TWI602361B

TWI602361B - 具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座

Info

Publication number: TWI602361B
Application number: TW105111219A
Authority: TW
Inventors: 李裕隆
Original assignee: 勝德國際研發股份有限公司
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-11
Also published as: TW201737576A

Description

具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座

本發明有關於一種過溫保護裝置，且特別是一種具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座。

電源插頭、插座、延長線插座等裝置可將外部電源(如交流電)傳遞給用電的電子裝置，基於安全考量，每一個裝置應具有可傳輸電流上限等安全規格。在實際的產品中，也會有過溫保護機制，習知的技術是使用一個溫度感測器，並配合過溫斷電機制。例如，一般可使用保險絲或可回復式的斷電開關，並將其串聯於電源線路，以作過溫保護的控制手段。例如，當電源插頭與插座的插接不良，或者電源插頭或外部插座之負荷量過高，使得導電線路(及元件)的溫度持續上升而超過預設溫度(例如80℃至100℃)時，則利用保險絲或斷電開關以斷開電流，進而達到防止電源插頭或插座過熱溶毀或電線走火的情形發生。

然而，傳統上藉由預設的溫度感測，其安全溫度上限通常是固定的溫度，並沒有考慮其他因素，如，環境灰塵的引燃溫度，未達到傳統保護溫度，就可能已經引燃。如此單調的過溫安全性設計，在實際能發揮的過溫保護效果可能有限，仍有相當大的改進空間。

本發明實施例提供一種具有智能熱防護機制的插頭暨插座 (Plug&Outlet)，可提供插頭暨插座的過溫保護機制，此過溫保護機制是動態的保護機制，以提升插頭與插座的安全性。

本發明實施例提供一種具有智能熱防護機制的電源插頭，包括電流感測單元、第一溫度感測單元、第二溫度感測單元、開關以及控制單元。電流感測單元感測流過電源插頭的導電接腳的電流。第一溫度感測單元設置於電源插頭的殼體內部，測得導電接腳的溫度。第二溫度感測單元測得環境溫度。控制單元耦接電流感測單元、第一溫度感測單元、第二溫度感測單元以及可控開關。可控開關電性串聯於導電接腳。控制單元依據電流感測單元所測得的導電接腳的電流與第二溫度感測單元測得的環境溫度以判斷第一溫度感測單元所測得的導電接腳的溫度是否過溫。當導電接腳的溫度被判斷為過溫，則控制單元關斷開關，以斷開流過導電接腳的電流。

本發明實施例提供一種具有智能熱防護機制的電源插座，包括電流感測單元、第一溫度感測單元、第二溫度感測單元、開關以及控制單元。電流感測單元感測流過電源插座的饋電導體的電流。第一溫度感測單元設置於電源插座的殼體內部，測得饋電導體的溫度。第二溫度感測單元感測環境溫度。控制單元耦接電流感測單元、第一溫度感測單元、第二溫度感測單元以及可控開關。可控開關電性串聯於導電接腳。控制單元依據電流感測單元所測得的饋電導體的電流與第二溫度感測單元測得的環境溫度以判斷第一溫度感測單元所測得的饋電導體的溫度是否過溫。當饋電導體的溫度被判斷為過溫，則控制單元關斷開關，以斷開流過饋電導體的電流。

綜上所述，本發明實施例提供一種具有智能熱防護機制的插頭暨插座，可依據殼體或外在環境溫度的條件，以及目前電流的大小，動態的決定饋電導體(如導電接腳或電源導線)的溫度限制，可適應環境溫度以提供更準確的電流過溫保護機制。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧電源插頭

