CN102612186A - 电热装置及其准谐振式反流器的控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电热装置及其准谐振式反流器的控制系统与方法。该准谐振式反流器的控制系统，其包含零交越检测电路以及控制器。零交越检测电路用以检测输入交流电压的多个零交越点，并根据前述这些零交越点输出零交越点检测信号。控制器用以控制多个脉冲周期，这些的每一个脉冲周期包含一工作期间与一非工作期间，前述这些工作期间的每一个包含开始与结束点，并用以接收零交越点检测信号，根据零交越点检测信号以决定前述这些工作期间的开始与结束点，并根据前述这些工作期间的开始与结束点以产生控制信号。

Description

电热装置及其准谐振式反流器的控制系统与方法

技术领域

本发明有关一种控制系统，且特别是有关一种准谐振式反流器的控制系统。

背景技术

电磁炉的加热方式是利用耦合磁场的原理将电能转换成磁能，再由磁能转换成热能而传送至负载，以达到感应加热的效果。由于加热过程中不产生明火，且不是使用石化原料，故兼具安全与环保的优点。

具体来说，电磁炉的电路是使用高频的功率开关元件，结合谐振反流器的配置与开关控制技术，将直流电转换成高频的交流电，通过交变磁场的产生，使锅具表面上产生涡流，进而利用涡流所产生的涡流损加热锅中食物或水。

上述谐振反流器在电磁炉中扮演重要的角色。应用在电磁炉中的谐振反流器配置主要有两种，分别是半桥式(Half-bridge)和准谐振式(Quasi-resonant)，两者皆是利用线圈与电容形成L-C震荡来产生高频交流电。其中的准谐振式配置由于仅需一个功率开关，因此深具成本竞争力。

然而，准谐振式配置的电磁炉在每次启动与关闭时，会因线圈磁场的瞬间剧烈变化，使得锅具产生振动而发出扰人的噪音。现有技术通过拉长脉冲周期的时间，以降低使用者听觉上的不舒适感；但是，脉冲周期时间过长会让锅具温度忽高忽低的现象非常明显，因而失去原本希望达到的保温效果。

因此，在准谐振式配置电磁炉的控制上，仍有进一步改善的空间。

发明内容

本发明内容的目的是提供一种准谐振式反流器的控制系统，藉以改善因线圈磁场的瞬间剧烈变化引起的锅具噪音问题，并避免现有技术中因脉冲周期时间拉长造成的锅具温度忽高忽低的问题。

为达上述目的，本发明的一方面提供一种准谐振式反流器的控制系统，其特征在于，包含：一零交越检测电路，用以检测一输入交流电压的多个零交越点，并根据这些零交越点输出一零交越点检测信号；一控制器，用以控制多个脉冲周期，这些脉冲周期的每一个包含一工作期间与一非工作期间，这些工作期间的每一个包含一开始与一结束点，该控制器并用以接收该零交越点检测信号，根据该零交越点检测信号以决定这些工作期间的该开始与该结束点，并根据这些工作期间的该开始与该结束点以产生一控制信号；以及一功率开关驱动电路，电性耦接于该控制器，用以接收该控制信号，以控制该准谐振式反流器。

根据本发明一实施例，工作期间包含多个切换周期，控制器用以控制前述这些切换周期的每一个，使得在初始工作期间前述这些切换周期的每一个的责任周期逐渐变大。

根据本发明另一实施例，零交越检测电路包含功率开关。功率开关包含控制端、第一端以及第二端。控制端根据输入交流电压以进行功率开关的切换。第一端用以输出零交越点检测信号。第二端电性耦接于接地端。此外，当输入交流电压处于正半周时，该控制端导通该功率开关，而当该交流电压处于负半周时，该控制端截止该功率开关。

