TW202101877A - 電源轉換裝置及其電容短路保護電路與電容短路保護方法 - Google Patents
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Abstract
一種電源轉換裝置及其電容短路保護電路與電容短路保護方法。整流電路將交流信號整流為直流信號。電能儲存電路耦接整流電路，電能儲存電路包括串聯的多個電容。偵測電路耦接電能儲存電路，偵測各電容上的跨壓。控制電路耦接整流電路與偵測電路，當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路。
Description
本發明是有關於一種保護裝置，且特別是有關於一種電源轉換裝置及其電容短路保護電路電容短路保護方法。
馬達是可將電能轉換為動能，一般來說，常以變頻器裝置來驅動馬達，再使馬達驅動其它裝置。在變頻器裝置中，會先由整流電路將輸入的交流電源先轉為直流電壓，而後再由變頻器電路轉為所需的交流電壓輸出，一般來說，在整流電路的輸出端會耦接包括串聯具有大電容值的電容的儲能電路，以確保儲能電路可承受整流電路所輸出的電壓。如此雖可有效解決儲能電路的耐壓問題，然電容的漸漸老化將導致容值急速下降，最終老化的電容將無法承受施加於其上的跨壓而被擊穿形成短路，且其餘的電容也會接著因施加於其上的跨壓上升而被擊穿形成短路，入電端持續地送電將使電容與裝置內部發熱燃燒，進而造成安全性的問題。
現有的解決方式為利用機構件以遮擋的方式，避免火花由電子裝置內部竄出，然並未實際有效預防電容老化所造成的安全性問題。
本發明提供一種電源轉換裝置、電容短路保護電路及其保護方法，可有效預防電容老化所造成的安全性問題。
本發明的電容短路保護電路包括整流電路、電能儲存電路、偵測電路以及控制電路。整流電路將交流信號整流為直流信號。電能儲存電路耦接整流電路，電能儲存電路包括串聯的多個電容。偵測電路耦接電能儲存電路，偵測各電容上的跨壓。控制電路耦接整流電路與偵測電路，當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路。
在本發明的一實施例中，上述的電容短路保護電路，還包括預充電電路，其耦接電能儲存電路與控制電路，於整流電路提供直流信號給電能儲存電路之前，控制電路控制預充電電路對電能儲存電路進行預充電。
在本發明的一實施例中，其中當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制電路禁能預充電電路。
在本發明的一實施例中，上述的預充電電路包括電阻以及繼電器。電阻提供用於對電能儲存電路進行預充電的預充電路徑。繼電器與電阻並聯，當多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制電路控制繼電器進入導通狀態，以旁路電阻。
在本發明的一實施例中，上述的電能儲存電路包括第一電容以及第二電容，第二電容與第一電容串接於整流電路的輸出端與接地之間，第一電容與第二電容的共同接點耦接偵測電路，偵測電路依據共同接點上的電壓以及整流電路的輸出電壓獲得第一電容與第二電容上的跨壓。
在本發明的一實施例中，其中共同接點上的電壓等於第一電容與第二電容之其一的跨壓，第一電容與第二電容之另一的跨壓等於整流電路的輸出電壓減去共同接點上的電壓。
本發明的電源轉換裝置包括整流電路、電能儲存電路、偵測電路、變頻器電路、控制電路以及預充電電路。整流電路將交流信號整為直流信號。電能儲存電路耦接整流電路，電能儲存電路包括串聯的多個電容。偵測電路耦接電能儲存電路，偵測各電容上的跨壓。變頻器電路耦接電能儲存電路，將電能儲存電路提供的直流電壓轉換為交流電壓。控制電路耦接整流電路、偵測電路與變頻器電路，當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路以及變頻器電路。
在本發明的一實施例中，上述的電源轉換裝置還包括預充電電路，其耦接電能儲存電路與控制電路，於整流電路提供直流信號給電能儲存電路之前，控制電路控制預充電電路對電能儲存電路進行預充電。
在本發明的一實施例中，其中當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制電路禁能預充電電路。
在本發明的一實施例中，上述的預充電電路包括電阻以及繼電器。電阻提供用於對電能儲存電路進行預充電的預充電路徑。繼電器與電阻並聯，當多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制電路控制繼電器進入導通狀態，以旁路電阻。
