TWI646747B - Power output control module applied to the power distributor - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種應用在電源分配器的電源輸出控制模組，該電源輸出控制模組設在一電源分配器內，該電源分配器連接一交流電源及一個以上的用電設備，該電源輸出控制模組控制該交流電源輸出到該用電設備；該電源輸出控制模組持續偵測該交流電源是否正常輸入，當該交流電源異常斷電時，控制一自鎖繼電器切換成斷路，使該交流電源與該用電設備之間形成斷路，避免該交流電源在恢復正常輸入的瞬間所產生的湧浪電流或突波電流灌輸到該用電設備而造成損壞，藉此達到兼具提升使用安全性及用電設備可靠性的目的。

Description

應用在電源分配器的電源輸出控制模組
本發明關於一種電源分配器，尤指一種應用在電源分配器的電源輸出控制模組。
現有技術中有一種電源分配器用以連接一交流電源以及一個以上的用電設備，該交流電源提供用電設備所需的電力，該電源分配器將接收到的電力分配給所連接的用電設備，讓用電設備運作。為了能控制交流電源供給用電設備，該電源分配器內設有一個以上的繼電器(Relay)，該繼電器連接在該交流電源及該用電設備之間，以隨著該繼電器的導通/斷開狀態決定傳輸或中斷提供給該用電設備的電力。
早期的電源分配器內的繼電器，需要電力來維持繼電器內的線圈激磁，以讓繼電器內的開關因磁力吸引而導通，因此較為耗電，而且，當交流電源斷電時，且該電源分配器內的電源也用罄時，該繼電器因為沒有電力提供而無法使繼電器內的開關維持導通，使得開關斷開，交流電源與用電設備之間形成斷路。由於早期繼電器在使用上非常耗電，因此，又發展出另一種自鎖繼電器(Latch Relay)，該自鎖繼電器即便交流電源停止供電且電源分配器內的電源也用罄時，該自鎖繼電器依然會維持在導通狀態，而不會因為缺乏電力而導致自鎖繼電器內的開關斷開，因此，在使用上非常節省電力。
然而，該自鎖繼電器在斷電狀態下仍維持導通狀態的特性，會使得該自鎖繼電器在交流電源恢復供電的瞬間，產生巨大的湧浪電流或者突波 電流，而這些湧浪電流或者突波電流經由導通狀態的自鎖繼電器直接灌輸到用電設備，導致用電設備發生故障或受損，嚴重的情況甚至會釀成危害，因此，現有技術的電源分配器存在有待改善的空間。
鑑於現有技術所存在的問題，本發明提供一種應用在電源分配器的電源輸出控制模組，透過該電源輸出控制模組持續偵測交流電源是否正常輸入，並且當該交流電源異常斷電時，控制自鎖繼電器斷開，而避免交流電源恢復供電瞬間所產生的湧浪電流或突波電流灌輸到該用電設備而造成損壞，藉此達到兼具提升使用安全性及用電設備可靠性的目的。
為了達成上述目的所採取的技術手段，是令前述應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其包括：一個以上的自鎖繼電器，用以連接一交流電源以及一用電設備；一個以上的繼電器驅動電路，連接該自鎖繼電器以及一直流電源路徑上，該繼電器驅動電路用以驅動該自鎖繼電器導通或斷路；一交流電源偵測電路，連接該交流電源，偵測該交流電源是否有供應電力並產生對應的一電壓訊號；一處理器，連接該繼電器驅動電路、該交流電源偵測電路及該直流電源路徑，該處理器根據該電壓訊號控制該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器動作；一儲能裝置，連接該直流電源路徑、該繼電器驅動電路及該處理器，該儲能裝置用以儲存電源，以及將所儲存的電源提供給該繼電器驅動電路及該處理器。
透過上述構造可知，透過該交流電源偵測電路持續偵測交流電源供應電力的狀況，以產生對應的電壓訊號並傳送到該處理器，該處理器根據 該電壓訊號控制該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器斷路斷開，避免交流電源恢復時產生的湧浪電流或突波電流灌輸到該用電設備而造成損壞，藉此達到兼具提升使用安全性及用電設備可靠性的目的。
10‧‧‧電源輸出控制模組
11‧‧‧處理器
12‧‧‧交流電源偵測電路
13‧‧‧繼電器驅動電路
131‧‧‧導通單元
132‧‧‧斷路單元
14‧‧‧自鎖繼電器
