TWI465218B - 具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法 - Google Patents

具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法 Download PDF

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    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like
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Description

具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法
本發明係有關一種電磁爐具架構及其操作方法，尤指一種具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法。
由電力電子電路組成的電磁爐(induction cooker)是一種利用電磁感應加熱原理，透過不同頻率之交流電源產生交變磁場，再因磁力線切割於鍋具上產生感應電流，所產生之感應電流會因鍋具內部的電阻耗損而轉換為熱能，因此達到加熱的目的。由於具有熱效率高、使用方便、無煙燻、無煤氣汙染、安全衛生…等優點，非常適合現代家庭使用。
惟，對於多電磁爐具之應用，由於使用爐具數量增加，相對地，每一電磁爐具之轉換電路所需要使用之開關元件也隨之增加。如此，多電磁爐具為工作狀態時，不僅控制電路更為複雜外，也將造成更多開關元件之耗能。
因此，如何設計出一種具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法，利用對開關單元提供工作週期(duty cycle)比例之控制，以實現具有分時控制(time-sharing control)功能之電磁爐具架構，藉此簡化控制電路並且降低開關元件數量所造成之耗能，乃 為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種具分時控制功能之電磁爐具架構，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具分時控制功能之電磁爐具架構，係包含複數個開關單元、一控制器單元以及複數個爐具單元。該控制器單元係電性連接該些開關單元，以對每一該開關單元提供導通與截止控制。每一該爐具單元係對應兩個該開關單元且與該兩個開關單元電性連接。其中，該控制器單元係對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供切換控制；而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以對該些爐具單元之工作順序提供分時控制。
本發明之另一目的在於提供一種具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法，係包含下列步驟：(a)提供複數個開關單元；(b)提供複數個爐具單元；(c)提供一控制器單元；以及(d)該控制器單元係對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供切換控制；而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以對該些爐具單元之工作順序提供分時控制。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所 附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
Vin‧‧‧輸入電壓
S11~S71‧‧‧第一開關單元
S12~S72‧‧‧第二開關單元
S13~S53‧‧‧第三開關單元
S14~S54‧‧‧第四開關單元
S25~S45‧‧‧第五開關單元
S26~S26‧‧‧第六開關單元
G61~G71‧‧‧第一輔助開關單元
G62~G72‧‧‧第二輔助開關單元
G63~G73‧‧‧第三輔助開關單元
G64~G74‧‧‧第四輔助開關單元
L11~L71‧‧‧第一爐具單元
L12~L72‧‧‧第二爐具單元
L13~L73‧‧‧第三爐具單元
L14~L74‧‧‧第四爐具單元
Uc1~Uc7‧‧‧控制器單元
D31‧‧‧第一二極體單元
D32‧‧‧第二二極體單元
D33‧‧‧第三二極體單元
D34‧‧‧第三二極體單元
S11’~S71’‧‧‧第一控制信號
S12’~S72’‧‧‧第二控制信號
S13’~S53’‧‧‧第三控制信號
S14’~S54’‧‧‧第四控制信號
S25’~S45’‧‧‧第五控制信號
S26’~S26’‧‧‧第六控制信號
G61’~G71’‧‧‧第一輔助控制信號
G62’~G72’‧‧‧第二輔助控制信號
G63’~G73’‧‧‧第三輔助控制信號
G64’~G74’‧‧‧第四輔助控制信號
t11~t71‧‧‧第一時間
t12~t72‧‧‧第二時間
t13~t73‧‧‧第三時間
t24~t74‧‧‧第四時間
t65~t75‧‧‧第五時間
S100~S500‧‧‧步驟
