本发明公开了一种电源侦测调节装置，包括电源侦测信号产生装置、电源状态侦测装置及调节输出装置，其中电源侦测信号产生装置接收外部电源供应装置的输入电源产生电源侦测信号，电源状态侦测装置接收电源侦测信号并进行电源状态的判断产生电源状态信号，调节输出装置接收电源状态信号，同时依据外部电气装置的反馈信号产生所需的驱动信号供应外部电气装置。电源状态信号提供外部的电气组件以进行相关处理，调节输出装置接收到代表输入电源异常的电源状态信号时输出预设的驱动信号，使外部动作组件能维持正常的操作。
1.一种电源侦测调节装置，其特征在于，该电源侦测调节装置用以接收一外部电源供应装置所提供的一输入电源以产生一电源状态信号及一驱动信号，分别提供给一外部电气组件及一外部电气装置，该电源侦测调节装置包括：一电源侦测信号产生装置，接收该外部电源供应装置的输入电源，经电压衰减处理、第一截波处理、第二截波处理、全波合成处理以及零点侦测处理，产生一电源侦测信号，包括一全波电源信号及一零点侦测信号；
一电源状态侦测装置，接收该电源侦测信号，进行电源状态的判断，并产生该电源状态信号；以及一调节输出装置，接收该电源状态信号及该外部电气装置的一反馈信号，并依据该反馈信号，产生该驱动信号。
2.如权利要求1所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的输入电源为高压电源，且该高压电源为110V或220V正弦波的市电，而该电源侦测信号、该电源状态信号及该反馈信号为具有5V或3V的低压信号。
3.如权利要求1所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的电源侦测信号产生装置包括：一电压衰减器，将该输入电源衰减成一低压电源信号，并传送至该第一截波器、该第二截波器及该零点侦测器；
一第一截波器，截去该低压电源信号中半周期内的负电压信号而产生正半波信号；
一第二截波器，截去该低压电源信号中半周期内的正电压信号并将另一半周期的负电压信号转换成正电压的负半波信号；
一全波合成器，接收该正半波信号及该负半波信号，进而合成电压为正的该全波电源信号；以及一零点侦测器，接收该正半波信号及该负半波信号的至少其中之一，以产生该零点侦测信号，且该零点侦测信号为方波。
4.如权利要求3所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的零点侦测器只接收该正半波信号，并在该正半波信号的电压为正时使该零点侦测信号为正位准，且在该正半波信号的电压为零时使该零点侦测信号为零位准。
5.如权利要求3所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的零点侦测器只接收该负半波信号，并在该负半波信号的电压为零时使该零点侦测信号为正位准，且在该负半波信号的电压为正时使该零点侦测信号为零位准。
6.如权利要求3所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的零点侦测器接收该正半波信号及该负半波信号以产生该零点侦测信号，且在该正半波信号的电压为正时，该零点侦测信号为正位准，而在该负半波信号的电压为正时，该零点侦测信号为零位准。
7.如权利要求1所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的电源状态侦测装置包括：
一零点控制器，接收该零点侦测信号，并依据该零点侦测信号的上升缘及下降缘分别产生一零点控制信号；
一模拟数字转换器，接收该全波电源信号及该零点控制信号，并依据预先设定的一取样数，在该零点控制信号的相邻二脉冲之间，对该全波电源信号依序进行总次数为该取样数的模拟数字取样转换处理，以产生数字的一电压取样信号；
