CN107658645A - 电源插头装置及其过温保护方法 - Google Patents

Abstract

一种电源插头装置及其过温保护方法，该电源插头装置包含插头、第一温度传感器及微控制单元。第一温度传感器感应插头的温度并通知微控制单元插头的温度；微控制单元传送控制信号至负载装置；通过控制信号，负载装置接收充电电流。

Description

电源插头装置及其过温保护方法

技术领域

本发明涉及一种插头装置及其保护方法，特别涉及一种电源插头装置及其过温保护方法。

背景技术

电源插头装置是一种常见的装置；电源插头装置是用以连接电源插座及负载装置，使得交流电源可从电源插座传递至负载装置，借以驱动负载装置；因此，电源插头装置非常的重要。

相关技术的电源插头装置具有过温保护功能，使得当电源插头装置的温度过高时，可切断交流电源；然而，目前相关技术的电源插头装置的缺点为相关技术的电源插头装置与负载装置之间的过温保护功能的通信不够精确。

发明内容

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电源插头装置。

为改善上述现有技术的缺点，本发明的另一目的在于提供一种过温保护方法。

为实现本发明的上述目的，本发明的电源插头装置是应用于电源插座及负载装置，电源插头装置包含插头、第一温度传感器及微控制单元。其中，插头插接于电源插座；第一温度传感器设置于插头；微控制单元电性连接至第一温度传感器及负载装置。第一温度传感器感应一温度并传送至微控制单元，则微控制单元传送控制信号至负载装置，负载装置依据控制信号接收充电电流。其中，微控制单元判断温度是否大于第一温度值且不大于第二温度值，如是则控制信号为第一信号值，充电电流为第一电流值；其中，微控制单元判断温度是否大于第二温度值，如是则控制信号为第二信号值，负载装置停止接收充电电流。

再者，如上所述的电源插头装置，其中控制信号为脉冲宽度调制的工作周期。

再者，如上所述的电源插头装置，其中第一温度值介于摄氏70度至摄氏79度，第二温度值介于摄氏81度至摄氏90度，第一信号值为脉冲宽度调制的工作周期大于或等于8％，且小于10％，第二信号值为脉冲宽度调制的工作周期小于8％。

再者，如上所述的电源插头装置，还包括开关，电性连接至插头及负载装置，其中当控制信号为第二信号值，开关维持导通。

再者，如上所述的电源插头装置，其中开关为继电器。

再者，如上所述的电源插头装置，还包含火线及中性线。火线电性连接至插头、开关、负载装置及微控制单元；中性线电性连接至插头、开关、负载装置及微控制单元。其中，开关包含火线开关及中性线开关，火线开关电性连接至火线及微控制单元；中性线开关电性连接至中性线及微控制单元。

再者，如上所述的电源插头装置，还包含地线、接地监控电路、电流检测电路及第二温度传感器。地线电性连接至插头及负载装置；接地监控电路电性连接至火线、中性线、地线及微控制单元；电流检测电路电性连接至火线及微控制单元；漏电流检测电路电性连接至火线、中性线及微控制单元；及第二温度传感器，电性连接至微控制单元。

再者，如上所述的电源插头装置，还包含辅助电源电路，电性连接至火线、中性线及微控制单元。

再者，如上所述的电源插头装置，还包含电压转换电路，用以匹配微控制单元与负载装置的电压。

再者，如上所述的电源插头装置，其中第一温度传感器为热敏电阻器。

再者，如上所述的电源插头装置，其中如果温度不大于第一温度值，则控制信号为正常信号值，使得充电电流为正常电流值。

再者，如上所述的电源插头装置，其中正常信号值大于第一信号值，第一信号值大于第二信号值，且正常电流值大于第一电流值。

再者，如上所述的电源插头装置，其中控制信号为电压电平。

为实现本发明的上述另一目的，本发明的过温保护方法包含：(a)温度传感器感应插头的温度并传送至微控制单元；(b)微控制单元传送控制信号至负载装置；(c)负载装置依据控制信号接收充电电流；(c1)若温度不大于第一温度值，微控制单元调整控制信号为正常信号值，使该充电电流为正常电流值；(c2)若温度大于第一温度值且不大于第二温度值，则微控制单元调整控制信号为第一信号值，使充电电流为第一电流值，其中，第一电流值小于正常电流值；(c3)于步骤(c2)后，若温度小于第一磁滞温度，则控制信号恢复为正常信号值，其中，第一磁滞温度小于第一温度值；(c4)若温度大于第二温度值，则微控制单元调整该控制信号为第二信号值，使充电电流为零，其中第二温度值大于第一温度值；(c5)于步骤(c4)后，若温度小于第二磁滞温度，则控制信号恢复为第一信号值，其中，第二磁滞温度小于第二温度值。

