TWI655880B - 電磁感應加熱裝置及其保護控制電路 - Google Patents

Abstract

本案提出一種電磁感應加熱裝置及其保護控制電路。電磁感應加熱裝置包含電源輸入端、電源轉換單元、脈衝產生單元、開關單元、諧振單元、線圈電流偵測單元、相位偵測單元及控制單元。諧振單元包含線圈。開關單元包含第一開關及第二開關。線圈電流偵測單元根據線圈電流產生電流訊號。相位偵測單元偵測第一開關之開關控制訊號與第二開關之開關控制訊號中之任一者之負緣與電流訊號之負緣之間之時間寬度。控制單元根據前述時間寬度控制脈衝產生單元。

Description

電磁感應加熱裝置及其保護控制電路

本案是關於一種加熱裝置，且特別是電磁感應加熱裝置。

傳統的電磁爐的主迴路電路包含有一諧振電路以及一開關。藉由脈衝寬度調變訊號一控制開關之導通，諧振電路所包含之諧振線圈能在PWM動作時產生磁場，進而產生渦電流而產生熱量，以達到對食物加熱之目的。

然而，傳統的電磁爐在設定功率較小時其工作狀態不連續，也就是電磁爐的工作狀態區分為工作週期與不工作週期，電磁爐之控制單元會根據使用者設定之功率來調節開關之導通時間以設定前述工作週期與不工作週期的時間長度，這樣的工作方式並無法真正實現小功率的工作狀態，且以工作狀態不連續之電磁爐對食物進行加熱，將食物煮沸所需之時間較長，較為耗電。

再者，當電磁爐的功率設定較大功率時，開關的導通時間將達到最大，由於交流輸入電壓不穩定，具有一定的波動幅度，若輸入電壓達到高壓，例如264V，諧振電路進行諧振之波峰會接近1200V，有時甚至會達到開關的耐壓值，導致開關有過壓損壞之風險，嚴重時甚至會造成電磁爐燒機。因此，如何使電磁爐更省電且更為安全係當前極重要之課題之 一。

有鑑於此，本案提出一種電磁感應加熱裝置及其保護控制電路。

在一實施例中，電磁感應加熱裝置包含電源輸入端、電源轉換單元、脈衝產生單元、開關單元、諧振單元、線圈電流偵測單元、相位偵測單元及控制單元。電源輸入端接收交流電源。電源轉換單元根據交流電源產生直流電源。脈衝產生單元產生第一開關控制訊號及第二開關控制訊號，第一開關控制訊號及第二開關控制訊號係為脈衝寬度調變訊號。開關單元耦接脈衝產生單元，開關單元包含第一開關及第二開關。第一開關根據第一開關控制訊號導通，第二開關，耦接第一開關，第二開關根據第二開關控制訊號導通而與第一開關之間擇一地導通。諧振單元耦接於電源轉換單元與開關單元之間，諧振單元包含第一電容、耦接第一電容之第二電容以及線圈。線圈耦接第一開關及第二開關之間之第一連接點與第一電容及第二電容之間之第二連接點之間，線圈於PWM動作時根據直流電源產生驅使電磁感應加熱裝置進行加熱。線圈電流偵測單元耦接前述線圈，以在PWM動作時偵測流經線圈之電流以產生電流訊號；相位偵測單元耦接脈衝產生單元及線圈電流偵測單元，以偵測第一開關控制訊號與第二開關控制訊號中之任一者之負緣與電流訊號之負緣之間之時間寬度。控制單元根據前述時間寬度是否等於零或時間寬度是否小於預設時間寬度控制脈衝產生單元執行一保護控制。

在一實施例中，適於電磁感應加熱裝置之保護控制電路包含 脈衝產生單元、開關單元、諧振單元、線圈電流偵測單元、相位偵測單元及控制單元。脈衝產生單元產生第一開關控制訊號及第二開關控制訊號，第一開關控制訊號及第二開關控制訊號係為脈衝寬度調變訊號。開關單元耦接脈衝產生單元，開關單元包含第一開關及第二開關。第一開關根據第一開關控制訊號導通，第二開關，耦接第一開關，第二開關根據第二開關控制訊號導通而與第一開關之間擇一地導通。諧振單元耦接於電源轉換單元與開關單元之間，諧振單元包含第一電容、耦接第一電容之第二電容以及線圈。線圈耦接第一開關及第二開關之間之第一連接點與第一電容及第二電容之間之第二連接點之間，線圈於PWM動作時根據直流電源產生驅使電磁感應加熱裝置進行加熱。線圈電流偵測單元耦接前述線圈，以在PWM動作時偵測流經線圈之電流以產生電流訊號；相位偵測單元耦接脈衝產生單元及線圈電流偵測單元，以偵測第一開關控制訊號與第二開關控制訊號中之任一者之負緣與電流訊號之負緣之間之時間寬度。控制單元根據前述時間寬度是否等於零或時間寬度是否小於預設時間寬度控制脈衝產生單元執行一保護控制。

