CN107918426A - 具有软启动及保护功能的电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有软启动及保护功能的电源装置，适用于具有稳压电元及负载单元并联耦接的负载。此电源装置包括电源单元、软启动调整单元、电流检测单元与控制单元。电源单元产生电源电压。软启动调整单元接收电源电压、第一控制信号与第二控制信号，以将电源电压转换成软启动电流，以输出软启动电流至稳压单元或将电源电压输出至稳压单元。电流检测单元测量电源单元与稳压单元之间所形成的回路的电流，产生电流检测信号。控制单元接收电流检测信号，产生第一控制信号与第二控制信号。通过本发明，有效的解决了涌浪电流产生的问题。

Description

具有软启动及保护功能的电源装置
技术领域
本发明涉及电源供电技术领域，尤其涉及一种软启动及保护功能的电源装置的发明。
背景技术
一般来说，马达或服务器等(包括其控制和驱动电路的)装置需与高功率的电源装置连接，以便于取得电源装置所提供的电源进行正常运作。但马达或服务器等装置的输入端经常有稳压线路(通常是由大电容组成)，用来提供负载变动时稳定电压的功能。当高功率的电源装置的主电源开关瞬间启动运作时，这些稳压线路的大电容会瞬间产生巨大的电流，即所谓的涌浪电流(Inrush Current)。由于过大的涌浪电流产生，如果没有浪涌电流保护，因此系统会受到此巨大浪涌电流的冲击。如果系统有某些涌浪电流和短路保护电路，这种巨大浪涌电流会使得保护电路误判电路有短路的情况发生而启动短路保护功能，导致马达或服务器无法正常运作。
甚至，即使有些电源装置有支持软启动功能。但用户有时在电源装置未先接好负载前，将电源装置启动，使得软启动功能执行完毕，造成电源装置的输出端产生电源电压。在电源装置的输出端产生电源电压的状态下，当用户将电源装置与负载(火线)连接时，会瞬间产生巨大的涌浪电流，也会使得保护电路误判电路有短路的情况发生而启动短路保护功能，导致马达或服务器无法正常运作。
另外，为使电源装置仍可提供电源给负载(马达或服务器)运作，有些厂商会将保护机制取消或提高保护点；然而，长期允许巨大涌浪电流的存在，会造成电源装置及其内部组件的损坏，以致电源装置不稳定或寿命减短。因此，电源装置仍有改善的空间。需要新的架构以维持产品的正常工作与可靠性。
此外，负载装置可能因内部短路问题造成已经损坏或故障，一般来说，当损坏或故障的负载装置连接到电源装置时，真正的短路情况会发生而产生巨大的短路电流，从而导致短路保护。用户可能会重新尝试将损坏或故障的负载装置重新连接到电源装置，使得真正的短路状况会一次又一次地发生，从而引起安全问题。因此，电源装置应有改进的空间，避免这种大的短路电流一次又一次的安全考虑。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有软启动及保护功能的电源装置，以避免涌浪电流的产生而造成电路功能受损的情况发生及避免因只是瞬间的涌浪电流而误判成短路现象，造成电源装置锁定在保护状态，同时可以压抑或分割涌浪电流的电流值及能量，增加电路使用的安全性、便利性及可靠性。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种具有软启动及保护功能的电源装置，适于供电给负载，此负载包括并联耦接的稳压单元与负载单元。具有软启动及保护功能的电源装置包括电源单元、软启动调整单元、电流检测单元与控制单元。电源单元产生可被监控和已知电压电源电压。软启动调整单元耦接电源单元且适于耦接稳压单元，接收电源电压、第一控制信号与第二控制信号，以依据第一控制信号与第二控制信号，将电源电压转换成软启动电流，以输出软启动电流至稳压单元或将电源电压输出至稳压单元，或禁止电源电压输出至稳压单元。电流检测单元耦接电源单元且适于耦接稳压单元，测量电源单元与稳压单元之间所形成的回路的电流，以产生电流检测信号。控制单元耦接电流检测单元，接收电流检测信号，以产生第一控制信号与第二控制信号。
本发明实施例提供一种具有保护机制的电源装置，包括电源单元、软启动调整单元、输出端、检测单元与控制单元。电源单元产生电源电压。软启动调整单元耦接电源单元，接收电源电压与多个控制信号，并依据前述控制信号而将电源电压转换成软启动电流，并调整及输出软启动电流或输出或关闭电源电压。输出端耦接软启动调整单元，适于输出软启动电流或电源电压。检测单元耦接输出端，检测输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号。控制单元耦接检测单元与软启动调整单元，接收检测信号，以产生控制信号。
本发明实施例提供一种具有保护机制的电源装置，包括电源单元、主电源开关、输出端、检测单元与控制单元。电源单元产生电源电压。主电源开关耦接电源单元，接收电源电压与控制信号(或多个控制信号)，以依据控制信号，输出或关闭电源电压。输出端耦接主电源开关，适于输出电源电压。检测单元耦接输出端，检测输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号。控制单元耦接检测单元与主电源开关，接收检测信号，以产生控制信号。
