TWI807900B - 負載模擬裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明一第一輸入埠和一第二輸入埠分別接一供電裝置的零線和火線；該第一輸入埠和該第二輸入埠之間並聯了串聯的一第一測試電感和一第一電感開關單元、串聯的一第一測試電容和一第一電容開關單元和一交流電檢知模組；當該控制模組根據一感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組根據一負載設定訊號產生一第一電容控制訊號至該第一電容開關單元，並且延遲1/4該交流電週期後再產生一第一電感控制訊號至該第一電感開關單元，以切換該第一電容開關單元、該第一電感開關單元的開關狀態，調整電感性負載和電容性負載的模擬情境。

Description

負載模擬裝置及方法

一種負載模擬裝置及方法，尤指具有電感性負載和電容性負載的一種負載模擬裝置及方法。

一般家用電器或是工業電器設備中通常具有電感性和電容性的負載例如，具有馬達的電扇、壓縮機的冷氣機、或是電冰箱等都具有電感性和電容性的負載。當一個不斷電電源(Uninterruptible Power Supply；UPS)或是一逆變器(Inverter)輸出電力至一般家用電器或是工業電器設備時，時常可能因為電器設備的使用而造成負載電流落後電壓或是負載電流超前電壓的情形，而在這些情形下，當負載電感或電容的電能回饋至UPS或是逆變器電力輸出端時可能會造成UPS或是逆變器的損壞。為了避免上述的情形傷及UPS或是逆變器，一個模擬的負載可以先代替電器電連接UPS或是逆變器以測試UPS或是逆變器如何應對來自電器用電的改變。換句話說，一個模擬的負載可以模擬電器中電感性負載和電容性負載的改變，以測試UPS或是逆變器應對這些變化的相容性。

一個好的模擬負載可以帶給待測的UPS或是逆變器一個極端的電力模擬環境。然而，目前市面上使用交流電的模擬負載在功能上皆僅為模擬電器之理想工作狀態，而無法模擬電器實際運作時電感性負載和電容性負載真實的狀況。換言之，目前市面上使用交流電的模擬負載無法彈性的改變或是切換模擬的電感和電容以產生各式不同的模擬情境。

有鑑於上述問題，本發明提供一種負載模擬裝置及一種負載模擬方法，能夠彈性的改變和切換受到模擬的電感和電容，以利產生各式不同的模擬情境。

本發明的該負載模擬裝置，用以測試一供電裝置。該供電裝置輸出一交流電於一零線(Neutral wire)和一火線(Live wire)之間。本發明的該負載模擬裝置包括一第一輸入埠、一第二輸入埠、一第一測試電感、一第一測試電容、一第一電感開關單元、一第一電容開關單元、一交流電檢知模組和一控制模組。

該第一輸入埠供連接該供電裝置的該零線，而該第二輸入埠供連接該供電裝置的該火線。該第一測試電感和該第一電感開關單元串聯後連接於該第一輸入埠和該第二輸入埠之間。該第一測試電容和該第一電容開關單元串聯後連接於該第一輸入埠和該第二輸入埠之間，且與該第一測試電感和該第一電感開關單元並聯。該交流電檢知模組連接於該第一輸入埠和該第二輸入埠之間，感測該供電裝置輸出的該交流電以產生一感測訊號。該控制模組分別電連接該第一電感開關單元、該第一電容開關單元和該交流電檢知模組，並且該控制模組接收該感測訊號、一負載設定訊號，並根據該感測訊號計算該交流電的一交流電週期。當該控制模組根據該感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組根據該負載設定訊號產生一第一電容控制訊號至該第一電容開關單元，以切換該第一電容開關單元的開關狀態。當該控制模組根據該感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生一第一電感控制訊號至該第一電感開關單元，以切換該第一電感開關單元的開關狀態。

本發明的該負載模擬方法，包括以下步驟：步驟S10：接收一感測訊號及一負載設定訊號； 步驟S20：根據該感測訊號計算一交流電的一交流電週期，並判斷該交流電的電壓是否為零點；步驟S30：當判斷該交流電的電壓為零點時，根據該負載設定訊號產生一第一電容控制訊號至一第一電容開關單元，以控制該第一電容開關單元的開關狀態，並且延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生一第一電感控制訊號至一第一電感開關單元，以控制該第一電感開關單元的開關狀態。

通過判斷該交流電的電壓是否為零點，本發明之該控制模組能夠切換該第一電感開關單元和該第一電容開關單元的開關狀態，以彈性的調整模擬情境，即切換該第一測試電感和該第一測試電容的連接狀態以調整模擬之電感性負載和電容性負載。

1:負載模擬裝置

2:供電裝置

10:交流電檢知模組

20:控制模組

25:使用者介面

30、40:訊號隔離器

31:第一電感開關次單元

311、411:第一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)

312、412:第二金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)

