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QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANWENDUNGEN
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Diese nichtvorläufige Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht unter 35 U. S. C. §119(a) auf Patentanmeldung(en) Nr(n). 102,104,324, die in Taiwan, Republik von China am 05. Februar 2013 eingereicht wurde/wurden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungsschutzvorrichtungen von Motoren, und insbesondere Leistungsschutzvorrichtungen, die Energie einsparen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Der Stand der Technik sieht verschiedene Schaltungsschutzverfahren vor, um die teuren und empfindlichen Motoren vor Schaden zu schützen.
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Der Stand der Technik sieht drei Verfahren zum Überspannungsschutz vor: Verfahren I – Verbessern von Schaltungselementspezifikationen; Verfahren II – Schützen von Schaltungen durch Verwenden eines Einschwingspannungsunterdrückers (TVS); und Verfahren III – Schützen von Schaltungen durch Verwenden eines Operationsverstärkers (OP).
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Beim Verfahren I bedeutet eine Verbesserung von Schaltungselementspezifikationen eine Kostenerhöhung und geringere Auswahl für die Schaltungselemente. Folglich kann das Verfahren I nur auf einfache Schaltungen angewendet werden und wird nur selten umgesetzt. Beim Verfahren II, obwohl die Verwendung von TVS den Hauptansatz darstellt, kann dieses Verfahren nur zum Eliminieren von hohen Einschwingspannungen oder Stromanstiegen mit geringer Leistung, wie zum Beispiel ein ESD, angewendet werden und Schaltungen können durchbrennen, wenn die hohe Spannung anhält. Beim Verfahren III entstehen durch den OP nicht nur höhere Kosten und eine begrenzte Eingangsspannung, sondern auch ein kompliziertes Schaltungsdesign und eine geringere Schaltungsreaktionszeit.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Leistungsschutzvorrichtung zum Schützen einer Last bereit. Die Vorrichtung umfasst eine Überspannungsschutzeinheit zum Erzeugen eines Überspannungserfassungssignals, wenn die Stromversorgung der Last oberhalb der Obergrenze eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt; eine Unterspannungsschutzvorrichtung zum Erzeugen eines Unterspannungserfassungssignals, wenn die Stromversorgung der Last unterhalb der Untergrenze des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt; eine Arbeitszustandserfassungseinheit zum Empfangen eines Steuersignals und Erzeugen eines Arbeitszustandserfassungssignals, wenn die Pegelzeitänderungsrate des Steuersignals oberhalb eines Zeitänderungsratenschwellwerts liegt; und eine Leistungssteuereinheit, die mit der Überspannungsschutzeinrichtung, der Arbeitszustandserfassungseinheit und der Unterspannungsschutzeinrichtung zum Steuern des ein- und ausgeschalteten Zustands der Stromversorgung gemäß dem Überspannungserfassungssignal, dem Unterspannungserfassungssignal und dem Arbeitszustandserfassungssignals verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Leistungsschutzverfahren zum Schützen einer Last bereit. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Überspannungserfassungssignals, wenn die Stromversorgung der Last oberhalb der Obergrenze eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt; Erzeugen eines Unterspannungserfassungssignals, wenn die Spannungsversorgung der Last unterhalb der Untergrenze des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt; Empfangen eines Steuersignals und Erzeugen eines Arbeitszustandserfassungssignals, wenn die Pegelzeitänderungsrate des Steuersignals oberhalb eines Zeitänderungsratenschwellwerts liegt; und Ausschalten der Spannungsversorgung, wenn ein Überspannungserfassungssignal, ein Unterspannungserfassungssignal oder ein Arbeitszustandserfassungssignal empfangen wird. Eine detaillierte Beschreibung wird in den folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen gegeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung kann vollständig durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und Beispiele mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen verstanden werden, wobei:
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1 ein Blockdiagramm der Leistungsschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A ein schematisches Diagramm der Überspannungsschutzeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2B die Signale in der Überspannungsschutzeinheit aus 2A zeigt;
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3A ein schematisches Diagramm der Unterspannungsschutzeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3B die Signale in der Unterspannungsschutzeinheit aus 3A zeigt;
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4A ein schematisches Diagramm der Arbeitszustandserfassungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4B die Signale in der Arbeitszustandserfassungseinheit aus 4A zeigt;
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5 ein Flussdiagramm des Leistungsschutzverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Beschreibung erfolgt von der als besten erachteten Art zum Ausführen der Erfindung. Die Beschreibung dient dem Zwecke der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und soll nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf die anhängenden Ansprüche festgelegt.
