TWI710189B - 電流過載保護裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電流過載保護裝置及其方法。前述的裝置包括電流量測器以及控制模組；電流量測器用於量測一電流路徑上的一電流值；控制模組與電流量測器電性連接，並儲存有電流門檻資料，電流門檻資料包括多個分別對應一斷路門檻值的時間區間，複數個時間區間所對應的時間愈早，其對應的斷路門檻值愈大，而控制模組用於接受並匯集一指定時間長度內的電流訊號以計算電流路徑的一電流值，並判斷該電流值是否大於或等於該斷路門檻值，若是，則執行過載保護步驟以對一負載進行電流過載保護。

Description

電流過載保護裝置及其方法

本發明係有關於一種電流過載保護裝置及其方法，尤其是關於一種電流過載門檻隨時間漸減的電流過載保護裝置及其方法。

在各種用電迴路中，常見因為電源供應不穩、元件異常、負載調到過大、錯誤連接電源等等原因，導致電子裝置接受超出其負荷的電流，有可能導致電路上或電子裝置(下稱負載)的故障或毀損。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。

現有已知有利用斷路器(Circuit Breaker)來對於由外而來的突流進行過電流保護。而前述元件的電流過載門檻是固定的，一旦通過的電流大於預設的過載門檻，斷路保護器即斷電或斷開關，防止負載因高電流而受損。然而，若負載為電動機或是鵭絲燈泡，正常啟動會有突起高額電流，為防止斷路器錯誤地因啟動時的高額電流而斷路影響正常使用，已知常見做法是選用數倍於負載的額定電流的斷路器為過電流保護，但此做法允許高於負載的額定電流通過負載，電流仍有可能會對負載造成傷害，故並非理想的設計。

而在過電流與過載保護機制中，溫度量測器為一常被使用的偵測元件，尤其是負溫度係數型(NTC)溫度量測器，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。

然而，由於負載受電流加熱需時，利用溫度進行過電流量測需時較久，反應較慢，同時高電流會使導線溫度持續提高，在保護啟動，電路斷路前，流經導線的電流雖不夠大到使熔斷器斷開，但電流已足以使導線表面的絕緣包覆材劣化或燒毁，危及使用者的安全。

同理，也有已知物理性的熔斷器，利用過載電流通過時的熱能加熱電路，並利用電流熱破壞斷電的開關，遇見此類負載如鎢絲燈泡，馬達，雖沒有啟動電流斷電誤關閉問題，但因靠溫度物理特性斷電，斷電時間反應較長不靈敏，亦有前述的問題。

為因應導線包覆材劣化的問題，已知有先前技術提出一種同時包括熔斷器及電子式電流保護器的系統。系統設計了一個二維的電流-時間圖，並設定有正常電流門檻曲線、熔斷器的電流門檻曲線以及導線包裝熔解的電流門檻曲線等門檻曲線；並利用前述各曲線將電流-時間圖區分為多個區域以在導線包覆材劣化前，以電子式電流保護器切斷電路以保護導線的外絕緣層。惟其計算時需要將電流值及時間值分別與多條門檻曲線進行重複比對，導致比對時對運算資源的要求極高，需採用運資能力較高的資料處理器，致使其成本隨之而明顯提升，不利於產品推廣。

另一方面，為減輕處理器的運算能力要求，亦已見有設於電子式電流過載保護裝置，將斷路門檻值的比對流程在資料處理器外，以硬體電路方式進行前處理，藉此減輕處理器對運算能力的需求。前述的系統以一電流量測器量測電流值，並分別將電流值傳送予第一電路、第二電路和處理器。第一電路對應負載啟動狀態時的較高電流門檻；第二電路對應負載正常運行狀態時的較低電流門檻；第一電路和第二電路會分別和電流值進行比對並分別對處理器輸出對應的第一訊號及第二訊號；另一方面，處理器會根據電流值來判斷負載是在啟動狀態或是在正常運行狀態，據而對應地從第一訊號或第二訊號中選擇接受比對結果的其中一者，進而根據比對結果決定是否對電路進行斷路以保護負載。由於處理器只進行負責工作狀態的判斷，並不參與運算及比對，故可最低化對處理器的運算能力要求。但此設計中，每個比對用的電路只會對應一個電流的斷路門檻值，而當斷路門檻值有許多個的時候，其電路設計將變得極為複雜，成本亦會隨之提高。

據此，目前尚未見有一種同時兼具高安全性、反應快速、運算能力需求低以及可支援多電流斷路門檻值的過電流過載保護裝置，本發明即為解決此問題而生。

因應先前技術未能提供兼具高安全性、反應快速、運算能力需求低以及可支援多電流斷路門檻的過電流過載保護系統的問題，本發明的一實施例中，提出了一種過電流過載保護裝置，其利用電子式電流偵測器配合微處理器和斷路模組來對負載進行電流過載保護。

