TWI683493B

TWI683493B - 過載保護裝置與方法

Info

Publication number: TWI683493B
Application number: TW108103977A
Authority: TW
Inventors: 王鏑程; 王振中
Original assignee: 天揚精密科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-01-21
Also published as: TW202030948A

Abstract

本發明揭露一過載保護裝置，其包含：一參數設定單元，供設定一位於一用電迴路中之標杆功率元件的標稱極限溫度；一管制條件生成單元，用以依據該標稱極限溫度，產出多個用以代表該標杆功率元件之工作溫度異常的管制條件；一溫度蒐集單元，用以接收該工作溫度訊息；以及，一運算輸出單元，依據該工作溫度訊息，計算出一工作溫升指數，並在該工作溫升指數符合該等管制條件其中之一時，送出一執行一特定保護動作的保護訊息。藉此，可獲得一最佳過載保護的過載保護裝置與方法。

Description

過載保護裝置與方法

本發明係有關於一種用以防止電路過載的保護裝置與方法；尤其是一種可讓使用者自行設定各種保護規格，並能作到對用電迴路作適應化保護的智慧型過載保護裝置與方法。

在各種用電迴路中，一旦電源供應不穩，有突波或過大電流，或是元件異常或負載調到過大，以致於電路電流過大，而超出一些電路元件的負荷，都有可能導致電路裝置的故障或燒毀。因此，過電流保護機制，或稱過載保護機制，普遍存在電路設計中。

在過電流與過載保護機制中，溫度感測器為一常被使用的偵測元件，尤其是負溫度係數型(NTC)溫度感測器，一般會選擇裝設在電路負載上，以偵測負載是否過熱，一旦過熱，即藉由回饋而控制電路開關，以自動調降或是關閉電路之負載電流。現有技術中，有在超過一定溫度之過熱時，發出警告、進行電流量調整、或是關閉電源者，亦有依據負載的溫度上升斜率，來判斷負載是否正常運作而調整負載電流者，此例如中國專利第CN103699152號專利、第CN105444213號專利等所揭示者。

然而，即使現有技術有揭露了多種保護方式，但都只想到對負載進行監控，再作自動調控，其中沒有看到一個能對於電路的所有元件作通盤考量，或如何作通盤考量以得到最適當保護的過載保護方式。現有的熔斷器(fuse)或斷路保護器(breaker)，對於由外而來的突流，及由內部元件失效所致的抽載過流，雖試圖作最佳保護，但仍常可能顧此失彼，不是太過就是不及，設計人員很難選到一能作最佳保護的規格。

因此，本發明的目的在於提供一種能作到最佳保護，而且可由使用者自行依其所要保護的用電迴路，設定出最適應化保護，並能進一步取代習知斷路保護器的智慧型過載保護裝置與方法。

為了達成本發明之目的，本發明提供一種過載保護裝置，包含：一參數設定單元，供設定一位於一用電迴路中之標杆功率元件的標稱極限溫度，且該標杆功率元件具有一因通過其中之一工作電流所致的工作溫度；一管制條件生成單元，用以依據該標稱極限溫度，產出多個用以代表該標杆功率元件之工作溫度異常的管制條件；一溫度蒐集單元，用以接收該標杆功率元件之工作溫度訊息；以及，一運算輸出單元，依據該工作溫度訊息，計算出一工作溫升指數，並用以在該工作溫升指數符合該等管制條件其中之一時，送出一執行一特定保護動作的保護訊息。

進一步，本發明所揭該標杆功率元件是該用電迴路之所有功率元件中，當工作電流超過該額定負載之下，最快達到其極限溫度者，並以其極限溫度作為該標稱極限溫度。本發明所揭該標杆功率元件也可以是該用電迴路之一入口元件，該用電迴路之所有功率元件中，具有一當工作電流超過該額定負載下，最快達到其極限溫度之一最弱功率元件，且該標稱極限溫度為該最弱功率元件在其極限溫度時，該標杆功率元件的工作溫度。