15‧‧‧儲能裝置
20‧‧‧用電設備
31‧‧‧電源轉換電路
100‧‧‧交流電源
OPA‧‧‧放大器
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
R7‧‧‧第七電阻
R8‧‧‧第八電阻
Q1‧‧‧第一電晶體
Q2‧‧‧第二電晶體
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
圖1 是本發明第一較佳實施例的電源輸出控制模組的架構圖。
圖2 是本發明第一較佳實施例的交流電源偵測電路的架構圖。
圖3 是本發明第一較佳實施例的繼電器驅動電路的架構圖。
圖4 是本發明第一較佳實施例的繼電器驅動電路的導通狀態的電流流向的示意圖。
圖5 是本發明第一較佳實施例的繼電器驅動電路的斷路狀態的電流流向的示意圖。
圖6 是本發明第一較佳實施例的處理器判斷自鎖繼電器導通或斷路的流程圖。
圖7 是本發明第二較佳實施例的電源輸出控制模組的架構圖。
關於本發明應用在電源分配器的電源輸出控制模組的第一較佳實施例，請參閱圖1所示，主要是在一電源分配器(圖中未示)內裝設本發明電源輸出控制模組10，該電源輸出控制模組10連接在該電源分配器的一電源路徑上，該電源分配器連接一交流電源100及一個以上外部的用電設備20，使該電源輸出控制模組10連接在該交流電源100及該用電設備20之間；其中，在一可行的實施例中，該交流電源100為市電。
在本較佳實施例中，該電源輸出控制模組10透過該電源路徑連接該交流電源100，在該交流電源100及該電源輸出控制模組10之間連接一電源轉換電路31，該電源轉換電路31將該交流電源100所提供的交流電轉換成一直流電提供給該電源輸出控制模組10。
該電源輸出控制模組10包括一處理器11、一交流電源偵測電路12、一個以上的繼電器驅動電路13、一個以上的自鎖繼電器14及一儲能裝置15。該處理器11連接該交流電源偵測電路12、該繼電器驅動電路13及該電源轉換電路31，該繼電器驅動電路13連接該自鎖繼電器14以及該電源轉換電路31。該處理器11及該繼電器驅動電路13接收該電源轉換電路31輸出的直流電。該儲能裝置15連接該處理器11、繼電器驅動電路13及該電源轉換電路31，當該交流電源100供電時，該儲能裝置15儲存電能，當該交流電源100斷電時，該儲能裝置15提供電力給該處理器11、該繼電器驅動電路13及透過該繼電器驅動電路13提供電力該自鎖繼電器14。
為了說明該交流電源偵測電路12的具體結構以及動作關係，請參閱圖1、2所示，該交流電源偵測電路12包括一放大器OPA、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電組R3及一第四電阻R4。
該放大器OPA具有一輸出端、一第一輸入端及一第二輸入端，該放大器OPA的輸出端連接該處理器11，該放大器OPA的第一輸入端連接該第一電阻R1的一端及該第二電阻R2的一端，該第一電阻R1的另一端連接該交流電源100的正端(Line端)，該第二電阻R2的另一端接地，該放大器OPA的第二輸入端分別連接該第三電阻R3的一端及該第四電阻R4的一端，該第三電阻R3的另一端連接該交流電源100的中性端(Neutral端)，該第四電阻R4的另一端連接該放大器OPA的輸出端，該放大器OPA的第一輸入端及第二輸入端接收該交流電 源100的電力，並從該放大器OPA的輸出端輸出一電壓訊號Vo至該處理器11，該處理器11根據該電壓訊號Vo判斷該交流電源100是否供電/斷電。
具體而言，判斷該交流電源100是否提供電力的方式，是根據該放大器OPA輸出的該電壓訊號Vo進行計算以產生一計算值Vrms，並且將該計算值Vrms與一門檻值Vth進行比較，當該計算值Vrms大於該門檻值Vth，則代表該處理器11根據接收到的電壓訊號Vo所得到的計算值Vrms為代表該交流電源100供電的一第一電壓準位；當該計算值Vrms小於該門檻值Vth，則代表該處理器11根據接收到的電壓訊號Vo所得到的計算值Vrms為代表該交流電源100斷電的一第二電壓準位；其中，上述比較方式僅是舉例並非加以限制。
為說明該繼電器驅動電路13和該自鎖繼電器14的電路結構，請參閱圖1、3所示，該繼電器驅動電路13包括用來驅動該自鎖繼電器14導通/斷開的一導通單元131及一斷路單元132。