為了達成本發明之目的，本發明提供一種電流過載保護裝置，包含電流量測器及控制模組。電流量測器，用於執行一電流量測步驟S1，以持續地偵測電流路徑上的電流值並輸出對應的電流訊號；控制模組與電流量測器電性連接，控制模組儲存有電流門檻資料，電流門檻資料具有複數個時間區間，複數個時間區間分別對應斷路門檻值，複數個時間區間所對應的時間愈早，對應的斷路門檻值愈大，控制模組用於執行電流偵測步驟S2、過載偵測步驟S3以及過載保護步驟S4，電流偵測步驟S2用於接受並匯集指定時間長度內的電流訊號以獲得電流值；過載偵測步驟S3，用於根據一計時之時間參數從電流門檻資料中找出對應的時間區間，並取得時間區間的斷路門檻值，並將電流值與對應時間參數的時間區間所對應的斷路門檻值進行比較判斷；若電流值大於或等於斷路門檻值，則執行過載保護步驟S4以對負載進行電流過載保護動作。

進一步，其中電流過載保護動作為將電流路徑由一通路狀態切換為一斷路狀態。另外，本發明的一實施例中的電流量測器可為一霍爾效應電流感測器(Hall-effect current sensor)。再者，本發明的一實施例中，過載偵測步驟S3中，當電流值被判斷為小於斷路門檻值時，則繼續累計時間參數，並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。

同例中，在進入過載偵測步驟S3時，先判斷電流值是否大於或等於一預設門檻值，若是，則繼續執行過載偵測步驟S3；若否，則重置時間參數並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。

同例中，預設門檻值與電流門檻資料中所對應的最後一個時間區間所對應的斷路門檻值為相同。另一方面，計時單元，用於在電流路徑的電流值達到預設門檻值後開始累計時間參數。再者，電流門檻資料中的第一個時間區間所對應的斷路門檻值可選擇性地為無限大。

再者，同例中的電流過載保護裝置可以進一步包含一校正單元及一溫度量測單元。校正單元用於根據一校正資料對儲存於電流門檻資料中的斷路門檻值進行補償校正，以獲得經校正的斷路門檻值。溫度量測單元用於量測電流量測器的溫度或一環境溫度，並產生校正資料。而前述的指定時間長度不小於(1/F)秒，F為電流路徑的交流電的頻率。

再者，同例中的控制模組可以用於執行一斷路回復步驟S5，用於儲存傳送予負載的一作動控制訊號，其中，若電流路徑因電流值大於或等於斷路門檻值而被切斷，則使儲存的作動控制訊號對應一斷路狀態；並使與電流路徑連接的一斷路模組的工作狀態與儲存的作動控制訊號相對應。

綜合而言，考量負載啟動時電流較高，正常運作時電流較低的特性，相對先前技術由始至終採用較高的單一斷路門檻值，本發明的一實施例中的過電流過載保護裝置採用了隨時間漸小的多階電流斷路門檻值，按電器啟動後電流的自然變化而為對應的變更，能更精準地對負載進行保護。

另外，相對於以複雜的斷路門檻值曲線來定義電流斷路門檻值和時間的關係，本發明的一實施例的另一重點在於將前述的斷路門檻值曲線的連續判定點，簡化成多個以秒為量級的時間區間，並對各時間區間給予一對應的斷路門檻值，以簡化斷路門檻值的取得及比對，藉此減少運算所需資源，進而降低處理器的成本，並維持保護作動的精準性。另外，相對於先前技術的系統需要同時與多條曲線斷路門檻分佈線進行比對。本發明的一實施例中，裝置先以單一定值作基本過濾，減少不必要的比對的同時，使之需與單一斷路門檻值分佈線進行比對，可進一步簡化比對流程，減少運算能力需求。

另外，本發明的例的電流過載保護方法依序包含以下步驟。一電流量測步驟S1，用於量測一電流路徑的電流並輸出對應的電流訊號；一電流偵測步驟S2，用於匯集一指定時間長度內的電流訊號以獲得一電流值；以及一過載偵測步驟S3，依序包括以下子步驟:一啟動判斷子步驟S31，用於進入過載偵測步驟S3時，判斷電流值是否大於或等於一預設門檻值，若是，則繼續執行該過載偵測步驟S3後續的子步驟；若否，則重置時間參數並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3；一計時子步驟S32，用於計時並累計一時間參數；一門檻取得子步驟S33，用於根據時間參數從一電流門檻資料中找出對應的一時間區間，並取得時間區間的一斷路門檻值，電流門檻資料具有複數個時間區間，複數個時間區間分別對應有一個斷路門檻值，複數個時間區間所對應的時間愈早，對應的斷路門檻值愈大；以及一過載判斷子步驟S34，用於判斷電流值是否大於或等於對應時間參數的時間區間所對應的斷路門檻值；若是，則對一負載進行電流過載保護動作。

