TW490906B - Monitoring device for power supplies - Google Patents

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TW490906B
TW490906B TW089125366A TW89125366A TW490906B TW 490906 B TW490906 B TW 490906B TW 089125366 A TW089125366 A TW 089125366A TW 89125366 A TW89125366 A TW 89125366A TW 490906 B TW490906 B TW 490906B
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Harald Schweigert
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Siemens Ag Oesterreich
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Description

f修]f 月日Ar 補充丨 煩請委员明示,本案^後是否變更原I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(1·) 189125366號專利案發明說明你fp中 本發明係關於一種電流供應器用之監控單元,其之供應 電壓經由至少一切斷保險開關分送至二或多個輸出。 在工業設備及自動化設備中,例如建築自動化中,很重 要的是,輸給各用電器具或用電器具組之供應電壓須根據特 別之安全規定。尤其是控制系統的資訊處理元件,例如微處 理器元件組,在緊急情況下要第一優先得到所需之能量。在 許多工業應用中,供應電壓是24伏特直流電壓,不過,也 有其他之直流電壓值,也可使用交流電壓,例如115伏特、 230伏特或240伏特。 在控制系統之邵份範圍,例如在輸出周邊内發生短路或 過載時,極易造成大部份為短暫之控制系統供應電壓之完全 故障’因而使藉由此供應電壓供應之中央控制單元發生資料 損失之情況。 若供應電壓是經由具後續整流器之電源變壓器產生,通 苇會使用線路保護開關或一般之熔絲保險開關作為切斷保 險開關。變恩絡之特性,可在短時間内送出較其之額定電流 高數倍之電流,會造成電路的線路短路或是超載,但不會觸 發初級側之保險開關。尤其是在電路短路時,產生一瞬間之 因變壓器電導及線路電阻而產生之電壓崩潰,但可藉由適當 之設計,防止中央控制單元在大多數情況下產生所謂的「失 靈」狀況。 隨著越來越多電路網元件,也就是時脈驅動之電流供應
用’上述問題又變的嚴重,因為電子元件極為敏感, 口 制迴路限織ώ電流值只伽定電流财高。問題更 大的是,各糾之保險關;^在㈣_被續。為要迅 速切斷電流,保險卩·或是功率保護關常常需要較额定電 細數倍之電流。不過電路網耕(除了—般負荷外)沒有 =外的供應’目而整個供應電壓崩溃,而保險關尚未啟 動,出現錯誤之輸出或是支線也未被切斷。這些 小之電壓崩潰可能造成上述之中央控制單元失靈。若要;;除 或是大量降低此危險,剩下的m每個各別之電路, ^如一方岐周邊元倾,另—相是cpu元件組,設置 =王獨κ電減應裝置。當然,此解決方法價格非常昂 貝,所需空間及重量也非常大。 本發明讀務為n簡單之且符合赠效益之可能 性,從唯-之供應電壓為不同之支線提供多個輸出,而且可 以「智慧式」選擇_各出現短路或是過載之支線。 此f務以上述種類之監控單元加以解決,根據本發 明’此單元至少有保險_,其係輯射控制之開 此監控單元有下述設計:當電壓或電流變化超出一預 設《容忍值時,其會向至少—開關送出切斷信號。 猎監控依應用案例而加以選擇之電壓值,並依結果進行 選擇性_電源’可為上述_得卿轉性之解決方法。 尤其是即使其他細域錯誤,财為K錄感之核心範 圍,例如為CPU元件組供應電源。 在-用於此目的之變化中,此監控單元比較供應電壓與 490906 :;鄭' --...............:.::- ¾_— 五、發明說明(3·) ~ 參考電壓之差別,若供應電壓降低某預設之值,則向至少一 開關送出切斷信號。