TW201419696A - 三線式電源之突波保護裝置 - Google Patents

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    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
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Abstract

本發明揭露一種突波保護裝置，耦接於三線式電源之火線、中性線及地線。該突波保護裝置包括一第一、一第二、一第三突波保護單元、一第一及一第二光耦合單元。每一該第一至第三突波保護單元均包括一壓敏電阻器以及一保險絲。當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲正常運作時，該第二光耦合單元之一射極端輸出一正常指示訊號；當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲其中之一熔斷時，該第二光耦合單元之該射極端輸出一異常指示訊號。

Description

三線式電源之突波保護裝置
本發明係有關於突波保護裝置，特別係有關於可偵測突波保護失效之三線式電源之突波保護裝置。
為了避免供應電源的突波(surge)傳送到負載，造成負載(或機器)的損壞，通常需加裝一突波保護單元在供應電源與負載(或機器)之間，來吸收從供應電源送出的突波以達到電源保護之功能。為了得知突波保護元件之功能是否失效，可從該突波保護單元送出一訊號，透過處理該訊號可得知突波保護單元是否正常工作。舉例來說，如廠商(Littelfuse)所提供的突波保護單元為具一指示引線的壓敏電阻器(iTMOV)，透過該指示引線可得知該突波保護單元iTMOV是否正常工作。
第1圖顯示將突波保護單元應用於二線式電源之電路示意圖。第1圖中，雙線式電源裝置30透過其火線(live wire)L及中性線(neutral wire)N提供電力給一電子裝置(或負載)40，該突波保護單元10則耦接該火線L及中性線N。該突波保護單元10包括互相串聯之一壓敏電阻器10a及一保險絲10b。該突波保護單元10具有一監控端(指示引線端)Z。第1圖中，一光耦合器20之二個輸入端A及B，分別連接該監控端Z與該中性線N。當有突波從火線L或中性線N進入時，該壓敏電阻器10a會導通以消除該突波。當該壓敏電阻器10a正常工作時(例如該保險絲10b保持完 好)，會持續有電流流通於該保險絲10b與設置於該光耦合器20輸入端A和B間的二極體元件組20a，該光耦合器20之電晶體20b感應二極體元件組20a的發光，並從射極端Te傳送出一正常訊號給該電子裝置40。當該壓敏電阻器10a漏電流過大造成該保險絲10b熔斷時，該電晶體20b將感應不到該二極體元件組20a的發光而無法傳送出該正常訊號給該電子裝置40。
透過上述實施方式，若用於具有地線(earth wire)E、火線L及中性線N之三線式電源上，將會需要三組突波保護單元及光耦合器分別設置於L-N、L-E及N-E。要完全監測三個突波保護單元是否正常工作，則由三線式電源供給電力之電子裝置之輸入/輸出埠則至少要特別保留三個腳位，以便連接三個光耦合器之三個射極端Te。然而，對於某些電子裝置而言，其輸入/輸出埠可能已無法容納此至少三個腳位。為了上述輸入/輸出埠腳位不足之問題，雖可使用輸入/輸出擴展器(IO expender)來擴充輸入/輸出埠，但會使得成本增加。此外，雖可透過額外增加之複數邏輯閘，將前述三個射極端Te之三個輸出整合成單一輸出給電子裝置之輸入/輸出埠。但是使用複數邏輯閘仍會使得成本增加。
因此有需要提供一個整合成單一輸出的突波保護裝置，以降低設計的複雜度。