100‧‧‧電源輸入端

1001‧‧‧正極端

1002‧‧‧負極端

101‧‧‧電源轉換單元

1011‧‧‧整流單元

1012‧‧‧濾波單元

102‧‧‧脈衝產生單元

1021‧‧‧PWM產生電路

1022‧‧‧互補式PWM產生電路

1023‧‧‧延遲控制電路

1024‧‧‧極性控制電路

103‧‧‧開關單元

1031‧‧‧第一開關

1032‧‧‧第二開關

104‧‧‧諧振單元

1041‧‧‧第一電容

1042‧‧‧第二電容

1043‧‧‧線圈

105‧‧‧線圈電流偵測單元

1051‧‧‧感測電路

1052‧‧‧轉換電路

106‧‧‧相位偵測單元

1061‧‧‧偵測電路

1062‧‧‧保護電路

107‧‧‧控制單元

108‧‧‧驅動單元

1081‧‧‧第一驅動電路

1082‧‧‧第二驅動電路

109‧‧‧線圈過電流偵測單 元

110‧‧‧電源過電壓偵測單元

111‧‧‧電源電流偵測單元

1111‧‧‧感測電路

1112‧‧‧轉換電路

112‧‧‧負載偵測單元

AT0‧‧‧PWM訊號

AT1‧‧‧PWM訊號

AB0‧‧‧PWM訊號

AB1‧‧‧PWM訊號

C01‧‧‧第一電流訊號

C02‧‧‧第二電流訊號

CT71‧‧‧電流檢知器

DT0‧‧‧延遲時間

DT1‧‧‧延遲時間

GATA1‧‧‧第一開關控制訊號

GATA2‧‧‧第二開關控制訊號

N1‧‧‧第一連接點

N2‧‧‧第二連接點

OVP‧‧‧過電壓訊號

OCP1‧‧‧過電流訊號

OCP2‧‧‧過電流訊號

OCP3‧‧‧過電流訊號

PHASE1‧‧‧相位訊號

PHASE2‧‧‧相位訊號

PROTECT1‧‧‧保護訊號

PROTECT2‧‧‧保護訊號

R71‧‧‧電阻

R72‧‧‧電阻

R73‧‧‧電阻

S1‧‧‧脈波產生控制訊號

S2‧‧‧PWM訊號

T1‧‧‧第一時間寬度

T2‧‧‧第二時間寬度

TTH1‧‧‧第一預設時間寬度

TTH2‧‧‧第二預設時間寬度

V1‧‧‧預定電壓

V2‧‧‧預定電壓

V3‧‧‧預定電壓

VAC0‧‧‧電壓訊號

VAC1‧‧‧電壓訊號

VAC‧‧‧電壓訊號

VCS1‧‧‧感測訊號

VCS2‧‧‧感測訊號

VCS3‧‧‧感測訊號

I、II‧‧‧操作區間

[圖1]為根據本案之電磁感應加熱裝置之一實施例之電路示意圖。

[圖2]為根據本案之電磁感應加熱裝置之另一實施例之電路示意圖。

[圖3]為電磁感應加熱裝置之操作區間之一實施例之示意圖。

[圖4]為脈衝產生單元之一實施例之電路示意圖。

[圖5]為圖4所示例之脈衝產生單元之各電路產生之各訊號之波形圖。

[圖6]為感測電路之一實施例之電路示意圖。

[圖7A]為轉換電路之第一實施例之電路示意圖。

[圖7B]為轉換電路之第二實施例之電路示意圖。

[圖7C]為轉換電路之第三實施例之電路示意圖。

[圖8A]為感測訊號與第一電流訊號之一實施例之波形圖。

[圖8B]為感測訊號與第二電流訊號之一實施例之波形圖。

[圖9A]為相位偵測單元之一實施例之電路示意圖。

[圖9B]為相位偵測單元之另一實施例之電路示意圖。

[圖10]為開關控制訊號、電流訊號、相位訊號及保護訊號之一實施例之波形圖。

[圖11]為線圈過電流偵測單元之一實施例之電路示意圖。

[圖12]為線圈過電流偵測單元之一實施例之波形圖。

[圖13]為電源過電壓偵測單元之一實施例之電路示意圖。

圖1及圖2分別為根據本案之電磁感應加熱裝置之一實施例之電路示意圖。請合併參照圖1及圖2，電磁感應加熱裝置包含電源輸入端100、電源轉換單元101、脈衝產生單元102、開關單元103、諧振單元104、線圈電流偵測單元105、相位偵測單元106及控制單元107。電源輸入端100耦接電源轉換單元101，諧振單元104耦接在電源轉換單元101與開關單元103之間，開關單元103耦接脈衝產生單元102，脈衝產生單元102耦接控制單元107。線圈電流偵測單元105耦接於諧振單元104與相位偵測單元106之間。相位偵測單元106耦接於脈衝產生單元102與控制單元107之間，且 與接於線圈電流偵測單元105與控制單元107之間。

在一實施例中，脈衝產生單元102、開關單元103、諧振單元104、線圈電流偵測單元105、相位偵測單元106及控制單元107係為電磁感應加熱裝置之保護控制電路，也就是電磁感應加熱裝置包含一保護控制電路，而前述之保護控制電路至少包含脈衝產生單元102、開關單元103、諧振單元104、線圈電流偵測單元105、相位偵測單元106及控制單元107，保護控制電路能避免電磁感應加熱裝置燒機而損壞。

電源輸入端100接收來自外部電源之一交流電源。電源輸入端100可具有正極端1001及負極端1002。電源轉換單元101接收來自於電源輸入端100之交流電源，並根據交流電源產生直流電源。

