TWI758892B

TWI758892B - 接地偵測裝置及電源分配器

Info

Publication number: TWI758892B
Application number: TW109134301A
Authority: TW
Inventors: 林育正; 陳俊傑; 古必廣
Original assignee: 神準科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-03-21
Also published as: TW202215736A

Abstract

一種接地偵測裝置及具有接地偵測裝置的電源分配器，其中，接地偵測裝置包括第一輸入模組、第二輸入模組、第一訊號隔離模組、第二訊號隔離模組以及處理器模組。第一輸入模組依據火線、零線及地線之電壓產生第一輸入訊號；第二輸入模組依據火線、零線及地線之電壓產生第二輸入訊號；第一訊號隔離模組用以接收第一輸入訊號並轉換為第一判斷訊號；第二訊號隔離模組用以接收第二輸入訊號並轉換為第二判斷訊號；以及處理器模組用以依據第一判斷訊號及第二判斷訊號判斷地線是否接地。

Description

接地偵測裝置及電源分配器

一種接地偵測裝置及電源分配器，更詳而言之，係一種用於偵測插座是否接地的接地偵測裝置及電源分配器。

一般而言，高階的電源分配器(PDU，Power Distribution Unit) 除了具有監控插座的用電數據之功能外，還具備電湧保護器(SPD，Surge Protective Devices)功能，其中PDU外部帶有接地銅柱以提供連接到PDU的其他設備此SPD功能，讓雷擊能量有宣洩的路徑。

另一方面，PDU所連接的電源插座一般包括火線(L)、零線(N)及地線(E)等端口，其中地線必須確實接地PDU才能提供SPD功能，因此PDU還需要有接地偵測功能。然而，電源插座的形式很多，其中部分的電源插座是固定極性，另一部分的電源插座則不分極性，即代表火線、零線會交換位置。因此，如何能提供一種無論火線與零線的位置是否固定都可偵測地線有無接地的接地偵測裝置及電源分配器，遂成為業界亟待解決的課題。

為解決前述習知技術的種種問題，本發明之一目的，即在於提供一種無論火線與零線的位置是否固定都可偵測地線有無接地的接地偵測裝置及電源分配器。

為了達到前述目的，本發明之接地偵測裝置包括第一輸入模組、第二輸入模組、第一訊號隔離模組、第二訊號隔離模組以及處理器模組。

第一輸入模組包括第一輸入端、第二輸入端以及地線輸入端，其中，第一與第二輸入端分別與火線或零線連接，以及地線輸入端與地線連接，第一輸入模組用以依據火線、零線及地線之電壓產生第一輸入訊號；第二輸入模組包括第一輸入端、第二輸入端以及地線輸入端，其中，第一與第二輸入端分別與火線或零線連接，以及地線輸入端與地線連接，第二輸入模組用以依據火線、零線及地線之電壓產生第二輸入訊號；第一訊號隔離模組與第一輸入模組連接，用以接收第一輸入訊號並轉換為第一判斷訊號；第二訊號隔離模組與第二輸入模組連接，用以接收第二輸入訊號並轉換為第二判斷訊號；以及處理器模組與第一訊號隔離模組及第二訊號隔離模組連接，用以依據第一判斷訊號及第二判斷訊號判斷地線是否接地。

於本發明之一實施型態中，第一輸入模組的第一輸入端與第二輸入模組的第二輸入端連接，以及第一輸入模組的第二輸入端與第二輸入模組的第一輸入端連接。

於本發明之一實施型態中，第一輸入模組或第二輸入模組包括：第一二極體，陽極與第一輸入端連接；第一電容，一端與第一二極體之陰極連接，另一端與第二輸入端連接；第一電阻，一端與第一二極體之陰極連接，另一端與地線輸入端連接；第二電阻，與地線輸入端連接；第三電阻，一端與第二電阻連接，另一端與第二輸入端連接；第二電容，一端與第二電阻連接，另一端與第二輸入端連接；第二二極體，陰極與第二電阻連接，陽極與第二輸入端連接；以及第一電晶體，閘極與第二電阻及第三電阻連接，射極與第二輸入端連接。

