TWI598922B - Capacitor trip device and its capacitance detection circuit - Google Patents

Description

電容跳脫裝置及其電容值偵測電路

本發明係與電容跳脫裝置有關；特別是指一種具有電容值偵測電路的電容跳脫裝置。

電容跳脫裝置(CTD)是一種非常普遍使用的產品，但往往讓人忽略它的重要性。更詳而言之，業界曾有因高壓斷路器(Circuit Breaker,CB)爆炸造成事故後，相關之品管人員在電子儀表上調閱故障記錄時，發現故障記錄上一片空白，經模擬還原後，發現上述事件之主因在於用以提供高壓斷路器作動所需電能的電容跳脫裝置並沒有於事故發生之當下正常作動，導致高壓斷路器沒能即時地隔離事故，進而造成二次事故之發生。

經研究後，發現電容跳脫裝置之所以沒有作動之主要原因，在於電容跳脫裝置用以提供高壓斷路器電能之電容組有衰減導致容量不足之情形，進而無法提供足夠的電量予高壓斷路器。

然而，目前的電容跳脫裝置都沒有對電容之電容項進行檢測的相關電路設計，因此，當電容跳脫裝置使用一段時間後，使用者並無從得知電容的電容量是否足夠。如此一來，由上述說明可知悉，當電容跳脫裝置的電容量不足時，在發生跳電或是電路故障之情形下，將造成難以估算的損失。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種能偵測及判斷電容組之電容值正常與否的電容跳脫裝置及其電容值偵測電路。

緣以達成上述目的，本發明所提供電容跳脫裝置，包括：一交直流轉換電路、一電容值偵測電路、一電容組以及一警告電路。該交直流轉換電路用以接收一交流電源並轉換為一直流電源後輸出。該電容值偵測電路，電性連接該交直流轉換電路，用以接收該直流電源。該電容組電性連接該電容值偵測電路。該警告電路電性連接該電容值偵測電路。當該電容值偵測電路未作動時，該電容組將透過該電容值偵測電路與該交直流轉換電路電性連接，以接收該直流電源進行儲能；另外，當該電容值偵測電路作動時，該電容值偵測電路將使該電容組與該交直流轉換電路之間開路，而使該電容組停止接收該直流電源，並使該電容組放電一固定時間，而後，偵測該電容組放電該固定時間後之儲能電壓是否低於一額定值，並當低於該額定值時，產生一錯誤訊號予該警告電路，且該警告電路接收該錯誤訊號後，產生一警示訊息。

緣以達成上述目的，本發明所提供電容值偵測電路包含有：一啟動開關、一觸發電路、一充電電路、一放電電路以及一電壓比較電路。該啟動開關用以於該電容值偵測電路作動時，發出一啟動訊號。該觸發電路電性連接該啟動開關以接收該啟動訊號，且該觸發電路在接收到該啟動訊號並經過該固定時間後，發出一觸發訊號。該充電電路，電性連接該啟動開關、該交直流轉換電路以及該電容組；該充電電路未接收到該啟動開關輸出之該啟動訊號時，該充電電路呈現導通狀態，使該電容組可透過該充電電路電性連接該 交直流轉換電路而可接收該直流電源進行儲能；該充電電路接收到該啟動訊號時，該充電電路呈現阻斷狀態，使該電容組與該交直流轉換電路之間呈現開路而停止接收該直流電源。該放電電路電性連接該啟動開關、該觸發電路以及該電容組，用以接收到該啟動訊號時，控制該電容組開始放電，並於接收到該觸發訊號後，控制該電容組停止放電。該電壓比較電路電性連接該電容組，用以偵測該電容組停止放電時之儲能電壓是否低於該額定值，並當低於該額定值時，產生該錯誤訊號。

本發明之效果在於電容跳脫裝置及其電容值偵測電路可對電容組之電容量進行檢測，並在電容量過低時，使用者能即時的進行汰換，以確保電容組有足夠的電能以進行放電。

100、200‧‧‧電容跳脫裝置

10‧‧‧交直流轉換電路

20‧‧‧電容值偵測電路

21‧‧‧啟動開關

22‧‧‧觸發電路

23‧‧‧充電電路

24‧‧‧放電電路

25‧‧‧電壓比較電路

251‧‧‧第一電壓轉換電路

252‧‧‧額定值產生電路

V21‧‧‧第1支腳

V24‧‧‧第3支腳

30‧‧‧電容組

40‧‧‧警告電路

50‧‧‧電壓偵測電路

51‧‧‧第二電壓轉換電路

60‧‧‧顯示電路

70‧‧‧第一繼電器

75‧‧‧第二繼電器

80‧‧‧處理器

90‧‧‧顯示器

101‧‧‧殼體

102‧‧‧乾接點

SW‧‧‧開關

Vc‧‧‧儲能電壓

Vdc‧‧‧直流電源

VS‧‧‧電源

ZD‧‧‧稽納二極體

C1~C4‧‧‧電容

D1、D2‧‧‧二極體

L1~L4‧‧‧發光二極體

R0~R34‧‧‧電阻

OP1~OP4‧‧‧第一比較器~第四比較器

Q1~Q15‧‧‧第一電晶體~第十五電晶體

圖1為本發明第一實施例之電容跳脫裝置方塊圖。

圖2為本發明上述第一實施例之電容值偵測電路、交直流轉換電路、電容組以及警告電路的方塊圖。

圖3為本發明上述第一實施例之啟動開關、觸發電路、充電電路、放電電路以及電容組的電路圖。

圖4為本發明上述第一實施例之電壓比較電路以及警告電路的電路圖。

圖5為本發明上述第一實施例之電壓偵測電路的電路圖。

圖6為本發明上述第一實施例之電容跳脫裝置的立體圖。

圖7為本發明第二實施例之電容跳脫裝置方塊圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖1至圖5所示，為本發明一第一實施例之電容跳脫裝置。