在本發明的一實施例中，上述的電能儲存電路包括第一電容以及第二電容，第二電容與第一電容串接於整流電路的輸出端與接地之間，第一電容與第二電容的共同接點耦接偵測電路，偵測電路依據共同接點上的電壓以及整流電路的輸出電壓獲得第一電容與第二電容上的跨壓。
在本發明的一實施例中，上述的共同接點上的電壓等於第一電容與第二電容之其一的跨壓，第一電容與第二電容之另一的跨壓等於整流電路的輸出電壓減去共同接點上的電壓。
本發明的電容短路保護電路的保護方法，電容短路保護電路包括整流電路以及電能儲存電路，電能儲存電路包括串聯的多個電容，電容短路保護電路的保護方法包括下列步驟。控制整流電路將交流信號整流為直流信號，以提供直流信號給電能儲存電路。偵測各電容上的跨壓。當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路。
在本發明的一實施例中，上述的電容短路保護電路還包括預充電電路，電容短路保護電路的保護方法包括，於整流電路提供直流信號給電能儲存電路之前，控制預充電電路對電能儲存電路進行預充電。
在本發明的一實施例中，其中當上述多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，禁能預充電電路。
在本發明的一實施例中，上述的預充電電路包括電阻以及繼電器，繼電器與電阻並聯，電阻提供用於對電能儲存電路進行預充電的預充電路徑，當多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制繼電器進入導通狀態，以旁路電阻。
在本發明的一實施例中，上述的電能儲存電路包括第一電容以及第二電容，第一電容與第二電容串接於整流電路的輸出端與接地之間，電容短路保護電路的保護方法包括，依據共同接點上的電壓以及整流電路的輸出電壓獲得第一電容與第二電容上的跨壓。
在本發明的一實施例中，上述的共同接點上的電壓等於第一電容與第二電容之其一的跨壓，第一電容與第二電容之另一的跨壓等於整流電路的輸出電壓減去共同接點上的電壓。
基於上述，本發明的控制電路可在電能儲存電路中串聯的多個電容的任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路，以避免入電端持續地送電給電容，進而造成電容與裝置內部發熱燃燒，有效解決電容老化所造成的安全性的問題。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的電容短路保護電路的示意圖。電容短路保護電路100可包括整流電路102、電能儲存電路104、偵測電路106以及控制電路108，整流電路102耦接電能儲存電路104與控制電路108，偵測電路106耦接電能儲存電路104與控制電路108。在本實施例中，電能儲存電路104包括串接於整流電路102的輸出端與接地間的電容C1與電容C2，然須注意的是，串接的電容數量並不以此為限，在其它實施例中電能儲存電路104也可包括更多個串接的電容。
整流電路102可接收交流信號VAC1並將其整流為直流信號VDC1，串接的電容C1與電容C2可接收直流信號VDC1而儲存電能。偵測電路106可偵測電容C1與電容C2上的跨壓，舉例來說，在本實施例中，偵測電路106可耦接至電容C1與電容C2的共同接點，而直接獲得電容C2上的跨壓，而電容C1上的跨壓則可透過將整流電路102所提供的直流信號VDC1的電壓值減去電容C2上的跨壓獲得。在部分實施例中，偵測電路106也可分別直接偵測電容C1與電容C2上的跨壓，電容C1與電容C2上的跨壓的偵測方式不以本實施例為限。
控制電路108可依據偵測電路106的偵測結果判斷電容C1或電容C2上的跨壓是否大於預設電壓，當電容C1與電容C2之其一的跨壓大於預設電壓時，代表電容C1與電容C2之另一出現老化或短路的情形。例如當電容C1上的跨壓大於預設電壓時，代表電容C2已出現老化而使得電容C2的電容值下降，由於電容C1與電容C2為串聯連接，而施加於串聯的電容C1與電容C2上的電壓(亦即直流信號VDC1的電壓)為固定，因此大部分的壓降將出現在電容C1上，也就是說電容C1與電容C2上出現了分壓不均的情形。因此，當控制電路108判斷出電容C1或電容C2上的跨壓大於預設電壓時，即代表電容C1或電容C2之其一出現了老化的情形，此時控制電路108可禁能整流電路102，使其停止對交流信號VAC1整流輸出直流信號VDC1，如此便可防止電壓持續地被傳送給電容C1與電容C2，進而造成電容C1與電容C2發熱燃燒，有效解決電容老化所造成的安全性的問題。