313、413:第一二極體

314、414:第二二極體

41:第一電容開關次單元

L:第二輸入埠

N:第一輸入埠

C₁:第一測試電容

C_M:第M測試電容

L₁:第一測試電感

L_N:第N測試電感

R₁:第一測試電阻

R_X:第X測試電阻

CTC₁:第一電容控制訊號

CTC_M:第M電容控制訊號

CTL₁:第一電感控制訊號

CTL_N:第N電感控制訊號

CTR₁:第一電阻控制訊號

CTR_X:第X電阻控制訊號

SC₁:第一電容開關單元

SC_M:第M電容開關單元

SL₁:第一電感開關單元

SL_N:第N電感開關單元

SR₁:第一電阻開關單元

SR_X:第X電阻開關單元

T1:第一時間

T2:第二時間

T3:第三時間

T4:第四時間

T5:第五時間

T6:第六時間

V1:交流電的電壓

V_CTC1:第一電容控制訊號CTC₁的電壓

V₀:輸出電壓

I_L1、I_C1:電流

S1、S2:步驟

S10、S20、S30:步驟

S21、S22、S31~S33、S31’~S33’:步驟

S210、S220、S300:步驟

圖1A為本發明一負載模擬裝置的電路示意圖。

圖1B為本發明一負載模擬方法的流程圖。

圖2A為本發明該負載模擬裝置於一實施例的電路示意圖。

圖2B為本發明該負載模擬方法於該實施例的流程圖。

圖3A為本發明該負載模擬方法於該實施例的另一流程圖。

圖3B為本發明該負載模擬方法於該實施例的另一流程圖。

圖4A為本發明該負載模擬裝置所感測一交流電的示意圖。

圖4B為本發明該負載模擬裝置所產生的一感測訊號。

圖5為本發明該負載模擬裝置於該實施例的另一電路示意圖。

圖6為本發明該負載模擬裝置於另一實施例的電路示意圖。

圖7為本發明該負載模擬方法於另一實施例的流程圖。

圖8A為本發明該負載模擬裝置該交流電的電壓之訊號圖。

圖8B為本發明該負載模擬裝置一第一電感控制訊號的電壓訊號圖。

圖8C為本發明該負載模擬裝置流經一第一電感的電流訊號圖。

圖8D為本發明該負載模擬裝置流經該第一電感的電壓訊號圖。

圖9A為本發明該負載模擬裝置該交流電的電壓之另一訊號圖。

圖9B為本發明該負載模擬裝置流經該第一電感的另一電流訊號圖。

圖9C為本發明該負載模擬裝置流經該第一電感的另一電流訊號圖。

圖10A為本發明該負載模擬裝置該交流電的電壓之另一訊號圖。

圖10B為本發明該負載模擬裝置一第一電容控制訊號的電壓訊號圖。

圖10C為本發明該負載模擬裝置流經一第一電容的電流訊號圖。

圖10D為本發明該負載模擬裝置流經該第一電容的電壓訊號圖。

圖11A為本發明該負載模擬裝置該交流電的電壓之另一訊號圖。

圖11B為本發明該負載模擬裝置該第一電容控制訊號的另一電流訊號圖。

圖11C為本發明該負載模擬裝置流經該第一電容控制訊號的電壓訊號圖。

本發明為一負載模擬裝置及方法。

請參閱圖1A所示，本發明的一負載模擬裝置1係用以測試配合本發明的一供電裝置2。該供電裝置2產生一交流電，並且輸出該交流電於一零線(Neutral Wire)和一火線(Live Wire)之間。本發明的該負載模擬裝置1係於該供電裝置2的該零線和該火線之間產生電感性負載和電容性負載，以彈性的模擬各式供電裝置與負載連接時的情境。

本發明的該負載模擬裝置1包括一第一輸入埠N、一第二輸入埠L、一第一測試電感L₁、一第一測試電容C₁、一第一電感開關單元SL₁、一第一電容開關單元SC₁、一交流電檢知模組10和一控制模組20。

該第一輸入埠N供連接該供電裝置2的該零線，而該第二輸入埠L供連接該供電裝置2的該火線。該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁串聯於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間。該第一測試電容C₁和該第一電容開關單元SC₁串聯於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間，且並聯該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁。該交流電檢知模組10連接於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間，且該交流電檢知模組10感測該供電裝置輸出的該交流電以產生一感測訊號。

該控制模組20分別電連接該第一電感開關單元SL₁、該第一電容開關單元SC₁和該交流電檢知模組10，並且該控制模組20根據該感測訊號判斷該交流電的電壓是否為零點。

當該控制模組20判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組20進一步接收一負載設定訊號。當該控制模組20判斷該交流電的電壓未為零點時，則該控制模組20於其他時間重新判斷該交流電的電壓是否為零點。

當該控制模組20根據該感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組20根據該負載設定訊號產生一第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，以控制該第一電容開關單元SC₁的開關狀態。

當該控制模組20根據該感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組20根據該負載設定訊號，延遲1/4該交流電週期後再產生一第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁，以控制該第一電感開關單元SL₁的開關狀態。

如此，通過該控制模組20判斷該交流電的電壓是否為零點，本發明之該控制模組20能夠切換該第一電感開關單元SL₁和該第一電容開關單元SC₁的開關狀態，以彈性的調整模擬情境，即切換該第一測試電感L₁和該第一測試電容C₁的連接狀態以調整模擬之電感性負載和電容性負載。

請參閱圖1B所示，本發明的一負載模擬方法由該負載模擬裝置1的該控制模組20所執行。該負載模擬方法包括以下步驟：步驟S10：接收該感測訊號及該負載設定訊號；步驟S20：根據該感測訊號計算該交流電的一交流電週期，並判斷該交流電的電壓是否為零點；步驟S30：當判斷該交流電的電壓為零點時，根據該負載設定訊號產生該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，以控制該第一電容開關單元SC₁的開關狀態，並且延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁，以控制該第一電感開關單元SL₁的開關狀態。

在本發明的一實施例中，該交流電檢知模組10係一相位檢知模組，且該相位檢知模組感測該交流電的一電壓相位以產生一電壓相位訊號，並將該電壓相位訊號送至該控制模組20。在本實施例中，該感測訊號即為該電壓相位訊號，且該交流電為一正弦波，因此該交流電的電壓變化具有週期性，且密切對應該交流電的該電壓相位之變化。該控制模組20自該相位檢知模組接收該電壓相位訊號以判斷該交流電的電壓是否為零點及該交流電的交流週期。其中，當該控制模組20判斷該交流電的該電壓相位為0度正半周或是180度負半周時，該控制模組20即判斷該交流電的電壓為零點。如此，該控制模組20即如前述，可根據該負載設定訊號產生該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，以控制該第一電容開關單元SC₁的開關狀態。該交流電的該電壓相位0度延後1/4該交流電週期為該交流電該電壓相位的90度正峰值，而該交流電的該電壓相位180度延後1/4該交流電週期為該交流電該電壓相位的270度負峰值。