在同一實施例中，電流過載保護動作對應一過載保護步驟S4，用於將電流路徑由一通路狀態切換為一斷路狀態。其中，過載判斷子步驟S34中，當電流值小於對應時間參數的時間區間所對應的斷路門檻值時，則繼續累計時間參數，並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。另一方面，預設門檻值與電流門檻資料中所對應的最後一個時間區間所對應的斷路門檻值為相同。

於同一實施例中，進一步包括一斷路回復步驟S5，用於儲存傳送予負載的一作動控制訊號；若電流路徑因大於或等於斷路門檻值而斷路，則使儲存的作動控制訊號對應一斷路狀態；並使與電流路徑連接的一斷路模組的工作狀態與儲存的作動控制訊號相對應。

前述方法的原理及優點可參酌電流過載保護裝置的說明而將不予贅述。

另外，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，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，並非用於限制本發明之專利申請範圍。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的電流過載保護裝置的組成構件、步驟及達成功效來作說明。然各圖式中電流過載保護裝置的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

請參酌第1圖、第2A圖及第2B圖，第1圖繪述了本發明一實施例的電流過載保護裝置的功能方塊圖；第2A圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例的電流門檻資料的示意圖。第2B圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例中，對應電流門檻資料的電流斷路門檻值-累計時間示意圖。

首先，本發明的電流過載保護裝置1可與負載2電性連接或整合於負載2中以對其進行電流過載保護，以防止超過電子裝置所能允許的電能通過電子裝置，導致電子裝置的損毁。前述的負載2可以是延長線，插座或電器產品以及與其連接的電子裝置。於本發明的一實施例中，電流過載保護裝置1係連接於負載2和交流電源3之間的電流路徑上。

於一實施例中，本發明的電流過載保護裝置1包括電流量測器10、控制模組20以及斷路模組30。電流量測器10用於偵測電流路徑上的電流值；控制模組20則用於根據電流值來判斷電流路徑是否過載，並可藉由斷路模組30來控制電流路徑的通路、斷路狀態。

於本實施例中，電流量測器10是一霍爾效應電流感測器，其可量測一電路上的交流電流並輸出一對應電流大小的直流電壓訊號，以供控制模組20為後續應用。惟電流量測器10亦可以是電流量測電阻(Shunt resistor current sensor)，本發明不以此為限。

控制模組20 ，例如是微控制單元(Micro control unit，簡稱MCU)，其包括一計時單元21、溫度量測單元22、儲存單元23及校正單元24。計時單元21用於計時並累計時間。溫度量測單元22用於量測溫度。儲存單元23用於儲存資料。校正單元24用於校正因溫度而產生的斷路門檻值誤差。而前述各單元可分別以硬體、韌體或是軟體方式存在。

斷路模組30，是指已知可提供通路、斷路切換的電路元件。可以是一電控電路開關(Circuit Switch)或一繼電器(relay)。再請參閱第1圖，於本實施例中，斷路模組30為一繼電器。

於本實施例中，儲存單元23為可重複覆寫的快閃記億體(FLASH)，並儲存有一電流門檻資料；以及可供執行的各種資料。然而，各種可執行的資料除以程式碼或韌體編碼方式外，亦可以硬體(例如是電路等)形式存在。

以下說明電流過載保護裝置1的作動方式。於本實施例中，電流過載保護裝置1是與交流電源3和負載2之間的電流路徑電性連接的。

參酌第4A圖，第4A圖繪述了本發明的電流過載保護方法的一實施例的步驟流程圖。在應用時，於電流路徑供電後即先執行電流量測步驟S1以電流量測器10來量測電流路徑的電流並持續地即時輸出對應的電流訊號。且當電流路徑通電時，電流量測器10所傳送予控制模組20的電流訊號對應非零的電流值，同時控制模組20開始執行電流偵測步驟S2。

電流偵測步驟S2時，控制模組20從電流量測器10接受並匯集一指定時間長度內的電流訊號，以計算電流路徑的一電流值。於本實施例中，電流路徑上的電流為交流電形式，為了精準地獲得電流值，需要匯集電流路徑於一指定時間內的數值，於本實施例中，指定時間等同交流電的至少一個波幅亦即，前述的指定時間長度較每個交流電頻率週期長，亦即指定時間長度不小於(1/F)秒，F為電流路徑的交流電的頻率。

於本實施例中，流經電流路徑的為以交流電形式存在，且電壓為110V、頻率為60赫茲的市電。惟其電壓及頻率並不以此為限。前述的指定時間視精準度的要求，亦可大於或等於電流路徑上的交流電的四分之一頻率週期的時間；亦即，假設電流路徑的交流電的頻率為60赫茲，則指定時間大於或等於4.17毫秒(ms)。而電流的精準度可藉由增加指定時間來提升，例如，假設F為電流路徑的交流電的頻率，則指定時間長度在大於或等於1/(2*F)秒、1/F 、及2/F時，其分別有好、佳及更佳的精準度。於本實施例中，流經電流路徑的為以交流電形式存在，且電壓為110V、頻率為60赫茲的市電。惟其電壓及頻率並不以此為限。

