TW201712482A - 電源開關控制裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源開關控制裝置包括一開關裝置及一控制裝置，該開關裝置包括兩個輸入端、一輸出端及複數繼電器，該控制裝置包括一處理器，該處理器偵測其中一個輸入端的輸入電壓的週期並判斷其是否異常，並根據輸入電壓的週期及繼電器放電時間計算得出一延時時間，若該輸入電壓為異常，處理器偵測輸入電壓的零交越訊號或波峰訊號，並將該零交越訊號或波峰訊號延時所計算得出的延時時間來判斷輸出與當前工作的輸入端相連的繼電器斷開的時機。

Description

電源開關控制裝置及方法
本發明係關於一種電源開關控制裝置及方法。
自動轉換開關(Automatic Transfer Switch, 簡稱：ATS)，通常應用在電子設備的兩路電源的之間，用以當其中一個電源斷電或發生異常而無法工作時，自動切換到另一備用電源以保持電子設備不斷電，並繼續工作。通常，兩路電源之間透過繼電器來切換。然而，當繼電器在進行電源切換時，會因與原本工作的電源瞬間斷開而產生弧光放電的現象。倘若，該弧光放電未完成前就連接到另一備用電源，則會在兩路電源之間發生短路；此外，該強烈的弧光放電還會導致繼電器的接觸點融接在一起造成短路，或導致接觸點變質造成接觸不良或開路等問題。
鑒於上述內容，有必要提供一種減小或降低弧光放電對電源及繼電器造成損害的電源開關控制裝置及方法。
一種電源開關控制裝置，包括：
一開關裝置，包括第一及第二輸入端、與第一及第二輸入端對應相連的第一及第二開關單元、及一輸出端，該輸出端用以透過第一輸入端及第一開關單元接收一第一輸入電壓，或用以透過第二輸入端及第二開關單元接收一第二輸入電壓，該每一開關單元包括複數繼電器；
一控制裝置，包括：
一偵測單元，與第一及第二輸入端均相連，用以接收第一或第二輸入電壓，並用以偵測第一或第二輸入電壓的零交越訊號；
一處理器，與偵測單元、第一及第二開關單元相連，用以接收第一或第二輸入電壓及該零交越訊號，且用以偵測該第一或第二輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，當處理器偵測來自第一輸入端的第一輸入電壓異常，則根據該第一輸入電壓的週期及第一開關單元的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入電壓的零交越訊號來判斷控制第一開關單元的繼電器斷開的時機。
一種電源開關控制裝置，包括：
一開關裝置，包括第一及第二輸入端、與第一及第二輸入端對應相連的第一及第二開關單元、及一輸出端，該輸出端用以透過第一輸入端及第一開關單元接收一第一輸入電壓，或用以透過第二輸入端及第二開關單元接收一第二輸入電壓，該每一開關單元包括複數繼電器；
一控制裝置，包括：
一偵測單元，與第一及第二輸入端均相連，用以接收第一或第二輸入電壓，並用以偵測第一或第二輸入電壓的波峰訊號；
一處理器，與偵測單元、第一及第二開關單元相連，用以接收第一或第二輸入電壓及該波峰訊號，且用以偵測該第一或第二輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，當處理器偵測來自第一輸入端的第一輸入電壓異常，則根據該第一輸入電壓的週期及第一開關單元的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入電壓的波峰訊號來判斷控制第一開關單元的繼電器斷開的時機，當第一開關單元斷開後，處理器控制與第二輸入端相連的第二開關單元的繼電器導通，以使第二輸入端將第二輸入電壓提供至輸出端。
一種電源開關控制方法，該方法步驟包括如下：
透過一電壓感測單元接收由第一或第二輸入端輸出的第一或第二輸入電壓；
透過一訊號感測單元偵測該第一或第二輸入電壓的零交越或波峰訊號；
處理器透過電壓感測單元提供的第一或第二輸入電壓來偵測該輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，若，第一輸入電壓為異常，則處理器根據所偵測到的輸入電壓的週期及與第一輸入端相連的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入端的輸入電壓的零交越或波峰來判斷端開第一開關單元的繼電器的時機。
