TWI669874B - 異常電壓保護裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種異常電壓保護裝置包含開關單元、電壓檢知單元以及延時控制單元。開關單元耦接於交流電源與負載之間的供電路徑上。電壓檢知單元檢知交流電源，根據交流電源的電壓值提供檢知信號。延時控制單元耦接電壓檢知單元與開關單元，接收檢知信號，根據檢知信號提供控制信號至開關單元。當電壓檢知單元檢知交流電源由異常電壓轉換為正常電壓時，延時控制單元經延遲時間後，透過控制信號控制開關單元導通，使交流電源透過供電路徑對負載供電。

Description

異常電壓保護裝置及其操作方法

本發明係有關一種異常電壓保護裝置及其操作方法，尤指一種具延時功能之異常電壓保護裝置及其操作方法。

針對市電電源供電不穩定國家或區域，異常高電壓或異常低電壓通常輕者會造成電器誤動作甚至損壞，重者則可能導致家電產品著火危險事故發生，甚至對人身之安全與財產造成傷害之虞。

目前現有異常電壓檢測與保護裝置通常包括電壓檢知電路與繼電器開關。請參閱圖1係為現有技術異常電壓檢測與保護裝置的電路方塊圖。所述異常電壓檢測與保護裝置主要包含電壓檢知電路20A以及設置於交流電源V_AC與負載90A之間的繼電器開關10A。

當電壓檢知電路20A檢知交流電源V_AC發生異常的高電壓或異常的低電壓，電壓檢知電路20A提供控制信號S_A關斷繼電器開關10A，以防止此異常的交流電源V_AC對負載90A進行供電。反之。當電壓檢知電路20A檢知交流電源V_AC由異常電壓恢復為正常電壓時，電壓檢知電路20A則提供控制信號S_A導通繼電器開關10A，以復歸交流電源V_AC對負載90A供電。

惟當交流電源V_AC由異常電壓恢復為正常電壓的初期，由於交流電源V_AC尚處於不穩定的恢復階段，交流電源極可能再次發生異常電壓的狀況， 如此造成繼電器開關10A頻繁地作動，而降低繼電器開關10A的使用壽命，甚至繼電器開關10A損壞造成交流電源V_AC無法對負載90A或後端電路提供有效且安全的供電。

因此，如何設計出一種異常電壓保護裝置及其操作方法，當檢知交流電源由異常電壓恢復為正常電壓，不立即導通復歸開關單元，而是啟動延時控制機制，以延長繼電器開關或開關單元的操作壽命，並且提供後端電路(或負載)有效且安全的供電，乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之一目的在於提供一種異常電壓保護裝置，解決繼電器開關頻繁地作動，而降低繼電器開關的使用壽命，甚至繼電器開關損壞造成交流電源無法對負載或後端電路提供有效且安全供電的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的異常電壓保護裝置包含開關單元、電壓檢知單元以及延時控制單元。開關單元耦接於交流電源與負載之間的供電路徑上。電壓檢知單元檢知交流電源，根據交流電源的電壓值提供檢知信號。延時控制單元耦接電壓檢知單元與開關單元，接收檢知信號，根據檢知信號提供控制信號至開關單元。當電壓檢知單元檢知交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，延時控制單元經延遲時間後，透過控制信號控制開關單元導通，使交流電源透過供電路徑對負載供電。

藉由所提出的異常電壓保護裝置，能夠提供後端電路(或負載)有效且安全的供電，且達到延長繼電器開關或開關單元操作壽命的功效。

本發明之另一目的在於提供一種異常電壓保護裝置的操作方法，解決繼電器開關頻繁地作動，而降低繼電器開關的使用壽命，甚至繼電器開關損壞造成交流電源無法對負載或後端電路提供有效且安全供電的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的異常電壓保護裝置的操作方法，其中所述異常電壓保護裝置包含耦接於交流電源與負載之間的開關單元、電壓檢知單元以及延時控制單元，操作方法包含：(a)、透過電壓檢知單元檢知交流電源的電壓值；(b)、當檢知交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，透過延時控制單元執行延時程序；(c)、執行延時程序並經過延遲時間後，且交流電源維持正常電壓時，導通開關單元，使交流電源經由開關單元對負載供電。