第一圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第一實施例之電路示意圖；第一圖B係為本發明電磁爐具架構第一實施例之分時控制之時序圖；第二圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第二實施例之電路示意圖；第二圖B係為本發明電磁爐具架構第二實施例之分時控制之時序圖；第三圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第三實施例之電路示意圖；第三圖B係為本發明電磁爐具架構第三實施例之分時控制之時序圖；第四圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第四實施例之電路示意圖；第四圖B係為本發明電磁爐具架構第四實施例之分時控制之時序圖；第五圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第五實施例之電路示意圖；第五圖B係為本發明電磁爐具架構第五實施例之分時控制之時序 圖；第六圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第六實施例之電路示意圖；第六圖B係為本發明電磁爐具架構第六實施例之分時控制之時序圖；第七圖A係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第七實施例之電路示意圖；第七圖B係為本發明電磁爐具架構第七實施例之分時控制之時序圖；及第八圖係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
本發明係揭露一種具分時控制功能之電磁爐具架構，係透過一交流電源供電。該電磁爐具架構係包含複數個開關單元、一控制器單元以及複數個開關單元。該控制器單元係電性連接該些開關單元，以對每一該開關單元提供導通與截止控制。每一該爐具單元係對應兩個該開關單元且與該兩個開關單元電性連接。其中，該控制器單元係對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供切換控制；而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以對該些爐具單元之工作順序提供分時控制。
至於該具分時控制功能之電磁爐具架構之操作將以不同實施例為 例加以說明。
請參見第一圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第一實施例之電路示意圖。如圖所示，該電磁爐具架構係主要包含二個爐具單元L11,L12(亦即為一第一爐具單元L11與一第二爐具單元L12)、四個開關單元S11~S14(亦即為一第一開關單元S11、一第二開關單元S12、一第三開關單元S13以及一第四開關單元S14)以及一控制器單元Uc1。其中，每一該開關單元係為一功率電晶體開關，可為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一雙載子接面電晶體(BJT)或一絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，但不以此為限。該第一開關單元S11係電性連接該第二開關單元S12，並且，再與該第一爐具單元L11電性連接。此外，該第三開關單元S13係電性連接該第四開關單元S14，並且，再與該第二爐具單元L12電性連接。
該控制器單元Uc1係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以達到對該第一爐具單元L11與該第二爐具單元L12提供一分時控制。至於該分時控制之詳細操作，配合參見第一圖B，係為本發明電磁爐具架構第一實施例之分時控制之時序圖。該控制器單元Uc1係產生一第一控制信號S11’、一第二控制信號S12’、一第三控制信號S13’以及一第四控制信號S14’，以分別控制該第一開關單元S11、該第二開關單元S12、該第三開關單元S13以及該第四開關單元S14之導通與截止。
配合分時控制之時序圖為例說明，假設要控制該第一爐具單元 L11與該第二爐具單元L12之輸出功率分別為800瓦與400瓦，此時，在一個週期內之分時控制機制下，先控制該第一爐具單元L11輸出功率，再控制該第二爐具單元L12輸出功率，但不以此為限。如此，該控制器單元Uc1可在一第一時間t11開始以互補式切換控制該第一開關單元S11與該第二開關單元S12，以控制該第一爐具單元L11輸出功率，亦即，當該第一控制信號S11’為高準位時，該第二控制信號S12’則為低準位；反之亦然，此時，該第二爐具單元L12處於無輸出功率狀態，因此，該第三控制信號S13’與該第四控制信號S14’皆為低準位而分別截止該第三開關單元S13與該第四開關單元S14。直到一第二時間t12時，輪為該第二爐具單元L12輸出功率，而該第一爐具單元L11則處於無輸出功率狀態。因此，該控制器單元Uc1開始以互補式切換控制該第三開關單元S13與該第四開關單元S14，亦即，當該第三控制信號S13’為高準位時，該第四控制信號S14’則為低準位；反之亦然，以控制該第二爐具單元L12輸出功率，並且，第一控制信號S11’與該第二控制信號S12’皆為低準位而分別截止該第一開關單元S11與該第二開關單元S12。直到一第三時間t13，則該具分時控制功能之電磁爐具架構則完成一週期之分時控制，並且，透過控制該第一爐具單元L11與該第二爐具單元L12之工作週期(duty cycle)比例為2：1，使得該第一爐具單元L11與該第二爐具單元L12之輸出功率分別為800瓦與400瓦。
