TWI578007B - 交流湧入電流測試器及交流湧入電流測試方法 - Google Patents

Description

交流湧入電流測試器及交流湧入電流測試方法

本發明是關於電子測試器，且特別是有關於交流湧入電流測試器。

在電源供應器啟動的瞬間，湧入電源供應器的電流稱為湧入電流。為保護電源供應器免於湧入電流的瞬間最大值導致電源供應器內部的電子元件受損，或使得電源供應器提供的電源產生壓降，而影響連接於同一電源的其他裝置或電路，可先透過湧入電源測試器測試電源供應器的最大湧入電流。

習知的湧入電流測試器常因交流電源供應器的容量不足，而造成流進待測電源供應器的湧入電流偏低，而造成了測試結果與實際情況間具有極大差異。雖然使用大容量的交流電源供應器，可以產生與實際情況接近的湧入電流，然卻使得測試的成本大幅的提升。若直接使用一般交流電源，雖然可以產生與實際情況接近的湧入電流，但卻存在很難準確地控制在電壓峰值時間點產生輸出電壓的問題。

依據本發明提供一種交流湧入電流測試器，交流湧入電流測試器設置於交流電源及電源供應單元之間，並與交流電源及電源供應單元形成電性連接。交流湧入電流測試器包含微處理單元、偵測單元、切換單元、自耦變壓器及開關元件。偵測單元電連接於交流電源及微處理單元。切換單元包含共同接點、第一接點及第二接點，共同接點電連接於交流電源。自耦變壓器包含第一 繞組、第二繞組及第三繞組，第一繞組的一端點電連接於交流電源，第一繞組的另一端點電連接於第二繞組及第一接點，第三繞組的一端電連接於第二接點，另一端電連接於第二繞組。開關元件電連接於電源供應單元、微處理單元、第二繞組及第三繞組。

偵測單元偵測交流電源的交流電壓信號的電壓準位，並輸出一具有電壓零交越點的待測電壓信號予微處理單元，微處理單元偵測待測電壓信號的週期，並於待測電壓信號的次一週期的特定時點觸發開關元件，使交流電壓信號傳遞至電源供應單元。

本發明另提供一種交流湧入電流測試方法，用以測試電源供應單元的交流湧入電流。交流湧入電流測試方法包含如下步驟：(a)偵測交流電壓信號的電壓準位；(b)調整交流電壓信號的電壓準位使成為待測電壓信號，待測電壓信號由高邏輯準位信號及低邏輯準位信號組合；(c)計算高邏輯準位信號的全週期；(d)於次一待側電壓信號的高邏輯準位信號的全週期的特定時點輸出交流電壓信號至電源供應單元。

本發明的交流湧入電流測試器透過切換單元切換自耦變壓器，產生多組不同準位的電壓輸出以符合測試電壓值，可以有效地解決交流電源電壓不符需求的問題，以及利用微處理單元控制交流電源輸出時機，解決無法準確控制在電壓峰值時間點產生輸出電壓的缺點。同時還克服了傳統交流電源供應器在測試時，因其容量不足，造成湧入電流偏低，或需要使用很大容量的交流電源供應器，方能產生與實際情況相符的湧入電流的缺點。

1‧‧‧交流湧入電流測試器

10‧‧‧微處理單元

12‧‧‧偵測單元

120‧‧‧比較器

1200‧‧‧反向輸入端

1202‧‧‧非反向輸入端

1204‧‧‧輸出端

122‧‧‧隔離變壓器

1220‧‧‧初級繞組

1222‧‧‧次級繞組

124‧‧‧第一電阻器

126‧‧‧第二電阻器

14‧‧‧切換單元

16‧‧‧自耦變壓器

18‧‧‧開關元件

20‧‧‧控制單元

22‧‧‧放電單元

24‧‧‧電壓感測單元

26‧‧‧示波器

3‧‧‧交流電源

5‧‧‧電源供應單元

N1‧‧‧第一繞組的匝數

N2‧‧‧第二繞組的匝數

N3‧‧‧第三繞組的匝數

P0‧‧‧共同接點

P1‧‧‧第一接點

P2‧‧‧第二接點

Vac‧‧‧交流電壓信號

W1‧‧‧第一繞組

W2‧‧‧第二繞組

W3‧‧‧第三繞組

圖1繪示本發明的一種交流湧入電流測試器之電路圖；圖2繪示本發明的一種偵測單元的電路圖； 圖3繪示交流電壓信號及待側電壓信號的波形圖；以及圖4繪示本發明的電壓信號及觸發信號的時序圖。