藉由所提出的異常電壓保護裝置的操作方法，能夠提供後端電路(或負載)有效且安全的供電，且達到延長繼電器開關或開關單元操作壽命的功效。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

V_AC‧‧‧交流電源

90‧‧‧負載

100‧‧‧異常電壓保護裝置

10‧‧‧電壓檢知單元

20‧‧‧延時控制單元

30‧‧‧開關單元

40‧‧‧保險絲單元

P_S‧‧‧供電路徑

S_D‧‧‧檢知信號

S_C‧‧‧控制信號

V_U‧‧‧上臨限電壓值

V_L‧‧‧下臨限電壓值

-V_U‧‧‧上臨限電壓值的負值

-V_L‧‧‧下臨限電壓值的負值

OP1‧‧‧第一比較器

OP2‧‧‧第二比較器

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

Vcc‧‧‧電源電壓

OP3‧‧‧第三比較器

Rt‧‧‧電阻

Ct‧‧‧電容

Dt‧‧‧二極體

Qt‧‧‧電晶體開關

R1‧‧‧第一分壓電阻

R2‧‧‧第二分壓電阻

Vref‧‧‧參考電壓

t0~t6‧‧‧時間點

△td‧‧‧延遲時間

10A‧‧‧繼電器開關

20A‧‧‧電壓檢知電路

S_A‧‧‧控制信號

90A‧‧‧負載

圖1：為現有技術異常電壓檢測與保護裝置的電路方塊圖。

圖2：為本發明異常電壓保護裝置的電路方塊圖。

圖3：為本發明異常電壓保護裝置於異常電壓恢復為正常電壓時提供延時控制機制之示意波形圖。

圖4A：為本發明延時控制單元之第一實施例的電路圖。

圖4B：為本發明延時控制單元之第二實施例的電路圖。

圖4C：為本發明延時控制單元之第三實施例的電路圖。

圖4D：為本發明延時控制單元之第四實施例的電路圖。

圖5：為本發明異常電壓保護裝置的操作方法之第一實施例的流程圖。

圖6：為本發明異常電壓保護裝置的操作方法之第二實施例的流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖2所示，其係為本發明異常電壓保護裝置的電路方塊圖。本發明的異常電壓保護裝置100耦接交流電源V_AC與負載90之間。交流電源V_AC的額定電壓可例如為交流230伏特，然不以此為限制。此外，負載90可為交流電源供電的家用電器，例如冷氣機、電冰箱…等等，然不以此為限制。

異常電壓保護裝置100包含電壓檢知單元10、延時控制單元20以及開關單元30。開關單元30耦接交流電源V_AC與負載90之間的供電路徑P_S上。在一實施例中，開關單元30係為繼電器(relay)開關，然不以此為限制，舉凡能夠達成供電路徑P_S關斷(disconnected)與連接(connected)控制的開關元件，皆可作為開關單元30之用。

電壓檢知單元10耦接交流電源V_AC，並且接收交流電源V_AC，根據交流電源V_AC的電壓值提供檢知信號S_D。電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D係對應於交流電源V_AC的電壓值，換言之，根據檢知信號S_D的資訊即可得到電 壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的結果，例如包含交流電源V_AC的電壓、電流、頻率…等等電氣參數值。

延時控制單元20耦接電壓檢知單元10與開關單元30。延時控制單元20接收檢知信號S_D，並且根據檢知信號S_D(即根據交流電源V_AC檢知的結果)提供控制信號S_C。進一步地，控制信號S_C係用以控制開關單元30的關斷(turned off)與導通(turned on)，以控制供電路徑P_S的關斷與連接，進而控制交流電源V_AC對負載90供電或中斷對負載90供電，容後詳細說明。

異常電壓保護裝置100更包含保險絲單元40，保險絲單元40串聯耦接交流電源V_AC與負載90之間的供電路徑P_S上。當流經供電路徑P_S的電流過大時，保險絲單元40係斷開以中斷過大的電流流經負載90。

