TWI407059B

TWI407059B - 多爐電磁爐裝置及其操作方法

Info

Publication number: TWI407059B
Application number: TW100102421A
Authority: TW
Inventors: yi lan Yang; Cheng Hsien Cho; Yin Yuan Chen
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2013-09-01
Also published as: TW201231886A

Description

多爐電磁爐裝置及其操作方法

本發明係有關於一種電磁爐裝置及其操作方法，特別是一種多爐電磁爐裝置及其操作方法。

電感性負載(例如電磁爐)的消耗功率係與頻率成反比；亦即，功率越低，頻率越高，而功率越高，頻率越低。目前多爐電磁爐的操作方法，例如操作雙爐電磁爐，係以兩種不同頻率操作電磁爐的雙爐；例如第一爐的功率設定為1000W，第二爐的功率設定為2000W；則第一爐的操作頻率就是第二爐的兩倍；例如第一爐的操作頻率為20KHz，第二爐的操作頻率為10KHz。

上述習知技術主要的缺點是非常複雜，電磁爐內的微控制器工作負擔非常沈重，因為微控制器必須控制多種不同的頻率(例如操作雙爐電磁爐時需控制兩種不同的頻率)。因此，如何能發明一種簡便，能同時操作電磁爐的多爐且使用相同頻率之技術，實為當前一重要課題。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種使用相同頻率操作多爐之多爐電磁爐裝置。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之又一目的在於提供一種使用相同頻率操作多爐之多爐電磁爐操作方法。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之另一目的在於提供一種使用相同頻率操作多爐之多爐電磁爐操作方法。

為達成本發明之上述目的，本發明之多爐電磁爐裝置包含：一微控制器；一第一爐具，該第一爐具電性連接至該微控制器；及一第二爐具，該第二爐具電性連接至該微控制器。該微控制器控制該第一爐具及該第二爐具，使得該第一爐具及該第二爐具可同時在相同頻率但不同占空比操作。

為達成本發明之上述又一目的，本發明之多爐電磁爐操作方法係應用於一多爐電磁爐裝置，該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具，該第一爐具具有一第一預設功率，該第二爐具具有一第二預設功率。該多爐電磁爐操作方法包含：該第一爐具從一預設頻率開始掃頻，以得到該第一預設功率所對應之一第一頻率；該第二爐具從該預設頻率開始掃頻，以得到該第二預設功率所對應之一第二頻率；比較該第一頻率及該第二頻率以得到一主要頻率，其中，該主要頻率不大於該第一頻率或該第二頻率；該第一爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第一爐具之一第一主要功率；該第一預設功率除以該第一主要功率，以得到該第一爐具之一第一占空比；該第二爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第二爐具之一第二主要功率；該第二預設功率除以該第二主要功率，以得到該第二爐具之一第二占空比；該第一爐具以該主要頻率及該第一占空比操作；及該第二爐具以該主要頻率及該第二占空比操作。

為達成本發明之上述另一目的，本發明之多爐電磁爐操作方法係應用於一多爐電磁爐裝置，該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具，該第一爐具具有一第一預設功率，該第二爐具具有一第二預設功率。該多爐電磁爐操作方法包含：該第一爐具從一預設頻率開始掃頻，以得到該第一預設功率所對應之一第一頻率；該第二爐具從該預設頻率開始掃頻，以得到該第二預設功率所對應之一第二頻率；選定該第二頻率為一主要頻率，其中，該第二頻率小於該第一頻率；該第一爐具從該預設頻率開始掃頻至該第二頻率，以得到對應該第二頻率之該第一爐具之一第一主要功率；該第一預設功率除以該第一主要功率，以得到該第一爐具之一第一占空比；該第一爐具以該第二頻率及該第一占空比操作；及該第二爐具以該第二頻率持續操作。

