CN103972860B - 电源保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源保护装置及方法，用以保护一负载，包括：一过电压保护单元，用以在该马达的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号；一低电压保护单元，用以在该马达的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号；一工作状态检测单元，用以接收一控制信号，并在该控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号；以及一电源控制单元，用以依据该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号控制该供应电压。

Description

电源保护装置及方法

技术领域

本发明关于一种风扇马达的电源保护装置，尤其关于一种具有节能效果的电源保护装置。

背景技术

现有技术已提出了各种电路保护措施避免精密、昂贵的马达遭受损毁。

在过电压保护方面，现有的电压保护的方式包括：方法一–提高电路元件耐压规格、方法二–通过瞬态电压抑制器(Transient.Voltage Suppressor,TVS)进行保护，以及方法三–通过运算放大器(operational amplifier，OP)比较器电路进行过电压保护。

就方法一而言，由于提高电路元件耐压规格势必提高制造成本，且规格的选用也多所限制，因此方法一仅适用于设计简单的电路，较少为业界所采用。就方法二而言，虽然使用TVS是目前电子产品设计的主流做法，然而，此方法仅适用于消除暂态能量输入下高电压、低能量的电源突波，例如静电(ESD)，但在持续的过电压电源供应下，电路依旧有烧毁之虞。就方法三而言，OP比较器电路除了价格较高、输入电压有限之外，电路设计较为复杂且电路反应速度较慢。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一个新的电源保护装置及方法，能够以简单、低成本、高精确度以及节能的方式对负载或马达提供保护。

本发明提供一种电源保护装置，用以保护一负载或马达。该装置包括：一过电压保护单元，用以在该负载或马达的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号；一低电压保护单元，用以在该马达的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号；一工作状态检测单元，用以接收一控制信号，并在该控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号；以及一电源控制单元，耦接至该过电压保护单元、该工作状态检测单元以及该低电压保护单元，用以依据该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号控制该供应电压的开启与关闭。

本发明另提供一种电源保护方法，用以保护一负载或马达。该方法包括：在该负载或马达的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号；在该负载或马达的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号；接收一控制信号，并在该控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号；以及在接收到该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号中任一者时关闭该供应电压。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的电源保护装置示意图。

图2A为本发明一实施例的过电压保护单元示意图。

图2B为图2A的过电压保护单元中各个信号的示意图。

图3A为本发明一实施例的低电压保护单元示意图。

图3B为图3A的低电压保护单元中各个信号的示意图。

图4A为本发明一实施例的工作状态检测单元示意图。

图4B为图4A的工作状态检测单元中各个信号的示意图。

图5为依据本发明一实施例的电源保护方法流程图。

其中，附图标记说明如下：

100~电源保护装置；110~过电压保护单元；112~电压减法器；114~稳压电路；120~低电压保护单元；122~电压减法器；124~稳压电路；130~工作状态检测单元；132~信号转换器；134~稳压电路；140~电源控制单元；150~马达；160~电源管理单元；170~微控制单元；P~供应电压；SC~转速控制信号；V+~电压预设范围的上限；V-～电压预设范围的下限；SH、SH’~过电压检测信号；SL、SL’~低电压检测信号；SS、SS’~工作状态检测信号。

具体实施方式

下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围当以所附的权利要求项为准。

本发明的电源保护装置用以对风扇马达提供保护。图1为依据本发明一实施例的电源保护装置示意图。本实施例的马达150通过一电源管理单元160自一电源取得一供应电压P，而其运转速度通过一微控制单元170而受到外部一转速控制信号SC所控制。

本发明提供一种特殊的电源保护装置100，而该电源保护装置100耦接于前述马达150。本发明的电源保护装置100包括一过电压保护单元110、一低电压保护单元120、一工作状态检测单元130以及一电源控制单元140。下文将配合各个图示说明本发明的各个元件。