一电压检测器，接收该零点控制信号及该电压取样信号，且在该零点控制信号的相邻二脉冲之间，进行比较一检测处理，该比较检测处理依序进行总次数为该取样数的比较操作，以同时比较该电压取样信号与一上限电压值，以及比较该电压取样信号与一电压下限值，并在该电压取样信号大于该上限电压值时使一电压过高计数值递增，且在该电压取样信号小于该电压下限值时使一电压过低计数值递增，最后在该零点控制信号的下一脉冲时判断该电压过高计数值是否不小于一电压过高临界值，同时判断该电压过低计数值是否不小于一电压过低临界值，而如果该电压过高计数值不小于该电压过高临界值或该电压过低计数值不小于该电压过低临界值，则产生一电压异常通知信号，用以表示该输入电源的电压异常；
一频率检测器，接收该零点控制信号，并利用一频率计数器对该零点控制信号的脉冲进行计数以产生一频率计数值，且在该零点控制信号的下一脉冲时判断该频率计数值是否在一频率设定范围内，而如果频率计数值不在该频率设定范围内，则产生一频率异常通知信号，用以表示该输入电源的频率异常；以及一电源状态缓存器，接收该电压异常通知信号及该频率异常通知信号，并依据该电压异常通知信号及该频率异常通知信号的至少其中之一，产生该电源状态信号，用以表示该输入电源异常。
8.如权利要求1所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的调节输出装置包括：
一缓存器单元，输出设定参数，包括一第一失效时间、一第二失效时间、一第一半周期时间、一第二半周期时间、输入电源的一均方根电压、一预设频率及一输出模式；
一输入单元，接收该反馈信号，产生一输出信号，该输出信号包含与该外部动作组件的电流及端电压相关的信息；
一第一脉冲宽度计算单元，接收该输出信号以及由该缓存器单元所输出的该第一失效时间，以产生一第一参考信号，包括一第一脉冲宽度及一第一低位准时间；
一第一输出单元，接收该第一参考信号，以产生具脉冲宽度调变形式的一第一输出信号，包括一第一阶梯波驱动信号、一第二阶梯波驱动信号、一第三阶梯波驱动信号及一第四阶梯波驱动信号；
一第二脉冲宽度计算单元，接收该输出信号以及由该缓存器单元所输出的该第二失效时间，以产生一第二参考信号，包括一第二脉冲宽度及一第二低位准时间；
一第二输出单元，接收该第二参考信号，产生具脉冲宽度调变形式的一第二输出信号，包括一第一正弦波驱动信号、一第二正弦波驱动信号、一第三正弦波驱动信号及一第四正弦波驱动信号；以及一多任务输出单元，接收该第一输出信号及该第二输出信号，并依据一输出模式以产生该驱动信号，包括一第一驱动信号、一第二驱动信号、一第三驱动信号及一第四驱动信号，该输出模式包括阶梯波操作模式及正弦波操作模式，在阶梯波操作模式时，由该驱动信号输出该第一输出信号，而在正弦波操作模式时，由该驱动信号输出该第二输出信号。
9.如权利要求8所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的第一脉冲宽度表示
成：W1＝Th*(Vrms/Vp)，W1为该第一脉冲宽度，Th为该第一半周期时间，Vrms为该系统电源的均方根电压，Vp为该输入电压信号的峰值电压，且该第一低位准时间表示成：Lt1＝(Th-W1-2*Dt1)/2，Lt1为该第一低位准时间，Dt1为该第一失效时间。
10.如权利要求8所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的第二脉冲宽度表示成：W2＝W2max*Sinθ，W2max为第二脉冲宽度的最大值，θ为相角，而第二脉冲宽度2
的最大值表示成：W2max＝Ths*(Vrms/Vp)，Ths为该第二半周期时间，Vrms为该系统电源的均方根电压，Vp为该输入电压信号的峰值电压，且该第二低位准时间表示成：Lt2＝(Ths-W2-2*Dt2)/2，Lt2为该第二低位准时间，Dt2为该第二失效时间。