本發明提供一種交流湧入電流測試器，其可將交流電源呈弦波變化的交流電壓信號調整成符合測試需求的待測電壓信號，並藉由偵測交流電壓信號的零交越點及週期，於交流電壓信號的峰值處啟動開關元件以輸出峰值電壓，進行交流湧入電流測試。藉此，可以解決傳統交流電源供應器在測試時，因其容量不足，造成湧入電流偏低，或需要使用很大容量的交流電源供應器，方能產生與實際情況相符的湧入電流的缺點。

此外，本發明的交流湧入電流測試器透過切換單元切換自耦變壓器，產生多組不同準位的電壓輸出以符合測試電壓值，可以有效地解決交流電源電壓不符需求的問題，以及利用微處理單元控制交流電源輸出時機，解決無法準確控制在電壓峰值時間點產生輸出電壓的缺點。

以下提出具體實施方式並配合圖式予以詳細說明。

請參照圖1，其繪示依照本發明的交流湧入電流測試器的電路方塊圖。由圖1可知，交流湧入電流測試器1設置於交流電源3及電源供應單元5之間，並與交流電源3及電源供應單元5形成電性連接。交流電源3包含呈弦波變化的交流電壓信號Vac(如圖3所示)。交流湧電流測試器1包含微處理單元10、偵測單元12、切換單元14、自耦變壓器16、開關元件18、控制單元20、放電單元22、電壓感測單元24及示波器26。

偵測單元12電連接於交流電源3及微處理單元10，偵測單元12用以將交流電源3呈弦波變化的交流電壓信號Vac調整成符合需求的待側電壓信號Vz(如圖3所示)，並傳遞至微處理單元10。

請參照圖2，其繪示依照本發明的偵測單元的電路圖。偵測單元12包含比較器120、隔離變壓器122、第一電阻器124及第二電阻器126。比較器120包含反向輸入端1200、非反向輸入端1202及輸出端1204，反向輸出端1200通過第一電阻器124電連接至地端，非反向輸入端1202電連接於第二電阻器126，輸出端1204電連接於微處理單元10。

隔離變壓器122包含初級繞組1220及次級繞組1222，初級繞組1220接收交流電壓信號Vac，次級繞組1222的其中一端電連接於第二電阻器126，另一端電連接於第一電阻器124及地端。

切換單元14電連接於交流電源3，由圖1可知，切換單元14為單刀雙切(Single Pole Double Throw)繼電器，其包含共同接點P0、第一接點P1、第二接點P2及切換端SEL。共同接點P0電連接於交流電源3。

自耦變壓器16包含複數繞組，由圖1可知，自耦變壓器16由下而上依序包含第一繞組W1、第二繞組W2及第三繞組W3。第一繞組W1的一端點電連接於交流電源3，另一端點電連接於第二繞組W2及切換單元14的第一接點P1。第三繞組W3的一端點電連接於第二繞組W2及開關元件18，另一端點電連接於切換單元14的第二接點P2。當第一接點P1與共同接點P0接觸時，交流電源3經第一繞組W1傳遞至電源供應單元5；當第二接點P2與共同接點P0接觸時，交流電源3經第一繞組W1、第二繞組W2及第三繞組W3傳遞至電源供應單元5；換言之，就由 切換單元14可改變傳遞至電源供應單元5的電力的電壓準位，在此定義經過自耦變壓器16轉換後的交流電壓信號Vac為交流轉換信號。

此外，當輸入電壓為VI，低輸出電壓為VL，高輸出電壓為VH，低輸出電壓與輸入電壓的比值為a，高輸出電壓與輸入電壓的比值為b，第一繞組W1的匝數為N1，第二繞組W2的匝數為N2，第三繞組W3的匝數為N3，其滿足下列條件：a=VL/VI；b=VH/VI；N1/N2=1/(b-1)；以及N1/N3=1/b(1-a)。

其中：a<1，b>1。

當交流湧入測試器1欲進行高電壓測試時，切換元件14的共同接點P0與第二接點P2接觸；當交流湧入測試器14欲進行低電壓測試時，切換元件14的共同接點P0與第一接點P1接觸。