本發明揭露一種突波保護裝置，耦接於三線式電源之 火線、中性線及地線。該突波保護裝置包括一第一、一第二、一第三突波保護單元、一第一及一第二光耦合單元。每一該第一至第三突波保護單元均包括一壓敏電阻器以及一保險絲。當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲正常運作時，該第二光耦合單元之一射極端輸出一正常指示訊號；當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲其中之一熔斷時，該第二光耦合單元之該射極端輸出一異常指示訊號。
以下將詳細討論本發明各種實施例之製造及使用方法。然而值得注意的是，本發明所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉例說明本發明之製造及使用方法，但非用於限定本發明之範圍。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波保護裝置130之電路示意圖。該突波保護裝置130設置於三線式電源裝置105與電子裝置140之間。該三線式電源裝置105透過火線L、地線(earth wire)E，以及中性線N，供給電力給該電子裝置。該突波保護裝置130，耦接於該火線L、該地線E，以及該中性線N，包括：第一、第二及第三突波保護單元S1、S2、S3；以及，第一及第二光耦合單元P1、P2。
該第一至該第三突波保護單元S1-S3，均包括：一第一端T1、一第二端T2及一監控端Tm；一壓敏電阻器 (varistor)VAR，設於該第一端T1及該監控端Tm；以及，一保險絲F，設於該第二端T2及該監控端Tm。該第一及第二光耦合單元P1-P2，均包括一第一輸入端IN1、一第二輸入端IN2、一集極端Tc及一射極端Te。
該第一光耦合單元P1之該第一輸入端IN1耦接該第一突波保護單元S1之該監控端Tm，該第一光耦合單元P1之該第二輸入端IN2耦接該第一突波保護單元S1之該第一端T1及該火線L；該第一光耦合單元P1之該集極端Tc與該射極端Te分別耦接一電壓源VDD與該第二光耦合單元P2之該集極端Tc。該第二光耦合單元P2之該第一輸入端IN1耦接該第二突波保護單元S2之該監控端Tm，該第二光耦合單元P2之該第二輸入端IN2耦接該第三突波保護單元S3之該監控端Tm。該電壓源VDD可由該電子裝置140提供或是由該電子裝置140外部的一電源來提供。
該第二及該第三突波保護單元S2-S3之該等第一端T1耦接該地線E，該第二突波保護單元S2之該第二端T2耦接該火線L，該第三突波保護單元S3之該第二端T2耦接該中性線N與該第一突波保護單元S1之該第二端T2。另外，在本實施例中，耦接於三線式電源裝置105以及電子裝置140之間的電力線，排列順序為L-N-E，如第2圖所示，但不限定於此，電力線之排例順序可為L-E-N，E-L-N，E-N-L，N-L-E，以及N-E-L。
該第一至第三突波保護單元S1、S2、S3，例如是廠商Littelfuse生產之具監控端的熱保護壓敏電阻(iTMOV)，但是不限定於此。該第一光耦合單元P1包括：一發光元件 組110a，設於該第一光耦合單元P1之該第一及該第二輸入端(IN1、IN2)之間；以及一光偵測元件110b，設於該第一光耦合器P1之該集極端Tc和該射極端Te之間。該第二光耦合單元P2包括：一發光元件組120a，設於該第二光耦合器P2之該第一及該第二輸入端(IN1、IN2)之間；以及一光偵測元件120b，設於該第二光耦合器P2之該集極端Tc和該射極端Te之間。每一該等發光元件組(110a及120a)，例如均包括：二個發光二極體，電極性反接並且並聯於該第一(或第二)光耦合單元之該第一及該第二輸入端(IN1、IN2)之間。每一該等光偵測元件(110b及120b)，包括一個雙載子接面電晶體，設置於該第一(或第二)光耦合單元之該集極端Tc及該射極端Te之間。
前述之該突波保護裝置130，更包括：一第一電阻器R11，耦接於該第一突波保護單元S1之該監控端Tm與該第一光耦合單元P1之該第一輸入端IN1；一第二電阻器R12，耦接於該火線L以及該第一光耦合單元P1之該第二輸入端IN2；一第三電阻器R13，耦接於該第二突波保護單元S2之該監控端Tm以及該第二光耦合單元P2之該第一輸入端IN1；以及，一第四電阻器R14，耦接於該第三突波保護單元S3之該監控端Tm以及該第二光耦合單元P2之該第二輸入端IN2。