本發明的電源開關控制裝置及方法，能夠使處理器透過偵測單元偵測第一或第二輸入端的輸入電壓的週期及是否異常，若偵測到當前工作的輸入端提供的輸入電壓異常時，根據偵測到的輸入電壓的週期及繼電器的放電時間來計算出一延時時間，並將偵測到的輸入電壓的零交越訊號或波峰訊號延時所計算得出的延時時間來判斷輸出與當前工作的輸入端相連的繼電器斷開的時機。從而，可以大大減小或降低繼電器斷開時，弧光放電對電源及繼電器造成損害。
圖1是本發明電源開關控制裝置與第一電源、第二電源及一電子設備相連的示意圖。
圖2是本發明電源開關控制裝置第一較佳實施例的方框圖。
圖3是本發明電源開關控制裝置第一較佳實施例的結構示意圖。
圖4是本發明電源開關控制裝置第一較佳實施例的根據輸入電壓的零交越訊號來判斷延時時間的第一波形示意圖。
圖5是本發明電源開關控制裝置第一較佳實施例的根據輸入電壓的零交越訊號來判斷延時時間的第二波形示意圖。
圖6是本發明電源開關控制裝置第一較佳實施例的根據輸入電壓的零交越訊號來判斷延時時間的第三波形示意圖。
圖7是本發明電源開關控制裝置第二較佳實施例的示意圖。
圖8是本發明電源開關控制裝置第二較佳實施例的根據輸入電壓的波峰訊號來判斷延時時間的第一波形示意圖。
圖9是本發明電源開關控制裝置第二佳實施例的根據輸入電壓的波峰訊號來判斷延時時間的第二波形示意圖。
圖10是本發明電源開關控制裝置第二佳實施例的根據輸入電壓的波峰訊號來判斷延時時間的第三波形示意圖。
圖11是本發明電源開關控制方法的流程圖。
參考圖1所示，電源開關控制裝置100與一第一電源300、一第二電源400及一電子設備200相連，用於在第一電源300及第二電源400之間切換以將第一電源的電壓或第二電源的電壓提供給電子設備200，以維持電子設備200的正常供電。
請參見圖2，為本發明第一較佳實施例的示意圖。在本實施例中，該的電源開關控制裝置100包括一開關裝置10及一控制裝置20，該開關裝置10為自動轉換開關(Automatic Transfer Switch, 簡稱：ATS)，該開關裝置10包括一第一輸入端11、一第二輸入端12、一第一開關單元13、一第二開關單元14及一輸出端15，該第一輸入端11及第二輸入端12分別與第一電源300及第二電源400相連，該輸出端13用以透過第一輸入端11及第一開關單元13接收第一電源300輸出的第一輸入電壓，或用以透過第二輸入端12及第二開關單元14接收第二電源400輸出的第二輸入電壓。該控制裝置20包括一偵測單元23及一處理器25，該偵測單元23包括一電壓感測單元230及一零交越訊號感測單元231，該電壓感測單元230包括一第一電壓感測器2301及一第二電壓感測器2302，該零交越訊號感測單元231包括一第一零交越訊號感測器2310及一第二零交越訊號感測器2311，該第一電壓感測器2301及第一零交越訊號感測器2310均與該第一輸入端11及處理器25相連，該第二電壓感測器2302及第二零交越訊號感測器2311均與第二輸入端12及處理器25相連，處理器25還與該第一開關單元13及第二開關單元14相連。
如圖3所示，為本發明第一較佳實施例的結構示意圖。該第一輸入端11及第二輸入端12均連接市電。該第一開關單元13包括四個繼電器R1-R4及兩個閘流體S1及S2，該第二開關單元14包括四個繼電器R5-R8及四個閘流體S3及S4。該繼電器R1及繼電器R2串接於該第一輸入端11的火線L1及輸出端15之間，該繼電器R3及繼電器R4串接於該第一輸入端11的零線N1及輸出端15之間。每一閘流體均由兩個單獨的閘流體並聯組成。該閘流體S1的第一端與繼電器R1及R2之間的節點相連，該閘流體S1的第二端與輸出端15相連。該閘流體S2的第一端與繼電器R3及R4之間的節點相連，該閘流體S2的第二端與輸出端15相連。該繼電器R5及繼電器R6串接於該第二輸入端12的火線L2及輸出端15之間，該繼電器R7及繼電器R8串接於該第二輸入端12的零線N2及輸出端15之間。該閘流體S3的第一端與繼電器R5及R6之間的節點相連，該閘流體S3的第二端與輸出端15相連。該閘流體S4的第一端與繼電器R7及R8之間的節點相連，該閘流體S4的第二端與輸出端15相連。
該處理器25包括控制晶片250、一繼電器驅動器251及一閘流體驅動器252，該繼電器R1-R8均透過繼電器驅動器251連接至該處理器25，該閘流體S1-S4的控制端透過閘流體驅動器252連接至該處理器25。該繼電器驅動器251及閘流體驅動器252起到調節繼電器R1-R8及閘流體S1-S4由市電連入控制晶片250的電壓，以達到電壓匹配的作用。
