CN103166170A - 短路侦测装置及其侦测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是公开一种短路侦测装置及其侦测方法，首先，供电器通过一切换开关提供负载电流，以对电容性负载进行充电。接着，在负载电流到达一切换电流值时，执行至少一次切换动作。在此动作中，是先关闭切换开关，以降低负载电流，并持续一固定时间，接着，导通切换开关，直到负载电流到达切换电流值为止。当切换动作完成后，侦测电容性负载储存的切换开关输出电压，并在输出电压小于切换开关输出的预设电压时，输出一短路讯号。本发明采用即时截断短路电流，以达到保护供电器的目的。

Description

短路侦测装置及其侦测方法

技术领域

本发明是有关一种侦测技术，特别是关于一种短路侦测装置及其侦测方法。

背景技术

电源供应器是用来提供电子设备操作所需的电源。当电源供应器的负载异常或电路短路时，电源供应器将于瞬间引发大电流，不仅可能造成电源供应器本身毁损，也可能伤害所负载的电子设备。因此，电源供应器中皆设有短路侦测装置，用以避免瞬间大电流破坏内部元件或负载。

在现有技术上，一供电器对一电容性负载供电的时间与输出电流曲线图如图1所示，其中细线代表的是理想的输出电流曲线，粗线代表的是电容性负载呈现短路状态的输出电流曲线。在正常的供电模式中，当时间到达t₁时，输出电流超过一预设额定电流Id，接着输出电流持续增加达到一最大值，接着再经过一段时间，会到达t₂后，输出电流会逐渐变小，直到零为止。然而，在短路状态的充电模式中，当时间到达t1时，输出电流依然会达到一最大值，但在此之后，由于负载短路的缘故，输出电流会一直居高不下，与理想中的充电模式不同。传统技术为了进行短路保护，在t₁之后，延长一时间T，并设定一侦测电流I_x，此侦测电流I_x必须小于输出电流的最大容许的额定电流值Id。在延长时间T后，判断输出电流是否大于侦测电流Id，若是，则可以启动短路保护动作，若否，则判断为正常状态。但在此种短路侦测的方式中，一旦短路电流建立，达到数百安培，通常非常不容易在不伤害开关的情况下顺利关闭。

因此，本发明是在针对上述的困扰，提出一种短路侦测装置及其侦测方法，以解决现有所产生的问题。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种短路侦测装置及其侦测方法，其是不但采用即时截断短路电流，以保护供电器，更以多重启动的方式，同时避免供电器短路大电流无法断开，又可建立马达控制器所需的电容负载的初期电压。

为达上述目的，本发明提供一种短路侦测装置，包含一切换开关，其是连接一供电器与一电容性负载，并于导通时，供电器通过切换开关提供一负载电流，以对电容性负载进行充电。另有一控制单元，连接切换开关与电容性负载，并预设一切换电流值与切换开关输出的预设电压。控制单元在负载电流到达切换电流值时，执行至少一次切换动作，其是先将导通的切换开关关闭，并持续一固定时间后，再导通切换开关，直到负载电流到达切换电流值为止，在控制单元执行切换动作后，控制单元是侦测连接电容性负载储存的输出电压，并在输出电压小于预设电压时，输出一短路讯号。

所述的切换电流值是小于所述的负载电流可容许的最大额定值，且大于零。

所述的电容性负载从电压Va放电至正电压Va/10，需一放电时间，且所述的电容性负载在完全放电后，是放电至零电位，则所述的固定时间小于所述的放电时间。

所述的控制单元是执行所述的切换动作多次，并在所述的控制单元执行最后一次所述的切换动作后，侦测所述的输出电压。

所述的切换开关为一金氧半场效晶体管。

本发明亦提供一种短路侦测方法，其是以连接一供电器与一电容性负载的一切换开关执行的，且此切换开关是先呈导通状态。首先，供电器通过切换开关提供一负载电流，以对电容性负载进行充电。接着，在负载电流到达一切换电流值时，执行至少一次切换动作，其是包含下列步骤：首先，关闭切换开关，以降低负载电流，并持续一固定时间，接着，导通切换开关，直到负载电流到达切换电流值为止。当切换动作完成后，侦测连接电容性负载储存的输出电压，以判断输出电压是否小于切换开关输出的预设电压：若是，关闭切换开关，并输出一短路讯号；以及若否，持续导通切换开关，使供电器通过切换开关对电容性负载正常供电。

所述的切换电流值是小于所述的负载电流可容许的最大额定值，且大于零。

所述的切换动作是执行多次。

所述的电容性负载从正电压Va放电至电压Va/10，需一放电时间，且所述的电容性负载在完全放电后，是放电至零电位，则所述的固定时间小于所述的放电时间。

所述的切换开关为一金氧半场效晶体管。

兹为使贵审查委员对本发明的结构特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如后：

附图说明

图1为先前技术的电容性负载于正常状态与短路状态的输出电流与时间关是曲线图；

图2为本发明的装置电路方块图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明的切换开关于侦测状态的输出电流、输出电压与时间关是曲线图；