11.如权利要求8所述的电源侦测调节装置，其特征在于，所述的第一输出单元及第二输出单元在该输入电源为异常时，接收代表该输入电源发生异常的该电源状态信号，并依据该缓存器单元的预设频率，分别主动产生预设的第一输出信号及第二输出信号，该预设频率包括50Hz及60Hz的其中之一。
电源侦测调节装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电源侦测调节装置，尤其涉及一种依据外部电气装置的反馈信号以产生所需的驱动信号并供应外部电气装置的电源侦测调节装置。
背景技术
[0002] 市电是目前最为普遍的交流电源，可直接供电给许多家用电器或生产线机具，也可经适当的整流而转换成直流电源，以供应直流电操作的电气装置，比如马达及充电器。但是，市电的质量相当不稳定，是不稳定的电源，因为输配线路会造成不同程度衰减，且客户端的负载一般会随时间而变动，造成市电具有相当的变动性。对于需要较稳定的电源以进行正常操作的电气装置，可能会损坏精密的电子组件，因此市面上已开发出相当多具电源调节功能的装置，比如稳压电源调节器。
[0003] 一般的稳压电源调节器虽然可解决市电的变动性而提供较为稳定的电源，但是在市电发生异常时，比如振幅过大或过小，或者频率过高或过低，会超出稳压电源调节器的可调节范围，致使调节作用失效而无法产生所需的稳定电源，造成电气装置不正常运转、停机或甚至发生永久性损坏。此外，一般的稳压电源调节器主要是以模拟电路方式实现，因此对于环境电气噪声的干扰相当敏感，且电气操作相当不具弹性，无法应付多变的应用场合。
[0004] 因此，需要一种能侦测输入电源异常及同时能在输入电源异常时提供稳定输出电源的电源侦测调节装置，尤其是利用数字方式预设异常电源的范围，并储存预设输出电源的振幅及频率，因而能解决上述现有技术的缺点。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在提供一种电源侦测调节装置，包括电源侦测信号产生装置、电源状态侦测装置及调节输出装置，其中电源侦测信号产生装置接收外部电源供应装置的输入电源，以产生电源侦测信号，电源状态侦测装置接收电源侦测信号并进行电源状态的判断，以产生电源状态信号，调节输出装置接收电源状态信号，同时依据外部电气装置的反馈信号，产生所需的驱动信号以供应外部电气装置。
[0006] 输入电源可为高压电源，比如110V或220V正弦波的市电，而电源侦测信号、电源状态信号及反馈信号可为低压信号，比如5V或3V的信号，以适合集成电路进行信号处理操作。
[0007] 电源状态信号可提供给外部的电气组件以进行相关处理，比如由外部的中央处理或微处理器接收电源状态信号，以进行异常电源中断处理。
[0008] 反馈信号包括分别与外部电气装置中外部动作组件的电流及端电压相关的输入电压信号及输入电流信号，并由调节输出装置接收而对驱动信号建立反馈机制，以稳定驱动信号，避免受到外部动作组件的负载效应所影响。
[0009] 此外，调节输出装置可在接收到代表输入电源异常的电源状态信号时输出预设的驱动信号，使外部电气装置的外部动作组件能维持正常的操作。
附图说明
[0010] 图1为本发明也源侦测调节装置的示意图。
[0011] 图2为本发明电源侦测信号产生装置的示意图。
[0012] 图3为本发明电源侦测信号产生装置的操作波形图。
[0013] 图4为本发明电源状态侦测装置的示意图。
[0014] 图5为本发明零点控制信号的波形图。
[0015] 图6为本发明电压取样信号的波形图。
[0016] 图7为本发明调节输出装置的示意图。
[0017] 图8为本发明第一输出信号的波形图。
[0018] 图9为本发明第二输出信号的波形图。
具体实施方式
[0019] 以下配合说明书附图及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