開關元件18設置於自耦變壓器16及電源供應單元3之間，並與第二繞組W2、第三繞組W3、電源供應單元3及微處理單元10形成電性連接。開關元件18依據微處理單元10輸出的信號以開啟或閉合，其中當開關元件18開啟時，通過自耦變壓器16的電力無法傳遞至電源供應單元5，而當開關元件18閉合時，通過自耦變壓器16的電力可以傳遞至電源供應單元5。

控制單元20電連接於微處理單元10，並輸出信號以控制微處理單元10的操作狀態。

放電單元22電連接於交流電源3、開關元件18及控制單元20，放電單元22接收控制單元20輸出的控制信號以進行放電。

電壓感測單元24電連接於交流電源3、開關元件18及示波器26，並與放電單元22呈並聯連接。電壓感測單元24用以感測通過交流轉換信號的電壓準位，並將所測得的電壓準位傳遞至示波器26。

示波器26電連接於交流電源3、微處理單元10及電壓感測單元24，示波器26偵接收電壓感測單元24輸出的交流轉換信號的電壓準位，並偵測交流湧入電流測試器1的迴路電流，同時顯示前述迴路電流及電壓準位的波形。

復參與圖2，偵測單元12偵測交流電源3輸出的交流電壓信號Vac的電壓準位。當交流電壓信號Vac的電壓準位小於預定電壓準位時，比較器120的輸出端1200輸出的待側電壓信號Vz為低邏輯準位信號；而當交流電壓信號Vac的電壓準位大於或等於前述預定電壓準位值時，比較器120的輸出端1200輸出的待側電壓信號Vz為高邏輯準位信號；其中，預定電壓準位為比較器120反向輸入端1200的輸入電壓準位，由圖2可知，預定電壓準位為零。

因此，當交流電壓信號Vac的電壓準位大於等於零時(如圖3交流電壓信號Vac的正半週)，比較器120的輸出端1204輸出的待側電壓信號Vz為高邏輯準位信號，而當交流電壓信號Vac的電壓準位小於零時(如圖3交流電壓信號Vac的負半週)，比較器120的輸出端1204輸出的待測電壓信號Vz為低邏輯準位信號。藉由比較器120的輸出端1204輸出的待測電壓信號Vz的邏輯準位，就可以獲得交流電壓信號Vac的零交越點(Zero-Cross Point)，且比較器120的輸出端1204輸出的電壓信號會傳至微處理單元10；其中，在零交越點時，待測電壓信號Vz的電壓準位為零。

微處理單元10接收比較器120的輸出端1204輸出的待測電壓信號Vz，並於待測電壓信號Vz為高邏輯準位時(對應於交流信號Vac的正半週)，輸出脈波計數信號以偵測對應於交流信號Vac的正半週的週期；其中脈波計數信號的週期可以相同於微處理單元10時脈信號的週期。

在一般的弦波交流信號中，其峰值電壓大致落在正半週(或負半週)的週期的一半，即正半週(或負半週)的半週期處。其次，最大交流湧入電流通常發生在峰值電壓處，故為了有效地測得最大交流湧入電流，則微處理單元10必須在測得待測電壓信號Vz的高邏輯準位的半週期後，次一個高邏輯準位的半週期處使開關元件18閉合，對應待測電壓信號與微處理單元10輸出的觸發信號St的波形圖如圖4所示。

綜上所述，本發明的交流湧入電流測試器的測試方法說明如下。首先，進行放電。於放電完成後，透過切換元件14調整輸出至電源供應單元3的交流電壓信號的電壓準位；當交流湧入測試器1欲進行高電壓測試時，切換元件14的共同接點P0與第二接點P2接觸；當交流湧入測試器14欲進行低電壓測試時，切換元件14的共同接點P0與第一接點P1接觸。

之後，偵測單元12偵測交流電壓信號Vac的電壓準位，調整交流電壓信號Vac的電壓準位使成為待測電壓信號，待測電壓信號由高邏輯準位信號及低邏輯準位信號組合。接著，微處理單元10計算高邏輯準位信號的全週期，並於次一待側電壓信號的高邏輯準位信號的全週期的特定時點輸出交流電壓信號至電源供應單元，前述全週期的特定點可為高邏輯準位信號的半週期點。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施方式，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