請參見圖3所示，其係為本發明異常電壓保護裝置於異常電壓恢復為正常電壓時提供延時控制機制之示意波形圖。圖3由上下而所示的波形分別示意交流電源V_AC、檢知信號S_D以及控制信號S_C。再者，圖3進一步地示意，當交流電源V_AC發生異常高電壓或異常低電壓時，檢知信號S_D與控制信號S_C的控制機制，具體說明如下。

以額定電壓230伏特的交流電源V_AC舉例以方便說明，異常電壓保護裝置100設定上臨限電壓值V_U，例如276伏特，或依額定電壓的百分比增量設定(例如額定電壓230伏特的10%增量，即253伏特)，並且根據上臨限電壓值V_U判斷交流電源V_AC是否發生異常高電壓，亦即當交流電源V_AC的電壓大於上臨限電壓值V_U(即276伏特)時，電壓檢知單元10則檢知交流電源V_AC發生異常高電壓。此外，異常電壓保護裝置100設定下臨限電壓值V_L，例如184伏特，或依額定電壓的百分比減量設定(例如額定電壓230伏特的10%減量，即207伏特)，並且根據下臨限電壓值V_L判斷交流電源V_AC是否發生異常低電壓，亦即當交流電源V_AC的電壓小於下臨限電壓值V_L(即184伏特)時，電壓檢知單元10則檢知 交流電源V_AC發生異常低電壓。惟前述”大於”或”小於”僅為表示電壓大小的關係，同樣地，”大於或等於”或”小於或等於”亦用以表示檢知交流電源V_AC是否發生異常高電壓或異常低電壓，在此不再贅述。值得一提，前述所謂檢知交流電源V_AC係指電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的峰值電壓作為與上臨限電壓值V_U和/或下臨限電壓值V_L進行比較，以判斷交流電源V_AC是否發生異常高電壓或異常低電壓。

假設初始狀態開關單元30為導通，因此交流電源V_AC透過供電路徑P_S對負載90提供正常供電。在時間點t0時，由於電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的峰值電壓(即該週期的峰值電壓)大於下臨限電壓值V_L且小於上臨限電壓值V_U，即電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC為正常電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D可持續為，例如，高準位狀態。此時，延時控制單元20接收高準位的檢知信號S_D，並且持續地提供控制信號S_C(例如，高準位的信號)，以控制開關單元30維持導通。

在時間點t1時，由於電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的峰值電壓大於上臨限電壓值V_U，即電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC為異常高電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D由，例如，高準位狀態轉變為低準位狀態。此時，延時控制單元20接收低準位的檢知信號S_D，並且在時間點t1’提供控制信號S_C(例如，低準位的信號)，以控制開關單元30關斷，進而停止異常高電壓的交流電源V_AC對負載90供電，以防止負載90受到異常高電壓的影響。

在時間點t1之後，電壓檢知單元10持續檢知交流電源V_AC為異常高電壓，因此檢知信號S_D持續為低準位狀態，且控制信號S_C持續為低準位狀態，以控制開關單元30持續關斷。

直到時間點t2時，由於電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的峰值電壓大於下臨限電壓值V_L且小於上臨限電壓值V_U，即電壓檢知單元10檢知交 流電源V_AC恢復為正常電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D由低準位狀態轉變為高準位狀態。此時，延時控制單元20啟動延時控制機制，說明如下。

當電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC恢復為正常電壓，若立即透過延時控制單元20所提供的控制信號S_C導通開關單元30，以恢復對負載90供電，在實際操作上會存在下述的問題。一旦交流電源V_AC恢復為正常電壓，因為交流電源V_AC尚處於不穩定的恢復階段，極可能交流電源V_AC又發生異常高電壓的狀況。如此，電壓檢知單元10又再次檢知交流電源V_AC為異常高電壓，再透過延時控制單元20所提供的控制信號S_C關斷開關單元30，以停止對負載90供電。