於本發明之一實施型態中，第一訊號隔離模組或第二訊號隔離模組包括：第四電阻，一端與第一二極體之陰極連接，另一端與第一電晶體之集極連接；第一齊納二極體，陰極與第一電晶體之集極連接；第一瞬態電壓抑制二極體，一端與第一齊納二極體之陽極連接，另一端與第二輸入端連接；第一光耦合器，輸入側兩端分別與第一齊納二極體之陽極及第二輸入端連接，輸出側兩端分別作為判斷訊號之輸出端及接地；第五電阻，一端與電壓源連接，另一端與第一光耦合器之輸出側連接；以及第二瞬態電壓抑制二極體，一端接地，另一端與第一光耦合器之輸出側連接。

本發明還提供一種電源分配器，包括插頭、如本發明任一實施型態中所述之接地偵測裝置以及顯示單元。插頭與電源連接；接地偵測裝置與插頭連接；以及顯示單元用以依據接地偵測裝置之判斷，顯示電源之地線是否接地。

相較於習知技術，本發明之接地偵測裝置包括第一輸入模組，用以依據火線、零線及地線之電壓產生第一輸入訊號，以及第二輸入模組依據火線、零線及地線之電壓產生第二輸入訊號，第一輸入訊號、第二輸入訊號分別經過第一訊號隔離模組、第二訊號隔離模組轉換為第一判斷訊號、第二判斷訊號，再以處理器模組依據第一判斷訊號及第二判斷訊號判斷地線是否接地。由於本發明之接地偵測裝置係同時將火線、零線及地線之電壓作為判斷依據，而非僅比較火線及地線之間或零線及地線之間的電壓差，故不受電源極性位置交換之影響，可偵測各種形式之電源插座是否接地，充分解決了習知技術所具有的問題。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1，圖1係為本發明第一實施例之接地偵測裝置的架構示意圖。如圖所示，本發明之接地偵測裝置包括第一輸入模組10、第二輸入模組20、第一訊號隔離模組11、第二訊號隔離模組21以及處理器模組30。

第一輸入模組10包括第一輸入端101、第二輸入端102以及地線輸入端103，其中，第一輸入端101與接點A連接，第二輸入端102與接點B連接，以及地線輸入端103與接點C連接。接點A、B、C為來自電源插座之接點，舉例而言，在電源插座極性固定的情況下，接點A可為火線(L)、接點B可為零線(N)以及接點C可為地線(E)，而在電源插座不分極性的情況下，接點A、B之火線或零線位置可能會交換，但本發明之接地偵測裝置不受極性交換之影響。第一輸入模組10用以依據接點A、B、C(即包括火線、零線及地線)之電壓產生第一輸入訊號。

第二輸入模組20包括第一輸入端201、第二輸入端202以及地線輸入端203，其中，第二輸入模組20之第一輸入端201與接點B連接，與第一輸入模組10之第二輸入端102接點相同；第二輸入端202與接點A連接，與第一輸入模組10之第一輸入端101接點相同；以及地線輸入端203與接點C連接。第二輸入模組20用以依據接點A、B、C(即包括火線、零線及地線)之電壓產生第二輸入訊號。

第一訊號隔離模組11與第一輸入模組10連接，用以接收第一輸入訊號並轉換為第一判斷訊號。第二訊號隔離模組21與第二輸入模組20連接，用以接收第二輸入訊號並轉換為第二判斷訊號。第一訊號隔離模組11與第二訊號隔離模組21分別將一次側的第一輸入訊號、第二輸入訊號隔離轉換為二次側的第一判斷訊號、第二判斷訊號。

處理器模組30與第一訊號隔離模組11及第二訊號隔離模組21連接，用以依據第一判斷訊號及第二判斷訊號判斷地線是否接地。處理器模組30可例如為CPU或MCU，但不以此為限。

進一步而言，由於第一輸入模組10、第二輸入模組20是同時依據接點A、B、C之電壓產生第一輸入訊號、第二輸入訊號，而非僅比較火線及地線之間或零線及地線之間的電壓差，故不受電源極性位置交換之影響，即使接點A、B之火線、零線位置互換，處理器模組30仍可判斷出接點C之地線是否接地。因此本發明之接地偵測裝置可配合各種形式的電源插座，使用上相當具有彈性。