供應電壓之壓降通常是過載明確之表 徵,而且可以簡單方式量出。此時,若監控單元設有此裝置, 將切斷信號送給多個開關,也就是當供應電壓降低一預設之 值時’送切斷信號給第一開關,然後給第二開關等等,不過, 當供應電壓又回升後,即中止切斷程序。以此方式,可依預 走之優先順序,切斷各個輸出,也就是首先切斷對系統運作 較不重要單元之供應輸出,再依序最後切斷對CPU單元之 供應輸出。 另外一個用於選擇性監控及切斷之可能性是,監控單元 比較在受控制之開關上之剩餘電壓,若此剩餘電壓超過一預 設之最大值,即送出切斷信號給開關。 基於同樣之理由,也可採用下述之設計:監控單元比較 受控制之開關上之輸出電壓與參考電壓,若輸出電壓低於一 預設之值,即送出切斷信號給開關。 另外’也可將供應電壓直接送至輸出。 該未受保護之輸出中,那一個被中斷的影響最大,則最 優先得到供應電壓。 另一個簡單且安全之本發明之可實行之變化之特徵 為’至少一輸出設置有一電流感測器,該監控單元監控此電 流感測备輸出之信號,若電流超過一預設之極限值,即將其 受控制之開關打開。 在另實務上有彈性之實施形式中,監控單元以一定時 間延遲打開開關。此時,延遲之時間最好與超出额定電流之 製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· -ϋ n I n 本紙張尺度適用中ϋ家標準(CNSU4規格咖x 297公髮), -fi -
發明說明(4· 大小相關。 ι對於要求較高之應用,監控單元比較供應電壓與參考電 壓=差別、,—方面若供應電壓降至一預設之極限值之下,且 ^方面_錄之t紐過—預設之極限值,則將此 笑控制之開關打開。 若電流感聰是-可調整之電阻,則使用者可對每 輸出’,實際出現之負荷,很簡單的設定額定電流。
所提出之任務’也可以—電流供加 控單元具有上述之—或錄特徵。 μ八U 所示式之實施形式說明本發明之其他優點。各圖 圖二 圖三 圖四 圖五 圖六 圖七 圖八 圖-本發明第—實施形式之簡化方塊圖, 類似圖-之本發明之第二實施形式圖, f似圖—及圖二之本發明之第三實施形式圖, ff—及圖二之本翻之細實施形式圖, 根據圖—之實施例’輪出之切斷時序圖, 類似之、根據圖二之時序圖, 具時間延遲之切斷輸出時序圖,及 類似之、根據圖三之時相。 電壓 網元件對專狄μ訪铸乡料或電路 發明之標的。通常輸入之交流電唇 二並不是本 而產生直流電壓,再藉由-時脈轉之開_= 490906
五、發明說明(5.·) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 次線圈。在二次侧則又經整流為供應電壓。此電壓轉換器 SPW例如作為封閉轉換器或開放轉換器,通常被控制有固 定之輸出電壓。要強調的是,本發明並不限定於一定形式之 轉換器,且供應電壓也可例如有伺服控制之或無伺服控制之 交流電壓。 供應電壓Us係直接送至第一輸出A〇,其i也三個輸出 A〗、A?及A3則是經由受控制之開關swi、SW2及SW3, 由監控單元UWE加以控制。開關SW1...SW3最好是低電 阻之半導體開關,例如MOS FET開關、雙極電晶體或是可 切斷之閘流器,不過也不排除使用電機開關,例如繼電器、 換能器(Transduktoren)等。在輸出Α〇···Α3上之電壓Us、 UAi、UA2、UA3通常在操作時均相同,不考慮在開關 SW1...SW3之剩餘電壓。 在監控單元UWE内,供應電壓Us或此電壓之部份, 與一參考電壓URef相比較,為此,如圖一所示,使用一比較 器K0M。若供應電壓Us降低一預設之值Δυδ,則比較器 ΚΟΜ送出一信號給順序控制]pST,其因應送出一開關信號 A給第一受控制之開關SW3,並將之打開,如圖五所示。 隨後若供應電壓Us未上升,則經由比較器K0M及順序控 制FST再打開第二受控制之開關SW2,使得只有在輸出A0 及A有電壓輸出。最後,開關swi也可能被打開。只要關 閉一個在此處是第二開關後,供應電壓回復上升,監控單元 即結束後續之切斷過程。 