故此，若在交流電源V_AC尚未完全穩定時立即導通開關單元30以恢復對負載90供電，則將造成開關單元30頻繁地作動，而降低開關單元30的使用壽命。一旦在操作中發生開關單元30損壞，即開關單元30無法經控制信號S_C控制，輕者由於開關單元30為關斷損壞，使得持續地切斷交流電源V_AC對負載90的供電(即使交流電源V_AC已恢復正常電壓)；重者由於開關單元30為導通損壞，使得持續地導通交流電源V_AC對負載90的供電(即使交流電源V_AC為異常高電壓)，如此無法對負載90或後端電路提供有效且安全的供電。故此，為解決前述存在的問題，延時控制單元20啟動延時控制機制。

在時間點t2時，電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC恢復為正常電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D由，例如，低準位狀態轉變為高準位狀態。當延時控制單元20接收到由低準位轉變為高準位的檢知信號S_D時，亦即當電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC由異常高電壓轉變為正常電壓時，延時控制單元20經延遲時間△td後，即在時間點t3時，才透過控制信號S_C控制開關單元30導通，使交流電源V_AC透過供電路徑P_S對負載90供電。

如圖3所示，延遲時間△td的長度係為一個週期的時間，即時間點t2與時間點t3分別對應兩個相鄰的峰值電壓。然而可根據實際應用的需求或考量，設計延遲時間△td的長度，例如更長的兩個週期、三個週期，或更短的半個週期。在一實施例中，延時控制單元20可根據異常電壓的維持時間來調整延遲時間。舉例來說，可根據發生異常高電壓(或異常低電壓)所持續的時間(即從異常電壓發生到恢復正常電壓所持續的時間)彈性地設定、調整延遲時間△td的長度，亦即當異常高電壓(或異常低電壓)所持續的時間越長，則延時控制單元20可延長延遲時間△td的長度。在一實施例中，當異常電壓發生時，延時控制單元20可開始計時，直到檢知的電壓變為正常電壓時結束計時，然後記錄這段時間，並根據這段時間調整延遲時間。當異常電壓的維持時間越長，延時控制單元20延長延遲時間，亦即，延遲時間越長。

在一實施例中，延時控制單元20可根據異常電壓的大小來調整延遲時間。舉例來說，可根據異常高電壓過高的程度(或異常低電壓過低的程度)彈性地設定、調整延遲時間△td的長度，亦即當異常高電壓過高的程度(或異常低電壓過低的程度)越大，延時控制單元20可延長延遲時間△td的長度。在一實施例中，延時控制單元20可將檢知的異常電壓之電壓值與上臨限電壓值V_U或是與下臨限電壓值V_L進行比較，並根據比較之結果(例如：差值之大小)來調整延遲時間。當異常電壓與上臨限電壓值V_U或是與下臨限電壓值V_L的差值越大，延時控制單元20則延長延遲時間，亦即，延遲時間越長。值得一提，若在延遲時間△td內再次發生異常電壓時，控制信號S_C則持續為低準位狀態，以控制開關單元30持續關斷，以防止異常電壓的交流電源V_AC對負載90供電。

再者，本發明不限制僅能檢知交流電源V_AC的峰值電壓判斷交流電源V_AC是否正常或異常，亦可透過檢知交流電源V_AC的谷值電壓，配合上臨限電壓值的負值(即-V_U)與下臨限電壓值的負值(即-V_L)，同樣可實現判斷交流電源 V_AC是否正常或異常。換言之，當電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的谷值電壓小於上臨限電壓值的負值則檢知交流電源V_AC為異常高電壓，或者檢知交流電源V_AC的谷值電壓大於下臨限電壓值的負值則檢知交流電源V_AC為異常低電壓，同樣地，若檢知交流電源V_AC的谷值電壓大於上臨限電壓值的負值且小於下臨限電壓值的負值則檢知交流電源V_AC為正常電壓。