本发明实施例所提供的具有软启动及保护功能的电源装置，由控制单元依据电流检测单元所产生的电流检测信号，产生第一控制信号与第二控制信号，以控制软启动调整单元调整软启动电流的电流值的大小，使得稳压单元所产生的工作电压能依据软启动调整单元适当地增加到接近于电源电压的电压值，完成软启动程序，再将电源电压直接输出给稳压单元。如此一来，可以有效地避免涌浪电流的产生而造成电路功能受损的情况发生。而当外部短路造成软启动程序失效时，控制单元能检测该失效并进行一些保户作用，停止输出电源电压、产生告警且甚至完全关闭整个电源系统。另外，还可通过显示单元显示出电路是否有短路的情况发生或是其他状态，以增加电路使用的安全性。此外，控制单元能同时依据电流检测信号及/或电压检测单元所产生的电压检测信号而产生对应的第一控制信号和对应的第二控制信号。
另外，检测单元检测输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号，且控制单元根据检测信号来判断具有保护机制的电源装置的运作状态，并产生对应的控制信号来控制软启动调整单元或主电源开关进行相应的操作，以决定是否持续提供输出电压或进入保护状态。如此一来，可以有效地且确实地判断电路是否有短路的情况发生而避免误动作的情况发生，即避免只是瞬间的涌浪电流而误判成短路现象；同时藉由软启动调整单元导入软启动程序或根据预设时间、预设计数及(可设定的)短路保护机制来强制主电源开关的导通而将一个巨大的涌浪电流的电流及能量进行分割，进而避免将具有保护机制的电源装置锁定在保护状态。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明第一实施例所述的具有软启动及保护功能的电源装置的示意图；
图2为根据本发明第二实施例所述的软启动调整单元的详细电路示意图；
图3为根据本发明第三实施例所述的具有保护机制的电源装置的示意图；
图4为根据本发明第四实施例所述的具有保护机制的电源装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。
以下所列举的各实施例中，将以相同的标号代表相同或相似的组件或构件。
图1为根据本发明第一实施例所述的具有软启动及保护功能的电源装置的示意图。本实施例的具有软启动及保护功能的电源装置100可适于供电给负载190，使得负载190可以正常操作。在本实施例中，负载190包括并联耦接的稳压单元191与负载单元192。其中，稳压单元191例如为电容，且具有稳压的作用，而负载单元190例如为马达控制器、马达或服务器，甚至作为待充电的负载的电池。
具有软启动及保护功能的电源装置100包括电源单元110、软启动调整单元120、电流检测单元130与控制单元140。
电源单元110用以产生电源电压，其是可被监控的和已知电压。在本实施例中，电源单元110例如为电源供应器或电池组或充电器，以产生大功率的电源电压，以便于提供给负载190使用。
软启动调整单元120耦接电源单元110，接收电源电压、第一控制信号与第二控制信号，以依据第一控制信号与第二控制信号，将电源电压转换成软启动电流，并调整及输出软启动电流至稳压单元191，或将电源电压输出至稳压单元191，或禁止电源电压输出至稳压单元191。也就是说，举例来说，当软启动调整单元120开始运作软启动时，软启动调整单元120会根据控制单元140的第一控制信号与第二控制信号的控制，以产生软启动电流。
电流检测单元130耦接电源单元110且适于耦接稳压单元191，测量电源单元110与稳压单元191之间所形成的回路(即系统回路)的电流，以产生电流检测信号。在软启动过程中，电流检测信号可以具体反应出电源单元110与稳压单元191之间的电流的状态。
控制单元140耦接电流检测单元130，接收电流检测信号，以产生第一控制信号与第二控制信号。也就是说，控制单元140依据电流检测信号中的电流的状态，产生对应的第一控制信号与第二控制信号，以便控制软启动调整单元120的运作，即例如控制软启动调整单元120内的电阻，以产生软启动电流，使得稳压单元191所建立的工作电压快速地增加到相同于电源电压的电压值。在本实施例中，控制单元140例如为微控制器或微处理器。
在具有软启动及保护功能的电源装置100及负载190的整体运作上，首先，电源单元110输出电源电压，此时稳压单元191上的工作电压未建立，例如为0V。软启动调整单元120根据第一控制信号与第二控制信号，而产生例如依电阻功率所预设的起始软启动电流，使得稳压单元191的工作电压逐渐建立。
接着，控制单元140会依电流检测单元130的监测结果进行逻辑判断，调整第一控制信号与第二控制信号的电平，以控制软启动调整单元120是否继续产生软启动电流。也就是，当软启动程序未完成时，软启动调整单元120持续产生软启动电流；当软启动程序完成时，软启动调整单元120(导通主电源开关)将电源电压输出至稳压单元191，并停止软启动电流的输出。另外，稳压单元191所建立的工作电压会进一步提供负载单元192，以使负载单元192可正常运作。
由上述说明可知，由控制单元140依据电流检测信号，产生第一控制信号与第二控制信号，以控制软启动调整单元120产生软启动电流，使得稳压单元191所产生的工作电压逐渐地增加到接近于工作电压的电压值，完成软启动程序，再控制软启动调整单元120将电源电压直接输出给提供工作电压给负载单元192的稳压单元191，让稳压单元191产生与电源电压相等的工作电压给负载单元192。如此一来，软启动过程可以降低并限制涌浪电流(Inrush Current)的发生，以增加电路使用的安全性。