更進一步，該管制條件生成單元用以根據該標稱極限溫度，以及一保護起始溫度、一極上限時差、與一極下限時差，設定出N階上限溫升管制指標作為該等管制條件，N為正整數；並用以根據一餘裕量R，以及該N階上限溫升管制指標之各分階上限溫升管制指標，設定出N階管制指標作為管制條件，且各階管制指標包含一分階上限溫升管制指標、以及一由該分階上限溫升管制指標與該餘裕量R推算得的分階管制點；而且，該餘裕量R為一就溫度與時間二者之一，提前一特定範圍的設定量，該等管制點包含該管制溫度與該管制時間兩者其中之一

本發明另提供了一種過載保護方法，其包含：一參數設定步驟，用以設定一位於一用電迴路中之標杆功率元件的標稱極限溫度，且該標杆功率元件具有一因通過其中之一工作電流所致的工作溫度；一管制條件生成步驟，用以依據該標稱極限溫度，產出多個用以代表該標杆功率元件之工作溫度異常的管制條件；一溫度蒐集步驟，用以接收該標杆功率元件之工作溫度訊息；以及，一運算輸出步驟，依據該工作溫度訊息，計算出一工作溫升指數，並用以在該工作溫升指數符合該等管制條件其中之一時，送出一執行一特定保護動作的保護訊息。

藉由上述發明，將可以對用電迴路作出最佳過載保護，且由於使用者可依據其所要保護的用電迴路，來自行或自動設定與變更保護的條件，將可以用一標準元件，適應各種用電迴路之狀況，設定出最適應化保護，並由於能夠快速反應用電迴路狀況，將可進一步取代習知的斷路保護器，因而可以獲得一智慧型過載保護裝置與方法。藉由本發明所揭裝置，可兼顧由內或由外的過流，有熔斷器的優點，但無/少其缺點，有斷路保護器的功能但改善其反應慢的缺點，因此此系統應可取代大部份的熔斷器或斷路保護器的應用，特別是有發熱及經常需起動/關閉的裝置。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下，配合圖式列舉各根據本發明而成之較佳實施例，來對本發明所揭過載保護裝置與方法的組成構件及步驟，以及其所達成功效作說明。然各圖式中所示過載保護裝置的相關構件、尺寸及設定僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

圖1顯示一依據本發明之第一實施例而成之過載保護裝置100之組成暨第一運用例示意圖。過載保護裝置100主要包含：一參數設定單元110、一管制條件生成單元120、一溫度蒐集單元130、以及一運算輸出單元140。圖1一併顯示出一用電迴路1中與過載保護裝置100相搭配之部分元件，其包含一供量測工作溫度而作為標杆功率元件的負載13，與一可復歸式調控工作電流的調控裝置14。負載13與調控裝置14具有一因通過其中之一工作電流所致的工作溫度，以及一可正常運作之最高容許工作溫度，一般稱之為額定溫度，亦可稱之為極限溫度；然而本發明所稱極限溫度不限於此。

參數設定單元110用以設定一作為溫度蒐集單元130之溫度來源的標杆功率元件的標稱極限溫度TM _RM，在圖1所示例子中，係以負載13作為標杆功率元件，有關標杆功率元件之選擇，以及標稱極限溫度TM _RM之設定細節，敘述於後。管制條件生成單元120用以依據該標稱極限溫度TM _RM，產出多個用以代表該標杆功率元件之工作溫度異常的管制條件，其可以自動產生，也可以透過設定而產生；該管制條件大體上可以是管制溫度、管制時間、工作溫度在一段時間內的溫升管制指標，三者至少其中之一的單一或複合條件，其細節詳述於後。溫度蒐集單元130用以接收一來自標杆功率元件的工作溫度訊息。運算輸出單元140用以依據溫度蒐集單元130所收到的工作溫度訊息，計算出一工作溫升指數，並用以在該工作溫升指數符合該等管制條件其中之一時，送出一執行一特定保護動作的保護訊息；有關該溫升管制指標、以及該特定保護動作之細節亦於後敘述。