延時控制單元20可透過硬體方式，例如延遲電路或其他數位或類比電路，或者韌體、軟體方式達成延遲時間△td的累計。以下，將以硬體電路方式說明。

請參見圖4A與圖4B所示，其係分別為本發明延時控制單元之第一實施例與第二實施例的電路圖。電壓檢知單元10包含第一比較器OP1、第二比較器OP2、以及第一二極體D1與第二二極體D2。如圖4A所示之實施例，第一比較器OP1的輸入端分別接收上臨限電壓值V_U與交流電源V_AC；第二比較器OP2的輸入端分別接收下臨限電壓值V_L與交流電源V_AC。值得一提，上述比較器OP1,OP2所接收的上臨限電壓值V_U、下臨限電壓值V_L與交流電源V_AC僅用以示意作為電壓比較操作所接收的電壓，其可為對應上臨限電壓值V_U、下臨限電壓值V_L以及交流電源V_AC的電壓信號，而非實際接收上百伏特的大電壓值，合先敘明。第一比較器OP1的輸出端耦接第一二極體D1的陰極端，第二比較器OP2的輸出端耦接第二二極體D2的陰極端，並且第一二極體D1的陽極端與第二二極體D2的陽極端耦接電源電壓Vcc。

延時控制單元20包含第三比較器OP3、電阻Rt以及電容Ct。如圖4A所示之實施例，第三比較器OP3的第一輸入端(例如，非反相輸入端)耦接電阻Rt、電容Ct以及電源電壓Vcc，且接收電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D。第三比較器OP3的第二輸入端(例如，反相輸入端)接收參考電壓Vref。然不以此為限制，亦可透過在第三比較器OP3的第二輸入端耦接分壓電阻網路，並 且透過分壓電阻網路對外部電壓進行分壓所得到的分壓電壓作為參考電壓Vref之用。

延時控制單元20的電阻Rt的阻值與電容Ct的容值係提供充、放電的時間常數(τ=RC)，以實現放電重置(reset)的功能。具體地，當交流電源V_AC的峰值電壓大於上臨限電壓值V_U時(即交流電源V_AC為異常高電壓)，第一二極體D1為順偏導通，或當交流電源V_AC的峰值電壓小於下臨限電壓值V_L時(即交流電源V_AC為異常低電壓)，第二二極體D2為順偏導通，因此，電壓檢知單元10輸出的檢知信號S_D透過導通的第一二極體D1(當發生異常高電壓)或導通的第二二極體D2(當發生異常低電壓)由高準位狀態轉變為低準位狀態，即對應圖3所示的時間點t1以及時間點t4。此時，第三比較器OP3耦接電阻Rt、電容Ct的輸入端透過電容Ct放電。當電容Ct放電後的電壓(即電容Ct兩端的電容電壓，或為第一電壓)小於參考電壓Vref時，第三比較器OP3輸出的控制信號S_C則由高準位狀態轉變為低準位狀態，故此關斷開關單元30，進而停止異常的交流電源V_AC對負載90供電。

反之，當交流電源V_AC的峰值電壓小於上臨限電壓值V_U時且交流電源V_AC的峰值電壓大於下臨限電壓值V_L時(即交流電源V_AC恢復為正常電壓)，第一二極體D1與第二二極體D2皆為逆偏關斷，因此電源電壓Vcc對電容Ct充電。當電容Ct充電後的電壓(即第一電壓)大於參考電壓Vref時，第三比較器OP3輸出的控制信號S_C則由低準位狀態轉變為高準位狀態，故此導通開關單元30，使得恢復正常的交流電源V_AC對負載90供電。在此實施例中，電容Ct(例如，由0伏特)開始充電至大於參考電壓Vref的期間，即為延遲時間△td，因此，可透過設計電阻Rt的阻值與電容Ct的容值調整延遲時間△td的長度。

再者，如圖4B所示的第二實施例，其與圖4A所示的實施例最大的差異在於延時控制單元20的電阻Rt與電容Ct之間耦接二極體Dt，用以提供 電容Ct有效的電流放電路徑方向。由於圖4B所示的電壓檢知單元10與圖4A所示的電壓檢知單元10相同，因此，僅以方塊圖示意，具體操作可參見相應圖4A的內容說明，在此不再贅述。