在圖一中另外顯示出,監控單元UWE可輸入一額外之 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公髮) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 線 490906 纖> ‘I ίΪ4 Α7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明(6·) … 重置信號SR,其可將打開之開關再度關閉。此外,監控裝置 也可輸入-分離信號ST,其促使所有或個別輸出均ςς斷, 不論負荷或短路狀態為何。 在圖二所顯示之實施形式中,不監控供應電壓认,而 是監控受控制之關sw卜SW2、SW3之麟電壓〜、 UR2、UR3。在此所示之實施形式中,具有三個輸出“ As二但沒有直接it往健電壓Us之輸&。纽也可設置如 同輸出Α〇《類之輸出。依圖二之實施形式主要是應用在半 導體開關’因為在此有準確定義之繼電壓。當麟電壓, 如圖六之剩餘電壓化,上升至或超過_預設之最大值 UR2max ’監控單元UWE即打開所屬之可控制之_,_ 為 SW2。 在圖二中,設有一電路放大器SV卜若其輸入電壓超過 一值uR2max,即送出開關信號Si給開關swi。當然也可有 其他解決方法,例如將剩餘電壓與一參考電壓在比較器加以 比較等。 、從圖六中可以看出,在輸出A受額定負荷時,受控制 之開關SW2上有-極小之剩餘電壓^,例如2〇mV。在過 載時,剩餘電壓增加,若該值超過例如4〇mv,則監控單元 UWE即打開開關SW2,剩餘電壓當然即跳至值% ,在圖六’丨 中只有示意出。在此實施形式中,監控單元UWE也可輸入 重置彳έ號SR或分離信號ST。 與圖一之設計相比,在圖二之線路中,及之後才要說明 之圖四線路中,任一輸出若出現過載或短路,即會被切斷。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3
-ϋ 1 I .丨線· -ϋ n n 尽紙浪尺/又過用1P國國豕標準(CNS)A4規袼(210 X 297公釐) -9 - 490906 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 卑· "〜— 五、發明說明(7·) 在圖三之變化例中,三個精密電阻rm1、Rm2、Rm3之電 壓、%、UB被監控,在各輸出A!、八2、As中,串接有 保險開關Su、Su、SB,例如熔絲保險開關或是自動保險開 關,及受控制之開關SW卜SW2、SW3。此線路與圖二之 原理均相同,不過,此處以自有可調之電阻來量測電流。 將在輸出A】、Az、As上之電流相應之電壓%、仏、 1½送至例如電路放大器SVl、%、%,以在電流過大日^, 將受控制之開關切斷。精密電阻Rm1、Rm2、Rms可由使用者 依所希望之额定電流加以調整。 在此實施例中,本發明確實考慮了在打開受控制之開關 時之時間常數值,其依超出額定電流大小而定,可參見圖 七。當輸出之電流升至可調精密電阻設定之额定電流之 :00%時,則啟動一時間控制元件,其例如依圖七,在$秒 後才打開所屬之受控制之開關。若在5秒内電流又下降,貝q 開關不會被打開。 “若輸出之電流到達额定電流之13G%,如圖七所示,則 可㈣-翔三巾未進—步示出之鋪迴路,將電流限制在 此值,、同時啟動第二時間控制元件,其在極短時間内,例如 在上述之丨成’例如依圖七,在Q1秒内將受控制之開關打 開。 —本發明另一修正中,考慮到電壓轉換器SPW直到— 疋之最大電流是送出一固定之輸出電壓,但當電流繼續上 出電壓則下降。在此i式時,亦即在供應電壓Us 日、,如圖三所示,當由一比較器KOM及一參考電壓 ^紙張尺㈣用1關 -1 〇 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
^Ref確讀應電壓有此類之下降,且同時侧到在輸出 ” 3其巾之冑過值之電流,則相應之受控制之開 才「打開⑺防止整個系統崩潰。在圖三巾,此聯結是以邏 輯&」方塊示意出,在圖三中,為維持簡明特性,只示出 對輸出A之監控。當然,其他在實際上數量遠遠超過三個 之輸出也同樣受到監控。如圖三所示,用於三個輸出受控 制之開關之打開可藉例如小燈Li、L2、L3顯示出。僅管在 圖,中未示出上面所述之時隨制元件,專業人士仍有許多 可能性去實現此時間及電流相依之切斷。時間控制元件可例 如包含在比㈣或電路社_,崎位歧必要時以類比 方式加以實現。 、在圖四之線路中,各個輸出電壓均被監控。