圖1一併顯示一依據本發明之第二實施例而成的過載保護裝置101之組成示意圖。第二實施例所示之過載保護裝置101除了包含過載保護裝置100之外，還多包含一溫度感測元件150，與一設置在用電迴路1中作為其中一功率元件的調控裝置160，亦即將用電迴路1中之調控裝置14兼作為過載保護裝置101的調控裝置160。溫度感測元件150附著在負載13上，用以感知其工作溫度，並送出工作溫度訊息。調控裝置160設置在用電迴路1中，用以接收運算輸出單元140所送出的保護訊號，而調整用電迴路1之供電狀況，且該調整包含切斷與調整供電大小，其可以是一個TRIAC等三閘開關、橋式整流器等二閘體、或是其他。

圖1一併顯示一依據本發明之第三實施例而成的過載保護裝置102之組成示意圖。第三實施例所示之過載保護裝置102除了包含過載保護裝置101之外，還多包含一警示裝置170。當然，在一變形例中，此第三實施例所揭過載保護裝置102也可以是在過載保護裝置100之外，再多包含警示裝置170。警示裝置170用以接收運算輸出單元140所發出之保護訊號，並據以發出警示。該警示可以是任何聲、光、訊息或是動作，且可依據該等因為不同管制條件所送出的不同保護訊息，給予不同的警示方式。

以上三實施例所舉過載保護裝置，都含蓋有本發明的主要核心技術，但依元件構成之不同，而有不同實施態樣。例如，過載保護裝置100可以是一例如MCU之類的單晶片型態，其可以具有例如6隻接腳，供進行電源之輸入、參數設定之輸入、保護訊息之輸出等。上述過載保護裝置102之變形例，也可以是例如MCU之類的單晶片型態，其可以具有例如8隻接腳，供加入警示系統之輸出。當將過載保護裝置100，配合用電迴路1實際使用時，則可以是包含溫度感測元件150與調控裝置160之如第二實施例所示的過載保護裝置101。當實際應用在用電迴路1上，再加上警示裝置170時，則為過載保護裝置102之實施態樣。

圖2顯示過載保護裝置100/101用在用電迴路1中的另一第二運用實施例。用電迴路1為一交流電源AC所供電，但不以此為限，且主要包含一開關11、一作為後級過電流斷路器的保險絲12、一負載13、一作為前述調控裝置14,160之具體例而標以相同參考符號的三閘開關(TRIAC) 14、一代表用電迴路1中之其他任何可能元件的電阻15、以及一手動負載調節器16。其中，負載13、三閘開關14、電阻15、負載調節器16都有阻抗，且在用電迴路1工作時都有工作電流通過，因而都是本案所稱功率元件，且各具有如前所述之工作溫度與極限溫度。又，會發熱之導線或熱墊，也都視為本發明所稱之功率元件，因而所謂功率元件也可包含功率部位。

用電迴路1通常具有一額定負載，用以表示用電迴路1在一般正常運作下的最高安全負載值，其可以是功率值，亦可以是電流值，例如2安培。三閘開關14可以接受任一環境或用電迴路1本身之偵測控制電路(未顯示)之驅動，而自動調整用電迴路1中之電流通過與否或大小，因而可以作為過電流斷路保護器，也可以作為負載調整元件；此功能雖為已知，但在未配合本發明所揭整體技術思想下，尚未能有最佳斷路保護。電阻15可作為電流限流器或是電流感測器等，且此所稱其他元件不限於電阻。又，用電迴路1可有另一功率元件(未顯示)與負載13並聯，在此之下三閘關關14形同管控整個用電迴路1之串/並聯供電狀況，因而三閘開關14可說是此用電迴路1的入口元件，用電迴路1之任何過載電流都會經過此三閘關關14，故以此稱之。

又，在圖2所示運用例中，溫度感測元件150所量測的對象，是作為入口元件的三閘開關14，而不是圖1所示運用例中的負載13。此代表本發明所揭作為工作溫度訊息來源的標杆功率元件，可以是入口元件14或是負載13。依據標杆功率元件性質之不同，前述標稱極限溫度TM _RM將會有不同的設定原則，茲進一步說明於下。