11‧‧‧電流感測單元

12‧‧‧第一溫度感測單元

13‧‧‧第二溫度感測單元

14‧‧‧控制單元

Iac、I_a、I_b、I_c、I₁‧‧‧電流

15‧‧‧可控開關

16‧‧‧插座

161‧‧‧導電片

17、191‧‧‧導電接腳

18、18’‧‧‧殼體

T_th、T_2a、T_2b、T_2c‧‧‧溫度門檻值

E_T、T_1a、T_1b、T_1c‧‧‧環境溫度

1’‧‧‧電源插座

19‧‧‧電源插頭

L₁、L₂‧‧‧導線

S110、S120、S130、S140、S150、S160‧‧‧步驟

圖1A是本發明實施例提供的具有智能熱防護機制的電源插頭的示意圖。

圖1B是本發明實施例提供的具有智能熱防護機制的電源插頭的功能方塊圖。

圖2是本發明實施例提供的智能熱防護機制的判斷流程示意圖。

圖3A是本發明實施例提供的動態的溫度門檻值對應於第一溫度與導通電流的示意圖。

圖3B是圖3A中應用在相同導通電流的情況的示意圖。

圖3C是圖3A中應用在相同第一溫度的情況的示意圖。

圖4A是本發明實施例提供的動態的溫度門檻值對應於第一溫度的示意圖。

圖4B是本發明實施例提供的動態的溫度門檻值對應於導通電流的示意圖。

圖5是本發明實例提供的具有智能熱防護機制的電源插座的示意圖。

〔具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座之實施例〕

本實施例的具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座可以是插頭、插座、電源延長線或充電裝置等電源延長裝置。可接收外部電力(如交流電)並將其傳送給其他需要用電的電子裝置(以下簡稱用電裝置)。以下將以實際實施例進行說明，以下實施例將以示範性的電源插頭及電源延長線插座為例，藉以幫助說明，但本發明並不限定具有智能熱防護機制的電源插頭暨插座的外觀以及應用態樣。

請同時參照圖1A與圖1B，圖1A是本發明實施例提供的具有智能熱防護機制的電源插頭的示意圖，圖1B是本發明實施例提供的具有智能熱防護機制的電源插頭的功能方塊圖。就外觀而言，如圖1A所示，具有智能熱防護機制的電源插頭1具有插座16、至少兩個導電接腳17、與殼體18。導電接腳17用以連接外部電源，如市電插座。導電接腳17的數目與結構是對應於外部電源的插座而對應設置，例如，電源插頭1具有兩個導電接腳17，分別對應市電的火線(L)與零線(N)；或者，電源插頭1具有三個導電接腳17，分別對應市電的火線(L)、零線(N)與地線(G)，但本發明並不因此限定。接著，插孔16可用以連接用電裝置(圖未示)的電源插頭，以輸出電力至用電裝置，插座16的插孔內具有導電片(通常為導電銅片)以對應導電接腳17的火線(L)、零線(N)與地線(G)等接線，但本發明也不限定插座16的插孔數目與結構，圖1A僅是用以示意以幫助說明，所屬技術領域具有通常知識者可依照上述原理設計其他形式的電源插頭。

再來，就功能方塊而言，如圖1B所示，本實施例的具有智能熱防護機制的電源插頭1包括電流感測單元11、第一溫度感測單元12、第二溫度感測單元13、可控開關15以及控制單元14。控制單元14耦接電流感測單元11、第一溫度感測單元12、第二溫度感測單元13以及可控開關15。控制單元14並未繪示在圖1A中。控制單元14例如是微控制器(MCU)或中央處理器(CPU)，但本發明並不因此限定。可控開關15電性串聯於一個導電接腳17，以控制導電接腳17是否能導通外部電源所產生的電流，如圖1B的電流Iac，在此所述的導電接腳17例如是對應於市電的火線(L)或零線(N)，而不是對應地線(G)的導電接腳，因地線(G)正常並無電流產生。

接著，請參照圖2，運用圖2以幫助說明本發明實施例的智能熱防護機制的概念。所述判斷機制可以前述的具有智能熱防護機制的電源插頭1實現。首先，在步驟S110中，感測電流，例如感測導電接腳17的電流，參照圖1A。然後，在步驟S120中，感測導電接腳17的溫度。接著，在步驟S130中，感測環境溫度。然後，判斷是否過溫，可例如運用查找表(Look Up Table)或是運用公式(函數)計算。當判斷為未過溫，則進行步驟S150，控制單元14不作動。當判斷為過溫，則進行步驟S160，控制單元14段開可控開關15，藉以斷開流過導電接腳17的電流。