[0020] 参阅图1，为本发明电源侦测调节装置的示意图。如图1所示，本发明的电源侦测调节装置1用以接收外部电源供应装置3所提供的输入电源Vin，并产生稳定的驱动信号Vout给外部电气装置5，且电源侦测调节装置1会依据输入电源Vin的变动及外部电气装置5的负载状态以调节该驱动信号Vout，进而使外部电气装置5维持稳定操作，而不受输入电源Vin及本身负载的影响。
[0021] 要注意的是，本发明的电源侦测调节装置尤其适合以集成电路的方式实现，藉以提高整体系统的操作稳定性及制程整合性。
[0022] 本发明的电源侦测调节装置1包括电源侦测信号产生装置10、电源状态侦测装置20及调节输出装置30，其中电源侦测信号产生装置10接收外部电源供应装置3的输入电源Vin，产生电源侦测信号SD，电源状态侦测装置20接收电源侦测信号SD，进行电源状态的判断，并产生电源状态信号SS，调节输出装置30接收电源状态信号SS，并依据外部电气装置5的反馈信号SFB，产生所需的驱动信号Vout，以供应外部电气装置5。输入电源Vin可为高压电源，比如110V或220V正弦波的市电，而电源侦测信号SD、电源状态信号SS及反馈信号SFB可为低压信号，比如5V或3V的信号，以适合集成电路进行信号处理操作。
[0023] 参阅图2，为本发明电源侦测信号产生装置的示意图。如图2所示，电源侦测信号产生装置10包括电压衰减器11、第一截波器12、第二截波器14、全波合成器16以及零点侦测器18，藉以分别进行该电压衰减处理、该第一截波处理、该第二截波处理、该全波合成处理以及该零点侦测处理。
[0024] 同时配合图3，为本发明电源侦测信号产生装置的操作波形图。
[0025] 电压衰减器11将输入电源Vin衰减成低压电源信号SL，第一截波器12、第二截波器14及零点侦测器18接收低压电源信号SL。
[0026] 第一截波器12截去低压电源信号SL中半周期内的负电压信号而产生正半波信号SP，第二截波器14截去低压电源信号SL中半周期内的正电压信号并将另一半周期的负电压信号转换成正电压的负半波信号SN。全波合成器16接收第一截波器12的正半波信号SP及第二截波器14的负半波信号SN，进而合成电压为正的全波电源信号SA。
[0027] 零点侦测器18接收正半波信号SP及负半波信号SN以产生零点侦测信号SZ，其中零点侦测信号SZ为方波，且在正半波信号SP的电压为正时，零点侦测信号SZ为正位准VH，而在负半波信号SN的电压为正时，零点侦测信号SZ为零位准V0。因此，零点侦测信号SZ的上升缘(Rising Edge)RE及下降缘(Falling Edge)FE分别代表低压电源信号SL的电压为零的时间点，同时亦代表输入电源Vin的电压为零的时间点，其中上升缘RE代表低压电源信号SL由负电压上升至正电压的过程中电压为零的时间点，而下降缘FE代表低压电源信号SL由正电压下降至负电压的过程中电压为零的时间点。
[0028] 上述零点侦测器18产生零点侦测信号SZ的另一方式为，零点侦测器18只接收正半波信号SP，并在正半波信号SP的电压为正时使零点侦测信号SZ为正位准VH，且在正半波信号SP的电压为零时使零点侦测信号SZ为零位准V0。再一方式为，零点侦测器18只接收负半波信号SN，并在负半波信号SN的电压为零时使零点侦测信号SZ为正位准VH，且在负半波信号SN的电压为正时使零点侦测信号SZ为零位准V0。
[0029] 上述全波合成器16的全波电源信号SA及零点侦测器18的零点侦测信号SZ结合成图1的电源侦测信号SD，也即电源侦测信号SD包括全波电源信号SA及零点侦测信号SZ。