不管是選擇入口元件14或負載13作為標杆功率元件，都要先選出用電迴路1中之最弱元件。此可例如藉由讓用電迴路1工作在一常溫下，且在超過該額定負載之各種逐升電流下，例如每1安培逐升，從用電迴路之各功率元件中，選出一最快達到其極限溫度或一特定管制溫度者，作為此用電迴路1中之最弱元件。圖3顯示一依據上述方式而可選出最弱元件的示意圖，亦即，顯示出在一環境溫度為40℃，且供應用電迴路1一大於額定負載但仍能正常運作之最大工作電流下，用電迴路1中之各功率元件13、14、15、16的溫升曲線13S、14S、15S、16S；其中之曲線反曲點代表關掉電源後之溫降。比較各曲線，可得出功率元件13最快到達其例如125度的極限溫度，因而功率元件13，亦即負載13，即為此用電迴路1之最弱元件。又，在此例子中，雖舉負載13為最弱元件，但實際上亦有可能是電阻15等其他元件，依實際用料而定。在一變形例中，該選出最弱元件之工作電流也可以是一間歇定電流。

在選出最弱元件之後，即可依標杆功率元件之選擇，來設定標稱極限溫度TM _RM。在圖1所示運用例中，溫度感測元件150是直接偵測最弱元件所在之負載13的工作溫度，而以最弱元件作為標杆功率元件，此時之標稱極限溫度TM _RM即設定為負載13的極限溫度。在圖2所示運用例中，溫度感測元件150並非量測最弱元件所在之負載13，而是量測入口元件三閘開關14，而以其作為標杆功率元件，此時之標稱極限溫度TM _RM，則設定為該最弱元件所在之負載13已達其極限溫度時，該三閘開關的相對工作溫度。就圖2所示以入口元件三閘開關14作為標杆功率元件的作法而言，較佳之處在於當最弱元件是一例如熱敷墊之大面積發熱線，而難以預期其最弱點位置時，尤其能作到較佳保護；另外，當用電迴路中有諸多分路，對於由其他非最弱元件之不正常損壞所引起的突流，亦能作到整個用電迴路之較佳保護。

以下，進一步就管制條件之生成例作說明。根據本發明之技術思想，在生成管制條件之前，除了已經有一由參數設定單元110輸入之適應用電迴路1之實際狀況的標稱極限溫度TM _RM外，還需要有一保護起始溫度TM _S，以及一代表自保護起始溫度起至溫度到達標稱極限溫度之最大評估時間的極上限時差TP _M，與代表過載保護裝置100最快完成反應動作之極下限時差TPs，俾自動生成多個作為管制條件的管制指標。惟，前述保護起始溫度TM _S、極上限時差TP _M，以及極下限時差TP _S，可以是經由參數設定單元110進行手動設定，也可以是過載保護裝置100自動設定，或是一機定值。因此，參數設定單元110除了可供設定標稱極限溫度TM _RM外，亦可供設定保護起始溫度TM _S、極上限時差TP _M、與極下限時差TP _S。

若保護起始溫度TM _S採用由過載保護裝置100自動設定，可以例如固定將使用者所設定的標稱極限溫度TM _RM減一特定值，例如40度，而自動得到保護起始溫度TM _S。又，在進一步實施例中，該特定值亦可依使用者對此過載保護裝置100所要採取的可變保護敏感等級而變；例如，若要比較敏感一點而提早反應，可將此特定值提高至50度，若要慢點反應，則可將該特定值設為20度。至於該保護敏感等級，亦可由使用者經由參數設定單元110完成設定。或者，保護起始溫度TM _S可以機定成不管標稱極限溫度TM _RM為何，都自例如50度起，即開始計算工作溫度而進行過載保護。又，在一較佳實施例中，該保護起始溫度TM _S最好是由使用者經由參數設定單元110輸入，且最好是以該標杆功率元件在該用電迴路1處於其額定負載時之溫度，作為其保護起始溫度TM _S。又，極上限時差TP _M除了可由使用者輸入外，亦可自動設定，例如依所輸入之標稱極限溫度TM _RM，而自動設定時間長短。在一較佳實施例中，係採一機定值，例如30分鐘/1800秒。極下限時差TP _S一樣可依裝置反應速度作設定，或採一機定值，例如考量MCU的反應能力，可以設定為0.1秒；或者，設定為0秒亦可，不影響後述管制條件下的保護能力。

