TWI773515B - 加熱裝置及低功率連續加熱方法 - Google Patents
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Abstract
本案揭示一種加熱裝置及低功率連續加熱方法。所述加熱裝置包含諧振模組、功率開關模組、電壓變化率控制模組、電源模組、微控制器模組、電壓偵測模組以及功率開關電壓偵測及計數模組。諧振模組用以進行電磁感應以產生能量。功率開關模組用以致使諧振模組進行電磁感應以產生能量。電壓變化率控制模組用以根據一電壓變化率調整該功率開關模組之輸入端電壓。微控制器模組用以輸出一控制訊號以控制該電壓變化率控制模組調整該電壓變化率。電壓偵測模組用以偵測該功率開關模組之輸入端電壓以觸發該微控制器模組調整該控制訊號。
Description
本發明係有關一種加熱裝置及低功率連續加熱方法，特別是IH類型的加熱裝置。
傳統單管電磁爐之操作功率主要落在1000瓦特(W)以上，其優點為電路架構成本低，並且可以進行高功率連續加熱之功能。然而，傳統單管電磁爐並無法做到低功率連續加熱之功能。一般來說，當傳統單管電磁爐被設定為「低功率」輸出模式時，其實仍是將傳統單管電磁爐操作在採用單一驅動電壓之高功率模式，並藉由在一段固定週期內以間歇開啟或關閉的加熱方式來降低功率，進而使傳統單管電磁爐的平均功率降低為一低功率。然而，這種間歇開關的加熱方式不僅沒有效率，也無法做到像傳統爐具的文火均勻加熱的烹調效果。此外，間歇開關的加熱方式會致使傳統單管電磁爐之諧振電路在每一個加熱週期開始時受到瞬間的一電磁作用力，使得傳統單管電磁爐對一鍋具進行低功率加熱時，所述鍋具會受到所述電磁作用力的影響而產生一低頻的加熱噪音。
儘管傳統單管電磁爐可以透過縮減輸出脈波的寬度以降
低功率，然而縮減後的輸出脈波會使得傳統單管電磁爐之功率開關元件的導通時間過短，進而產生硬開關(hard switching)的問題。硬開關會使得傳統單管電磁爐之功率開關元件的功耗瞬間增大而產生大量的熱能，使得傳統單管電磁爐的性能及使用壽命受到影響。此外，硬開關所產生的尖峰電流亦會放大傳統單管電磁爐原有的電磁干擾(EMI)問題，使得部分傳統單管電磁爐無法通過電磁干擾(EMI)之安全檢驗。
有鑑於此，本案揭示一種低功率連續加熱方法，包含偵測一加熱功率；以及判斷該加熱功率是否小於一功率位準，若是，則進行以下步驟：控制一功率開關模組之一輸入端電壓於一第一升壓期間內根據一第一電壓變化率上升至一第一參考電壓，其中該第一參考電壓大於或等於該功率開關模組之一導通電壓；控制該功率開關模組之該輸入端電壓於一第二升壓期間內根據一第二電壓變化率上升至一第二參考電壓；以及控制該功率開關模組之該輸入端電壓於一第三升壓期間內根據一第三電壓變化率上升至一最大電壓並維持一第一定電壓期間。
在一些實施例中，上述低功率連續加熱方法之該功率開關模組之該輸入端電壓於該第一升壓期間、該第二升壓期間以及該第三升壓期間的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數，其中在該第一升壓期間的該第一電壓變化率的平均值大於在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值，在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值大於在該第二升壓期間的該第二電壓變化率的平均值。
在一些實施例中，上述低功率連續加熱方法之該第二升壓
期間大於該第一升壓期間以及該第三升壓期間。
在一些實施例中，上述低功率連續加熱方法更包含偵測該功率開關模組之一輸出端電壓並計算該功率開關模組處於一硬開關狀態的次數；以及計算該功率開關模組處於該硬開關狀態的次數。
本案亦揭示一種加熱裝置，包含諧振模組、功率開關模組、電壓變化率控制模組、電源模組、微控制器模組以及電壓偵測模組。諧振模組用以進行一電磁感應以產生一能量。功率開關模組具有一輸入端、一輸出端以及一接地端，該輸出端電性連接於該諧振模組，用以驅動該諧振模組進行該電磁感應以產生該能量。電壓變化率控制模組電性連接於該功率開關模組之該輸入端，用以根據一電壓變化率調整該功率開關模組之該輸入端電壓。電源模組電性連接於該電壓變化率控制模組，用以提供一電源給該電壓變化率控制模組。微控制器模組電性連接於該電壓變化率控制模組，用以輸出一控制訊號以控制該電壓變化率控制模組調整該電壓變化率。電壓偵測模組電性連接於該功率開關模組之該輸入端以及該微控制器模組，用以偵測該功率開關模組之該輸入端電壓以觸發該微控制器模組調整該控制訊號。