10‧‧‧多爐電磁爐裝置

20‧‧‧交流電源

102‧‧‧第一爐具

104‧‧‧第二爐具

106‧‧‧橋式整流器

108‧‧‧濾波電容器

110‧‧‧第一開關單元

112‧‧‧第二開關單元

114‧‧‧第一感應線圈

116‧‧‧第一電容

118‧‧‧第二電容

120‧‧‧第一電阻

126‧‧‧第三開關單元

128‧‧‧第四開關單元

130‧‧‧第二感應線圈

132‧‧‧第三電容

134‧‧‧第四電容

136‧‧‧第二電阻

138‧‧‧微控制器

140‧‧‧人機介面

S02~S40‧‧‧步驟

第一圖為本發明之多爐電磁爐裝置方塊圖。

第二圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第一實施例流程圖。

第三圖為對應本發明之多爐電磁爐操作方法之第一實施例之時序圖。

第四A圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例流程圖。

第四B圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第三實施例流程圖。

第五圖為對應本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例之時序圖。

第六圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例波形圖。

第七圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例改善後波形圖。

第八圖為本發明之多爐電磁爐操作方法之第三實施例波形圖。

第九圖為本發明之多爐電磁爐裝置脈寬調變信號時序圖。

第十圖為本發明之多爐電磁爐裝置脈寬調變信號改善後時序圖。

本發明之多爐電磁爐裝置及其操作方法係應用於多爐之電磁爐；然為方便介紹其電路方塊及操作原理，以下實施方式將以雙爐之電磁爐作解說。

請參考第一圖，其係為本發明之多爐電磁爐裝置方塊圖。本發明之多爐電磁爐裝置10係應用於一交流電源20。該多爐電磁爐裝置10包含一微控制器138、一第一爐具102、一第二爐具104、一人機介面140、一橋式整流器106及一濾波電容器 108。

該第一爐具102包含一第一開關單元110、一第二開關單元112、一第一感應線圈114、一第一電容116、一第二電容118及一第一電阻120。

該第二爐具104包含一第三開關單元126、一第四開關單元128、一第二感應線圈130、一第三電容132、一第四電容134及一第二電阻136。

該微控制器138電性連接至該人機介面140、該橋式整流器106、該濾波電容器108、該第一開關單元110、該第二開關單元112、該第一電容116、該第二電容118、該第一電阻120、該第三開關單元126、該第四開關單元128、該第三電容132、該第四電容134及該第二電阻136。

該第一感應線圈114電性連接至該第一開關單元110、該第二開關單元112、該第一電容116及該第二電容118。該第二感應線圈130電性連接至該第三開關單元126、該第四開關單元128、該第三電容132及該第四電容134。該交流電源20電性連接至該橋式整流器106。

該第一開關單元110、該第二開關單元112、該第三開關單元126及該第四開關單元128可為絕緣閘極雙極性電晶體(Insulation Gate Bipolar Transistor，IGBT)。該微控制器138係用以控制該第一爐具102及該第二爐具104，使得該第一爐具102及該第二爐具104可同時在相同頻率但不同占空比操作。

占空比(Duty cycle，或稱Mark-Space Ratio)，係指在周期型的現象中，現象發生的時間與總時間的比；而對以脈衝序列操作的電磁爐而言，代表在一段連續工作時間內脈衝佔用的時間與總時間的比值。

請參考第二圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第一實施例流程圖；並請參考第三圖，其係為對應本發明之多爐電磁爐操作方法之第一實施例之時序圖。本發明之多爐電磁爐操作方法係應用於一多爐電磁爐裝置；該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具；該第一爐具具有一第一預設功率(例如由使用者設定功率為1000W)，該第二爐具具有一第二預設功率(例如由使用者設定功率為2000W)。該多爐電磁爐操作方法包含下列步驟：S02：該第一爐具從一預設頻率(例如50KHz)開始掃頻，以得到該第一預設功率(1000W)所對應之一第一頻率(假設為20KHz)。

S04：該第二爐具從該預設頻率(50KHz)開始掃頻，以得到該第二預設功率(2000W)所對應之一第二頻率(假設為10KHz)。

S06：比較該第一頻率(20KHz)及該第二頻率(10KHz)以得到一主要頻率(假設取5KHz)。該主要頻率必需不大於該第一頻率或該第二頻率，否則無法滿足該第一預設功率(1000W)或該第二預設功率(2000W)的需求(詳細原因容後再述)。

S08：該第一爐具從該預設頻率(50KHz)開始掃頻至該主要頻率(5KHz)，以得到對應該主要頻率(5KHz)之該第一爐具之一第一主要功率(假設為4000W)。如先前技術所述，功率與頻率成反比；若20KHz可得1000W，則可假設該第一主要功率為4000W。

S10：該第一預設功率(1000W)除以該第一主要功率(4000W)，以得到該第一爐具之一第一占空比(1000W/4000W=1/4)。

S12：該第二爐具從該預設頻率(50KHz)開始掃頻至該主要頻率(5KHz)，以得到對應該主要頻率(5KHz)之該第二爐具之一第二主要功率(假設為4000W)。如先前技術所述，功率與頻率成反比；若10KHz可得2000W，則可假設該第二主要功率為4000W。該第二主要功率理論上與該第一主要功率相同，惟實際上該第一爐具與該第二爐具有元件誤差的關係，故仍需執行步驟S12以求得真實之該第二主要功率。