在俱備各參數之下，管制條件生成單元120可根據該標稱極限溫度TM _RM與該保護起始溫度TM _S，設定出N階上限溫升管制指標作為管制條件，N為正整數，且亦可為一機定值，或由使用者經參數設定單元110完成設定。圖4顯示前述管制條件生成單元120所生N階上限溫升管制指標例的示意圖，在此例中，N為7，且係以一溫差與時差之反正切角，作為溫升管制指標。具體而言，該管制條件生成單元120係依據一例如1800秒的極上限時差TP _M，一例如0秒的極下限時差TP _S，以及該標稱極限溫度TM _RM(例如125度)相較於該保護起始溫度TM _S(例如95度)之溫差30度，以10秒為一單位，取其反正切角(arctan(30/180))，界定該7階中之第一階上限角，其約為9.5度；並依據0秒之極下限時差TP _S，以及該30度溫差，取其反正切角，界定該7階之第7階極上限角，即為90度；並以(該第7階極上限角-該第一階上限角)/(7-1)，作為該第1階以外各(7-1)階之分階角度範圍，其約為13.4度。藉此，當依序累加該等7階之各分階角度範圍，即可得出該等7階的各分階上限角，分別為例如：9.5°、22.9°、36.3°、49.7°、63.1°、76.5°、與90°；該等N階上限溫升管制指標之各分階上限溫升管制指標，即指前述各分階上限角。

又，在圖4所示例子中，雖以溫差與時差推算其反正切角，作為溫升管制指標，但在一變形例中，亦可採用該溫差與時差(一樣以10秒為單位)之斜率，作為各分階上限溫升管制指標，例如以標稱極限溫度TM _RM與極上限時差TP _M之斜率0.16為第1階，再以其倍數0.32、0.64、1.28、2.56、5.12、及無窮大，作為第2~7階之上限溫升管制指標。因此，本發明所稱溫升管制指標，可以是角度或是斜率等，但不以此為限，而且，藉由使用者設定標稱極限溫度TM _RM，將可以使各作為管制條件的各分階上限溫升管制指標，得到一適應用電迴路1之最適切保護。

又，在圖4中，除了顯示出由標示極限溫度TM _RM得到之以角度為準的各分階上限溫升管制指標線外，也一併顯示出各分階上限時間。如圖4所示，在已知各分階上限溫升管制指標，與標稱極限溫度TM _RM之下，可以依據該極上限時差TP _M，以及該第一階上限角正切值與各階上限角正切值之比值，將兩者相乘，即可推得各分階上限時差，例如第1階之1800秒，以及依上述算法往前推其他6階的各分階上限時差分別為710秒、408秒、254秒、152秒、72秒、以及0秒。

藉由各分階上限時差，可進一步發展出一可因應各分階溫升管制指標而有不同管制點的諸多管制條件。詳言之，由於各元件製造商所給的額定溫度，一般只是標稱值，實際上有可能因製程或材料等各種變動因素，而更差或更好，因此，藉由多設定一用以相較於前述標稱極限溫度TM _RM或各分階上限時差，提前一特定範圍量的餘裕量R，將可彌補該差異，並可對不同溫升之各分階，取得不同的前置管制時間或管制溫度，來作為管制點。藉此，作為管制條件的各階管制指標，即包含各分階上限溫升管制指標、以及由該等分階上限溫升管制指標與該餘裕量R推算得的各分階管制點；而且，該等管制點包含該管制溫度與該管制時間兩者其中之一，該餘裕量R為一就溫度與時間二者之一，提前一特定範圍的設定量。當該餘裕量R為一特定時間，該等管制點將依不同階，而有低於該標稱極限溫度TM _RM之不同值管制溫度，俾在相同前置時間下，依溫升指數之不同，取得不同的提前反應溫度。

圖5顯示一根據圖4所示各階上限溫升管制指標，與餘裕量R，得到不同管制點的示意圖，其中僅舉第1階與第3階管制點為例。如圖5所示，將餘裕量R之單位設定為時間，且將餘裕時間ΔT設為50秒，據以推算各分階之管制溫度，可推得第1階的管制溫度為124.5度，第3階的管制溫度為121.5度。圖5僅是以圖示例示本技術思想，實際上該值可由運算式推得，茲列舉如下： 1 ^st階: 95℃+tan9.5°x(180-5)=124.5℃ 2 ^nd階: 95℃+tan22.9°x(71-5)=123℃ 3 ^rd階: 95℃+tan36.3°x(40.8-5)=121.5℃ 4 ^th階: 95℃+tan49.7°x(25.4-5)=118.5℃ 5 ^th階: 95℃+tan63.1°x(15.2-5)=114.5℃ 6 ^th階: 95℃+tan76.5°x(7.2-5)=103.5℃