脈衝產生單元102受控於控制單元107，脈衝產生單元102根據控制單元107之控制而產生具有相應頻率之第一開關控制訊號GATA1及第二開關控制訊號GATA2。第一開關控制訊號GATA1及第二開關控制訊號GATA2均為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation；PWM)訊號。

開關單元103包含第一開關1031及第二開關1032。第一開關1031根據脈衝產生單元102產生之第一開關控制訊號GATA1導通。第二開關1032根據脈衝產生單元102產生之第二開關控制訊號GATA2導通。第二開關1032與第一開關1031之間係擇一地導通，也就是當第一開關1031導通時，第二開關1032不導通，當第二開關1032導通時，第一開關1031不導通。在一實施例中，第一開關1031及第二開關1032可根據高電位導通，且第一開關控制訊號GATA1與第二開關控制訊號GATA2之間於相同時間點之電位係互為反相。於此，當第一開關控制訊號GATA1具有高電位時，第二開 關控制訊號GATA2具有低電位，此時第一開關1031導通而第二開關1032不導通；當第一開關控制訊號GATA1具有低電位時，第二開關控制訊號GATA2具有高電位，此時第一開關1031不導通而第二開關1032導通。

諧振單元104包含第一電容1041、第二電容1042及線圈1043。第一電容1041耦接第二電容1042。線圈1043之一端耦接第一開關1031及第二開關1032之間之第一連接點N1，線圈1043之另一端耦接第一電容1041及第二電容1042之間之第二連接點N2，也就是線圈1043耦接在第一連接點N1與第二連接點N2之間。基此，當PWM動作期間，線圈1043進行諧振，線圈1043於第一開關1031與第二開關1032交互導通時根據電源轉換單元101產生之直流電源與第一電容1041及第二電容1042交互產生振盪。

進一步，線圈電流偵測單元105能偵測流經線圈1043之電流。在PWM動作期間，如圖1所示，線圈電流偵測單元105偵測流經線圈1043之電流而產生一電流訊號，例如圖1所示例之第一電流訊號C01。

相位偵測單元106在PWM動作期間接收線圈電流偵測單元105產生之第一電流訊號C01，且相位偵測單元106接收脈衝產生單元102所產生之第一開關控制訊號GATA1及第二開關控制訊號GATA2中之任一者。以下及圖1係以相位偵測單元106自脈衝產生單元102接收第一開關控制訊號GATA1為例進行說明。在PWM動作期間，相位偵測單元106偵測第一開關控制訊號GATA1之負緣。當相位偵測單元106偵測出第一開關控制訊號GATA1之負緣時，相位偵測單元106偵測第一電流訊號C01之負緣，以偵測第一開關控制訊號GATA1之負緣與第一電流訊號C01之負緣之間之時 間寬度(為方便描述，以下稱為第一時間寬度)。

如圖1所示，相位偵測單元106可輸出表示第一時間寬度是否為零或是否小於第一預設時間寬度之保護訊號PROTECT1給控制單元107。於是，藉由保護訊號PROTECT1，控制單元107進一步判斷第一時間寬度是否等於零或是第一時間寬度是否小於第一預設時間寬度。當第一時間寬度等於零或是第一時間寬度小於第一預設時間寬度時，控制單元107控制脈衝產生單元102執行一保護控制，例如，控制單元107可控制脈衝產生單元102停止產生開關控制訊號GATA1、GATA2，或是控制脈衝產生單元102分別產生第三開關控制訊號及第四開關控制訊號給第一開關1031及第二開關1032，而第三開關控制訊號的頻率大於第一開關控制訊號GATA1，第四開關控制訊號的頻率大於第二開關控制訊號GATA2。如此一來，流經線圈1043之電流降低，進而避免流經線圈1043之電流過大而造成開關電路103燒毀，甚至是電磁感應加熱裝置燒機。

圖3係為電磁感應加熱裝置之操作區間之一實施例之示意圖，其中之橫軸係表示脈衝產生單元102所產生之開關控制訊號之頻率，縱軸係表示流經線圈1043之電流。請參照圖3，電磁感應加熱裝置係操作在電感性之操作區間II中。由圖3可知，在操作區間II中，若開關控制訊號之頻率愈大，則流經線圈1043之電流愈小。於是，當控制單元107判斷出第一時間寬度等於零或第一時間寬度小於第一預設時間寬度時，表示電磁感應加熱裝置之操作區間接近諧振頻率，也就是接近電容性之操作區間I，而控制單元107進一步控制脈衝產生單元102，致使電磁感應加熱裝置操作在電感性之操作區間II中，而不致落入電容性之操作區間I中，進而提升電磁 感應加熱裝置之安全性。