請參見第二圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第二實施例之電路示意圖。如圖所示，該電磁爐具架構係主要包含四個爐具單元L21~L24(亦即為一第一爐具單元L21、一第二爐具 單元L22、一第三爐具單元L23以及一第四爐具單元L24)、六個開關單元S21~S26(亦即為一第一開關單元S21、一第二開關單元S22、一第三開關單元S23、一第四開關單元S24、一第五開關單元S25以及一第六開關單元S26)以及一控制器單元Uc2。該第一開關單元S21係電性連接該第二開關單元S22，並且，再與該第一爐具單元L21電性連接；該第二開關單元S22係電性連接該第三開關單元S23，並且，再與該第二爐具單元L22電性連接。此外，該第四開關單元S24係電性連接該第五開關單元S25，並且，再與該第三爐具單元L23電性連接；該第五開關單元S25係電性連接該第六開關單元S26，並且，再與該第四爐具單元L24電性連接。
該控制器單元Uc2係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以達到對該第一爐具單元L21與該第二爐具單元L22提供一分時控制以及對該第三爐具單元L23與該第四爐具單元L24提供一分時控制。至於該分時控制之詳細操作，配合參見第二圖B，係為本發明電磁爐具架構第二實施例之分時控制之時序圖。該控制器單元Uc2係產生一第一控制信號S21’、一第二控制信號S22’、一第三控制信號S23’、一第四控制信號S24’、一第五控制信號S25’以及一第六控制信號S26’，以分別控制該第一開關單元S21、該第二開關單元S22、該第三開關單元S23、該第四開關單元S24、該第五開關單元S25以及該第六開關單元S26之導通與截止。
配合分時控制之時序圖為例說明，假設要控制該第一爐具單元L21與該第二爐具單元L22之輸出功率分別為400瓦與800瓦，並且 ，同時控制該第三爐具單元L23與該第四爐具單元L24之輸出功率分別為800瓦與400瓦，此時，在一個週期內之分時控制機制下，先控制該第一爐具單元L21輸出功率，再控制該第二爐具單元L22輸出功率，但不以此為限。值得一提，也同時可以先控制該第三爐具單元L23輸出功率，再控制該第四爐具單元L24輸出功率，但不以此為限。亦即，該控制器單元Uc2係可同時擇一控制該第一爐具單元L21與該第二爐具單元L22以及擇一控制該第三爐具單元L23與該第四爐具單元L24。如此，該控制器單元Uc2可在一第一時間t21開始以互補式切換控制該第一開關單元S21與該第二開關單元S22，並且導通該第三開關單元S23，以控制該第一爐具單元L21輸出功率，亦即，當該第一控制信號S21’為高準位時，該第二控制信號S22’則為低準位，而該第三控制信號S23’維持高準位；反之亦然，此時，該第二爐具單元L22處於無輸出功率狀態。在此時間狀況下，該第一爐具單元L21係為工作狀態中之爐具單元，而該第二爐具單元L22係為非工作狀態中之爐具單元，並且，在之後的實施例中皆為同樣之定義，故此不再贅述。同時，該控制器單元Uc2可在該第一時間t21開始以互補式切換控制該第四開關單元S24與該第五開關單元S25，並且導通該第六開關單元S26，以控制該第三爐具單元L23輸出功率，亦即，當該第四控制信號S24’為高準位時，該第五控制信號S25’則為低準位，而該第六控制信號S26’維持高準位；反之亦然，此時，該第四爐具單元L24處於無輸出功率狀態。直到一第二時間t22時，輪為該第二爐具單元L22輸出功率，而該第一爐具單元L21則處於無輸出功率狀態，並且，該第三爐具單元L23仍維持輸出功率。因此，該控制器單元Uc2開始以互補式切換控制該第二開關單元S22與該第 三開關單元S23，並且導通該第一開關單元S21，亦即，當該第二控制信號S22’為高準位時，該第三控制信號S23’則為低準位，而該第一控制信號S21’維持高準位；反之亦然，以控制該第二爐具單元L22輸出功率，並且，該第四開關單元S24與該第五開關單元S25仍維持互補式切換控制，而該第六開關單元S26仍維持導通，以控制該第三爐具單元L23持續輸出功率。直到一第三時間t23時，輪為該第四爐具單元L24輸出功率，而該第三爐具單元L23則處於無輸出功率狀態，並且，該第二爐具單元L22仍維持輸出功率。因此，該控制器單元Uc2開始以互補式切換控制該第五開關單元S25與該第六開關單元S26，並且導通該第四開關單元S24，亦即，當該第五控制信號S25’為高準位時，該第六控制信號S26’則為低準位，而該第四控制信號S24’維持高準位；反之亦然，以控制該第四爐具單元L24輸出功率，並且，該第二開關單元S22與該第三開關單元S23仍維持互補式切換控制，而該第一開關單元S21仍維持導通，以控制該第二爐具單元L22持續輸出功率。直到一第四時間t24，則該具分時控制功能之電磁爐具架構則完成一週期之分時控制，並且，透過控制該第一爐具單元L21與該第二爐具單元L22之工作週期(duty cycle)比例為1：2，使得該第一爐具單元L21與該第二爐具單元L22輸出功率分別為400瓦與800瓦。此外，透過控制該第三爐具單元L23與該第四爐具單元L24之工作週期(duty cycle)比例為2：1，使得該第三爐具單元L23與該第四爐具單元L24輸出功率分別為800瓦與400瓦。