請參閱圖2A所示，在本實施例中，該負載模擬裝置1進一步包括一使用者介面25和一可調式電阻單元R_D。該使用者介面25電連接該控制模組20， 且該使用者介面25為人機互動的介面。當該使用者介面25接收一使用者的一設定輸入時，該使用者介面25對應產生該負載設定訊號，並將該負載設定訊號傳送至該控制模組20。該使用者可藉由該使用者介面25接收的該設定輸入設定啟用模擬之電感、電容和電阻數值，而對應的，該使用者介面25產生該負載設定訊號告知該控制模組20這一些設定，使該控制模組20只對應控制需要啟用模擬之電感、電容和電阻。舉例來說，該使用者介面25可為鍵盤、觸控螢幕、平板電腦等設備。

該可調式電阻單元R_D電連接該控制模組20，且並聯該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁。該控制模組20根據該負載設定訊號產生一可調式電阻控制訊號CTR_D至該可調式電阻單元R_D，使該可調式電阻單元R_D調整一電阻值。當該使用者介面25接收的該設定輸入設定無需啟用模擬電阻時，該可調式電阻控制訊號CTR_D即設定該可調式電阻單元R_D調整該電阻值為極大之歐姆，使該可調式電阻單元R_D在電路上可被等同視為斷路。

請參閱圖2B所示，對應的在本實施例中，步驟S10係自該交流電檢知模組10接收該感測訊號和自該使用者介面25接收該負載設定訊號。

另外，步驟S20進一步包括以下子步驟：

步驟S21：根據該感測訊號計算該交流電的該交流電週期。

步驟S22：判斷該交流電的電壓是否為零點。

當判斷該交流電的電壓為非零點時，執行步驟S10。當判斷該交流電的電壓為零點時，執行步驟S30。

步驟S30進一步包括以下子步驟：步驟S300：當判斷該交流電的電壓為零點時，根據該負載設定訊號產生該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，以控制該第一電容開關單元SC₁的開關狀態，根據負載設定訊號產生該可調式電阻控制訊號CTR_D 至該可調式電阻單元R_D，以控制該可調式電阻單元R_D調整電阻值，並且延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁，以控制該第一電感開關單元SL₁的開關狀態。

請參閱圖3A和3B所示，更詳細的來說，本發明之該控制模組20在執行步驟S10之前，本發明之該交流電檢知模組10會先執行以下步驟：步驟S1：由該交流電檢知模組10接收該交流電；步驟S2：由該交流電檢知模組10產生該感測訊號；其中該感測訊號為該電壓相位訊號，且該感測訊號為數位訊號。

另外，當該控制模組20執行步驟S10之後，該控制模組20執行的步驟S20包括以下子步驟：

步驟S210：該控制模組20根據該感測訊號計算該交流電週期和一交流電頻率。

其中，該控制模組20根據該感測訊號計算一正弦波波形開始於零點為一第一時間、該正弦波波形達到正峰值為一第二時間、該正弦波波形接著回到零點為一第三時間、該正弦波波形達到負峰值為一第四時間和該正弦波波形接著回到零點為一第五時間。因為該正弦波波形於該第一時間和該第五時間之波形一致，故該控制模組20計算該交流電週期為該第五時間減去該第一時間之時段。計算了該交流電週期後該控制模組20即計算該交流電頻率為該交流電週期的倒數。

步驟S220：判斷該感測訊號是否為正緣(rising edge)，即根據該感測訊號判斷該交流電的該電壓相位是否等於0度。當判斷該感測訊號未為正緣時，重複執行步驟S2。當判斷該感測訊號為正緣時執行步驟S30。

在另一實施例中，步驟S30包括以下子步驟：

步驟S31：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第一測試電感L₁時，延遲1/4該交流電週期後再產生該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁，以控制該第一電感開關單元SL₁的開關狀態，並且執行步驟S2。其中，延遲1/4該交流電週期後之時間即為前述之該第二時間，所以步驟S31係於該第二時間控制該第一電感開關單元SL₁的開關狀態。

步驟S32：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第一測試電容C₁時，產生該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，以制該第一電容開關單元SC₁的開關狀態，並且執行步驟S2。

步驟S33：根據該負載設定訊號產生該可調式電阻控制訊號CTR_D至該可調式電阻單元R_D，以控制可調式電阻單元R_D調整電阻值，並且執行步驟S2。

請參閱圖4A和4B所示，圖4A為本發明該負載模擬裝置1的該交流電檢知模組10所感測該交流電的示意圖。圖4A可見該交流電的電壓V1為該正弦波。圖4A縱軸的電壓單位為伏特(Volts；V)，而橫軸的時間單位為毫秒(millisecond；ms)。該正弦波於該第一時間T1開始和結束其之波動週期。換言之，該正弦波於該第一時間T1為相位0度和360度。另外，該正弦波於該第二時間T2為相位90度、於該第三時間T3為相位180度、而於該第四時間T4為相位270度。

該交流電之電壓於該第一時間T1和該第三時間T3時皆為零點，即零伏特。該交流電之電壓於該第二時間T2時為該正弦波之波峰最高值，該交流電之電壓於該第四時間T4時為該正弦波之波谷最低值。

圖4B為本發明該交流電檢知模組10所產生的該感測訊號，該感測訊號為一方波，且對應圖4A中該交流電的波形。該感測訊號於該第一時間T1時呈現正緣，而於該第三時間T3時呈現負緣(falling edge)。本實施例之該控制模組20只以判斷該感測訊號是否為正緣來判斷該交流電之電壓是否為零點。