根据本发明另一方面提供一种电热装置，其特征在于，包含：一准谐振式反流器，用以将一直流电压转换为一高频交流电压；以及一准谐振式反流器的控制系统，包含：一零交越检测电路，用以检测一交流电源所提供的一交流电压的多个零交越点，并输出一零交越点检测信号；一控制器，用以控制多个脉冲周期，这些脉冲周期的每一个包含一工作期间与一非工作期间，这些工作期间的每一个包含一开始与一结束点，并用以接收该零交越点检测信号，根据该零交越点检测信号以决定这些工作期间的该开始与该结束点，并根据这些工作期间的该开始与该结束点以输出一控制信号；以及一功率开关驱动电路，电性耦接于该控制器，用以接收该控制信号，以控制该准谐振式反流器。

根据本发明一实施例，前述这些工作期间包含多个切换周期，控制器用以控制前述这些切换周期的每一个，使得在初始工作期间前述这些切换周期的每一个的责任周期逐渐变大。

根据本发明另一实施例，零交越检测电路包含功率开关。功率开关包含控制端、第一端以及第二端。控制端根据输入交流电压以进行功率开关的切换。第一端用以输出零交越点检测信号。第二端电性耦接于接地端。此外，当该交流电压处于正半周时，控制端导通功率开关，而当该交流电压处于负半周时，控制端截止功率开关。

根据本发明再一实施例，电热装置还包含整流电路以及滤波电路。整流电路用以将交流电压转换为直流电压。滤波电路，用以对准谐振式反流器产生的高频电压涟波进行滤波。

根据本发明又一实施例，电热装置还包含电磁干扰滤波器，用以过滤准谐振式反流器高频工作引起的电磁干扰信号。

根据本发明又一方面提供一种准谐振式反流器的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：检测一交流电压的多个零交越点，以产生一零交越点检测信号，并根据该零交越点检测信号以决定多个脉冲周期的工作期间的一开始点与一结束点；根据这些工作期间的该开始点与该结束点以产生一开关信号；以及根据该开关信号以控制一准谐振式反流器。

根据本发明一实施例，准谐振式反流器的控制方法还包含以下步骤：控制每一前述这些工作期间的多个切换周期，使得在初始工作期间的前述这些切换周期的每一个的责任周期逐渐变大。

本发明的有益技术效果是：本发明通过提供一种准谐振式反流器的控制系统，藉以改善因线圈磁场的瞬间剧烈变化引起的锅具噪音问题，并避免现有技术中因脉冲周期时间拉长造成的锅具温度忽高忽低的问题，从而使得本发明实施例降低锅具在准谐振式反流器操作于脉冲周期所发出的噪音，并达成较佳的保温效果。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，以下将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明：

图1是绘示依照本发明一实施方式的一种电热装置的方块图。

图2是绘示依照本发明一实施例的一种电热装置的电路方块图。

图3是绘示依照本发明另一实施方式的一种零交越检测电路的电路示意图。

图4是绘示依照本发明再一实施例的一种输入交流电压、零交越点检测信号、直流电压以及准谐振式反流器脉冲周期的时序图。

图5是绘示依照本发明图4的一种准谐振式反流器脉冲周期的示意图。

图6是绘示依照本发明又一实施例的一种准谐振式反流器的控制方法的流程图。

具体实施方式

下文是例举实施例配合附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。其中附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。

图1是依照本发明一实施方式绘示的一种电热装置100的方块图。电热装置100包含电磁干扰滤波器110、整流电路120、滤波电路130、准谐振式反流器140以及准谐振式反流器的控制系统150。

于操作上，电磁干扰滤波器110用以过滤准谐振式反流器140高频工作所产生的电磁干扰信号。整流电路120电性耦接于电磁干扰滤波器110，用以将交流电压V_AC转换为直流电压V_{DC_link}。滤波电路130用以对准谐振式反流器140所产生的高频电压涟波进行滤波。准谐振式反流器140用以将直流电压V_{DC_link}转换为高频交流电压。当高频交流电压通过线圈160时，会产生交变磁场而使锅具170表面产生涡流，锅具170即可利用涡流损来加热其中的食物或水。