該第一至該第四電阻器(R11、R12、R13及R14)可以用來降低流入該第一光耦合單元P1及該第二光耦合單元P2之該等第一輸入端IN1以及該等第二輸入端IN2的電流；並且降低該第一光耦合單元P1及該第二光耦合單元 P2之該等第一輸入端IN1以及該等第二輸入端IN2的逆向偏壓，以防止該第一光耦合單元P1及該第二光耦合單元P2毀損。
當一突波出現在該火線L、該地線E及該中性線N其中至少之一時，該第一至第三突波保護單元S1-S3中的該等壓敏電阻器VAR至少之一會導通以消除該突波。該突波保護裝置130除了具有對該電子裝置140之突波保護功能，更具有監測突波保護功能是否失效的功能。該突波保護裝置130中，當該第一至第三突波保護單元S1、S2、S3皆正常工作時(例如，該等壓敏電阻器VAR的漏電符合規格值，而該等保險絲F均未熔斷)，該第一及第二光耦合單元P1-P2之該等發光元件組110a-120a流通電流而發光，該第一及第二光耦合單元P1-P2之該等光偵測元件110b-120b偵得該發光而流通電流，此時該第二光耦合單元P2之該射極端Te會輸出一正常指示訊號。當該第一至第三突波保護單元S1、S2、S3至少有一異常時，例如當該第一至第三突波保護單元P1~P3之該等保險絲F至少其中之一熔斷(例如該等壓敏電阻器VAR的漏電過大所造成)時，即會造成該第一光耦合單元P1及/或該第二光耦合單元P2之該發光元件組110a及/或120a不會流通電流則該等光偵測元件110b-120b亦不會流通電流，故於該第二光耦合單元P2之該射極端Te會輸出一異常指示訊號。在此實施例中，該第二光耦合單元P2之該射極端Te，更耦接由電阻器R1及電容器C1所構成的低通濾波器，而耦接至一接地參考節點GND。因此，該正常指示訊號之位準，例 如實質上接近該電壓源VDD位準；該異常指示訊號之位準，例如實質上接近該接地參考節點GND之位準；其中該接地參考節點例如是該電子裝置140的參考接地節點。
藉由上述可知，該突波保護裝置130將三個監控信號輸出整合成一個監控信號，僅需透過該第二光耦合單元P2之該射極端Te，即可輸出該正常指示訊號或該異常指示訊號，而具有監測突波保護功能是否失效的功能。因此，該電子裝置140的輸入/輸出埠僅需提供一腳位連接該第二光耦合單元P2之該射極端Te。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
30‧‧‧雙線式電源裝置
40‧‧‧電子裝置
10‧‧‧突波保護單元
20‧‧‧光耦合器
10a‧‧‧壓敏電阻器
10b‧‧‧保險絲
20a‧‧‧二極體元件組
20b‧‧‧電晶體
Z‧‧‧監控端
A，B‧‧‧輸入端
105‧‧‧三線式電源裝置
130‧‧‧突波保護裝置
140‧‧‧電子裝置
S1(S2，S3)‧‧‧突波保護單元
P1，P2‧‧‧光耦合單元
T1‧‧‧第一端
T2‧‧‧第二端
Tm‧‧‧監控端
IN1‧‧‧第一輸入端
IN2‧‧‧第二輸入端
Tc‧‧‧集極端
Te‧‧‧射極端
VAR‧‧‧壓敏電阻器
F‧‧‧保險絲
110a，120a‧‧‧發光元件組
110b，120b‧‧‧光偵測元件
L‧‧‧火線
N‧‧‧中性線
E‧‧‧地線
R1‧‧‧電阻器
C1‧‧‧電容器
VDD‧‧‧電壓源
GND‧‧‧接地參考節點
R11‧‧‧第一電阻器
R12‧‧‧第二電阻器
R13‧‧‧第三電阻器
R14‧‧‧第四電阻器
第1圖所示將突波保護單元應用於二線式電源之電路示意圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之突波保護裝置130之電路示意圖。
105‧‧‧三線式電源裝置
130‧‧‧突波保護裝置
140‧‧‧電子裝置