在一些實施例中，上述加熱裝置之功率開關模組係選自一絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)、一功率雙極性接面型電晶體(Power BJT)、一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)及其組合所構成的群組。
在一些實施例中，上述加熱裝置之微控制器模組更用以控制該電壓變化率控制模組根據一第一電壓變化率調整該功率開關模組
之該輸入端電壓，使該功率開關模組之該輸入端電壓於一第一升壓期間內根據該第一電壓變化率上升至一第一參考電壓，其中該第一參考電壓大於或等於該功率開關模組之該導通電壓；該微控制器模組更用以控制該電壓變化率控制模組根據一第二電壓變化率調整該功率開關模組之該輸入端電壓，使該功率開關模組之該輸入端電壓於一第二升壓期間內根據該第二電壓變化率而自該第一參考電壓上升至一第二參考電壓；且該微控制器模組更用以控制該電壓變化率控制模組根據一第三電壓變化率調整該功率開關模組之該輸入端電壓，使該功率開關模組之該輸入端電壓於一第三升壓期間內根據該第三電壓變化率而自該第二參考電壓上升至一最大電壓。
在一些實施例中，上述加熱裝置之該功率開關模組之該輸入端電壓於該第一升壓期間、該第二升壓期間以及該第三升壓期間的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數，其中在該第一升壓期間的該第一電壓變化率的平均值大於在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值，在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值大於在該第二升壓期間的該第二電壓變化率的平均值。
在一些實施例中，上述加熱裝置之該第二升壓期間大於該第一升壓期間以及該第三升壓期間。
在一些實施例中，上述該加熱裝置更包含一功率開關電壓偵測及計數模組，該功率開關電壓偵測及計數模組用以偵測該功率開關模組之該輸出端電壓並計算該功率開關模組處於一硬開關狀態的次數。
100:加熱裝置
110:諧振模組
120:功率開關模組
130:電壓變化率控制模組
140:電源模組
150:微控制器模組
160:電壓偵測模組
170:功率開關電壓偵測及計數模組
IC:功率開關模組之輸出端電流
IN:(功率開關模組之)輸入端
OUT:(功率開關模組之)輸出端
R1:虛線方框
S10-S70:步驟
S701-S702:步驟
Slew-Rate1:第一電壓變化率
Slew-Rate2:第二電壓變化率
Slew-Rate3:第三電壓變化率
t1:第一升壓期間
t2:第二升壓期間
t3:第三升壓期間
t4:第一定電壓期間
Vcc:最大電壓
VCE:功率開關模組之輸出端與接地端之間的電壓差
VG:功率開關模組之輸入端電壓
VGE:功率開關模組之輸入端與接地端之間的電壓差
Vref1:第一參考電壓
Vref2:第二參考電壓
Vss:最小電壓
Vth:導通電壓(臨界電壓)
[圖1]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之模組功能方塊圖。
[圖2]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之功率開關模組之電路特性圖。
[圖3]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之功率開關模組之輸入端之電壓波形圖。
[圖4]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之控制方法的流程圖(一)。
[圖5]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之控制方法的流程圖(二)。