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Die Leistungsschutzvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um einen Ventilatormotor zu schützen. 1 zeigt eine Leistungsschutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform erhält der Motor 150 eine Leistungsversorgung P von einer Leistungsquelle über eine Leistungsverwaltungseinheit 160, und die Drehgeschwindigkeit des Motors 150 wird von einem Drehgeschwindigkeitssteuersignal SC gesteuert, das von Außen über eine Mikrosteuereinheit 170 empfangen wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine bestimmte Leistungsschutzvorrichtung 100 bereit, wobei die Leistungsschutzvorrichtung 100 mit dem Motor 150 verbunden ist. Die Leistungsschutzvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Überspannungsschutzeinheit 110, eine Unterspannungsschutzeinheit 120, eine Arbeitszustandserfassungseinheit 130 und eine Leistungssteuereinheit 150. Die Komponenten der vorliegenden Erfindung werden gemäß den 2A, 2B, 3A, 3B, 4A und 4B in den folgenden Absätzen detaillierter beschrieben.
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2A zeigt ein schematisches Diagramm der Überspannungsschutzeinheit 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2B zeigt die Signale in der Überspannungsschutzeinheit 110 aus 2A. Die Überspannungsschutzeinheit 110 der vorliegenden Erfindung kann ein Überspannungserfassungssignal erzeugen, wenn die Leistungsversorgung P des Motors oberhalb der Obergrenze V+ eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt. Das Überspannungserfassungssignal kann von der Leistungssteuereinheit 104, die später beschrieben wird, verwendet werden. Wie in 2A gezeigt, umfasst die Überspannungsschutzeinheit 110 der vorliegenden Erfindung einen Spannungssubstrahierer 112. Der Spannungssubstrahierer 112 kann den Teil der Leistungsversorgung P abziehen, der oberhalb der Obergrenze V+ des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, um ein Überspannungserfassungssignal direkt zu erzeugen. Wie in 2B gezeigt, kann, wenn die Leistungsversorgung P einen Teil aufweist, der die Obergrenze V+ des vorgegebenen Spannungsbereichs übersteigt, der Spannungssubstrahierer 112 diesen Teil direkt abziehen und ein „Überspannungserfassungssignal SH” (hoher Pegel) erzeugen. Mit anderen Worten wird, wenn die Leistungsversorgung P nicht oberhalb der Obergrenze V+ des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, der Spannungssubstrahierer 112 den Originalpegel der Leistungsversorgung P nicht beeinflussen und kein Überspannungserfassungssignal erzeugen. In manchen Ausführungsformen umfasst der Spannungssubstrahierer 112 mindestens eine Zenerdiode. Mit der erwähnten Struktur weist die Überspannungsschutzeinheit 110 der vorliegenden Erfindung keine TSV oder OP gemäß dem Stand der Technik auf, die zusätzlich Strom verbrauchen, wodurch Energie eingespart wird. Wie in 2A gezeigt, kann die Überspannungsschutzeinheit 110 der vorliegenden Erfindung ferner eine Reglerschaltung 114 aufweisen. Die Reglerschaltung 114 kann die vom Spannungssubstrahierer 112 bereitgestellten Signale regeln, so dass die Signale eine ideale Wellenform aufweisen, die von der Leistungssteuereinheit 140 akzeptiert werden kann (beispielsweise die Rechteckswellenform des Überspannungserfassungssignals SH', wie in 2B gezeigt), wodurch Fehlfunktionen verhindert werden.