另外，在软启动过程期间，控制单元140还可将电流检测单元130的电流检测信号的电流值与预设电流值(例如在具有软启动电路的阻抗的软启动过程下的短路电流的阈值)进行比较，以识别出是否有外部电路或负载内部的短路状况，并据以产生第三控制信号。举例来说，当电流检测信号的电流值小于预设电流值(即预设短电流值)时，表示电路未有短路的情况发生，控制单元140产生例如低电平的第三控制信号；当电流检测信号的电流值大于预设电流值(即预设短路电流值)时，表示电路有短路的情况发生，控制单元140产生例如高电平的第三控制信号。
上述方法表示在开启主电源开关之前，在已知电源电压、软启动阻抗和预设电流值的软启动过程期间的“外部短路预先检测机制”。因此，此方法可以在软启动过程中预先检测出外部短路状况，并停止导通软启动调整单元120(具有主电源开关)，以避免发生真正的短路状况。
也就是说，当损坏或短路的覆载装置(即附载190)连接到具有软启动及保护功能的电源装置100时，控制单元140可以在决定是否导通软启动调整单元120中的主电源开关之前，预先检测“外部系统回路阻抗”(这是所谓的“外部系统回路短路预先功能”)。如果控制单元140(具有预检测机制)发现在整个系统中存在外部短路，则软启动调整单元120(包括主电源开关)将不会被导通，如此可以避免短路情况发生。
进一步的，具有软启动及保护功能的电源装置100还包括显示单元150。显示单元150耦接控制单元140，接收控制单元140所产生的第三控制信号，以显示第三控制信号。其中，显示单元150例如为指示灯。举例来说，当显示单元150接收到低电平的第三控制信号时，显示单元150不发亮，以指示电路未有短路的情况发生。当显示单元150接收到高电平的第三控制信号时，显示单元150发亮，以指示电路有短路的情况发生，进而告知使用者需要对具有软启动及保护功能的电源装置100或其负载190进行后续维修的处理。如此一来，本实施例还可进一步保护及显示出电路是否有短路的情况发生，以增加具有软启动及保护功能的电源装置100使用上或整个系统的安全性。
另外，具有软启动及保护功能的电源装置100还包括电压检测单元160。电压检测单元160耦接控制单元140且适于并联耦接稳压单元191(即耦接于稳压单元191的两端)，测量稳压单元191上所建立的工作电压，以产生电压检测信号至控制单元140，以进行后续的处理。在软启动过程中，电压检测信号可以具体反应出稳压单元191的工作电压建立的状态。进一步来说，在一实施例中，控制单元140可依电压检测单元160提供的电压检测信号，在软启动过程中，监测稳压单元191上的工作电压建立的情况，使得控制单元140可同时根据电流检测信号与电压检测信号，以产生第一控制信号与第二控制信号来控制软启动调整单元120，进而调整软启动电流的输出。在另一实施例中，在软启动完成后，电压检测单元160可继续监控电源单元110的电源电压，并且控制单元140可依情况送出其他过压或欠压的保护信号。
此外，图1所绘示的实施例中，软启动调整单元120被配置耦接于电源单元110的正端，而电流检测单元130被配置耦接于电源单元110的负端。但本发明不限于此，软启动调整单元120与电流检测单元130可以更换配置的位置，即软启动调整单元120可配置耦接于电源单元110的负端，而电流检测单元130可配置于电源单元110的正端，亦可达到相同的效果。并且，更换后的系统架构的实施方式仍可参照图1的说明，故在此不再赘述。
图2为根据本发明第二实施例所述的软启动调整单元的详细电路示意图。软启动调整单元120包括第一开关单元(例如为主电源开关)210与电流调整单元220。
第一开关单元210耦接电源单元110与控制单元140且适于耦接稳压单元191，接收电源电压与第一控制信号，以依据第一控制信号，输出或停止输出电源电压至稳压单元191。
电流调整单元220耦接控制单元140且并联耦接第一开关单元210，接收电源电压与第二控制信号，将电源电压转换成软启动电流，以输出软启动电流至稳压单元191。
进一步来说，电流调整单元220包括第一电阻R1与第二开关单元S2。第一电阻R1具有第一端与第二端，第一电阻R1的第一端耦接电源单元110。
第二开关单元S2耦接第一电阻R1的第二端、控制单元140与稳压单元191，并接收第二控制信号C2。并且，第二开关单元S2接收第二控制信号C2，以受第二控制信号C2的控制而导通或不导通。
第二开关单元S2可为场效晶体管(MOSFET)，例如P型MOSFET。第二开关单元S2的第一端(即P型MOSFET的栅极端(gate))接收第二控制信号C2，第二开关单元S2的第二端(即P型MOSFET的源极端(source))耦接第一电阻R1的第二端，第二开关单元S2的第三端(即P型MOSFET的漏极端(drain)耦接稳压单元191。在另一实施例中，第二开关单元S2例如也可以N型MOSFET实施。
另外，在本实施例中，第一开关单元210为场效晶体管，例如P型MOSFET。第一开关单元210的第一端(即P型MOSFET的栅极端)接收第一控制信号C1，第一开关单元210的第二端(即P型MOSFET的源极端)耦接电源单元110，第一开关单元210的第三端(即P型MOSFET的漏极端)耦接稳压单元191。进一步的，第一开关单元210为大功率的场效应晶体管。