在上述例子中，除第7階外，各分階有其作為管制點的管制溫度(因為第7階是90度)。藉由管制條件生成單元120完成上述管制條件之後，只要運算輸出單元140將溫度蒐集單元130所收到的工作溫度訊息，包含溫度與對應時間，從保護起始溫度TM _S開始，加以計算取得其工作溫升指數(本例為其角度)後，將該工作溫升指數，與該等N階上限溫升管制指標相比較，將可得到一溫升符合階，接著即可依該溫升符合階之管制溫度與工作溫度訊息比較，如若工作溫度大於該管制溫度則進行一使調控裝置160執行斷路保護的動作，而得到過載斷路保護。其中，除了斷路保護之管制點外，也可取不同的餘裕量R，以取得更提前之管制點，供在達到該更提前之管制點時，即先送出一執行警示動作的保護訊息；此例如將餘裕量R取100秒，則在到達例如123.6度時，即送出警示之訊息。因此，各分階之管制點可以有多個，且可以分別用以執行一包含警示或切斷，甚至是調整用電迴路之供電量等各種行為其中之一的動作。

又，有關警示方面，亦可以利用外插法，計算工作溫度訊息繼續升溫至該溫升符合階之管制溫度所剩時間，即可依該所剩時間之不同，送出具不同保護訊息。例如，若該所剩時間小於第6階之上限時差，亦即落在第7階之範圍內，即立刻通知調控裝置160關斷用電迴路1，並且讓警示裝置170執行一長亮紅燈的警示；若大於第6階之上限時差且小於例如300秒，則讓警示裝置170執行一每0.5秒快閃紅燈的保護動作；若大於300秒但小於1800秒，則執行一每2秒快閃紅燈的動作；若大於1800秒，則執行一每5秒慢閃的動作等，但若仍到達切斷之管制溫度，仍執行切斷的動作。若溫度因故下降至管制溫度以下時，過載保護裝置自動關閉警示並停止溫度監測，恢復正常運作。

又，在上述例子中，也可以將管制條件設定成：雖工作溫度未達一切斷管制溫度，但仍持續在一特定時間上升一特定溫度，即在該特定時間時，亦產出一切斷該用電迴路1之電源供應的特定保護動作訊息。例如，雖未達第1階之切斷管制溫度124.5℃，但已到達例如120度之警示管制溫度，在10分鐘內仍有溫升達2℃，仍執行該關斷的動作。又，在一極端例子，不用考量電路反應時間的話，也可以統一將標稱極限溫度TM _RM視為各溫升管制指標的切斷管制溫度，但警示管制溫度則仍應依不同溫升指標，而給予不同的提前溫度，如此才能因應不同的溫升管制指標，給予足夠時間因應。在較佳例子中，最好還是將切斷管制溫度，設定成低於實際會損壞的標稱極限溫度TM _RM。

另外，上述餘裕量R雖舉時間為例，但也可以是溫度，並比照前述方式，就各分階上限時間，推得各分階之以管制時間為準的管制點。例如，若餘裕量R為5度，則可得到一例如第1階的管制時間為1500秒，第2階之管制時間為600秒等。

進一步，上述例舉餘裕量R是機定為50秒，但也可以由使用者利用參數設定單元110進行設定，或是由過載保護裝置100自動產生或依前述保護敏感等級自動產生。例如，在有設定一保護敏感等級之例子下，若將保護敏感等級分為(極低/低/低中/中/中高/高)等6級，且餘裕量R分別為2/10/20/30/40/50秒，則可設定為當標稱極限溫度TM _RM與保護起始溫度TM _S之溫差分別在例如4.5℃以內、4.5℃~9.5℃之間、9.5℃~14.5℃之間、14.5℃~19.5℃之間、19.5℃~24.5℃之間、大於24.5℃以上，即分別將餘裕量R自動設定為2秒、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒，且對應於極低、低、低中、中、中高、高之敏感等級。藉此，即可達成一自動設定餘裕量R的結果。又，上述係以溫差來自動設定餘裕量R，但也可以不依溫差，而僅依敏感等級，來設定餘裕量R；或是依溫差及敏感等級二者，來設定餘裕量R，例如溫差20度，敏感等級為高，則餘裕量R為例如45秒。