[0030] 参阅图4，为本发明电源状态侦测装置的示意图。如图4所示，电源状态侦测装置20包括零点控制器21、模拟数字转换器22、电压检测器24、频率检测器26及电源状态缓存器28，用以接收包含全波电源信号SA及零点侦测信号SZ的电源侦测信号SD，并判断电源状态是否异常，且在电源状态异常时产生电源状态信号SS，可提供给外部的电气组件以进行相关处理，比如由外部的中央处理或微处理器接收电源状态信号SS并进行异常电源中断处理，以保护正在执行的程序及正在储存或运算中的瞬时数据。
[0031] 零点控制器21接收零点侦测信号SZ，并依据零点侦测信号SZ的上升缘RE及下降缘FE分别产生零点控制信号ZP，其中零点控制信号ZP可为脉冲波形式的信号，也即零点控制信号ZP在上升缘RE及下降缘FE时为脉冲波，如图5所示。要注意的是，图5的波形只是用以方便说明本发明特点的示范性实例而已，并非用以限定本发明范围，比如改变零点控制信号ZP的脉冲宽度或以多个脉冲取代单一脉冲。
[0032] 模拟数字转换器22接收模拟式的全波电源信号SA及零点控制器21所产生的零点控制信号ZP，并依据预先设定的取样数，比如64，在零点控制信号ZP的相邻脉冲之间，对全波电源信号SA依序进行总次数为取样数(比如64次)的模拟数字取样转换处理，以产生数字的电压取样信号ADV，也即电压取样信号ADV在零点控制信号ZP的相邻二脉冲之间具有64个数值。要注意的是，取样数可为任意正整数。
[0033] 电压检测器24接收零点控制信号ZP及电压取样信号ADV，且在零点控制信号ZP的相邻二脉冲之间，进行比较检测处理，其中该比较检测处理依序进行总次数为该取样数的取样数比较操作，比如依序比较64次，以同时比较电压取样信号ADV与上限电压值VUT，以及比较电压取样信号ADV与电压下限值VLT，如图6所示，并在电压取样信号ADV大于上限电压值VUT时使电压过高计数值递增，且在电压取样信号ADV小于电压下限值VLT时使电压过低计数值递增，最后在零点控制信号ZP的下一脉冲时判断电压过高计数值是否不小于电压过高临界值，同时判断电压过低计数值是否不小于电压过低临界值，而如果电压过高计数值不小于电压过高临界值或电压过低计数值不小于电压过低临界值，则产生电压异常通知信号SV，用以表示输入电源Vin的电压异常。
[0034] 频率检测器26接收零点控制信号ZP，并利用频率计数器(图中未显示)对零点控制信号ZP的脉冲进行计数以产生频率计数值，且在零点控制信号ZP的下一脉冲时判断频率计数值是否在频率设定范围内，比如50±2HZ或60±2Hz，而如果频率计数值不在频率设定范围内，则产生频率异常通知信号SF，用以表示输入电源Vin的频率异常。
[0035] 电源状态缓存器28接收电压异常通知信号SV及频率异常通知信号SF，并依据电压异常通知信号SV及频率异常通知信号SF的至少其中之一，产生电源状态信号SS，用以表示输入电源Vin异常。
[0036] 参阅图7，为本发明调节输出装置的示意图。如图7所示，本发明的调节输出装置30包括输入单元31、第一脉冲宽度计算单元32、第一输出单元33、第二脉冲宽度计算单元
34、第二输出单元35、多任务输出单元37及缓存器单元(图中未显示)，用以产生驱动信号DR，提供给外部电气装置5。
[0037] 缓存器单元输出设定参数，包括第一失效时间、第二失效时间、第一半周期时间、第二半周期时间、输入电源的均方根电压、预设频率及输出模式，用以提供给第一脉冲宽度计算单元32、第一输出单元33、第二脉冲宽度计算单元34、第二输出单元35及多任务输出单元37。
[0038] 输入单元31接收反馈信号SFB，包括分别与外部动作组件的电流及端电压相关的输入电压信号V及输入电流信号I，进而产生输出信号ADO，因此，输出信号ADO包含与外部动作组件的电流及端电压相关的信息。
[0039] 第一脉冲宽度计算单元32接收输出信号ADO以及由缓存器单元所设定的第一失效时间Dt1，以产生第一参考信号RS1，包括第一脉冲宽度W1及第一低位准时间Lt1，且第一2