該導通單元131、該自鎖繼電器14及該儲能裝置15和該電源轉換電路31構成一用來控制該自鎖繼電器14轉為導通的一導通迴路。
該斷路單元132、該自鎖繼電器14及該儲能裝置15和該電源轉換電路31構成一用來控制該自鎖繼電器14轉為斷路的一斷路迴路。
該導通單元131的一端連接該自鎖繼電器14，另一端連接該處理器11，該導通單元131包括一第五電組R5、一第六電組R6、一第一電晶體Q1及一第一二極體D1。
該斷路單元132的一端連接該自鎖繼電器14，另一端連接該處理器11，該斷路單元132包括一第七電組R7、一第八電組R8、一第二電晶體Q2及一第二二極體D2。該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2分別具有一第一端(G端)、一第二端(D端)及一第三端(S端)，本較佳實施例中，該第一電晶體Q1及該第二電晶體Q2分別為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。
該自鎖繼電器14包括一切換端1、一輸出端2和一激磁線圈，該激磁線圈包括一電源端3、一第一迴路端4及一第二迴路端5，該切換端1可對應切換連接該輸出端2。
在該導通迴路中，該第一二極體D1的負端連接該電源端3、該儲能裝置15及該電源轉換電路31，該第一二極體D1的正端連接該第一迴路端4、該第一電晶體Q1的第二端(D端)，該第一電晶體Q1的第一端(G端)連接該第五電組R5的一端、該第六電組R6的一端，該第五電阻R5的另一端連接該處理器11，該第六電阻R6的另一端連接該第一電晶體Q1的第三端(S端)以及一第一參考準位V1。
在該斷路迴路中，該第二二極體D2的負端連接該電源端3、該儲能裝置15及該電源轉換電路31，該第二二極體D2的正端連接該第二迴路端5、該第二電晶體Q2的第二端(D端)，該第二電晶體Q2的第一端(G端)連接該第七電組R7的一端、該第八電組R8的一端，該第七電阻R7的另一端連接該處理器11，該第八電阻R8的另一端連接該第二電晶體Q2的第三端(S端)以及一第二參考準位V2；其中，該第一參考準位V1與該第二參考準位V2為相同參考準位。
該自鎖繼電器14的切換端1連接該交流電源100，該自鎖繼電器14的輸出端2連接該用電設備。
為說明該自鎖繼電器14切換成導通狀態的方式，請參閱圖1、4所示以說明該繼電器驅動電路13的電流關係，該處理器11傳送一導通用的控制訊號至該繼電器驅動電路13的導通單元131，令該第一電晶體Q1導通，該電源轉換電路31或該儲能裝置15提供的電力流經該自鎖繼電器14的電源端3及該第一迴路端4，再流經該第一電晶體Q1的第二端(D端)及第三端(S端)，使該激磁線 圈激磁吸引該切換端1切換連接該輸出端2使該自鎖繼電器14切換成為導通狀態，該交流電源100所提供的電力經過該自鎖繼電器14傳輸到該用電設備20。
為說明該自鎖繼電器14切換成斷開狀態的方式，請參閱圖1、5所示，該處理器11傳送一斷開用的控制訊號至該繼電器驅動電路13的斷路單元132，令該第二電晶體Q2導通，該電源轉換電路31或該儲能裝置15所提供的電力流經該自鎖繼電器14的電源端3及該第二迴路端5，再流經該第一電晶體Q1的第二端(D端)及第三端(S端)，使該激磁線圈消磁讓該切換端1切換斷開與該輸出端2的連接，使該交流電源100所提供的電力無法傳輸到該用電設備20。
在本較佳實施例中，進一步根據上述內容整理該電源輸出控制模組10判斷是否斷開該自鎖繼電器14的步驟如圖6所示，其包含以下步驟：透過該交流電源偵測電路12偵測該交流電源100，以取得該電壓訊號Vo(S11)；該處理器11根據該電壓訊號Vo判斷該交流電源100是否正常供電(S12)；若否，則判斷該交流電源100異常(斷電)的時間是否大於一預設時間(S13)；在本較佳實施例中，若該處理器11判斷該交流電源100是正常供電，則回到「透過該交流電源偵測電路12偵測該交流電源100，以取得該電壓訊號Vo(S11)」步驟；若該處理器11判斷該交流電源100異常的時間是大於該預設時間，則該處理器11發送該斷開用的控制訊號控制該繼電器驅動電路13驅動該自鎖繼電器斷路，使該交流電源100的電力無法提供給該用電設備20(S14)；若否，則回到「透過該交流電源偵測電路12偵測該交流電源100，以取得該電壓訊號Vo(S11)」步驟；具體而言，該處理器11判斷該交流電源100異常的時間是否大於該預設時間是指，該處理器11計時該預設時間的同時，持續接收該交流電源偵測電路12 傳送的電壓訊號Vo，若該交流電源100恢復供電，則該電壓訊號Vo為該第一電壓準位，該處理器11停止計時，並且重新回到「透過該交流電源偵測電路12偵測該交流電源100，以取得該電壓訊號Vo(S11)」步驟；反之，當計時到達該預設時間，而接收到的電壓訊號Vo依然是該第二電壓準位，該處理器11驅動該自鎖繼電器14斷開連接。