請參閱圖5所示，在本實施例中，該第一電感開關單元SL₁進一步包括一訊號隔離器30和一第一電感開關次單元31，而該第一電感開關次單元31進一步包括一第一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET)311、一第二金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)312、一第一二極體313和一第二二極體314。

該訊號隔離器30電連接該控制模組20，而該第一電感開關次單元31串聯於該第一輸入埠N和該第一測試電感L₁之間，且連接該訊號隔離器30。當該訊號隔離器30接收來自該控制模組20的該第一電感控制訊號CTL₁時，該訊號隔離器30產生一對應訊號給該第一電感開關次單元31，使該第一電感開關次單元31切換開關狀態。該訊號隔離器30可隔離電能較小的該第一電感控制訊號CTL₁和電能較大的該交流電，使該控制模組20免於接觸到較大電能而造成傷害。

進一步來說，該第一電感開關次單元31中該第一MOSFET 311和第二MOSFET 312各為一N通道(N channel)之金屬氧化物半導體場效電晶體。並且，該第一MOSFET 311的閘極(Gate)與源極(Source)和該第二MOSFET 312的閘極(Gate)與源極(Source)並聯連接該訊號隔離器30，以接收該對應訊號切換閘極(Gate)的開啟或是關閉。

該第一MOSFET 311的源極(Source)和該第二MOSFET 312的源極(Source)互相電連接。而該第一MOSFET 311的汲極(Drain)電連接於該第一測試電感L₁，該第二MOSFET 312的汲極(Drain)電連接於該第一輸入埠N。所以，當該第一電感開關次單元31接收該訊號隔離器30產生的該對應訊號時，該第一MOSFET 311的閘極(Gate)和該第二MOSFET 312的閘極(Gate)即受到切換而開啟或是關閉。

另外，該第一二極體313的陽極(anode)電連接該第一MOSFET 311的源極(Source)，該第一二極體313的陰極(cathode)電連接該第一MOSFET 311 的汲極(Drain)。同樣的，該第二二極體314的陽極(anode)電連接該第二MOSFET 312的源極(Source)，該第二二極體314的陰極(cathode)電連接該第二MOSFET 312的汲極(Drain)，該第一MOSFET 311和該第二MOSFET 312與該第一二極體313和該第二二極體314組成該第一測試電感L₁的雙向交流開關。

該第一電容開關單元SC₁進一步包括一訊號隔離器40和一第一電容開關次單元41，而該第一電容開關次單元41進一步包括一第一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)411和一第二金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)412。

該訊號隔離器40電連接該控制模組20，而該第一電容開關次單元41串聯於該第一輸入埠N和該第一測試電容C₁之間，且連接該訊號隔離器40。當該訊號隔離器40接收來自該控制模組20的該第一電容控制訊號CTC₁時，該訊號隔離器40產生一對應訊號給該第一電容開關次單元41，使該第一電容開關次單元41切換開關狀態。

進一步來說，該第一電容開關次單元41中該第一MOSFET 411和第二MOSFET 412各為一N通道(N channel)之金屬氧化物半導體場效電晶體。並且，該第一MOSFET 411的閘極(Gate)與源極(Source)和該第二MOSFET 412的閘極(Gate)與源極(Source)並聯連接該訊號隔離器40，以接收該對應訊號切換閘極(Gate)的開關。

該第一MOSFET 411的源極(Source)和該第二MOSFET 412的源極(Source)互相電連接。而該第一MOSFET 411的汲極(Drain)電連接於該第一測試電容C₁，該第二MOSFET 412的汲極(Drain)電連接於該第一輸入埠N。所以，當該第一電容開關次單元41接收該訊號隔離器40產生的該對應訊號時，該第一MOSFET 411的閘極(Gate)和該第二MOSFET 412的閘極(Gate)即受到切換而開啟或是關閉。

另外，該第一二極體413的陽極(anode)電連接該第一MOSFET 411的源極(Source)，該第一二極體413的陰極(cathode)電連接該第一MOSFET 411的汲極(Drain)。同樣的，該第二二極體414的陽極(anode)電連接該第二MOSFET 412的源極(Source)，該第二二極體414的陰極(cathode)電連接該第二MOSFET 312的汲極(Drain)，該第一MOSFET 411和該第二MOSFET 412與該第一二極體413和該第二二極體414組成該第一測試電容C₁的雙向交流開關。

該訊號隔離器30和該訊號隔離器40各為一光電驅動器。該光電驅動器中的一訊號端具有一訊號燈，當該第一電感控制訊號CTL₁或是該第一電容控制訊號CTC₁經過該訊號燈時，該訊號燈發亮使該光電驅動器中對應該訊號端之一訊號隔離端的光接收元件接收光亮，並且對應產生該對應訊號。在本實施例中，該訊號燈為一發光二極體，即為一LED燈。

請參閱圖6所示，在本發明另一實施例中，本發明包括一第一測試電阻R₁和一第一電阻開關單元SR₁，而該第一電阻開關單元SR₁也進一步包括一訊號隔離器和一第一電阻開關次單元。

該第一電阻開關單元SR₁電連接該控制模組20。該第一電阻開關單元SR₁串聯該第一測試電阻R₁於該第一輸入埠N，且該第一電阻開關單元SR₁並聯該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁。該控制模組20產生一第一電阻控制訊號CTR₁至該第一電阻開關單元SR₁，以切換該第一電阻開關單元SR₁的開關狀態。

該第一電阻開關單元SR₁中的該訊號隔離器電連接該控制模組20。該第一電阻開關單元SR₁串聯於該第一輸入埠N和該第一測試電阻R₁之間，並且連接該第一電阻開關單元SR₁中的該訊號隔離器。