图2A为本发明一实施例的过电压保护单元110示意图。图2B为图2A的过电压保护单元110中各个信号的示意图。本发明的过电压保护单元110可在马达的供应电压P超出一电压预设范围的上限V+时产生一过电压检测信号，而该过电压检测信号可供后述的电源控制单元140判断之用。如图2A所示，本发明的过电压保护单元110可包括一电压减法器112。该电压减法器112可在将该供应电压P超出该电压预设范围的上限V+的部分予以减除，藉以直接产生该过电压检测信号。如图2B所示，当供应电压P超出一电压预设范围的上限V+时，电压减法器112即可直接滤除所超出的部分而产生一高态的“过电压检测信号SH”。换言之，当供应电压P未超出一电压预设范围的上限V+时(图未示)，电压减法器112不会影响原供应电压P的信号电平，意即，不会产生前述高态的过电压检测信号。在某些实施例中，举例而言，电压减法器112由至少一齐纳二极管所构成。值得注意的是，通过上述电路结构，本发明的过电压保护单元110不必如现有技术的瞬态电压抑制器(Transient.VoltageSuppressor,TVS)或运算放大器(operational amplifier，OP)般持续地消耗额外的电源，因而可达成节能效果。此外，如图2A所示，本发明的过电压保护单元110可另外包括一稳压电路114，藉以稳定电压减法器112所提供的信号，使其具有可被后述电源控制单元140所接受理想波形(举例而言，如图2B所示，产生具有方波波形的过电压检测信号SH’)，避免误动作的发生。

图3A为本发明一实施例的低电压保护单元120示意图。图3B为图3A的低电压保护单元120中各个信号的示意图。相对于前述的高电压检测单元110，本发明的低电压保护单元120可在马达的供应电压P低于一电压预设范围的下限V-时产生一低电压检测信号，而该低电压检测信号可供后述的电源控制单元140判断之用。在一实施例中，如图3A所示，本发明的低电压保护单元120可包括一电压减法器122。该电压减法器122可在将该供应电压P低于该电压预设范围的下限V-的部分予以减除，藉以直接产生该低电压检测信号。如图3B所示，当供应电压P低于一电压预设范围的下限V-时，电压减法器122即可直接滤除超出的部分而产生一低态的“低电压检测信号SL”。换言之，当供应电压P未超出一电压预设范围的下限V-时(图未示)，电压减法器122则不会影响原供应电压P的信号电平，意即，不会产生前述低态的低电压检测信号。在某些实施例中，举例而言，电压减法器122由至少一齐纳二极管所构成。值得注意的是，通过上述电路结构，本发明的低电压保护单元120不必如现有技术的瞬态电压抑制器(Transient.Voltage Suppressor,TVS)或运算放大器(operationalamplifier，OP)般持续地消耗额外的电源，因而可达成节能效果。此外，如图3A所示，本发明的低电压保护单元120可另外包括一稳压电路124，藉以稳定电压减法器122所提供的信号，使其具有可被后述电源控制单元140所接受的波形(举例而言，如图3B所示，产生具有方波波形的低电压检测信号SL’)，避免误动作的发生。

图4A为本发明一实施例的工作状态检测单元130示意图。图4B为图4A的工作状态检测单元130中各个信号的示意图。本发明的工作状态检测单元130可用以接收外部提供的转速控制信号SC。如图4B所示，并在该转速控制信号SC的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号SS，而该工作状态检测信号SS可供后述的电源控制单元130判断之用。如图4A所示，本发明的工作状态检测单元130可包括一信号转换器132。在一实施例中，该信号转换器132可由具有控制充放电时间特性的充放电电路所组成(举例而言，RC电路)。如图4B所示，信号转换器132可藉由其充放电的电路特性将一时间内发生变化的转速控制信号SC转换成一低态的“工作状态检测信号SS”。如图4A所示，本发明的工作状态检测单元130可另外包括一稳压电路134，藉以稳定信号转换器132所提供的信号，使其具有可被后述电源控制单元140所接受的波形(举例而言，如图4B所示，产生具有方波波形的低电压检测信号SS’)，避免误动作的发生。

本发明的电源控制单元140耦接至前述过电压保护单元110、低电压保护单元120以及工作状态检测单元130，目的在依据前述的过电压检测信号SH(或SH’)、低电压检测信号SL(或SL’)以及工作状态检测信号SS(或SS’)控制该供应电压P的开启与关闭。明确地说，该电源控制单元140可由逻辑元件(AND元件、OR元件)所组成，可在接收到过电压检测信号SH(或SH’)、该低电压检测信号SL(或SL’)或该工作状态检测信号SS(或SS’)中任一者时，将提供至马达150的供应电压P予以关闭。换言之，当过电压检测信号SH(或SH’)、该低电压检测信号SL(或SL’)该工作状态检测信号SS(或SS’)皆未被电源控制单元140所检测到时，表示供应电压P及转速控制信号皆属正常SC，供应电压P始得以驱动马达150。本发明可藉此对马达150提供多重保护效果。在某些实施例中，如图1所示，电源控制单元140系通过电源管理单元160及微控制单元170对马达150进行前述控制，然而，在其他实施例中本发明则不必以此为限。