图5为本发明的切换开关于执行一次切换动作的输出电流与输出电压波形图；

图6为本发明的切换开关于执行二次切换动作的输出电流与输出电压波形图；

图7为本发明的切换开关于短路状态的输出电流与输出电压波形图。

附图标记说明：10-切换开关；12-供电器；14-电容性负载；15-输出接头；16-控制单元。

具体实施方式

请参阅图2，本发明包含一切换开关10，如金氧半场效晶体管，其是连接一供电器12与一电容性负载14，并于导通时，供电器12通过切换开关10提供一负载电流，以对电容性负载14进行充电，其中切换开关10是通过一输出接头15连接电容性负载14。切换开关10更连接一控制单元16，其是不但用以侦测供电器12经由切换开关10提供电容性负载14的输出电压、输出电流，又预设一切换电流值与切换开关10输出的预设电压，此切换电流值是小于负载电流可容许的最大额定值，且大于零。控制单元16在负载电流到达切换电流值时，执行至少一次切换动作，如多次。在每一次的切换动作中，是先将导通的切换开关10关闭，并持续一固定时间后，再导通切换开关10。若电容性负载14从正电压Va放电至电压Va/10，需一放电时间，且电容性负载14在完全放电后，是放电至零电位，则上述固定时间在设计上，必须小于上述放电时间。在控制单元16执行切换动作后，控制单元16是侦测连接电容性负载14储存的切换开关10输出电压，并在输出电压小于预设电压时，输出一短路讯号。

请同时参阅图2至图4，在侦测装置运作前，起始状态如步骤S01所示，切换开关10原本是呈导通状态，切换开关10因侦测到过电流状况，所以暂时关闭，并启动本程序，以判断负载是否为短路状况，或为电容性负载的接电起始过程的正常状况。以下切换开关10的导通次数是以三次为例。首先，如步骤S09所示，在前述切换开关10暂时关闭并维持一段时间之后，控制单元16第一次导通切换开关10，此时时间点为t1。接着，如步骤S10所示，供电器12通过切换开关10提供负载电流，以对电容性负载14进行充电，此负载电流即为图4中的输出电流。接着，如步骤S12所示，在负载电流到达切换电流值Is时，控制单元16对切换开关10执行至少一次切换动作，在此以二次实施的。在进行第一次的切换动作中，控制单元16先于时间点t₂关闭切换开关10，以降低负载电流，并持续固定时间T，到达时间点t3时，如步骤S14所示，控制单元16第二次导通切换开关10，直到负载电流到达切换电流值Is为止，此时为时间点t4，至此完成第一次的切换动作。接着进行第二次的切换动作，如步骤S16所示，控制单元16再次于时间点t4关闭切换开关10，以降低负载电流，并持续固定时间T，到达时间点t5时，如步骤S18所示，控制单元16第三次导通切换开关10，直到负载电流再次到达切换电流值Is为止，此时为时间点t6，至此完成第二次的切换动作。在时间点t6时，如步骤S20所示，控制单元16侦测连接于电容性负载14储存的输出电压，以判断此输出电压是否小于切换开关10输出的预设电压V_T，若是，则如步骤S22所示，关闭切换开关10，并由控制单元16输出短路讯号；若否，则依照步骤S24，持续导通切换开关10，以继续正常供电。由于本发明的侦测方法可以执行多次切换动作，因此不但能即时截断短路电流，保护供电器，更可避免供电器短路大电流无法断开的风险。若将本发明应用在马达技术上，则可轻易建立马达控制器所需的电容负载的初期电压。

请参阅图2与图5，在此导通切换开关10的次数以一次为例。在t_a之前，供电器12提供电压V_M，请参考图2，此时电容性负载14尚未接上输出接头15。在时间点ta时，当电容性负载14接上输出接头15，输出端负载电流瞬间提升，在过电流情况下立即引起切换开关关闭，此处触发所述的过电流保护的电流值与本发明中的Is无关。本发明与现有技术的差异在于后续动作的处理装置与侦测方法。此时切换开关10是关闭的，在经过一固定时间T之后，到了tb时，切换开关10进行一次重新导通，输出端负载电流瞬间再次提升。由于此时负载电流低于切换电流值Is，且负载电压大于预设电压V_T，因此供电器12继续保持对电容性负载14进行充电。