此外，控制電路108可接收操作電壓VCC以作為其運作所需的電源，操作電壓VCC可例如為透過轉換與提供交流信號VAC1的電源彼此獨立的另一交流電源所提供的交流電壓所得到的直流電壓，因此當控制電路108因電容C1或電容C2老化而禁能整流電路102後，控制電路108仍可依靠操作電壓VCC繼續運作。
圖2繪示本發明另一實施例的電容短路保護電路的示意圖。在本實施例中，電容短路保護電路100’還包括預充電電路202，此外，控制電路108可包括觸發器電路204，觸發器電路204可例如為555 SCR觸發器電路，然不以此為限。在電容短路保護電路100’應用於高電壓的情形下，例如直流信號VDC1大於等於600伏特的情形下，為避免輸入電壓產生浪湧電流而使電能儲存電路104中的電容或其它元件損壞，控制電路108可執行軟啟動，於整流電路102提供直流信號VDC1給電能儲存電路104之前，控制預充電電路202對電能儲存電路104進行預充電，以先將電容C1與電容C2充電至預定的電壓。
在本實施例中，當控制電路108判斷出電容C1或電容C2上的跨壓大於預設電壓時，亦即電容C1或電容C2之其一出現了老化的情形，控制電路108除了可控制觸發器電路204禁能整流電路102外，還可同時禁能預充電電路202的預充電功能，例如可將用於電能儲存電路104的預充電路徑斷開，避免在已禁能整流電路102的情形下，預充電電路202還繼續對電能儲存電路104進行預充電，而造成電能儲存電路104中的電容或其它元件損壞。預充電電路202可在老化的電容C1或電容C2被移除更換後，才回復預充電的功能。其中，預充電電路202可例如利用繼電器並聯電阻來實施，當控制電路108執行軟啟動時，繼電器保持斷開狀態，使預充電電流透過電阻對電能儲存電路104進行預充電。而當電能儲存電路104被充電至預設值後，繼電器受控於控制電路108而進入導通狀態，以旁路電阻，進而將預充電電流導引離開預充電路徑，例如將預充電電流導引至接地或其它電路，避免預充電電流繼續對電能儲存電路104進行充電。在判斷出電容C1或電容C2之其一出現了老化的情形時，控制電路108可控制繼電器保持導通狀態，以避免在禁能整流電路102的情形下，預充電電流繼續透過電阻對電能儲存電路104進行預充電。
圖3繪示本發明一實施例的電源轉換裝置的示意圖。請參照圖3，上述實施例的電容短路保護電路可例如應用於電源轉換裝置300中，例如本實施例的變頻器裝置，其可例如用以驅動馬達，在其它實施例中，電容短路保護電路也可例如應用於不斷電電源供應器、太陽能發電裝置或風力發電裝置中。如圖3所示，電源轉換裝置除了電容短路保護電路外，還包括變頻器電路302，變頻器電路302耦接電能儲存電路104，以將電能儲存電路104提供的直流電壓轉換為交流電壓VAC2。類似地，本實施例的控制電路108可執行軟啟動，於整流電路102提供直流信號VDC1給電能儲存電路104之前，控制預充電電路202對電能儲存電路104進行預充電，以先將電容C1與電容C2充電至預定的電壓，以避免輸入電壓產生浪湧電流而使電能儲存電路104中的電容或其它元件損壞。當控制電路108判斷出電容C1或電容C2上的跨壓大於預設電壓時，控制電路108除了可禁能整流電路102與預充電電路202外，還可禁能變頻器電路302，以避免變頻器電路302損壞或出現異常。
此外，如上述實施例所述，由於，控制電路108所接收的操作電壓VCC的電壓來源與提供交流信號VAC1的電源彼此獨立，因此當控制電路108因電容C1或電容C2老化而禁能整流電路102後，控制電路108仍可維持正常運作，例如在禁能整流電路102的情形下仍可控制警示裝置(例如顯示器或警示燈)提供警示訊息，以告知使用者出現異常狀態，或通知使用者電容出現老化的情形等等。
圖4繪示本發明一實施例的電容短路保護電路的保護方法的流程圖。由上述實施例可知，電容短路保護電路的保護方法可至少包括下列步驟。首先，控制整流電路將交流信號整流為直流信號，以提供直流信號給電能儲存電路(步驟S402)，其中電能儲存電路可包括串聯的多個電容。接著，偵測電能儲存電路中各電容上的跨壓(步驟S404)，例如，若電能儲存電路包括兩個串聯的電容，可偵測兩個電容之其一的跨壓，而另一電容的跨壓則可透過將整流電路所提供的直流信號的電壓值減去偵測所得到的電容上的跨壓獲得。在部分實施例中，也可分別直接偵測兩電容上的跨壓。之後，再判斷是否多個電容之任一的跨壓大於預設電壓(步驟S406)，若未有任何電容的跨壓大於預設電壓，則回到步驟S406繼續偵測電容的跨壓。若有任何一個電容的跨壓大於預設電壓，則代表有電容出現老化或短路的情形，此時可禁能整流電路(步驟S408)，防止電壓持續地被傳送給電能儲存電路的電容，造成電容發熱燃燒，進而有效解決電容老化所造成的安全性的問題。