此外，值得注意的是，在本发明的最佳实施例中，该工作状态检测单元130及低电压保护单元120皆耦接于过电压保护单元110之后(即，耦接于过电压保护单元110与该电源控制单元140之间)，可在接收前述过电压检测信号SH时即时停止运作，达到进一步节能的目的。

本发明另依据前述的电源保护装置提供一种电源保护方法。图5为依据本发明一实施例的电源保护方法流程图。电源保护方法用以保护一马达。该方法的步骤包括：在该马达的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号(如步骤S502)；在该马达的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号(如步骤S504)；接收一转速控制信号，并在该转速控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号((如步骤S506)；以及在接收到该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号中任一者时关闭该供应电压(如步骤S508)。由于本领域技术人员可参照前述电源保护装置的实施例了解本发明的电源保护方法，因此，本文将不再赘述本方法的其他细节。

本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利权利要求范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电源保护装置，用以保护一负载，包括：

一过电压保护单元，用以在该负载的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号；

一低电压保护单元，用以在该负载的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号；

一工作状态检测单元，用以接收一控制信号，并在该控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号；以及

一电源控制单元，耦接至该过电压保护单元、该工作状态检测单元以及该低电压保护单元，用以依据该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号控制该供应电压的开启与关闭；

其中该工作状态检测单元包括一信号转换器。

2.如权利要求1的电源保护装置，其中该电源控制单元在接收到该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号中任一者时关闭该供应电压。

3.如权利要求1的电源保护装置，其中该工作状态检测单元耦接于该过电压保护单元与该电源控制单元之间，并在接收该过电压检测信号时停止运作。

4.如权利要求1的电源保护装置，其中该低电压保护单元耦接于该过电压保护单元与该电源控制单元之间，并在接收该过电压检测信号时停止运作。

5.如权利要求1的电源保护装置，其中该过电压保护单元包括一电压减法器，用以将该供应电压超出该电压预设范围的该上限的部分减除，以产生该过电压检测信号。

6.如权利要求5的电源保护装置，其中该电压减法器包括至少一齐纳二极管。

7.如权利要求5或6的电源保护装置，其中该过电压保护单元还包括一稳压电路，用以稳定该电压减法器所提供的信号，藉以使该信号具有能被该电源控制单元接受的波形，避免误动作的发生。

8.如权利要求1的电源保护装置，其中该低电压保护单元包括一电压减法器，用以将该供应电压低于该电压预设范围的下限的部分予以减除，藉以直接产生该低电压检测信号。

9.如权利要求8的电源保护装置，其中该电压减法器包括至少一齐纳二极管。

10.如权利要求8或9的电源保护装置，其中该低电压保护单元还包括一稳压电路，用以稳定该电压减法器所提供的信号，藉以使该信号具有能被该电源控制单元接受的波形，避免误动作的发生。

11.如权利要求1的电源保护装置，其中该信号转换器由一具有控制充放电时间特性的充放电电路所组成。

12.如权利要求1的电源保护装置，其中该信号转换器为一RC电路。

13.如权利要求11至12任一权利要求所述的电源保护装置，其中该工作状态检测单元还包括一稳压电路，用以稳定该信号转换器所提供的信号，藉以使该信号具有被该电源控制单元接受的波形，避免误动作的发生。

14.一种电源保护方法，用以保护一负载，包括：

在该负载的一供应电压超出一电压预设范围的一上限时产生一过电压检测信号；

在该负载的该供应电压低于该电压预设范围的一下限时产生一低电压检测信号；

通过一工作状态检测单元接收一控制信号，并在该控制信号的电平时变率超出一时变率临限值时产生一工作状态检测信号；以及

在接收到该过电压检测信号、该低电压检测信号及该工作状态检测信号中任一者时关闭该供应电压；

其中该工作状态检测单元包括一信号转换器。