TWI571035B - 回授能量型保護器可靠性之測試電路系統 - Google Patents

Description

回授能量型保護器可靠性之測試電路系統

   本發明係有關於一種回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，尤其是指一種可作為馬達保護器之燒機測試［ｂｕｒｎ－ｉｎ　ｔｅｓｔ］的電路系統，主要係藉由判斷保護器之導通與關斷之狀態，以切換控制訊號，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效與保護器之跳脫測試，有效使市電以較低之輸入功率達到與傳統保護器測試電路相同的測試結果，具有體積小型化與節能省電之優勢，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統創新設計者。

   按，傳統保護器測試電路之電路架構，請參閱第二圖現有之電路架構示意圖所示，該保護器測試電路（７）主要係由一交流電壓源模組（７１）、一保護器（７２）及一負載（７３）所形成之迴路，於當該保護器（７２）關斷時，保護器（７２）會承受近乎整個交流電壓源模組（７１）所提供之電壓應力，迴路上的電流則極小可忽略；而當保護器（７２）導通時，保護器（７２）所承受的電壓應力約為自身阻抗與電流之乘積，而電流應力則視負載之規格而定；以保護器（７２）連續之導通與關斷一次為一個週期Ｔ _ｓ為例，倘若導通佔一個週期的時間比例為Ｄ，測試一次需重複開與關的動作Ｎ次，則完成一次測試所需耗費的能量約為負載（７３）功率消耗之ＮＤＴ _ｓ倍。

   然而，上述保護器測試電路雖可達到令其電路架構設計簡單之預期功效，但也在其整體實際施行使用上發現，該保護器測試電路若使用於高電壓大電流的環境下，例如馬達的保護斷路器，在數千至數萬次的測試流程後，將會消耗相當可觀的電能功率，進而耗費大量的測試成本；此外，為了提供高電壓與大電流之測試條件，所需的交流電壓源模組必然是體積龐大而造價昂貴；因此，如何有效解決保護器測試電路使用高電壓大電流所造成的大功率消耗與高測試成本等問題，且亦可有效縮小交流電壓源模組之體積與擴大電源供應器之使用範圍，仍是現今保護器測試電路之開發業者或研究人員需持續努力克服與解決之重要課題。

   緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失再予以研究改良，提供一種回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，以期達到更佳實用價值性之目的者。

   本發明之主要目的在於提供一種回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其主要係可作為馬達保護器之燒機測試［ｂｕｒｎ－ｉｎ　ｔｅｓｔ］的電路系統，主要係藉由判斷保護器之導通與關斷之狀態，以切換控制訊號，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效與保護器之跳脫測試，有效使市電以較低之輸入功率達到與傳統之保護器測試電路相同的測試結果，具有體積小型化與節能省電之優勢，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

