TW201617629A - 供應電壓偵測裝置及偵測供應電壓之方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種供應電壓偵測裝置(1)，特別針對至少一負載，用於監測一主電源電壓供應器(2)之一整流主電源電壓且用於比較一所偵測主電源電壓值與一預定參考值，其中倘若該所偵測主電源電壓值小於該參考值，則可藉由控制電子器件(3)切換(例如)至一緊急電壓供應器之一緊急電壓。此外，當超出一限制電壓值時，該整流主電源電壓可被供應至一光耦合器(4)，且可自該光耦合器傳輸一信號達該超出值之該持續時間，其中可自信號持續時間及該信號之週期判定取決於該主電源電壓值之一工作因數。

Description

供應電壓偵測裝置及偵測供應電壓之方法

本發明涉及一種供應電壓偵測裝置，特別針對至少一負載，用於監測一主電源電壓供應器之一整流主電源電壓。在一所偵測主電源電壓值與一預定參考值之間作一比較，其中每當所偵測主電源電壓值小於參考值時，可藉由控制電子器件切換(例如)至一緊急電壓供應器之一緊急電壓。

此等供應電壓偵測裝置係從實踐已知，見圖1與圖2。例如，當在一照明系統中主電源電壓故障時使用一對應供應電壓偵測裝置，且切換至一緊急電壓用於照明系統之至少一些部分的進一步供應。為此，對應主電源電壓值被偵測並與給定參考值相比較。若主電源電壓值低於參考值，則實行切換至緊急電壓供應器。亦可在重新起動主電源電壓供應器之後及在一對應主電源電壓值大於預定參考值時透過相同的控制電子器件而從緊急電壓供應器切回至主電源電壓供應器。

對應預定參考值係(例如)藉由標準或類似者預定。

圖1展示如從實踐已知之一供應電壓偵測裝置1的一實例。該裝置包括一整流器5用於整流藉由一主電源電壓供應器2所供應之主電源電壓。整流主電源電壓係經由一分壓器13而減少，其中電阻器14與電阻器15及電容器18與電容器19經配置用於提供一對應平滑的DC電壓。此電壓係經由一輸出端21而供應至控制電子器件3。運用該控制 電子器件，施加電壓值被偵測，且因此與預定參考值作一比較。一負載17原則上另外展示在圖1中。

根據圖1之所繪示之電路具有以下缺點：例如，在主電源電壓供應器2與控制電子器件3之間不提供流電隔離。此外，負載17可影響輸出端21處所偵測之電壓值。電容器18與電容器19通常係用於校平電壓之電解電容器。此等係另外所需，且對主電源電壓值之精確量測要求一小的電壓漣波，使得對電容器18與電容器19作出對應要求。

運用根據圖2之電路，繪示又一實例，其係從實踐已知且涉及一供應電壓偵測裝置1。此裝置實質上具有類似於根據圖1之裝置之一構造，除一變壓器20係額外連接在主電源電壓供應器2與整流器5之間之特性以外。該變壓器20形成一流電隔離，其中另外用於偵測主電源電壓值之步驟及其與一參考值之比較係與圖1中相同。

在圖2中亦必須注意結合圖1所描述之缺點，除流電隔離以外。此外，具有一小功率之變壓器往往在輸出端21處之主電源電壓值可展示具有小負載變動之一高波動的情況中展示一特徵。

另外，圖2展示負載17之另一配置；見主電源電壓供應器2與變壓器20之間之配置。

本發明之目標係改良前述種類之一供應電壓偵測裝置，使得可運用增強的精確性並以具有較少努力之一快速及可靠方式來判定一對應主電源電壓。

根據本發明藉由專利技術方案1之特性達成此目標。明確言之，根據本發明之電壓供應偵測裝置之特徵在於當一限制電壓值被超出時，整流主電源電壓被供應至一光耦合器且來自該光耦合器之一信號可經傳輸達該超出值之持續時間，其中可自信號持續時間及信號週期判定取決於主電源電壓值之一工作因數。

