TW201448394A - 具有延遲電路的起動機保護器及延遲電路 - Google Patents

Abstract

一種延遲電路，耦接於電磁線圈，包括電源輸入端、第一與第二開關模組、第一與第二計時模組。電源輸入端耦接電磁線圈。第一開關模組耦接電源輸入端的第一端。第二開關模組耦接電磁線圈的第二端，並於電源輸入端開始供電時導通。第一計時模組耦接電源輸入端與第一開關模組，用以於電源輸入端開始供電後開始計時，並於第一預設時間後，控制第一開關模組導通。第二計時模組耦接電源輸入端與第二開關模組，用以於第一開關模組導通的瞬間開始計時，並於第二預設時間後，控制第二開關模組截止。

Description

具有延遲電路的起動機保護器及延遲電路

本發明有關於一種延遲電路，且特別是有關於一種應用於起動機保護器的延遲電路。

請參照圖1，圖1為傳統移動載具之啟動系統功能方塊圖，移動載例如汽車。傳統移動載具之啟動系統包括繼電器12’、起動開關2(亦可稱點火開關、電門開關或鑰匙開關)、起動機3(亦可稱馬達)、電瓶4、發動機5(亦可稱引擎)以及發電機6。繼電器12’耦接於起動開關2的其中之一端與起動機3之間，電瓶4分別耦接起動開關2的另一端、繼電器12’、起動機3與發電機6，且起動機3更透過發動機5與發電機6形成耦接。

在啟動移動載具的過程中，需先導通起動開關2，使得電瓶4能提供電源給繼電器12’，進而使繼電器12’中的電磁線圈(未繪示於圖1)產生電磁效應而導通繼電器12’。在繼電器12’被導通時，由電瓶4所提供的電源將會透過起動機3中的電磁開關(未繪示於圖1)而啟動起動機3，接著起動機3會帶動發動機5與發電機6的運作，並在發動機5與發電機6開始運作後關閉起動機3，以完成移動載具的啟動程序。

在關閉起動機3的過程中，一般是透過關閉起動開關2使繼電器12’中的電磁線圈斷電，進而達成關閉起動機3的動作。然而，若是發生了無法正常關閉起動開關2的情況時，或是發生了繼電器12’中的常開接點因長期使用或氧化之關係而產生短路或 斷路的情況時，將會使得電瓶4仍持續地供應電源給起動機3，造成繼電器12’或是起動機3的燒毀或異常，而導致起動機3無法啟動。

本發明在於提供一種具有延遲電路的起動機保護器及其載具，透過控制兩個開關模組的開啟與關閉順序，使得起動機在被啟動後可以在一定時間內自動關閉，以避免繼電器及起動機的燒毀。

本發明實施例提供一種延遲電路，此延遲電路耦接電磁線圈，且包括有電源輸入端、第一開關模組、第二開關模組、第一計時模組以及第二計時模組，其中電源輸入端耦接電磁線圈，第一開關模組耦接於電源輸入端與接地端之間，第二開關模組耦接於電磁線圈與接地端之間，第一計時模組耦接於電源輸入端、第一開關模組的控制端與接地端之間，第二計時模組耦接於電源輸入端、第二開關模組的控制端與接地端之間。第二開關模組於電源輸入端開始供電時導通。第一計時模組用以於電源輸入端開始供電後開始計時，並於一段第一預設時間後，控制第一開關模組導通。第二計時模組用以於第一開關模組導通的瞬間開始計時，並於一段第二預設時間後，控制第二開關模組截止。

本發明實施例提供一種起動機保護器，此起動機保護器耦接於起動開關與起動機之間。起動機保護器包括繼電器與上述延遲電路，且延遲電路耦接繼電器。其中電源輸入端耦接於繼電器與起動開關之間，電源輸入端於起動開關開啟時開始供電，於起動開關關閉時停止供電。第二開關模組於電源輸入端開始供電時導通，進而啟動起動機。第一計時模組用以於電源輸入端開始供電後開始計時，並於一段第一預設時間後，控制第一開關模組導通。第二計時模組用以於第一開關模組導通的瞬間開始計時，並於一段第二預設時間後，控制第二開關模組截止。