[圖6]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之功率開關模組產生硬開關現象之波形示意圖(一)。
[圖7]是根據本發明之一實施例之加熱裝置之功率開關模組產生硬開關現象之波形示意圖(二)。
以下將以圖式揭露本發明之一些實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明，但這並不旨在限制本發明的申請專利範圍。
請參照圖1，圖1是根據本發明之一實施例中加熱裝置100的模組功能方塊圖。如圖1所示，加熱裝置100包含諧振模組110、功率開關模組120、功率開關電壓偵測及計數模組170、電壓變化率控制模組130、電源模組140、微控制器模組150以及電壓偵測模組160，其中功
率開關模組120具有一輸入端IN、一輸出端OUT以及一接地端(與加熱裝置100共地)。功率開關模組120之輸出端OUT電性連接於諧振模組110，電壓變化率控制模組130電性連接於功率開關模組120之輸入端IN，電源模組140電性連接於電壓變化率控制模組130，微控制器模組150電性連接於電壓變化率控制模組130，電壓偵測模組160電性連接於功率開關模組120之輸入端IN、電壓變化率控制模組130以及微控制器模組150，功率開關電壓偵測及計數模組170電性連接於功率開關模組120之輸出端OUT以及微控制器模組150。
諧振模組110用以進行電磁感應以產生能量。在一些實施例中，諧振模組110由一個線圈盤以及一個電容所組成。當一電流間歇地流入諧振模組110時，所述電流會在所述線圈盤以及所述電容之間形成震盪，其中所述電流間歇地流入諧振模組110係代表流入諧振模組110的電流值會隨著時間改變。此時，諧振模組110會產生電磁感應的現象並於一外部媒介上產生一渦流，所述渦流會產生能量並對所述外部媒介進行加熱。在一些實施例中，所述外部媒介為一鐵磁體鍋具，例如不鏽鋼鍋、鑄鐵鍋等。
功率開關模組120用以致使諧振模組110進行電磁感應以產生能量。當功率開關模組120導通時，功率開關模組120會於輸出端OUT形成一電流；當功率開關模組120不導通(截止)時，所述電流則會於功率開關模組120之接地端流出。因此，當功率開關模組120間歇地處於導通與不導通(截止)的狀態時，所述電流會間歇地流入諧振模組110並使得諧振模組110進行電磁感應以產生能量。在一些實施例中，功
率開關模組120係選自一個絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)、一功率雙極性接面型電晶體(Power BJT)、一功率金屬氧化物半導體場效電晶體(Power MOSFET)及其組合所構成的群組。
請參照圖2，圖2是根據本發明之一實施例中加熱裝置100之功率開關模組120之電路特性圖，在本實施例中，功率開關模組120是一絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)，其中功率開關模組120之輸入端IN係為絕緣閘雙極性電晶體之閘極端(Gate)，功率開關模組120之輸出端OUT係為絕緣閘雙極性電晶體之集極端(Collector)，功率開關模組120之接地端係為絕緣閘雙極性電晶體之射極端(Emitter)。如圖2所示，圖2之縱軸代表流經功率開關模組120之輸出端OUT之電流大小，單位為安培(A)；圖2之橫軸代表功率開關模組120之輸出端OUT與接地端之間的電壓差VCE，單位為伏特(V)。在一些實施例中，功率開關模組120之接地端電壓為0伏特，因此功率開關模組120之輸出端OUT與接地端之間的電壓差VCE可以被視為輸出端OUT電壓；同理，功率開關模組120之輸入端IN與接地端之間的電壓差VGE亦可以被視為輸入端IN電壓。當功率開關模組120之輸入端IN電壓大於或等於功率開關模組120之導通電壓(Vth)時，功率開關模組120會處於導通狀態，此時功率開關模組120之輸出端OUT會產生電流。如R1所示，假設功率開關模組120之輸出端OUT電壓固定為3伏特，當功率開關模組120之輸入端IN電壓愈大時，所述電流之值會愈大。
電壓變化率控制模組130用以根據一電壓變化率調整功率開關模組120之輸入端電壓。在一些實施例中，電壓變化率控制模組130