根據本發明，無需電容器用於校平電壓，且數位偵測主電源電 壓值。光耦合器提供流電隔離，且同時實行主電源電壓值成為具有一固定值之一信號的數位轉換。只要主電源電壓值超出一特定限制電壓值，光耦合器即作用且即藉由該光耦合器傳輸信號達該超出值之持續時間。因此，可接著藉由控制電子器件而自信號持續時間及信號週期判定取決於主電源電壓值之一工作因數。

此提高精確性且同時以一容易的方式實施流電隔離。雖然光耦合器被用作一額外組件，但可省略對應電容器。當一對應微控制器被用作控制電子器件時，可運用高精確性並以一快速步調實行對主電源電壓值之偵測及與對應參考值之比較。因此，亦可迅速且精確地實行(例如)從主電源電壓供應器至緊急電壓供應器之一對應切換，且此以相反順序亦為可行的，即緊急電壓供應器可被切回至主電源電壓供應器。

在根據本發明之供應電壓偵測裝置中，主電源電壓亦經整流，其中對應電路包括連接至主電源電壓供應器之一整流器。

根據本發明之電路額外使用一限制電壓值，其中光耦合器僅在主電源電壓值超出該限制電壓值時作用。該限制電壓值由一齊納二極體裝置產生，該裝置至少由連接在整流器與光耦合器之間之一齊納二極體組成。此意指該限制電壓值係透過對應齊納電壓進行判定。

同時，齊納二極體裝置可(例如)藉由使用另一齊納二極體或藉由使用複數個齊納二極體而輕易適於不同的操作條件，使得可藉此達成與主電源電壓值相比較之不同的齊納電壓及因此限制電壓值。

為抑制由過高電流所引起之一負載，一限流電阻器可與齊納二極體裝置串聯連接。可自複數個電阻器或亦僅自一電阻器形成此一限流電阻器。

在一光耦合器之一簡單實施例中，該光耦合器包括作為光學傳輸器之一LED(發光二極體)及作為光學接收器之一光電晶體。

光電晶體從LED接收對應光且僅在此一光之接收期間係導電的，即在對應信號持續時間期間，主電源電壓值在該持續時間期間超出限制電壓值。

為將可容易辨別其位準之一容易再現性信號供應至控制電子器件之一對應工作輸出端，光電晶體可控制一電子切換元件，該元件在信號持續時間期間實質上係導電的且在該信號持續時間期間將一H位準施加至工作輸出端及否則將一L位準施加至工作輸出端。對應位準係藉由控制電子器件進行偵測並用於判定工作因數。

特定言之，應再次指出L位準係在一主電源電壓值小於限制電壓值時獲得，且在此情況中無信號藉由光耦合器進行傳輸。

為減少電子電路組件中之對應電壓，一分壓器可被指派至該組件。

已指出控制電子器件連接至工作輸出端且藉此自信號持續時間及信號週期判定工作因數。為能夠精確判定對應位準，控制電子器件可包括一濾波裝置。

已指出給定參考值用來在存在小於該參考值之一主電源電壓值之情況下切換(例如)至緊急電壓供應器。根據本發明，不但藉由控制電子器件之此一切換係可行的，而且亦可在一主電源電壓值大於參考值之情況中透過工作因數判定對應主電源電壓值。此在限制電壓值小於參考值時特別可行。

在一有利實施例中，二極體與電阻器之一串聯連接被配置在齊納二極體裝置與光學傳輸器之間。當一電容器可經由該串聯連接進行充電且運用對應電阻器作為一分壓器之一部分時，在這點上特別有利。此係(例如)藉由對應電容器與二極體之一並聯連接實施。

該電容器係經由由二極體與電阻器組成之串聯連接進行充電，且二極體(特定言之)具有倘若供應電壓零交叉則電容器即不再每次放 電之功能。經由相對於電容器之並聯連接二極體確保電容器之電壓具有一恒定值。此明確具有光學接收器始終實質上以相同功率操作之效應。