本發明實施例提供一種具有延遲電路及其起動機保護器之載具，此載具至少包括本發明之起動機保護器、起動開關、起動機、電瓶、發動機以及發電機。其中起動機保護器包括本發明上述之延遲電路，並且耦接於起動開關以及起動機之間。當延遲電路中的第二開關模組被導通而啟動起動機時，依序透過第一計時模組計算第一預設時間與透過第二計時模組計算第二預設時間，並於第二計時模組計算出第二預設時間到達時，關閉第二開關模組，進而確保繼電器及起動機可確實關閉之目的，避免了因起動開關異常而無法關閉時所造成的繼電器及起動機損毀的情況，進而避免載具起火燃燒。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧起動機保護器

10‧‧‧延遲電路

100‧‧‧第一開關模組

102‧‧‧第一計時模組

104‧‧‧第二開關模組

106‧‧‧第二計時模組

1060‧‧‧順向導通元件

12’、12‧‧‧繼電器

120‧‧‧電磁線圈

2‧‧‧起動開關

3‧‧‧起動機

4‧‧‧電瓶

5‧‧‧發動機

6‧‧‧發電機

N1、N2‧‧‧端點

Vin‧‧‧電源輸入端

GND‧‧‧接地端

Q1、Q2、Q1’‧‧‧電晶體

D1、D2‧‧‧二極體

ZD1‧‧‧齊納二極體

C1、C2、C1’‧‧‧電容

R1、R2、R3、R2’‧‧‧電阻

圖1為傳統移動載具之啟動系統功能方塊圖。

圖2A為本發明用於移動載具之一實施例功能方塊圖。

圖2B為本發明之一實施例之延遲電路的功能方塊圖。

圖3A為本發明之一實施例之延遲電路的細部電路示意圖。

圖3B為本發明之再一實施例之延遲電路的細部電路示意圖。

請一併參照圖2A與圖2B，圖2A為本發明之一實施例之用於移動載具之功能方塊圖；圖2B為本發明之一實施例之延遲電路的功能方塊圖。如圖2A所示，本實施例之移動載具包括起動機保護器1、起動開關2、起動機3、電瓶4、發動機5以及發電機6，其中起動機保護器1耦接於起動開關2以及起動機3之間，而電瓶4、發動機5以及發電機6的連接關係與作動皆已被本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。

起動機保護器1包括有延遲電路10以及繼電器12，其中繼電 器12具有電磁線圈120(請參照圖2B)與常開接點(未繪示於圖式)，電磁線圈120的第一端N1耦接起動開關2，而延遲電路10則是耦接電磁線圈120的第一端N1與第二端N2。由於繼電器12已廣泛地應用於移動載具中，故不再加以贅述。以下分別就起延遲電路10的各部功能模組作詳細的說明。

如圖2B所示，延遲電路10主要包括有第一開關模組100、第一計時模組102、第二開關模組104以及第二計時模組106，其中延遲電路10的電源輸入端Vin耦接於電磁線圈120的第一端N1與起動開關2之間，並於起動開關2開啟時開始供電給延遲電路10，於起動開關2關閉時停止供電給延遲電路10。

第一計時模組102與第二計時模組106並聯地耦接於電源輸入端Vin與接地端GND之間，其用以於觸發條件發生時開始計時，並於計算了一段預設時間後，產生一組控制訊號。

第一開關模組100與第二開關模組104皆分別具有輸入端、輸出端以及控制端三個端點，其中第一開關模組100的輸入端耦接電源輸入端Vin，第一開關模組100的輸出端耦接接地端GND，而第一開關模組100的控制端耦接第一計時模組102；第二開關模組104的輸入端耦接電磁線圈120的第二端N2，第二開關模組104的輸出端耦接接地端GND，而第二開關模組104的控制端耦接第二計時模組106。於實務上，第二開關模組104可以是反並接二極體之金氧半場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)，而控制信號為反並接二極體之金氧半場效電晶體的閘極信號；第一開關模組100可以是反並接二極體之金氧半場效電晶體或是雙極性電晶體(bipolar junction transistor，BJT)。

在實際的操作中，第二開關模組104會在電源輸入端Vin開始供電時被導通，進而啟動起動機3。第一計時模組102會在電源輸入端Vin開始供電後而開始計時，並在計算了一段第一預設時 間後，控制第一開關模組100導通。第二計時模組106會在第一開關模組100導通的瞬間開始計時，並在計算了一段第二預設時間後，控制第二開關模組104截止。本發明所述的第一預設時間可透過電容、電阻串聯電路(RC串聯電路)中的電容值與電阻值進行設定；第二預設時間可透過電容、電阻並聯電路(RC並聯電路)中的電容值與電阻值進行設定。