在整体作动上，当具有软启动及保护功能的电源装置100开始运作时，控制单元140产生例如高电平的第一控制信号C1与低电平的第二控制信号C2，使得第一开关单元210不导通，第二开关单元S2导通，则软启动电流流经的路径为第一电阻R1及第二开关单元S2，使得稳压单元191所产生的工作电压可增加到接近于电源电压的电压值。
接着，当稳压单元191的工作电压与电源单元110所产生的工作电压接近或几乎一致时，控制单元140产生例如低电平的第一控制信号C1来切入(turn on)第一开关单元210，使得第一开关单元210导通，并产生例如高电平的第二控制信号C2，使得第二开关单元S2不导通来关闭电流调整单元220，以完成软启动过程，使得电源单元110直接连接到稳压单元191以提供工作电压给负载单元192。因此，软启动电流在通过电流调整单元220内部的电阻的功率所允许的最大值内工作，则软启动电流逐渐建立在稳压单元191上的工作电压。当在稳压单元191上的工作电压接近或几乎等于电源电压的电压值时，第一开关单元被允许导通，以避免涌浪电流的产生而造成电路功能受损的情况发生，进而增加电路使用的安全性。
图3为根据本发明第三实施例所述的具有保护机制的电源装置的示意图。具有保护机制的电源装置300包括电源单元310、软启动调整单元320、输出端330、检测单元340与控制单元350。
电源单元310产生电源电压。在本实施例中，电源单元310例如为电源供应器或电池组或充电器，以产生大功率的电源电压，以便于提供给负载使用。
软启动调整单元320耦接电源单元310，接收电源电压与多个控制信号，以依据多个控制信号，将电源电压转换成软启动电流，并调整及输出软启动电流或输出或关闭电源电压。也就是说，软启动调整单元320受多个控制信号的控制，以调整软启动电流的大小，或是直接输出或关闭电源电压。
进一步来说，软启动调整单元320包含主电源开关321及电流调整单元322。主电源开关321耦接电源单元310、控制单元350与输出端330。电流调整单元322耦接控制单元350且并联耦接主电源开关321。举例来说，当软启动调整单元320开始运作软启动程序时，根据多个不同的控制信号，控制单元350能控制电流调整单元322动态地控制软启动电流的电流值，并控制主电源开关321断开。或是，当软启动程序完成时，控制主电源开关321启动而直接输出电源电压，并关闭电流调整单元322的运作。或是，当软启动程序进行中，控制单元350发现软启动程序失效或无法正常完成，如外部线路或外部负载短路，控制单元350会关闭主电源开关321及关闭电流调整单元322的运作，即关闭电源电压的输出到输出端330。
输出端330耦接软启动调整单元320，适于输出软启动电流或电源电压。并且，输出端330亦适于与负载连接，以将软启动电流或电源电压输出至负载。
检测单元340耦接输出端330，检测输出端330的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号。其中，输出端330的电流状态及/或电压状态包括，例如，软启动电流的电流值的大小及/或输出端330的电压值及由电压及/或电流保护电路(例如过电压或短路)产生的一些检测信号/事件。举例来说，当在具有保护机制的电源装置300已经运作，之后，输出端330才与负载连接时，这些过电流或短路的保护电路会产生相应的的检测信号/事件。
控制单元350耦接检测单元340与软启动调整单元320，接收检测信号，以产生控制信号。也就是说，当控制单元350接收到检测信号时，可以根据系统(即具有保护机制的电源装置300)当时运作的情境或状态，即电流值及/或电压值的变化，以及由电压及/或电流保护电路产生的检测信号/事件的这些输入，来判断具有保护机制的电源装置300的运作，而对应产生控制信号。并且，前述的运作状态例如包括软启动调整单元320的软启动操作是否完成、输出端330是否在具有保护机制的电源装置300已开始运作时才与负载连接或是具有保护机制的电源装置300是否第一次检测到负载电流就达到触发生短路保护的现象。
在整体操作上，假设具有保护机制的电源装置300确实与负载连接，即输出端330与负载连接。用户开始操作具有保护机制的电源装置300，接着控制单元350产生控制信号给软启动调整单元320，以进行软启动操作。也就是说，软启动调整单元320可被控制以调整及输出软启动电流，再通过输出端330输出软启动电流给负载。接着，检测单元340可检测输出端330的电流状态及/或电压状态，而据以产生检测信号给控制单元350，使得控制单元350进行对应的后续操作，以便达到监控与保护的效果。
在软启动程序期间，控制单元350便会通过检测单元340持续监控输出端330所输出的软启动电流的电流值是否正常。当输出端330所检测到的软启动电流的电流值为正常时，控制单元350例如会产生不同的控制信号来控制软启动调整单元320调整对应的软启动电流的大小，使得负载的工作电压逐渐地增加到相同或接近于电源电压的电压值。当完成软启动程序时，控制单元350会产生对应的控制信号给软启动调整单元320，以将电源电压直接输出给负载。