在本發明之先前所描述之實施例中，流過齊納二極體裝置與光耦合器之電流有相同量值。在熱改變之後，此可具有光耦合器二極體及光學感測器與齊納二極體裝置之對應流電壓各自導致相當大的工作比改變之結果。在本發明之又一實施例中，僅光學感測器之一對應基極電流流經齊納二極體裝置，使得幾乎不存在任何流電壓改變。因此，光學接收器亦在一幾乎恒定電流操作。在又一實施例中，此導致一大的溫度範圍內之一更加穩定的操作。

根據本發明(圖3)之供應電壓偵測裝置1係經由一整流器5連接至主電源電壓供應器2。在主電源電壓之整流之後，該電壓係經由一限流電阻器8及一齊納二極體裝置6、7供應至一光耦合器4。該電壓並不(例如)藉由電容器(諸如電解電容器或類似者)校平。

整流主電源電壓用來操作光耦合器。一齊納二極體裝置6連接在整流器5與光耦合器4之間。該裝置包括至少一齊納二極體7。僅在其中一主電源電壓值大於作為限制電壓之一對應齊納電壓之情況中，具有作為光學傳輸器之一對應LED 9與作為光學接收器之一光電晶體10之光耦合器被接通。同時，藉此可藉由由一或複數個電阻器組成之限流電阻器8來限制電流，該限流電阻器8係串聯連接在齊納二極體7與整流器5之間。

光耦合器之光電晶體10在主電源電壓值高於藉由齊納電壓所定義之限制值電壓時為導電的。若該光電晶體10係導電的，則其控制一電子切換元件11，使得該元件亦為導電的。因此，一H位準信號存在於工作輸出端12處。若主電源電壓值小於限制電壓值，則光耦合器不作用且光電晶體10並不導電。因此，一L位準信號存在於工作輸出端 12處。

額外應注意，主電源電壓通常具有50赫茲之一頻率，使得100赫茲之一對應信號由於主電源電壓之對應整流而存在於工作輸出端12處。對應工作因數或工作比經獲得作為一開關比(on-off-ratio)或特別作為信號持續時間對信號週期之比。亦必須指出，工作因數或工作比各自取決於主電源電壓值之位準。若主電源電壓為低，則H位準信號之持續時間亦為短的，且若主電源電壓為高，則H位準信號之持續時間亦為長的。此意指可運用工作因數或工作比來對主電源電壓值作出一陳述，此係因為其描述工作因數對主電源電壓值之對應相依性。

透過控制電子器件3判定H位準信號、L位準信號之持續時間、工作因數或類似者，該控制電子器件3可(例如)經組態作為一微控制器。此控制器可包括一濾波裝置，該裝置允許對應位準之一精確判定。亦可藉由微控制器內之軟體實行此一濾波裝置16。

圖4展示根據本發明之一供應電壓偵測裝置1的又一實施例。與根據圖3之第一實施例相比較，同樣的部分標有同樣的參考符號。

在根據圖4之實施例中，二極體25與電阻器26之一串聯連接各自被特別配置在齊納二極體裝置6與光耦合器及光學傳輸器9之間。電流不但在光學傳輸器9之方向上流經該連接，而且在電容器24與齊納二極體27之一並聯配置之方向上流經該連接。電阻器26係一分壓器之部分，該分壓器在電阻器26與光學傳輸器9之間包括另一電阻器28。電容器24與齊納二極體27之並聯配置之供應自此分壓器發生。在光學接收器側，存在與圖3之實施例中相同的構造。

在圖4中所展示之實施例中，必須特別注意光學傳輸器9以一特定電壓始終導電。藉由具有對應齊納二極體7之齊納二極體裝置6判定該特定電壓。只要整流器5之後之電壓大於該齊納二極體裝置6之對應值，光學傳輸器9即為導電的。未濾波之一整流電壓存在於整流器5之 後，即在50赫茲主電源電壓供應器處，存在一100赫茲的信號。