該第一電阻開關單元SR₁中的該訊號隔離器和該訊號隔離器30以及該訊號隔離器40規格相同，並且該第一電阻開關單元SR₁中的該第一電阻開關 次單元規格也和該第一電感開關次單元31以及該第一電容開關次單元41相同。唯該第一電阻開關單元SR₁中的該訊號隔離器係接收該控制模組20所產生的該第一電阻控制訊號CTR₁以產生一對應訊號給該第一電阻開關次單元，使該第一電阻開關次單元切換開關狀態。

更確切來說，在本實施例中，本發明進一步包括一第N測試電感L_N和一第N電感開關單元SL_N、一第M測試電容C_M和一第M電容開關單元SC_M、以及一第X測試電阻R_X和一第X電阻開關單元SR_X。其中，N、M和X各為至少一之正整數數值，並且N、M和X可以互相相等。換句話說，本發明之該負載模擬裝置1可具有複數個電阻、電容、電感、以及對應各電阻、電容、電感的開關。如此，該負載模擬裝置1可以彈性的組合RCL電路，以切換開關出各式不同的負載模擬環境提供該供電裝置2做測試。

該第N測試電感L_N和該第N電感開關單元SL_N在設置上同該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁，且同該第一測試電感L₁和該第一電感開關單元SL₁並連於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間。同理，該第M測試電容C_M和該第M電容開關單元SC_M在設置上同該第一測試電容C₁和該第一電容開關單元SC₁，且同該第一測試電容C₁和該第一電容開關單元SC₁並連於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間。該第X測試電阻R_X和該第X電阻開關單元SR_X在設置上同該第一測試電阻R₁和該第一電阻開關單元SR₁，且同該第一測試電阻R₁和該第一電阻開關單元SR₁並連於該第一輸入埠N和該第二輸入埠L之間。

並且，該控制模組20分別電連接該第N電感開關單元SL_N、該第M電容開關單元SC_M和該第X電阻開關單元SR_X。該控制模組20分別根據該電壓相位訊號和該負載設定訊號產生一第N電感控制訊號CTL_N至該第N電感開關單元SL_N、一第M電容控制訊號CTC_M至該第M電容開關單元SC_M和一第X電阻控制訊號CTR_X至該第X電阻開關單元SR_X，以對應切換各開關的開啟和關閉。

另外，在本實施例中，當該控制模組20產生該第一電感控制訊號CTL₁時，該控制模組20一併對應該第N電感開關單元SL_N產生至該第N電感控制訊號CTL_N。當該控制模組20傳送該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁時，該控制模組20一併傳送該第N電感控制訊號CTL_N至該第N電感開關單元SL_N，以分別切換該第一電感開關單元SL₁至該第N電感開關單元SL_N的開關狀態。

同理，當該控制模組20產生該第一電容控制訊號CTC₁時，該控制模組20一併對應該第M電容開關單元SC_M產生至該第M電容控制訊號CTC_M。該控制模組20進一步傳送該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，控制模組20一併傳送該第M電容控制訊號CTC_M至該第M電容開關單元SC_M，以分別切換該第一電容開關單元SC₁至的該第M電容開關單元SC_M的開關狀態。

並且，當該控制模組20產生該第一電阻控制訊號CTR₁時，該控制模組20一併對應該第X電阻開關單元SR_X產生至該第X電阻控制訊號CTR_X。該控制模組20進一步傳送該第一電阻控制訊號CTR₁至該第一電阻開關單元SR₁，控制模組20一併傳送該第X電阻控制訊號CTR_X至該第X電阻開關單元SR_X，以分別切換該第一電阻開關單元SR₁至的該第X電阻開關單元SR_X的開關狀態。

當傳送該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁時，係傳送該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁中的該訊號隔離器30，且透過該訊號隔離器30切換該第一電感開關次單元31中該第一與該第二金屬氧化物半導體場效電晶體311、312的閘極(Gate)和該第一與該第二金屬氧化物半導體場效電晶體311、312的源極(Source)開啟或是關閉。

當傳送該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁時，係傳送該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁中的該訊號隔離器40，且透過該訊號隔離器40切換該第一電容開關次單元41中該第一與該第二金 屬氧化物半導體場效電晶體411、412的閘極(Gate)和該第一與該第二金屬氧化物半導體場效電晶體411、412的源極(Source)開啟或是關閉。

當傳送該第一電阻控制訊號CTR₁至該第一電阻開關單元SR₁時，係傳送該第一電阻控制訊號CTR₁至該第一電阻開關單元SR₁中的一訊號隔離器，且透過該第一電阻開關單元SR₁中的該訊號隔離器切換該第一電阻開關次單元的開啟或是關閉。

請參閱圖7所示，在本實施例中，本發明之該負載模擬方法進一步包括：

步驟S31'：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第N測試電感L_N時，延遲1/4該交流電週期後再產生該第N電感控制訊號CTL_N至該第N電感開關單元SL_N，以控制該第N電感開關單元SL_N的開關狀態，並且執行步驟S2。其中，延遲1/4該交流電週期後之時間即為前述之該第二時間，所以步驟S31'係於該第二時間控制該第N電感開關單元SL_N的開關狀態。

步驟S32'：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第M測試電容C_M時，產生該第M電容控制訊號CTC_M至該第M電容開關單元SC_M，以制該第M電容開關單元SC_M的開關狀態，並且執行步驟S2。

步驟S33'：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第X測試電阻R_X時，產生該第X電阻控制訊號CTR_X至該第X電阻開關單元SR_X，以制該第X電阻開關單元SR_X的開關狀態，並且執行步驟S2。

換言之，當X等於一時，步驟S33'即當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉該第一測試電阻R₁時，產生該第一電阻控制訊號CTR₁至該第一電阻開關單元SR₁，以控制控制該第一電阻開關單元SR₁的開關狀態。