圖5繪示本發明另一實施例的電容短路保護電路的保護方法的流程圖。在本實施例中，於直流信號給電能儲存電路(步驟S402)之前，可控制預充電電路對電能儲存電路進行預充電(步驟S502)，如此可預防輸入電壓產生浪湧電流而使電能儲存電路中的電容或其它元件損壞。此外，判斷出多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時(步驟S406的判斷結果為是)，可同時禁能整流電路與預充電電路(步驟S504)，以避免在已禁能整流電路的情形下，預充電電路還繼續對電能儲存電路進行預充電，而造成電能儲存電路中的電容或其它元件損壞。在部分實施例中，預充電電路可例如包括電阻以及繼電器，繼電器與電阻並聯，其中電阻提供用於對電能儲存電路進行預充電的預充電路徑。當多個電容之任一的跨壓大於預設電壓時，控制繼電器進入導通狀態，以旁路電阻，避免預充電電路還繼續對電能儲存電路進行預充電。
綜上所述，本發明的實施例可在電能儲存電路中串聯的多個電容的任一的跨壓大於預設電壓時，禁能整流電路，以避免入電端持續地送電給電容，進而造成電容與裝置內部發熱燃燒，有效解決電容老化所造成的安全性的問題。在部份實施例中，還可在電能儲存電路中串聯的多個電容的任一的跨壓大於預設電壓時，同時禁能整流電路與預充電電路，以避免在已禁能整流電路的情形下，預充電電路還繼續對電能儲存電路進行預充電，而造成電能儲存電路中的電容或其它元件損壞，進一步預防安全性問題的產生。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100’:電容短路保護電路
102:整流電路
104:電能儲存電路
106:偵測電路
108:控制電路
202:預充電電路
204:觸發器電路
300:電源轉換裝置
302:變頻器電路
C1、C2:電容
VAC1:交流信號
VAC2:交流電壓
VDC1:直流信號
VCC:操作電壓
S404~S408、S502、S504:電容短路保護方法步驟
圖1繪示本發明一實施例的電容短路保護電路的示意圖。
圖2繪示本發明另一實施例的電容短路保護電路的示意圖。
圖3繪示本發明一實施例的電源轉換裝置的示意圖。
圖4繪示本發明一實施例的電容短路保護電路的保護方法的流程圖。
圖5繪示本發明另一實施例的電容短路保護電路的保護方法的流程圖。
100:電容短路保護電路
102:整流電路
104:電能儲存電路
106:偵測電路
108:控制電路
C1、C2:電容
VAC1:交流信號
VDC1:直流信號
VCC:操作電壓
Claims (18)
- 一種電容短路保護電路，包括： 一整流電路，將一交流信號整流為一直流信號； 一電能儲存電路，耦接該整流電路，該電能儲存電路包括串聯的多個電容； 一偵測電路，耦接該電能儲存電路，偵測各該電容上的跨壓；以及 一控制電路，耦接該整流電路與該偵測電路，當該些電容之任一的跨壓大於一預設電壓時，禁能該整流電路。
- 如申請專利範圍第1項所述的電容短路保護電路，還包括： 一預充電電路，耦接該電能儲存電路與該控制電路，於該整流電路提供該直流信號給該電能儲存電路之前，該控制電路控制該預充電電路對該電能儲存電路進行預充電。
- 如申請專利範圍第2項所述的電容短路保護電路，其中當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，該控制電路禁能該預充電電路。
- 如申請專利範圍第2項所述的電容短路保護電路，其中該預充電電路包括： 一電阻，提供用於對該電能儲存電路進行預充電的預充電路徑；以及 一繼電器，與該電阻並聯，當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，該控制電路控制該繼電器進入導通狀態，以旁路該電阻。
- 如申請專利範圍第1項所述的電容短路保護電路，其中該電能儲存電路包括： 一第一電容；以及 一第二電容，與該第一電容串接於該整流電路的輸出端與接地之間，該第一電容與該第二電容的共同接點耦接該偵測電路，該偵測電路依據該共同接點上的電壓以及該整流電路的輸出電壓獲得該第一電容與該第二電容上的跨壓。