然而，主電源電壓供應器在供應中斷出現在光學傳輸器9中之情況中具有零交叉。此意指在該中斷期間光耦合器並不受控。在一高輸入電壓處，此一中斷相對較短且輸入電壓或主電源電壓供應越小，中斷變得越長。

光學傳輸器9回應主電源電壓供應而判定工作比。電容器24係經由二極體25與電阻器26進行充電。在此連接中，二極體25防止電容器24在上述零交叉之情況中每次再放電。電容器24處之電壓透過相對於該電容器24之齊納二極體27之並聯連接而被保持在一恒定值，使得光耦合器始終以相同功率操作。

第二實施例中之又一優點係在此連接中，在第一實施例中與透過光耦合器相同的電流流經齊納二極體裝置。在熱改變之情況中，此可具有光學感測器與齊納二極體裝置之流電壓導致工作比改變之效應。在第二實施例中，僅光學傳輸器之對應基極電流流經齊納二極體裝置6，其幾乎不能導致流電壓改變。此意指光學接收器10現在以幾乎恒定電流永久地操作。此導致一大的溫度範圍內之供應電壓偵測裝置的一更加穩定操作。

因此，根據本發明，此產生具有流電隔離之一電路，其以一簡單且精確方式允許(例如)一主電源電壓值之一判定及對主電源電壓供應器與緊急電壓供應器之間之切換的一決定。信號之對應波形並不被不同的負載情形影響，見對圖1與圖2所作觀察，且明確言之無需電解電容器。

由於非常精確地判定主電源電壓值，故與預定參考值之一對應精確比較當然亦為可行的，以便作出(若必要)對主電源電壓供應器與緊急電壓供應器之間之切換的一決定。藉此可靠地實現藉由標準或類似者所作出之對應要求。

此外，應注意齊納二極體裝置可經選擇用於限制電壓值之對應規格。已指出該限制電壓值係自齊納電壓得到且此值在與主電源電壓值相比較之後判定光耦合器之接通及斷開週期。

根據本發明之供應電壓偵測裝置可用在一緊急照明或類似者中，即(例如)在一主電源電壓故障之後必須進一步藉由一緊急電壓供應器操作之所有裝置中。不但主電源電壓之對應值可根據本發明進行判定，而且用於切換至緊急電壓供應器或切回至主電源電壓供應器之一對應時間點亦可以一可靠且精確方式進行偵測。取決於應用，對應供應電壓偵測裝置可被配置在不同位置。可將裝置指派至主電源電壓供應器或亦指派至一中央電池或類似者，其提供對應緊急電壓。此外，供應電壓偵測裝置可(例如)結合一建築物照明系統中之特別爆炸保護照明器具而重複使用。此通常對於一爆炸保護、電氣安裝技術亦為正確的，該技術之使用範圍從經由監測、控制、發信號、量測及控制技術之照明至爆炸環境中之電功率分佈。當然，亦可以特定主電源電壓值採取其他措施而非切換至一緊急電壓供應器，該等措施涉及(例如)爆炸保護或類似者。此外，可以主電源供應電壓之不同值感應至少超出限制電壓值之不同反應，此係因為根據本發明可迅速且精確偵測主電源電壓值。此意指亦可比較主電源電壓值與複數個給定參考值，以便取決於主電源電壓值之量值而以一對應參考值觸發不同反應。