如圖1所示，該電容跳脫裝置100包括一交直流轉換電路10、一電容值偵測電路20、一電容組30、一警告電路40、一電壓偵測電路50、一顯示電路60以及一第一繼電器70與一第二繼電器75。

該交直流轉換電路10用以接收一交流電源並轉換為一直流電源Vdc(本實施例中之電壓為110伏特)後輸出。該電容值偵測電路20電性連接該交直流轉換電路10，用以接收該直流電源Vdc。該電容組30電性連接該電容值偵測電路20。該警告電路40電性連接該電容值偵測電路20。

其中，當該電容值偵測電路20未作動時，該電容組30將透過該電容值偵測電路20與該交直流轉換電路10電性連接，以接收該直流電源Vdc進行儲能。

另外，當該電容值偵測電路20作動時，該電容值偵測電路20將使該電容組30與該交直流轉換電路10之間開路，而使該電容組30停止接收該直流電源Vdc，並使該電容組30放電一固定時間，而後，該電容值偵測電路20便會偵測該電容組30放電該固定時間後之儲能電壓Vc是否低於一額定值，藉以推算出該電容組30之電容量是否不足。換言之，當該電容組30電容值過低時，該電容組30放電該固定時間後之儲能電壓Vc(圖2)將會有低於該額定值之現象產生，此時，該電容值偵測電路20便會產生一錯誤訊號予該警告電路40，且該警告電路40接收該錯誤訊號後，產生一警示訊息以告知使用者電容值不足。反之，若是 該電容值偵測電路20所測得之該電容組30放電後之儲能電壓Vc不低於該額定值時，則表示該電容組30電容值仍符合預設之標準，此時，該電容值偵測電路20便會產生一正常訊號予該警告電路40，且該警告電路40接收該正常訊號後，產生一正常訊息以告知使用者電容值仍符合標準。

該電壓偵測電路50電性連接該交直流轉換電路10，用以接收該直流電源Vdc並當該直流電源Vdc在一額定範圍內時輸出一電壓正常訊號，或是當該直流電源Vdc超出或低於該額定範圍內時，輸出一電壓異常訊號。

該顯示電路60電性連接該電壓偵測電路50，用以接收該電壓正常訊號或是該電壓異常訊號，並依據該電壓正常訊號以及該電壓異常訊號輸出一對應之顯示訊息告知使用者目前電壓狀態。

該第一繼電器70電性連接該電容值偵測電路20，用以接收該電容值偵測電路20產生之該錯誤訊號，並依據該錯誤訊號作動而產生有對應之電性變化(如接點由常閉狀態轉為常開狀態、或是常開狀態轉為常閉狀態)。

該第二繼電器75電性連接該顯示電路60，且在該顯示電路60接收該電壓異常訊號時作動而產生有對應之電性變化(如接點由常閉狀態轉為常開狀態、或是常開狀態轉為常閉狀態)。

該第一繼電器70及該第二繼電器75在本實施例中為電磁繼電器，但在其他實施例中也可為光繼電器、磁簧繼電器或其他不同種類之繼電器，在此而不已為限。

另外，為能更詳細說明本案之該電容值偵測電路20的相關電路組成，請參閱圖2所示，本實施例之該電容值偵測電路20主要包括一啟動開關21、一觸發電路22、一充電電路23、一放電電路24以及一電壓比較電路25。其 中：該啟動開關21用以於該電容值偵測電路20作動時，發出一啟動訊號。

該觸發電路22電性連接該啟動開關21以接收該啟動訊號，且該觸發電路22在接收到該啟動訊號並經過該固定時間後，發出一觸發訊號。

該充電電路23則電性連接該啟動開關21、該交直流轉換電路10以及該電容組30。另外，該充電電路23未接收到該啟動開關21輸出之該啟動訊號時，該充電電路23呈現導通狀態，使該電容組30可透過該充電電路23電性連接該交直流轉換電路10而可接收該直流電源進行儲能。反之，當該充電電路23接收到該啟動訊號時，該充電電路23則會呈現阻斷狀態，使該電容組30與該交直流轉換電路10之間呈現開路而停止接收該直流電源。

該放電電路24電性連接該啟動開關21、該觸發電路22以及該電容組30，用以在接收到該啟動訊號時，控制該電容組30開始放電，並於接收到該觸發訊號(即經過該固定時間)後，控制該電容組30停止放電。

該電壓比較電路25則電性連接該電容組30及該警告電路40，用以偵測該電容組30停止放電後之儲能電壓Vc是否低於該額定值，並當低於該額定值時產生該錯誤訊號予該警告電路40、或是當儲能電壓Vc不低於該額定值時，則會產生該正常訊號予該警告電路40。

另外，為能更明白地說明本案之電路設計，請參閱圖3，本實施例之該電容組30包含有並聯連接之電容C3、C4，且該電容組30之總電容值則設計為4400μF ，但在其他實施例中也可為其他容值，在此而不已為限。該啟動開關21、該觸發電路22、該充電電路23以及該放電電路24 之詳細電路說明如下：於本實施例中，該啟動開關21係使用雙刀單擲的開關，且其第3支腳及第4支腳接地。在未按下該啟動開關21時，該第1支腳V21與該第2支腳為空接。在按下該啟動開關21後，該啟動開關21的第1支腳V21及一第2支腳接地，而發出一啟動訊號，使該電容值偵測電路20開始作動。換言之，透過上述之電路設計，於本實施例之該啟動開關21所產生之該啟動訊號為低電壓準位訊號(即接地準位)。當然，在其他可行之實施上，該啟動訊號亦可為高電壓準位訊號、脈衝訊號或是其他可行之電訊號。

