TWI625070B - Induction heating frequency adjustment device - Google Patents

Abstract

一種感應加熱頻率調整裝置，包括有一微控器、一全橋逆變電路、一輸出匹配器、一線圈負載、一電壓偵測電路、一電流偵測電路、一濾波器及一比較電路，其中微控器用以輸出一控制諧振頻率之控制訊號至全橋逆變電路，並透過輸出匹配器加熱線圈負載；電壓及電流偵測電路分別用以偵測全橋逆變電路或輸出匹配器之電壓及電流波形，且由比較電路經比較而產生一判斷訊號及一類比訊號，並分別傳送至微控器及濾波器；濾波器將類比訊號轉換為一直流準位訊號再傳送至微控器；微控器則依據上述判斷訊號及直流準位訊號產生控制訊號。

Description

感應加熱頻率調整裝置

本發明與感應加熱裝置有關，尤指一種可調整頻率之感應加熱裝置。

按，感應加熱器係利用電磁感應來加熱電導體，會在金屬中產生渦電流，且此渦電流遭遇金屬中的電阻而產生熱。然而在加熱過程中，隨著溫度上升，感應加熱的效率會降低；換言之，欲維持感應加熱的最佳效率，則須改變輸入電源的諧振頻率，惟目前習知的感應加熱器並無可改變諧振頻率的裝置，故其在加熱過程中效率會越來越差，整體上造成耗能的缺點。

此外，習知感應加熱器亦未設置可計算諧振頻率改變量的裝置，無法得知在加熱過程中須對諧振頻率改變多少以達到最佳加熱效率，實有極大的改進空間。

有鑑於此，如何改進上述問題即為本發明所欲解決之首要課題。

本發明之主要目的在於提供一種感應加熱頻率調整裝置，其在加熱過程中進行電壓與電流之波形比較，並利用其結果判斷是否需要改變諧振頻率，藉以達到最佳的加熱效率。

本發明之另一目的在於將溫度與諧振頻率之對應變化加以記錄為一執行程序，藉此在往後以相同條件進行加熱時，可直接套用該執行程序，達到減少判斷程序而節省功耗之功效。

為達前述之目的，本發明提供一種感應加熱頻率調整裝置，其包括有一微控器、一全橋逆變電路、一輸出匹配器、一線圈負載、一電壓偵測電路、一電流偵測電路、一濾波器及一比較電路，其中： 　　該微控器用以輸出一控制諧振頻率之控制訊號至該全橋逆變電路； 　　該全橋逆變電路依據該控制訊號進行直流與交流的電壓轉換，並透過該輸出匹配器加熱該線圈負載； 　　該電壓偵測電路用以偵測該全橋逆變電路或該輸出匹配器之電壓波形； 　　該電流偵測電路用以偵測該全橋逆變電路或該輸出匹配器之電流波形； 　　該比較電路用以接收並比較上述電壓及電流的波形而產生一判斷訊號及一類比訊號，該比較電路將該判斷訊號傳送至該微控器，且將該類比訊號傳送至該濾波器；其中該判斷訊號包括有一表示該電壓波形超前該電流波形之第一數位訊號，以及一表示該電壓波形落後該電流波形之第二數位訊號；該類比訊號表示該電壓波形與該電流波形之差距，其中該類比訊號之振幅與兩波形之差距大小呈比例相關； 　　該濾波器用以將該類比訊號轉換為一直流準位訊號，並傳送至該微控器；該微控器依據該判斷訊號及該直流準位訊號產生該控制訊號。

於一實施例中，更包括有一溫度回授電路，其電性連接於該微控器及該線圈負載，用以偵測該線圈負載的溫度，並傳回該微控器。

更進一步地，該溫度回授電路包括有一記錄單元，用以記錄一關於該微控器所輸出的諧振頻率與該線圈負載之溫度的對應關係；上述該對應關係可寫入該微控器，令該微控器依該溫度回授電路所測得之溫度直接輸出對應之諧振頻率的控制訊號。