圖2係為電磁感應加熱裝置之另一實施例之電路示意圖，如圖2所示，線圈電流偵測單元105除了產生第一電流訊號C01之外，線圈電流偵測單元105亦可產生第二電流訊號C02。於此，相位偵測單元106除了接收第一開關控制訊號GATA1以及第一電流訊號C01之外，相位偵測單元106更接收第二開關控制訊號GATA2以及第二電流訊號C02，並在PWM動作期間偵測第二開關控制訊號GATA2之負緣。當相位偵測單元106偵測出第二開關控制訊號GATA2之負緣時，相位偵測單元106偵測第二電流訊號C02之負緣，以偵測第二開關控制訊號GATA2之負緣與第二電流訊號C02之負緣之間之時間寬度(為方便描述，以下稱為第二時間寬度)。接著，相位偵測單元106可輸出表示第二時間寬度是否為零或是否小於第二預設時間寬度之保護訊號PROTECT2給控制單元107，使控制單元107進一步根據第二時間寬度是否等於零或第二時間寬度是否小於第二預設時間寬度來控制脈衝產生單元102。當第二時間寬度等於零或是第二時間寬度小於第二預設時間寬度時，控制單元107控制脈衝產生單元102執行保護控制，例如前述之控制脈衝產生單元102停止產生開關控制訊號GATA1、GATA2，或是控制脈衝產生單元102分別產生第三開關控制訊號及第四開關控制訊號給第一開關1031及第二開關1032，而第三開關控制訊號的頻率大於第一開關控制訊號GATA1，第四開關控制訊號的頻率大於第二開關控制訊號GATA2。如此一來，根據兩電流訊號C01、C02，相位偵測單元106能在一週期內偵測兩次開關控制訊號與電流訊號之負緣之間之時間寬度，使控制單元107能即時地控制脈衝產生單元102執行保護控制。

在一實施例中，前述之第一預設時間寬度以及第二預設時間寬度可為任意非零之時間長度且第二預設時間寬度可相同或不同於第一預設時間寬度，例如，第一預設時間寬度及第二預設時間寬度均為5μs，或是第一預設時間寬度及第二預設時間寬度分別為5μs及10μs，控制單元107可根據第一時間寬度是否小於非為零之第一預設時間寬度或第二時間寬度是否小於非為零之第二預設時間寬度來控制脈衝產生單元102。

在一實施例中，線圈1043可為電感；第一開關1031及第二開關1032可以絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT)實現；控制單元107可為微控制器、內嵌式控制器或中央處理單元。

在一實施例中，請重新參照圖1及圖2，電源轉換單元101包含整流單元1011及濾波單元1012。整流單元1011耦接電源輸入端100。濾波單元1012耦接於整流單元1011與諧振單元104之間。整流單元1011能將自電源輸入端100輸入之交流電源進行整流而產生直流電源。濾波單元1012能對整流單元1011產生之直流電源進行濾波。諧振單元104之線圈1043接著再根據濾波後之直流電源產生加熱訊號。在一實施例中，整流單元1011可以全橋整流器實現，濾波單元1012可包含電感以及耦接於電感之電容。

在一實施例中，如前所述，脈衝產生單元102係產生互補式之第一開關控制訊號GATA1與第二開關控制訊號GATA2，也就是在同一時間點下，第一開關控制訊號GATA1與第二開關控制訊號GATA2之電位之間係互為反相。請合併參照圖1、圖2、圖4以及圖5，圖4為脈衝產生單元102之一實施例之電路示意圖，圖5為圖4所示例之脈衝產生單元102之各電路 產生之各訊號之波形圖。如圖4所示，脈衝產生單元102包含PWM產生電路1021、互補式PWM產生電路1022、延遲控制電路1023以及極性控制電路1024。PWM產生電路1021、互補式PWM產生電路1022、延遲控制電路1023以及極性控制電路1024之間依序串接。PWM產生電路1021耦接在控制單元107與互補式PWM產生電路1022之間，PWM產生電路1021接收控制單元107產生之脈波產生控制訊號S1，脈波產生控制訊號S1可包含一致能訊號以及一頻率控制訊號，PWM產生電路1021根據脈波產生控制訊號S1產生由頻率控制訊號指定之頻率之PWM訊號S2。接著，互補式PWM產生電路1022接收PWM訊號S2並根據PWM訊號S2產生互補之PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0。延遲控制電路1023自互補式PWM產生電路1022接收PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0並分別在PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0中插入一延遲時間DT0及一延遲時間DT1而分別產生PWM訊號AT1及PWM訊號AB1。最後，極性控制電路1024再決定PWM訊號AT1以及PWM訊號AB1是否需要進行反相而產生開關控制訊號GATA1及開關控制訊號GATA2。在此，圖5所示例之開關控制訊號GATA1與PWM訊號AT1之間係互為同相，且開關控制訊號GATA2與PWM訊號AB1之間亦互為同向。由圖5可看出，第二開關控制訊號GATA2之一負緣與第一開關控制訊號GATA1之正緣之間相差一延遲時間DT0，且第一開關控制訊號GATA1之一負緣與第二開關控制訊號GATA2之正緣之間相差一延遲時間DT1，如此一來，第一開關1031與第二開關1032之間係擇一地導通，進而避免第一開關1031與第二開關1032同時導通。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，線圈電流偵測單元105包 含感測電路1051及轉換電路1052。感測電路1051耦接在第二連接點N2與線圈1043之間，轉換電路1052耦接在感測電路1051與相位偵測單元106之間。如圖1所示，感測電路1051能感測流經線圈1043之電流並在PWM動作期間產生係為類比訊號之感測訊號VCS1。如圖2所示，在PWM動作期間，感測電路1051能感測流經線圈1043之電流並進一步產生亦為類比訊號之感測訊號VCS2。轉換電路1052接收感測訊號VCS1與感測訊號VCS2，轉換電路1052根據一預定電壓將感測訊號VCS1與感測訊號VCS2分別轉換為第一電流訊號C01及第二電流訊號C02，第一電流訊號C01及第二電流訊號C02係為數位訊號。