此外，該觸發電路22包括一觸發訊號產生器IC、多個電容C1及C2及多個電阻R0~R3。本實施例中之該觸發訊號產生器IC係使用LM555計時器，但不以此為限。上述元件之連接關係如下，該電容C1之一端電性連接該觸發訊號產生器IC第6、7支腳並透過電阻R1電性連接一電源VS(本實施例中為直流12伏特)，且其另一端接地。該電容C2與該電阻R0並聯，且一端電性連接該觸發訊號產生器IC之第2支腳並透過電阻R2電性連接該電源VS，而其另一端電性連接該啟動開關21之第2支腳。該電阻R3一端電性連接該電源VS，且其一另端電性連接該啟動開關21之第1支腳V21。

該充電電路23包括一第一電晶體Q1、一第二電晶體Q2、電阻R4及電阻R5。其中，本實施例中之該第一電晶體Q1為NPN電晶體且該第二電晶體Q2為P通道的MOSFET。而上述元件之連接關係如下所述：該第一電晶體Q1的射極接地、其基極電性連接該啟動開關21之第1支腳V21以及其集極透過電阻R5與第二電晶體Q2之閘極電性連接。該第二電晶體Q2之源極電性連接該交直流轉換電路 10以及汲極電性連接該電容組30。電阻R4之兩端分別電性連接該第二電晶體Q2之源極及閘極。此外，電容C3及C4並聯後，其一端電性連接該第二電晶體Q2之汲極，另一端則接地。

該放電電路24包括一第三電晶體Q3、一第四電晶體Q4、一第五電晶體Q5、一稽納二極體ZD以及多個電阻R6~R8。其中，本實施例中的該第三電晶體Q3及第四電晶體Q4為NPN電晶體，而該第五電晶體Q5為PNP電晶體。而上述元件之連接關係如下所述：該第三電晶體Q3之集極透過電阻R6電性連接電容組30、其射極經由R7接地以及其基極電性連接該稽納二極體ZD之正極。該稽納二極體ZD之負極接地。該第四電晶體Q4之集極電性連接該第三電晶體Q3之基極並透過電阻R8電性連接該電源VS、其基極電性連接該啟動開關21之第1支腳V21以及其射極接地。該第五電晶體Q5之射極電性連接該第三電晶體Q3之基極以及第4電晶體Q4之集極、其基極電性連接該觸發訊號產生器IC之第3支腳V24以及其集極接地。

如此一來，透過圖3之電路設計，當該啟動開關21未按下(即該電容值偵測電路20未作動)時，該啟動關關之第1支腳V21及第2支腳的電壓值為電源VS(即高電壓準位)的電壓值，因此第一電晶體Q1及第四電晶體Q4未接收到該啟動開關21輸出之該啟動訊號而呈現導通狀態。因第一電晶體Q1的導通，而控制該第二電晶體Q2呈現導通狀態，使該電容組30將透過該第二電晶體Q2與該交直流轉換電路10電性連接，以接收該直流電源Vdc進行儲能。因第四電晶體Q4的導通，而控制該第三電晶體Q3呈現截止狀態。在本實施例中，預設的該直流電源Vdc為110伏特，因此，該電容組30在儲能後所能達到之儲能電壓也為110 伏特。

反之，當該啟動開關21被按下(即該電容值偵測電路20作動)時，該啟動關關之第1支腳V21及第2支腳接地而產生低電壓準位之該啟動訊號，而使得該第一電晶體Q1及第四電晶體Q4呈現截止狀態，且第一電晶體Q1控制該第二電晶體Q2也呈現截止狀態，即該充電電路23呈現阻斷狀態，換言之，此時之該電容組30與該交直流轉換電路10之間將呈開路，而使該電容組30停止接收該直流電源Vdc。

此外，在啟動關關21之第2支腳接地的瞬間，該第五電晶體Q5呈現截止狀態，且因該第四電晶體Q4及該第五電晶體Q5都呈現截止狀態，而使控制該第三電晶體Q3導通，進而控制該電容組30透過該第三電晶體Q3開始對該電阻R6及該電阻R7放電，且該觸發訊號產生器IC的第2支腳即接收低電壓準位的該啟動訊號，使得該觸發訊號產生器IC的第3支腳V24輸出一高電壓準位，且該電源VS透過電阻R1對電容C1充電，而該觸發訊號產生器IC偵測該電容C1之儲能電壓是否到達一預設之閥值，並當該電容C1之儲能電壓到達該閥值時，該觸發訊號產生器IC的第3支腳V24則輸出低電壓準位之觸發訊號，藉以控制該第三電晶體Q3截止，使該電容組30停止放電。

如此一來，便可透過該閥值的設定，達到控制該電容組30開始放電至停止放電的時間(其前述之該固定時間)。更詳而言之，於本實施例中，該電源VS為12伏特、電阻R1為10K歐姆以及電容C1為44μF ，而該觸發訊號產生器IC所使用LM555計時器之閥值為4伏特。因此，透過電容的充放電的計算公式可知，當電容C1之電壓由零伏特提升至4伏特時需花費0.48秒，亦即，該0.48秒即為所設 計之該固定時間。當然，實際實施上，該電阻R1以及電容C1之數值亦可依其設計需求變動，而不以上述數值為限。

另外，在本實施例中，該電容組30的放電電流為0.1安培，因此考慮該電容組30之電容值本身最大可容許20%的誤差，且在最差的情況下另外再加5%的餘裕，而該電容組30之原始電容值為4400μF ，可推知該電容組30之該電容值最低允許3300μF ，因此，放電該固定時間(0.48秒)後的儲能電壓Vc最低應為95.35伏特，但此為僅考慮輸出電容誤差的結果，若進一步考慮觸發訊號產生器IC與交直流轉換電路10所輸出電壓的誤差，並使用模擬軟體進行蒙地卡羅分析會得出最差情況下，該電容組30停止放電時，其可容許之最低儲能電壓Vc約為90伏特。