藉此，本實施例之起動機保護器1透過延遲電路10中的各部功能模組的交互作動，而達到了計時關閉第二開關模組104的目的，以避免繼電器12或是起動機3的燒毀，其中第二開關模組104於開始導通至截止的計時時間是為第一預設時間與第二預設時間的加總。於實務上，第二開關模組104於開始導通至截止的計時時間通常是設定為2~30秒左右，但不以此為限，本領域具有通常知識者可以依據繼電器12與起動機3的實際運作情況而逕行設計出合理的第一預設時間與第二預設時間。

本實施例之延遲電路10更可以包括有一組第一二極體D1，其中第一二極體D1的陽極耦接於104第二開關模組104與電磁線圈120的第二端N2之間，第一二極體D1的陰極耦接電源輸入端Vin，第一二極體D1用以於第二開關模組104截止時消耗電磁線圈120所產生的電感性能量。

圖3A為本發明之一實施例之延遲電路的細部電路示意圖。請參照圖3A，第一開關模組100為金氧半場效電晶體Q1，而第一計時模組102是為RC串聯電路與第二二極體D2之組合電路。其中，RC串聯電路包括電容C1與電阻R2，第二二極體D2的陰極耦接RC串聯電路的電阻R2端，第二二極體D2的陽極耦接於RC串聯電路的電阻R2與電容C1之間，而金氧半場效電晶體Q1的汲極、第二二極體D2的陰極與RC串聯電路的電阻R2端均透過電阻R1耦接電源輸入端Vin，金氧半場效電晶體Q1的源極與RC串聯電路的電容C1端均耦接接地端GND，金氧半場效電晶體Q1 的閘極耦接於RC串聯電路的電阻R2與電容C1之間。

第二開關模組104為金氧半場效電晶體Q2，而第二計時模組106是為順向導通元件1060與RC並聯電路之組合電路。其中，RC並聯電路包括電容C2與電阻R3，金氧半場效電晶體Q2的汲極耦接電磁線圈120的第二端N2，金氧半場效電晶體Q2的源極耦接接地端GND，金氧半場效電晶體Q2的閘極耦接於順向導通元件1060與RC並聯電路之間，而順向導通元件1060的輸入端透過電阻R1耦接電源輸入端Vin，順向導通元件1060的輸出端耦接RC並聯電路。

於本實施例中，順向導通元件1060為NPN型雙極性電晶體(bipolar junction transistor，BJT)，其中順向導通元件1060的輸入端為射極耦接基極所形成，而順向導通元件1060的輸出端則為集極。在其它實施例中，順向導通元件1060可以透過二極體實現(未繪示於圖式)，並使順向導通元件1060的輸入端為二極體的陽極，順向導通元件1060的輸出端為二極體的陰極。

本實施例之延遲電路10更可以包括有一組齊納二極體ZD1(zener diode，亦稱稽納二極體)，其中齊納二極體ZD1的陰極透過電阻R1耦接電源輸入端Vin，齊納二極體ZD1的陽極耦接接地端GND，且齊納二極體ZD1與第一計時模組102、第一開關模組100與第二計時模組106並聯，以避免金氧半場效電晶體Q1與Q2的損壞與燒毀。

上述起動機保護器，在正常情況下，於電源輸入端開始供電時，順向導通元件1060為導通，以對第二計時模組106中RC並聯電路的電容進行充電，並在此RC並聯電路的電容C2被充飽時，導通第二開關模組104(即金氧半場效電晶體Q2)，以及於第一開關模組100導通的瞬間，順向導通元件1060為截止時，使RC並聯電路的電容C2開始放電，並在此RC並聯電路的跨壓小於金氧半場效電晶體Q2的臨界電壓時，截止第二開關模組104(即 金氧半場效電晶體Q2)。

實際運作中，在起動開關2發生異常而無法關閉的狀況下，第二計時模組106中RC並聯電路的電容C2會透過電阻R3進行放電直至RC並聯電路的跨壓小於金氧半場效電晶體Q2的臨界電壓時(即第二計時模組106已計時了一段第二預設時間)，金氧半場效電晶體Q2會被截止，進而強制關閉繼電器12與起動機3的運作，以避免繼電器12與起動機3的損壞。