详细而言，如图2所示，其是依照本发明一实施例绘示的一种电热装置100的电路方块图。整流电路120可为二极管所组成的中央抽头全波整流电路或桥式全波整流电路。滤波电路130可为一电容，除可对高频电压涟波进行滤波外，亦可对V_{DC_link}稳压。准谐振式反流器140可包含线圈Lr、锅具的等效电阻R_L、电容Cr以及功率开关142。线圈Lr与锅具的等效电阻R_L串联之后，前述两者再与电容Cr并联，以形成L-C振荡电路，并配合功率开关142来将直流电压V_{DC_link}转换为高频交流电压。

电热装置的作动原理已简述如上，然而，准谐振式配置的电热装置在每次启动与关闭时，会因线圈160磁场的瞬间剧烈变化，使得锅具170产生振动而发出扰人的噪音。因此，本发明实施例提供一种准谐振式反流器的控制系统150，藉以改善上述存在电热装置中的问题。

请参照图1或图2，准谐振式反流器的控制系统150包含零交越检测电路152、控制器154以及功率开关驱动电路156。

具体而言，零交越检测电路152用以检测交流电源所提供的交流电压V_AC的多个零交越点，并根据前述这些零交越点输出零交越点检测信号。控制器154用以控制多个脉冲周期，前述这些脉冲周期的每一个包含一工作期间与一非工作期间，前述这些工作期间的每一个包含开始与结束点，并用以接收零交越点检测信号，根据零交越点检测信号以决定前述这些工作期间的开始与结束点，并根据前述这些工作期间的开始与结束点以产生控制信号。功率开关驱动电路156可电性耦接于准谐振式反流器140以及控制器154，用以接收控制信号，以控制准谐振式反流器140。

以零交越检测电路152而言，如图3所示，零交越检测电路152包含功率开关M1。功率开关M1包含控制端157、第一端158以及第二端159。另外，零交越检测电路152的Line端用以接收交流电源所提供的交流电压V_AC，零交越检测电路152的Vcc端用以接收高电平电压。

在本实施例中，控制端157根据交流电压V_AC以进行功率开关M1的切换。详细而言，零交越检测电路152的Line端所接收的交流电压V_AC可通过分压电路以进行分压，并提供交流电压V_AC的分压给控制端157，以进行功率开关M1的切换。然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当知只要能准确控制功率开关M1的切换，控制端157可利用任何形式的交流电压V_AC。

此外，第一端158用以输出零交越点检测信号Mains_ZC。第二端159电性耦接于接地端。

于操作上，当交流电压V_AC处于正半周时，功率开关M1因此导通，此时第一端158输出零交越点检测信号Mains_ZC为低电平信号。当交流电压V_AC处于负半周时，功率开关M1因此截止，此时第一端158输出零交越点检测信号Mains_ZC为高电平信号。

如此一来，零交越点检测电路152根据其Line端接收交流电压V_AC，藉以使功率开关M1依次导通与截止，以检测多个零交越点，并且由第一端158来输出零交越点检测信号Mains_ZC。

请参照图4，其是依照本发明再一实施例绘示的一种交流电压V_AC、零交越点检测信号Mains_ZC、直流电压V_{DC_link}以及准谐振式反流器脉冲周期的时序图。

如图4所示，准谐振式反流器140由多个脉冲周期来控制，前述这些脉冲周期的每一个的工作期间均包含开始点420与结束点410，在零交越点检测信号Mains_ZC在高电平与低电平间切换时，会触发工作期间的开始或结束，从而使得开始点420与结束点410均相应于零交越点，亦即由零交越点检测信号Mains_ZC来决定前述这些工作期间的开始点420与结束点410。

因此，控制器154可根据前述这些工作期间的开始点420与结束点410以产生控制信号。举例而言，如图4所示，准谐振式反流器140的脉冲周期由零交越点检测信号Mains_ZC触发而起始，经过交流电压V_AC的三个周期后，再由零交越点检测信号Mains_ZC触发而结束。此外，在准谐振式反流器140的脉冲周期中，工作期间占其中交流电压V_AC的一个周期，而非工作期间占其中的两个周期。