請參見圖4C與圖4D所示，其係分別為本發明延時控制單元之第三實施例與第四實施例的電路圖。相較於圖4A所示的實施例，在圖4C與圖4D所示的實施例中係增加電晶體開關Qt，並透過以外部信號控制圖4C電晶體開關Qt的閘極或控制圖4D電晶體開關Qt的基極，達成提供電容Ct有效的電流放電路徑方向的控制。對於電壓檢知單元10與延時控制單元20的具體操作，可參見相應圖4A和/或圖4B的內容說明，在此不再贅述。

復參見圖3，在時間點t4時，由於電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC的峰值電壓小於下臨限電壓值V_L，即電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC為異常低電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D由高準位狀態轉變為低準位狀態。此時，延時控制單元20接收低準位的檢知信號S_D，並且在時間點t4’提供低準位的控制信號S_C，以控制開關單元30關斷，進而停止異常低電壓的交流電源V_AC對負載90供電，以防止負載90受到異常低電壓的影響。

由於時間點t4與時間點t1所偵測到的異常交流電源V_AC僅為異常高電壓與異常低電壓的差異，因此電壓檢知單元10與延時控制單元20對於異常電壓發生時的動作將不再贅述，請參見前述相應的內容說明。

直到時間點t5時，由於電壓檢知單元10檢知交流電源V_AC恢復為正常電壓，因此電壓檢知單元10所提供的檢知信號S_D由低準位狀態轉變為高準位狀態。並且，延時控制單元20啟動延時控制機制，具體的說明亦可參見前述相應的內容，在此不再贅述。

同樣地，本發明不限制延遲時間△td的長度係僅為一個週期的時間，以及不限制僅能檢知交流電源V_AC的峰值電壓判斷交流電源V_AC是否正常或 異常，可配合之前的說明，在此不再贅述。此外，若在延遲時間△td內再次發生異常電壓時，控制信號S_C則持續為低準位狀態，以控制開關單元30持續關斷，以防止異常電壓的交流電源V_AC對負載90供電。

請參見圖5，其係為本發明異常電壓保護裝置的操作方法之第一實施例的流程圖。所述異常電壓保護裝置耦接交流電源與負載，並且異常電壓保護裝置包含電壓檢知單元、延時控制單元以及開關單元。開關單元耦接交流電源與負載之間的供電路徑上。

異常電壓保護裝置的操作方法包含：首先，檢知交流電源的電壓值(S11)。具體地，電壓檢知單元耦接交流電源，並且接收交流電源，根據交流電源的電壓值提供檢知信號，因此根據檢知信號的資訊即可得到電壓檢知單元檢知交流電源的結果。

然後，判斷交流電源是否由正常電壓轉變為異常電壓(S12)。根據交流電源與預先設定的上臨限電壓值與下臨限電壓進行比較，使得檢知信號的電壓準位發生改變與否，可判斷出交流電源是否由正常電壓轉變為異常電壓。舉例來說，當檢知信號由高準位狀態轉變為低準位狀態時，則表示交流電源發生異常電壓的狀態。當判斷交流電源非由正常電壓轉變為異常電壓時，則表示交流電源持續為正常電壓狀態，因此，延時控制單元接收高準位狀態的檢知信號，並且延時控制單元輸出控制信號以持續導通開關單元，使得交流電源持續地透過供電路徑對負載供電。反之，當判斷交流電源由正常電壓轉變為異常電壓時，則表示交流電源為異常高電壓或異常低電壓，因此，延時控制單元接收由高準位轉態為低準位的檢知信號，並且延時控制單元輸出控制信號(例如低準位的電壓信號)以關斷開關單元(S13)，進而停止交流電源透過供電路徑對負載供電。

請參見圖6，其係為本發明異常電壓保護裝置的操作方法之第二實施例的流程圖。異常電壓保護裝置的操作方法包含：首先，檢知交流電源的電 壓值(S21)。同樣地，透過電壓檢知單元接收交流電源，並且檢知交流電源的電壓值提供檢知信號，因此根據檢知信號的資訊即可得到電壓檢知單元檢知交流電源的結果。