另外，当软启动程序进行过程中，若是检测单元340所产生的检测信号的电流值不是所预期的软启动电流的大小，并且此电流值大于预设软启动电流值，表示电路可能有短路的情况发生。在一预设监控时间后，当控制单元350判断出其所接收到的检测信号的电流值仍大于预设电流值时，表示电路有短路的情况发生。接着，控制单元350产生对应的控制信号，使得具有保护机制的电源装置300停止输出软启动电流或完全关闭，或是发出告警指示电路有短路的情况发生，进而告知使用者需要对具有保护机制的电源装置300或其负载进行后续维修的处理。
在另一实施例中，此实施例描述的是当具有保护机制的电源装置300开始操作时，具有保护机制的电源装置300尚未与负载连接，即输出端330未与负载连接。用户开始操作具有保护机制的电源装置300，使得控制单元350控制软启动调整单元320进行软启动程序。接着，控制单元350便会通过检测单元340持续监控输出端330的电流状态及/或电压状态是否正常，而控制单元350会发现输出端330未与负载连接。此时控制单元350会回复到进行软启动程序的初始状态，即不导通主电源开关321，只启动软启动程序的有阻抗的限流路径，等待与负载连接，以便重新进行软启动程序。在超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，控制单元350产生对应的控制信号，可以将具有保护机制的电源装置300完全关闭，以节省功耗。
另一情况，在未超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，用户将负载与具有保护机制的电源装置300连接，即负载与输出端330连接。由于具有保护机制的电源装置300已经处在软启动程序的初始状态，因此检测单元340会检测到负载连接时检测单元340的软启动电流值。控制单元350会产生对应的控制信号，以完成软启动程序，并监控软启动程序的过程是否正常。若此软启动电流值大于控制单元350中的预设软启动电流值，表示电路有短路的情况发生。接着，控制单元350产生对应的控制信号，使得具有保护机制的电源装置300停止输出软启动电流或完全关闭，或是发出告警指示电路有短路的情况发生，进而告知使用者需要对具有保护机制的电源装置300或其负载进行后续维修的处理。
在另一实施例中，假设具有保护机制的电源装置300尚未与负载连接，即输出端330未与负载连接。用户开始操作具有保护机制的电源装置300，使得控制单元350控制软启动调整单元320进行软启动程序以便完成软启动程序作业，并控制主电源开关321导通以直接输出电源电压。接着，控制单元350便会通过检测单元340持续监控输出端330的电流状态及/或电压状态是否正常，等待与负载连接。在超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，控制单元350产生对应的控制信号，可以将具有保护机制的电源装置300完全关闭，以节省功耗。
另一情况，在未超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，用户将负载与具有保护机制的电源装置300连接，即负载与输出端330连接。由于具有保护机制的电源装置300已经完成软启动程序，并且主电源开关321已导通，因此检测单元340会持续检测输出端330的电流状态及/或电压状态，并产生检测信号给控制单元350，以进行后续的处理。接着，在软启动程序期间，当检测单元340所产生的检测信号的电流值突然增加时，且此电流值大于控制单元350中的预设短路电流值，表示电路可能有涌浪电流或短路的情况发生。此时，控制单元350会启动短路保护，关断主电源开关321，并重新启动软启动程序来限制涌浪电流或进行短路的保护。
之后，在重新启动的软启动程序过程中，控制单元350会持续监控从检测单元340所产生的检测信号的电流值。若检测信号的电流值小于预设软启动电流值时，表示电路未有短路的情况发生，亦即前述电流值突然增加为瞬间的涌浪电流。接着，控制单元350产生对应的控制信号，以控制软启动调整单元320继续进行软启动程序。若在重新启动的软启动程序过程中，若检测信号的电流值大于预设软启动电流值时，表示电路有短路的情况发生。接着，控制单元350产生对应的控制信号，使得具有保护机制的电源装置300停止输出软启动电流或完全关闭，或是可以发出告警指示电路有短路的情况发生，进而告知使用者需要对具有保护机制的电源装置300或其负载进行后续维修的处理。或是，控制单元350可以将具有保护机制的电源装置300锁定在保护状态，或可以将具有保护机制的电源装置300完全关闭，以节省功耗。
图4为根据本发明第四实施例所述的具有保护机制的电源装置的示意图。具有保护机制的电源装置400包括电源单元410、主电源开关420、输出端430、检测单元440、控制单元450。
电源单元410产生电源电压。在本实施例中，电源单元410例如为电源供应器或电池组或充电器，并产生大功率的电源电压以并提供给负载。
主电源开关420耦接电源单元410，接收电源电压与控制信号，以依据控制信号，输出电源电压。在本实施例中，主电源开关420例如为场效应晶体管(MOSFET)，且主电源开关420受控制信号的控制而导通或不导通，以对应输出或不输出电源电压。