S1(S2，S3)‧‧‧突波保護單元
P1，P2‧‧‧光耦合單元
T1‧‧‧第一端
T2‧‧‧第二端
Tm‧‧‧監控端
IN1‧‧‧第一輸入端
IN2‧‧‧第二輸入端
Tc‧‧‧集極端
Te‧‧‧射極端
VAR‧‧‧壓敏電阻器
F‧‧‧保險絲
110a，120a‧‧‧發光元件組
110b，120b‧‧‧光偵測元件
L‧‧‧火線
N‧‧‧中性線
E‧‧‧地線
R1‧‧‧電阻器
C1‧‧‧電容器
VDD‧‧‧電壓源
GND‧‧‧接地參考節點
R11‧‧‧第一電阻器
R12‧‧‧第二電阻器
R13‧‧‧第三電阻器
R14‧‧‧第四電阻器

Claims (6)

  1. 一種突波保護裝置，耦接於三線式電源之一第一線、一第二線及一第三線，包括：一第一、一第二及一第三突波保護單元；其中，該第一至該第三突波保護單元均包括：一第一端、一第二端及一監控端；一壓敏電阻器，設於該第一端及該監控端；以及，一保險絲，設於該第二端及該監控端；以及一第一及一第二光耦合單元；其中，該第一及該第二光耦合單元均包括一第一輸入端、一第二輸入端、一集極端及一射極端；該第一光耦合單元之該第一輸入端耦接該第一突波保護單元之該監控端，該第一光耦合單元之該第二輸入端耦接該第一突波保護單元之該第一端及該第一線；該第一光耦合單元之該集極端與該射極端分別耦接一電壓源與該第二光耦合單元之該集極端；該第二光耦合單元之該第一輸入端耦接該第二突波保護單元之該監控端，該第二光耦合單元之該第二輸入端耦接該第三突波保護單元之該監控端；該第二及該第三突波保護單元之該等第一端耦接該第三線，該第二突波保護單元之該第二端耦接該第一線，該第三突波保護單元之該第二端耦接該第二線與該第一突波保護單元之該第二端；其中，當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲正常運作時，該第二光耦合單元之該射極端輸出一正常指示訊號；當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲其中之 一熔斷時，該第二光耦合單元之該射極端輸出一異常指示訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之突波保護裝置，其中該第一線為火線，該第二線為地線，以及該第三線為中性線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之突波保護裝置，其中當一突波出現在該第一線、該第二線及該第三線其中至少之一時，該第一至第三突波保護單元中的該等壓敏電阻器至少之一會導通以消除該突波。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之突波保護裝置，其中每一該第一及該第二光耦合單元均包括：一發光元件組，設於該第一及該第二輸入端之間；一光偵測元件，設於該集極端和該射極端之間；當該第一至第三突波保護單元之該等保險絲正常運作時，該第一及第二光耦合單元之該等發光元件組流通電流而發光，該第一及第二光耦合單元之該等光偵測元件偵得該發光而流通電流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之突波保護裝置，更包括：一第一電阻器，耦接於該第一突波保護單元之該監控端與該第一光耦合單元之該第一輸入端；一第二電阻器，耦接於該第一線以及該第一光耦合單元之該第二輸入端；一第三電阻器，耦接於該第二突波保護單元之該監控端以及該第二光耦合單元之該第一輸入端；以及 一第四電阻器，耦接於該第三突波保護單元之該監控端以及該第二光耦合單元之該第二輸入端。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之突波保護裝置，其中該發光元件組，包括二個發光二極體，電極性反接並且並聯於該第一及該第二輸入端之間。
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