會接收電源模組140所提供之電源，並根據所述電壓變化率輸出一電壓訊號至功率開關模組120。也就是說，所述電壓訊號並非處於一個固定的電壓值，所述電壓值會根據所述電壓變化率的變化而隨時間改變。當功率開關模組120之輸入端IN所接收之電壓值大於或等於功率開關模組120之導通電壓時，功率開關模組120會處於導通狀態。在一些實施例中，電壓變化率控制模組130可以是一個獨立的晶片，亦可以與微控制器模組150整合在一個系統級晶片(System on Chip,SoC)當中。
電源模組140用以提供電能給電壓變化率控制模組130，使得電壓變化率控制模組130得以輸出電壓至功率開關模組120之輸入端IN，以控制功率開關模組120之導通狀態。在一些實施例中，電源模組140可以是連接於一外部電源之一電源供應器(power supply)、一電源轉換器(power convertor)或一電源變壓器(power inverter)。
微控制器模組150用以輸出一控制訊號以控制電壓變化率控制模組130調整所述電壓變化率。在一些實施例中，微控制器模組150會透過輸出一控制訊號以調整所述電壓變化率之值，進而控制電壓變化率控制模組130根據一調整後的電壓變化率輸出一調整後的電壓至功率開關模組120之輸入端IN。也就是說，加熱裝置100可以透過微控制器模組150控制功率開關模組120之輸入端電壓，進而控制功率開關模組120之導通狀態。在一些實施例中，微控制器模組150設置於加熱裝置100之微控制器晶片當中。在一些實施例中，微控制器模組150具有一計數器(counter)或一計時器(timer)，其中所述計數器用以計數(count)電壓變化率的調整次數，所述計時器用以計時(time)電壓變化率所需
要的調整時間。在一些實施例中，微控制器模組150會接收功率開關電壓偵測及計數模組170所輸出之調整訊號來調整所述控制訊號以調整所述電壓變化率之值，進而控制電壓變化率控制模組130根據一調整後的電壓變化率輸出一調整後的電壓訊號至功率開關模組120之輸入端IN。
電壓偵測模組160用以偵測功率開關模組120之輸入端電壓，並根據功率開關模組120之輸入端電壓以觸發微控制器模組150調整所述控制訊號。在一些實施例中，當功率開關模組120之輸入端電壓上升至特定的一電壓值時，電壓偵測模組160會偵測並根據所述電壓值觸發微控制器模組150調整所述控制訊號。當微控制器模組150輸出一調整後的控制訊號至電壓變化率控制模組130時，電壓變化率控制模組130即會根據所述調整後的控制訊號對應調整電壓變化率，進而根據一調整後的電壓變化率輸出一調整後的電壓至功率開關模組120之輸入端IN。在一些實施例中，電壓偵測模組160可以是一個獨立於微控制器模組150中的晶片(IC chip)，亦可以與微控制器模組150整合在一起並形成一個適用於IH加熱裝置的系統級晶片。
功率開關電壓偵測及計數模組170用以偵測當功率開關模組120之輸出端電壓，並判斷功率開關模組120於導通時是否處於硬開關的狀態。若功率開關模組120處於硬開關的狀態，則功率開關電壓偵測及計數模組170之計數器會加1；若功率開關模組120不處於硬開關的狀態，則功率開關電壓偵測及計數模組170之計數器無動作。當功率開關電壓偵測及計數模組170之計數值到達一臨界值(threshold)時，功率開關電壓偵測及計數模組170之會輸出一調整訊號至微控制器模組
150，其中所述設定值之大小可由使用者自行定義。由於功率開關模組120並非導通固定次數即會損壞，而是長時間累積所造成，因此，使用者可以根據功率開關模組120之使用狀態定義所述設定值之大小，進而提升微控制器模組150控制功率開關模組120之輸入端IN電壓的精準度。
請同時參照圖3、圖4以及圖5，圖3是根據本發明之一實施例中加熱裝置100之功率開關模組120之輸入端IN之電壓波形圖，圖4與圖5是根據本發明之一實施例之加熱裝置100之控制方法的流程圖。如圖3與圖4所示，當加熱裝置100開始運作時，加熱裝置100會透過微控制器模組150偵測使用者所設定的一加熱功率(步驟S10)，並判斷所述加熱功率是否小於一功率位準(步驟S20)，其中所述功率位準之值可以依照使用者的需求自行定義其大小。在一些實施例中，所述功率位準為1000瓦特(Watt，W)，如果所述加熱功率小於所述功率位準，代表加熱裝置100要執行低功率連續加熱之功能。此時加熱裝置100會透過微控制器模組150控制電壓變化率控制模組130輸出電壓至功率開關模組120之輸入端IN，使得功率開關模組120之輸入端電壓於第一升壓期間t1內根據第一電壓變化率Slew-Rate1上升至第一參考電壓Vref1，其中第一參考電壓Vref1大於或等於功率開關模組120之導通電壓Vth(步驟S30)，此時功率開關模組120之輸出端OUT會產生一導通電流。
