TWI556567B - 開關裝置的控制電路 - Google Patents

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Description

開關裝置的控制電路
本發明是有關於一種控制電路，且特別是有關於一種開關裝置的控制電路。
逆變器(inverter)為一種電源轉換裝置，其通常是通過功率半導體元件的切換把直流輸入電源轉換為交流輸出電源。一般光伏並網系統會在逆變器與電網間會設置繼電器與電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)濾波器，繼電器可隔離逆變器與電網，以避免電網回灌突波電流給逆變器而造成逆變器的毀損。
雖然繼電器可有效隔離逆變器與電網，然繼電器需要較大的電流來啟動，在習知技術中，一般會提供固定的大電流來啟動繼電器，然實際上繼電器在被啟動後僅需小電流來維持其開啟的狀態，因而將造成不必要的電能損耗。
本發明提供一種開關裝置之控制電路，可減少開關裝置的電能損耗。
本發明的開關裝置之控制電路包括第一開關單元、第二開關單元以及控制單元。其中第一開關單元與第二開關單元的第一端耦接開關裝置，第一開關單元與第二開關單元的第二端耦接接地。控制單元具有一輸出接腳，耦接第一開關單元與第二開關單元的控制端，自輸出接腳輸出啟動訊號至第一開關單元與第二開關單元的控制端，以導通第一開關單元與第二開關單元，而於第一開關單元與第二開關單元的共同接點上產生控制電流，控制電流用以控制開關裝置之導通狀態，其中第一開關單元於接收到啟動訊號後一段預設時間轉為關閉狀態。
在本發明的一實施例中，上述的第一開關單元與第二開關單元處於導通狀態時分別提供第一電流路徑與第二電流路徑，而控制電流係提供第一電流與第二電流分別流至第一電流路徑與第二電流路徑以導通開關裝置，其中第一電流的電流值大於第二電流的電流值。
在本發明的一實施例中，上述的第一開關單元轉為關閉狀態時控制電流提供第二電流流至第二電流路徑以維持開關裝置之導通狀態。
在本發明的一實施例中，上述的第一開關單元包括電晶體以及電容單元。其中電晶體耦接於開關裝置與接地之間。電容單元耦接電晶體的控制端與輸出接腳之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一開關單元更包括放電單元，其耦接於電晶體的控制端與接地之間。
在本發明的一實施例中，上述的放電單元包括二極體，其陰極與陽極分別耦接電晶體的控制端與接地。
在本發明的一實施例中，上述的開關裝置之控制電路，更包括電阻，其耦接於電晶體的控制端與電容單元之間。
在本發明的一實施例中，上述的第二開關單元包括限流單元以及電晶體。其中限流單元耦接於開關裝置。電晶體耦接於限流單元與接地之間，電晶體的控制端耦接輸出接腳。
在本發明的一實施例中，上述的限流單元為電阻。
在本發明的一實施例中，上述的開關裝置之控制電路更包括電阻，其耦接於電晶體的控制端與輸出接腳之間。
在本發明的一實施例中，上述的開關裝置為繼電器。
基於上述，本發明的實施例透過自控制單元的輸出接腳輸出啟動訊號至第一開關單元與第二開關單元的控制端，以於第一開關單元與第二開關單元的共同接點上產生控制電流，控制電流用以控制開關裝置之導通狀態，其中第一開關單元於接收到啟動訊號後一段預設時間轉為關閉狀態，以減少開關裝置的電能損耗。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
102‧‧‧開關裝置
104、106‧‧‧開關單元
108‧‧‧控制單元
110‧‧‧逆變電路
120‧‧‧電磁干擾濾波器
130‧‧‧控制電路
202‧‧‧放電單元
204‧‧‧限流單元
P1‧‧‧輸出接腳
S1‧‧‧啟動訊號
I1‧‧‧控制電流
I1'、I2'‧‧‧電流
R1~R4‧‧‧電阻
C1‧‧‧電容單元
Q1、Q2‧‧‧電晶體
D1‧‧‧二極體
PV‧‧‧光伏組件
EG‧‧‧電網
圖1繪示本發明一實施例之開關裝置的控制電路的示意圖。
圖2繪示本發明另一實施例之開關裝置的控制電路的示意圖。
圖3繪示本發明一實施例之開關裝置的控制電路應用在光伏並網系統的示意圖。
圖1繪示本發明一實施例之開關裝置的控制電路的示意圖。請參照圖1，開關裝置102的控制電路包括開關單元104、開關單元106以及控制單元108，其中開關裝置102可例如為繼電器，開關單元104與開關單元106的第一端耦接開關裝置102，而開關單元104與開關單元106的第二端則耦接至接地。控制單元108有一輸出接腳P1，其耦接開關單元104與開關單元106的控制端。