输出端430耦接主电源开关420，适于输出电源电压。并且，输出端430亦适于与负载连接，以将电源电压输出至负载。
检测单元440耦接输出端430，检测输出端430的电流及/或电压状态，以产生检测信号。其中，输出端430的电流状态及/或电压状态例如包括输出端430的电流及/或电压值及保护电路(例如过电流或短路保护电路)所产生的检测信号/事件。举例来说，当在具有保护机制的电源装置400已运作之后，输出端430与负载连接时，过电流或短路的保护电路会产生对应的的检测信号/事件。
控制单元450耦接检测单元440与主电源开关420，接收检测信号，以产生控制信号。也就是说，当控制单元450接收到检测信号时，可以根据检测信号中的电流值及/或电压值的变化，及具有保护机制的电源装置400的当时运作状态来判断进而对应产生控制信号。并且，前述的运作状态包括，例如，输出端430是否在具有保护机制的电源装置400在开始运作之前或之后才与负载连接，或是具有保护机制的电源装置400在连接负载之当时或之后是否发生线路短路的现象。这意谓控制单元450内的控制机制设定是可依具有保护机制的电源装置400的当时运作状态来“动态的”及“可重新设定的”。也就是，当控制单元450接收到检测信号时，会依当时控制单元450内的控制机制设定值或情况，来产生对应的控制信号。例如，在启动阶段期间，当具有保护机制的电源装置400在第一次系统起始运作时，控制单元450内的“短路电流保护阈值”及/或“短路保护延迟时间阈值”的设定值可以设定为较敏感的较低值，以便将负载接入时的涌浪电流的电流大小及能量进行分割。在涌浪电流消除与分割过程完成后，可以将控制单元450内的“短路电流保护阈值”及/或“短路保护延迟时间阈值”的设定值设定为较不敏感的较高值，以进行一般正常运行状态下的短路保护。
在整体操作上，在一实施例中，假设具有保护机制的电源装置400确实与负载连接，即输出端430与负载连接。用户开始操作具有保护机制的电源装置400，接着控制单元450产生控制信号给主电源开关420，使得主电源开关420导通。也就是说，主电源开关420会通过输出端430输出电源电压给负载。接着，检测单元440可检测输出端430的电流状态及/或电压状态及电压及/或电流保护电路所产生的检测信号/事件，而据以产生检测信号给控制单元450，使得控制单元450进行对应的后续操作，以便达到监控与保护的效果。
当检测单元440所产生的检测信号的电流值突然增加时，并且此电流值大于控制单元450中的“短路电流保护阈值”及“短路保护延迟时间阈值”，表示电路可能有涌浪电流或短路的情况发生。此时，控制单元450会启动短路保护，并在一预设时间内，控制单元450会试图分辨此短路电流的来源是涌浪电流或真实线路短路。接着，依一预设时间间距，控制单元450会强制控制主电源开关420进行(例如，预设次数)3次的导通，进而通过输出端430提供电源电压给负载。同时，控制单元450会持续通过检测单元440检测输出端430的电流状态及/或电压状态及由电压及/或电流保护电路(例如过电流或短路事件信号)所产生的这些检测信号/事件，以判断电路是否确实有真实外部线路短路的情况发生。
在另一实施例中，此实施例描述的是具有保护机制的电源装置400尚未与负载连接，即输出端430未与负载连接。用户开始操作具有保护机制的电源装置400，使得控制单元450控制主电源开关420导通，以输出电源电压给输出端430。接着，控制单元450会持续通过检测单元440持续监控输出端430的电流状态及/或电压状态是否正常，等待与负载连接。在超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，控制单元450产生对应的控制信号，可以将具有保护机制的电源装置400完全关闭，以节省功耗。
另一情况，在未超过一预设的“空载空闲时间”的等待时间，用户将负载与具有保护机制的电源装置400连接，即负载与输出端430连接。由于具有保护机制的电源装置400已经开始运作，因此检测单元440所产生的检测信号的电流值突然增加。若此电流值大于控制单元450中的“短路电流保护阈值”，表示电路可能有巨大的涌浪电流或短路的情况发生。此时，在一预设时间内，控制单元450会强制控制主电源开关420进行(例如，预设次数)3次的导通，进而通过输出端430提供电源电压给负载。并且，控制单元450会持续通过检测单元440检测输出端430的电流状态及电压及/或电流保护电路(例如过电流或短路事件信号)所产生的这些检测信号/事件，以判断电路是否确实有短路的情况发生。
在利用控制单元450控制并导通主电源开关420的预设时间间距或预设计数值后，如果其所接收到的检测信号的电流值仍持续大于“短路电流保护阈值”，控制单元450可以判断出电路有短路的情况发生。接着，控制单元450产生对应的控制信号，将具有保护机制的电源装置400停止运作，或是发出告警指示电路有短路的情况发生，进而告知使用者需要对具有保护机制的电源装置400或其负载进行后续维修的处理，或是可以将具有保护机制的电源装置400锁定在保护状态，或可以将具有保护机制的电源装置400完全关闭，以节省功耗。
接着，在利用控制单元450控制并导通主电源开关420的预设时间间距或预设计数值内，控制单元450判断出其所接收到的检测信号的电流值小于短路电流保护阈值，表示电路未有短路的情况发生，亦即前述电流值突然增加为瞬间的涌浪电流。控制单元450产生对应的控制信号，以控制主电源开关420持续导通以继续提供电源电压给负载，而不是误判成短路现象。因此，具有保护机制的电源装置400不会被锁定在保护状态。