而本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中獲得深入了解。

請參閱第１圖，所示者為本發明提供之感應加熱頻率調整裝置的第一實施例，其包括有一微控器１１、一全橋逆變電路１２、一輸出匹配器１３、一線圈負載１４、一電壓偵測電路１５、一電流偵測電路１６、一濾波器１７及一比較電路１８。該微控器１１可輸出一控制訊號至該全橋逆變電路１２，其中該控制訊號係用以控制輸入電源的諧振頻率；該全橋逆變電路１２則依據該控制訊號將直流電轉換成高頻的感應式交流訊號，並透過該輸出匹配器１３加熱該線圈負載１４。於本實施例中，該線圈負載１４可以是模具內建線圈、外掛式線圈或料管線圈等。

承上，該電壓偵測電路１５用以偵測該全橋逆變電路１２或該輸出匹配器１３之電壓波形；另一方面，該電流偵測電路１６用以偵測該全橋逆變電路１２或該輸出匹配器１３之電流波形。該電壓偵測電路１５及該電流偵測電路１６所測得之電壓波形及電流波形被傳送至該比較電路１８，且由該比較電路１８將二者加以比較，並進而產生一判斷訊號及一類比訊號。

前述該比較電路１８將電壓波形及電流波形比較之結果有二，一者為第２圖所示電壓波形領先電流波形的狀態，另一者為第３圖所示電壓波形落後電流波形的狀態。當電壓波形領先電流波形時，該比較電路１８生成一定義為第一數位訊號之判斷訊號，並傳送至該微控器１１；而當電壓波形落後電流波形時，該比較電路１８生成一定義為第二數位訊號之判斷訊號，並傳送至該微控器１１。另一方面，該比較電路１８可依電壓波形與電流波形之差距生成一類比訊號，其中該類比訊號之振幅與兩波形之差距大小呈比例相關，並傳送至該濾波器１７。

接著，該濾波器１７可將該類比訊號轉換為一直流準位訊號，並傳送至該微控器１１，而該微控器１１則依據該判斷訊號及該直流準位訊號產生該控制訊號，藉以控制全橋逆變電路１２輸出的諧振頻率。

藉由上述裝置之說明，本發明可在感應加熱的作動期間，隨著溫度的上升，持續地利用該電壓偵測電路１５及該電流偵測電路１６測得電壓波形及電流波形，且由該比較電路１８根據兩波形的差距狀態做即時的判斷，並通知該微控器１１產生控制訊號。詳如第４圖所示，其為兩波形之各種狀態的整合示意圖，定義左半邊之Ｃ區為電壓波形落後電流波形的狀態，右半邊之Ｌ區為電壓波形領先電流波形的狀態，二者交界處為兩波形重合而未有領先或落後之狀態，而橫軸方向之距離則表示兩波形之差距大小。據此，當該比較電路１８判斷某一時間點的感應加熱狀態落於Ｃ區之Ｐ１點時，表示當時的加熱效率較差，該比較電路１８將送出該第二數位訊號及該類比訊號，令該微控器１１產生改變諧振頻率之控制訊號，進而使感應加熱狀態朝Ｌ區移動，以改善加熱效率。另一方面，當該比較電路１８判斷某一時間點的感應加熱狀態落於Ｌ區之Ｐ２點時，表示當時的加熱效率良好，該比較電路１８將送出該第一數位訊號及該類比訊號，令該微控器１１維持當時的諧振頻率；惟若Ｐ２點距離中心線較遠時，該比較電路１８亦可令該微控器１１產生改變諧振頻率之控制訊號，而使感應加熱狀態朝中心線移動，令加熱效率更佳。

