源電壓與該第一控制信號，以依據該第一控制信號，輸出該電源電壓至該穩壓單元；以及 一電流調整單元，耦接該控制單元且並聯耦接該第一開關單元，接收該電源電壓與該第二控制信號，將該電源電壓轉換成該軟啟動電流，以輸出該軟啟動電流至該穩壓單元。
3. 如請求項2所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該電流調整單元包括： 一第一電阻，具有一第一端與一第二端，該第一電阻的該第一端耦接該電源單元；以及 一第二開關單元，耦接該第一電阻的該第二端、該控制單元與該穩壓單元，並接收該第二控制信號。
4. 如請求項3所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該第二開關單元為一場效電晶體，該第二開關單元的第一端接收該第二控制信號，該第二開關單元的第二端耦接該第一電阻的該第二端，該第二開關單元的第三端耦接該穩壓單元。
5. 如請求項2所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該第一開關單元為一場效電晶體，該第一開關單元的第一端接收該第一控制信號，該第一開關單元的第二端耦接該電源單元，該第一開關單元的第三端耦接該穩壓單元。
6. 如請求項1所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該電源單元為一電源供應器或一電池組。
7. 如請求項1所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，其中該控制單元為一微控制器或一微處理器。
8. 如請求項1所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，更包括： 一顯示單元，耦接該控制單元，接收該控制單元所產生的一第三控制信號，以顯示該第三控制信號。
9. 如請求項1所述之具有軟啟動及保護功能的電源供應裝置，更包括： 一電壓檢測單元，耦接該控制單元，且適於並聯耦接該穩壓單元，測量該穩壓單元所產生的一工作電壓，以產生電壓檢測信號至該控制單元。