TWI532288B - 控制電能效率的系統和方法 - Google Patents

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控制電能效率的系統和方法
本揭露係關於一種控制電能效率的系統和方法。特別是關於一種改善電能傳輸效率的系統和方法。
一般電能傳輸的方式是使用驅動電源在一串聯諧振電路上來產生諧振頻率的電磁波，以傳輸應用於感應加熱或其他電能變換。其中驅動電源的技術演進已由停機切換電容，到晚近使用真空管振盪切換，再至利用功率半導體做為切換工具等等方式。
第一圖是一示意圖，說明一種驅動串聯諧振電路的架構圖。參考第一圖，使用兩個電晶體G1和G2來驅動一串聯諧振電路，即電容C和電感L的串聯諧振電路。其中驅動的頻率，即驅動電晶體G1和G2的頻率一般是固定的，即近似或等於串聯諧振電路的諧振頻率，以產生較高電能的電磁波來傳輸應用。然而此諧振頻率因串聯諧振電路中電容C和電感L元件值的變動而產生變化。不同產品的這些元件值在常溫時即有差 異，而上述固定的驅動頻率無法近似或等於因元件值變化而變動的諧振頻率，進而導致電能效率的低落。
因此，為改善上述以固定的驅動頻率驅動串聯諧振電路元件，而串聯諧振電路元件值的變化會導致電能效率低落的缺點，本揭露提出一種控制電能效率的技術，可以改善電能傳輸效率。
本揭露實施例可提供關於一種控制電能效率的系統和方法。
所揭露的一實施例是關於一種控制電能效率的系統，此系統包含一串聯諧振電路、一開關模組、一偵測模組、以及一控制模組。其中串聯諧振電路連接開關模組以產生諧振頻率的信號；偵測模組連接串聯諧振電路來偵測串聯諧振電路的信號；控制模組連接偵測模組，依據偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送控制信號來控制開關模組以使得串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號。
所揭露的另一實施例是關於一種控制電能效率的方法，此方法包括：使用一串聯諧振電路連接一開關模組以產生諧振頻率的信號；使用一偵測模組來偵測串聯諧振電路的信號；使用一控制模組依據偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且 傳送控制信號來控制開關模組以使得串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號。
茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本揭露之其他優點詳述於後。
200‧‧‧控制電能效率的系統
210‧‧‧串聯諧振電路
220‧‧‧開關模組
230‧‧‧偵測模組
240‧‧‧控制模組
410‧‧‧電壓信號
410‧‧‧電流信號
510‧‧‧控制信號
520‧‧‧控制信號
610‧‧‧使用一串聯諧振電路連接一開關模組以產生諧振頻率的信號
620‧‧‧使用一偵測模組來偵測串聯諧振電路的信號
630‧‧‧使用一控制模組依據偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送控制信號來控制開關模組以使得串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號
第一圖是一示意圖，說明一般無線電力傳輸架構。
第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明控制電能效率的系統。
第三圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中控制電能效率的系統的串聯諧振電路。
第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中的控制電能效率的系統的串聯諧振電路和開關模組。
第五圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中控制電能效率的系統的控制模組所產生的控制信號。
第六圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明一種控制電能效率的方法。
本揭露提出一種控制電能效率的技術。此技術具有產生穩定諧振頻率信號的功能，以提高電能傳輸的效率。