然後，判斷交流電源是否由異常電壓轉變為正常電壓(S22)。根據交流電源與預先設定的上臨限電壓值與下臨限電壓進行比較，使得檢知信號的電壓準位發生改變與否，可判斷出交流電源是否由異常電壓轉變為正常電壓。舉例來說，當檢知信號由低準位狀態轉變為高準位狀態時，則表示交流電源恢復正常電壓的狀態。當判斷交流電源非由異常電壓轉變為正常電壓時，則表示交流電源持續為異常電壓狀態，因此，延時控制單元接收低準位狀態的檢知信號，並且延時控制單元輸出控制信號以持續關斷開關單元，使得交流電源仍被停止對負載供電。反之，當判斷交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，延時控制單元接收由低準位轉態為高準位的檢知信號，並且延時控制單元啟動延時控制機制。

啟動延時控制機制的步驟中，首先，延時控制單元執行延時程序(S23)。此時，延時控制單元可透過硬體方式，例如延遲電路(例如電阻-電容充放電電路，然不以此為限制)或其他數位或類比電路，或者韌體、軟體方式開始進行延遲時間的累計。然後，判斷交流電源是否維持正常電壓(S24)。若在延時程序之後，交流電源非維持正常電壓，即交流電源再次轉變為異常電壓時，則結束(離開)延時程序，並返回執行步驟(S21)，即持續地檢知交流電源的電壓值。在此狀況下，由於交流電源尚處於不穩定的恢復階段，交流電源極可能再次發生異常電壓的狀況，因此為了避免開關單元頻繁地作動，降低開關單元的使用壽命，甚至開關單元損壞造成交流電源無法對負載或後端電路提供有效且安全的供電，因此，延時控制單元啟動延時控制機制。換言之，一旦交流電源恢復為正常電壓時，即步驟(S22)判斷為”是”時，不立即導通復歸開關單元，而是進行提供延遲時間的延時程序，即步驟(S23)，以及再次判斷在延時程序的過程中交流電源是否 再次發生異常電壓，即步驟(S24)的判斷。一旦延遲時間累計的過程中交流電源是否再次發生異常電壓則結束(離開)延時程序，即原本已累計的時間則取消(歸零)，若之後有需要延時程序，則再重新累計。以電阻-電容充放電電路來說，透過電容的充電操作實現延遲時間的累計，而透過電容的放電操作實現累計時間的歸零。

若在步驟(S24)中判斷為”是”，表示交流電源維持正常電壓時，則判斷延時程序是否達到預設的延遲時間(S25)。若尚未達到預設的延遲時間，即在步驟(S25)中判斷為”否”，則持續地進行延時程序，即步驟(S23)，以及判斷交流電源是否再次發生異常電壓，即步驟(S24)的判斷。若在步驟(S25)中判斷為”是”，表示延時程序達到預設的延遲時間，並且在延時程序的過程中交流電源沒有發生異常電壓，因此透過延時控制單元所提供的控制信號導通開關單元(S26)，使得具有正常電壓的交流電源重新透過供電路徑對負載供電。

綜上說明，步驟(S23)~步驟(S25)的執行可確保交流電源恢復為正常電壓時，不立即導通復歸開關單元，而是進行延遲時間的累計，以避免開關單元頻繁地作動。並且，在延時程序的過程中若交流電源再次發生異常電壓，則結束延時程序且持續關斷開關單元，以防止異常電壓的交流電源對負載供電。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、當檢知交流電源由異常電壓恢復為正常電壓時啟動延時控制機制，能夠提供後端電路(或負載)有效且安全的供電，且達到延長繼電器開關或開關單元操作壽命的功效。

2、透過設計延時控制單元所提供放電重置功能的不同實施電路，及其電路元件值的選用，可提供有效的電流放電路徑方向以及調整延遲時間的長度。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

Claims (18)