請參見第三圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第三實施例之電路示意圖。其中，該實施例與上述之該第二實施例 之該電磁爐具架構實質上相同，最大的差異僅在於該第三實施例係更包含複數個二極體單元D31~D34(即為一第一二極體單元D31、一第二二極體單元D32、一第三二極體單元D33以及一第四二極體單元D34)。其中，該第一二極體單元D31係電性連接於一第一開關單元S31以及一第二開關單元S32與一第三開關單元S33之電性連接處之間；該第二二極體單元D32係電性連接於該第三開關單元S33以及該第一開關單元S31與該第二開關單元S32之電性連接處之間；該第三二極體單元D33係電性連接於一第四開關單元S34以及一第五開關單元S35與一第六開關單元S36之電性連接處之間；該第四二極體單元D34係電性連接於該第六開關單元S36以及該第四開關單元S34與該第五開關單元S35之電性連接處之間。並且，本實施例之分時控制時序與第二實施例相同，請配合參見第三圖B，係為本發明電磁爐具架構第三實施例之分時控制之時序圖。
如第三圖A所示，由於每一該開關單元S31~S36係並聯連接一反相二極體(未標示)與一寄生電容(未圖示)，由於該些元件本身特性所造成之寄生效應，導致該電磁爐具架構之該些開關單元S31~S36在零電壓切換(zero voltage switching)操作時，造成不良之切換動作而累積寄生損失以及加劇電磁干擾效應。因此，在本實施例中，透過該些二極體單元D31~D34所扮演之飛輪二極體(flywheel diode)角色，以提供該些開關單元S31~S36在零電壓切換操作時之電流續流路徑，以改善第二實施例因寄生效應所造成之影響。
請參見第四圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第 四實施例之電路示意圖。如圖所示，該電磁爐具架構係主要包含三個爐具單元L41~L43(亦即為一第一爐具單元L41、一第二爐具單元L42以及一第三爐具單元L43)、五個開關單元S41~S45(亦即為一第一開關單元S41、一第二開關單元S42、一第三開關單元S43、一第四開關單元S44以及一第五開關單元S45)以及一控制器單元Uc4。該第一開關單元S41係電性連接該第二開關單元S42，並且，再與該第一爐具單元L41電性連接；該第二開關單元S42係電性連接該第三開關單元S43，並且，再與該第二爐具單元L42電性連接。此外，該第四開關單元S44係電性連接該第五開關單元S45，並且，再與該第三爐具單元L43電性連接。
該控制器單元Uc4係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以達到對該第一爐具單元L41與該第二爐具單元L42提供一分時控制以及對該第三爐具單元L43提供一分時控制。至於該分時控制之詳細操作，配合參見第四圖B，係為本發明電磁爐具架構第四實施例之分時控制之時序圖。該控制器單元Uc4係產生一第一控制信號S41’、一第二控制信號S42’、一第三控制信號S43’、一第四控制信號S44’以及一第五控制信號S45’，以分別控制該第一開關單元S41、該第二開關單元S42、該第三開關單元S43、該第四開關單元S44以及該第五開關單元S45之導通與截止。
配合分時控制之時序圖為例說明，假設要控制該第一爐具單元L41與該第二爐具單元L42之輸出功率分別為800瓦與400瓦，並且，同時控制該第三爐具單元L43之輸出功率為600瓦，此時，在一 個週期內之分時控制機制下，先控制該第一爐具單元L41輸出功率，再控制該第二爐具單元L42輸出功率，但不以此為限。亦即，該控制器單元Uc4係可同時擇一控制該第一爐具單元L41與該第二爐具單元L42以及控制該第三爐具單元L43。如此，該控制器單元Uc4可在一第一時間t41開始以互補式切換控制該第一開關單元S41與該第二開關單元S42，並且導通該第三開關單元S43，以控制該第一爐具單元L41輸出功率，亦即，當該第一控制信號S41’為高準位時，該第二控制信號S42’則為低準位，而該第三控制信號S43’維持高準位；反之亦然，此時，該第二爐具單元L42處於無輸出功率狀態。同時，該控制器單元Uc4可在該第一時間t41開始以互補式切換控制該第四開關單元S44與該第五開關單元S45，以控制該第三爐具單元L43輸出功率，亦即，當該第四控制信號S44’為高準位時，該第五控制信號S45’則為低準位；反之亦然，直到一第二時間t42時，該第三爐具單元L43處於無輸出功率狀態，並且，該第一爐具單元L41仍維持輸出功率。因此，該第四控制信號S44’與該第五控制信號S45’皆為低準位而分別截止該第四開關單元S44與該第五開關單元S45，以控制該第三爐具單元L43無輸出功率，並且，該第一開關單元S41與該第二開關單元S42仍維持互補式切換控制，而該第三開關單元S43仍維持導通，以控制該第一爐具單元L41持續輸出功率。直到一第三時間t43時，輪為該第二爐具單元L42輸出功率，而該第一爐具單元L41則處於無輸出功率狀態，並且，該第三爐具單元L43仍維持無輸出功率。因此，該控制器單元Uc4開始以互補式切換控制該第二開關單元S42與該第三開關單元S43，並且導通該第一開關單元S41，亦即，當該第二控制信號S42’為高準位時，該第三控制信號S43 ’則為低準位，而該第一控制信號S41’維持高準位；反之亦然，以控制該第二爐具單元L42輸出功率，並且，該第四開關單元S44與該第五開關單元S45仍維持截止控制，以維持該第三爐具單元L43仍為無輸出功率。直到一第四時間t44，則該具分時控制功能之電磁爐具架構則完成一週期之分時控制，並且，透過控制該第一爐具單元L41與該第二爐具單元L42之工作週期(duty cycle)比例為2：1，使得該第一爐具單元L41與該第二爐具單元L42之輸出功率分別為800瓦與400瓦。此外，透過控制該第三爐具單元L43之工作週期(duty cycle)為50%，使得該第三爐具單元L43輸出功率為600瓦。
