TW200817214A - On-vehicle hot swap device and method thereof - Google Patents

Description

200817214 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及一種熱切換裝置及其方法，特別係指一 種用以切換不同電源系統之車載用熱切換裝置及其方法。 【先前技術】 由於汽車產業的快速成長，在現今的發展中，已在原 本汽車中加入了許多高科技的電子產品及配備，不論是在 車裝產品晶片之製造、封裝、設計或是相關的車内電子裝 置如：多媒體影音產品、監視裝置、甚至到LED相關產品 及全球定位系統（GPS)等，都有著龐大的商機，這使得車用 電子成為未來的發展重點項目之一。但車用電子所強調的 是安全及穩定性，認證時間也相對漫長，這與目前電子業 所講求的產品速度及更新週期有所不同。 然而，車載電源系統是車用電子最關鍵也是最根本的 要件之一，車載電腦裝置或相關車用電子週邊設備在運作 上必須藉由車載電源系統來提供主要的電源來源，但在車 載上當引擎啟動時，請參考第一圖，係習知技術車載電源 系統之電壓變動示意圖，其會因引擎啟動的瞬間所產生近 似短路的電流’而導致車載電源糸統的電壓會有陷洛的現 象發生而產生電源不穩定的狀況，例如：從原本的電壓 12. 6V瞬間降至4V以下（約3. 6V)，並且需等約2秒的時間 才得以再恢復到足夠供應車載電子設備所需的隶低電壓 (約11V)。而也就因此，任何車載電子設備在開機狀態下 會因車載電源的瞬間失效而導致電子設備產生瞬間關閉並 進行重置的現象，因而容易造成電子設備的毀損。 6 200817214 因此，在目前的解決方式上是可在車載上搭配不斷電 電源系統（UPS)來達到穩壓輸出的效果，以防止車載電源的 不穩定而損壞車載電腦裝置。但在此一方式中，不斷電電 源系統必須透過至少一組穩壓電路來完成穩壓的效果，因 此在硬體設計上就會的產生較高的元件成本，而且不斷電 電源系統的穩壓電路必須一直處於開啟狀態才能在車載電 源系統所提供的電源失效時，及時做提供備源的處理，而 這便會降低車載電源系統的效能以及增加不斷電電源系統 的耗電流。因此以目前的解決方式來看，在車載電源供應、 管理及控制上仍有其進一步改善的空間。 【發明内容】 有鑑於此，本發明所要解決的技術問題在於，透過簡 單的電路設計，以控制迴路的開關來控制電路開關元件的 啟閉，並可直接以熱切換的方式來切換使用不同電源系 統，進而達到穩壓輸出給車載電腦裝置之目的。 為了解決上述問題，根據本發明所提出之一方案，提 供一種車載用熱切換裝置，其係應用於一車載電源系統與 一車載電腦裝置.之間，其包括：一備用電源系統、一第一 開關單元、一第二開關單元及一電壓檢知單元。其中，備 用電源系統係用以提供一備用電源，而第一開關單元係電 性連接於車載電源系統，用來開關車載電源系統所提供輸 出的一第一電源；另外第二開關單元則係電性連接於備用 電源糸統’用以開關備用電源之輸出’而電壓檢知早元係 用以檢測車載電源系統之電壓，並隨時依據該電壓之差異 得以即時地控制第一開關單元及第二開關單元之啟閉，進 而切換第一電源及備用電源同時僅一得提供給車載電腦裝 7 200817214 - 置。 為了解決上述問題，根據本發明所提出之另一方案， 提供一種車載用熱切換方法，係用以切換使用一車載電源 系統及一備用電源系統，其步驟包括：首先，藉由車載電 源系統以提供一第一電源，並且經由一第一開關單元輸出 - 第一電源至一車載電腦裝置，接著進行檢測車載電源系統 - 之電壓是否產生陷落’若該電壓產生陷落時’則關閉第一 開關單元以阻斷第一電源之輸出，另外，開啟一第二開關 ( 單元以導通備用電源系統所提供之備用電源給車載電腦裝 置使用。因此，便可藉由控制第一開關單元及第二開關單 元的啟閉，來達到熱切換使用車載電源系統及備用電源系 統之目的。 以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能 進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及 功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明 及圖式中加以闡述。 ( 【實施方式】 請參考第二圖，係本發明車載用熱切換裝置之實施例 方塊圖，如圖所示，本發明提供一種車載用熱切換裝置1， 係應用於一車載電源系統2與一車載電腦裝置3之間，其 中，車載電腦裝置3可例如為車裝電腦（Car PC)、工業電 腦或甚至是隨車搭配的行車電腦等。而車載用熱切裝置1 包括：一備用電源系統10、一第一開關單元20、一第二開 關單元30及一電壓檢知單元40，備用電源系統10係為各 類型的二次電池，以用來提供一備用電源，而第一開關單 元20係電性連接於車載電源系統2，用以開關原本車載電 8 200817214 源系統2所提供給車載電腦裝置3的一第一電源；此外， 第二開關單元30則係電性連接於備用電源系統10，用以 開關備用電源之輸出，以在第一電源瞬間失效時可提供給 車載電腦裝置3運作使用。