步驟S30的目的在於使得功率開關模組120快速進入至導通狀態，以避免影響提供有效加熱功率的時間。因此，微控制器模組150會將第一電壓變化率Slew-Rate1設定為一較大的值，使得功率開關模組
120之輸入端電壓以較快速的速度上升至第一參考電壓Vref1，進而縮短功率開關模組120進入至導通狀態所花費的時間，其中第一電壓變化率Slew-Rate1的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數。在一些實施例中，第一電壓變化率Slew-Rate1係選自0.009V/ns~0.18V/ns之範圍間的一個值，其中所述電壓變化率範圍可使得所述導通電流不會急劇增加。第一參考電壓Vref1係選自7伏特至9伏特之範圍間的一個值，其中所述電壓範圍與功率開關模組120的電器特性有關，第一升壓期間t1係根據第一電壓變化率Slew-Rate1與第一參考電壓Vref1進行相對應的調整。
接著，加熱裝置100會透過微控制器模組150控制電壓變化率控制模組130使其調整功率開關模組120之輸入端電壓於第二升壓期間t2內根據第二電壓變化率Slew-Rate2上升至第二參考電壓Vref2(步驟S40)。步驟S40的目的在於避免所述導通電流之值急速變化而導致硬開關的問題，因此微控制器模組150會根據功率開關模組120之電路特性(如圖2所示)將第二電壓變化率Slew-Rate2設定為一較小的值，使得功率開關模組120之輸入端電壓以較緩慢的速度上升至第二參考電壓Vref2，其中第二電壓變化率Slew-Rate2的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數。因小功率加熱時，IGBT導通時間短，若LC諧振能量不足會造成下一次IGBT硬導通，同時閘極電壓越高，瞬間集極電流大，造成IGBT發燙，長久時間在此狀態工作，IGBT易損毀。在一些實施例中，第二電壓變化率Slew-Rate2係選自0.01V/ns~1V/ns之範圍間的一個值，第二參考電壓Vref2係選自10伏特至12伏特之範圍間的一個
值，第二升壓期間t2係根據第二電壓變化率Slew-Rate2與第二參考電壓Vref2進行相對應的調整，其中第二升壓期間t2係大於第一升壓期間t1。
隨後，加熱裝置100會透過微控制器模組150控制電壓變化率控制模組130使其調整功率開關模組120之輸入端電壓於第三升壓期間t3內根據第三電壓變化率Slew-Rate3上升至最大電壓Vcc並維持第一定電壓期間t4(步驟S50)，其中第三電壓變化率Slew-Rate3的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數。步驟S50的目的在於快速拉升功率開關模組120之輸入端電壓，使得所述導通電流拉升至一較大的值，進而使諧振模組110有足夠的功率以進行電磁感應。因此微控制器模組150會將第三電壓變化率Slew-Rate3設定為一較大的值，使得功率開關模組120之輸入端電壓以較快速的速度上升至最大電壓Vcc並維持第一定電壓期間t4。如此一來，諧振模組110即可接收足夠的功率進行電磁感應。在一些實施例中，第三電壓變化率Slew-Rate3係選自0.009V/ns~0.18V/ns之範圍間的一個值，最大電壓Vcc係選自16伏特至20伏特之範圍間的一個值，其中所述電壓範圍與功率開關模組120的電器特性有關，第三升壓期間t3係根據第三電壓變化率Slew-Rate3與最大電壓Vcc進行相對應的調整，其中第三升壓期間t3係小於或等於第二升壓期間t2。在一些實施例中，最小電壓Vss、導通電壓Vth、第一參考電壓Vref1、第二參考電壓Vref2以及最大電壓Vcc之間的大小關係如下所示：Vss<Vth