基於上述的判斷機制，再參照圖1A與圖1B，以說明示範性的實施方式的細節。詳細的說，導電接腳17經由可控開關15導通至插座16的一個插孔的導電片，可控開關15受控於控制單元14，且在控制單元14判斷導電接腳17的溫度過溫時，可控開關15被關斷而斷開電流Iac，藉此可切斷電源插頭1與外部電源(以及用電裝置)之間的電源傳輸。可控開關15可以是繼電器(relay)或電子開關，但本發明也不限定可控開關15的實現方式。以下將說明控制單元14如何判斷導電接腳17的溫度是否過溫。

電流感測單元11感測流過電源插頭1的導電接腳17的電流，在此所述的導電接腳17例如是對應於市電的火線(L)或零線(N)，而不是對應地線(G)的導電接腳，因地線(G)正常並無電流產生。在實際應用時，有導通電流的導電接腳17例如是銅片。電流感測單元11例如是霍爾效應電流感測器，但本發明並不因此限定。所屬技術領域具有通常知識者應容易了解如何利用習知技術感測電流的方式，不再贅述。流過電源插頭1的導電接腳17的電流是判斷導電接腳17的溫度是否過溫的其中一個依據，另一個依據是第二溫度感測單元13測得的環境溫度。

第一溫度感測單元12設置於電源插頭1的殼體18，以測得導電接腳17的溫度。在一實施例中，第一溫度感測單元12可設置於殼體18內部。第一溫度感測單元12可以設置於接觸或鄰近於導電接腳17的位置。第一溫度感測單元12感測導電接腳17的溫度的方式可以是接觸式或非接觸式。在一實施例中，第一溫度感測單元12可以接觸式感測導電接腳17的溫度，以產生較準確的溫度，例如第一溫度感測單元12是熱電阻或熱電偶，但本發明並不限定第一溫度感測單元12感測導電接腳17的溫度的方式。

第二溫度感測單元13感測環境溫度。第二溫度感測單元13環境溫度，例如可感應殼體18的溫度，此時所測得的環境溫度是殼體18本身的溫度，但本發明並不因此限定。殼體18的溫度可反映電源插頭1之外的環境溫度，但殼體18的溫度未必須與環境溫度相同。在另一實施例中，當第二溫度感測單元13設置於殼體18表面，則實際測得的環境溫度可能會更接近外在環境溫度。控制單元14依據電流感測單元11所測得的導電接腳17的電流與第二溫度感測單元13測得的環境溫度以判斷第一溫度感測單元12所測得的導電接腳17的溫度是否過溫。當導電接腳17的溫度被判斷為過溫，則控制單元14關斷可控開關15，以斷開流過導電接腳17的電流(如圖1B的電流Iac)。簡言之，判斷是否過溫的條件是以電流以及環境溫度為比較基準，再利用第一溫度感測單元12感測導電接腳17(如銅片)的溫度，以判斷銅片溫度是否在合理的升溫溫度，此智能熱防護機制是動態的過溫判斷機制。