在一實施例中，第一輸入模組10的第一輸入端101與第二輸入模組20的第二輸入端202連接，兩者皆連接至接點A。第一輸入模組10的第二輸入端102與第二輸入模組20的第一輸入端201連接，兩者皆連接至接點B。

請參閱圖2及圖4，圖2係為本發明第二實施例之第一輸入模組的電路示意圖，圖4係為本發明第四實施例之接地偵測裝置的電路示意圖。如圖所示，第一輸入模組10包括：第一二極體D1a，陽極與第一輸入端101連接。第一電容C1a，一端與第一二極體D1a之陰極連接，另一端與第二輸入端102連接。第一電阻R1a，一端與第一二極體D1a之陰極連接，另一端與地線輸入端103連接。第二電阻R2a，與地線輸入端103連接。第三電阻R3a，一端與第二電阻R2a連接，另一端與第二輸入端102連接。第二電容C2a，一端與第二電阻R2a連接，另一端與第二輸入端102連接。第二二極體D2a，陰極與第二電阻R2a連接，陽極與第二輸入端102連接。第一電晶體Q1a，閘極與第二電阻R2a及第三電阻R3a連接，射極與第二輸入端102連接。

在一實施例中，第二輸入模組20與第一輸入模組10之電路結構相似，第二輸入模組20包括第一二極體D1b、第一電容C1b、第一電阻R1b、第二電阻R2b、第三電阻R3b、第二電容C2b、第二二極體D2b、以及第一電晶體Q1b。

請參閱圖3及圖4，圖3係為本發明第三實施例之第一訊號隔離模組的電路示意圖。如圖所示，第一訊號隔離模組11包括：第四電阻R4a，一端與第一二極體D1a之陰極連接，另一端與第一電晶體Q1a之集極連接。第一齊納二極體ZD1a，陰極與第一電晶體Q1a之集極連接。第一瞬態電壓抑制二極體VD1a，一端與第一齊納二極體ZD1a之陽極連接，另一端與第二輸入端102連接。第一光耦合器U1a，輸入側兩端分別與第一齊納二極體ZD1a之陽極及第二輸入端102連接，輸出側兩端分別作為判斷訊號之輸出端110及接地。第五電阻R5a，一端與電壓源V(例如為3.3V之電壓源)連接，另一端與第一光耦合器U1a之輸出側連接。第二瞬態電壓抑制二極體VD2a，一端接地，另一端與第一光耦合器U1a之輸出側連接。

在一實施例中，第二訊號隔離模組21與第一訊號隔離模組11之電路結構相似，第二訊號隔離模組21包括第四電阻R4b、第一齊納二極體ZD1b、第一瞬態電壓抑制二極體VD1b、第一光耦合器U1b、第五電阻R5b、第二瞬態電壓抑制二極體VD2b、以及輸出端210。

在一實施例中，假設接點A、B之火線、零線位置不固定且未知接點C是否接地線，有可能會產生以下幾種狀況：

1. 接點A連接火線(L)，接點B連接零線(N)，接點C有接地線(E)。此狀況下第二電阻R2a及第三電阻R3a之兩端無電壓差，第一電晶體Q1a不導通(高阻抗)，輸出端110之第一判斷訊號呈現High→LOW→High→LOW的變化。第二電阻R2b及第三電阻R3b之兩端有電壓差，第一電晶體Q1b導通(低阻抗)，輸出端210之第二判斷訊號呈現High的狀態。

2. 接點A連接零線(N)，接點B連接火線(L)，接點C有接地線(E)。此狀況下第二電阻R2a及第三電阻R3a之兩端有電壓差，第一電晶體Q1a導通(低阻抗)，輸出端110之第一判斷訊號呈現High的狀態。第二電阻R2b及第三電阻R3b之兩端無電壓差，第一電晶體Q1b不導通(高阻抗)，輸出端210之第二判斷訊號呈現High→LOW→High→LOW的變化。

3. 接點A連接火線(L)，接點B連接零線(N)，接點C沒接地線(N/A)。此狀況下第一電阻R1a、第二電阻R2a及第三電阻R3a之兩端有電壓差，第一電晶體Q1a導通(低阻抗)，輸出端110之第一判斷訊號呈現High的狀態。第一電阻R1b、第二電阻R2b及第三電阻R3b之兩端有電壓差，第一電晶體Q1b導通(低阻抗)，輸出端210之第二判斷訊號呈現High的狀態。