前面已說明了各種管制條件之生成、設定與比對，接著再進一步說明工作溫度之接收與運算。當身為MCU或IC的過載保護裝置100感測到工作溫度超過保護起始溫度TM _S後，即開始蒐集工作溫度訊息，包含溫度與時差，例如以每0.1秒或其他為間隔，開始收集起迄點(取樣一點即可)的溫度數據，計算其溫差△TM，若該△TM 已大於0.25℃，此例如為NTC溫度感測元件150的測量精度，即取最近2點溫度，算出其作為溫升指數的角度θ(tan ^-1(△TM/0.01)，以10秒為單位)，或再以第2點為始點，取第3點的最近兩點溫度，算出角度θ(tan ^-1(△TM/0.01))，依此類推；若△TM ＜ 0.25℃, 則取最近1-3、1-4、或1-5兩點的溫度算出角θ度(tan ^-1(△TM/0.02)、tan ^-1(△TM/0.03)、tan ^-1(△TM/0.04))，或再以第3、4、5點為始點, 先取第4、5、6點的最近兩點溫度, 若△TM仍＜ 0.25℃, 則再取第3-5、4-6、5-7點的最近兩點溫度。依此類推，算出角度θ(tan ^-1[△TM/(0.01x2)]、或是tan ^-1[△TM/(0.01x3)]、tan ^-1[△TM/(0.01x4)]等))，並判斷落在那一分階範圍，若有到達該分階的管制溫度後，立刻關斷，反之恢復正常作業。簡言之，該工作溫升指數是在該工作溫度訊息之二連續取樣點之溫差大於一特定值時，以該二取樣點之工作溫度訊息算出該工作溫升指數；當該二連續取樣點之溫差小於一特定值時，則以溫差大於該特定值之間隔至少一取樣點的二取樣點所得之工作溫度訊息，來計算該工作溫升指數。至於該工作溫升指數則可以是反正切角或是斜率。

綜合上述各種類型，所述管制條件可以是管制溫度、管制時間、工作溫度在一時差下之溫升管制指標，三者至少其中之一的組合。而且，當管制條件為某一溫升管制指標與某一管制點之配合時，可就不同溫升管制指標，給予不同的管制點。據此，將可就不同態樣，得到一矩陣式管制條件，且以標稱極限溫度TM _RM為上限值。當所收到的工作溫度訊息符合該等管制條件任何之一，即送出一執行一特定保護動作的保護訊息，且可以就不同管制條件，給予不同的特定保護動作。該特定保護動作可以是發出警示、或是控制用電迴路1的電源供應狀況、或是兩者相配合而進行。

根據本發明之上述各種實施例，當發生安規中所定義的短路(Short)時，上述過載保護裝置最快可在0.1秒或更短時間，關斷用電迴路1，此0.1秒所累積的熱能應不至於導致元件或裝置起火，其作用等同保險絲。又，因為此過載保護裝置的反應速度大於或等於保險絲，亦極大於復歸型斷路器，因此，即使在用電迴路1中沒有保險絲及斷路器也無所謂；另對於階梯式升流而言，本案所揭過載保護裝置可以該使用者依實際電路設計，以及所設計的安全度管制範圍，在各分階的適當管制溫度進行關斷，因此也優於保險絲與斷路器。

例如，若負載13為熱敷墊，當發熱線劣化內阻將會升高，導致迅速抽載恒流過流，溫度會開始異常升高，此將同樣反應在熱敷墊的入口元件上。因此，依上述說明而在用電迴路1的功率元件中找出最弱元件，並在身為入口元件的三閘開關14加上本發明所揭過載保護裝置，且使反應該狀況的入口元件升溫指標落在第7階，將足以即時(0.1秒)關斷電源，而可有效保障使用安全。