前述的電流偵測步驟S2於本實施例中是以均方根值演算法來推估量測所得的交流電的精準電流值。所稱均方根值演算法是指將對應電流的參數的所有值平方求和，求其均值，再開平方，就得到均方根值，並以此取得較精準的電流值。惟本發明不以均方根值演算法為限，其亦可以峰值電壓換或是採較短時間內的數值的平均值等方式來計算電流值，惟峰值電壓換算電流值在遇到電能功率因素較低的情況時，或會出現電流峰值高但實際功率低的情況，在電路允許的功率範圍內仍意外被斷路的誤判斷，故均方根值演算法效果較佳。

如第4A圖所示，控制模組20在電流偵測步驟S2獲得電流值後會進行過載偵測步驟S3。過載偵測步驟S3包括有啟動判斷子步驟S31、計時子步驟S32、門檻取得子步驟S33以及過載判斷子步驟S34。

啟動判斷子步驟S31用於進入過載偵測步驟S3時，判斷該電流值是否大於或等於預設門檻值ZS，若是，則繼續執行該過載偵測步驟S3中後續的子步驟；若否，則重置時間參數並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2以及過載偵測步驟S3。前述所謂的重置的其中一種方式是指將時間參數設為零。

而於本實施例中，預設門檻值ZS與電流門檻資料中所對應的最後一個該時間區間所對應的該斷路門檻值為相同為16.5安培，惟不以相同為限。

亦即，在啟動判斷步驟S3開始時，控制模組20接收到電流量測器10所傳送的電流訊號後，會先判斷電流值是否大於或等於預設門檻值的單一定值，若否，則由於電流值較低，判斷無啟動電流過載保護的需要，故會重置時間參數後進行新一輪的循環，並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2以及過載偵測步驟S3；若是，則會繼續進行後續的電流過載保護相關子步驟。

而過載偵測步驟S3在經過啟動判斷子步驟S31後，會進行計時子步驟S32，以利用計時單元21來計時並在原時間參數上累計一數值並作為新的時間參數。而計時是從啟動判斷步驟S31判斷電流值大於或等於預設門檻值ZS開始，依時累計以為時間參數。

隨後，會進行門檻取得子步驟S33，於此子步驟中，控制模組20會根據計時單元21所持續更新的時間參數來從前述提及的電流門檻資料中找出對應的時間區間，並取得對應的時間區間的斷路門檻值。

舉例來說，前述的電流門檻資料中記載了多個時間區間。每個時間區間分別對應一電流上限的斷路門檻值。請一併參酌第2A圖及第2B圖，其分別揭露了電流門檻資料示意圖及電流斷路門檻值-累計時間示意圖。由圖可見，電流門檻資料中包括了各時間區間的名稱P1、各時間區間的起始時間值P2及終止時間值P3，以及對應各個時間區間的斷路門檻值P4。圖2A是為便於理解而以表格呈現，惟在實際應用時，電流門檻資料格式內容並不以圖中所示者為限。

再請參酌第2B圖，圖中將電流門檻資料以視覺化方式呈現。圖中橫軸代表時間參數，單位為秒。計時單元21從在開始運作後開始計時，按時間由零開始累加以為時間參數。縱軸代表對應的電流的斷路門檻值，單位為安培(A)。由圖可見，圖中繪示了一斷路門檻值分佈線ZL1。由斷路門檻值分佈線ZL1的形狀可知依時間發生順序，由早至晚，依序連貫地排列有第一時間區間Z1、第二時間區間Z2以及第三時間區間Z3。

於本實施例中，各時間區間對應的斷路門檻值隨時間增加而依序漸減，而最後的時間區間的斷路門檻值與預設門檻值ZS相同。惟在應用時，其二者並不以相同為限。

於本實施例中，第一時間區間Z1為電流門檻資料中的首個時間區間，其對應的時間參數開始於第0秒始並止於第2秒前，而相對於負載2的正常工作電流ZC的15A，第一時間區間Z1為因應負載2啟動時的高電流，第一斷路門檻值設為正常工作電流ZC的3倍，即為45安培，而所稱的「第N秒前」，並不含第N秒本身。

另外，第一斷路門檻值應大於負載2的正常工作電流ZC，且可選擇性地小於或等於前述正常工作電流ZC的2倍、3倍、5倍、10倍。而在另一實施例中，第一斷路門檻值又可以是無限大，亦即，在第一時間區間Z1期間，可省略電流值及第一斷路門檻值的比較，過載保護步驟S4將不會在第一時間區間Z1中被執行；亦即，無論電流路徑上的電流值為何，當斷路門檻值為無限大時，電流路徑在第一時間區間Z1期間並不會因被判斷為過載而斷路。