為證明本案之該負載模擬裝置1執行該負載模擬方法後可順利的模擬電感之負載，以下波形圖將呈現遵循本案該負載模擬方法對比未遵循該負載模擬方法之對應波形結果。

請參閱圖8A至8D所示，圖8A至8D橫軸的時間對齊，且時間單位為秒(second；s)，搭配上例如圖中所示的24.00m即為24毫秒(ms)，並以此類推。圖8A、8B、8D縱軸的電壓單位為伏特(V)，而圖8C縱軸的電流單位為安培(Ampere；A)。

圖8A為該第一測試電感L₁於接觸該第二輸入埠L之該交流電的電壓V1。圖8B顯示該第一電感控制訊號CTL₁輸出電壓V₀切換於該交流電之電壓的峰值處，而對應的，圖8D顯示流經該第一測試電感L₁的電壓，而其相位對應該交流電的電壓V1，使流經該第一測試電感L₁的電壓在該第一電感開關單元SL₁開啟時跟隨著該交流電的電壓V1週期性變化。而圖8C中，流經該第一測試電感L₁的電流其相位自然的跟該交流電的電壓V1相差90度之相位。不過，因為該第一電感開關單元SL₁開啟和關閉之切換時機都如本發明所設計的於該交流電之電壓的峰值處，因此在該第一電感開關單元SL₁即圖8B中該第一電感控制訊號CTL₁的輸出電壓高於該第一MOSFET 311與該第二MOSFET 312的導通電壓時，該第一測試電感L₁的電流也保持固定的90度相位差，隨著該交流電的電壓V1週期性變化。

請參閱圖9A至9C所示，圖9A至9C橫軸的時間對齊，且時間單位為秒(s)。圖9A縱軸的電壓單位為伏特(V)，而圖9B和9C中縱軸的電流單位為安培(A)。

圖9A為該第一測試電感L₁於接觸該第二輸入埠L之該交流電的電壓V1。圖9B和圖9C為對應圖9A之波形相位所產生的電流波形，且為在不同情況下流經該第一測試電感L₁之電流I_L1。

詳細來說，本發明若未於該交流電之該正弦波之相位角度90度之波峰或是270度之波谷時產生該第一電感控制訊號CTL₁至該第N電感控制訊號CTL_N，並且對應傳送該第一電感控制訊號CTL₁至該第一電感開關單元SL₁，傳送該第N電感控制訊號CTL_N至該第N電感開關單元SL_N，以分別切換該第一電感開關單元SL₁至該第N電感開關單元SL_N的開關狀態時，本發明之該第一測試電感L₁將會出現殘留磁場，並且以殘留電流之形式釋放能量。換言之，若該第一電感開關單元SL₁開啟和關閉之切換時機未如本發明所設計的於該交流電之電壓的峰值處，則會出現如圖9B所示之結果，而圖9B所示之電流波形即呈現飽和的電感所釋出殘留電流之電流曲線。

而本發明若確實於該交流電之該正弦波之相位角度90度或是270度時產生和傳送該第一電感控制訊號CTL₁至該第N電感控制訊號CTL_N，則本發明之該第一測試電感L₁無出現殘留磁場，也因此無產生殘留電流釋放能量。如此，本發明將於該第一測試電感L₁產生如圖9C所示之電流波形，即呈現平穩充放電之電流曲線。

為證明本案之該負載模擬裝置1執行該負載模擬方法後可順利的模擬電容之負載，以下波形圖將呈現遵循本案該負載模擬方法對比未遵循該負載模擬方法之對應波形結果。

請參閱圖10A至10D所示，圖10A至10D橫軸的時間對齊，且時間單位為秒(second；s)，搭配上例如圖中所示的30.00m即為30毫秒(ms)，並以此類推。圖10A、10B、10D縱軸的電壓單位為伏特(V)，而圖10C縱軸的電流單位為安培(A)。

圖10A為該第一測試電容C₁於接觸該第二輸入埠L之該交流電的電壓V1。圖10B顯示該第一電容控制訊號CTC₁切換於該交流電之電壓的零點處，而對應的，圖10D顯示流經該第一測試電容C₁的電壓，而其相位對應該交流電的 電壓V1，使流經該第一測試電容C₁的電壓在該第一電容開關單元SC₁開啟時跟隨著該交流電的電壓V1週期性變化。而圖10C中，流經該第一測試電容C₁的電流其相位自然的跟該交流電的電壓V1相差90度之相位。不過，因為該第一電容開關單元SC₁開啟和關閉之切換時機都如本發明所設計的於該交流電之電壓的零點處，因此在該第一電容開關單元SC₁開啟時，即圖10B中該第一電容控制訊號CTC₁的輸出電壓V₀高於該第一MOSFET 411和該第二MOSFET 412的導通電壓時，該第一測試電容C₁的電流也保持固定的90度相位差，隨著該交流電的電壓V1週期性變化。

請參閱圖11A至11C所示，圖11A為該第一測試電容C₁於接觸該第二輸入埠L之該交流電的電壓V1。圖11C為對應圖11A波形相位之該第一電容控制訊號CTC₁的輸出電壓V₀，而圖11B為對應圖11A之波形相位所產生流經該第一測試電容C₁的電流。圖11A至11C橫軸的時間對齊，且時間單位為秒(s)。圖11A和11C中縱軸的電壓單位為伏特(V)，而圖11B中縱軸的電流單位為安培(A)。