   其係包括有市電供電模組、保護器模組、交流／直流整流器、控制模組、直流／交流換流器及人機介面；其中：

   該市電供電模組，係輸出一交流電壓；

   該保護器模組，係分別電性連接該市電供電模組以及該交流／直流整流器，該保護器模組係包括有一保護器以及一溫度感測器，該溫度感測器係偵測該保護器之溫度值；

   該交流／直流整流器，係電性連接該保護器模組，當該保護器模組之該保護器導通時，該交流／直流整流器係將該市電供電模組輸出之交流電壓轉換為一直流電壓；

   該控制模組，係電性連接該保護器模組，該控制模組係偵測該保護器模組之該保護器之電流斜率變動，判斷該保護器之狀態，以輸出一控制訊號；

   該直流／交流換流器，係分別電性連接該交流／直流整流器以及該控制模組，該直流／交流換流器係接收該控制模組輸出之控制訊號，以輸出一調變訊號進行該交流電流之調變；

   該人機介面，係電性連接該保護器模組，該人機介面係用以顯示參數值；

   藉由判斷該保護器導通、關斷之狀態，以切換該直流／交流換流器輸出電流之調變，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該市電供電模組輸出之交流電壓係為２２０Ｖ。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，由該交流／直流整流器升壓之直流電壓係大於該市電供電模組提供之交流電壓。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，當該保護器模組之該保護器係為導通狀態時，該溫度感測器偵測該保護器之溫度值係小於一臨界溫度。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該控制模組偵測該保護器模組之電流斜率係為變動狀態，驅使該直流／交流換流器輸出一調變訊號以調變電流且回灌到市電端，以提供該保護器一電流應力，此電流應力為市電供電模組端加上該直流／交流換流器輸出端的合成電流。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該臨界溫度係介於１００℃～１１０℃之間。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該保護器模組之該溫度感測器偵測該保護器之溫度值大於該臨界值時，該保護器係由導通狀態轉換為關斷狀態。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該控制模組偵測該保護器模組之電流斜率係為無變動狀態，關閉調變訊號使該直流／交流換流器無輸出電流，以提供該保護器一電壓應力，此電壓應力為該市電供電模組之交流輸出電壓。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該人機介面顯示之參數值係包括有該保護器之導通電流、跳脫時間、開路電壓、溫度、跳脫之計數器其中之一。

   本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統的較佳實施例，其中，該人機介面顯示之複數個參數值係包括有該保護器之導通電流、跳脫時間、開路電壓、溫度、跳脫之計數器其中任兩者以上的組合。

   藉此，本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係可作為馬達保護器之燒機測試［ｂｕｒｎ－ｉｎ　ｔｅｓｔ］電路，主要係藉由該保護器之導通與關斷之狀態，以切換控制訊號，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效與該保護器跳脫測試，有效使市電以較低之輸入功率達到與傳統保護器測試電路相同的測試結果，具有體積小型化與節能省電之優勢；此外，本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係藉由該直流／交流換流器具備之脈衝寬度調變［Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ］技術，進行輸出電流之調變，亦即在該保護器導通時，提供該保護器大電流且低電壓之應力，該直流／交流換流器之輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效，而當該保護器關斷時，開路電壓為該市電供電模組之交流輸出電壓，以提供該保護器大電壓且零電流之應力，由於該保護器導通時，本發明之電路並聯市電可將多餘的功率回灌給市電端，由功率守恆Ｐ _ｉｎ等於Ｐ _ｏｕｔ的關係式可得知，本發明與傳統保護器測試電路相比較，兩者雖然有相同的測試效果，然而本發明可大幅減少約９４％的功率消耗，對於馬達保護器之可靠性燒機測試所耗費的電力成本可有效降低；最後，本發明回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係藉由對保護器之導通與關斷之狀態各別判斷，可適用於各式各樣的電力電子轉換器系統，適合於一般中小型企業進行保護器產品之內部燒機測試，而不需交付專門檢測廠商測試，有效達到縮減產品上市時間［ｔｉｍｅ　ｔｏ　ｍａｒｋｅｔ］的流程與解省生產成本之優勢。

   為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

   首先，請參閱第一圖本發明其一較佳實施例之電路架構示意圖所示，本發明主要係包括有市電供電模組（１）、保護器模組（２）、交流／直流整流器（３）、控制模組（４）、直流／交流換流器（５）及人機介面（６）；其中：

   該市電供電模組（１），其係輸出一交流電壓；在本發明其一較佳實施例中，該市電供電模組（１）輸出之交流電壓係為２２０Ｖ；

   該保護器模組（２），其分別係電性連接該市電供電模組（１）與該交流／直流整流器（３），該保護器模組（２）係包括有一保護器（２１）以及一溫度感測器（２２），其中該溫度感測器（２２）係偵測該保護器（２１）之溫度值；在本發明其一較佳實施例中，該保護器（２１）預設為導通狀態，電流係持續通過該保護器（２１），且該溫度感測器（２２）偵測該保護器（２１）之溫度值係小於一臨界溫度，其中臨界溫度係介於１００℃～１１０℃之間；當該溫度感測器（２２）偵測該保護器（２１）之溫度值大於臨界值時，係代表該保護器（２１）過熱，由於該保護器（２１）係具有金屬彈片自動跳脫功能，該保護器（２１）將由原本的導通狀態轉換為關斷狀態，以阻止電流持續通過該保護器（２１）；