本實施例中，閘流體S1及S2可以起到加快第一輸入端到輸出端的訊號傳遞時間，閘流體S3及S4可以起到加快第二輸入端到輸出端的訊號傳遞時間，每一閘流體有利於降低與其並聯的相應繼電器的壓降，繼而利於進一步降低弧光放電。
工作時，當輸出端15當前接收到的電壓來自該第一輸入端11及第一電源300，該第一電壓感測器2301偵測第一輸入端11接收的第一輸入電壓，並將接收到的電壓提供給處理器25，該第一零交越訊號感測器2310偵測第一輸入電壓的零交越訊號，並將偵測到的零交越訊號提供給該處理器25。該處理器25透過第一電壓感測器2301偵測第一輸入電壓的週期T，並判斷該第一輸入電壓是否異常，若當前第一輸入電壓為異常，該處理器25根據第一輸入電壓的週期T及第一開關單元13的繼電器的放電時間TRelease 來計算一延時時間TDelay ，並根據該延時時間TDelay 及偵測到的第一輸入電壓的零交越訊號來判斷輸出斷開四個繼電器R1-R4訊號的時機，以避免較強烈的弧光放電，降低弧光放電對繼電器及電源的不利影響。在本實施例中，繼電器的上電時間TRelease 為繼電器線圈從開始得到斷電的控制信號到繼電器接觸點完全斷開的釋放時間。
參照圖4至圖6，為第一輸入電壓為正弦波時，處理器25以第一零交越訊號感測器2310偵測第一輸入電壓的零交越訊號（ZCD）的三種狀態波形為基準，計算出送出斷開四個繼電器（圖4至圖6中以Delay表示）訊號的時機，其中，TDelay 滿足如下關係式：
T/4-TRelease <TDelay < T/2-TRelease ; 或 3T/4-TRelease <TDelay < T-TRelease 。
即處理器25在偵測到第一輸入電壓的零交越訊號（ZCD）並經延時時間TDelay 之後，立即輸出斷開四個繼電器R1-R4訊號。當與第一輸入端11相連的四個繼電器R1-R4斷開後，處理器25控制與第二輸入端12相連的繼電器R5-R8閉合，以使第二輸入端12將第二電源400的電壓透過繼電器R5-R8輸出至輸出端15。在本實施例中，輸入電壓的零交越訊號為輸入電壓接近零時訊號。
如圖7所示，為本發明第二較佳實施例的示意圖，與第一較佳實施例不同的是，該偵測單元23包括電壓感測單元230及一波峰訊號感測單元233，所示波峰訊號感測單元233包括第一波峰訊號感測器2330及一第二波峰訊號感測器2331，該第一波峰訊號感測器2330及一第二波峰訊號感測器2331分別與接收第一輸入電壓及第二輸入電壓，並偵測第一輸入電壓及第二輸入電壓的波峰訊號，並將偵測到的波峰訊號提供給處理器25。
第二較佳實施例與第一較佳實施例的工作原理類似，當輸出端15當前接收到的電壓來自該第一輸入端11及第一電源300，該第一電壓感測器2301偵測第一輸入端11接收的第一輸入電壓，並將接收到的電壓提供給處理器25，該第一波峰訊號感測器2330偵測第一輸入電壓的波峰訊號，並將偵測到的波峰訊號提供給該處理器25。該處理器25透過第一電壓感測器2301偵測第一輸入電壓的週期T，並判斷該第一輸入電壓是否異常，若當前第一輸入電壓為異常，該處理器25根據第一輸入電壓的週期T及第一開關單元13的繼電器的放電時間TRelease 來計算一延時時間TDelay ，並根據該延時時間TDelay 及偵測到的第一輸入電壓的波峰訊號來判斷輸出斷開四個繼電器R1-R4訊號的時機。
參照圖8至圖10，為第一輸入電壓為正弦波時，處理器25以第一波峰訊號感測器2310偵測第一輸入電壓的波峰訊號（PKD）的三種狀態波形為基準，計算出送出斷開四個繼電器（圖4至圖6中以Delay表示）訊號的時機，其中，TDelay 滿足如下關係式：
0<TDelay < T/4-TRelease 或 T/2-TRelease <TDelay < 3T/4-TRelease 。
即處理器25在偵測到第一輸入電壓的波峰訊號（PKD）並經延時時間TDelay 之後，立即輸出斷開四個繼電器R1-R4訊號。當與第一輸入端11相連的四個繼電器R1-R4斷開後，處理器25控制與第二輸入端12相連的繼電器R5-R8閉合，以使第二輸入端12將第二電源400的電壓透過繼電器R5-R8輸出至輸出端15。在本實施例中，輸入電壓的波峰訊號為輸入電壓的正弦波在波峰時訊號。
參考圖11所示，是本發明電源自動切換方法較佳實施例的流程圖。在本實施例中，該方法能夠透過應用於如上該的電源開關控制裝置，該步驟包括如下：
步驟S801，透過電壓感測單元230接收由第一輸入端輸出的第一輸入電壓。
