CN203218853U

CN203218853U - 具电流限制效果的开关装置

Info

Publication number: CN203218853U
Application number: CN 201320033337
Authority: CN
Inventors: 张富榤
Original assignee: QUNSHENG SYSTEM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: QUNSHENG SYSTEM TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-01-22

Abstract

一种具电流限制效果的开关装置，包含有一开关单元、一电压侦测电路与一控制器。其中，该开关单元电性连接一电源与一负载。该电压侦测电路用以侦测该电源的电压零交越点；该控制器接收一启动讯号后，在经过该电源的复数个电压周期后完全导通该开关单元，其中，在该些电压周期中，该控制器于每一电压周期的至少一电压零交越点前的一设定时间导通该开关单元，并于该至少一电压零交越点时为阻断该开关单元。每次导通该开关单元的设定时间系逐渐延长，以对该负载进行分段充电。由此，可限制负载在充电过程中所产生的涌浪电流。

Description

具电流限制效果的开关装置

技术领域

本实用新型与开关装置有关，更详细地是指一种抑制涌浪电流的开关装置。

背景技术

公知的开关装置是装设于一电源与一负载之间，用以导通或阻断供输至该负载的电力。然而，许多电子产品系属于电容性负载，依据电容的基本特性

中可得知，流入负载的输入电流i，是与负载的电容值C以及单位时间dt中电压变化量dv呈正比。

当电压变化越大时，所产生的电流i亦随之增大。特别是在开关装置刚启动时，由于该负载中电容C的所储存的电压与该电源所供给的电压有一定的差距时，将使得流入负载的输入电流产生涌浪电流(inrush current)的现象。请参阅图1，当该开关装置导通的时间越接近该电源电压的峰值时，其输入电流i所产生的浪涌电流越大。目前现有的控制方式是在该电源的电压零交越点(zero crossing)时控制该开关装置导通，以减小所产生的涌浪电流，但无可避免的，开关装置导通后，电源的电压弦波仍随之增加，仍会有涌浪电流产生。

此外，在开关装置是采用继电器时，由于继电器是由其内部的线圈产生磁力而以机械作动的方式导通，因此，会存在着机械作动的延迟时间。请参阅图2，当在电压零交越点发送导通讯号控制继电器导通时，因机械作动的延迟时间T_D之故，实际上继电器导通时已处于较高电压的状态，而产生较大的涌浪电流。综上所述，公知的开关装置并无法有效抑制涌浪电流。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具电流限制效果的开关装置，可有效降低供电至负载时所产生的涌浪电流。

为实现上述目的，本实用新型提供的具电流限制效果的开关装置，设于一电源与一负载之间，包含有：

一开关单元，电性连接该电源与该负载，受控制地导通或阻断供输到该负载的电力；

一电压侦测电路，电性连接该电源，侦测该电源的电压零交越点；以及

一控制器，电性连接该开关单元与该电压侦测电路，该控制器接收一启动讯号，并在经过该电源的复数个电压周期后导通该开关单元；其中，在该些电压周期中，该控制器于每一电压周期的至少一电压零交越点前的一设定时间导通该开关单元，且该开关单元于该至少一电压零交越点时为阻断的状态，其中每次导通该开关单元的设定时间大于前一次的设定时间。

所述具电流限制效果的开关装置，其中导通该开关单元的设定时间最长为该电源电压周期的四分之一；当该控制器判断该设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该些电压周期结束。

所述具电流限制效果的开关装置，其中包含有一负载电压侦测电路电性连接该负载与该控制器，侦测该负载的充电电压；当该控制器判断该负载的充电电压达到一预定电压值或导通该开关单元的设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该些电压周期结束。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该开关单元包含有相并联的一第一开关组件与一第二开关组件，该第一开关组件与该第二开关组件各别电性连接该控制器；在该些电压周期中，该控制器控制该第二开关组件导通，且该第二开关组件于该至少一电压零交越点时为阻断的状态；在该些电压周期结束后，该控制器控制该第一开关组件导通。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该第二开关组件为单向导通的开关组件，该控制器于其中一半波周期控制该第二开关组件导通，该第二开关组件在另一半波周期为阻断的状态。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该第二开关组件为一硅控制整流器。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该第二开关组件为双向导通的开关组件，该控制器于该些电压周期中的每一零电压交越点的前的该设定时间导通该开关单元。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该控制器于该些电压周期中的每一电压零交越点时控制该开关单元为阻断的状态。