S14：該第二預設功率(2000W)除以該第二主要功率(4000W)，以得到該第二爐具之一第二占空比(2000W/4000W=1/2)。

S16：該第一爐具以該主要頻率(5KHz)及該第一占空比(1/4)操作。

S18：該第二爐具以該主要頻率(5KHz)及該第二占空比(1/2)操作。

請復參考第一圖。該第一爐具102的電壓可由該微控制器138量測該第一濾波電容器108及該第一電容116的共點而得；該第一爐具102的電流可由該微控制器138量測該第一電阻120的兩端而得；於是可得功率值(因為功率等於電壓乘以電流 )。該第二爐具104的電壓可由該微控制器138量測該第一濾波電容器108及該第三電容132的共點而得；第二爐具104的電流可由該微控制器138量測該第二電阻136的兩端而得；於是可得功率值(因為功率等於電壓乘以電流)。

由上述步驟可知，該主要頻率(5KHz)必需不大於該第一頻率(20KHz)或該第二頻率(10KHz)，否則無法滿足該第一預設功率(1000W)或該第二預設功率(2000W)的需求；也就是說，因為電磁爐的消耗功率與頻率成反比，若是該主要頻率大於該第一頻率或該第二頻率，則無法以操作該主要頻率來滿足該第一預設功率或該第二預設功率。

以下將說明若選定該第二頻率作為該主要頻率的情況(該第二頻率必須小於該第一頻率，亦即必須選擇頻率較低者)。請參考第四A圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例流程圖；並請同時參考第五圖，其係為對應本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例之時序圖。本發明之多爐電磁爐操作方法係應用於一多爐電磁爐裝置；該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具；該第一爐具具有一第一預設功率(例如由使用者設定功率為1000W)，該第二爐具具有一第二預設功率(例如由使用者設定功率為2000W)。該多爐電磁爐操作方法包含下列步驟：S02：該第一爐具從一預設頻率(例如50KHz)開始掃頻，以得到該第一預設功率(1000W)所對應之一第一頻率(假設為20KHz)。

S20：選定該第二頻率(10KHz)為一主要頻率，其中，該第二頻率小於該第一頻率。

S22：該第一爐具從該預設頻率(50KHz)開始掃頻至該第二頻率(10KHz)，以得到對應該第二頻率(10KHz)之該第一爐具之一第一主要功率(假設為2000W)。如前所述，功率與頻率成反比；若20KHz可得1000W，則可假設該第一主要功率為2000W。

S24：該第一預設功率(1000W)除以該第一主要功率(2000W)，以得到該第一爐具之一第一占空比(1000W/2000W=1/2)。

S26：該第一爐具以該第二頻率(10KHz)及該第一占空比(1/2)操作。

S28：該第二爐具以該第二頻率持續操作。

一般在操作電磁爐時，電磁爐的爐具若非一直開啟，而是時開時關，則容易產生電源不穩定的現象，於是會發生例如電燈泡閃爍的情況；本發明之多爐電磁爐操作方法可避免此種電源不穩定情況，茲詳述如下。

請參考第六圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例波形圖；可以看出市電在該第一爐具及該第二爐具均為開啟時，電壓振幅絕對值較小，而在該第一爐具關閉及該第二爐具為開啟時，電壓振幅絕對值較大；如此將造成市電的不穩定。

依據本發明，改善的方法為在該步驟S26中該第一爐具操作在該第二頻率及該第一占空比，但啟動時間不規則。請參考第七圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第二實施例改善後波形圖。可以看出該第一爐具在第三個週期時開啟與關閉的時間相反；如此可造成市電在第三個週期時的大小也受影響，因此不似第六圖的波形始終規律地在某一區域電壓比較小，另一區域電壓比較大，而是有所變化；此種變化將產生類似均衡的效果，因此可以改善市電不穩的狀況。

依據本發明，另一種改善電源不穩定情況的方法如下：請參考第四B圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第三實施例流程圖；並請參考第八圖，其係為本發明之多爐電磁爐操作方法之第三實施例波形圖。本發明之多爐電磁爐操作方法係應用於一多爐電磁爐裝置；該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具；該第一爐具具有一第一預設功率(例如由使用者設定功率為1000W)，該第二爐具具有一第二預設功率(例如由使用者設定功率為2000W)。該多爐電磁爐操作方法包含下列步驟：S02：該第一爐具從一預設頻率(例如50KHz)開始掃頻，以得到該第一預設功率(1000W)所對應之一第一頻率(假設為20KHz)。