步驟S802，透過訊號感測單元231/233偵測該第一輸入電壓的零交越或波峰訊號。
步驟S803，處理器25接收電壓感測單元230提供的第一輸入電壓，並偵測該第一輸入電壓的週期T。
步驟S804，處理器25判斷該第一輸入電壓是否異常，若存在異常，則進行步驟S805，若不存在異常則返回步驟S801。
步驟S805，處理器根據所偵測到的第一輸入電壓的週期T及與第一輸入端相連的繼電器R1-R4的放電時間TRelease 來計算一延時時間TDelay 。
步驟S806，處理器根據該延時時間TDelay 及偵測到的第一輸入端的輸入電壓的零交越訊號或波峰訊號來判斷輸出斷開第一開關單元的繼電器的訊號的時機。
步驟S807，當第一開關單元的繼電器斷開後，處理器25控制與第二輸入端12相連的第二開關單元的繼電器R5-R8導通，以使第二輸入端12將第二電源400的電壓提供至輸出端15。
當第二輸入端12透過第二開關單元14將第二電源400提供給輸出端15，且第二電壓感測器2302及第二零交越訊號感測器2311工作時，其原理與第一輸入端11透過第一開關單元13將第一電源300提供給輸出端15，且第一電壓感測器2301及第一零交越訊號感測器2310工作的原理相同，在此不再贅述。
綜上，本發明的處理器25透過偵測輸入電壓的零交越或波峰訊號，並將輸入電壓的零交越訊號或波峰訊號延時所計算得出的延時時間來判斷輸出與當前工作的輸入端相連的繼電器斷開的時機。從而，可以大大減小或降低繼電器斷開時，弧光放電對電源及繼電器造成損害。
綜上所述，本發明確已符合發明專利的要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明的較佳實施方式，本發明的範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝的人士爰依本發明的精神所作的等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧電源開關控制裝置
300‧‧‧第一電源
400‧‧‧第二電源
200‧‧‧電子設備
10‧‧‧開關裝置
20‧‧‧控制裝置
11‧‧‧第一輸入端
12‧‧‧第二輸入端
13‧‧‧第一開關單元
14‧‧‧第二開關單元
15‧‧‧輸出端
23‧‧‧偵測單元
25‧‧‧處理器
230‧‧‧電壓感測單元
231‧‧‧零交越訊號感測單元
2301‧‧‧第一電壓感測器
2302‧‧‧第二電壓感測器
2310、2311‧‧‧零交越訊號感測器
R1-R8‧‧‧繼電器
S1-S4‧‧‧閘流體
250‧‧‧控制晶片
251‧‧‧繼電器驅動器
252‧‧‧閘流體驅動器
無
100‧‧‧電源開關控制裝置
10‧‧‧開關裝置
20‧‧‧控制裝置
11‧‧‧第一輸入端
12‧‧‧第二輸入端
13‧‧‧第一開關單元
14‧‧‧第二開關單元
15‧‧‧輸出端
2301‧‧‧第一電壓感測器
2302‧‧‧第二電壓偵測器
2310‧‧‧第一零交越訊號感測器
2311‧‧‧第二零交越訊號感測器
R1-R8‧‧‧繼電器
S1-S4‧‧‧閘流體
250‧‧‧控制晶片
251‧‧‧繼電器驅動器
252‧‧‧閘流體驅動器

Claims (10)

  1. 一種電源開關控制裝置，包括：
    一開關裝置，包括第一及第二輸入端、與第一及第二輸入端對應相連的第一及第二開關單元、及一輸出端，該輸出端用以透過第一輸入端及第一開關單元接收一第一輸入電壓，或用以透過第二輸入端及第二開關單元接收一第二輸入電壓，該每一開關單元包括複數繼電器；
    一控制裝置，包括：
    一偵測單元，與第一及第二輸入端均相連，用以接收第一或第二輸入電壓，並用以偵測第一或第二輸入電壓的零交越訊號；
    一處理器，與偵測單元、第一及第二開關單元相連，用以接收第一或第二輸入電壓及該零交越訊號，且用以偵測該第一或第二輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，當處理器偵測來自第一輸入端的第一輸入電壓異常，則根據該第一輸入電壓的週期及第一開關單元的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入電壓的零交越訊號來判斷控制第一開關單元的繼電器斷開的時機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源開關控制裝置，其中該偵測單元包括一電壓感測單元及一零交越訊號感測單元，該電壓感測單元及零交越訊號感測單元均與第一輸入端、第二輸入端及處理器相連，該電壓感測單元用以接收第一或第二輸入電壓，並將接收到的第一或第二輸入電壓傳遞至處理器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源開關控制裝置，其中該零交越訊號感測單元包括第一訊號偵測器及第二訊號偵測器，該第一訊號偵測器及第二訊號偵測器分別與第一輸入端及第二輸入端相連，該處理器用以透過該第一訊號偵測器或第二訊號偵測器偵測第一輸入端或第二輸入端的輸入電壓的零交越。