另一情况，在利用控制单元450控制并导通主电源开关420的预设时间间距或预设计数值后，控制单元450判断出其所接收到的检测信号的电流值仍持续大于“短路电流保护阈值”，表示电路有短路的情况发生，亦即前述电流值突然增加是因为短路而发生。接着，控制单元450产生对应的控制信号，以控制并断开主电源开关420，且不提供电源电压给负载，进而将具有保护机制的电源装置400锁定在保护状态。
进一步来说，具有保护机制的电源装置400还包括计数及计时单元460。计数及计时单元460连接控制单元450(或集成在控制单元450内)，提供(可程序的)计数值给控制单元450，使得当检测单元440所产生的检测信号的电流值突然增加时，控制单元450可以根据计数值所对应的预设时间，来控制主电源开关420进行对应的导通与不导通，并持续通过检测单元440检测输出端430的电流状态，以便判断出电路是否有短路的情况发生或只是瞬间的涌浪电流。
综上所述，本发明通过控制单元依据电流检测单元所产生的电流检测信号，产生第一控制信号与第二控制信号，以控制软启动调整单元来调整软启动电流的电流值的大小，使得稳压单元所产生的工作电压能依据软启动调整单元逐渐地增加到相同或接近于电源电压的电压值，完成软启动程序，再将电源电压直接输出给稳压单元。如此一来，可以有效地避免涌浪电流的产生而造成电路功能受损的情况发生。另外，还通过显示单元显示出电路是否有短路的情况发生，以增加电路使用的安全性。此外，控制单元还可进一步同时依据电流检测信号及电压检测单元所产生的电压检测信号，产生对应的第一控制信号与第二控制信号，亦可达到避免涌浪电流的产生而造成电路功能受损的情况发生的功效。
另外，检测单元检测输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号，且控制单元根据检测信号来判断具有保护机制的电源装置的运作状态，并产生对应的控制信号来控制软启动调整单元或主电源开关进行相应的操作，以决定是否持续提供输出电压或进入保护状态。如此一来，可以有效地且确实地判断电路是否有短路的情况发生而避免误动作的情况发生，即避免只是瞬间的涌浪电流而误判成短路现象，同时将一个巨大的涌浪电流的电流及能量，藉由软启动调整单元导入软启动程序或利用控制单元来控制并导通主电源开关的多种短路保护机制进行分割，进而避免将具有保护机制的电源装置锁定在保护状态。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (18)

1.一种具有软启动及保护功能的电源装置，适于供电给负载，所述负载包括并联耦接的稳压单元与负载单元，所述具有软启动及保护功能的电源供应器包括：
电源单元，产生电源电压；
软启动调整单元，耦接所述电源单元且适于耦接所述稳压单元，接收所述电源电压、第一控制信号、第二控制信号，以依据所述第一控制信号与所述第二控制信号，将所述电源电压转换成软启动电流，并调整及输出所述软启动电流至所述稳压单元或将所述电源电压输出至所述稳压单元或禁止所述电源电压输出至所述稳压单元；
电流检测单元，耦接所述电源单元且适于耦接所述稳压单元，测量所述电源单元与所述稳压单元之间所形成的回路的电流，以产生电流检测信号；
控制单元，耦接所述电流检测单元，接收所述电流检测信号，以产生所述第一控制信号与所述第二控制信号。
2.根据权利要求1所述的具有软启动及保护功能的电源装置，其特征在于，还包括：
显示单元，耦接所述控制单元，接收所述控制单元所产生的第三控制信号，以显示所述第三控制信号；
其中，在软启动过程中，所述控制单元还比较所述电流检测单元的所述电流检测信号的电流值与预设电流值，执行“外部系统回路短路预检测功能”，据以产生所述第三控制信号，以指示短路条件及关闭所述软启动调整单元。
3.根据权利要求2所述的具有软启动及保护功能的电源装置，其特征在于，当所述电流检测信号的所述电流值小于所述预设电流值时，表示未发生短路，则所述控制单元产生具有低电平的所述第三控制信号给所述显示单元；当所述电流检测信号的所述电流值大于所述预设电流值时，表示发生短路，则所述控制单元产生具有高电平的所述第三控制信号。
4.根据权利要求1所述的具有软启动及保护功能的电源装置，其特征在于，还包括：
电压检测单元，耦接所述控制单元，且适于并联耦接所述稳压单元，测量所述稳压单元所产生的工作电压，以产生电压检测信号至所述控制单元。
5.根据权利要求1所述的具有软启动及保护功能的电源装置，其特征在于，所述软启动调整单元包括：
第一开关单元，耦接所述电源单元与所述控制单元且适于耦接所述稳压单元，接收所述电源电压与所述第一控制信号，以依据所述第一控制信号，输出所述电源电压至所述稳压单元；
电流调整单元，耦接所述控制单元且并联耦接所述第一开关单元，接收所述电源电压与所述第二控制信号，将所述电源电压转换成所述软启动电流，以输出所述软启动电流至所述稳压单元。
6.根据权利要求5所述的具有软启动及保护功能的供应装置，其特征在于，所述电流调整单元包括：
第一电阻，具有第一端与第二端，所述第一电阻的所述第一端耦接所述电源单元；