在說明控制該電容組30充放電之電路結構後，以下則繼續說明上述放電後之電壓比較與提示之相關電路結構，請續參閱圖4，本實施例之該電壓比較電路25之詳細電路包括一第一電壓轉換電路251、一額定值產生電路252、一第一比較器OP1、一第六電晶體Q6一第八電晶體Q8、一第九電晶體Q9、二個二極體D1、D2、一第二比較器OP2以及多個電阻R14、R15、R18。該警告電路40則包括一第七電晶體Q7、一第十電晶體Q10、一第一警示器、一第二警示器以及四個電阻R16、R17、R19及R20。其中，本實施例中的該第六電晶體Q6、該第八電晶體Q8及該第九電晶體Q9為NPN電晶體。該第七電晶體Q7以及該第十電晶體Q10為N通道的MOSFET，而該第一警示器以及該第二警示器分別為發光二極體L1、L2。上述元件之詳細電路與連接關係如下所述：該第一電壓轉換電路251包括電阻R9及電阻R10。該電阻R9之一端電性連接該電容組30，另一端電性 連接該電阻R10之一端及該第一比較器OP1之負端。該電阻R10之另一端接地。

該額定值產生電路252包括三個電阻R11~R13及一開關SW。該電阻R11之一端電性連接該電源VS，而另一端則連接至該電阻R12之其中一端、該電阻R13之其中一端、該二極體D1之負極、該第六電晶體Q6之集極以及該第一比較器OP1之正端。該電阻R12之另一端接地。該電阻R13之另一端電性連接該開關SW之第2支腳，且該開關SW之第1支腳為空接，其第3支腳接地。

該二極體D1之正極電性連接該第一比較器OP1之輸出端。該第六電晶體Q6之基極電性連接該啟動開關21之第1支腳V21以及其射極接地。該第一比較器OP1之輸出端電性連接該第二比較器OP2之負端。該電阻R14之一端電性連接該電源VS，另一端電性連接該第二比較器OP2之正端、該二極體D2之負極、該第八電晶體Q8之集極、該第九電晶體Q9之集極及該電阻R15之一端。該電阻R15之另一端接地。該第二比較器OP2之輸出端電性連接該二極體D2之正極、該電阻R16之一端以及該第七電晶體Q7之閘極。該第八電晶體Q8之基極電性連接該啟動電路之第1支腳V21，以及射極接地。該第九電晶體Q9之基極透過電阻R18電性連接於該觸發訊號產生器之第3支腳V24。

該警告電路40之該第十電晶體Q10之閘極電性連接該第一比較器OP1之輸出端並透過電阻R19與電源VS電性連接、汲極電性連接該發光二極體L2之負極以及源極接地。該發光二極體L2之正極透過電阻R20與電源VS電性連接。該電阻R17之一端電性連接該電源VS及該電阻R16之另一端，另一端電性連接該發光二極體L1之正極。該發光二極體L1之負極電性連接該第七電晶體Q7之汲 極。該第七電晶體Q7之源極接地。

該第一繼電器70之第4支腳透過一電阻R32與電源VS電性連接，第5支腳電性連接一第十五電晶體Q15之汲極，且該第十五電晶體Q15之閘極電性連接該第一比較器OP1之輸出端，而其源極則接地。

如此一來，透過圖4之電路設計並配合前述圖3之電路結構，當該啟動開關21未按下(即該電容值偵測電路20未作動)時，該啟動關關21之第1支腳V21及第2支腳的電壓值為電源VS(即高電壓準位)的電壓值，因此第六電晶體Q6及第八電晶體Q8未接收到該啟動開關21輸出之該啟動訊號而呈現導通狀態，進而分別控制該第一比較器OP1及第二比較器OP2不作動。同時，該第一繼電器70之第3支腳與第1支腳電性連接。

反之，在該啟動開關21發出該啟動訊號、以及該觸發電路22發出該觸發訊號後，該電壓比較電路25之該第六電晶體Q6、該第八電晶體Q8及第九電晶體Q9呈現截止狀態，而分別使該第一比較器OP1及第二比較器OP2作動，且該電容組30將停止放電，而該第一電壓轉換電路251則接收該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc，並根據該儲能電壓Vc輸出一第一電壓轉換訊號與該第一比較器OP1。

更詳而言之，該第一電壓轉換電路251藉由該電阻R9及該電阻R10的分壓，使該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc降低至該第一比較器OP1能接受的電壓值，並以該電阻R10的分壓作為該第一電壓轉換訊號輸出予該第一比較器OP1。此外，該額定值產生電路252藉由電阻R11及電阻R12進行分壓，並透過電阻R12的分壓而輸出對應該額定值之電壓予該第一比較器OP1，由前述說明可知 悉，該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc可容許之最低電壓約為90伏特。如此一來，在本實施例中便設計該電阻R9為200K歐姆、該電阻R10為11.8K歐姆、該電阻R11為10K歐姆、該電阻R12為7.15K歐姆，而使得該電阻R12之壓降約為5伏特，進而可推得該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc可容許之最低電壓為89.74伏特。

換言之，當該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc大於89.74伏特時，該第一電壓轉換訊號(即該電阻R10上的分壓)便會大於5伏特，而使得該第一比較器OP1則輸出低電壓準位，反之，當該電容組30停止放電時之儲能電壓Vc小於89.74伏特時，該第一電壓轉換訊號(即該電阻R10上的分壓)便會小於5伏特，而使得該第一比較器OP1輸出高電壓準位(即錯誤訊號)。

如此一來，該警告電路40之該第十電晶體Q10在接收該低電壓準位時呈現截止狀態，而使得該發光二極體L2無法接收到電能而呈現熄滅之狀態，反之，該第十電晶體Q10在接收該高電壓準位時呈現導通狀態，而使得該發光二極體L2接收到電能而發光，進而透過發光之方式產生警示訊息告知使用者電容值異常。此外，該第一比較器OP1輸出高電壓準位之錯誤訊號時，將同時導通該第十五電晶體Q15，而該第一繼電器70於該第十五電晶體Q15呈現導通狀態時，其第3支腳將與第2支腳電性連接。