   該交流／直流整流器（３），其係電性連接該保護器模組（２），當該保護器模組（２）之該保護器（２１）導通時，該交流／直流整流器（３）係用以將該市電供電模組（１）輸出之交流電壓轉換為一直流電壓；此外，該交流／直流整流器（３）係將該市電供電模組（１）輸出之交流電壓升壓為一大於２２０Ｖ交流電壓之直流電壓；在本發明其一較佳實施例中，該交流／直流整流器（３）係將該市電供電模組（１）之２２０Ｖ交流電壓升壓為３６０Ｖ之直流電壓；

   該控制模組（４），係電性連接該保護器模組（２），其中該控制模組（４）係偵測該保護器模組（２）之該保護器（２１）的電流斜率變動，判斷該保護器（２１）之狀態，以輸出一控制訊號；在本發明其一較佳實施例中，當該保護器（２１）為導通狀態時，係代表電流持續通過該保護器（２１），則該控制模組（４）偵測該保護器（２１）之電流斜率係為變動狀態，並輸出一控制訊號；當該保護器（２１）由導通狀態轉換為關斷狀態時，係代表該保護器（２１）無電流通過，則該控制模組（４）偵測該保護器（２１）之電流斜率係為無變動狀態，則輸出另一控制訊號；在本發明其一較佳實施例中，該控制模組（４）係以該保護器（２１）之電流作為回授訊號，並取樣１／４周期之電流斜率作為判斷該保護器（２１）之狀態為導通或關斷；

   該直流／交流換流器（５），係分別電性連接該交流／直流整流器（３）以及該控制模組（４），其中該直流／交流換流器（５）係接收該控制模組（４）輸出之控制訊號，以輸出一調變訊號進行交流電流之調變；

   該人機介面（６），係電性連接該保護器模組（２），其中該人機介面（６）係用以顯示複數個參數值；在本發明其一較佳實施例中，該人機介面（６）顯示之複數個參數值係包括有該保護器模組（２）之保護器（２１）的導通電流、跳脫時間、開路電壓、溫度或跳脫之計數器其中之一或兩者以上之組合。

   此外，在本發明其一較佳實施例中，該市電供電模組（１）、該交流／直流整流器（３）以及該直流／交流換流器（５）係可是為一並聯市電之電路系統；再者，在本發明其一較佳實施例中，當該保護器模組（２）之該保護器（２１）為導通狀態時，係代表電流持續通過該保護器（２１），則該控制模組（４）取樣１／４周期處之電流斜率係為變動狀態，則該控制模組（４）係輸出一控制訊號至該直流／交流換流器（５），驅使該直流／交流換流器（５）輸出一調變訊號［ＰＷＭ］以調變輸出電流，並聯市電，達到能量回收之功效，以提供該保護器（２１）一大電流應力；反之，當該保護器（２１）由原本的導通狀態轉換為關斷狀態時，係代表該保護器（２１）無電流通過，則該控制模組（４）取樣１／４周期處之電流斜率係為無變動狀態，該控制模組（４）即關閉調變訊號使該直流／交流換流器（５）無動作，驅使該直流／交流換流器（５）無輸出電流，此時該保護器（２１）開路電壓為該市電供電模組（１）之交流輸出電壓，以提供該保護器（２１）一大電壓應力。

   接著，為使審查委員能進一步瞭解本發明之目的、特徵，以及所欲達成之功效，以下茲舉本發明之具體實際實施例，進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍；本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係以導通規格為２０Ａ線電流、關斷規格為２２０Ｖ線電壓之三相保護器為例，該市電供電模組（１）之輸入電壓係為２２０Ｖ，經由該交流／直流整流器（３）將２２０Ｖ之交流電壓升壓為３６０Ｖ之直流電壓，由於本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統之回授係採電流回授方式，依該保護器模組（２）之該保護器（２１）之特性，當該保護器（２１）導通時，該保護器（２１）係有電流通過，而當該保護器（２１）關斷時，則該保護器（２１）無電流通過，亦即電流為零，因此，本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係依該保護器模組（２）之該保護器（２１）狀態而有兩種模式切換：