請合併參照圖6，圖6為感測電路1051之一實施例之電路示意圖。感測電路1051包含電流檢知器CT71、電阻R71、電阻R72、電阻R73。流經線圈1043的電流穿過電流感測器CT71，電流感測器CT71兩端感應出與流經線圈1043之電流等比例之另一電流。其中，電流感測器CT71兩端與電阻R71並聯且與電阻R72及電阻R73所構成的串聯電路並聯，電阻R72和R73相連接的節點處連接到一特定電壓。電流感測器CT71之其中一端能在PWM動作期間產生感測訊號VCS1給轉換電路1052，使轉換電路1052據以產生第一電流訊號C01。並且，在圖2所示例之實施例中，電流感測器CT71之另一端能在PWM動作期間產生感測訊號VCS2給轉換電路1052，使轉換電路1052據以產生第二電流訊號C02。

進一步，請合併參照圖7A及圖7B，圖7A及圖7B分別為轉換電路1052之第一實施例及第二實施例之電路示意圖。如圖7A所示，轉換電路1052包含比較器。比較器之兩輸入端分別接收感測訊號VCS1及預定電 壓V1，轉換電路1052根據預定電壓V1將感測訊號VCS1轉換為第一電流訊號C01。如圖7B所示，轉換電路1052可包含另一比較器，其兩輸入端分別接收感測訊號VCS2及預定電壓V1，轉換電路1052根據預定電壓V1將感測訊號VCS2轉換為第二電流訊號C02。在其他的實施例中，請參照圖7C，圖7C為轉換電路之第三實施例之電路示意圖，轉換電路1052所包含之另一比較器之兩輸入端亦可分別接收感測訊號VCS1、VCS2，以比較感測訊號VCS1、VCS2而產生第二電流訊號C02。

請合併參照圖8A及圖8B，圖8A及圖8B係分別為感測訊號VCS1與第一電流訊號C01之一實施例之波形圖以及感測訊號VCS2與第二電流訊號C02之一實施例之波形圖，如圖8A所示，當感測訊號VCS1大於預定電壓V1時，表示流過線圈1043的電流大小超過了預定電壓V1所對應的電流大小，第一電流訊號C01就會轉態。如圖8B所示，當感測訊號VCS2大於預定電壓V1時，表示流過線圈1043的電流大小超過了預定電壓V1所對應的電流大小，第二電流訊號C02就會轉態。

圖9A及圖9B分別為相位偵測單元106之一實施例之電路示意圖，圖10為開關控制訊號GATA1、GATA2、電流訊號C01、C02、相位訊號PHASE1、PHASE2以及保護訊號PROTECT1、PROTECT2之一實施例之波形圖。請合併參照圖1、圖2、圖9A、圖9B及圖10，相位偵測單元106包含偵測電路1061及保護電路1062，偵測電路1061耦接在線圈電流偵測單元105與保護電路1062之間，且耦接在脈衝產生單元102與保護電路1062之間。如圖9A所示，為了產生保護訊號PROTECT1，偵測電路1061接收線圈電流偵測單元105產生之第一電流訊號C01以及脈衝產生單元102 產生之開關控制訊號GATA1。

在PWM動作期間，偵測電路1061偵測開關控制訊號GATA1之負緣，當偵測電路1061偵測到開關控制訊號GATA1之負緣時，偵測週期即開始，偵測電路1061在偵測週期內自開關控制訊號GATA1之負緣根據具高電位之第一電流訊號C01產生具高電位之相位訊號PHASE1，直到偵測電路1061在偵測週期內偵測到第一電流訊號C01之負緣，偵測電路1061始產生具低電位之相位訊號PHASE1。

同樣地，如圖9B所示，為了產生保護訊號PROTECT2，偵測電路1061接收線圈電流偵測單元105產生之第二電流訊號C02以及脈衝產生單元102產生之開關控制訊號GATA2。在PWM動作期間，偵測電路1061偵測開關控制訊號GATA2之負緣，偵測週期即開始，當偵測電路1061在偵測週期內偵測到開關控制訊號GATA2之負緣時，偵測電路1061自開關控制訊號GATA2之負緣根據具高電位之第二電流訊號C02產生具高電位之相位訊號PHASE2，直到偵測電路1061偵測到第二電流訊號C02之負緣，偵測電路1061始產生具低電位之相位訊號PHASE2。

於此，保護電路1062能接收相位訊號PHASE1或同時接收相位訊號PHASE1及相位訊號PHASE2。在PWM動作期間，保護電路1062根據相位訊號PHASE1於高電位的時間寬度是否等於零或是第一時間寬度T1是否小於第一預設時間寬度TTH1來產生具有高電位之保護訊號PROTECT1。同樣地，在PWM動作期間，保護電路1062根據相位訊號PHASE2於高電位的時間寬度是否等於零或第二時間寬度T2是否小於第二預設時間寬度TTH2來產生具有高電位之保護訊號PROTECT2。詳細而 言，若相位訊號PHASE1於高電位的時間寬度等於零或是第一時間寬度T1小於第一預設時間寬度TTH1，保護電路1062產生具有高電位之保護訊號PROTECT1；若相位訊號PHASE2於高電位的時間寬度等於零或是第二時間寬度T2小於第二預設時間寬度TTH2，保護電路1062產生具有高電位之保護訊號PROTECT2。