必須說明的是，圖4之電路設計中，該第二比較器OP2是為了判斷該第一比較器OP1是否輸出該錯誤訊號，因此，透過圖4之電路設計，在該第一比較器OP1未輸出該錯誤訊號時(即輸出低電壓準位)，該第二比較器OP2將輸出一高電壓準位(即正確訊號)，且該第七電晶體Q7接收高電壓準位時將呈現導通狀態，而使得該發光二極體L1 接收到電能而發光，進而透過發光之方式產生該正常訊息告知使用者電容值符合標準。反之，該第一比較器OP1輸出該錯誤訊號(即高電壓準位)時，該第二比較器OP2則輸出一低電壓準位。是以，該第七電晶體Q7在接收該低電壓準位時呈現截止狀態，而使得該發光二極體L1無法接收到電能而呈現熄滅之狀態。因此，使用者便可藉由發光二極體L1及L2的點亮與否，就可知道該電容組30之電容值是否合乎要求。

另外，值得一提的是，該額定值產生電路252更可再藉由開關SW導通與否之設計，使該電阻R12及該電阻R13可依需求進行並聯，藉以改變分壓的大小而調整該額定值的大小，進而使該電容跳脫裝置可符合不同國家之法規需求而提升其泛用性。

此外，除上述電容值偵測外，以下茲就電壓偵測進行相關說明，請參閱圖5，本實施例之該電壓偵測電路50之詳細電路包括一第二電壓轉換電路51、第三比較器OP3、第四比較器OP4及複數個電阻R21~R34。而該顯示電路60包括一第十一電晶體Q11、一第十二電晶體Q12、一第十三電晶體Q13、一第十四電晶體Q14、一第三警示器以及一第四警示器。該第十一電晶體Q11及該第十二電晶體Q12為N通道的MOSFET。該第十三電晶體Q13及該第十四電晶體Q14為PNP電晶體。該第三警示器及第四警示器分別為發光二極體L3及L4。上述元件之詳細電路設計與連接關係如下所述：該電壓偵測電路50之該第二電壓轉換電路51包括兩個電阻R29及電阻R30。該電阻29之一端電性連接該交直流轉換電路10用以接收該直流電源Vdc，其另一端電性連接電阻R30，並分別透過電阻R24及電阻R25與第三 比較器OP3之負端及第四比較器OP4之正端電性連接。該電阻R30之另一端接地。

第三比較器OP3之正端透過電阻R23與第三比較器OP3之輸出端電性連接、透過電阻R21與電源VS電性連接以及透過電阻R22接地。該第三比較器OP3之輸出端透過電阻R33與電源VS電性連接。第四比較器OP4之正端透過電阻R28與第四比較器OP4之輸出端電性連接。第四比較器OP4之負端透過電阻R27與電源VS電性連接以及透過電阻R26接地。該第四比較器OP4之輸出端透過電阻R34與電源VS電性連接。

該顯示電路60之發光二極體L3及L4之正極電性連接電源VS。該第十一電晶體Q11之汲極電性連接該發光二極體L3之負極、源極電性連接該第十二電晶體Q12之汲極、以及閘極電性連接該第三比較器OP3之輸出端。該第十二電晶體Q12之源極接地以及閘極電性連接該第四比較器OP4之輸出端。該第十三電晶體Q13之射極電性連接該發光二極體L4之負端、集極接地以及基極電性連接該第三比較器OP3之輸出端。該第十四電晶體Q14之射極電性連接該發光二極體L4之負端、集極接地以及基極電性連接該第四比較器OP4之輸出端。

該第二繼電器75之第4支腳透過電阻R31與電源VS電性連接，第5支腳電性連接該第十四電晶體Q14之射極。

如此一來，透過該圖5之電路設計，該電壓偵測電路50之該第二電壓轉換電路51接收該直流電源Vdc後，便可透過該電阻R29及電阻R30進行分壓，並以該電阻R30上的分壓做為一第二電壓轉換訊號輸入至第三比較器OP3及第四比較器OP4，藉以判斷該第二電壓轉換訊號是 否介於一上限電壓值及一下限電壓值之間，進而判斷該直流電源Vdc是否於在一額定範圍內，並於直流電源Vdc於該額定範圍時輸出一電壓正常訊號、或是當該直流電源Vdc超出或低於該額定範圍內時，輸出一電壓異常訊號。而該顯示電路60則會依據接收到該電壓正常訊號或是該電壓異常訊號時，輸出一對應之顯示訊息。

為達上述目的，在本實施例中，直流電源Vdc的判斷點設為110±10%伏特，因此，各電阻的設計為：電阻R21為11.8K歐姆、電阻R22為10K歐姆、電阻R26為10K歐姆、電阻R27為16.5K歐姆、電阻R29為210K歐姆以及電阻R30為10K歐姆。如此一來，藉由電阻R21及電阻R22的分壓，該第三比較器OP3之正端所接收的電壓值為5.47伏特，並將5.47伏特定義為上限電壓值，而該上限電壓值經計算後可對應至直流電源Vdc的電壓值為120.34伏特。此外，藉由電阻R26及電阻R27的分壓，該第四比較器OP4之負端所接收的電壓值為4.54伏特，並將4.54伏特定義為下限電壓值，而該下限電壓值所對應直流電源Vdc的電壓值為99.66伏特。