1‧‧‧交流湧入電流測試器

10‧‧‧微處理單元

12‧‧‧偵測單元

14‧‧‧切換單元

16‧‧‧自耦變壓器

18‧‧‧開關元件

20‧‧‧控制單元

22‧‧‧放電單元

24‧‧‧電壓感測單元

26‧‧‧示波器

3‧‧‧交流電源

5‧‧‧電源供應單元

P0‧‧‧共同接點

P1‧‧‧第一接點

P2‧‧‧第二接點

SEL‧‧‧切換端

W1‧‧‧第一繞組

W2‧‧‧第二繞組

W3‧‧‧第三繞組

Claims (9)

1. 一種交流湧入電流測試器，設置於一交流電源及一電源供應單元之間，並與該交流電源及該電源供應單元形成電性連接，該交流湧入電流測試器包含：一微處理單元；一偵測單元，電連接於該交流電源及該微處理單元；一切換單元，包含一共同接點、一第一接點及一第二接點，該共同接點電連接於該交流電源；一自耦變壓器，包含一第一繞組、一第二繞組及一第三繞組，該第一繞組的一端點電連接於該交流電源，該第一繞組的另一端點電連接於該第二繞組及該第一接點，該第三繞組的一端電連接於該第二接點，另一端電連接於該第二繞組；及一開關元件，電連接於該電源供應單元、該微處理單元、該第二繞組及該第三繞組之間，其中，該偵測單元偵測該交流電源的一交流電壓信號的電壓準位，並輸出一具有電壓零交越點的待測電壓信號予該微處理單元，該微處理單元偵測該待測電壓信號的週期，並於次一待測電壓信號的週期的特定時點觸發該開關元件，使該交流電壓信號傳遞至該電源供應單元，且該特定時點為該待測電壓信號對應該交流電壓信號正半週的半週期點。
2. 如請求項第1項所述的交流湧入電流測試器，其中輸入電壓為VI，低輸出電壓為VL，高輸出電壓為VH，低輸出電壓與輸入電壓的比值為a，高輸出電壓與輸入電壓的比值為b，該第一繞組的匝數為N1，該第二繞組的匝數為N2，該第三繞組的匝數為N3，其滿足下列條件：a=VL/VI；b=VH/VI；N1/N2=1/(b-1)；以及N1/N3=1/b(1-a)。
3. 如請求項第1項所述的交流湧入電流測試器，其中該偵測單元包含： 一隔離變壓器，包含一初級繞組及一次級繞組，該初級繞組電連接於該交流電源；一比較器，包含一反向輸入端、一非反向輸入端及一輸出端，該輸出端電連接於該微處理單元；一第一電阻器，該反向輸入端通過該第一電阻器電連接於地端及該次級繞組；及一第二電阻器，電連接於該非反向輸入端及該次級繞組。
4. 如請求項第1項所述的交流湧入電流測試器，更包含一放電單元，電連接於該交流電源及該開關元件。
5. 如請求項第4項所述的交流湧入電流測試器，更包含：一電壓感測單元，電連接於該交流電源及該開關元件；及一示波器，電連接於該交流電源、該微處理單元及該電壓感測單元。
6. 如請求項第5項所述的交流湧入電流測試器，其中該電壓感測單元與該放電單元呈並聯連接。
7. 一種交流湧入電流測試方法，用以測試一電源供應單元的交流湧入電流，該交流湧入電流測試方法包含：(a)偵測一交流電壓信號的電壓準位；(b)調整該交流電壓信號的電壓準位使成為一待測電壓信號，該待測電壓信號由一高邏輯準位信號及一低邏輯準位信號組成；(c)計算該高邏輯準位信號的全週期；及(d)於次一待側電壓信號的一高邏輯準位信號的全週期的特定時點輸出該交流電壓信號至該電源供應單元，其中，該特定時點為該待測電壓信號對應該交流電壓信號正半週的半週期點。
8. 如請求項第7項所述的交流湧入電流測試方法，於步驟a之前，更包含如下步驟：(a0)放電；及(a1)調整輸出至該電源供應單元之該交流電壓信號的電壓準位。
9. 如請求項第7項所述的交流湧入電流測試方法，其中該待測電壓信號的全週期的特定時點為該高邏輯準位信號的半週期處。