第二時間區間Z2對應的累計時間始於第2秒並止於第4秒前。由於在負載2在啟動後流經電流路徑的電流會快速降低，故第二斷路門檻值設定為略大於或等於正常電流1.3倍，即為19.5A。第二斷路門檻值應大於負載2的正常工作電流ZC，且可為其1.8倍或以上、1.5倍或以上、1.3倍或其他低於前一時間區間的斷路門檻值的任何數值。

本實施例的第三時間區間Z3對應的累計時間始於第4秒且其對應的第三斷路門檻值與預設門檻值相同，惟在應用時，其二者並不以相同為限。於本實施例中，第三斷路門檻值可略大於正常工作電流ZC，並為正常工作電流ZC的1.1倍，即約16.5安培。而第三斷路門檻值可以介於正常工作電流ZC的1.6倍或以上、1.2倍或以上、1.15倍或以上且小於前一時間區間所對應的斷路門檻值。於本實施例中，第三時間區間Z3無時間長度限制，是由於第三時間區間Z3的設置用意僅在於在判斷電流值是否大於或等於斷路門檻值，若電流值大於或等於斷路門檻值，則對一負載進行電流過載保護動作而使電流路徑斷路。若電流值小於斷路門檻值，則比對結束，無需過長的時間。

由圖可見，本實施例的電流門檻資料中僅包括三個時間區間，惟每一時間區間之間均可以按需求插入一個或多個新的時間區間。惟所增加的時間區間仍應維持其對應時間參數的時間愈早，對應的斷路門檻值應愈大的規則。而每一斷路門檻值分佈線ZL1所包括的時間區間數量例如為大於或等於3個，且分別小於或等於20個、10個、7個及5個時，其效益分別為好、佳、較佳及更佳。

惟需知悉的是，藉由將時間區間所占時間拉長，電流門檻資料更簡易，需要的比對資源更少，但過載保護的精度則相對降低。而前述的各個時間區間，可按需求設定，例如為大於或等於非為零秒的0.01秒、0.1秒、0.5秒；且小於等於0.5秒、1秒、2秒、3秒、5秒或10秒。而當每個時間區間所分別對應的累計時間長度介於0.5~10秒、1~5以及2~3秒之間時，其保護精度為好、佳及較佳。

而於本實施例中，在進入最終的時間區間前各時間區間所占用的總時間在20秒或以下、10秒或以下及5秒或以下時，其反應表現分別為好、佳及更佳。

另一方面，除了利用單一計時單元21以累計時間區分時間區間外，亦可以在各個時間區間獨立地利用一計時單元21進行計時。並事先設定各計時單元21的順序以及累計時間。例如，可事先設定，當首個計時單元21讀秒非為零且在到達特定值(例如是2秒)前，以第一斷路門檻值為比對標準；而當首個計時單元21讀秒到達特定值時(例如是2秒)，啟動另一計時單元21進行計時，並以第二斷路門檻值為比對標準，直到處理器到達特定值時再行停止；並啟動下一個預設的計時單元21且以下一時間區間的斷路門檻值為比對標準，如此類推。

承前所述，控制模組20在根據時間參數從電流門檻資料中找出對應的一時間區間後，即能取得對應前述時間區間的一斷路門檻值。接著，執行過載判斷子步驟S34以使控制模組20根據電流偵測步驟S2中所取得的電流值以及門檻取得子步驟S33中取得的斷路門檻值進行比較判斷，當電流值小於斷路門檻值時，則繼續累計該時間參數，並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。若電流值大於或等於斷路門檻值時，則進行過載保護步驟S4。

過載保護步驟S4用於當電流值被判斷為大於或等於對應時間參數的時間區間所對應的斷路門檻值，則對一負載2進行電流過載保護動作。過載保護步驟S4包括使控制模組20對與電流路徑連接的斷路模組30傳送一過載訊號，並使斷路模組30將電流路徑由通路狀態切換為斷路狀態。

在一實施例中，假設負載2是飲水機。在連通電源後，飲水機接收到啟動訊號，其中的加熱器全功率運行，電流過載保護裝置1的電流量測器10執行電流量測步驟S1以量測電流路徑上的電流並輸出對應的電流訊號。而控制模組20在接到電流訊號的當下，會進行電流偵測步驟S2接受並匯集指定時間長度內的電流訊號以獲得較精確的電流值，所測得的電流值CV示意如圖2B中所繪示。

隨後會進入過載偵測步驟S3，以測得的電流值為17安培為例。控制模組20在執行啟動判斷子步驟S31時，會判斷前述的電流值已大於或等於預先設定的16.5A的預設門檻值，並會隨之進行計時子步驟S32。

接著，在計時子步驟S32中，會計時並累計該時間參數，同時可取得略大於零秒的累計的時間參數；而前述的時間參數是被控制模組20中的計時單元21由電流值大於或等於預先設定的16.5A的預設門檻值起開始計算累計而得。