第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明控制電能效率的系統。如第二圖中控制電能效率的系統200所示，此系統係包含一串聯諧振電路210、一開關模組220、一偵測模組230、以及一控制模組240。其中串聯諧振電路210連接開關模組220以產生諧振頻率的信號；偵測模組230連接串聯諧振電路210來偵測串聯諧振電路的信號；控制模組240連接偵測模組230，依據偵測模組230偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送控制信號來控制開關模組220以使得串聯諧振電路210輸出穩定的諧振信號。
根據第二圖中控制電能效率的系統的實施範例，其中串聯諧振電路210是用於產生諧振頻率的信號。第三圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中控制電能效率的系統的串聯諧振電路。如第三圖所示，串聯諧振電路可以例如是電感LX和電容CX的串聯電路，還可以在電感LX的輸出端分別連接電容C1和電容C2到電源端和接地端。
根據第二圖中控制電能效率的系統的實施範例，串聯諧振電路210是連接開關模組220以產生諧振頻率的信號。第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中的控制電能效率的系統的串聯諧振電路210和開關模組220。如第四圖所示，其中串聯諧振電路210是第三圖所示的電感LX和電容CX的串聯電路，以及連接的電容C1和電容C2，而開關模組220是由兩個開關S1和S2所組成。在第四圖中，開關模組的開關S1的兩端點分別連接到電源端和電容CX，開關S2的兩端點 分別連接到接地端和電容CX。第四圖中的連接架構可使得電源端經由開關S1和S2提供電力來驅動串聯諧振電路產生諧振頻率的信號。上述開關模組的開關S1和S2可以經由半導體技術來實現，例如兩個或配對的是SCR、GTO、IGBT、或MOSFET等THYRISTOR半導體元件。
根據第二圖中控制電能效率的系統的實施範例，偵測模組230連接串聯諧振電路210來偵測串聯諧振電路的信號，即連接上述電感LX和電容CX的串聯諧振電路來偵測信號。此偵測模組可以偵測例如是電感LX連接電容C1和電容C2的輸出端點的電壓信號(第四圖中410)的峰值，以及流經電感LX的電流信號(第四圖中420)的峰值。偵測模組偵測可以將上述電壓信號的峰值和電流信號的峰值傳送到控制模組。
如前所述，控制模組240連接偵測模組230，依據偵測模組230偵測的電壓信號的峰值和電流信號的峰值來產生一控制信號。第五圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明第二圖中控制電能效率的系統的控制模組所產生的控制信號。第五圖中，控制模組所產生的控制信號是兩個相互交錯的信號，例如是控制信號510和控制信號520，來控制上述開關模組的開關S1和S2的開或關，即斷路或短路。此交錯的控制信號510和控制信號520可以是脈波寬度固定，而脈波週期調變的信號。即控制信號510和控制信號520脈波寬度T是固定的寬度，而脈波週期是可調變的，其中脈波寬度T是使得開關S1和S2短路(接通)的時間。
如前所述，控制模組是依據偵測的電壓信號的峰值和電流信號的峰值來產生第五圖中的控制信號510和控制信號520。 首先控制模組設定控制信號510和控制信號520為固定脈波寬度而其脈波週期是一預設的脈波週期的信號。接者控制模組依據偵測的電壓信號的峰值和電流信號的峰值來調整脈波週期，即持續減少控制信號510和控制信號520的脈波週期，此將導致偵測的電壓信號的峰值或電流信號的峰值持續增加。當電壓信號的峰值或電流信號的峰值維持在最高值時，控制模組則不再減少控制信號510和控制信號520的脈波週期，即維持固定的脈波週期。此時控制模組傳送的控制信號維持固定的脈波週期來控制開關模組220，因而使得串聯諧振電路210輸出穩定的諧振信號。控制模組也可以設定一電壓信號臨界值和一電流信號臨界值，當電壓信號的峰值達到此電壓信號臨界值或電流信號的峰值達到此電流信號臨界值其中之一時，控制模組不再調整控制信號的脈波週期，即不再減少(維持)控制信號的脈波週期。
根據另一個實施範例，第六圖說明一種控制電能效率的方法，此方法包括：使用一串聯諧振電路連接一開關模組以產生諧振頻率的信號(步驟610)；使用一偵測模組來偵測串聯諧振電路的信號(步驟620)；使用一控制模組依據偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送控制信號來控制開關模組以使得串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號(步驟630)。