圖3A之延遲電路10中的金氧半場效電晶體Q2由開始導通到截止的總時間等於(R1+R2)*C1+R3*C2，其中(R1+R2)*C1為電容C1的充電時間(亦即第一預設時間)，R3*C2為電容C2的放電時間(亦即第二預設時間)。

本發明在此不加以限制延遲電路10內的各功能模組之電路實施方式，舉例來說，第一開關模組100亦可使用雙極性電晶體予以實現。圖3B為本發明之另一個不同實施例之延遲電路細部示意圖，如圖3B所示，第一開關模組100為雙極性電晶體Q1’，第一計時模組102為RC串聯電路，其中，RC串聯電路包括電容C1’與電阻R2’，雙極性電晶體Q1’的集極與RC串聯電路的電阻R2’端均耦接電源輸入端Vin，雙極性電晶體Q1’的射極與RC串聯電路的電容C1’端均耦接接地端GND，雙極性電晶體Q1’的基極耦接該RC串聯電路的電阻R2’與電容C1’之間。在此實施例中，第一預設時間為電容C1’的充電時間，亦即(R1+R2’)*C1’，而第二預設時間為電容C2的放電時間，亦即R3*C2。

綜上所述，本發明實施例提供一種用於移動載具的起動機保護器及其延遲電路，當延遲電路中的第二開關模組被導通而啟動起動機時，依序透過第一計時模組計算第一預設時間與透過第二計時模組計算第二預設時間，並於第二計時模組計算出第二預設時間到達時，關閉第二開關模組，進而確保繼電器及起動機可確實關閉之目的，避免了因起動開關異常而無法關閉時所造成的繼 電器及起動機損毀的情況。此外，本發明實施例的延遲電路更利用RC電路的充放電特性，來決定屬於電晶體的第一開關模組與第二開關模組的開啟與關閉順序，進而使得第二開關模組可以在一定時間內自動關閉，達到保護繼電器及起動機的目的。藉此，本發明之起動機保護器及其延遲電路能夠有效地降低繼電器及起動機故障、燒毀的風險，且僅使用了少數的電子元件而降低製造成本，十分具有實用性。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

10‧‧‧延遲電路

100‧‧‧第一開關模組

102‧‧‧第一計時模組

104‧‧‧第二開關模組

106‧‧‧第二計時模組

120‧‧‧電磁線圈

N1、N2‧‧‧端點

Vin‧‧‧電源輸入端

GND‧‧‧接地端

D1‧‧‧二極體

Claims (13)