4. 接點A連接零線(N)，接點B連接火線(L)，接點C沒接地線(N/A)。此狀況下第一電阻R1a、第二電阻R2a及第三電阻R3a之兩端有電壓差，第一電晶體Q1a導通(低阻抗)，輸出端110之第一判斷訊號呈現High的狀態。第一電阻R1b、第二電阻R2b及第三電阻R3b之兩端有電壓差，第一電晶體Q1b導通(低阻抗)，輸出端210之第二判斷訊號呈現High的狀態。

處理器模組30在接收到第一判斷訊號、第二判斷訊號皆呈現High的狀態(即狀況3、4)時，判斷接點C沒接地線，反之，處理器模組30於其他狀態則判斷接點C有接地線，如下表1所示：

接點A	接點B	接點C	第一判斷訊號	第二判斷訊號	判斷
接火線 (L)	接零線 (N)	接地線(E)			有接地
接零線 (N)	接火線 (L)	接地線(E)			有接地
接火線 (L)	接零線 (N)	不接地線(N/A)			無接地
接零線 (N)	接火線 (L)	不接地線(N/A)			無接地

表1

請參閱圖5，圖5係為本發明第五實施例之電源分配器的架構示意圖。如圖所示，本發明還提供一種電源分配器，包括插頭50、如本發明任一實施型態中所述之接地偵測裝置51以及顯示單元52。插頭50與電源連接。接地偵測裝置51與插頭50連接。顯示單元52用以依據接地偵測裝置51之判斷，顯示電源之地線是否接地。

在一實施例中，顯示單元52可透過聲光效果來顯示判斷結果，舉例而言，顯示單元52可以是LED或蜂鳴器，但不以此為限。

在一實施例中，本發明之接地偵測裝置亦可實施在其他需要使用外部電源之終端裝置上。

綜上所述，本發明之接地偵測裝置包括第一輸入模組，用以依據火線、零線及地線之電壓產生第一輸入訊號，以及第二輸入模組依據火線、零線及地線之電壓產生第二輸入訊號，第一輸入訊號、第二輸入訊號分別經過第一訊號隔離模組、第二訊號隔離模組轉換為第一判斷訊號、第二判斷訊號，再以處理器模組依據第一判斷訊號及第二判斷訊號判斷地線是否接地。由於本發明之接地偵測裝置係同時將火線、零線及地線之電壓作為判斷依據，而非僅比較火線及地線之間或零線及地線之間的電壓差，故不受電源極性位置交換之影響，可偵測各種形式之電源插座是否接地，充分解決了習知技術所具有的問題。

上述實施方式僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10:第一輸入模組

101:第一輸入端

102:第二輸入端

103:地線輸入端

11:第一訊號隔離模組

110:輸出端

20:第二輸入模組

201:第一輸入端

202:第二輸入端

203:地線輸入端

21:第二訊號隔離模組

210:輸出端

30:處理器模組

50:插頭

51:接地偵測裝置

52:顯示單元

A、B、C:接點

C1a、C1b:第一電容

C2a、C2b:第二電容

D1a、D1b:第一二極體

D2a、D2b:第二二極體

Q1a、Q1b:第一電晶體

R1a、R1b:第一電阻

R2a、R2b:第二電阻

R3a、R3b:第三電阻

R4a、R4b:第四電阻

R5a、R5b:第五電阻

U1a、U1b:第一光耦合器

V:電壓源

VD1a、VD1b:第一瞬態電壓抑制二極體

VD2a、VD2b:第二瞬態電壓抑制二極體

ZD1a、ZD1b:第一齊納二極體

圖1係為本發明第一實施例之接地偵測裝置的架構示意圖。

圖2係為本發明第二實施例之第一輸入模組的電路示意圖。

圖3係為本發明第三實施例之第一訊號隔離模組的電路示意圖。

圖4係為本發明第四實施例之接地偵測裝置的電路示意圖。

圖5係為本發明第五實施例之電源分配器的架構示意圖。