再者，如上所述的过温保护方法，其中正常信号值大于第一信号值，第一信号值大于第二信号值。

本发明的一技术效果在于使电源插头装置与负载装置之间的过温保护功能的通信更加精确。

附图说明

图1为本发明的电源插头装置的第一实施例框图。

图2为本发明的电源插头装置的第二实施例框图。

图3为本发明的电源插头装置的第三实施例框图。

图4为本发明的电源插头装置的第四实施例框图。

图5为本发明的插头及第一温度传感器示意图。

图6为本发明的电源插头装置的应用实施例框图。

图7为本发明的过温保护方法流程图。

图8为本发明的温度对应脉冲宽度调制工作周期的示意图。

附图标记说明：

电源插头装置10

电源插座20

负载装置30

汽车40

插头102

第一温度传感器104

开关106

微控制单元108

电压转换电路110

控制信号112

充电电流114

火线116

中性线118

火线开关120

中性线开关122

地线124

接地监控电路126

电流检测电路128

漏电流检测电路130

第二温度传感器132

辅助电源电路134

发光二极管136

热导体138

电源接脚140

分压值142

控制盒144

电源输出插头146

步骤S02～06

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，请参阅以下的详细说明和附图说明如下，而附图与详细说明仅作为的对其进行说明用，并非用于限制本发明。

请参考图1，其为本发明的电源插头装置的第一实施例框图。电源插头装置10是应用于电源插座20及负载装置30；电源插头装置10包含插头102、第一温度传感器104及微控制单元108。

插头102插接至电源插座20，且其电性连接至负载装置30；第一温度传感器104设置于插头102，用以感应插头102的温度；微控制单元108电性连接至第一温度传感器104及负载装置30。

第一温度传感器104感应插头102的温度并通知微控制单元108有关插头102的温度，于本发明一实施例中，第一温度传感器104可为但不限负温度系数(NTC)热敏电阻器，依检测温度与另一颗电阻(未示于图1)产生相对应的分压值142传送至微控制单元108；当微控制单元108接收到分压值142，微控制单元108传送控制信号112至负载装置30。

依据控制信号112，负载装置30接收来自电源插座20通过插头102的充电电流114。于本发明的一实施例中，负载装置30可利用定电流模式功能(constant current modefunction)来设定充电电流114的大小或是停止接收充电电流114。其中，微控制单元108传送的控制信号112可为脉冲宽度调制的工作周期。于本发明其他实施例中，当该微控制单元108有内建数字转模拟接口，则控制信号112可为模拟电压电平。

微控制单元108判断插头102的温度是否不大于第一温度值(例如第一温度值可设定介于摄氏70度至摄氏79度)；如果温度不大于第一温度值，则微控制单元108传送控制信号112为正常信号值，如脉冲宽度调制(PWM)的正常工作周期(duty cycle)(例如大于或等于10％，且小于或等于85％；例如为33.3％)或正常电压值，使得充电电流114是正常电流值(例如为20安培)。

举例来说，如果第一温度值设定为摄氏77度，当温度不大于摄氏77度，则微控制单元108传送控制信号112为正常信号值(脉冲宽度调制工作周期为33.3％)；当负载装置30接收到控制信号112为正常信号值(脉冲宽度调制工作周期为33.3％)，负载装置30可设定并接收充电电流114为20安培。其中，负载装置30可遵循下列公式来设定充电电流114：(脉冲宽度调制工作周期)*0.6*100＝充电电流114；因此，33.3％*0.6*100≈20。