更詳細的 說’此線路有-未<保護之、直接之輸出A。,供應電壓為 Us ’及二個輸出Al、a2,其經由受控制之開關sw卜隨 與供應電壓us相連,並送出輸出電壓、uA2。 在圖四之線路中,每個輸出電壓UA1、UA2均被監控, 為此’在li控單元UWE内設有例如兩個比較器κ〇1、κ〇2, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以與參考祕uRefl、!;_減。若在輸出α2之電壓队2下 降’例如下降-預設之值△〜,則接通比較器κ〇2,且將受 控制之開關SW2 (圖八)打開。此處,各輸出^及〜也 都可侧獨立切斷,不過,在圖二之實施形式中,主要是以 電流1測為切斷標準,而在圖一及圖四之實施例中,則是以 電壓量測或電壓監控為主。 應用本發明時,從已知之事實開始,即例如絕大多數短 490906
五 發明說明(9·) t或過載均來自輸出範圍,也就是來自需要供應電壓以驅動 燈號、閥、繼電器、馬達等元件組,而輸入範圍,即量取趣 備或系統狀態之元件組,及微處理器元件組,則甚少出現麵 ,或過載。依要供應之設備、保護等級及使用之供應電壓, 可,擇適當之發明形式,或將不同之形式加以組合應用。要 /王思的是’要進行監控之電壓不僅可由量測精密電阻,也可 ,料量測電導體而得之,必要時,將線路如此之修正,使 列如輸出電壓與多個根據本發明保護之多個輸出相接。 !_______f I Γ%先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 適 度 「尺 張 一紙 本 釐 公 一97 2 X 10 (2 格 規 A4 S) N (C 準 標 家 -12- 490906 9t 1*2» Α7 ; ^ Β - B1 ·.. ί __^ · ,; ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明( 10.) ^、 - 一 j 元件符號說明 SPW 電壓轉換器 Us 電壓轉換器之輸出電壓 A〇 第一輸出 Αι 第二輸出 A2 第三輸出 A3 第四輸出 υΑ1 在第二輸出上之電壓 Ua2 在第三輸出上之電壓 Ua3 在第四輸出上之電壓 Uref 參考電壓 SW1 第一受控制之開關 SW2 第二受控制之開關 SW3 第三受控制之開關 UWE 監控單元 KOM 比較器 FST 順序控制 Uri 第一受控制之開關之剩餘電壓 Ur2 第二受控制之開關之剩餘電壓 Ur3 第三受控制之開關之剩餘電壓 UR2max 受控制之開關之剩餘電壓之最大預設值 Sr 重置信號 St 分離信號 Si 第一開關信號 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -13- 490906 9ί„ 1, 28 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(11·) s2 第二開關信號 s3 第三開關信號 Rmi 第一精密電阻 Rm2 第二精密電阻 Rm3 第三精密電阻 Un 第一精密電阻之電壓 ui2 第二精密電阻之電壓 ui3 第三精密電阻之電壓 Sil 第一保險 Si2 第二保險 Si3 第三保險 Svi 第一電路放大器 Sv2 第二電路放大器 Sv3 第二電路放大器 Li 第一小燈 l2 第二小燈 L3 第三小燈 KOI 第一比較器 K02 第二比較器 URefl 第一參考電壓 URef2 第二參考電壓 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -14-

Claims (1)