控制單元108可自其輸出接腳P1輸出啟動訊號S1至開關單元104與開關單元106的控制端，以導通開關單元104與開關單元106，而於開關單元104與開關單元106的共同接點(亦即開關單元104與開關單元106的第一端的共同接點)上產生控制電流I1，以控制開關裝置102的導通狀態。其中，開關單元104與開關單元106處於導通狀態時可分別提供第一電流路徑與第二電流路徑，而使控制電流I1分別提供電流I1'與電流I2'流至第一電流路徑與第二電流路徑，亦即控制電流I1為電流I1'與電流I2'的 總和，在部分實施例中電流I1'的電流值可大於電流I2'的電流值。值得注意的是，開關單元104於接收到啟動訊號S1後一段預設時間將轉為關閉狀態，亦即僅剩開關單元106提供第二電流路徑，控制電流I1的電流值等於電流I2'的電流值，而造成控制電流I1的電流值變小。其中，開關裝置102在開關單元104與開關單元106處於導通狀態時被導通，而在開關裝置102被導通之後，開關單元104雖轉為關閉狀態，但開關單元106所提供的電流I2'仍可使開關裝置102維持在導通的狀態，因此可在不影響開關裝置102的操作的情形下有效減少電能損耗。
圖2繪示本發明另一實施例之開關裝置的控制電路的示意圖。請參照圖2，在本實施例中，開關單元104可包括電阻R1、電阻R2、電容單元C1、電晶體Q1以及放電單元202，電阻R1耦接於開關裝置102與電晶體Q1的集極之間，電晶體Q1耦接於電阻R1與接地之間，電阻R2與電容單元C1串聯於電晶體Q1的控制端(亦即基極)與控制單元108的接腳P1之間，放電單元202則耦接於電晶體Q1的控制端與接地之間。其中，放電單元202在本實施例中為以一二極體D1來實施，二極體D1的陰極與陽極分別耦接電晶體Q1的控制端與接地。
另一方面，在本實施例中開關單元106可包括電阻R3、電晶體Q2以及限流單元204。限流單元204耦接於開關裝置102與電晶體Q2的集極之間，在本實施例中限流單元204為以電阻R4來實施，電阻R4耦接於開關裝置102與電晶體Q2的集極之 間，在其他實施例中限流單元204亦可以其他方式實施，例如以更多個串聯或並聯的電阻來實施。電晶體Q2的射極耦接至接地，電晶體Q2的控制端(亦即基極)則耦接至電阻R3的一端，而電阻R3的另一端則耦接控制單元108。在部分實施例中，上述開關單元104亦可不包括電阻R1、電阻R2，而開關單元106可不包括電阻R3，亦即電晶體Q1的集極與控制端可分別直接耦接至開關裝置102與電容單元C1，而電晶體Q2的控制端可直接耦接至控制單元108。
當欲啟動開關裝置102時，控制單元108可輸出啟動訊號S1至電晶體Q1與電晶體Q2的基極，在本實施例中啟動訊號S1為一電流信號。啟動訊號S1可開啟電晶體Q1與電晶體Q2，而於開關單元104與開關單元106的共同接點上產生控制電流I1，進而開啟開關裝置102。其中流向電容單元C1的電流將會漸漸地充飽電容單元C1，經過一段預設時間後，電容單元C1將呈現開路的狀態，使得電晶體Q1進入關閉的狀態，而無法繼續供應電流I1'，進而使得控制電流I1變小。另一方面，由於控制單元108提供的電流仍可持續地被輸出至電晶體Q2的基極，因此電晶體Q2可持續地供應電流I2'，而使開關裝置102維持在開啟的狀態。其中電流I2'的大小可透過限流單元204來調整，如在本實施例中，當電阻R4的電阻增大時，電流I2'將變小。
如此藉由控制電路在初期提供大的控制電流I1(=I1'+I2')可開啟開關裝置102(如繼電器)，而在開關裝置102被啟動後，改 為提供較小的控制電流I1(=I2')可繼續維持開關裝置102的開啟狀態，而可減少電能的損耗。此外，本發明的實施例僅需單一接腳P1即可達到控制開關單元104與開關單元106的導通狀態，進而改變控制電流I1大小的效果。
開關裝置的控制電路的應用可例如圖3所示。圖3繪示本發明一實施例之開關裝置的控制電路應用在光伏並網系統的示意圖。請參照圖3，光伏並網系統可包括光伏組件PV、開關裝置102、逆變電路110、電磁干擾濾波器120、控制電路130以及電網EG。其中逆變電路110耦接光伏組件PV與開關裝置102、控制電路130耦接開關裝置102、電磁干擾濾波器120耦接開關裝置102與電網EG。