詳細來說，本發明若未於該正弦波之相位角度0度零點電壓或是180度零點電壓時產生該第一電容控制訊號CTC₁至該第M電容控制訊號CTC_M，並且對應傳送該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁，傳送該第M電容控制訊號CTC_M至該第M電容開關單元SC_M，以分別切換該第一電容開關單元SC₁至的該第M電容開關單元SC_M的開關狀態時，本發明之該第一測試電容C₁將會出現殘留電場，並且以湧浪電流(Inrush Current)之形式釋放存有能量。換言之，若該第一電容開關單元SC₁開啟和關閉之切換時機未如本發明所設計的於該交流電之電壓的峰值處，則會出現如圖11B所示之結果，而圖11B所示之電流波形即呈現飽和電容釋出湧浪電流之電流曲線。

在圖11C中，該控制模組20於一第五時間T5產生和傳送該第一電容控制訊號CTC₁至該第一電容開關單元SC₁。該第五時間T5所對應的相位角度 為90度的角度。當該控制模組20於該第五時間T5關閉該第一電容開關單元SC₁時，該第一電容開關單元SC₁已存有未於零點開啟時所儲存之電能量，其電容電壓約為300伏特，也就是對應了圖11A中所顯示該第一測試電容C₁接收的該交流電的電壓V1此時約為300伏特。如此，當該第一電容開關單元SC₁於圖11C中於一第六時間T6再次受到開啟時，該第一測試電容C₁上300伏特之電容電壓突然釋放電力而產生的巨大電流，如圖11B所示，該第一測試電容C₁通過該第一電容開關單元SC₁以湧浪電流之形式釋放存有之電能量。該湧浪電流如一突波，且其電流絕對值遠高於本實施例中正常工作電流值。

另外，本案之該負載模擬裝置1執行該負載模擬方法後之步驟S30將可順利的模擬電阻之負載。這是因為電阻之負載不會受到該交流電的相位改變而受到影響，因此無論該第一電阻控制訊號CTR₁至該第X電阻控制訊號CTR_X是於何時產生和傳送到該第一電阻開關單元SR₁至該第X電阻開關單元SR_X的，該負載模擬裝置1都將順利的模擬電阻之負載。

本發明之該負載模擬裝置1可藉由該控制模組20執行一負載模擬方法，使受到模擬的電感(L)、電容(C)和電阻(R)組成不同的RCL電路，以呈現不同的測試環境給該供電裝置2做測試。受到模擬的電感(L)、電容(C)和電阻(R)即本案的該第一測試電感L₁至該第N測試電感L_N、該第一測試電容C₁至該第M測試電容C_M和該第一測試電阻R₁至該第X測試電阻R_X。而對應控制受到模擬的電感(L)、電容(C)和電阻(R)之開關為本案的該第一電感開關單元SL₁至該第N電感開關單元SL_N、該第一電容開關單元SC₁至該第M電容開關單元SC_M和該第一電阻開關單元SR₁至該第X電阻開關單元SR_X。控制切換上述開關的為該控制模組20所產生的該第一電感控制訊號CTL₁至該第N電感控制訊號CTL_N、該第一電容控制訊號CTC₁至該第M電容控制訊號CTC_M和該第一電阻控制訊號CTR₁至該第X電阻控制訊號CTR_X。

本發明之該控制模組20能夠根據該交流電的相位彈性的產生和傳送上述之控制訊號，對模擬情境做出改變，以彈性的調整模擬的電感性負載、電容性負載和電阻性負載。

1:負載模擬裝置

2:供電裝置

10:交流電檢知模組

20:控制模組

L:第二輸入埠

N:第一輸入埠

C₁:第一測試電容

L₁:第一測試電感

CTC₁:第一電容控制訊號

CTL₁:第一電感控制訊號

SC₁:第一電容開關單元

SL₁:第一電感開關單元

Claims (16)