脉冲宽度W1的计算方式如下：W1＝Th*(Vrms/Vp)，其中Th为阶梯波操作模式时的第一半周期时间，Vrms为输入电源的均方根(Root-Mean-Square)电压，Vp为输入电压信号V的峰值电压，同时第一半周期时间Th及均方根电压Vrms为缓存器单元所设定。第一低位准时间Lt1的计算方式如下：Lt1＝(Th-W1-2*Dt1)/2。
[0040] 第一输出单元33接收第一参考信号RS1，以产生具PWM(脉冲宽度调变，Pulse Width Modulation)形式的第一输出信号DR1，包括第一阶梯波驱动信号IQ1、第二阶梯波驱动信号IQ2、第三阶梯波驱动信号IQ3及第四阶梯波驱动信号IQ4，如图8所示，其中在第一半周期时间之后的第二半周期时间内，第一脉冲宽度W1’及第一低位准时间Lt1’如同上述的定义方式，且第一失效时间Dt1’由缓存器单元所设定。
[0041] 第二脉冲宽度计算单元34接收输出信号ADO以及由缓存器单元所设定的第二失效时间Dt2，以产生第二参考信号RS2，包括第二低位准时间Lt2及第二脉冲宽度W2，且第二脉冲宽度W2的计算方式如下：W2一W2max*Sinθ，其中W2max为第二脉冲宽度的最大值，而2
θ为相角，而第二脉冲宽度的最大值W2max表示成：W2max＝Ths*(Vrms/Vp)，其中Ths为正弦波操作模式时的第一半周期时间，均方根电压Vrms及峰值电压Vp的定义及产生方式同上。第二低位准时间Lt2的计算方式如同上述第一低位准时间Lt1的的计算方式，其中第二低位准时间Lt2表示成：Lt2＝(Ths-W2-2*Dt2)/2。
[0042] 第二输出单元35接收第二参考信号RS2，产生具PWM形式的第二输出信号DR2，包括第一正弦波驱动信号SQ1、第二正弦波驱动信号SQ2、第三正弦波驱动信号SQ3及第四正弦波驱动信号SQ4，如同图8的波形，为清楚说明，图9显示第一正弦波驱动信号SQ1的波形。
[0043] 同时在输入电源为异常时，第一输出单元33及第二输出单元35接收代表输入电源发生异常的电源状态信号SS，依据缓存器单元的预设频率，分别主动产生预设的第一输出信号DR1及第二输出信号DR2，比如预设频率为市电的50Hz及60Hz的其中之一。
[0044] 多任务输出单元37接收第一输出信号DR1及第二输出信号DR2，并依据输出模式以产生驱动信号DR，包括第一驱动信号Q1、第二驱动信号Q2、第三驱动信号Q3及第四驱动信号Q4，其中输出模式由缓存器单元设定，且输出模式包括阶梯波操作模式及正弦波操作模式，在阶梯波操作模式时，由驱动信号DR输出第一输出信号DR1，在正弦波操作模式时，由驱动信号DR输出第二输出信号DR2。
[0045] 上述的缓存器单元也可以用微处理器取代。
[0046] 本发明的特点在于，上述的电源侦测信号产生装置、电源状态侦测装置及调节输出装置可以集成电路方式实现，或进一步结合至微处理器中，利用微处理器的韧体程控本发明电源侦测调节装置的操作处理，以增加使用的方便性及弹性，并提高不同电气功能的整合性，比如可由更新韧体程序以改变不同单元所需参数的设定值。
[0047] 本发明的另一特点在于，表示电源发生异常的电源状态信号可提供给如中央处理器或微处理器的外部电气组件以进行相关处理，比如由外部的中央处理接收电源状态信号并进行相关的异常电源中断处理，比如紧急储存数据、断电或立即使用备用电池电源，以保护与正在执行的程序相关的操作以及将正在储存或运算中的瞬时数据转储存至安全的储存媒介中。
[0048] 本发明的再一特点在于，可针对具有全桥架构(Full Bridge)、半桥(Half Bridge)或推拉式(Push-Pull)架构的外部电气装置提供PWM阶梯波或PWM正弦波，同时在电源发生异常时，本发明仍能输出预设的驱动信号，使外部电气装置维持正常的操作。
[0049] 以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