微控制单元108进一步判断插头102的温度是否大于第一温度值且不大于第二温度值(例如第二温度值可设定介于摄氏81度至摄氏90度)；如果温度大于第一温度值且不大于第二温度值，则微控制单元108传送控制信号112为第一信号值，如脉冲宽度调制的第一工作周期(例如大于或等于8％，且小于10％；例如为9％)或第一电压值，使得充电电流114为第一电流值(例如为6安培)。其中，第一信号值小于正常信号值，如脉冲宽度调制的第一工作周期小于正常工作周期(于其他实施例中，第一电压值小于正常电压值)，第一电流值小于正常电流值。

举例来说，如果第二温度值定义为摄氏85度，当温度大于摄氏77度且不大于摄氏85度，则微控制单元108传送控制信号112为脉冲宽度调制工作周期为9％(或第一电压值)；当负载装置30接收到控制信号112的脉冲宽度调制工作周期为9％时，负载装置30即设定并接收充电电流114为6安培。亦即，当温度稍微升高时，充电电流114下降以降低温度。

微控制单元108更进一步判断插头102的温度是否大于第二温度值；如果温度大于第二温度值，则微控制单元108传送控制信号112为第二信号值，如脉冲宽度调制工作周期为第二工作周期(小于8％；例如为7.5％)或第二电压值，使得负载装置30停止接收充电电流114，其中，第二信号值小于第一信号值，如脉冲宽度调制第二工作周期小于第一工作周期，或第二电压值小于第一电压值。

举例来说，当温度大于摄氏85度，则微控制单元108控制控制信号112的脉冲宽度调制工作周期为7.5％；当负载装置30接收到控制信号112的脉冲宽度调制工作周期为7.5％时，负载装置30即停止接收充电电流114。亦即，当温度过高时，负载装置30即停止接收充电电流114以降低温度，换言的，此时充电电流114设定为零。

当温度降低至安全范围时(例如不大于摄氏77度或摄氏85度)，负载装置30可再重新接收充电电流114。再者，在其他具体实施例，当脉冲宽度调制工作周期为大于85％，且小于或等于96％时，负载装置30可遵循下列公式来设定充电电流114：(脉冲宽度调制工作周期-64％)*2.5*100＝充电电流114；当脉冲宽度调制工作周期为大于96％，且小于或等于97％时，负载装置30即设定并接收充电电流114为80安培；当脉冲宽度调制工作周期为大于97％时，负载装置30即暂停接收充电电流114。

再者，微控制单元108至少包含下列功能：

1.利用模拟转数字接口可随时且精确地监视插头102的温度。

2.利用存储器以记忆温控功能公式及表格，可依照温度要求负载装置30作比率性地调整充电电流114的大小；可作磁滞功能，以避免控制信号在第一温度值附近(或第二温度值附近)不断地切换(详见下述图7及其内容)。

例如：当温度大于第一温度值且不大于第二温度值，使得充电电流114降为第一电流值(例如为6安培)，进而使温度下降时，例如需等到温度下降至摄氏50度(第一磁滞温度)以下，微控制单元108才会传送正常信号值至负载装置30，经负载装置30设定，充电电流114才会恢复为正常电流值(例如为20安培)。

3.微控制单元108可写入程序修改，所以可执行各种温控功能公式及表格。

请参考图2，其为本发明的电源插头装置的第二实施例框图。图2所示的元件叙述与图1相似者，为文字简洁因素，于此不再赘述。电源插头装置10可还包含电压转换电路110及/或开关106。开关106电性连接至插头102及负载装置30；电压转换电路110电性连接至微控制单元108及负载装置30。电压转换电路110主要功能为当控制单元108与负载装置30的电压不同时，作为电压匹配用，以调整控制信号112的振幅。另外，开关106可以接通或断开充电电流114，而开关106可为但不限定为继电器开关电路。而在开关106的应用中，如果温度大于第二温度值，则微控制单元108传送控制信号112为第二信号值，如脉冲宽度调制的第二工作周期或第二电压值，使得负载装置30停止接收充电电流114，此时，开关106仍可维持导通，使得当温度降低至安全范围时(例如不大于摄氏77度或摄氏85度)，相较于其他技术以断开开关106作为插头过温的保护手段，本发明可提供负载装置30快速且安全地重新接收充电电流114。