控制單元107接收保護電路1062產生之保護訊號PROTECT1或是接收保護電路1062產生之保護訊號PROTECT1及保護訊號PROTECT2。控制單元107判斷保護訊號PROTECT1之電位是否具有高電位，也就是藉由保護訊號PROTECT1之電位來判斷相位訊號PHASE1於高電位的時間寬度是否等於零或是第一時間寬度T1是否小於第一預設時間寬度TTH1。當控制單元107判斷出保護訊號PROTECT1之電位具有高電位時，控制單元107進一步控制脈衝產生單元102，致使流經線圈1043之電流降低，使電磁感應加熱裝置操作在電感性之操作區間II。同樣地，控制單元107判斷保護訊號PROTECT2之電位是否具有高電位，也就是藉由保護訊號PROTECT2之電位來判斷相位訊號PHASE2於高電位的時間寬度是否等於零或是第二時間寬度T2是否小於第二預設時間寬度TTH2。當控制單元107判斷出保護訊號PROTECT2之電位具有高電位時，控制單元107可控制脈衝產生單元102，致使流經線圈1043之電流降低或致使電流停止流經線圈1043，使電磁感應加熱裝置操作在電感性之操作區間II。

在一實施例中，保護電路1062可進一步進行計時，以計算相位訊號PHASE1於高電位之第一時間寬度T1以及相位訊號PHASE2於高電位之第二時間寬度T2。詳細而言，保護電路1062包含計時器，在PWM動 作期間，保護電路1062自相位訊號PHASE1之正緣開始計時，直到相位訊號PHASE1之負緣停止計時而產生相位訊號PHASE1於高電位之第一時間寬度T1。同樣地，在PWM動作期間，保護電路106自相位訊號PHASE2之正緣開始計時，直到相位訊號PHASE2之負緣停止計時而產生相位訊號PHASE2於高電位之第二時間寬度T2。基此，保護電路1062可輸出第一時間寬度T1及第二時間寬度T2給控制單元107，使控制單元107計算第一時間寬度T1與第一預設時間寬度TTH1之間之時間差並計算第二時間寬度T2與第二預設時間寬度TTH2之間之時間差，以根據前述之兩時間差控制脈衝產生單元102產生具相應頻率之開關控制訊號。

基於上述實施例，所屬技術領域中具有通常知識者應能明瞭本案中所提及之高電位及低電位僅為示例，高電位與低電位之間可以互換，並不限於上述實施例。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，電磁感應加熱裝置更包含線圈過電流偵測單元109。線圈過電流偵測單元109耦接在線圈電流偵測單元105之感測電路1051與控制單元107之間。線圈過電流偵測單元109能判斷流經線圈1043之電流大小是否大於一預設值。圖11為線圈過電流偵測單元109之一實施例之電路示意圖，且圖11係以線圈過電流偵測單元109接收感測訊號VCS1為例。如圖11所示，線圈過電流偵測單元109可包含比較器，比較器之其中一輸入端接收預定電壓V2，比較器之另一輸入端接收感測電路1051產生之感測訊號VCS1，線圈過電流偵測單元109比較感測訊號VCS1與預定電壓V2，以將係為類比訊號之感測訊號VCS1轉換為係為數位訊號之過電流訊號OCP1。其中，圖12為線圈過電流偵測單元109之一實施 例之波形圖，如圖12所示，當感測訊號VCS1大於預定電壓V2時，過電流訊號OCP1具有高電位，表示流過線圈1043的電流大小超過預定電壓V2所對應的電流大小(即，前述之預設值)。於此，控制單元107能根據過電流訊號OCP1是否具有高電位來控制脈衝產生單元102停止產生開關控制訊號GATA1以及開關控制訊號GATA2，或是控制脈衝產生單元102產生具有較高頻率之其他開關控制訊號。另一方面，在PWM動作期間，線圈過電流偵測單元109亦可接收感測訊號VCS2，並根據預定電壓V2將感測訊號VCS2轉換為過電流訊號OCP2，使控制單元107進一步根據過電流訊號OCP2控制脈衝產生單元102，於此不再贅述。

再者，如圖1及圖2所示，電磁感應加熱裝置更包含電源過電壓偵測單元110。請合併參照圖1及圖13，圖13係為電源過電壓偵測單元110之一實施例之電路示意圖。電源過電壓偵測單元110耦接於電源輸入端100的正極端1001與負極端1002，且電源過電壓偵測單元110耦接於電源輸入端100與控制單元107之間。電源過電壓偵測單元110能判斷電源輸入端100兩端之間之端電壓是否大於一預設值。詳細而言，電源過電壓偵測單元110自正極端1001接收電壓訊號VAC0，並自負極端1002接收電壓訊號VAC1。電源過電壓偵測單元110包含比較器，電源過電壓偵測單元110根據電壓訊號VAC0及電壓訊號VAC1之電壓大小產生相應之電壓訊號VAC，電壓訊號VAC再輸入至比較器之正端，比較器比較電壓訊號VAC與預定電壓V3(即，前述之預設值)並產生係為數位訊號之過電壓訊號OVP，以表示電壓訊號VAC是否大於預定電壓V3。於此，控制單元107自電源過電壓偵測單元110接收電壓訊號VAC以及過電壓訊號OVP，並根據 電壓訊號VAC及過電壓訊號OVP之電位大小決定是否控制脈衝產生單元102停止產生開關控制訊號GATA1、GATA2，或產生相應頻率之其他開關控制訊號。