請參見第五圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第五實施例之電路示意圖。如圖所示，該電磁爐具架構係主要包含三個爐具單元L51~L53(亦即為一第一爐具單元L51、一第二爐具單元L52以及一第三爐具單元L53)、四個開關單元S51~S54(亦即為一第一開關單元S51、一第二開關單元S52、一第三開關單元S53以及一第四開關單元S54)以及一控制器單元Uc5。該第一開關單元S51係電性連接該第二開關單元S52，並且，再與該第一爐具單元L51電性連接；該第二開關單元S52係電性連接該第三開關單元S53，並且，再與該第二爐具單元L52電性連接；該第三開關單元S53係電性連接該第四開關單元S54，並且，再與該第三爐具單元L53電性連接。
該控制器單元Uc5係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以達到對 該第一爐具單元L51、該第二爐具單元L52以及該第三爐具單元L53提供一分時控制。至於該分時控制之詳細操作，配合參見第五圖B，係為本發明電磁爐具架構第五實施例之分時控制之時序圖。該控制器單元Uc5係產生一第一控制信號S51’、一第二控制信號S52’、一第三控制信號S53’以及一第四控制信號S54’，以分別控制該第一開關單元S51、該第二開關單元S52、該第三開關單元S53以及該第四開關單元S54之導通與截止。
配合分時控制之時序圖為例說明，假設要控制該第一爐具單元L51、該第二爐具單元L52以及該第三爐具單元L53之輸出功率分別為600瓦、400瓦與200瓦，此時，在一個週期內之分時控制機制下，先控制該第一爐具單元L51輸出功率，再控制該第二爐具單元L52輸出功率，接著再控制該第三爐具單元L53輸出功率，但不以此為限。亦即，該控制器單元Uc5係可同時擇一控制該第一爐具單元L51、該第二爐具單元L52或該第三爐具單元L53。如此，該控制器單元Uc5可在一第一時間t51開始以互補式切換控制該第一開關單元S51與該第二開關單元S52，並且導通該第三開關單元S53與該第四開關單元S54，以控制該第一爐具單元L51輸出功率，亦即，當該第一控制信號S51’為高準位時，該第二控制信號S52’則為低準位，而該第三控制信號S53’與該第四控制信號S54’維持高準位；反之亦然，此時，該第二爐具單元L52與該第三爐具單元L53皆處於無輸出功率狀態。直到一第二時間t52時，輪為該第二爐具單元L52輸出功率，而該第一爐具單元L51與該第三爐具單元L53皆處於無輸出功率狀態。此時，該控制器單元Uc5開始以互補式切換控制該第二開關單元S52與該第三開關單元S53 ，並且導通該第一開關單元S51與該第四開關單元S54，以控制該第二爐具單元L52輸出功率，亦即，當該第二控制信號S52’為高準位時，該第三控制信號S53’則為低準位，而該第一控制信號S51’與該第四控制信號S54’維持高準位；反之亦然，此時，該第一爐具單元L51與該第三爐具單元L53皆處於無輸出功率狀態。直到一第三時間t53時，輪為該第三爐具單元L53輸出功率，而該第一爐具單元L51與該第二爐具單元L52皆處於無輸出功率狀態。此時，該控制器單元Uc5開始以互補式切換控制該第三開關單元S53與該第四開關單元S54，並且導通該第一開關單元S51與該第二開關單元S52，以控制該第三爐具單元L53輸出功率，亦即，當該第三控制信號S53’為高準位時，該第四控制信號S54’則為低準位，而該第一控制信號S51’與該第二控制信號S52’維持高準位；反之亦然，此時，該第一爐具單元L51與該第二爐具單元L52皆處於無輸出功率狀態。直到一第四時間t54，則該具分時控制功能之電磁爐具架構則完成一週期之分時控制，並且，透過控制該第一爐具單元L51、該第二爐具單元L52以及該第三爐具單元L53之工作週期(duty cycle)比例為3：2：1，使得該第一爐具單元L51、該第二爐具單元L52以及該第三爐具單元L53之輸出功率分別為600瓦、400瓦與200瓦。
請參見第六圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第六實施例之電路示意圖。如圖所示，該電磁爐具架構係主要包含四個爐具單元L61~L64(亦即為一第一爐具單元L61、一第二爐具單元L62、一第三爐具單元L63以及一第四爐具單元L64)、二個開關單元S61,S62(亦即為一第一開關單元S61與一第二開關單元 S62)、四個輔助開關單元G61~G64(亦即為一第一輔助開關單元G61、一第二輔助開關單元G62、一第三輔助開關單元G63以及一第四輔助開關單元G64)以及一控制器單元Uc6。其中，每一該輔助開關單元係為一雙向性三極閘流體(TRIAC)或一矽控整流器(SCR)，但不以此為限。第一輔助開關單元G61係電性串聯連接該第一爐具單元L61；該第二輔助開關單元G62係電性串聯連接該第二爐具單元L62；該第三輔助開關單元G63係電性串聯連接該第三爐具單元L63；該第四輔助開關單元G64係電性串聯連接該第四爐具單元L64。