  1. 第89125366號專利案申請專利範圍修正本 • y種電流供應器用之監控單元(则),該電流供應器 之供應私壓(Us )經由至少一切斷保險開關(§ § W2、 SW3)分运至二或多個輸出(Ai、A2、A3),其特徵為, 至少-切斷紐開關是設計成可控制之開關(swl、 SW2、SW3 );及 — J工單元(UWE)則設計在電壓或電流變化超過一預設 之容許值時,會向至少-開關缉出切斷信號(si、s2、s3)。 2·根據申請專利範圍第1項所述之監控單元(uwE),其 特徵為,監控單元係設計為供應電壓降低一預設之值 (△Us)時,比較供應電壓(Us)與參考電壓(URef), 並送出切斷信號(Sl、S2、S3)給至少一開關(sw卜SW2、 SW3)(圖一、圖五)。 3·根據申請專利範圍第2項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,監控單元係設計為當供應電壓(Us)在第一開 關(si)下降一預設之值(Δυ2)時,即送出切斷信號 (si、s2、s3)給多個開關(SW1、SW2、SW3),不過, 要在第一開關(SL)及其他開關之供應電壓再次上升 時,即終止切斷過程(圖一、圖五)。 4·根據申請專利範圍第1項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,監控單元係設計為,比較在受控制之開關 (SW卜 SW2、SW3 )上之剩餘電壓(Uri、Ur2、UR3), 並且當剩餘電壓超過一預設之最大值(UR2max)時,即送 本紙張尺度適用中國國家襟準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .U__ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 〜u〇 年月 ::Ί JJzj ..ϊ 申請專利範圍 繞'濟部智慧財產局員工消費合作社印製 出切斷信號給開關(圖二、圖六)。 5·根據申請專利範圍第1項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,監控單元係設計為,比較在受控制之開關 (SW卜SW2、SW3)上之輸出電壓(Uai、Ua2)與參 考電壓(URG1、URG2),當開關之輸出電壓(Uai、Ua2) 下降至一預設值(ΔυΑ2)以下時,即送出一切斷信號(a、 S2)給開關(圖四、圖八)。 6·根據申請專利範圍第丨項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,供應電壓(Us)直接送至一輸出(A〇)(圖一、 圖四)。 •根據申請專利範圍第1項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,在一電流感測器(Rmi、Rm2、Rm3)至少設有 二輸出,且監控單元(UWE)係設計為監控從電流感測 咨進出之信號(υΰ),當電流超過一預設之電流極限值 時’將輸出所需之受控制之開關(SW1...SW3)打開(圖 三)。 根據申睛專利範圍第7項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,監控單元係設計為,以時間延遲方式打開所屬 之開關(SW1...SW3)(圖七)。 根據申凊專利範圍第8項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,時間延遲之長短與超過額定電流之程度相關(圖 三)。 1〇·根據申請專利範圍第7項所述之監控單元(UWE),其 争徵為’監控單元係設計為,比較供應電壓(Us)與參 9. (CNS)A4規格( 210X297公釐) -16- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) UI. 訂 WtQ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 考電壓(URef) ’一方面若供應電壓下降低於一預設之極 限值’且另一方面支線之電流超過一預設之極限值時, 將導向支線之輸出(Ai、A2、A3)内受控制之開關 (SW1...SW3)打開(圖三)。 U·根據申請專利範圍第7項所述之監控單元(UWE),其 特徵為,電流感測器係為可調整之電阻(Rmi、Rm2、 Rm3 ) 0 12· —種電流供應器,其具有根據申請專利範圍第丨項所述 之監控單元。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -17- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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