Vref1<Vref2<Vcc
當第一定電壓期間t4結束後，加熱裝置100會透過微控制
器模組150控制電壓變化率控制模組130停止輸出電壓至功率開關模組120之輸入端IN，使得功率開關模組120之輸入端電壓下降至最小電壓Vss，此時功率開關模組120會處於不導通狀態(步驟S60)，其中第一定電壓期間t4之值與加熱裝置100之運作功率有關，所述運作功率愈大，第一定電壓期間t4就愈長。最後，當加熱裝置100重新開機或重新調整所述加熱功率時，透過重複步驟S10至S60，所述導通電流會間歇地流入加熱裝置100之諧振模組110，使得諧振模組110進行電磁感應以產生能量，如此一來加熱裝置100即可實現低功率連續加熱之功能。
如圖5所示，如果所述加熱功率不小於所述功率位準(即所述加熱功率大於或等於所述功率位準)，代表加熱裝置100要執行高功率連續加熱之功能(步驟S70)。此時加熱裝置100會透過微控制器模組150調整電壓變化率控制模組130傳送至功率開關模組120之輸入端IN訊號，使得功率開關模組之輸入端電壓VG上升至最大電壓Vcc並維持一第二定電壓期間(步驟S701)，此時功率開關模組120會處於導通狀態並於功率開關模組120之輸出端OUT產生一導通電流。
當所述第二定電壓期間結束後，加熱裝置100會控制電壓變化率控制模組130停止輸出電壓至功率開關模組120之輸入端IN，使得功率開關模組之輸入端電壓VG下降至最小電壓Vss，此時功率開關模組120會處於不導通狀態(步驟S702)。最後，透過重複步驟S701及S702，所述導通電流會間歇地流入加熱裝置100之諧振模組110，使得諧振模組110進行電磁感應以產生能量，如此一來加熱裝置100即可實現高功率連續加熱之功能。
在一些實施例中，使用者可以透過微控制器模組150自定義第一電壓變化率Slew-Rate1、第二電壓變化率Slew-Rate2與第三電壓變化率Slew-Rate3在不同時間下的數值，使得功率開關模組之輸入端電壓VG在不同時間下可以根據不同的斜率值上升至最大電壓Vcc；或是調整所有的升壓期間(第一升壓期間t1、第二升壓期間t2以及第三升壓期間t3)，亦可以自行設定參考電壓值的數量，但至少需兩個。在一些實施例中，在第一升壓期間t1中的第一電壓變化率Slew-Rate1的平均值大於在第三升壓期間t3中的第三電壓變化率Slew-Rate3的平均值，並且在第三升壓期間t3中的第三電壓變化率Slew-Rate3的平均值大於在第二升壓期間t2中的第二電壓變化率Slew-Rate2的平均值。需特別說明的是，第一電壓變化率Slew-Rate1的平均值等於功率開關模組之輸入端電壓VG對時間的微分值在第一升壓期間t1內的積分值除以第一升壓期間t1。同理，第二電壓變化率Slew-Rate2的平均值等於功率開關模組之輸入端電壓VG對時間的微分值在第二升壓期間t2內的積分值除以第二升壓期間t2；第三電壓變化率Slew-Rate3的平均值等於功率開關模組之輸入端電壓VG對時間的微分值在第三升壓期間t3內的積分值除以第三升壓期間t3，公式如下所示：
請同時參照圖6以及圖7，圖6與圖7是根據本發明之一實施例中加熱裝置100之功率開關模組120產生硬開關現象之波形示意圖。如圖6所示，當加熱裝置100採用傳統單一驅動電壓之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，由於功率開關模組之輸入端電壓VG瞬間被拉升至最大電壓Vcc而導致功率開關模組120之導通時間過短，因此功率開關模組之輸出端電流IC之波形起伏較大，進而使功率開關模組120產生硬開關的問題。當加熱裝置100採用本發明之一實施例之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，如圖7所示，由於功率開關模組之輸入端電壓VG會先被拉升至第一參考電壓Vref1以及第二參考電壓Vref2，最後才被拉升至最大電壓Vcc，因此功率開關模組120之導通時間會被延長，使得功率開關模組之輸出端電流IC之波形會較為平穩，進而減緩硬開關問題所導致的負面影響。