隨之，控制模組20會進行門檻取得子步驟S33來根據前述略大於零秒的時間參數在電流門檻資料中得出一個與前述時間參數對應的時間區間的斷路門檻值。於本實施例中，當時間參數略大於0秒時，門檻取得子步驟S33會從電流門檻資料中匹配出第一時間區間Z1，並取得其45安培的第一斷路門檻值。

隨後，控制模組20會執行過載判斷子步驟S34並判斷電流值是否大於或等於前述45安培的斷路門檻值；若電流偵測步驟S2所測得的電流值大於或等於45安培，則控制模組20在判斷測得的電流值大於或等於斷路門檻值後，會執行過載保護步驟S4以使控制模組20對與電流路徑連接的斷路模組30傳送一過載訊號，並使斷路模組30將電流路徑由通路狀態切換為斷路狀態。

而若前述時間參數位於第一時間區間Z1，而電流偵測步驟S2所測得的電流值小於45安培時，將不執行過載保護步驟S4，反之，續行累計該時間參數並重新依序執行電流量測步驟S1、電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。

同一實施例中，隨著不斷的執行前述的循環，時間參數未經重置不斷累增，假設時間參數增加至第3秒時經電流偵測步驟S2得出的電流為17安培；則由於電流值大於預設門檻值ZS以上，將通過啟動判斷子步驟S31及計時子步驟S32來到門檻取得子步驟S33，以根據第3秒的時間參數，從電流門檻資料中查得對應時間區間為第二時間區間Z2且其斷路門檻值為19.5安培。如前所述，由於17安培的電流值未大於19.5安培的斷路門檻值，故過載保護步驟S4將不會被執行。隨後，控制模組20繼續累計該時間參數並重新依序執行該電流量測步驟S1、該電流偵測步驟S2，以及過載偵測步驟S3。

而若隨後時間參數增加至第4秒時，經電流偵測步驟S2得出的電流仍為17安培；則由於電流維持在大於預設門檻值ZS以上，將通過啟動判斷子步驟S31及計時子步驟S32來到門檻取得子步驟S33，以根據第4秒的時間參數，從電流門檻資料中查得對應時間區間為第三時間區間Z3且取得16.5安培的斷路門檻值。由於17安培的電流值己大於16.5安培的斷路門檻值，故過載保護步驟S4將被執行。控制模組20對與電流路徑連接的斷路模組30傳送一過載訊號，並使斷路模組30將電流路徑由通路狀態切換為斷路狀態以為電流過載保護之效。

按前例提及的實施例的流程，可知悉當所測得的電流只有大於或等於預設門檻值的預設定值時，才會啟動斷路門檻值的進一步查找及比較，藉此提高效率並可有效地減少運算能力的浪費。

另一方面，於本實施例中，電流量測器10採用一霍爾電流量測器。霍爾電流量測器在不同溫度下，對相同的電流進行量測所得出的結果會有差異。為提高電流的量測精度，本實施例的儲存單元中有預先儲存有一校正資料。該校正資料是藉由事先記錄同型號的電流量測器10在不同溫度所產生的差異而得。而校正單元24可根據前述的校正資料對儲存在電流門檻資料中的斷路門檻值進行補償校正，以獲得經校正的斷路門檻值。

舉例來說， 前述的校正值可以指溫度校正值或是電流門檻校正值。亦即，校正單元24可根據量測而得的溫度值從校正資料取得對應的一溫度補償值，並以溫度補償值對溫度值進行補償後，根據補償後的溫度值從電流門檻資料中取得對應溫度及時間區間的斷路門檻值。又或者，校正單元24可根據量測而得的溫度值從電流門檻資料中取得對應的斷路門檻值校正值，同時，利用斷路門檻值校正值來補償特定時間區間的斷路門檻值，藉此減少溫度對量測精準度的影響亦可；惟本發明不以前例為限，只要是根據預先記錄的溫度校正資料來校正斷路門檻值，均屬本發明的範疇。

如第3圖所繪示者，即為經補償後的斷路門檻值之示意圖。由圖可見，電流門檻資料中的多個經補償的校正門檻值以圖中的多條對應不同溫度或溫度區間的斷路門檻值分佈線ZL1A~ZL1C予以呈現。再者，圖中的分佈線數量為3，惟在應用時，可針對各溫度區間分別設一對應的分佈線，本發明不以此為限。對應地，門檻取得子步驟S33中可進一步用於根據一校正資料對一儲存於電流門檻資料中的一斷路門檻值進行補償校正，以獲得經校正的該斷路門檻值。

除此以外，在本實施例中，控制模組20在進行前述的各步驟的同時，可同步且獨立地執行一斷路回復步驟S5。請參酌第4B圖，第4B圖繪述了本發明的電流過載保護方法的一實施例中的斷路回復步驟的步驟流程圖。由圖可見，斷路回復步驟S5依序包括狀態儲存子步驟S51、斷路判斷子步驟S52、訊號調整子步驟S53以及斷路控制子步驟S54。