所述具电流限制效果的开关装置，其中包含有一电流侦测电路电性连接该控制器，且讯号连接该电源与该控制器，该电流侦测电路用以侦测该电源的电流；当该控制器判断该电源的电流的绝对值大于一预设的过载电流时，该控制器阻断该开关单元或控制该开关单元的导通时间以减少该电源的电压波形的导通角度。

所述具电流限制效果的开关装置，其中该电压侦测电路利用该电源的电压变化侦测电压零交越点；当该控制器判断该电源的电压的绝对值大于一默认的过载电压时，该控制器阻断该开关单元或控制该开关单元的导通时间以减少该电源的电压波形的导通角度。

由此，通过本实用新型的具电流限制效果的开关装置对该负载进行分段充电，可限制负载在充电过程中所产生的涌浪电流，延长负载的使用寿命。

附图说明

图1为公知的开关装置的电源电压与输入电流波形图；

图2为继电器机械作动延迟造成涌浪电流的波形图；

图3为本实用新型第一较佳实施例具电限制效果的开关装置；

图4为本实用新型第一较佳实施例的波形图；

图5为本实用新型第二较佳实施例具电限制效果的开关装置；

图6为本实用新型第二较佳实施例的波形图；以及

图7为本实用新型第三较佳实施例具电限制效果的开关装置。

附图中主要组件符号说明：

1具电限制效果的开关装置，10开关单元，12第一开关组件，14第二开关组件，20电压侦测电路，30电流侦测电路，32电流传感器，40负载电压侦测电路，50控制器，52驱动电路，54驱动电路，2具电流限制效果的开关装置，60第二开关组件，62驱动电路，3具电流限制效果的开关装置，70第二开关组件，L负载，S电源，T设定时间，V1预定电压值，i输入电流，C电容值，dt单位时间，dv电压变化量，T_D延迟时间。

具体实施方式

本实用新型所提供的具电流限制效果的开关装置，是设于一电源与一负载之间，包含有一开关单元，电性连接该电源与该负载，受控制地导通或阻断供输到该负载的电力；一电压侦测电路，电性连接该电源，侦测该电源的电压零交越点；以及一控制器，电性连接该开关单元与该电压侦测电路，该控制器接收一启动讯号，并在经过该电源的复数个电压周期后导通该开关单元；其中，在该些电压周期中，该控制器于每一电压周期的至少一电压零交越点前的一设定时间导通该开关单元，且该开关单元于该至少一电压零交越点时为阻断的状态，其中每次导通该开关单元的设定时间大于前一次的设定时间。

其中，导通该开关单元的设定时间最长为该电源电压周期的四分之一；当该控制器判断该设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该些电压周期结束。

其中，包含有一负载电压侦测电路电性连接该负载与该控制器，侦测该负载的充电电压；当该控制器判断该负载的充电电压达到一预定电压值或导通该开关单元的设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该些电压周期结束。

其中，该开关单元包含有相并联的一第一开关组件与一第二开关组件，该第一开关组件与该第二开关组件各别电性连接该控制器；在该些电压周期中，该控制器控制该第二开关组件导通，且该第二开关组件于该至少一电压零交越点时为阻断的状态；在该些电压周期结束后，该控制器控制该第一开关组件导通。

其中，该第二开关组件为单向导通的开关组件，该控制器于其中一半波周期控制该第二开关组件导通，该第二开关组件在另一半波周期为阻断的状态。

其中，该第二开关组件为一硅控制整流器。

其中，该第二开关组件为双向导通的开关组件，该控制器于该些电压周期中的每一零电压交越点的前的该设定时间导通该开关单元。

其中，该控制器于该些电压周期中的每一电压零交越点时控制该开关单元为阻断的状态。

其中，包含有一电流侦测电路电性连接该控制器，且讯号连接该电源与该控制器，该电流侦测电路用以侦测该电源的电流；当该控制器判断该电源的电流的绝对值大于一预设的过载电流时，该控制器阻断该开关单元或控制该开关单元的导通时间以减少该电源的电压波形的导通角度。