S32：縮短在該第一爐具之該第一占空比的啟動時間，以得到一縮短啟動時間。

S34：以一第三頻率操作該第一爐具之該縮短啟動時間，其中該第三頻率小於該第二頻率。

S36：在該第一爐具之該縮短啟動時間之前或之後，以一第四頻率操作一緩衝啟動時間，其中該第四頻率大於該第二頻率。

S38：在該緩衝啟動時間，該第二爐具以該第四頻率操作。

S40：非該緩衝啟動時間，該第二爐具以該第三頻率操作。

此種改善電源不穩定情況的方法的原理在於，當啟動時間電壓奏升或奏降，會造成電源不穩定；所以在電壓奏升或奏降之前或之後加上一較小之電壓，如此即可改善電源不穩定情況。

因為要產生一較小之電壓(亦即較小之功率)，所以該第四頻率大於該第二頻率；而為了要達成原本設定之該第二預設功率，新的操作頻率該第三頻率必需稍小於該第二頻率；為了要達成原本設定之該第一預設功率，既然新的操作頻率該第三頻率稍小於該第二頻率，且又新增加以該第四頻率操作該緩衝啟動時間，故該縮短啟動時間必需小於原本的該啟動時間。

此外，請參考第九圖，其係為本發明之多爐電磁爐裝置脈寬調變信號時序圖；並請參考第一圖。第九圖係為該微控制器138發送脈寬調變信號以控制該第一開關單元110、該第二開關單元112、該第三開關單元126及該第四開關單元128時序圖。

該第一開關單元110及該第二開關單元112在設計上不會同時開啟，否則會造成短路，所以一定是一個開啟另一個為關閉；同理，該第三開關單元126及該第四開關單元128一定也是一個開啟另一個為關閉；且脈寬調變信號之間會有一短暫之空檔時間(Dead Time)。

一般情況下，該微控制器138會同時發送脈寬調變信號以控制該第一爐具102(該第一開關單元110及該第二開關單元112)與該第二爐具104(該第三開關單元126及該第四開關單元128)。可是，這樣會對該濾波電容器108造成嚴重的工作負載；因此在電路設計上，必需選用較為昂貴、能承擔較重負載的電容以作為該濾波電容器108，否則容易造成損壞。

依據本發明，另一種改善的方法為：控制該第一爐具102的脈寬調變信號與控制該第二爐具104的脈寬調變信號錯開；請參考第十圖，其係為本發明之多爐電磁爐裝置脈寬調變信號改善後時序圖。如此可將工作負載較平均分配在不同時間(即，在原本的空檔時間也進行工作)，以減輕該濾波電容器108在同一時間的工作負載。

上述該些改善的方法並不限定要以該第二頻率操作該第一爐具102及該第二爐具104，亦可應用在以非該第二頻率操作該第一爐具102及該第二爐具104時(即第二圖所述之情況)。本發明之多爐電磁爐操作方法係以相同頻率但不同占空比操作電磁爐之多爐，較習知技術更為簡便，可大大降低多爐電磁爐內微控制器的工作負擔。

綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

S02~S28‧‧‧步驟

Claims

一種多爐電磁爐裝置，包含：一微控制器；一第一爐具，該第一爐具電性連接至該微控制器；及一第二爐具，該第二爐具電性連接至該微控制器，其中，該微控制器控制該第一爐具及該第二爐具，使得該第一爐具及該第二爐具可同時在相同頻率但不同占空比操作，其中，該第一爐具具有一第一預設功率，該第二爐具具有一第二預設功率；該第一爐具從一預設頻率開始掃頻，以得到該第一預設功率所對應之一第一頻率；該第二爐具從該預設頻率開始掃頻，以得到該第二預設功率所對應之一第二頻率；比較該第一頻率及該第二頻率以得到一主要頻率，其中，該主要頻率不大於該第一頻率或該第二頻率；該第一爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第一爐具之一第一主要功率；該第一預設功率除以該第一主要功率，以得到該第一爐具之一第一占空比；該第二爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第二爐具之一第二主要功率；該第二預設功率除以該第二主要功率，以得到該第二爐具之一第二占空比；該第一爐具以該主要頻率及該第一占空比操作；該第二爐具以該主要頻率及該第二占空比操作。
如申請專利範圍第1項之多爐電磁爐裝置，其中該第一爐具包含：一第一開關單元，該第一開關單元電性連接至該微控制器；一第二開關單元，該第二開關單元電性連接至該微控制器；一第一感應線圈，該第一感應線圈電性連接至該第一開關單元及該第二開關單元；一第一電容，該第一電容電性連接至該第一感應線圈及該第一開關單元；一第二電容，該第二電容電性連接至該第一感應線圈及該第二開關單元；及一第一電阻，該第一電阻電性連接至該微控制器。
如申請專利範圍第2項之多爐電磁爐裝置，其中該第二爐具包含：一第三開關單元，該第三開關單元電性連接至該微控制器；一第四開關單元，該第四開關單元電性連接至該微控制器；一第二感應線圈，該第二感應線圈電性連接至該第三開關單元及該第四開關單元；一第三電容，該第三電容電性連接至該第二感應線圈及該第三開關單元；一第四電容，該第四電容電性連接至該第二感應線圈及該第四開關單元；及一第二電阻，該第二電阻電性連接至該微控制器。
如申請專利範圍第3項之多爐電磁爐裝置，更包含：一人機介面，該人機介面電性連接至該微控制器；一橋式整流器，該橋式整流器電性連接至該微控制器；及一濾波電容器，該濾波電容器電性連接至該微控制器。
一種多爐電磁爐操作方法，係應用於一多爐電磁爐裝置，該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具，該第一爐具具有一第一預設功率，該第二爐具具有一第二預設功率，該多爐電磁爐操作方法包含：a.該第一爐具從一預設頻率開始掃頻，以得到該第一預設功率所對應之一第一頻率；b.該第二爐具從該預設頻率開始掃頻，以得到該第二預設功率所對應之一第二頻率；c.比較該第一頻率及該第二頻率以得到一主要頻率，其中，該主要頻率不大於該第一頻率或該第二頻率；d.該第一爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第一爐具之一第一主要功率；e.該第一預設功率除以該第一主要功率，以得到該第一爐具之一第一占空比；f.該第二爐具從該預設頻率開始掃頻至該主要頻率，以得到對應該主要頻率之該第二爐具之一第二主要功率；g.該第二預設功率除以該第二主要功率，以得到該第二爐具之一第二占空比；h.該第一爐具以該主要頻率及該第一占空比操作；及i.該第二爐具以該主要頻率及該第二占空比操作。
一種多爐電磁爐操作方法，係應用於一多爐電磁爐裝置，該多爐電磁爐裝置包含一第一爐具及一第二爐具，該第一爐具具有一第一預設功率，該第二爐具具有一第二預設功率，該多爐電磁爐操作方法包含：a.該第一爐具從一預設頻率開始掃頻，以得到該第一預設功率所對應之一第一頻率；b.該第二爐具從該預設頻率開始掃頻，以得到該第二預設功率所對應之一第二頻率；c.選定該第二頻率為一主要頻率，其中，該第二頻率小於該第一頻率；d.該第一爐具從該預設頻率開始掃頻至該第二頻率，以得到對應該第二頻率之該第一爐具之一第一主要功率；e.該第一預設功率除以該第一主要功率，以得到該第一爐具之一第一占空比；f.該第一爐具以該第二頻率及該第一占空比操作；及g.該第二爐具以該第二頻率持續操作。
如申請專利範圍第6項之多爐電磁爐操作方法，其中該步驟f為該第一爐具操作在該第二頻率及該第一占空比，但啟動時間不規則。
如申請專利範圍第6項之多爐電磁爐操作方法，更包含：h.縮短在該第一爐具之該第一占空比的啟動時間，以得到一縮短啟動時間；及i.以一第三頻率操作該第一爐具之該縮短啟動時間，其中該第三頻率小於該第二頻率。
如申請專利範圍第8項之多爐電磁爐操作方法，更包含：j.在該第一爐具之該縮短啟動時間之前或之後，以一第四頻率操作一緩衝啟動時間，其中該第四頻率大於該第二頻率。
如申請專利範圍第9項之多爐電磁爐操作方法，更包含：k.在該緩衝啟動時間，該第二爐具以該第四頻率操作。
如申請專利範圍第10項之多爐電磁爐操作方法，更包含：l.非該緩衝啟動時間，該第二爐具以該第三頻率操作。
如申請專利範圍第6項之多爐電磁爐操作方法，其中控制該第一爐具的脈寬調變信號與控制該第二爐具的脈寬調變信號錯開。