   A.當該保護器模組（２）之該保護器（２１）為初始之導通狀態時，代表電流持續通過該保護器（２１），而該保護器模組（２）之該溫度感測器（２２）監測該保護器（２１）之溫度係未達臨界溫度之１０５℃，則與該保護器模組（２）電性連接之該控制模組（４）係偵測該保護器（２１）之電流斜率為變動之狀態，其中該控制模組（４）係以該保護器（２１）之電流作為回授訊號，並取樣１／４周期之電流斜率作為判斷該保護器（２１）之狀態為導通或關斷之標準；此時，該控制模組（４）係輸出一控制訊號至與其電性連接之該直流／交流換流器（５），驅使該直流／交流換流器（５）輸出一調變訊號［ＰＷＭ］以調變輸出電流為１８Ａ且並聯市電，可知該市電供電模組（１）只須提供電流２Ａ，即可使該保護器（２１）達到一電流值為２０Ａ之大電流應力，有效回收多餘的能量，由此可知該市電供電模組（１）所需提供的功率為整體保護器測試電路所需功耗且藉由實際量測得知三相保護器之每相功耗為１４０Ｗ，整體保護器測試電路損耗為４２０Ｗ。

   B.當該保護器模組（２）之該溫度感測器（２２）所測得之該保護器（２１）的溫度大於臨界溫度１０５℃時，則該保護器（２１）將由原本的導通狀態轉換為關斷狀態，代表該保護器（２１）無電流通過，則該控制模組（４）取樣１／４周期處之電流斜率係為無變動狀態，該控制模組（４）即關閉調變訊號使該直流／交流換流器（５）無動作，驅使該直流／交流換流器（５）無輸出電流，此時該保護器（２１）開路電壓為該市電供電模組（１）之交流輸出電壓，以提供該保護器（２１）一２２０Ｖ之開路大電壓應力，而由於該保護器（２１）係為關斷之狀態，故流通之電流為零，耗損極小可省略。

   因此，本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係藉由該直流／交流換流器（５）具備之脈衝寬度調變［ＰＷＭ］之技術，進行輸出電流之調變，由於該保護器模組（２）之該保護器（２１）導通時，本發明之電路並聯市電可將多餘的功率回灌給市電端，有效回收多餘的能量，達到節能省電之優勢，與傳統保護器測試電路相比較，為使該保護器（２１）達到相同測試條件時，傳統保護器測試電路需耗損功率７６２１Ｗ，而本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統耗損之功率僅為４２０Ｗ，可有效減少約９４％的功率消耗。

   藉由以上所述，本發明之使用實施說明可知，本發明與現有技術手段相較之下，本發明確具有下列優點：

   1.本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係可作為馬達保護器之燒機測試［ｂｕｒｎ－ｉｎ　ｔｅｓｔ］電路，主要係藉由判斷該保護器模組之該保護器之導通與關斷之狀態，以切換控制訊號，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效與該保護器跳脫測試，有效使市電以較低之輸入功率達到與傳統保護器測試電路相同的測試結果，具有體積小型化與節能省電之優勢。

   2.本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係藉由該直流/交流換流器具備之脈衝寬度調變［ＰＷＭ］技術，進行輸出電流之調變，亦即在該保護器模組之該保護器導通時，提供該保護器大電流且低電壓之應力，該直流/交流換流器之輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效，而當該保護器關斷時，該保護器開路電壓為該市電供電模組之交流輸出電壓，以提供該保護器大電壓且零電流之應力，由於該保護器導通時，本發明之電路並聯市電可將多餘的功率回灌給市電端，由功率守恆P _in等於P _out的關係式可得知，本發明與傳統保護器測試電路相比較，兩者雖然有相同的測試效果，然而本發明可大幅減少約94%的功率消耗，對於馬達保護器之可靠性燒機測試所耗費的電力成本可有效降低。