1. 一種延遲電路，耦接一電磁線圈的第一端與第二端，該延遲電路包括：一電源輸入端，耦接該電磁線圈的第一端；一第一開關模組，耦接該電源輸入端與一接地端；一第二開關模組，耦接該電磁線圈的第二端與該接地端，並於該電源輸入端開始供電時導通；一第一計時模組，耦接於該電源輸入端、該第一開關模組的控制端與該接地端之間，用以於該電源輸入端開始供電後開始計時，並於一第一預設時間後，控制該第一開關模組導通；以及一第二計時模組，耦接於該電源輸入端、該第二開關模組的控制端與該接地端之間，用以於該第一開關模組導通的瞬間開始計時，並於一第二預設時間後，控制該第二開關模組截止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之延遲電路，其中該第一開關模組是為一金氧半場效電晶體(MOSFET)，該第一計時模組是為一RC串聯電路與一二極體之組合電路，該二極體的陰極耦接該RC串聯電路的電阻端，該二極體的陽極耦接於該RC串聯電路的電阻與電容之間，該金氧半場效電晶體的汲極、該二極體的陰極與該RC串聯電路的電阻端均耦接該電源輸入端，該金氧半場效電晶體的源極與該RC串聯電路的電容端均耦接該接地端，該金氧半場效電晶體的閘極耦接於該RC串聯電路的電阻與電容之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之延遲電路，其中該第一開關模組係為一雙極性電晶體(BJT)，該第一計時模組是為一RC串聯電路，該雙極性電晶體的集極與該RC串聯電路的電阻端均耦接該電源輸入端，該雙極性電晶體的射極與該RC串聯電路的電 容端均耦接該接地端，該雙極性電晶體的基極耦接於該RC串聯電路的電阻與電容之間。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之延遲電路，其中於該電源輸入端開始供電後，該RC串聯電路的電容開始充電，並於該RC串聯電路中的電容充電至一飽和電壓時，導通該第一開關模組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之延遲電路，其中該第二開關模組是為一金氧半場效電晶體，該第二計時模組是為一順向導通元件與一RC並聯電路之組合電路，該金氧半場效電晶體的汲極耦接該電磁線圈的第二端，該金氧半場效電晶體的源極耦接該接地端，該順向導通元件的輸入端耦接該電源輸入端，該順向導通元件的輸出端耦接該RC並聯電路，該金氧半場效電晶體的閘極耦接於該順向導通元件與該RC並聯電路之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之延遲電路，其中於該RC並聯電路的跨壓小於該金氧半場效電晶體的臨界電壓時，截止該金氧半場效電晶體。
7. 一種起動機保護器，耦接於一起動開關與一起動機之間，該起動機保護器包括：一繼電器，具有一電磁線圈，該電磁線圈的第一端耦接該起動開關；以及一延遲電路，耦接該電磁線圈的第一端與第二端，該延遲電路包括：一電源輸入端，耦接於該電磁線圈的第一端與該起動開關之間，並於該起動開關開啟時開始供電，於該起動開關關閉時停止供電；一第一開關模組，耦接該電源輸入端與一接地端；一第二開關模組，耦接該電磁線圈的第二端與該接地端，並於該電源輸入端開始供電時導通，進 而啟動該起動機；一第一計時模組，耦接於該電源輸入端、該第一開關模組的控制端與該接地端之間，用以於該電源輸入端開始供電後開始計時，並於一第一預設時間後，控制該第一開關模組導通；以及一第二計時模組，耦接於該電源輸入端、該第二開關模組的控制端與該接地端之間，用以於該第一開關模組導通的瞬間開始計時，並於一第二預設時間後，控制該第二開關模組截止。
8. 如申請專利範圍第7項所述之起動機保護器，其中該延遲電路更包括一第一二極體，該第一二極體的陽極耦接於該第二開關模組與該電磁線圈的第二端之間，該第一二極體的陰極耦接該電源輸入端，該第一二極體用以於該第二開關模組截止時消耗該電磁線圈所產生的電感性能量。
9. 如申請專利範圍第7項所述之起動機保護器，其中該第一開關模組是為一金氧半場效電晶體(MOSFET)，該第一計時模組是為一RC串聯電路與一第二二極體之組合電路，該第二二極體的陰極耦接該RC串聯電路的電阻端，該第二二極體的陽極耦接於該RC串聯電路的電阻與電容之間，該金氧半場效電晶體的汲極、該第二二極體的陰極與該RC串聯電路的電阻端均耦接該電源輸入端，該金氧半場效電晶體的源極與該RC串聯電路的電容端均耦接該接地端，該金氧半場效電晶體的閘極耦接於該RC串聯電路的電阻與電容之間。
10. 如申請專利範圍第7項所述之起動機保護器，其中該第一開關模組是為一雙極性電晶體，該第一計時模組是為一RC串聯電路，該雙極性電晶體的集極與該RC串聯電路的電阻端均耦接該電源輸入端，該雙極性電晶體的射極與該RC串聯電路的電容端均耦接該接地端，該雙極性電晶體的基極耦接於該RC串 聯電路的電阻與電容之間。
11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之起動機保護器，其中於該電源輸入端開始供電後，該RC串聯電路的電容開始充電，並於該RC串聯電路的電容充電至一飽和電壓時，導通該第一開關模組。
12. 如申請專利範圍第7項所述之起動機保護器，其中該第二開關模組是為一金氧半場效電晶體，該第二計時模組是為一順向導通元件與一RC並聯電路之組合電路，該金氧半場效電晶體的汲極耦接該電磁線圈的第二端，該金氧半場效電晶體的源極耦接該接地端，該順向導通元件的輸入端耦接該電源輸入端，該順向導通元件的輸出端耦接該RC並聯電路，該金氧半場效電晶體的閘極耦接於該順向導通元件與該RC並聯電路之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之起動機保護器，其中於該RC並聯電路的跨壓小於該金氧半場效電晶體的臨界電壓時，截止該金氧半場效電晶體。