是以，若直流電源Vdc的電壓值介在99.66伏特至120.34伏特之間時，即表示第二電壓轉換訊號(即該電阻R30上的分壓)也介於上限電壓值(5.47伏特)以及下限電壓值(4.54伏特)之間，此時，該第三比較器OP3及第四比較器OP4分別輸出高電壓準位之第一控制訊號及第二控制訊號，使第十一電晶體Q11與第十二電晶體Q12呈現導通狀態，以及第十三電晶體Q13與第十四電晶體Q14呈現截止狀態，進而使得發光二極體L3作動而以發出亮光之方式產生表示電壓正常的顯示訊息，並使發光二極體L4不作動。換言之，為使該發光二極體L3作動，本實施例中，該電壓 偵測電路50所輸出該電壓正常訊號必須同時包括該第一控制訊號及該第二控制訊號。

反之，若直流電源Vdc的電壓值大於120.34伏特或小於99.66伏特，該第二電壓轉換訊號(即該電阻R30上的分壓)將超出該上限電壓值(5.47伏特)或是低於該下限電壓值(4.54伏特)，而使得該第三比較器OP3或第四比較器OP4輸出低準位訊號，則第十一電晶體Q11或第十二電晶體Q12呈現截止狀態，以及第十三電晶體Q13或第十四電晶體Q14呈現導通狀態，因此，將造成該發光二極體L3不作動而熄滅，並使該發光二極體L4作動而以發出亮光之方式產生表示電壓異常的顯示訊息。換言之，為使該發光二極體L4作動，本實施例中，該電壓偵測電路50所輸出該電壓異常訊號僅包含該第一控制訊號及該第二控制訊號其中之一者而已。此外，當該電壓偵測電路50所輸出該電壓異常訊號而致使該第十三電晶體Q13或該第十四電晶體Q14導通時，該第二繼電器75將因該第十三電晶體Q13或該第十四電晶體Q14導通而作動，而使得該第二繼電器75的第3支腳與第2支腳電性連接。

值得一提的是，請參閱圖6所示，在實際設計中，該電容跳脫裝置100更可包括一殼體101，該觸發電路22、該充電電路23、該放電電路24、該電壓比較電路25以及該繼電器70設置於該殼體101之容置空間內，該開關SW、該啟動開關21以及該發光二極體L1~L4則設置於該殼體101上並向外露出，以方便使用者操作與檢視。此外，該殼體101上設有多個乾接點102連接該第一繼電器70與該第二繼電器75之第1支腳、第2支腳與第3支腳，並可供額外的監控裝置連接，而可使額外的監控裝置可透過該乾接點102知悉當該電容值偵測電路20測到電容值異常產生之 電路變化(即該第一繼電器70作動)、或是該電壓偵測電路50測到電壓異常時產生之電路變化(即該第二繼電器75作動)，進而達到多重監控及防護之目的。

此外，上述中的第一警示器至第四警示器除了為發光二極體之外，在其他實施例中，也可為蜂嗚器，而該警示訊息則為聲響，以表示電容組30之電容值是否足夠以及直流電源Vdc之電壓是否在該額定範圍內。

另外，除上述實施例所揭露之結構外，請參閱圖7，第二實施例的電容跳脫裝置200更可在圖1之基礎下更增加有一處理器80及一顯示器90。該處理器80電性連接該電容組30以及該電容偵測電路20，用以當該電容偵測電路20作動時，偵測該電容組30放電該固定時間後之儲能電壓，並依此計算該電容組30之電容值及使用壽命，並以一顯示訊號輸出。該顯示器90為液晶顯示器，電性連接該處理器80，用以接收該顯示訊號，並依據該顯示訊號顯示該電容組30之電容值或使用壽命(如以百分比之方式顯示使用壽命)。

綜上所述，本發明的電容跳脫裝置可對電容組之電容量進行檢測，並在電容量過低時，使用者能即時的進行汰換，以確保電容組有足夠的電能以進行放電，且於電容跳脫裝置運作時，亦可同時監測電壓是否正常，進而達到多重防護之目的。

此外，必須說明的是，以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧電容跳脫裝置

10‧‧‧交直流轉換電路

20‧‧‧電容值偵測電路

30‧‧‧電容組

40‧‧‧警告電路

50‧‧‧電壓偵測電路

60‧‧‧顯示電路

70‧‧‧第一繼電器

75‧‧‧第二繼電器

Vdc‧‧‧直流電源

Claims (25)