如上所述，通过将每个工作期间的开始点420与结束点410皆选择在交流电压V_AC(或直流电压V_{DC_link})的零交越点，且在前述这些多个工作期间每一个的开始点，控制前述这些工作期间的每一个的多个切换周期的责任周期，使得每一前述这些责任周期逐渐变大，可让准谐振式反流器140的瞬间输入电压因此变小，以减小线圈160的磁场变化。如此一来，即可改善因线圈160磁场的瞬间剧烈变化引起的锅具170噪音问题。

此外，本发明实施例并非采用如现有技术以拉长脉冲周期时间来降低使用者听觉上的不舒适感，因此，相较于现有技术，本发明实施例可改善因脉冲周期时间拉长所造成锅具170温度忽高忽低的问题，从而使得本发明实施例降低锅具170在准谐振式反流器140导通与截止时所发出的噪音，并达成较佳的保温效果。

功率开关驱动电路156如图1所示可电性耦接于准谐振式反流器140，或者，详细而言，功率开关驱动电路156如图2所示电性耦接于准谐振式反流器140中的功率开关142。功率开关驱动电路156用以接收控制器154所产生的控制信号，以控制准谐振式反流器140的功率开关142的切换。在一实施例中，控制器154所产生的控制信号可为脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号。

图5是依照本发明图4绘示的一种准谐振式反流器140脉冲周期的示意图。请参照图5，准谐振式反流器140的脉冲周期包含工作期间与非工作期间，而工作期间中又包含多个切换周期。

控制器154用以控制每一个切换周期的责任周期，使得每一个责任周期由工作期间的开始点起逐渐变大，亦即采用软启动模式。如此一来，可使线圈160的磁场逐渐改变，从而进一步降低锅具170在启动时所发出的噪音。

如图6所示，其是依照本发明又一实施例绘示的一种准谐振式反流器的控制方法600的流程图。首先，检测交流电压的多个零交越点以产生零交越点检测信号，并根据零交越点检测信号以决定多个工作期间的开始与结束点(步骤610)。

在步骤610中，可利用如图3所示的零交越检测电路152来检测多个零交越点，并根据前述这些零交越点来产生零交越点检测信号。此外，可通过图1中的控制器154根据零交越点检测信号以决定多个工作期间的开始与结束点。

详细作法，如图4所示。于零交越点检测信号在高电平信号与低电平信号间切换时，会触发工作期间的开始或结束，从而使得开始点420与结束点410均相应于零交越点，亦即由零交越点检测信号来决定前述这些工作期间的开始点420与结束点410。

因此，每个工作期间的开始点420与结束点410皆选择在交流电压V_AC的零交越点，其亦为直流电压V_{DC_link}的零交越点，通过将准谐振式反流器140操作在较小的输入电压以减小线圈160的磁场变化。

接着，在决定多个工作期间的开始与结束点后，控制前述这些工作期间的每一个的多个切换周期的责任周期，使得每一前述这些责任周期逐渐变大(步骤620)，并根据前述这些工作期间的开始与结束点以产生开关信号(步骤630)，随后，根据开关信号以控制准谐振式反流器(步骤640)。如此一来，即可改善因线圈160磁场的瞬间剧烈变化引起的锅具170噪音问题。

在步骤620中，可利用控制器154来控制前述这些工作期间的每一个的多个切换周期的责任周期，使得前述这些责任周期的每一逐渐变大。具体而言，就是让控制器154采用软启动模式，如此一来，可使线圈160的磁场逐渐改变，从而进一步降低锅具170在启动时所发出的噪音。

再来，于步骤630中，可利用控制器154根据前述这些工作期间的开始与结束点以产生开关信号，然后，在步骤640中，可利用如图1所示的功率开关驱动电路156根据开关信号以控制准谐振式反流器140。