其中第一開關單元20及第二開 關單元30在硬體設計上可單純是利用至少一半導體開關 元件（如·金屬氧化半導體場效電晶體MOSFET)(圖未不）來 設計，也可例如是由同一切換晶片（圖未示）來達成第一開 關單元20及第二開關單元30之設計。 而電壓檢知早元4 0係用以檢測車載電源糸統2之電 壓，並隨時依據該電壓之差異而即時地控制第一開關單元 20及第二開關單元30之啟閉，進而切換第一電源及備用 電源以同時只讓其中之一得提供給車載電腦裝置3。也就 是表示當電壓檢知單元40檢測到車載電源系統2在車輛引 擎發動瞬間或車輛行進間的間歇性變化，而使得車載電源 系統2有電壓陷落發生時，便會關閉第一開關單元20以阻 斷第一電源之供應，而同時改為開啟第二開關單元30來使 備用電源順利供應給車載電腦裝置3,等到車載電源系統2 恢復正常供應穩定電壓時’再切換為原本的車載電源糸統 2經由第一開關單元20提供第一電源給車載電腦裝置3。 值得一提的是上述之切換動作不需關閉任何電源系統而可 直接進行熱切換的動作。 而在電壓檢知單元40中，可進一步包含一比較電路 41及一電阻/電容（RC)電路42,使得電壓檢知單元40透過 比較電路41所提供之一參考電壓來進行電壓的比較而完 成檢測車載電源系統2之電壓是否陷落；而電阻/電容電路 42則係電壓檢知單元40用以匹配第一開關單元20及第二 200817214 開關單元30的交換啟閉之延遲時間。 另外，車載用熱切換裝置1更可進一步包括：一濾波 單元50及一電路保護單元60，其中濾波單元50係電性連 接於車載電源系統2與電壓檢知單元40之間，用以濾除車 載電源系統2在輸出第一電源時因引擎干擾而產生的雜 訊，以避免電壓檢知早元4 0在檢測車載電源糸統2之電壓 時產生誤判的情形，並且在硬體設計上，濾波單元50可例 如係電感器或電容器等濾波元件。而電路保護單元60則係 電性連接於第一開關單元20與第二開關單元30的輸出端 與車載電腦裝置3之間，以進行偵測第一電源或備用電源 之異常，進而產生一關斷信號來關閉第一開關單元20及第 二開關單元30，並且於偵測該異常之情形排除後恢復開起 第一開關單元20及第二開關單元30，其中該異常之情形 可例如為電路短路或過電流發生之情形，而關閉第一開關 單元20及第二開關單元30主要係用以阻斷第一電源及備 用電源的持續提供，以避免車載用熱切換裝置1内的各部 位元件無法承受過大電流的輸出而損毀，並且更可進一步 保護車載電腦裝置3的安全性。 請參考第三圖，係本發明車載用熱切換方法之實施例 流程圖，如圖所示，本發明提供一種車載用熱切換方法， 係用以切換車載電源系統2及備用電源系統10，其步驟包 括：首先，預先設定開啟第一開關單元20並關閉第二開關 單元30(S301)，進而使車載電源系統2提供第一電源，並 經由第一開關單元20而將第一電源輸出以供應給車載電 腦裝置3使用（S303)。接著，提供電壓檢知單元40以藉由 其中之一比較電路41來進行檢測車載電源系統2的電壓是 10 200817214 否產生陷落（S305)，其中比較電路41係提供一參考電壓以 比較車載電源系統2之電壓是否低於該參考電壓而產生陷 落，若步驟（S305)的檢測結果為是，表示車載電源系統2 之電壓可能例如因車輛引擎的啟動而導致電壓有瞬間陷落 的情形，此時便會關閉第一開關單元20以阻斷第一電源 (S307)，並同時開啟第二開關單元30以導通備用電源系統 10所提供的備用電源給車載電腦裝置3繼續使用（S309)， 藉此以彌補瞬間第一電源的不穩定或失效的問題。並且在 步驟(S309)之後，重複進行步驟（S305)以隨時檢測車載電 源系統2之電壓狀況，以進而判斷車載電源系統2是否已 恢復正常供應電源。 若步驟（S305)的檢測結果為否，表示車載電源系統2 之電壓並無產生陷落之情形而能供應穩定的電源，此時便 可執行步驟（S303)以在第一開關單元20開啟且第二開關 單元30關閉的狀況下，持續地由車載電源系統2直接提供 第一電源給車載電腦裝置3。 而在上述方法中，更可舉例提供一電路保護單元60， 以隨時偵測第一電源或備用電源是否產生異常之情形，其 中該異常之情形可例如為電路短路或過電流發生之情形， 而若產生異常之情形時，則電路保護單元60便及時關閉第 一開關單元20及第二開關單元30以保護電路不受損毀， 並且等異常情形解除後才恢復開啟第一開關單元20及第 二開關單元30以繼續正常運作。 藉此，依據車載電源系統2的電壓狀況，以控制第一 開關單元20及第二開關單元30的啟閉，進而切換使用車 載電源糸統2或備用電源糸統10 ’並且不需在關閉任何電 200817214 源线下而直接進行，以達到熱切換的動作功能。 