1. 一種電容跳脫裝置，包括：一交直流轉換電路，用以接收一交流電源並轉換為一直流電源後輸出；一電容值偵測電路，電性連接該交直流轉換電路，用以接收該直流電源；一電容組，電性連接該電容值偵測電路；以及一警告電路，電性連接該電容值偵測電路；其中，當該電容值偵測電路未作動時，該電容組將透過該電容值偵測電路與該交直流轉換電路電性連接，以接收該直流電源進行儲能；另外，當該電容值偵測電路作動時，該電容值偵測電路將使該電容組與該交直流轉換電路之間開路，而使該電容組停止接收該直流電源，並使該電容組放電一固定時間，而後，偵測該電容組放電該固定時間後之儲能電壓是否低於一額定值，並當低於該額定值時，產生一錯誤訊號予該警告電路，且該警告電路接收該錯誤訊號後，產生一警示訊息。
2. 如請求項1所述之電容跳脫裝置，其中該電容值偵測電路包含有：一啟動開關，用以於該電容值偵測電路作動時，發出一啟動訊號；一觸發電路，電性連接該啟動開關以接收該啟動訊號，且該觸發電路在接收到該啟動訊號並經過該固定時間後，發出一觸發訊號； 一充電電路，電性連接該啟動開關、該交直流轉換電路以及該電容組；該充電電路未接收到該啟動開關輸出之該啟動訊號時，該充電電路呈現導通狀態，使該電容組可透過該充電電路電性連接該交直流轉換電路而可接收該直流電源進行儲能；該充電電路接收到該啟動訊號時，該充電電路呈現阻斷狀態，使該電容組與該交直流轉換電路之間呈現開路而停止接收該直流電源；一放電電路，電性連接該啟動開關、該觸發電路以及該電容組，用以接收到該啟動訊號時，控制該電容組開始放電，並於接收到該觸發訊號後，控制該電容組停止放電；以及一電壓比較電路，電性連接該電容組及該警告電路，用以偵測該電容組停止放電後之儲能電壓是否低於該額定值，並當低於該額定值時，產生該錯誤訊號予該警告電路。
3. 如請求項2所述之電容跳脫裝置，其中該觸發電路更包括：一電容，電性連接一電源，且該電源對該電容進行充電經過該固定時間後，該電容之儲能電壓將到達一閥值；以及一觸發訊號產生器，電性連接該啟動開關以及該電容，用以接收該啟動訊號以及偵測該電容之儲能電壓是否到達該閥值，並於該電容之儲能電壓到達該閥值，該觸發訊號產生器發出該觸發訊號。
4. 如請求項2所述之電容跳脫裝置，其中該充電電路包括：一第一電晶體，電性連接該啟動開關；以及一第二電晶體，電性連接該第一電晶體、該交直流轉換電路以及該電容組；其中該第一電晶體未接收該啟動訊號時，控制該第二電晶體呈現導通狀態，使該電容組將透過該第二電晶體與該交直流轉換電路電性連接，以接收該直流電源進行儲能；另外，該第一電晶體接收該啟動訊號時，控制該第二電晶體呈現截止狀態，使該電容組與該交直流轉換電路之間開路，而使該電容組停止接收該直流電源。
5. 如請求項2所述之電容跳脫裝置，其中該放電電路包括：一第三電晶體，電性連接該電容組；一第四電晶體，電性連接該第三電晶體及該啟動開關；一第五電晶體，電性連接該第三電晶體以及該觸發電路；其中當該第四電晶體接收該啟動訊號以及該第五電晶體未接收該觸發訊號時，控制該第三電晶體導通，使該電容組透過該第三電晶體開始放電，並於該第五電晶體接收該觸發訊號時，控制該第三電晶體截止，使該電容組停止放電。
6. 如請求項2所述之電容跳脫裝置，其中該電壓比較電路包括： 一第一電壓轉換電路，電性連接該電容組，用以接收該電容組停止放電時之儲能電壓，並根據該儲能電壓輸出一第一電壓轉換訊號；一額定值產生電路，用以輸出對應該額定值之電壓；以及一第一比較器，電性連接該第一電壓轉換電路以及該額定值產生電路，用以偵測該第一電壓轉換訊號是否低於該額定值產生電路輸出之電壓，並當低於時，產生該錯誤訊號予該警告電路。
7. 如請求項6所述之電容跳脫裝置，其中該電壓比較電路更包括：一第六電晶體電性連接該啟動開關及該第一比較器，其中該第六電晶體接收到該啟動訊號時控制該第一比較器作動。
8. 如請求項6所述之電容跳脫裝置，其中該電壓比較電路更包括一第二比較器電性連接該第一比較器，且在未接收該第一比較器所產生之該錯誤訊號時，發出一正確訊號；該警告電路更包括一第七電晶體，電性連接該第二比較器；以及一第一警示器，電性連接該第七電晶體，其中該第七電晶體接收到該正確訊號時控制該第一警示器作動以產生一正常訊息。
9. 如請求項8所述之電容跳脫裝置，其中該電壓比較電路更包括：一第八電晶體，電性連接該第二比較器及該啟動開關；以及 一第九電晶體，電性連接該第二比較器及該觸發電路；其中，該第八電晶體接收到該啟動訊號，以及同時該第九電晶體接收到該觸發訊號時，該第八電晶體及該第九電晶體控制該第二比較器作動。
10. 如請求項1所述之電容跳脫裝置，其中該警告電路，包括：一第十電晶體，電性連接該電容值偵測電路；以及一第二警示器，電性連接該第十電晶體；其中，該第十電晶體接收該錯誤訊號時控制該第二警示器作動以發出該警示訊息。
11. 如請求項10所述之電容跳脫裝置，其中該第二警示器為顯示燈號或蜂嗚器，且該第二警示器為顯示燈號時，該警示訊息為亮光，以及該第二警示器為蜂嗚器時，該警示訊息為聲響。
12. 如請求項10所述之電容跳脫裝置，更包括一殼體，該交直流轉換電路、電容組及該電容值偵測電路設置於該殼體之容置空間內；該第二警示器設置於該殼體上並向外露出。
13. 如請求項1所述之電容跳脫裝置，更包括：一電壓偵測電路，電性連接該交直流轉換電路，用以接收該直流電源並判斷該直流電源是否於一額定範圍內，並於該額定範圍內時輸出一電壓正常訊號，且於超出或低於該額定範圍時輸出一電壓異常訊號；以及一顯示電路，電性連接該電壓偵測電路，用以接收該電壓正常訊號或電壓異常訊號，並依據所接收之該電壓正 常訊號或該電壓異常訊號，輸出一對應電壓正常或電壓異常顯示訊息。