在本較佳實施例中，該預設時間為10毫秒(milliseconds,ms)~100毫秒。
透過上述內容可知，透過該交流電源偵測電路12持續偵測該交流電源100並輸出該電壓訊號Vo給該處理器11，當該交流電源100斷電時，該處理器11發送該斷開用的控制訊號控制該繼電器驅動電路13驅動該自鎖繼電器14斷路，避免交流電源100恢復供電瞬間產生的湧浪電流或突波電流灌輸到該用電設備20而造成損壞，藉此達到兼具提升使用安全性及用電設備可靠性的目的。
關於本發明應用在電源分配器的電源輸出控制模組的第二較佳實施例，請參閱圖7所示，第二較佳實施例與第一較佳實施例大致上相同，惟第二較佳實施例的電源輸出控制模組10包括有多數繼電器驅動電路13以及對應連接的多數自鎖繼電器14，以供連接多數用電設備20，藉此讓該電源分配器能連接更多的用電設備20，並且透過設有多數繼電器驅動電路13及多數自鎖繼電器14，以對應保護更多的用電設備20，提升使用方便性，並且兼具提升使用安全性及用電設備可靠性的目的。

Claims (12)

  1. 一種應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其包括：一個以上的自鎖繼電器，用以連接一交流電源以及一用電設備；一個以上的繼電器驅動電路，連接該自鎖繼電器以及一直流電源路徑上，該繼電器驅動電路用以驅動該自鎖繼電器導通或斷路；一交流電源偵測電路，連接該交流電源，偵測該交流電源是否有供應電力並產生對應的一電壓訊號；一處理器，連接該繼電器驅動電路、該交流電源偵測電路及該直流電源路徑，該處理器根據該電壓訊號控制該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器動作；一儲能裝置，連接該直流電源路徑、該繼電器驅動電路及該處理器，該儲能裝置用以儲存電源，以及將所儲存的電源提供給該繼電器驅動電路及該處理器。
  2. 如請求項1所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，當該處理器透過該交流電源偵測電路偵測到該交流電源異常，則發送一斷開用的控制訊號至該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器斷路。
  3. 如請求項2所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，當該交流電源異常時該處理器會開始計時，當計時的時間超過一預設時間，該處理器發送該斷開用的控制訊號至該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器斷路；若該交流電源在該預設時間內恢復正常，則該處理器停止計時。
  4. 如請求項3所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該預設時間為10毫秒~100毫秒。
  5. 如請求項3所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，當該處理器判斷該電壓訊號為一第一電壓準位則為該交流電源正常供電；當該處理器判斷該電壓訊號為一第二電壓準位則為該交流電源異常。
  6. 如請求項1所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該交流電源偵測電路包括：一放大器，其具有一輸出端、一第一輸入端及一第二輸入端，該放大器的輸出端連接該處理器；一第一電阻，其一端連接該放大器的第一輸入端，該第一電阻的另一端連接該交流電源；一第二電阻，其一端連接在該第一電阻及該放大器的第一輸入端之間，該第二電阻的另一端接地；一第三電阻，其一端連接該放大器的第二輸入端，該第三電阻的另一端連接該交流電源；一第四電阻，其一端連接在該第三電阻及該放大器的第二輸入端之間，該第四電阻的另一端連接該放大器的輸出端。