- 如申請專利範圍第5項所述的電容短路保護電路，其中該共同接點上的電壓等於該第一電容與該第二電容之其一的跨壓，該第一電容與該第二電容之另一的跨壓等於該整流電路的輸出電壓減去該共同接點上的電壓。
- 一種電源轉換裝置，包括： 一整流電路，將一交流信號整流為一直流信號； 一電能儲存電路，耦接該整流電路，該電能儲存電路包括串聯的多個電容； 一偵測電路，耦接該電能儲存電路，偵測各該電容上的跨壓； 一變頻器電路，耦接該電能儲存電路，將該電能儲存電路提供的直流電壓轉換為交流電壓；以及 一控制電路，耦接該整流電路、該偵測電路與該變頻器電路，當該些電容之任一的跨壓大於一預設電壓時，禁能該整流電路以及該變頻器電路。
- 如申請專利範圍第7項所述的電源轉換裝置，還包括： 一預充電電路，耦接該電能儲存電路與該控制電路，於該整流電路提供該直流信號給該電能儲存電路之前，該控制電路控制該預充電電路對該電能儲存電路進行預充電。
- 如申請專利範圍第8項所述的電源轉換裝置，其中當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，該控制電路禁能該預充電電路。
- 如申請專利範圍第8項所述的電源轉換裝置，其中該預充電電路包括： 一電阻，提供用於對該電能儲存電路進行預充電的預充電路徑；以及 一繼電器，與該電阻並聯，當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，該控制電路控制該繼電器進入導通狀態，以旁路該電阻。
- 如申請專利範圍第7項所述的電源轉換裝置，其中該電能儲存電路包括： 一第一電容；以及 一第二電容，與該第一電容串接於該整流電路的輸出端與接地之間，該第一電容與該第二電容的共同接點耦接該偵測電路，該偵測電路依據該共同接點上的電壓以及該整流電路的輸出電壓獲得該第一電容與該第二電容上的跨壓。
- 如申請專利範圍第11項所述的電源轉換裝置，其中該共同接點上的電壓等於該第一電容與該第二電容之其一的跨壓，該第一電容與該第二電容之另一的跨壓等於該整流電路的輸出電壓減去該共同接點上的電壓。
- 一種電容短路保護電路的保護方法，該電容短路保護電路包括一整流電路以及一電能儲存電路，該電能儲存電路包括串聯的多個電容，該電容短路保護電路的保護方法包括： 控制該整流電路將一交流信號整流為一直流信號，以提供該直流信號給該電能儲存電路； 偵測各該電容上的跨壓；以及 當該些電容之任一的跨壓大於一預設電壓時，禁能該整流電路。
- 如申請專利範圍第13項所述的電容短路保護電路的保護方法，其中該電容短路保護電路還包括一預充電電路，該電容短路保護電路的保護方法進一步包括： 於該整流電路提供該直流信號給該電能儲存電路之前，控制該預充電電路對該電能儲存電路進行預充電。
- 如申請專利範圍第14項所述的電容短路保護電路的保護方法，其中當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，禁能該預充電電路。
- 如申請專利範圍第14項所述的電容短路保護電路的保護方法，其中該預充電電路包括一電阻以及一繼電器，該繼電器與該電阻並聯，該電阻提供用於對該電能儲存電路進行預充電的預充電路徑，當該些電容之任一的跨壓大於該預設電壓時，控制該繼電器進入導通狀態，以旁路該電阻。
- 如申請專利範圍第13項所述的電容短路保護電路的保護方法，其中該電能儲存電路包括一第一電容以及一第二電容，該第一電容與該第二電容串接於該整流電路的輸出端與接地之間，該電容短路保護電路的保護方法包括： 依據該共同接點上的電壓以及該整流電路的輸出電壓獲得該第一電容與該第二電容上的跨壓。
- 如申請專利範圍第17項所述的電容短路保護電路的保護方法，其中該共同接點上的電壓等於該第一電容與該第二電容之其一的跨壓，該第一電容與該第二電容之另一的跨壓等於該整流電路的輸出電壓減去該共同接點上的電壓。
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2019
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|---|---|---|---|---|
| TWI864503B (zh) * | 2022-11-23 | 2024-12-01 | 南亞科技股份有限公司 | 交流電供應裝置與交流電供應方法 |
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