該第一開關單元S61係電性連接該第二開關單元S62，並且，再與該些串聯連接之輔助開關單元G61~G64與爐具單元L61~L64電性連接。該控制器單元Uc6係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以達到對該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64提供一分時控制。至於該分時控制之詳細操作，配合參見第六圖B，係為本發明電磁爐具架構第六實施例之分時控制之時序圖。該控制器單元Uc6係產生一第一控制信號S61’與一第二控制信號S62’，以分別控制該第一開關單元S61與該第二開關單元S62之導通與截止。並且，該控制器單元Uc6係產生一第一輔助控制信號G61’、一第二輔助控制信號G62’、一第三輔助控制信號G63’以及一第四輔助控制信號G64’，以分別控制該第一輔助開關單元G61、該第二輔助開關單元G62、該第三輔助開關單元G63以及該第四輔助開關單元G64之導通與截止。
配合分時控制之時序圖為例說明，假設要控制該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64之輸出功率分別為400瓦、400瓦、200瓦與200瓦，此時，在一個週期內之分時控制機制下，先控制該第一爐具單元L61輸出功率，再控制該第二爐具單元L62輸出功率，接著再控制該第三爐具單元L63輸出功率，最後再控制該第四爐具單元L64輸出功率，但不以此為限。亦即，該控制器單元Uc6係可同時擇一控制該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63或該第四爐具單元L64。如此，該控制器單元Uc6可在一第一時間t61開始以互補式切換控制該第一開關單元S61與該第二開關單元S62，並且導通該第一輔助開關單元G61，以控制該第一爐具單元L61輸出功率，亦即，當該第一控制信號S61’為高準位時，該第二控制信號S62’則為低準位，而該第一輔助控制信號G61’維持導通準位，並且，其餘該些輔助控制信號G62’~G64’維持截止準位；反之亦然，此時，該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64皆處於無輸出功率狀態。直到一第二時間t62時，輪為該第二爐具單元L62輸出功率，而該第一爐具單元L61、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64皆處於無輸出功率狀態。此時，該控制器單元Uc6繼續以互補式切換控制該第一開關單元S61與該第二開關單元S62，並且導通該第二輔助開關單元G62，以控制該第二爐具單元L62輸出功率，亦即，當該第一控制信號S61’為高準位時，該第二控制信號S62’則為低準位，而該第二輔助控制信號G62’維持導通準位，並且，其餘該些輔助控制信號G61’~G64’維持截止準位；反之亦然，此時，該第一爐具單元L61、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元 L64皆處於無輸出功率狀態。直到一第三時間t63時，輪為該第三爐具單元L63輸出功率，而該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62以及該第四爐具單元L64皆處於無輸出功率狀態。此時，該控制器單元Uc6繼續以互補式切換控制該第一開關單元S61與該第二開關單元S62，並且導通該第三輔助開關單元G63，以控制該第三爐具單元L63輸出功率，亦即，當該第一控制信號S61’為高準位時，該第二控制信號S62’則為低準位，而該第三輔助控制信號G63’維持導通準位，並且，其餘該些輔助控制信號G61’~G64’維持截止準位；反之亦然，此時，該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62以及該第四爐具單元L64皆處於無輸出功率狀態。直到一第四時間t64時，輪為該第四爐具單元L64輸出功率，而該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62以及該第三爐具單元L63皆處於無輸出功率狀態。此時，該控制器單元Uc6繼續以互補式切換控制該第一開關單元S61與該第二開關單元S62，並且導通該第四輔助開關單元G64，以控制該第四爐具單元L64輸出功率，亦即，當該第一控制信號S61’為高準位時，該第二控制信號S62’則為低準位，而該第四輔助控制信號G64’維持導通準位，並且，其餘該些輔助控制信號G61’~G63’維持截止準位；反之亦然，此時，該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62以及該第三爐具單元L63皆處於無輸出功率狀態。直到一第五時間t65，則該具分時控制功能之電磁爐具架構則完成一週期之分時控制，並且，透過控制該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64之工作週期(duty cycle)比例為2：2：1：1，使得該第一爐具單元L61、該第二爐具單元L62、該第三爐具單元L63以及該第四爐具單元L64之輸出功率分別為400瓦 、400瓦、200瓦與200瓦。