第二开关单元，耦接所述第一电阻的所述第二端、所述控制单元与所述稳压单元，并接收所述第二控制信号。
7.一种具有保护机制的电源装置，其特征在于，包括：
电源单元，产生电源电压；
软启动调整单元，耦接所述电源单元，接收所述电源电压与多个控制信号，以依据所述多个控制信号，将所述电源电压转换成软启动电流，以输出所述软启动电流或输出或关闭所述电源电压；
输出端，耦接所述软启动调整单元，适于输出所述软启动电流或所述电源电压；
检测单元，耦接所述输出端，检测所述输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号；
控制单元，耦接所述检测单元与所述软启动调整单元，接收所述检测信号，以产生所述多个控制信号。
8.根据权利要求7所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，所述输出端的电流状态及/或电压状态包括所述软启动电流的电流值及/或所述输出端的电压值以及由电压及/或电流保护电路所产生的检测信号/事件的检测信号。
9.根据权利要求7所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，当所述控制单元接收所述检测信号时，控制单元根据所述具有保护机制的电源装置的当时运作情境或状态及所述检测信号的电流值及/或电压值的变化而据以产生所述多个控制信号。
10.根据权利要求9所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，所述运作状态包括所述软启动调整单元的软启动操作是否完成、所述输出端在所述具有保护机制的电源装置开始运作时是否已经与负载连接，或具有保护机制的电源装置是否第一次检测到负载电流就达到触发生短路保护的条件。
11.一种具有保护机制的电源装置，其特征在于，包括：
电源单元，产生电源电压；
主电源开关，耦接所述电源单元，接收所述电源电压与控制信号，以依据所述控制信号，输出所述电源电压；
输出端，耦接所述主电源开关，适于输出所述电源电压；
检测单元，耦接所述输出端，检测所述输出端的电流状态及/或电压状态，以产生检测信号；
控制单元，耦接所述检测单元与所述开关单元，接收所述检测信号，以产生所述控制信号。
12.根据权利要求11所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，还包括：
计数及计时单元，耦接所述控制单元或内建在所述控制单元，提供计数值及计时值给所述控制单元。
13.根据权利要求11所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，所述输出端的电流状态及/或电压状态包括所述输出端的电流及/或电压值以及由电压及/或电流保护电路产生的检测信号/事件。
14.根据权利要求13所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，当所述控制单元接收所述检测信号/事件时，根据所述所述检测信号的电流值及/或电压值的变化及/或所述具有保护机制的电源装置的当时运作状态，所述控制单元产生对应的所述控制信号。
15.根据权利要求14所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，所述当时运作状态包括所述输出端在所述具有保护机制的电源装置是否在开始运作之前或之后才与负载连接，或是所述具有保护机制的电源装置在连接所述负载之当时或之后是否发生短路。
16.根据权利要求15所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，所述控制单元还包括一种可根据所述具有保护机制的电源装置的当时运作状态来进行动态的或可重新设定的控制机制，所述控制机制包括短路电流保护阈值及/或短路保护延迟时间阈值的设定值，使得当所述控制单元接收所述检测信号时，所述控制信号根据所述控制机制的设定值而产生对应的所述控制信号。
17.根据权利要求16所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，在电源启动阶段期间，所述具有保护机制的电源装置在第一次系统起始运作时，所述控制单元内的所述短路电流保护阈值及/或所述短路保护延迟时间阈值的设定值设定为较敏感的较低值，以便将负载接入时的涌浪电流的电流大小及能量进行分割；在所述涌浪电流消除与分割过程完成后，将所述控制单元内的所述短路电流保护阈值及/或所述短路保护延迟时间阈值的设定值设定为较不敏感的较高值，以进行一般正常运行状态下的短路保护。
18.根据权利要求11所述的具有保护机制的电源装置，其特征在于，在利用所述控制单元依据预设时间间距及/或预设计数值来强制控制所述主电源开关的导通之后，当所述控制单元判断出其所接收到的所述检测信号的电流值仍大于短路电流保护阈值时，所述控制单元产生对应的所述控制信号，使得所述具有保护机制的电源单元停止运作，或是所述控制单元发出告警指示电路有短路的情况发生，或是所述控制单元将所述具有保护机制的电源装置锁定在保护状态，或将所述具有保护机制的电源装置完全关闭。
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