狀態儲存子步驟S51可接收並儲存最後傳送予負載2的作動控制訊號。在一實施例中，當負載2為一受控制器(例如無線遙控器)控制的電子產品時，控制模組20會記載並儲存電子產品從控制器所接受最新的作動控制訊號，於本實施例中，作動控制訊號可對應一斷路模組30的開關指令。

若電流路徑因異常狀態而斷路時，控制模組20會進行斷路判斷子步驟S52。斷路判斷子步驟S52，可判斷電流路徑是否因大於或等於斷路門檻值而被切斷。若是，則執行訊號調整子步驟S53來使前述儲存的作動控制訊號以維持或調整等方式與斷路狀態對應；並隨之執行斷路控制子步驟S54。反之，若斷路非因大於或等於斷路門檻值而被切斷，而是因為停電等原因而導致斷路模組30斷開而使電流路徑斷路，則不變更儲存的作動控制訊號而在異常狀態中止並回復供電時，直接執行斷路控制子步驟S54。斷路控制子步驟S54是指利用控制模組20藉由維持或調整等方式使斷路模組30的工作狀態與儲存的作動控制訊號相對應。

簡而言之，當因停電而斷路時，若負載2在停電前接收到的作動控制訊號對應一啟動訊號，則本實施例的電流過載保護裝置1可以在復電後，將斷路模組30的工作狀態回復為啟動時的通路狀態。若在停電前接收到的作動控制訊號對應一關機訊號，則會使斷路模組30的工作狀態維持為斷路狀態。反之，若是因電流過載保護動作而斷路時，則會使斷路模組30的工作狀態維持為斷路狀態。藉此進一步確保負載2的安全。

承前所述，相對於利用由數百個時間點組成的斷路門檻分佈曲線來取得多個斷路門檻值；或是利用時間變數的數學公式來計算斷路門檻值；本發明的一實施例利用複數個以秒為量級的時間區間組成的斷路門檻值分佈線ZL1，可有效地減少比對點，簡化電流的電流門檻資料，以較簡易的方式達到相同或更佳的效果。

再者，於本實施例中，斷路門檻值分佈線ZL1中的各個區間的累計時間值以及其對應的斷路門檻值均已事先計算完畢並以數值方式儲存於電流門檻資料中。藉此，後續應用時可以選擇性地利用「查表」方式簡單地取得斷路門檻值，非但可省略斷路門檻值的計算，節省數據處理所需時間。

另外，相對於先前技術的系統需要同時與多條曲線斷路門檻分佈線進行比對。本發明的一實施例中，裝置先以單一定值作基本過濾，減少不必要的比對的同時，使之需與單一斷路門檻值分佈線進行比對，可進一步簡化比對流程，減少運算能力需求。

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，並非用來限制本發明之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本發明之申請專利範圍所涵蓋。

1:電流過載保護裝置 2:負載 3:交流電源 10:電流量測器 20:控制模組 21:計時單元 22:溫度量測單元 23:儲存單元 24:校正單元 30:斷路模組 S1:電流量測步驟 S2:電流偵測步驟 S3:過載偵測步驟 S31:啟動判斷子步驟 S32:計時子步驟 S33:門檻取得子步驟 S34:過載判斷子步驟 S4:過載保護步驟 S5:斷路回復步驟 S51:狀態儲存子步驟 S52:斷路判斷子步驟 S53:訊號調整子步驟 S54:電路控制子步驟 CV:電流值 P1:時間區間的名稱 P2:時間區間的起始時間值 P3:時間區間的終止時間值 P4:斷路門檻值 Z1:第一時間區間 Z2:第二時間區間 Z3:第三時間區間 ZC:正常工作電流 ZS:預設門檻值 ZL1、ZL1A、ZL1B、ZL1C:電路門檻分佈線

第1圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例的功能方塊圖。

第2A圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例的電流門檻資料的示意圖。

第2B圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例中，對應電流門檻資料的電流斷路門檻值-累計時間示意圖。

第3圖繪述了本發明的電流過載保護裝置的一實施例的變化型中，對應電流門檻資料的電流斷路門檻值-累計時間示意圖。

第4A圖繪述了本發明的電流過載保護方法的一實施例的步驟流程圖。

第4B圖繪述了本發明的電流過載保護方法的一實施例中的斷路回復步驟的步驟流程圖。

CV:電流值

Z1:第一時間區間

Z2:第二時間區間

Z3:第三時間區間

ZC:正常工作電流

ZS:預設門檻值

ZL1:電路門檻分佈線

Claims (17)