因此，本發明所揭過載保護裝置可以兼顧一些從設備內或外所造成的電流過載保護，其有保險絲的優點但無/少其缺點；有斷路器的功能但改善其反應慢的缺點，因此可以取代大部份的保險絲與斷路器的應用，特別是有發熱及經常需起動/關閉的裝置，例如發熱墊、除溼機、泠氣機、中央空調出風口風扇等電源；或是有後接裝置且無法預期該後接裝置為何的開關，例如插座、轉接插座、延長線、無線開關等等。本發明所揭過載保護裝置有絕對優勢。又，若裝置中有兩個入口系統，其中一個系統有上述情形，也可以同時以此裝置搭配保險絲使用，或此系統及保險絲分別使用，分別保護各系統。

根據前述各種實施例，本發明亦揭示了一例如圖6所示的的過載保護方法的保護流程。如圖6所示，依據本發明之一實施例而成的過載保護方法包含：一參數設定步驟S1，用以設定一位於一用電迴路中之標杆功率元件的標稱極限溫度TM _RM，且該標杆功率元件具有一因通過其中之一工作電流所致的工作溫度；一管制條件生成步驟S2，用以依據該標稱極限溫度TM _RM，產出多個代表該標杆功率元件之工作溫度異常的管制條件；一溫度蒐集步驟S3，用以接收該標杆功率元件之工作溫度訊息；以及，一運算輸出步驟S4，依據該工作溫度訊息，計算出一工作溫升指數，並用以在該工作溫升指數符合該等管制條件其中之一時，送出一執行一特定保護動作的保護訊息。。

在一較佳實施例中，該溫度蒐集步驟還包含將一溫度感測元件，附著在該標杆功率元件上，用以感知該工作溫度，並送出該工作溫度訊息；且該方法還包含一調控步驟S5，用以設置一調控裝置在該用電迴路中，用以接收該保護訊息，而調整該用電迴路之供電，且該調整包含切斷。該標杆功率元件，同前所述，可以是一最弱元件，也可以是一入口元件。

在另一較佳實施例中，該保護方法還包含：一警示步驟S6，用以接收該保護訊息，而發出警示；且該特定保護動作係依不同的管制條件，給予不同的警示方式；且該管制條件包括一管制溫度、一管制時間、該工作溫度在一時間區段內之溫升管制指標，三者至少其中之一。

又，前述參數設定步驟S1還可包括設定一保護起始溫度TM _S、一餘裕量R、一保護用極上限時差TP _M、一保護用極下限時差TP _S、管制階數、以及一敏感等級等至少其中之一，以供完成如前所述各階上限溫升管制指標、各分階上限角、各分階上限時差、各管制點等各種各階管制條件之設定。本實施例所揭方法所達成的功效與過載保護裝置相同。

綜合上述，藉由本發明所揭各種實施例所揭示的技術思想，將可以獲得一能取得最佳過載保護的過載保護裝置與方法。同時，可以獲得一種能夠由使用者依實際所要保護的電路狀況，自行調整參數，並能自動產生各管制點的最適應化智慧型過載保護裝置與方法。最後強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧用電迴路

11‧‧‧開關

12‧‧‧保險絲

13‧‧‧負載

14‧‧‧三閘開關/調控裝置

15‧‧‧電阻

16‧‧‧手動負載調節器

100,101,102‧‧‧過載保護裝置

110‧‧‧參數設定單元

120‧‧‧管制條件生成單元

130‧‧‧溫度蒐集單元

140‧‧‧運算輸出單元

150‧‧‧溫度感測元件

160‧‧‧調控裝置

170‧‧‧警示裝置

S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7‧‧‧步驟

圖1顯示一依據本發明各實施例而成的過載保護裝置組成暨第一運用例示意圖。圖2顯示一依據本發明各實施例而成的過載保護裝置之第二運用例示意圖。圖3顯示一依據本發明之一實施例而成之最弱元件選擇示意圖。圖4顯示一依據本發明之一實施例而成的管制條件生成例示意圖。圖4顯示一依據本發明之一實施例而成之管制點生成例示意圖。圖6顯示一依據本發明之一實施例而成的過載保護方法的保護流程示意圖。