第５圖所示者為本發明之第二實施例，其以前述第一實施例為基礎，並增加一溫度回授電路１９，其電性連接於該微控器１１及該線圈負載１４，用以偵測該線圈負載１４的溫度，並傳回該微控器１１。於本實施例中，該溫度回授電路１９包括有一記錄單元（圖中未示），用以在每次使用本發明進行感應加熱時，將該微控器１１所輸出的諧振頻率與該線圈負載１４之溫度的對應關係加以記錄。據此，往後使用本發明進行相同操作條件的感應加熱時，即可直接套用該記錄，當該溫度回授電路１９測得當前溫度數值時，該微控器１１可依該記錄取得對應的諧振頻率數值，並直接送出控制訊號，無須等待該電壓偵測電路１５及該電流偵測電路１６測得電壓波形及電流波形，以及該比較電路１８根據兩波形的差距狀態做出判斷，即可迅速產生控制訊號。

此外更進一步地，上述該記錄單元可為外部的電腦系統所有，藉由外部的電腦將該微控器１１所輸出的諧振頻率與該線圈負載１４之溫度的對應關係製成表格資料後，可將其建立為一執行程序並寫入該微控器１１，令該微控器１１依該溫度回授電路１９所測得之溫度直接輸出對應之諧振頻率的控制訊號，達到減少判斷程序以縮短反應時間，進而節省功耗之功效。

惟，以上實施例之揭示僅用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

綜上所述，可使熟知本項技藝者明瞭本發明確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰依法提出申請。

１１‧‧‧微控器

１２‧‧‧全橋逆變電路

１３‧‧‧輸出匹配器

１４‧‧‧線圈負載

１５‧‧‧電壓偵測電路

１６‧‧‧電流偵測電路

１７‧‧‧濾波器

１８‧‧‧比較電路

１９‧‧‧溫度回授電路

第１圖為本發明第一實施例之架構方塊示意圖； 第２圖為輸入電源之電壓與電流的波形示意圖，表示電壓波形領先電流波形的狀態； 第３圖為輸入電源之電壓與電流的波形示意圖，表示電流波形領先電壓波形的狀態； 第４圖為使用本發明所產生各種狀態之整合波形示意圖； 第５圖為本發明第二實施例之架構方塊示意圖。

Claims (3)

1. 一種感應加熱頻率調整裝置，其包括有一微控器、一全橋逆變電路、一輸出匹配器、一線圈負載、一電壓偵測電路、一電流偵測電路、一濾波器及一比較電路，其中： 　　該微控器用以輸出一控制諧振頻率之控制訊號至該全橋逆變電路； 　　該全橋逆變電路依據該控制訊號進行直流與交流的電壓轉換，並透過該輸出匹配器加熱該線圈負載； 　　該電壓偵測電路用以偵測該全橋逆變電路或該輸出匹配器之電壓波形； 　　該電流偵測電路用以偵測該全橋逆變電路或該輸出匹配器之電流波形； 　　該比較電路用以接收並比較上述電壓及電流的波形而產生一判斷訊號及一類比訊號，該比較電路將該判斷訊號傳送至該微控器，且將該類比訊號傳送至該濾波器；其中該判斷訊號包括有一表示該電壓波形超前該電流波形之第一數位訊號，以及一表示該電壓波形落後該電流波形之第二數位訊號；該類比訊號表示該電壓波形與該電流波形之差距，其中該類比訊號之振幅與兩波形之差距大小呈比例相關； 　　該濾波器用以將該類比訊號轉換為一直流準位訊號，並傳送至該微控器；該微控器依據該判斷訊號及該直流準位訊號產生該控制訊號。
2. 如請求項１所述之感應加熱頻率調整裝置，其中，更包括有一溫度回授電路，其電性連接於該微控器及該線圈負載，用以偵測該線圈負載的溫度，並傳回該微控器。
3. 如請求項２所述之感應加熱頻率調整裝置，其中，該溫度回授電路包括有一記錄單元，用以記錄一關於該微控器所輸出的諧振頻率與該線圈負載之溫度的對應關係；上述該對應關係可寫入該微控器，令該微控器依該溫度回授電路所測得之溫度直接輸出對應之諧振頻率的控制訊號。