請參見第七圖A，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構第七實施例之電路示意圖。其中，該實施例與上述之該第六實施例之該電磁爐具架構實質上相同，最大的差異僅在於該些串聯連接之輔助開關單元G71~G74與爐具單元L71~L74係彼此並聯連接後再接地，如此之電路架構，係主要在於透過接地所提供之雜訊隔離效果，使該些輔助開關單元G71~G74能避免受到雜訊之干擾，而透過一控制器單元Uc7所產生之輔助控制信號G71’~G74’達到正確之控制。並且，本實施例之分時控制時序與第六實施例相同，請配合參見第七圖B，係為本發明電磁爐具架構第七實施例之分時控制之時序圖。
請參見第八圖，係為本發明具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法之流程圖。該具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法係包含下列步驟：提供複數個開關單元(S100)。其中，每一該開關單元係為一功率電晶體開關，可為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一雙載子接面電晶體(BJT)或一絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，但不以此為限。提供複數個爐具單元(S200)。其中，每一該爐具單元係為一電磁爐。提供一控制器單元(S300)。該控制器單元係透過對與工作狀態中之爐具單元所鄰接之該兩對應開關單元，提供信號準位互補式切換控制，而對未與工作狀態中之爐具單元所鄰接之開關單元，提供導通控制，以對該些爐具單元之工作順序提供分時控制(S400)。其中，該控制器單元係對該兩對應開關單元提供信號準位信號準位互補式切換控制，並利用工作週期時間長短之控制，再配合交替控制該些爐具單元之控制順 序，以對該電磁爐具架構提供分時控制。此外，該具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法係更包含下列步驟：提供複數個飛輪二極體單元，以提供該些開關單元於零電壓切換時之電流續流路徑。提供複數個輔助開關單元，係透過工作週期之控制，以對該電磁爐具架構提供分時控制。其中，每一該輔助開關單元係為一雙向性三極閘流體(TRIAC)或一矽控整流器(SCR)。
綜上所述，本發明係具有以下之優點：1、透過對開關單元提供工作週期(duty cycle)比例之控制，實現具有分時控制(time-sharing control)功能之電磁爐具架構，以簡化控制電路並且降低開關元件數量所造成之耗能；2、透過增設二極體單元，以改善該電磁爐具架構之該些開關單元在零電壓切換(zero voltage switching)操作時，因元件之寄生效應所產生之寄生損失以及電磁干擾；及3、透過該電磁爐具架構採用接地連接，以改善雜訊對該些輔助開關單元造成干擾之效應。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
Vin‧‧‧輸入電壓
S21‧‧‧第一開關單元
S22‧‧‧第二開關單元
S23‧‧‧第三開關單元
S24‧‧‧第四開關單元
S25‧‧‧第五開關單元
S26‧‧‧第六開關單元
L21‧‧‧第一爐具單元
L22‧‧‧第二爐具單元
L23‧‧‧第三爐具單元
L24‧‧‧第四爐具單元
Uc2‧‧‧控制器單元
S21’‧‧‧第一控制信號
S22’‧‧‧第二控制信號
S23’‧‧‧第三控制信號
S24’‧‧‧第四控制信號
S25’‧‧‧第五控制信號
S26’‧‧‧第六控制信號

Claims (18)

  1. 一種具分時控制功能之電磁爐具架構，係包含：複數個開關單元；一控制器單元，係電性連接該些開關單元，以對每一該開關單元提供導通與截止之控制；及複數個爐具單元，每一該爐具單元係對應兩個該開關單元且與該兩個開關單元電性連接；其中，該控制器單元係對一部分之爐具單元所鄰接之開關單元提供切換控制，其中該一部分之爐具單元係為輸出功率操作狀態；該控制器單元係對另一部分之爐具單元所鄰接之開關單元提供導通控制，其中該另一部分之爐具單元係非為輸出功率操作狀態；並且在一操作週期內依序分配所對應該些開關單元的切換控制時間與導通控制時間，依序對輸出功率操作狀態之該些爐具單元提供分時控制，使該些爐具單元依比例輸出功率。
  2. 如申請專利範圍第1項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中當該些爐具單元為一第一爐具單元與一第二爐具單元時，該第一爐具單元係對應電性連接一第一開關單元與一第二開關單元，並且該第二爐具單元係對應電性連接該第二開關單元與一第三開關單元；該控制器單元係對該第一開關單元與該第二開關單元提供信號準位互補之切換控制，並且對該第三開關單元提供導通控制，以控制該第一爐具單元為工作狀態；該控制器單元係對該第二開關單元與該第三開關單元提供信號準位互補之切換控制，並且 對該第一開關單元提供導通控制，以控制該第二爐具單元為工作狀態。
  3. 如申請專利範圍第2項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該第一爐具單元係電性連接該第一開關單元與該第二開關單元之共接點上；該第二爐具單元係電性連接該第二開關單元與該第三開關單元之共接點上。