请参阅图2与图6，在此导通切换开关10的次数以二次为例。在ta之前，供电器12提供电压V_M，此时切换开关10是导通的，当电容性负载14在ta时接上输出接头15，输出电流瞬间提升引起过电流保护动作，因而立即引起切换开关10关闭，此处触发所述的过电流保护的电流值与本发明中的Is无关。此时切换开关10关闭，并持续固定时间T，到了tb时，切换开关10第一次重新导通，负载电流再次提升，当到了切换电流值Is时，时间点为tc，此时切换开关10再度关闭，并持续固定时间T。到了td时，切换开关10第二次重新导通，负载电流再次提升。由于此时负载电流低于切换电流值Is，且切换开关10输出电压大于预设电压V_T，因此供电器12继续保持对电容性负载14进行充电。从此电压波形图可以知道输出电压有迭加的现象。

请参阅图2与图7。在ta之前，供电器12提供电压V_M，但此时切换开关10是导通的，当电容性负载14在ta时接上输出接头15，输出电流瞬间提升引起过电流保护动作，因而立即引起切换开关10关闭，此处发所述的过电流保护的电流值与本发明中的Is无关。此时切换开关10关闭，并持续固定时间T，到了tb时，切换开关10第一次重新导通，负载电流再次提升，当到了切换电流值Is时，时间点为tc，此时切换开关10再度关闭，并持续固定时间T。到了td时，切换开关10第二次重新导通，负载电流再次提升，又到了切换电流值Is时，时间点为te，此时切换开关10再度关闭，并持续固定时间T，直到时间点tf，第三次重新导通切换开关10。由于此时负载电流高于切换电流值Is，且切换开关10输出电压小于预设电压V_T，因此控制单元16会输出短路讯号，以判断短路状态，并结束电流输出。

综上所述，本发明除了可以即时切断短路电流，以有效保护供电器外，更可避免短路大电流无法断开的缺点。

以上所述者，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种短路侦测装置，其特征在于，其是连接一供电器与一电容性负载，所述的短路侦测装置包括：

一切换开关，连接所述的供电器与所述的电容性负载，并于导通时，所述的供电器通过所述的切换开关提供一负载电流，以对所述的电容性负载进行充电；以及

一控制单元，连接所述的切换开关与所述的电容性负载，并预设一切换电流值与所述的切换开关输出的预设电压，所述的控制单元在所述的负载电流到达所述的切换电流值时，执行至少一次切换动作，其是先将导通的所述的切换开关关闭，并持续一固定时间后，再导通所述的切换开关，直到所述的负载电流到达所述的切换电流值为止，在所述的控制单元执行所述的切换动作后，所述的控制单元是侦测所述的电容性负载储存的所述的切换开关输出电压，并在所述的输出电压小于所述的预设电压时，输出一短路讯号。

2.根据权利要求1所述的短路侦测装置，其特征在于，所述的切换电流值是小于所述的负载电流可容许的最大额定值，且大于零。

3.根据权利要求1所述的短路侦测装置，其特征在于，所述的电容性负载从电压Va放电至正电压Va/10，需一放电时间，且所述的电容性负载在完全放电后，是放电至零电位，则所述的固定时间小于所述的放电时间。

4.根据权利要求1所述的短路侦测装置，其特征在于，所述的控制单元是执行所述的切换动作多次，并在所述的控制单元执行最后一次所述的切换动作后，侦测所述的输出电压。

5.根据权利要求1所述的短路侦测装置，其特征在于，所述的切换开关为一金氧半场效晶体管。

6.一种短路侦测方法，其特征在于，其是以连接一供电器与一电容性负载的一切换开关执行的，且所述的切换开关呈导通状态，所述的短路侦测方法包含下列步骤：

所述的供电器通过所述的切换开关提供一负载电流，以对所述的电容性负载进行充电；

在所述的负载电流到达一切换电流值时，执行至少一次切换动作，其是包含下列步骤：

关闭所述的切换开关，以降低所述的负载电流，并持续一固定时间；以及

导通所述的切换开关，直到所述的负载电流到达所述的切换电流值为止；以及

侦测所述的电容性负载储存的所述的切换开关输出电压，以判断所述的输出电压是否小于所述的切换开关输出的预设电压：

若是，关闭所述的切换开关，并输出一短路讯号；以及

若否，持续导通所述的切换开关，使所述的供电器通过所述的切换开关对所述的电容性负载正常供电。

7.根据权利要求6所述的短路侦测方法，其特征在于，所述的切换电流值是小于所述的负载电流可容许的最大额定值，且大于零。

8.根据权利要求6所述的短路侦测方法，其特征在于，所述的切换动作是执行多次。

9.根据权利要求6所述的短路侦测方法，其特征在于，所述的电容性负载从正电压Va放电至电压Va/10，需一放电时间，且所述的电容性负载在完全放电后，是放电至零电位，则所述的固定时间小于所述的放电时间。

10.根据权利要求6所述的短路侦测方法，其特征在于，所述的切换开关为一金氧半场效晶体管。

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