由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例通过提供一种准谐振式反流器的控制系统150，藉以改善因线圈160磁场的瞬间剧烈变化引起的锅具170噪音问题，并避免现有技术中因脉冲周期时间拉长造成锅具170温度忽高忽低的问题，从而使得本发明实施例降低锅具170在准谐振式反流器140操作于脉冲周期时所发出的噪音，并达成较佳的保温效果。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种准谐振式反流器的控制系统，其特征在于，包含：

一零交越检测电路，用以检测一输入交流电压的多个零交越点，并根据这些零交越点输出一零交越点检测信号；

一控制器，用以控制多个脉冲周期，这些脉冲周期的每一个包含一工作期间与一非工作期间，这些工作期间的每一个包含一开始与一结束点，该控制器并用以接收该零交越点检测信号，根据该零交越点检测信号以决定这些工作期间的该开始与该结束点，并根据这些工作期间的该开始与该结束点以产生一控制信号；以及

一功率开关驱动电路，电性耦接于该控制器，用以接收该控制信号，以控制该准谐振式反流器。

2.根据权利要求1所述的准谐振式反流器控制系统，其特征在于，这些工作期间包含多个切换周期，该控制器用以控制这些切换周期的每一个的责任周期，使得这些责任周期的每一个逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的准谐振式反流器控制系统，其特征在于，该零交越检测电路包含：

一功率开关，包含：

一控制端，根据一输入交流电压以进行该功率开关的切换；

一第一端，用以输出该零交越点检测信号；以及

一第二端，电性耦接于一接地端；

其中当该输入交流电压处于正半周时，该控制端导通该功率开关，而当该交流电压处于负半周时，该控制端截止该功率开关。

4.一种电热装置，其特征在于，包含：

一准谐振式反流器，用以将一直流电压转换为一高频交流电压；以及

一准谐振式反流器的控制系统，包含：

一零交越检测电路，用以检测一交流电源所提供的一交流电压的多个零交越点，并输出一零交越点检测信号；

一控制器，用以控制多个脉冲周期，这些脉冲周期的每一个包含一工作期间与一非工作期间，这些工作期间的每一个包含一开始与一结束点，并用以接收该零交越点检测信号，根据该零交越点检测信号以决定这些工作期间的该开始与该结束点，并根据这些工作期间的该开始与该结束点以输出一控制信号；以及

一功率开关驱动电路，电性耦接于该控制器，用以接收该控制信号，以控制该准谐振式反流器。

5.根据权利要求4所述的电热装置，其特征在于，这些工作期间包含多个切换周期，该控制器用以控制这些切换周期的每一个的责任周期，使得这些责任周期的每一个逐渐变大。

6.根据权利要求4所述的电热装置，其特征在于，该零交越检测电路包含：

一功率开关，包含：

一控制端，根据一交流电压以进行该功率开关的切换；

一第一端，用以输出该零交越点检测信号；以及

一第二端，电性耦接于一接地端；

其中当该交流电压处于正半周时，该控制端导通该功率开关，而当该交流电压处于负半周时，该控制端截止该功率开关。

7.根据权利要求4所述的电热装置，其特征在于，还包含：

一整流电路，用以将该交流电压转换为该直流电压；以及

一滤波电路，用以对该准谐振式反流器产生的高频电压涟波进行滤波。

8.根据权利要求4所述的电热装置，其特征在于，还包含：

一电磁干扰滤波器，用以过滤该准谐振式反流器高频工作所产生的电磁干扰信号。

9.一种准谐振式反流器的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

检测一交流电压的多个零交越点，以产生一零交越点检测信号，并根据该零交越点检测信号以决定多个脉冲周期的工作期间的一开始点与一结束点；

根据这些工作期间的该开始点与该结束点以产生一开关信号；以及

根据该开关信号以控制一准谐振式反流器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

控制这些工作期间的每一个的多个切换周期的责任周期，使得这些责任周期的每一个逐渐变大。

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