1‧‧‧供應電壓偵測裝置

2‧‧‧主電源電壓供應器

3‧‧‧控制電子器件

4‧‧‧光耦合器

5‧‧‧整流器

6‧‧‧齊納二極體裝置

7‧‧‧齊納二極體

8‧‧‧限流電阻器

9‧‧‧發光二極體(LED)/光學傳輸器

10‧‧‧光電晶體/光學接收器

11‧‧‧電子切換元件

12‧‧‧工作輸出端

13‧‧‧分壓器

14‧‧‧電阻器

15‧‧‧電阻器

16‧‧‧濾波裝置

17‧‧‧負載

18‧‧‧電容器

19‧‧‧電容器

20‧‧‧變壓器

21‧‧‧輸出端

24‧‧‧電容器

25‧‧‧二極體

26‧‧‧電阻器

27‧‧‧齊納二極體

28‧‧‧電阻器

現在，已參考附加至圖式之圖形來更詳細地說明本發明之一有利實施例。

圖1係自實踐已知之一供應電壓偵測裝置的一示意圖；圖2展示自實踐已知之一供應電壓偵測裝置的又一實例；圖3係具有根據第一實施例之流電隔離之根據本發明之一供應電 壓裝置的一示意圖；且圖4展示根據本發明之供應電壓偵測裝置的一第二實施例。

1‧‧‧供應電壓偵測裝置

2‧‧‧主電源電壓供應器

3‧‧‧控制電子器件

5‧‧‧整流器

13‧‧‧分壓器

14‧‧‧電阻器

15‧‧‧電阻器

17‧‧‧負載

18‧‧‧電容器

19‧‧‧電容器

21‧‧‧輸出端

Claims (16)

1. 一種供應電壓偵測裝置(1)，特別針對至少一負載，用於監測一主電源電壓供應器(2)之一整流主電源電壓且用於比較一所偵測主電源電壓值與一預定參考值，其中倘若該所偵測主電源電壓值小於該參考值，則可藉由控制電子器件(3)例如切換至一緊急電壓供應器之一緊急電壓，其特徵在於當一限制電壓值被超出時，該整流主電源電壓可被供應至一光耦合器(4)且可自該光耦合器傳輸一信號達該超出值之持續時間，其中可自信號持續時間及該信號之週期判定取決於該主電源電壓值之一工作因數。
2. 如請求項1之供應電壓偵測裝置，其中該裝置包括連接至該主電源電壓供應器(2)之一整流器(5)。
3. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中由至少一齊納二極體(7)組成之一齊納二極體裝置(6)連接在整流器(5)與光耦合器(4)之間，其中藉由該齊納電壓判定該限制電壓值。
4. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中一限流電阻器(8)與該齊納二極體裝置(6)串聯連接。
5. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該光耦合器係由作為該光學傳輸器之至少一LED(9)且由作為該光學接收器之一光電晶體(10)形成。
6. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該光電晶體(10)實質上在該信號持續時間期間係導電的。
7. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該光電晶體(10)控制一電子切換元件(11)，該元件實質上在該信號持續時間期間係導電的且將一H位準施加至一工作輸出端(12)及否則將一L位準施加至一工作輸出端(12)。
8. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中以少於該限制電壓值之一主電源電壓值獲得該L位準且在此情況中無信號自該光耦合器(4)傳輸。
9. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中一分壓器(13、14、15)被指派至該電子切換元件(11)。
10. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該控制電子器件(3)連接至該工作輸出端(12)。
11. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該控制電子器件(3)包括一濾波裝置(16)。
12. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中該限制電壓值係小於或等於該參考值。
13. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中由至少一二極體(25)與一電阻器(26)組成之一串聯連接被配置在齊納二極體裝置(6)與光學傳輸器(9)之間。
14. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中連接至由電容器(24)與二極體(27)且特別地齊納二極體(27)組成之一並聯連接之一分壓器(26、28)被指派至該光學感測器(9)。
15. 如請求項1或請求項2之供應電壓偵測裝置，其中由二極體(26)與電阻器組成之該串聯連接之該電阻器(26)係該分壓器(26、28)之部分。
16. 一種用於偵測一主電源電壓供應器(2)之一主電源電壓之方法，特別針對至少一照明器具，其中該整流主電源電壓之一主電源電壓值被偵測並與一預定參考值相比較，且倘若該所偵測主電源電壓值小於該參考值，則透過控制電子器件實行切換至一緊急電壓供應器之一緊急電壓，其中此外當超出一限制電壓值時，該整流主電源電壓被供應至一光耦合器，且自該光耦合器 傳輸一信號達該超出值之持續時間，且自該信號持續時間及該信號之週期判定取決於該主電源電壓值之一工作因數。