更進一步，本發明實施例所使用的智能熱防護機制，是以導通電流(I)與環境溫度(E_T)作為基準，而得到溫度門檻值(T_th)，此動態的溫度門檻值(T_th)是導通電流(I)與環境溫度(E_T)的函數，可表示為T_th(I,E_T)。例如，可以使用查找表(Look Up Table)或者利用控制單元14執行計算而得到溫度門檻值(T_th)。過溫判斷機制以查找表實現時，控制單元14可儲存有查找表，控制單元14將導電接腳17的電流與環境溫度(E_T)對照於查找表，以得到溫度門檻值(T_th)，此溫度門檻值(T_th)是動態溫度限制條件。請參照圖3A，圖3A是本發明實施例提供的動態的溫度門檻值對應於環境溫度(E_T)與導通電流(I)的示意圖，其橫軸是導通的電流(I)，縱軸是環境溫度(E_T)(可代表殼體溫度或環境溫度)，每一個事先設定的溫度門檻值T_2a、T_2b、T_2c決定一個動態溫度限制條件，如圖3A中溫度門檻值T_2a、T_2b、T_2c各自對應代表動態溫度限制條件的一條線(可以是曲線或直線)，其中T_2c>T_2b>T_2a。然而，本發明的動態溫度限制條件並不限定於圖3A的例子，圖3A僅是用以幫助說明。請參照圖3B，當電流I固定為I₁的情況下，當環境溫度E_T越高(由T_1a改變至T_1b，再改變至T_1c)則溫度門檻值T_th也越高(由T_2a改變至T_2b，再改變至T_2c)。再參照圖3C，當環境溫度E_T為不變的情況下，可知當電流越高(由I_a改變至I_b，再改變至I_c)則溫度門檻值T_th也越高(由T_2a改變至T_2b，再改變至T_2c)。上述的動態溫度限制條件可儲存於查找表中，控制單元14可簡單的利用查表方式快速找到溫度門檻值T_th。

查找表的資料儲存內容，也可以如圖4A或圖4B的方式代表，以圖4A而言，每一個電流I的值產生一條曲線(或直線)，橫軸是環境溫度E_T，縱軸是溫度門檻值T_th，每一個電流值(如5A、10A或20A)對應於環境溫度E_T，則可得到溫度門檻值T_th，因此可用查找表儲存上述資料。當電流I為已知(如5A、10A或20A)，則隨著環境溫度E_T的上升，溫度門檻值T_th可隨著環境溫度而上升。又如圖4B所示，每一個環境溫度E_T的值產生一條曲線(或直線)，橫軸是電流I，縱軸是溫度門檻值T_th，每一個環境溫度E_T(如50℃、40℃、30℃或20℃)對應於一個電流值，則可得到溫度門檻值T_th，因此可用查找表儲存上述資料。當環境溫度E_T為已知(如50℃、40℃、30℃或20℃)，則隨著電流I的增加，溫度門檻值T_th也隨之上升。經由上述，應可理解本發明實施例將動態溫度限制條件(或溫度門檻值T_th)儲存於查找表的方式以及資料內容。然而，本發明並不限制獲得溫度門檻值T_th(I,E_T)的查表方式以及查找表的內容，只要是基於電流(I)與環境溫度(E_T)進行查表而得到的溫度門檻值T_th都是屬於本發明實施例的範疇。由以上可知，介於第二溫度感測單元13所測得的環境溫度E_T與溫度門檻值T_th的溫度區間，是一個動態的溫度限制區間。換句話說，第一溫度感測單元12感測導電接腳17的溫度在介於環境溫度E_T與溫度門檻值T_th之間時都表示未發生過溫狀況，且本發明實施例的過溫判斷機制不受限於任何一個預設的絕對溫度值，如80℃或100℃。本發明實施例的溫度門檻值T_th是隨著電流(I)與第二溫度感測單元13所測得的環境溫度E_T而動態增減。因此，相較於傳統以絕對溫度為判定依據之方式，本發明實施例的過溫判定方式可增加過溫判定的可靠度。

在另一實施例中，當溫度門檻值(T_th)是利用控制單元14基於電流(I)與環境溫度(E_T)以進行運算而獲得，則動態的溫度門檻值T_th(I,E_T)是以電流(I)和環境溫度(E_T)作為變數的函數式，其函數式可儲存於控制單元14，當電流(I)已知，且已知環境溫度(E_T)，將兩者帶入溫度門檻值T_th(I,E_T)的函數式，則可以得到動態的溫度門檻值T_th。然而，本發明並不限制溫度門檻值T_th(I,E_T)的函數內容，只要是基於電流(I)與環境溫度(E_T)進行運算而得到的溫度門檻值T_th都是屬於本發明實施例的範疇。

更進一步，當已判斷過溫，則控制單元14更可利用異常指示單元(圖未示)產生狀態異常指示，所述異常指示單元可以利用如是發光二極體、發光二極體顯示器、或者是蜂鳴器等可產生聲光信號的元件，甚至異常指示單元可以傳遞異常指示信號至其他電子裝置，以提供異常通知，但本發明並不因此限定。上述異常指示僅是用以舉例，本發明也不限定控制單元14所產生的異常指示的內容以及實施方式。