  4. 如申請專利範圍第2項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該控制器單元係對該第一爐具單元與該第二爐具單元提供交替工作週期控制，以切換該第一爐具單元與該第二爐具單元之工作順序。
  5. 如申請專利範圍第4項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中當該第一爐具單元為工作狀態時，該第二爐具單元為非工作狀態；當該第二爐具單元為工作狀態時，該第一爐具單元為非工作狀態。
  6. 如申請專利範圍第2項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該第一開關單元與該第二開關單元之間係電性連接一第一二極體單元，並且該第二開關單元與該第三開關單元之間係電性連接一第二二極體單元；當該第一開關單元與該第二開關單元為零電壓切換操作狀態時，該第一二極體單元係提供電流續流之路徑，並且當該第二開關單元與該第三開關單元為零電壓操作狀態時，該第二二極體單元係提供電流續流之路徑。
  7. 如申請專利範圍第1項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中每一該爐具單元係為一電磁爐。
  8. 如申請專利範圍第2項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該第一開關單元與該第二開關單元係分別為一金屬氧化物半導體 場效電晶體(MOSFET)、一雙載子接面電晶體(BJT)或一絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。
  9. 如申請專利範圍第1項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中當該些爐具單元為一第一爐具單元與一第二爐具單元時，該第一爐具單元係電性串聯連接一第一輔助開關單元形成一第一串聯路徑，該第二爐具單元係電性串聯連接一第二輔助開關單元形成一第二串聯路徑，並且該第一串聯路徑與該第二串聯路徑係再電性並聯連接形成一第一主路徑；該第一主路徑係再分別電性連接一第一開關單元與一第二開關單元；該控制器單元係對該第一開關單元與該第二開關單元提供信號準位互補之切換控制，並且對該第一輔助開關單元提供導通控制，以控制該第一爐具單元為工作狀態；該控制器單元係對該第一開關單元與該第二開關單元提供信號準位互補之切換控制，並且該對該第二輔助開關單元提供導通控制，以控制該第二爐具單元為工作狀態。
  10. 如申請專利範圍第9項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該第一主路徑係電性連接該第一開關單元與該第二開關單元之共接點上。
  11. 如申請專利範圍第9項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該控制器單元係對該第一爐具單元與該第二爐具單元交替工作週期控制，以切換該第一爐具單元與該第二爐具單元之工作順序。
  12. 如申請專利範圍第9項該具分時控制功能之電磁爐具架構，其中該第一輔助開關單元與該第二輔助開關單元係分別為一雙向性三極閘流體(TRIAC)或一矽控整流器(SCR)。
  13. 一種具分時控制功能之電磁爐具架構之操作方法，係包含下列步驟： (a)提供複數個開關單元；(b)提供複數個爐具單元，每一該爐具單元係對應兩個該開關單元且與該兩個開關單元電性連接；(c)提供一控制器單元；及(d)該控制器單元係對一部分之爐具單元所鄰接之開關單元提供切換控制，其中該一部分之爐具單元係為輸出功率操作狀態；該控制器單元係對另一部分之爐具單元所鄰接之開關單元提供導通控制，其中該另一部分之爐具單元係非為輸出功率操作狀態；並且在一操作週期內依序分配所對應該些開關單元的切換控制時間與導通控制時間，依序對輸出功率操作狀態之該些爐具單元之提供分時控制，使該些爐具單元依比例輸出功率。
  14. 如申請專利範圍第13項該具分時控制功能電磁爐具架構之操作方法，更包含：(e)提供複數個飛輪二極體單元，當該些開關單元於零電壓切換時，該些飛輪二極體單元係提供電流續流之路徑。
  15. 如申請專利範圍第13項該具分時控制功能電磁爐具架構之操作方法，其中在步驟(d)中，該控制器單元係對該第一爐具單元與該第二爐具單元提供交替工作週期控制，以切換該第一爐具單元與該第二爐具單元之工作順序。
  16. 如申請專利範圍第15項該具分時控制功能電磁爐具架構之操作方法，其中當該第一爐具單元為工作狀態時，該第二爐具單元為非工作狀態；當該第二爐具單元為工作狀態時，該第一爐具單元為非工作狀態。
  17. 如申請專利範圍第13項該具分時控制功能電磁爐具架構之操作方法，其中每一該爐具單元係為一電磁爐。
  18. 如申請專利範圍第13項該具分時控制功能電磁爐具架構之操作方法，其中每一該開關單元係分別為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一雙載子接面電晶體(BJT)或一絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。
TW100131961A 2011-09-05 2011-09-05 具分時控制功能之電磁爐具架構及其操作方法 TWI465218B (zh)

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