1. 一種電流過載保護裝置，包括: 一電流量測器，用於執行一電流量測步驟，以偵測一電流路徑上的一電流值並輸出一對應的電流訊號； 一控制模組，與該電流量測器電性連接，該控制模組儲存有一電流門檻資料，該電流門檻資料具有複數個時間區間，複數個該時間區間分別對應一斷路門檻值，複數個該時間區間所對應的時間愈早，對應的斷路門檻值愈大，該控制模組用於執行一電流偵測步驟、一過載偵測步驟以及一過載保護步驟； 該電流偵測步驟，用於匯集一指定時間長度內的該電流訊號以獲得一電流值； 該過載偵測步驟，用於根據計時之一時間參數從該電流門檻資料中找出對應的該時間區間，並取得該時間區間的該斷路門檻值，並將該電流值與對應該時間參數的該時間區間所對應的該斷路門檻值進行比較判斷；以及 該過載保護步驟，用於當該電流值被判斷為大於或等於對應該時間參數的該時間區間所對應的該斷路門檻值，則對一負載進行電流過載保護動作。
2. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，其中該電流過載保護動作為將該電流路徑由一通路狀態切換為一斷路狀態。
3. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，其中該電流量測器為一霍爾效應電流感測器。
4. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，其中該過載偵測步驟中，當該電流值被判斷為小於該時間參數的該時間區間所對應的該斷路門檻值時，則繼續累計該時間參數，並重新依序執行該電流量測步驟、該電流偵測步驟，以及該過載偵測步驟。
5. 如請求項4所述的電流過載保護裝置，其中，在進入該過載偵測步驟時，先判斷該電流值是否大於或等於一預設門檻值，若是，則繼續執行該過載偵測步驟；若否，則重置該時間參數並重新依序執行該電流量測步驟、該電流偵測步驟，以及該過載偵測步驟。
6. 如請求項5所述的電流過載保護裝置，其中，該預設門檻值與該電流門檻資料中所對應的最後一個該時間區間所對應的該斷路門檻值為相同。
7. 如請求項5所述的電流過載保護裝置，進一步包括一計時單元，用於在該電流路徑的該電流值達到該預設門檻值後開始累計該時間參數。
8. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，其中，該電流門檻資料中的第一個該時間區間所對應的該斷路門檻值為無限大。
9. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，進一步包含一校正單元，用於根據一校正資料對儲存於該電流門檻資料中的該斷路門檻值進行補償校正，以獲得經校正的該斷路門檻值。
10. 如請求項9所述的電流過載保護裝置，進一步包括一溫度量測單元，用於量測該電流量測器的溫度或一環境溫度，並產生該校正資料。
11. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，其中，該指定時間長度大於或等於(1/F)秒，F為該電流路徑的交流電的頻率。
12. 如請求項1所述的電流過載保護裝置，該控制模組進一步用於執行一斷路回復步驟，用於儲存傳送予該負載的一作動控制訊號，其中，若該電流路徑因該電流值大於或等於該斷路門檻值而被切斷，則使儲存的該作動控制訊號對應一斷路狀態；並使與該電流路徑連接的一斷路模組的工作狀態與儲存的該作動控制訊號相對應。
13. 一種電流過載保護方法，依序包含以下步驟： 一電流量測步驟，用於量測一電流路徑的電流並輸出對應的電流訊號； 一電流偵測步驟，用於匯集一指定時間長度內的該電流訊號以獲得一電流值；以及 一過載偵測步驟，依序包括以下子步驟: 一啟動判斷子步驟，用於進入過載偵測步驟時判斷該電流值是否大於或等於一預設門檻值，若是，則繼續執行該過載偵測步驟後續的子步驟；若否，則重置一計時之時間參數並重新依序執行該電流量測步驟、該電流偵測步驟，以及該過載偵測步驟； 一計時子步驟，用於計時並累計該時間參數； 一門檻取得子步驟，用於根據該時間參數從一電流門檻資料中找出對應的一時間區間，並取得該時間區間的一斷路門檻值，該電流門檻資料具有複數個該時間區間，複數個該時間區間分別對應有一個該斷路門檻值，複數個該時間區間所對應的時間愈早，對應的該斷路門檻值愈大；以及 一過載判斷子步驟，用於判斷該電流值是否大於或等於對應該時間參數的該時間區間所對應的該斷路門檻值；若是，則對一負載進行電流過載保護動作。
14. 如請求項13所述的電流過載保護方法，其中該電流過載保護動作對應一過載保護步驟，用於將該電流路徑由一通路狀態切換為一斷路狀態。
15. 如請求項13所述的電流過載保護方法，其中，該過載判斷子步驟中，當該電流值被判斷為小於對應該時間參數的該時間區間所對應的該斷路門檻值時，則繼續累計該時間參數，並重新依序執行該電流量測步驟、該電流偵測步驟，以及該過載偵測步驟。
16. 如請求項13所述的電流過載保護方法，其中該預設門檻值與該電流門檻資料中所對應的最後一個該時間區間所對應的該斷路門檻值為相同。
17. 如請求項13所述的電流過載保護方法，進一步包括一斷路回復步驟，用於儲存傳送予該負載的一作動控制訊號；若該電流路徑因大於或等於斷路門檻值而斷路，則使儲存的該作動控制訊號對應一斷路狀態；並使與該電流路徑連接的一斷路模組的工作狀態與儲存的該作動控制訊號相對應。

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