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3A zeigt ein schematisches Diagramm der Unterspannungsschutzeinheit 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3B zeigt die Signale in der Unterspannungsschutzeinheit 120 aus 3A. Im Gegensatz zu der Überspannungsschutzeinheit 110 kann die Unterspannungsschutzeinheit 120 der vorliegenden Erfindung ein Unterspannungserfassungssignal erzeugen, wenn die Leistungsversorgung P des Motors unterhalb der Untergrenze V– des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt. Das Unterspannungserfassungssignal kann von der Leistungssteuereinheit 140, die später beschrieben wird, verwendet werden. In einer in 3A gezeigten Ausführungsform umfasst die Unterspannungsschutzeinheit 120 der vorliegenden Erfindung einen Spannungssubstrahierer 122. Der Spannungssubstrahierer 122 kann den Teil der Leistungsversorgung P abziehen, der unterhalb der Untergrenze V– des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, um das Unterspannungserfassungssignal direkt zu erzeugen. Wie in 3B gezeigt, filtert der Spannungssubstrahierer 122 diesen Teil heraus und erzeugt ein Unterspannungserfassungssignal SL (niedriger Pegel), wenn die Leistungsversorgung P einen Teil aufweist, der unterhalb der Untergrenze V– des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt. Mit anderen Worten wird, wenn die Leistungsversorgung P nicht unterhalb der Untergrenze V– des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, der Spannungssubstrahierer 122 den ursprünglichen Pegel der Leistungsversorgung P nicht beeinflussen und auch kein Unterspannungserfassungssignal erzeugen. Bei manchen Ausführungsformen umfasst der Spannungssubstrahierer 122 mindestens eine Zenerdiode. Mit der soeben genannten Struktur weist die Unterspannungsschutzeinheit 120 der vorliegenden Erfindung kein TSV oder OP gemäß dem Stand der Technik auf, der zusätzliche Leistung verbrauchen würde, wodurch Energie eingespart werden kann. Wie in 3A gezeigt, umfasst die Unterspannungsschutzeinheit 120 der vorliegenden Erfindung ferner eine Reglerschaltung 124. Die Reglerschaltung 124 kann die von dem Spannungssubstrahierer 122 bereitgestellten Signale regeln, so dass die Signale Wellenformen aufweisen, die von der Leistungssteuereinheit 140 akzeptiert werden können (beispielsweise die in der 3A gezeigte Rechteckswellenform des Unterspannungserfassungssignal SL) und Fehlfunktionen verhindern werden können.
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4A zeigt ein schematisches Diagramm der Arbeitszustandserfassungseinheit 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4B zeigt die Signale in der Arbeitszustandserfassungseinheit 130 aus 4A. Die Arbeitszustandserfassungseinheit 130 der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um das Drehgeschwindigkeitssteuersignal SC zu empfangen. Wie in 4A gezeigt, erzeugt die Arbeitszustandserfassungseinheit 130 ein Arbeitszustandserfassungssignal SS, wenn die Pegelzeitänderungsrate des Drehgeschwindigkeitssteuersignals SC einen Zeitänderungsratenschwellwert überschreitet. Das Arbeitszustandserfassungssignal SS kann von der Leistungssteuereinheit 140, die später beschrieben wird, verwendet werden. Wie in 4B gezeigt, umfasst die Arbeitszustandserfassungseinheit 130 der vorliegenden Erfindung ferner einen Signalwandler 132. In einer Ausführungsform umfasst der Signalwandler 132 eine Lade-/Entlade-Schaltung (beispielsweise eine RC-Schaltung), die die Lade-/Entlade-Eigenschaft der Schaltungen steuern kann. Wie in 4b gezeigt, kann der Signalkonverter 132 das Drehgeschwindigkeitssteuersignal SC, das eine unterschiedliche Drehgeschwindigkeit in einer Periode aufweist, in ein Arbeitszustandserfassungssignal SC (niedriger Pegel) durch die Lade- und Entlade-Eigenschaft der Schaltungen wandeln. Wie in 4A gezeigt, umfasst die Arbeitszustandserfassungseinheit 130 der vorliegenden Erfindung ferner eine Reglerschaltung 134. Die Reglerschaltung 134 regelt die von dem Signalkonverter 132 bereitgestellten Signale, so dass die Signale Wellenformen aufweisen, die von der Leistungssteuereinheit 140 akzeptiert werden können (beispielsweise die in der 4B gezeigte Rechteckswellenform des Unterspannungserfassungssignal SS), um Fehlfunktionen zu verhindern.