请参考图3，其为本发明的电源插头装置的第三实施例框图。图3所示的元件叙述与图1～2相似者，为简洁因素，于此不再赘述。再者，电源插头装置10还包含火线116及中性线118；火线116电性连接至插头102、开关106、负载装置30及微控制单元108；中性线118电性连接至插头102、开关106、负载装置30及微控制单元108。开关106包含火线开关120及中性线开关122；火线开关120电性连接至火线116及微控制单元108；中性线开关122电性连接至中性线118及微控制单元108。火线开关120可为但不限定为继电器开关；中性线开关122可为例如但不限定为继电器开关。于其他实施例中，可应用于单相三线、三相三线及三相四线。

请参考图4，其为本发明的电源插头装置的第四实施例框图。图4所示的元件叙述与图1～3相似者，为简洁因素，于此不再赘述。再者，电源插头装置10还包含地线124、接地监控电路126、电流检测电路128、漏电流检测电路(Residual current device)130、第二温度传感器132、辅助电源电路134及发光二极管136。地线124电性连接至插头102及负载装置30；接地监控电路126电性连接至火线116、中性线118、地线124及微控制单元108；电流检测电路128电性可连接至火线116(或中性线118)及微控制单元108；漏电流检测电路130电性连接至火线116、中性线118及微控制单元108；第二温度传感器132电性连接至微控制单元108；辅助电源电路134电性连接至火线116、中性线118及微控制单元108；发光二极管136电性连接至微控制单元108。

当接地监控电路126、电流检测电路128、漏电流检测电路130或第二温度传感器132发现异常时，微控制单元108会被通知不导通火线开关120及中性线开关122，使得充电电流114不会被传送至负载装置30。

请参考图5，其为本发明的插头及第一温度传感器示意图。插头102包含热导体138及电源接脚140；热导体138接触第一温度传感器104及所述多个电源接脚140，使得所述多个电源接脚140的热能可以快速地传递至第一温度传感器104，即第一温度传感器104与所述多个电源接脚140的温度梯度缩小。所述多个电源接脚140与热导体138之间亦可加上介质(未示于图5)，借以填补所述多个电源接脚140与热导体138之间的气隙以得到更好的热传导。热导体138为绝缘体，因此热导体138得以与所述多个电源接脚140直接接触。

在本发明的一实施例中，应用于汽车充电的电源插头装置可如图6所示，可具有机构上独立的控制盒144，以容置微控制单元108与上述所述多个电路，控制盒144一端连接插头102，另一端连接电源输出插头146，用以连接汽车40。于本发明其他实施例中，可应用于医疗设备，特别是可移动式的医疗仪器，电源插头装置可如图6，或是将微控制单元108与上述所述多个电路内建于医疗仪器中，本发明并无限制。

请参考图7，其为本发明的过温保护方法流程图；并请同时参考图8，其为本发明的温度对应脉冲宽度调制工作周期的示意图。本发明的过温保护方法包含下列步骤：

S02：温度传感器感应插头的温度并传送至微控制单元。

S04：微控制单元传送控制信号至负载装置。

S06：负载装置依据控制信号接收充电电流。

若温度不大于第一温度值，微控制单元调整控制信号为正常信号值(脉冲宽度调制工作周期为正常工作周期)，传送至负载装置，使充电电流为正常电流值；若温度大于第一温度值且不大于第二温度值，则微控制单元调整控制信号为第一信号值(脉冲宽度调制工作周期为第一工作周期)，使充电电流为第一电流值，其中，第一电流值小于正常电流值；接着，若温度小于第一磁滞温度，则控制信号恢复为正常信号值(脉冲宽度调制恢复为正常工作周期)，其中，第一磁滞温度小于第一温度值；若温度大于第二温度值，则微控制单元调整控制信号为第二信号值(脉冲宽度调制调整为第二工作周期)，使充电电流为零，其中第二温度值大于第一温度值；接着，若温度小于第二磁滞温度，则控制信号恢复为第一信号值(脉冲宽度调制恢复为第一工作周期)，其中，第二磁滞温度小于第二温度值。其中，正常信号值(脉冲宽度调制工作周期为正常工作周期)大于第一信号值(脉冲宽度调制工作周期为第一工作周期)，第一信号值(脉冲宽度调制工作周期为第一工作周期)大于第二信号值(脉冲宽度调制工作周期为第二工作周期)。

本发明可加强电源插头装置的过温保护功能，并更加精确。

然以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的权利要求涵盖范围意图保护的范畴。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。综上所述，当知本发明已具有产业利用性、新颖性与进步性，又本发明的构造亦未曾见于同类产品及公开使用，完全符合发明专利申请要件，依专利法提出申请。