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源開關控制裝置，其中該電壓感測單元包括第一電壓感測器及第二電壓感測器，該第一電壓感測器及第二電壓感測器分別與第一輸入端及第二輸入端相連，該處理器用以透過該第一電壓感測器及第二電壓感測器偵測第一輸入端或第二輸入端的輸入電壓的週期並判斷是否存在異常。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電源開關控制裝置，其中該每一開關單元包括四個繼電器及兩個閘流體，該第一繼電器及第二繼電器串接於該第一或第二輸入端的火線及輸出端之間，該第三繼電器及第四繼電器串接於該第一或第二輸入端的零線及輸出端之間，該第一閘流體的第一端與第一及第二繼電器之間的節點相連，該第一閘流體的第二端與輸出端相連，該第一及第二閘流體的控制端連接至該處理器，該每一繼電器連接至該處理器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電源開關控制裝置，其中該當第一開關單元斷開後，處理器控制與第二輸入端相連的第二開關單元的繼電器導通，以使第二輸入端將第二輸入電壓提供至輸出端。
  7. 一種電源開關控制裝置，包括：
    一開關裝置，包括第一及第二輸入端、與第一及第二輸入端對應相連的第一及第二開關單元、及一輸出端，該輸出端用以透過第一輸入端及第一開關單元接收一第一輸入電壓，或用以透過第二輸入端及第二開關單元接收一第二輸入電壓，該每一開關單元包括複數繼電器；
    一控制裝置，包括：
    一偵測單元，與第一及第二輸入端均相連，用以接收第一或第二輸入電壓，並用以偵測第一或第二輸入電壓的波峰訊號；
    一處理器，與偵測單元、第一及第二開關單元相連，用以接收第一或第二輸入電壓及該波峰訊號，且用以偵測該第一或第二輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，當處理器偵測來自第一輸入端的第一輸入電壓異常，則根據該第一輸入電壓的週期及第一開關單元的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入電壓的波峰訊號來判斷控制第一開關單元的繼電器斷開的時機，當第一開關單元斷開後，處理器控制與第二輸入端相連的第二開關單元的繼電器導通，以使第二輸入端將第二輸入電壓提供至輸出端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電源開關控制裝置，其中該偵測單元包括一電壓感測單元及一波峰訊號感測單元，該電壓感測單元及波峰訊號感測單元均與第一輸入端、第二輸入端及處理器相連，該電壓感測單元用以接收第一或第二輸入電壓，並將接收到的第一或第二輸入電壓傳遞至處理器。
  9. 一種電源開關控制方法，該方法步驟包括如下：
    透過一電壓感測單元接收由第一或第二輸入端輸出的第一或第二輸入電壓；
    透過一訊號感測單元偵測該第一或第二輸入電壓的零交越或波峰訊號；
    處理器透過電壓感測單元提供的第一或第二輸入電壓來偵測該輸入電壓的週期，並判斷該第一或第二輸入電壓是否異常，若，第一輸入電壓為異常，則處理器根據所偵測到的輸入電壓的週期及與第一輸入端相連的繼電器的放電時間來計算一延時時間，並根據該延時時間及偵測到的第一輸入端的輸入電壓的零交越或波峰來判斷端開第一開關單元的繼電器的時機。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電源開關控制方法，其中該方法還包括當第一開關單元斷開後，處理器控制與第二輸入端相連的第二開關單元導通，以使第二輸入電壓提供至輸出端。
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