光伏組件120可反應太陽光的強度輸出直流電壓給逆變電路110，以讓逆變電路110將直流電壓轉換為交流電壓而輸出給後端的電網EG使用，而電磁干擾濾波器120設置於逆變電路110與電網EG之間可抑制交流電壓的電磁雜訊。此外，開關裝置102受控於控制電路130而改變其導通狀態，進而將逆變電路110與電網EG隔離，在本實施例中開關裝置102為繼電器。其中控制電路130可如以上述實施例所述的方式實施，在此不再贅述。藉由控制電路130來控制開關裝置102的導通狀態不僅可有效地隔離逆變器與電網，而避免電網回灌突波電流給逆變器而造成逆變器的毀損，更可在開關裝置102被啟動後改以小電流來維持其開啟的狀態，而可減少不必要的電能損耗。
綜上所述，本發明透過控制單元的單一輸出接腳輸出啟動訊號至兩個開關單元的控制端，以控制兩個開關單元的開啟狀態，進而調整用以控制開關裝置的導通狀態的控制電流大小，其中一開關單元於接收到啟動訊號後一段預設時間轉為關閉狀態，以減少開關裝置的電能損耗。
102‧‧‧開關裝置
104、106‧‧‧開關單元
108‧‧‧控制單元
P1‧‧‧輸出接腳
S1‧‧‧啟動訊號
I1‧‧‧控制電流
I1'、I2'‧‧‧電流

Claims (10)

  1. 一種開關裝置之控制電路，包括：一第一開關單元；一第二開關單元，該第一開關單元與該第二開關單元的第一端耦接該開關裝置，該第一開關單元與該第二開關單元的第二端耦接一接地；以及一控制單元，具有一輸出接腳，耦接該第一開關單元與該第二開關單元的控制端，自該輸出接腳輸出一啟動訊號至該第一開關單元與該第二開關單元的控制端，以導通該第一開關單元與該第二開關單元，而於該第一開關單元與該第二開關單元的共同接點上產生一控制電流，該控制電流用以控制該開關裝置之導通狀態，其中該第一開關單元與該第二開關單元處於導通狀態時分別提供一第一電流路徑與一第二電流路徑，而該控制電流係提供一第一電流與一第二電流分別流至該第一電流路徑與該第二電流路徑以導通該開關裝置，其中該第一開關單元於接收到該啟動訊號後一預設時間轉為關閉狀態，其中該第一開關單元轉為關閉狀態時該控制電流提供該第二電流流至該第二開關單元以維持該開關裝置之導通狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的開關裝置之控制電路，其中該第一電流的電流值大於該第二電流的電流值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的開關裝置之控制電路，其中該第一開關單元包括： 一電晶體，耦接於該開關裝置與該接地之間；以及一電容單元，耦接該電晶體的控制端與該輸出接腳之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的開關裝置之控制電路，其中該第一開關單元更包括：一放電單元，耦接於該電晶體的控制端與該接地之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的開關裝置之控制電路，其中該放電單元包括：一二極體，其陰極與陽極分別耦接該電晶體的控制端與該接地。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的開關裝置之控制電路，其中該第一開關單元更包括：一電阻，耦接於該電晶體的控制端與該電容單元之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的開關裝置之控制電路，其中該第二開關單元包括：一限流單元，耦接於該開關裝置；以及一電晶體，耦接於該限流單元與該接地之間，該電晶體的控制端耦接該輸出接腳。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的開關裝置之控制電路，其中該限流單元為一電阻。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的開關裝置之控制電路，其中該第二開關單元更包括：一電阻，耦接於該電晶體的控制端與該輸出接腳之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的開關裝置之控制電路，其中該開關裝置為一繼電器。
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