Claims (15)

1.一电源插头装置，应用于一电源插座及一负载装置，该电源插头装置包含：

一插头，插接于该电源插座；

一第一温度传感器，设置于该插头；及

一微控制单元，电性连接至该第一温度传感器及该负载装置，

其中该第一温度传感器感应一温度并传送至该微控制单元，该微控制单元传送一控制信号至该负载装置，该负载装置依据该控制信号接收一充电电流，

其中该微控制单元判断该温度是否大于一第一温度值且不大于一第二温度值，如是则该控制信号为一第一信号值，该充电电流为一第一电流值；

其中该微控制单元判断该温度是否大于该第二温度值，如是则该控制信号为一第二信号值，该负载装置停止接收该充电电流。

2.如权利要求1所述的电源插头装置，其中该控制信号为一脉冲宽度调制的工作周期。

3.如权利要求2所述的电源插头装置，其中该第一温度值介于摄氏70度至摄氏79度，该第二温度值介于摄氏81度至摄氏90度，该第一信号值为该脉冲宽度调制的工作周期大于或等于8％，且小于10％，该第二信号值为该脉冲宽度调制的工作周期小于8％。

4.如权利要求1所述的电源插头装置，还包括一开关，电性连接至该插头及该负载装置，其中当该控制信号为该第二信号值，该开关维持导通。

5.如权利要求4所述的电源插头装置，其中该开关为一继电器。

6.如权利要求4所述的电源插头装置，还包含：

一火线，电性连接至该插头、该开关、该负载装置及该微控制单元；及

一中性线，电性连接至该插头、该开关、该负载装置及该微控制单元，其中该开关包含：

一火线开关，电性连接至该火线及该微控制单元；及

一中性线开关，电性连接至该中性线及该微控制单元。

7.如权利要求6所述的电源插头装置，还包含：

一地线，电性连接至该插头及该负载装置；

一接地监控电路，电性连接至该火线、该中性线、该地线及该微控制单元；

一电流检测电路，电性连接至该火线及该微控制单元；

一漏电流检测电路，电性连接至该火线、该中性线及该微控制单元；及

一第二温度传感器，电性连接至该微控制单元。

8.如权利要求7所述的电源插头装置，还包含一辅助电源电路，电性连接至该火线、该中性线及该微控制单元。

9.如权利要求1所述的电源插头装置，还包含一电压转换电路，用以匹配该微控制单元与该负载装置的电压。

10.如权利要求1所述的电源插头装置，其中该第一温度传感器为一热敏电阻器。

11.如权利要求1所述的电源插头装置，其中如果该温度不大于该第一温度值，则该控制信号为一正常信号值，使得该充电电流为一正常电流值。

12.如权利要求11所述的电源插头装置，其中该正常信号值大于该第一信号值，该第一信号值大于该第二信号值，且该正常电流值大于该第一电流值。

13.如权利要求1所述的电源插头装置，其中该控制信号为一电压电平。

14.一种过温保护方法，包含：

(a)一温度传感器感应一插头的一温度并传送至一微控制单元；

(b)该微控制单元传送一控制信号至一负载装置；

(c)该负载装置依据该控制信号接收一充电电流；

(c1)若该温度不大于一第一温度值，该微控制单元调整该控制信号为一正常信号值，使该充电电流为一正常电流值；

(c2)若该温度大于该第一温度值且不大于一第二温度值，则该微控制单元调整该控制信号为一第一信号值，使该充电电流为一第一电流值，其中，该第一电流值小于该正常电流值；

(c3)于步骤(c2)后，若该温度小于一第一磁滞温度，则该控制信号恢复为该正常信号值，其中，该第一磁滞温度小于该第一温度值；

(c4)若该温度大于该第二温度值，则该微控制单元调整该控制信号为一第二信号值，使该充电电流为零，其中该第二温度值大于该第一温度值；

(c5)于步骤(c4)后，若该温度小于一第二磁滞温度，则该控制信号恢复为该第一信号值，其中，该第二磁滞温度小于该第二温度值。

15.如权利要求14所述的过温保护方法，其中该正常信号值大于该第一信号值，该第一信号值大于该第二信号值。