其中，该电压侦测电路是利用该电源的电压变化侦测电压零交越点；当该控制器判断该电源的电压的绝对值大于一默认的过载电压时，该控制器阻断该开关单元或控制该开关单元的导通时间以减少该电源的电压波形的导通角度。

为能更清楚地说明本实用新型，举下列实施例并配合附图详细说明如后。

图3所示为本实用新型第一较佳实施例的具电限制效果的开关装置1，包含有一开关单元10、一电压侦测电路20、一电流侦测电路30、一负载电压侦测电路40与一控制器50。其中：

该开关单元10设置于一交流的电源S与一负载L之间，包含有相并联的一第一开关组件12与一第二开关组件14，在本实施例中，该第一开关组件12为一继电器，该第二开关组件14为一硅控整流器。

该电压侦测电路20电性连接该电源S，其利用侦测该电源S电压的变化，进而取得该电源S电压波形中的电压零交越点(zero crossing)。该电流侦测电路30是通过一电流传感器32讯号连接该电源S，用以侦测该电源S的电流。该负载电压侦测电路40电性连接该负载L，用以侦测该负载L的充电电压。

该控制器50为一微处理器，通过二驱动电路52、54分别电性连接该第一开关组件12与该第二开关组件14，以及电性连接该电压侦测电路20、该电流侦测电路30与该负载电压侦测电路40。

该控制器50依据该电压侦测电路20所测的电压零交越点，计算该电源S电压的周期时间。由此，该控制器50即可在测得电压零交越点时，即可利用周期时间计算下一电压零交越点发生的时间。

当该控制器50接收一启动讯号后，该控制器50在正半波周期结束时的电压零交越点之前的一设定时间T通过该驱动电路54触发该第二开关组件14导通(参照图4)。由于该第二开关组件14为单向导通的开关组件，因此，在正半波周期结束时的电压零交越点时，该第二开关组件14将自动截止，阻断供输至该负载L的电力，使该开关单元10为阻断的状态。在之后的电压周期中，该控制器50以同样的方式控制该第二开关组件14导通，以及让该第二开关组件14自动截止。前述的每一电压周期中，该第二开关组件14导通的设定时间T大于前一电压周期中的设定时间T，换言之，即在前述的该些电压周期中，以分段的方式逐渐增加供输至该负载L的电压，以对该负载L进行分段的充电，使该负载L的充电电压逐渐上升，避免电压差距过大而产生涌浪电流。在实际上，设定时间T的长短可依该负载L的电容值设定，电容值愈大，设定时间T愈短，对该负载L进行更多次分段充电；反之，电容值愈小设定时间T即可愈长，减少分段充电次数。

当该控制器50判断该负载电压侦测电路40所侦测的负载L的充电电压到达一预定电压值V1，或是该设定时间T到达该电源S电压周期的四分之一后，该些电压周期结束。接着，该控制器50通过该驱动电路52控制该第一开关组件12导通(即该开关单元10完全导通)，使该电源S持续供应电力至该负载L。本实施例中，该预定电压值V1为该负载L充满电力的电压值，当然，在实际上，该预定电压值V1也可设为小于该负载L充满电力的电压值。

当该控制器50判断该电源S的电流的绝对值大于一预设的过载电流时，该控制器50阻断该第一开关组件12及该第二开关组件14，以阻断该电源S的供给，避免电流过大损坏该负载L。在实际上，亦可控制该开关单元10的导通时间，以减少该电源S的电压波形的导通角度，使电压降低进而减低流入该负载L的电流。举例而言，该控制器50阻断该第一开关组件12，并且利用该电源S的电压零交越点前的一段时间导通该第二开关组件14，即可让该电源S的电压波形的导通角度减少。

当该控制器50判断该电源S的电压的绝对值大于一默认的过载电压时，该控制器50阻断该第一开关组件12及该第二开关组件14，以阻断该电源S的供给，避免电压过大损坏该负载L。同样地，亦可利用限制该开关单元10的导通时间，减少该电源S的电压波形的导通角度，达到限制电压的目的。