如前所述，第六圖所使用的並聯諧振電路可以例如是電感LX和電容CX的串聯電路。而開關S1和S2可以經由半導體技術來實現，例如是兩個或配對的SCR、GTO、IGBT、MOSFET、以及THYRISTOR半導體元件。
在第六圖中，所使用的偵測模組可以偵測例如是電感LX的電壓信號的峰值，以及流經電感LX的電流信號的峰值。而控制模組可以依據偵測的電壓信號的峰值和電流信號的峰值經由類比/數位訊號轉換後，透過編輯之程式軟體，以快速又精確之演算，送出適當之脈衝擊發訊號來產生控制信號。此控制信號例如是脈波寬度固定，而脈波週期調變的信號，並且控制模組可以例如是先設定此脈波週期調變控制信號為一預設的脈波週期的信號，接著控制模組依據偵測模組偵測的信號來調整脈波週期。控制模組也可以設定一電壓信號臨界值和一電流信號臨界值，當電壓信號的峰值達到此電壓信號臨界值或電流信號的峰值達到此電流信號臨界值其中之一時，控制模組不再調整控制信號的脈波週期。
綜上所述，本揭露提出一種控制電能效率的技術，以克服串聯諧振電路元件值的變動而導致電能傳輸效率低落的缺點。此技術依據偵測串聯諧振電路元件的信號來控制開關模組以使得串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號，因而可以改善電能傳輸效率。在經濟效益上，直接體現在電能的節約，所量測的數據，傳統市場上的設備可與本專利內容的設備相差達三倍。
以上所述者皆僅為本揭露實施例，不能依此限定本揭露實施之範圍。大凡本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍。
200‧‧‧控制電能效率的系統
210‧‧‧串聯諧振電路
220‧‧‧開關模組
230‧‧‧偵測模組
240‧‧‧控制模組

Claims (7)

  1. 一種控制電能效率的系統，此系統係包含：一串聯諧振電路；一開關模組，連接該串聯諧振電路以產生諧振頻率的信號；一偵測模組，連接該串聯諧振電路來偵測串聯諧振電路的信號；以及一控制模組，連接該偵測模組，依據該偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送該控制信號來控制該開關模組以使得該串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號；其中該串聯諧振電路是一電感和一電容的串聯電路，且該偵測模組偵測該串聯諧振電路的該電感的電壓信號的峰值，以及流經該電感的電流信號的峰值，且該控制信號是脈波寬度固定，而脈波週期可變的信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該開關模組是由兩個或配對的SCR、GTO、IGBT、MOSFET或THYRISTOR半導體元件的開關所組成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該控制模組先設定該控制信號為一預設的脈波週期的信號，接著該控制模組依據該偵測模組偵測的信號來調整該脈波週期。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該控制模組設定一電壓信號臨界值和一電流信號臨界值，當該電壓信號的峰值達到該電壓信號臨界值或該電流信號的峰值達到該電流信號臨界值的其中之一時，該控制模組固定該控制信號。
  5. 一種控制電能效率的方法，該方法包括：使用一串聯諧振電路連接一開關模組以產生諧振頻率的信號；使用一偵測模組來偵測該串聯諧振電路的信號；以及使用一控制模組依據該偵測模組偵測的信號來產生一控制信號，並且傳送該控制信號來控制該開關模組以使得該串聯諧振電路輸出穩定的諧振信號；其中該串聯諧振電路是一電感和一電容的串聯電路，且該偵測模組偵測該電感的電壓信號的峰值，以及流經該電感的電流信號的峰值，且該控制信號是脈波寬度固定，而脈波週期可變的信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該控制模組先設定該控制信號為一預設的脈波週期的信號，接著該控制模組依據該偵測模組偵測的信號來調整該脈波週期。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該控制模組設定一電壓信號臨界值和一電流信號臨界值，當該電壓信號的峰值達到該電壓信號臨界值或該電流信號的峰值達到該電流信號臨界值的其中之一時，該控制模組固定該控制信號。
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