進一步，電磁感應加熱裝置更包含電源電流偵測單元111，電源電流偵測單元111耦接在電源輸入端100的其中一端(例如，負極端1002)與控制單元107之間。電流偵測單元111能判斷流經電源輸入端100之其中一端之電流是否大於一預設值。電流偵測單元111包含感測電路1111與轉換電路1112。感測電路1111與感測電路1052可具有相同的電路結構，且轉換電路1112與轉換電路1052可具有相同的電路結構，於此不再贅述。以前述之負極端1002為例，感測電路1111感測流經負極端1002之電流並產生為類比訊號之感測訊號VCS3，轉換電路1112再根據一預定電壓將感測訊號VCS3轉換為係為數位訊號之過電流訊號OCP3，以表示感測訊號VCS3之電流大小是否超過預定電壓所對應之電流大小(即，前述之預設值)。基此，控制單元107接收過電流訊號OCP3及感測訊號VCS3並根據過電流訊號OCP3及感測訊號VCS3之電位大小決定是否控制脈衝產生單元102停止產生開關控制訊號GATA1及開關控制訊號GATA2，或產生具有相應頻率之其他開關控制訊號。

進一步，如圖1及圖2所示，電磁感應加熱裝置更包含負載偵測單元112，負載偵測單元112耦接在線圈電流偵測單元105與控制單元107之間。負載偵測單元112可在預設之一固定時間內進行計數以計數第一電流訊號C01之脈波產生次數以及/或第二電流訊號C02之脈波產生次數。負載偵測單元112將前述之脈波產生次數輸出給控制單元107，使控制單元107 能根據第一電流訊號C01及/或第二電流訊號C02之脈波產生次數判斷出有無負載放置於電磁感應加熱裝置，或判斷出是何種負載放置於電磁感應加熱裝置，以控制脈衝產生單元102產生具有相應頻率之開關控制訊號GATA1、GATA2，或是保持在待機狀態而不控制脈衝產生單元102產生開關控制訊號。

在一實施例中，如圖1及圖2所示，電磁感應加熱裝置更包含驅動單元108，驅動單元108耦接在脈衝產生單元102與開關單元103之間。驅動單元108包含第一驅動電路1081及第二驅動電路1082。第一驅動電路1081耦接第一開關1031，第二驅動電路1082耦接第二開關1032。第一驅動電路1081接收脈衝產生單元102產生之開關控制訊號GATA1並將其進行升壓，以驅動第一開關1031導通。第二驅動電路1082接收脈衝產生單元102產生之開關控制訊號GATA2並將其進行升壓，以驅動第二開關1032導通。

在一實施例中，電源轉換單元101更可包含一保險絲耦接在電源輸入端100之正極端1001與負極端1002之間。

在一實施例中，電磁感應加熱裝置可為電磁電飯鍋、電磁熱水器、電磁攪拌機、電磁茶壺或電磁火鍋爐。

綜上所述，根據本案之電磁感應加熱裝置及其保護控制電路之一實施例，電磁感應加熱裝置能即時地檢測出電磁感應加熱裝置是否操作在電感性之操作區域，以自動地調整開關控制訊號之週期，且電磁感應加熱裝置具有多重之電路保護機制，如此能避免電磁感應加熱裝置燒毀而提升其安全性。再者，電磁感應加熱裝置之工作狀態係為連續，電磁感應加熱裝置能調整功率不平衡之問題且較為省電。進一步，磁感應加熱裝置 還能以較低成本之電路來實現，降低其生產成本。

雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。

Claims (14)