1. 一種異常電壓保護裝置，包含：一開關單元，耦接於一交流電源與一負載之間的一供電路徑上；一電壓檢知單元，並聯耦接該交流電源，以檢知該交流電源，根據該交流電源的電壓值提供一檢知信號；及一延時控制單元，耦接該電壓檢知單元與該開關單元，接收該檢知信號，根據該檢知信號提供一控制信號至該開關單元；其中，當該電壓檢知單元檢知該交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，該延時控制單元經一延遲時間後，透過該控制信號控制該開關單元導通，使該交流電源透過該供電路徑對該負載供電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中當該電壓檢知單元檢知該交流電源由正常電壓轉變為異常電壓時，該延時控制單元透過該控制信號控制該開關單元關斷，以停止該交流電源透過該供電路徑對該負載供電。
3. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中當該交流電源的峰值電壓大於一上臨限電壓值或小於一下臨限電壓值，該電壓檢知單元檢知該交流電源為異常電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中當該交流電源的谷值電壓小於一上臨限電壓值的負值或大於一下臨限電壓值的負值，該電壓檢知單元檢知該交流電源為異常電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元係根據該異常電壓的大小調整該延遲時間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元係根據該異常電壓的維持時間調整該延遲時間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元包含：一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端；該第一輸入端接收該檢知信號，該第二輸入端接收一參考電壓，以及該輸出端輸出該控制信號；一電阻，耦接該第一輸入端與一接地端之間；及一電容，耦接該第一輸入端與該接地端之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元更包含：一二極體，具有一陰極端與一陽極端，該陰極端耦接於該電阻，該陽極端耦接該電容。
9. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元包含：一比較器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端；該第一輸入端接收該檢知信號，該第二輸入端接收一參考電壓，以及該輸出端輸出該控制信號；一電晶體開關，耦接該第一輸入端與一接地端之間；一電阻，耦接該開關與該接地端之間；及一電容，耦接該開關、該第一輸入端與該接地端。
10. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，更包含：一保險絲單元，串聯耦接該交流電源與該負載之間的該供電路徑上； 其中，當流經該供電路徑的電流過大時，該保險絲單元係斷開以中斷電流流經該負載。
11. 如申請專利範圍第1項所述之異常電壓保護裝置，其中該延時控制單元用以根據該檢知信號產生一第一電壓，並比較該第一電壓和一參考電壓以產生該控制信號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之異常電壓保護裝置，其中當該交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，該延時控制單元用以增加該第一電壓，並於該第一電壓大於該參考電壓時改變該控制信號之準位以導通該開關單元。
13. 一種異常電壓保護裝置的操作方法，其中所述異常電壓保護裝置包含耦接於一交流電源與一負載之間的一開關單元、一電壓檢知單元以及一延時控制單元，該操作方法包含：(a)、透過並聯耦接該交流電源的該電壓檢知單元檢知該交流電源的電壓值；(b)、當檢知該交流電源由異常電壓轉變為正常電壓時，透過該延時控制單元執行一延時程序；及(c)、執行該延時程序並經過一延遲時間後，且該交流電源維持正常電壓時，透過該延時控制單元導通該開關單元，使該交流電源經由該開關單元對該負載供電。
14. 如申請專利範圍第13項所述之異常電壓保護裝置的操作方法，其中在步驟(c)中，在該延遲時間內，當檢知該交流電源由正常電壓轉變為異常電壓時，關斷該開關單元以停止該交流電源對該負載供電，並結束該延時程序。
15. 如申請專利範圍第13項所述之異常電壓保護裝置的操作方法，其中在步驟(a)之後更包含： 當檢知該交流電源由正常電壓轉變為異常電壓時，關斷該開關單元以停止該交流電源對該負載供電。
16. 如申請專利範圍第13項所述之異常電壓保護裝置的操作方法，其中在步驟(a)中包含：該電壓檢知單元根據該交流電源的電壓值提供一檢知信號至該延時控制單元；其中在步驟(b)包含：透過該延時控制單元根據該檢知信號執行該延時程序。
17. 如申請專利範圍第16項所述之異常電壓保護裝置的操作方法，其中該延時程序包含：根據該檢知信號產生一第一電壓；增加該第一電壓；及比較該第一電壓和一參考電壓，藉以決定是否導通該開關單元。
18. 如申請專利範圍第17項所述之異常電壓保護裝置的操作方法，其中該步驟(c)包含：當判斷該第一電壓大於該參考電壓時，導通該開關單元，其中該延遲時間係該第一電壓增加至大於該參考電壓的時間。