综上所述，本發明不僅不需透過穩 半導體開關元件作為開關控制以 3接由 其中之一組開啟時，另— —電源及備用電源 電電源她_電路必彡g ^ 避絲似不斷 題，並且因此也萨門± θ啟而增加耗電流的問 W ΐ 增加車载電源系、統2的效能。而^ 成本低、耗電流低以及效能高 匕而在 载用的系統或裝置上。 &力下更適3使用在車 ! 隹，以上所述，僅為本 每 及圖式而已’並非用以限制本例&細說明 以下述之申請專利範圍為準，月之所有範圍應 明之領域内’可輕易思;技蟄者在本發 案所界定之專利範圍。 匕或心飾皆可涵蓋在以下本 【圖式簡單說明】 第-圖係習知技術車載電源系 及 弟二圖係本發明車載用熱 動不思圖； 第三圖係本發明車载用熱切二 =細方塊圖 【主要元件符號說明】、方去之貫施例流程圖 車載用熱切換裝置工 備用電源系統1Q 車載電源系統2 第一開關單元2〇 車載電腦裝置3 第二開關單元3〇 12 200817214 電壓檢知單元40 比較電路41 電阻/電容電路42 濾波單元50 電路保護早元6 0

Claims (1)

1. 200817214 十、申請專利範圍： 1、 一種車載用熱切換裝置，係應用於一車載電源系統與 一車載電腦裝置之間，包括： 一備用電源系統，係用以提供一備用電源； 一第一開關單元，係電性連接該車載電源系統，用以 開關該車載電源系統所輸出之一第一電源； 一第二開關單元，係電性連接該備用電源系統，用以 開關該備用電源之輸出；及 一電壓檢知早元’係用以檢測該車載電源糸統之電 壓，以用來控制該第一開關單元及該第二開關單元 之啟閉，進而切換該第一電源及該備用電源同時僅 一得輸出至該車載電腦裝置。 2、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，其 中該車載電腦裝置係車裝電腦（Car PC )、行車電腦或 工業電腦。 3、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，其 中該備用電源糸統係二次電池。 4、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，其 中該第一開關單元及該第二開關單元係分別包含至 少一半導體開關元件。 5、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，其 中該第一開關單元及該第二開關單元係由同一切換 晶片所達成。 6、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，其 中該電壓檢知單元更進一步包含： 14 200817214 一比較電路，係提供一參考電壓以進行檢測該車載電 源系統之電壓；及 一電阻/電容（RC)電路，係用以匹配該第一開關單元 及該第二開關單元啟閉的延遲時間。 7、 如申請專利範圍第1項所述之車載用熱切換裝置，進 一步包括： 一濾波單元，係電性連接該車載電源系統與該電壓檢 知單元之間，以濾除該第一電源之雜訊；及 一電路保護單元，係偵測該第一電源或該備用電源之 異常，以產生一關斷信號來關閉該第一開關單元及 該第二開關單元。 8、 如申請專利範圍第7項所述之車載用熱切換裝置，其 中該濾波單元係電感器或電容器。 9、 如申請專利範圍第7項所述之車載用熱切換裝置，其 中該異常之情形係為電路短路或過電流發生之情形。 10、 一種車載用熱切換方法，係用以切換使用一車載電源 系統及一備用電源系統，其步驟包括： 提供一第一開關單元以開關該車載電源系統所提供 之一第一電源至一車載電腦裝置； 提供一第二開關單元以開關該備用電源系統所提供 之一備用電源制該車載電腦裝置； 檢測該車載電源系統之電壓是否產生陷落；及 控制該第一開關單元及該第二開關單元之啟閉； 其中，藉由控制該第一開關單元及該第二開關單元之 啟閉，來切換使用該車載電源系統及該備用電源系 15 200817214 統。 11、 如申請專利範圍第10項所述之車載用熱切換方法， 其中該檢測該車載電源系統之電壓是否產生陷落係 藉由一比較電路來進行電壓之比較。 12、 如申請專利範圍第12項所述之車載用熱切換方法， 其中該車載電源系統之電壓產生陷落係該電壓低於 該比較電路所提供之一參考電壓。 13、 如申請專利範圍第10項所述之車載用熱切換方法， 其中當該車載電源系統之電壓產生陷落時，則關閉該 第一開關單元並開啟該第二開關單元。 14、 如申請專利範圍第10項所述之車載用熱切換方法， 其中當該車載電源系統之電壓未產生陷落時，則開啟 該第一開關單元並關閉該第二開關單元。 15、 如申請專利範圍第10項所述之車載用熱切換方法， 進一步包括： 預設開啟該第一開關單元並關閉該第二開關單元；及 提供一電路保護單元以偵測該第一電源或該備用電 源是否產生異常之情形。 16、 如申請專利範圍第15項所述之車載用熱切換方法， 其中若產生該異常之情形，則關閉該第一開關單元及 該第二開關單元。 17、 如申請專利範圍第15項所述之車載用熱切換方法， 其中該異常之情形係電路短路或過電流發生之情形。 16