  7. 如請求項1所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該自鎖繼電器包括一切換端、一輸出端、一電源端、一第一迴路端及一第二迴路端，該切換端對應切換連接該輸出端，該切換端連接該交流電源，該輸出端連接該用電設備，該電源端、該第一迴路端及該第二迴路端連接該繼電器驅動電路，該電源端經由繼電器驅動電路連接一電源轉換電路及該儲能裝置。
  8. 如請求項7所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該繼電器驅動電路包括：一導通單元，其連接該處理器、該電源端、該第一迴路端、該電源轉換電路及該儲能裝置； 一斷路單元，其連接該處理器、該電源端、該第二迴路端、該電源轉換電路及該儲能裝置。
  9. 如請求項8所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該導通單元包括：一第一二極體，其負端連接該自鎖繼電器的電源端、該電源轉換電路及該儲能裝置，其正端連接該自鎖繼電器的第一迴路端；一第一電晶體，其具有一第一端、一第二端及一第三端，該第一電晶體的第二端連接該第一二極體的正端及該第一迴路端，該第一電晶體的第三端連接一第一參考準位；一第五電阻，其一端連接該第一電晶體的第一端，該第五電阻的另一端連接該處理器；一第六電阻，其一端連接該第一電晶體的第一端及該第五電阻，該第六電阻的另一端連接該第一電晶體的第三端及該第一參考準位；其中，當該處理器接收到代表該交流電源供電的電壓訊號，該處理器發送一控制訊號令該第一電晶體導通，使電源經由該自鎖繼電器的電源端流過該第一迴路端，再流過該第一電晶體的第二端及第三端，以導通該自鎖繼電器，令該切換端切換與該輸出端連接導通。
  10. 如請求項9所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該斷路單元包括：一第二二極體，其負端分別連接該自鎖繼電器的電源端、該電源轉換電路及該儲能裝置，其正端連接該自鎖繼電器的第二迴路端；一第二電晶體，其具有一第一端、一第二端及一第三端，該第二電晶體的第二端連接該第二二極體的正端及該第二迴路端，該第二電晶體的第三端連接一第二參考準位； 一第七電阻，其一端連接該第二電晶體的第一端，該第七電阻的另一端連接該處理器；一第八電阻，其一端連接該第二電晶體的第一端及該第七電阻，該第八電阻的另一端連接該第二電晶體的第三端及該第二參考準位；其中，該處理器接收到代表該交流電源斷電的電壓訊號時，該處理器發送一控制訊號令該第二電晶體導通，使電源經由該自鎖繼電器的電源端流過該第二迴路端，再流過該第二電晶體的第二端及第三端，以導通該自鎖繼電器，令該切換端切換與該輸出端斷開連接。
  11. 如請求項1所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，該電源輸出控制模組進一步包括：多數繼電器驅動電路，分別連接該處理器、該電源轉換電路及該儲能裝置；多數自鎖繼電器，分別連接該交流電源以及對應的繼電器驅動電路，各個自鎖繼電器分別供連接一用電設備。
  12. 如請求項1所述之應用在電源分配器的電源輸出控制模組，其中，當該交流電源斷電時，該儲能裝置所儲存的電能足夠提供該處理器、該繼電器驅動電路及該自鎖繼電器使用，使該處理器控制該繼電器驅動電路驅動該自鎖繼電器斷路。
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CN203521799U (zh) * 2013-11-07 2014-04-02 陕西亚泰电器科技有限公司 一种防护型智能插座
WO2016194584A1 (ja) * 2015-06-04 2016-12-08 ソニー株式会社 直流回路、直流電力供給装置、移動体及び電力供給システム

Patent Citations (3)

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