1. 一種負載模擬裝置，用以測試一供電裝置；其中該供電裝置輸出一交流電於一零線和一火線之間；該負載模擬裝置，包括：一第一輸入埠，供連接該供電裝置的該零線；一第二輸入埠，供連接該供電裝置的該火線；一第一測試電感；一第一電感開關單元，串聯該第一測試電感和該第一輸入埠之間；一第一測試電容；一第一電容開關單元，串聯該第一測試電容和該第一輸入埠之間；一交流電檢知模組，連接於該第一輸入埠和該第二輸入埠之間，感測該供電裝置輸出的該交流電以產生一感測訊號；一控制模組，分別電連接該第一電感開關單元、該第一電容開關單元和該交流電檢知模組，並且接收該感測訊號及一負載設定訊號；其中，該控制模組根據該感測訊號計算該交流電的一交流電週期，並判斷該交流電的電壓是否為零點；其中，當該控制模組根據該感測訊號判斷該交流電的電壓為零點時，該控制模組根據該負載設定訊號產生一第一電容控制訊號至該第一電容開關單元，以切換該第一電容開關單元的開關狀態，並且該控制模組延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生一第一電感控制訊號至該第一電感開關單元，以切換該第一電感開關單元的開關狀態。
2. 如請求項1所述之負載模擬裝置，其中，該交流電檢知模組係一相位檢知模組，並且該相位檢知模組感測該交流電的一電壓相位以產生一電壓相位訊號；其中，該交流電為一正弦波； 其中，該控制模組自該相位檢知模組接收該電壓相位訊號以判斷該交流電的電壓是否為零點及計算該交流電的該交流電週期；其中，當該控制模組判斷該交流電的該電壓相位為0度正半周或是180度負半周時，該控制模組即判斷該交流電的電壓為零點；其中，該交流電該電壓相位的0度延後1/4該交流電週期為該交流電該電壓相位的90度正峰值，而該交流電該電壓相位的180度延後1/4該交流電週期為該交流電該電壓相位的270度負峰值。
3. 如請求項1所述之負載模擬裝置，其中該第一電感開關單元進一步包括：一訊號隔離器，電連接該控制模組；一第一電感開關次單元，串聯於該第一輸入埠和該第一測試電感之間，且連接該訊號隔離器；其中，當該訊號隔離器接收來自該控制模組的該第一電感控制訊號時，該訊號隔離器產生一對應訊號給該第一電感開關次單元，使該第一電感開關次單元切換開關狀態。
4. 如請求項3所述之負載模擬裝置，其中該第一電感開關次單元進一步包括：一第一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，為一N通道之金屬氧化物半導體場效電晶體；一第二金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，也為一N通道之金屬氧化物半導體場效電晶體；一第一二極體；和一第二二極體； 其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)和源極(Source)分別連接到該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)與源極(Source)再連接該訊號隔離器，以接收該對應訊號切換閘極(Gate)的開關；其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)和該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)互相電連接；其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)電連接到該第一測試電感，該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)電連接到該第一輸入埠；其中，該第一二極體的陽極電連接該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的源極(Source)，該第一二極體的陰極電連接該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)；其中，該第二二極體的陽極電連接該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的源極(Source)，該第二二極體的陰極電連接該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)。
5. 如請求項1所述之負載模擬裝置，其中該第一電容開關單元進一步包括：一訊號隔離器，電連接該控制模組；一第一電容開關次單元，串聯於該第一輸入埠和該第一測試電容之間，且連接該訊號隔離器；其中，當該訊號隔離器接收來自該控制模組的該第一電容控制訊號時，該訊號隔離器產生一對應訊號給該第一電容開關次單元，使該第一電容開關次單元切換開關狀態。
6. 如請求項5所述之負載模擬裝置，其中該第一電容開關次單元進一步包括： 一第一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，為一N通道之金屬氧化物半導體場效電晶體；一第二金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，也為一N通道之金屬氧化物半導體場效電晶體；一第一二極體；和一第二二極體；其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)和源極(Source)分別連接到該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)與源極(Source)再連接該訊號隔離器，以接收該對應訊號切換閘極(Gate)的開關；其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)和該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的閘極(Gate)互相電連接；其中，該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)電連接到該第一測試電容，該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)電連接到該第一輸入埠；其中，該第一二極體的陽極電連接該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的源極(Source)，該第一二極體的陰極電連接該第一金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)；其中，該第二二極體的陽極電連接該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的源極(Source)，該第二二極體的陰極電連接該第二金屬氧化物半導體場效電晶體的汲極(Drain)。
7. 如請求項1所述之負載模擬裝置，進一步包括：一第一測試電阻；一第一電阻開關單元，電連接該控制模組，串聯該第一測試電阻於該供電裝置的該第一輸入埠，且並聯該第一測試電感和該第一電感開關單元； 其中，該控制模組產生一第一電阻控制訊號至該第一電阻開關單元，以切換該第一電阻開關單元的開關狀態。
8. 如請求項7所述之負載模擬裝置，其中該第一電阻開關單元進一步包括：一訊號隔離器，電連接該控制模組；一第一電阻開關次單元，串聯於該第一輸入埠和該第一測試電阻之間，且連接該訊號隔離器；其中，當該訊號隔離器接收來自該控制模組的該第一電阻控制訊號時，該訊號隔離器產生一對應訊號給該第一電阻開關次單元，使該第一電阻開關次單元切換開關狀態。
9. 如請求項3至6、8中任一項所述之負載模擬裝置，其中該訊號隔離器為一光電驅動器。
10. 如請求項1所述之負載模擬裝置，進一步包括：一可調式電阻單元，電連接該控制模組，且並聯該第一測試電感和該第一電感開關單元；其中，該控制模組根據該負載設定訊號產生一可調式電阻控制訊號至該可調式電阻單元，使該可調式電阻單元調整一電阻值。
11. 如請求項1所述之負載模擬裝置，進一步包括：一使用者介面，電連接該控制模組；其中，當該使用者介面接收一設定輸入時，該使用者介面產生該負載設定訊號至該控制模組。
12. 一種負載模擬方法，包括以下步驟：步驟S10：接收一感測訊號及一負載設定訊號； 步驟S20：根據該感測訊號計算一交流電的交流電週期，並判斷該交流電的電壓是否為零點；步驟S30：當判斷該交流電的電壓為零點時，根據該負載設定訊號產生一第一電容控制訊號至一第一電容開關單元，以控制該第一電容開關單元的開關狀態，並且延遲1/4該交流電週期後，再根據該負載設定訊號產生一第一電感控制訊號至一第一電感開關單元，以控制該第一電感開關單元的開關狀態。
13. 如請求項12所述之負載模擬方法，其中步驟S20進一步包括以下子步驟：步驟S200：根據該感測訊號判斷該感測訊號是否為正緣，即判斷該交流電的相位是否等於零度；當判斷該感測訊號為正緣時，執行步驟S30；其中，該交流電為一正弦波；其中，該感測訊號為該電壓相位訊號，且該感測訊號為由一交流電檢知模組產生對應該交流電的一數位訊號。
14. 如請求項12所述之負載模擬方法，其中步驟S30進一步包括以下子步驟：步驟S31：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉一第一測試電感時，延遲1/4該交流電週期後再產生該第一電感控制訊號至該第一電感開關單元，以控制該第一電感開關單元的開關狀態；步驟S32：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉一第一測試電容時，產生該第一電容控制訊號至該第一電容開關單元，以制該第一電容開關單元的開關狀態。
15. 如請求項14所述之負載模擬方法，其中步驟S30進一步包括以下子步驟： 步驟S33'：當根據該負載設定訊號判斷啟動或是關閉一第一測試電阻時，產生一第一電阻控制訊號至一第一電阻開關單元，以控制控制該第一電阻開關單元的開關狀態。
16. 如請求項14所述之負載模擬方法，其中步驟S30進一步包括以下子步驟：步驟S33：根據該負載設定訊號生一可調式電阻控制訊號至一可調式電阻單元，以控制該可調式電阻單元調整電阻值。