   3.本發明之回授能量型保護器可靠性之測試電路系統係藉由對該保護器模組之該保護器之導通與關斷之狀態各別判斷，可適用於各式各樣的電力電子轉換器系統，適合於一般中小型企業進行保護器產品之內部燒機測試，而不需交付專門檢測廠商測試，有效達到縮減產品上市時間的流程與解省生產成本之優勢。

   然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

   綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

（１）‧‧‧市電供電模組

（２）‧‧‧保護器模組

（２１）‧‧‧保護器

（２２）‧‧‧溫度感測器

（３）‧‧‧交流／直流整流器

（４）‧‧‧控制模組

（５）‧‧‧直流／交流換流器

（６）‧‧‧人機介面

（７）‧‧‧保護器測試電路

（７１）‧‧‧交流電壓源模組

（７２）‧‧‧保護器

（７３）‧‧‧負載

第一圖：本發明其一較佳實施例之電路架構示意圖

第二圖：現有之電路架構示意圖

(1)‧‧‧市電供電模組

(2)‧‧‧保護器模組

(21)‧‧‧保護器

(22)‧‧‧溫度感測器

(3)‧‧‧交流/直流整流器

(4)‧‧‧控制模組

(5)‧‧‧直流/交流換流器

(6)‧‧‧人機介面

Claims (10)

1. 一種回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其係包括有市電供電模組、保護器模組、交流／直流整流器、控制模組、直流／交流換流器及人機介面；其中： 該市電供電模組，係輸出一交流電壓； 該保護器模組，係分別電性連接該市電供電模組以及該交流／直流整流器，該保護器模組係包括有一保護器以及一溫度感測器，該溫度感測器係偵測該保護器之溫度值； 該交流／直流整流器，係電性連接該保護器模組，當該保護器模組之該保護器導通時，該交流／直流整流器係將該市電供電模組輸出之交流電壓轉換為一直流電壓； 該控制模組，係電性連接該保護器模組，該控制模組係偵測該保護器模組之該保護器之電流斜率變動，判斷該保護器之狀態，以輸出一控制訊號； 該直流／交流換流器，係分別電性連接該交流／直流整流器以及該控制模組，該直流／交流換流器係接收該控制模組輸出之控制訊號，以輸出一調變訊號進行該交流電流之調變； 該人機介面，係電性連接該保護器模組，該人機介面係用以顯示參數值； 藉由判斷該保護器導通、關斷之狀態，以切換該直流／交流換流器輸出電流之調變，完成輸出電流並聯市電，達到能量回收之功效。
2. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該市電供電模組輸出之交流電壓係為２２０Ｖ。
3. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，由該交流／直流整流器升壓之直流電壓係大於該市電供電模組提供之交流電壓。
4. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，當該保護器模組之該保護器係為導通狀態時，該溫度感測器偵測該保護器之溫度值係小於一臨界溫度。
5. 如申請專利範圍第４項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該控制模組偵測該保護器模組之電流斜率係為變動狀態，驅使該直流／交流換流器輸出一調變訊號以調變電流且回灌到市電端，以提供該保護器一電流應力，此電流應力為市電供電模組端加上該直流／交流換流器輸出端的合成電流。
6. 如申請專利範圍第４項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該臨界溫度係介於１００℃～１１０℃之間。
7. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該保護器模組之該溫度感測器偵測該保護器之溫度值大於該臨界值時，該保護器係由導通狀態轉換為關斷狀態。
8. 如申請專利範圍第７項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該控制模組偵測該保護器模組之電流斜率係為無變動狀態，關閉調變訊號使該直流／交流換流器無輸出電流，以提供該保護器一電壓應力，此電壓應力為該市電供電模組之交流輸出電壓。
9. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該人機介面顯示之參數值係包括有該保護器之導通電流、跳脫時間、開路電壓、溫度、跳脫之計數器其中之一。
10. 如申請專利範圍第１項所述回授能量型保護器可靠性之測試電路系統，其中，該人機介面顯示之複數個參數值係包括有該保護器之導通電流、跳脫時間、開路電壓、溫度、跳脫之計數器其中任兩者以上的組合。