1. 一種電磁感應加熱裝置，包含：一電源輸入端，用以接收一交流電源；一電源轉換單元，用以根據該交流電源產生一直流電源；一脈衝產生單元，用以產生一第一開關控制訊號及一第二開關控制訊號，該第一開關控制訊號及該第二開關控制訊號係為脈衝寬度調變訊號；一開關單元，耦接該脈衝產生單元，包含：一第一開關，用以根據該第一開關控制訊號導通；及一第二開關，耦接該第一開關，用以根據該第二開關控制訊號導通而與該第一開關之間擇一地導通；一諧振單元，耦接於該電源轉換單元與該開關單元之間，包含：一第一電容；一第二電容，耦接該第一電容；及一線圈，耦接於該第一開關及該第二開關之間之一第一連接點與該第一電容及該第二電容之間之一第二連接點之間，該線圈用以根據該直流電源驅使該電磁感應加熱裝置進行加熱；一線圈電流偵測單元，耦接該線圈，用以根據流經該線圈之電流產生一電流訊號；一相位偵測單元，耦接該脈衝產生單元及該線圈電流偵測單元，以偵測該第一開關控制訊號與該第二開關控制訊號中之任一者之負緣與該電流訊號之負緣之間之一時間寬度；及一控制單元，用以根據該時間寬度是否等於零或該時間寬度是否小於一預設時間寬度控制該脈衝產生單元執行一保護控制。
2. 如請求項1所述之電磁感應加熱裝置，其中該電流訊號包含一第一電流訊號及一第二電流訊號，該時間寬度包含一第一時間寬度及一第二時間寬度；其中，該相位偵測單元係偵測該第一開關控制訊號之負緣與該第一電流訊號之負緣之間之該第一時間寬度，並偵測該第二開關控制訊號之負緣與該第二電流訊號之負緣之間之該第二時間寬度，該控制單元根據該第一時間寬度是否等於零或該第一時間寬度是否小於一第一預設時間寬度，以及該第二時間寬度是否等於零或該第二時間寬度是否小於一第二預設時間寬度控制該脈衝產生單元執行該保護控制。
3. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，其中在該保護控制中，該控制單元係控制該脈衝產生單元停止產生該第一開關控制訊號及該第二開關控制訊號，或控制該脈衝產生單元產生一第三開關控制訊號給該第一開關並產生一第四開關控制訊號給該第二開關，其中該第三開關訊號之頻率大於該第一開關控制訊號之頻率，且該第四開關控制訊號之頻率大於該第二開關控制訊號之頻率。
4. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，更包含一線圈過電流偵測單元，耦接於該線圈電流偵測單元與該控制單元之間，該線圈過電流偵測單元用以判斷流經該線圈之電流大小是否大於一預設值。
5. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，更包含一電源過電壓偵測單元，耦接於該電源輸入端與該控制單元之間，該電源過電壓偵測單元用以判斷該電源輸入端兩端之間之端電壓是否大於一預設值。
6. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，更包含一電源電流偵測單元，耦接於該電源輸入端之其中一端與該控制單元之間，該電源電流偵測單元用以判斷流經該電源輸入端之其中一端之電流是否大於一預設值。
7. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，更包含一負載偵測單元，耦接在該線圈電流偵測單元與該控制單元之間，該負載偵測單元用以根據該電流訊號之脈波產生次數判斷有無負載放置於該電磁感應加熱裝置或是何種負載放置於該電磁感應加熱裝置。
8. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，更包含一驅動單元，耦接在該開關單元與該脈衝產生單元之間，該驅動單元用以根據該第一開關控制訊號驅動該第一開關導通並根據該第二開關控制訊號驅動該第二開關導通。
9. 如請求項2所述之電磁感應加熱裝置，其中該相位偵測單元係於偵測到該第一開關控制訊號之負緣後之一偵測週期內偵測該第一電流訊號之負緣，並在偵測到該第二開關控制訊號之負緣後之另一偵測週期內偵測該第二電流訊號之負緣，以偵測該第一時間寬度及該第二時間寬度。
10. 如請求項1或2所述之電磁感應加熱裝置，其中該第一開關控制訊號之一訊號變化緣與該第二開關控制訊號之另一訊號變化緣之間相差一延遲時間。
11. 如請求項2所述之電磁感應加熱裝置，其中於該保護控制中，該控制單元根據該第一時間寬度與該第一預設時間寬度之間之一時間差控制該脈衝產生單元產生具有相應頻率之一第三開關控制訊號，並根據該第二時間寬度與該第二預設時間寬度之間之另一時間差控制該脈衝產生單元產生具有相應頻率之一第四開關控制訊號，其中該第三開關訊號之頻率大於該第一開關控制訊號之頻率，且該第四開關控制訊號之頻率大於該第二開關控制訊號之頻率。
12. 一種適於電磁感應加熱裝置之保護控制電路，包含：一脈衝產生單元，用以產生一第一開關控制訊號及一第二開關控制訊號，該第一開關控制訊號及該第二開關控制訊號係為脈衝寬度調變訊號；一開關單元，耦接該脈衝產生單元，包含：一第一開關，用以根據該第一開關控制訊號導通；及一第二開關，耦接該第一開關，用以根據該第二開關控制訊號導通而與該第一開關之間擇一地導通；一諧振單元，耦接於該開關單元，包含：一第一電容；一第二電容，耦接該第一電容；及一線圈，耦接於該第一開關及該第二開關之間之一第一連接點與該第一電容及該第二電容之間之一第二連接點之間，該線圈用以根據一直流電源驅使該電磁感應加熱裝置進行加熱；一線圈電流偵測單元，耦接該線圈，用以根據流經該線圈之電流產生一電流訊號；一相位偵測單元，耦接該脈衝產生單元及該線圈電流偵測單元，以偵測該第一開關控制訊號與該第二開關控制訊號中之任一者之負緣與該電流訊號之負緣之間之一時間寬度；及一控制單元，用以根據該時間寬度是否等於零或該時間寬度是否小於一預設時間寬度控制該脈衝產生單元執行一保護控制。
13. 如請求項12所述之保護控制電路，其中該電流訊號包含一第一電流訊號及一第二電流訊號，該時間寬度包含一第一時間寬度及一第二時間寬度；其中，該相位偵測單元係偵測該第一開關控制訊號之負緣與該第一電流訊號之負緣之間之該第一時間寬度，並偵測該第二開關控制訊號之負緣與該第二電流訊號之負緣之間之該第二時間寬度，該控制單元根據該第一時間寬度是否等於零或該第一時間寬度是否小於一第一預設時間寬度，以及該第二時間寬度是否等於零或該第二時間寬度是否小於一第二預設時間寬度控制該脈衝產生單元執行該保護控制。
14. 如請求項12或13所述之保護控制電路，其中在該保護控制中，該控制單元係控制該脈衝產生單元停止產生該第一開關控制訊號及該第二開關控制訊號，或控制該脈衝產生單元產生一第三開關控制訊號給該第一開關並產生一第四開關控制訊號給該第二開關，其中該第三開關訊號之頻率大於該第一開關控制訊號之頻率，且該第四開關控制訊號之頻率大於該第二開關控制訊號之頻率。