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Die Leistungssteuereinheit 140 der vorliegenden Erfindung ist mit der Überspannungsschutzeinheit 110, der Unterspannungsschutzeinheit 120 und der Arbeitszustandserfassungseinheit 130 verbunden, um den ein- und ausgeschalteten Zustand der Leistungsversorgung P gemäß dem Überspannungserfassungssignal SH (oder SH'), dem Unterspannungserfassungssignal SL (oder SL') und dem Arbeitszustandserfassungssignal SS (oder SS') zu steuern. Insbesondere umfasst die Leistungssteuereinheit 140 Logikelemente (wie beispielsweise UND- und ODER-Gatter), und kann die Leistungsversorgung P des Motors 150 ausschalten, wenn ein Überspannungserfassungssignal SH (oder SH'), ein Unterspannungserfassungssignal SL (oder SL') oder ein Arbeitszustandserfassungssignal SS (SS') erfasst werden. Mit anderen Worten bedeutet, wenn weder das Überspannungserfassungssignal SH (oder SH'), das Unterspannungserfassungssignal SL (oder SL') noch das Arbeitszustandserfassungssignal SS (oder SS') von der Leistungssteuereinheit 140 erfasst wird, dass die Leistungsversorgung P und das Drehgeschwindigkeitssteuersignal SC sich in einem normalen Zustand befinden und die Leistungsversorgung P den Motor 150 sicher betreiben kann. Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Vielzahl von Schutzvorrichtungen für den Motor 150 bereit. Bei manchen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, steuert die Leistungssteuereinheit 140 den Motor 150 über die Leistungsverwaltungseinheit 160 und die Mikrosteuereinheit 170. Allerdings sollte in anderen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein.
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Um Energie zu sparen, sind die Arbeitszustandserfassungseinheit 130 und die Unterspannungsschutzeinheit 120 in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beide zwischen der Überspannungsschutzeinheit 110 und der Leistungssteuereinheit 140 geschaltet, so dass sie sofort den Betrieb stoppen können, sobald sie das Überspannungserfassungssignal SH empfangen.
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Gemäß der oben beschriebenen Leistungsschutzvorrichtung stellt die vorliegende Erfindung auch ein Leistungsschutzverfahren bereit. 5 zeigt ein Flussdiagramm des Leistungsschutzverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsschutzverfahren wird verwendet, um einen Motor zu schützen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Überspannungserfassungssignals, wenn die Leistungsversorgung des Motors oberhalb der Obergrenze eines vorbestimmten Spannungsbereichs liegt (Schritt S502); Erzeugen eines Unterspannungserfassungssignals, wenn die Leistungsversorgung des Motors unterhalb der Untergrenze des vorgegebenen Spannungsbereichs liegt (Schritt S504); Empfangen eines Drehgeschwindigkeitssteuersignals, und Erzeugen eines Arbeitszustandserfassungssignals, wenn die Pegelzeitänderungsrate des Drehgeschwindigkeitssteuersignals oberhalb eines Zeitänderungsratenschwellwerts liegt (Schritt S506); und Ausschalten der Leistungsversorgung, wenn das Überspannungserfassungssignal, das Unterspannungserfassungssignal oder das Arbeitszustandserfassungssignal empfangen wird (Schritt S508). Da der Fachmann das Leistungserfassungsverfahren der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die oben beschriebene Leistungsschutzvorrichtung verstehen kann, werden die Details des Leistungsschutzverfahrens nicht weiter beschrieben.
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Während die Erfindung beispielhaft und nach Art einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, soll es verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsformen beschränkt wird. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, verschiedene Modifizierungen und ähnliche Anordnungen (wie sei dem Fachmann offenkundig werden) zu schützen. Folglich sollte der Schutzumfang der anhängenden Zeichnungen der breitesten Interpretation gerecht werden, um alle solchen Modifizierungen und ähnlichen Anordnungen zu umschließen.