以下再提供其它较佳可行的实施例，同样可达到相同上述的效果。

图5所示为本实用新型第二较佳实施例具电流限制效果的开关装置2，其具有大致相同于上述实施例的结构，不同的是：本实施例的第二开关组件60为一三端双向可控硅组件(Triode for Alternating Current，TRIAC)，该第二开关组件60通过一驱动电路62电性连接该控制器50。

当该控制器50接收该启动讯号后，该控制器50在正半波周期结束时的电压零交越点的前的设定时间T，通过该驱动电路62触发该第二开关组件60导通(参照图6)。由于该第二开关组件60为双向导通的开关组件，因此，在该正半波周期结束时的电压零交越点时，该控制器50控制该第二开关组件截止60，使该开关单元10为阻断的状态。接着，在每一负半波周期与每一正半波周期，皆以同样的方式控制该第二开关组件60导通与截止。

前述的每一电压周期(即一正半波周期与一负半波周期)中，该第二开关组件60在每一正、负半波周期各导通一次，且每次导通的设定时间T系大于前一次的设定时间T。由此，同样可以分段的方式逐渐增加供输至该负载L的电压，以对该负载L进行分段的充电，避免电压差距过大而产生涌浪电流。在实际上，该第二开关组件60亦可采用晶体管作为控制，同样可达到相同的效果。

图7所示为本实用新型第三较佳实施例的具电流限制效果的开关装置3，其是以第一较佳实施例为基础，不同的是：本实施例的第二开关组件70是由二个反向且并联的硅控整流器构成双向导通的开关组件，该二硅控整流器个别通过驱动电路54电性连接该控制器50。在正、负半波周期时个别控制该二硅整流器，即可达到相同于第二较佳实施例的效果。

本实用新型利用分段的方式，逐渐对负载充电，使负载的充电电压逐渐上升，避免电源的电压与负载的充电电压差距过大，以抑制涌浪电流。负载不受涌浪电流冲击，则使用寿命可更延长。更值得一提的是，即使第一开关组件采用继电器而在导通时有机械作动的时间延迟，由于负载已经充饱电，因此，并不会有涌浪电流的情形产生。

以上所述仅为本实用新型较佳可行实施例而已，举凡应用本实用新型说明书及申请专利范围所为的等效结构变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims

1.一种具电流限制效果的开关装置，设于一电源与一负载之间，其特征是，包含有：

2.根据权利要求1所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，其中导通该开关单元的设定时间最长为该电源电压周期的四分之一；当该控制器判断该设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该电源电压周期结束。

3.根据权利要求1所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，包含有一负载电压侦测电路电性连接该负载与该控制器，侦测该负载的充电电压；当该控制器判断该负载的充电电压达到一预定电压值或导通该开关单元的设定时间达到该电源电压周期的四分之一后，该电源电压周期结束。

4.根据权利要求2或3所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，其中该开关单元包含有相并联的一第一开关组件与一第二开关组件，该第一开关组件与该第二开关组件各别电性连接该控制器；在该电源电压周期中，该控制器控制该第二开关组件导通，且该第二开关组件于该至少一电压零交越点时为阻断的状态；在该电源电压周期结束后，该控制器控制该第一开关组件导通。

5.根据权利要求4所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，其中该第二开关组件为单向导通的开关组件，该控制器于其中一半波周期控制该第二开关组件导通，该第二开关组件在另一半波周期为阻断的状态。

6.根据权利要求5所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，其中该第二开关组件为一硅控制整流器。

7.根据权利要求4所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，其中该第二开关组件为双向导通的开关组件，该控制器于该电源电压周期中的每一零电压交越点的前的该设定时间导通该开关单元。

8.根据权利要求1所述具电流限制效果的开关装置，其特征是，包含有一电流侦测电路电性连接该控制器，且讯号连接该电源与该控制器，该电流侦测电路用以侦测该电源的电流；当该控制器判断该电源的电流的绝对值大于一预设的过载电流时，该控制器阻断该开关单元或控制该开关单元的导通时间以减少该电源的电压波形的导通角度。