接著，請同時參照圖1A、圖1B與圖5，圖5是本發明實例提供的具有智能熱防護機制的電源插座的示意圖。相異於圖1A的電源插頭1的形式，圖5是基於圖1B的功能方塊的原理實現的具有智能熱防護機制的電源插座1’，此電源插座1’是延長線插座。電源插座1’包括圖1B的電流感測單元11、第一溫度感測單元12、第二溫度感測單元13、可控開關15以及控制單元14。控制單元14耦接電流感測單元11、第一溫度感測單元12、第二溫度感測單元13以及可控開關15。控制單元14並未繪示在圖5中。除此之外，電源插座1’也具有電源插頭19與插座16，兩者之間以饋電導體連接，且使用可控開關15電性串聯於饋電導體。所述饋電導體是傳輸電流的導電元件，如對應連接於火線(L)的導線L₁及相關導電元件，或者是對應連接於零線(N)的導線L₂及相關導電元件。在圖5的實施例中，所述饋電導體包括彼此電性連接的電源(輸入)插頭19的導電接腳191、導線L₁(或L₂)以及電源(輸出)插座16的導電片161。電源插頭19也包括至少兩個導電接腳191(對應火線(L)或零線(N))，每一個導電接腳191連接一條電源導線，如導線L₁對應火線(L)，導線L₂對應零線(N)。電流感測單元11感測流過電源插座1’的饋電導體的電流。不同於圖1A的設計，電流感測單元11可以不必位於電源插頭19’而是在電源插座1’的殼體18’，且電流感測單元11感測導線L₁(或L₂)的電流，如圖5所示，但本發明並不因此限定。在又一實施例中，類似於圖1A的電源插頭1的設計，電源插座1’的電流感測單元11也可以設置在電源插頭19，且電流感測單元11感測流過電源插頭19的導電接腳191的電流。

第一溫度感測單元12設置於電源插座1’的殼體18’內部，感測饋電導體的溫度。在一實施例中，第一溫度感測單元12設置接觸(或鄰近於)導線L₁(或L₂)，以感測導線L₁(或L₂)上的一預設位置的溫度，但本發明並不因此限定。在又一實施例中，類似於圖1A的電源插頭19的設計，電源插座1’的第一溫度感測單元12可設置於電源插頭19，且第一溫度感測單元12感測電源插頭19的導電接腳191的溫度。第二溫度感測單元13設置於電源插座1’的殼體18’，測得環境溫度(E_T)，所述環境溫度可以是殼體18’的環境溫度或者是外部的環境溫度。

然後，控制單元14依據電流感測單元11所測得的饋電導體的電流(I)與第二溫度感測單元13測得的環境溫度(E_T)以判斷第一溫度感測單元12所測得的饋電導體(例如是對應於市電的火線(L)或零線(N)的導電接腳191)的溫度是否過溫。當饋電導體的溫度被判斷為過溫，則控制單元14關斷可控開關15，以斷開流過饋電導體的電流(I)。控制單元14依據動態的溫度門檻值(T_th)判斷饋電導體的溫度是否過溫。控制單元14獲得溫度門檻值(T_th)的方式可以是利用查找表或利用計算實現。在一實施例中，控制單元14儲存有查找表，控制單元14將饋電導體的電流(I)與環境溫度(E_T)對照於查找表，以得到動態的溫度門檻值T_th。在另一實施例中，控制單元14基於饋電導體的電流(I)與環境溫度(E_T)以將溫度門檻值T_th(I,E_T)的函數進行運算，而獲得動態的溫度門檻值T_th。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提供的具有智能熱防護機制的插頭暨插座，可依據殼體或外在環境溫度的條件，以及目前電流的大小，動態的決定饋電導體(如導電接腳或電源導線)的溫度限制，可適應環境溫度以提供更準確的電流過溫保護機制。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。