14. 如請求項13所述之電容跳脫裝置，其中該電壓偵測電路包括：一第二電壓轉換電路，電性連接該交直流轉換電路，用以接收該直流電源，並根據該直流電源輸出一第二電壓轉換訊號；一第三比較器，接收一上限電壓值，並電性連接該電壓轉換電路，用以在該第二電壓轉換訊號低於該上限電壓值時，輸出一第一控制訊號；以及一第四比較器，接收一下限電壓值，並電性連接該電壓轉換電路，用以在該第二電壓轉換訊號高於該下限電壓值時，輸出一第二控制訊號；其中該電壓正常訊號同時包含有該第一控制訊號及該第二控制訊號，而該電壓異常訊號則僅具有該第一控制訊號及該第二控制訊號其中之一者。
15. 如請求項14所述之電容跳脫裝置，其中該顯示電路包括：一第三警示器；一第十一電晶體，電性連接該第三警示器及該第三比較器；以及一第十二電晶體電性連接該第十一電晶體以及該第四比較器；其中該第十一電晶體接收該第一控制訊號、以及該十一電晶體接收該第二控制訊號時，該第十一電晶體以及該 第十二電晶體同時控制該第三警示器作動，而產生對應電壓正常之該顯示訊息。
16. 如請求項14所述之電容跳脫裝置，其中該顯示電路包括：一第四警示器；一第十三電晶體，電性連接該第四警示器及該第三比較器；以及一第十四電晶體電性連接該第四警示器以及該第四比較器；其中該第十三電晶體未接收該第一控制訊號時，控制該第四警示器作動、或該十四電晶體未接收該第二控制訊號時，控制該第四警示器作動，而產生對應電壓異常之該顯示訊息。
17. 如請求項1所述之電容跳脫裝置，更包括：一處理器，電性連接該電容組以及該電容值偵測電路，用以於該電容值偵測電路作動時，偵測該電容組放電該固定時間後之儲能電壓，並依此計算該電容組之電容值或使用壽命；以及一顯示器，電性連接該處理器，用以顯示該電容組之電容值或使用壽命。
18. 一種電容跳脫裝置之電容值偵測電路，其中該電容跳脫裝置包括一電容組以及一交直流轉換電路，該交直流轉換電路用以接收一交流電源並轉換為一直流電源後輸出，該電容值偵測電路包含有： 一啟動開關，用以於該電容值偵測電路作動時，發出一啟動訊號；一觸發電路，電性連接該啟動開關以接收該啟動訊號，且該觸發電路在接收到該啟動訊號並經過一固定時間後，發出一觸發訊號；一充電電路，電性連接該啟動開關、該交直流轉換電路以及該電容組；該充電電路未接收到該啟動開關輸出之該啟動訊號時，該充電電路呈現導通狀態，使該電容組可透過該充電電路電性連接該交直流轉換電路而可接收該直流電源進行儲能；該充電電路接收到該啟動訊號時，該充電電路呈現阻斷狀態，使該電容組與該交直流轉換電路之間呈現開路而停止接收該直流電源；一放電電路，電性連接該啟動開關、該觸發電路以及該電容組，用以接收到該啟動訊號時，控制該電容組開始放電，並於接收到該觸發訊號後，控制該電容組停止放電；以及一電壓比較電路，電性連接該電容組，用以偵測該電容組停止放電時之儲能電壓是否低於一額定值，並當低於該額定值時，產生一錯誤訊號。
19. 如請求項18所述之電容值偵測電路，其中該觸發電路更包括：一電容，電性連接一電源，且該電源對該電容進行充電經過該固定時間後，該電容之儲能電壓將到達一閥值；以及 一觸發訊號產生器，電性連接該啟動開關以及該電容，用以接收該啟動訊號以及偵測該電容之儲能電壓是否到達該閥值，並當該電容之儲能電壓到達該閥值時，發出該觸發訊號。
20. 如請求項18所述之電容值偵測電路，其中該充電電路包括：一第一電晶體，電性連接該啟動開關；以及一第二電晶體，電性連接該第一電晶體、該交直流轉換電路以及該電容組；其中該第一電晶體未接收該啟動訊號時，控制該第二電晶體呈現導通狀態，使該電容組將透過該第二電晶體與該交直流轉換電路電性連接，以接收該直流電源進行儲能；另外，該第一電晶體接收該啟動訊號時，控制該第二電晶體呈現截止狀態，使該電容組與該交直流轉換電路之間開路，而使該電容組停止接收該直流電源。
21. 如請求項18所述之電容值偵測電路，其中該放電電路包括：一第三電晶體，電性連接該電容組；一第四電晶體，電性連接該第三電晶體及該啟動開關；一第五電晶體，電性連接該第三電晶體以及該觸發電路；其中當該第四電晶體接收該啟動訊號以及該第五電晶體未接收該觸發訊號時，控制該第三電晶體導通，使該電容組透過該第三電晶體開始放電，並於該第五電晶體接收 該觸發訊號時，控制該第三電晶體截止，使該電容組停止放電。
22. 如請求項18所述之電容值偵測電路，其中該電壓比較電路包括：一第一電壓轉換電路，電性連接該電容組，用以接收該電容組停止放電時之儲能電壓，並根據該儲能電壓輸出一第一電壓轉換訊號；一額定值產生電路，用以輸出對應該額定值之電壓；以及一第一比較器，電性連接該第一電壓轉換電路以及該額定值產生電路，用以偵測該第一電壓轉換訊號是否低於該額定值產生電路輸出之電壓，並當低於時，產生該錯誤訊號。
23. 如請求項22所述之電容值偵測電路，其中該電壓比較電路更包括：一第六電晶體電性連接該啟動開關及該第一比較器，其中該第六電晶體接收到該啟動訊號時控制該第一比較器作動。
24. 如請求項22所述之電容值偵測電路，其中該電壓比較電路更包括一第二比較器電性連接該第一比較器，且在未接收該第一比較器所產生之該錯誤訊號時，發出一正確訊號；一第七電晶體，電性連接該第二比較器；以及一第一警示器，電性連接該第七電晶體，其中該第七電晶體接收到該正確訊號時控制該第一警示器作動以產生一正常訊息。
25. 如請求項24所述之電容值偵測電路，其中該電壓比較電路更包括：一第八電晶體，電性連接該第二比較器及該啟動開關；以及一第九電晶體，電性連接該第二比較器及該觸發電路；其中，該第八電晶體接收到該啟動訊號，以及同時該第九電晶體接收到該觸發訊號時，該第八電晶體及該第九電晶體控制該第二比較器作動。