請參照表1，表1是根據本發明一實施例之加熱裝置100之功率開關模組120之溫度比較表。如表1所示，當加熱裝置100採用傳統單一驅動電壓之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，功率開關模組120之溫度會上升至46℃；當加熱裝置100採用本發明之一實施例之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，功率開關模組120之溫度僅會上升至44℃，進而提升加熱裝置100在運作時的電能轉換效率。
請參照表2，表2是根據本發明一實施例之加熱裝置100與傳統電磁爐之噪音比較表。如表2所示，在噪音為44分貝(dB)的環境下，當傳統電磁爐進行低功率連續加熱時，會產生60分貝(dB)的噪音；相較之下，當加熱裝置100採用本發明之一實施例之加熱方法進行低功率連續加熱時，僅會產生51分貝(dB)的噪音，噪音明顯較小。
請參照表3，表3是根據本發明一實施例之加熱裝置100之電磁波干擾(EMI)比較表。如表3所示，在頻率為0.15MHz與3.93MHz的情況下，當加熱裝置100採用傳統單一驅動電壓之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，加熱裝置100分別會產生56.12(dBμV)與40.77(dBμV)之輻射值；相較之下，當加熱裝置100採用本發明之一實施例之加熱方法進行低功率連續加熱之功能時，加熱裝置100僅會分別產生51.39(dBμV)與35.67(dBμV)之輻射值，明顯降低對其他電路元件所造成的電磁波干擾。
綜上所述，根據本案所揭示之加熱裝置100之控制方法，加熱裝置100可以透過微控制器模組150控制多個電壓變化率之值以調整功率開關模組120之輸入端電壓，進而延長功率開關模組120的導通時間。如此一來，在實現低功率連續加熱功能的同時，加熱裝置100不僅可以避免功率開關模組120所產生的硬開關問題，還可以降低功率開關模組120在運作時的溫度，更可以降低電磁干擾(EMI)對於加熱裝置100的影響。此外，由於加熱裝置100之控制方法降低了加熱裝置100之諧振模組110在進行電磁感應時所產生的電磁作用力，因此當加熱裝置100對一鍋具進行低功率連續加熱時，所述鍋具所產生的低頻噪音會隨之降低，配合功率開關電壓偵測及計數模組170的長期監控以避免功率開關模組120提早損壞。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明之創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露內容之精神和範圍內，當可作些許之修改與變化，惟該些許之修改與變化仍然在本發明之申請專利範圍內。
S10-S70:步驟
Claims (10)
- 一種低功率連續加熱方法，包含：偵測一加熱功率；以及判斷該加熱功率是否小於一功率位準，若是，則進行以下步驟：控制一功率開關模組之一輸入端電壓於一第一升壓期間內根據一第一電壓變化率上升至一第一參考電壓，其中該第一參考電壓大於或等於該功率開關模組之一導通電壓；控制該功率開關模組之該輸入端電壓於一第二升壓期間內根據一第二電壓變化率而自該第一參考電壓上升至一第二參考電壓；以及控制該功率開關模組之該輸入端電壓於一第三升壓期間內根據一第三電壓變化率而自該第二參考電壓上升至一最大電壓並維持一第一定電壓期間。
- 如請求項1所述之低功率連續加熱方法，其中，該功率開關模組之該輸入端電壓於該第一升壓期間、該第二升壓期間以及該第三升壓期間的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數，其中在該第一升壓期間的該第一電壓變化率的平均值大於在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值，在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值大於在該第二升壓期間的該第二電壓變化率的平均值。
- 如請求項1所述之低功率連續加熱方法，其中，該第二升壓期間大於該第一升壓期間以及該第三升壓期間。
- 如請求項1所述之低功率連續加熱方法，更包含：偵測該功率開關模組之一輸出端電壓並計算該功率開關模組處於一硬開關狀態的次數；以及 計算該功率開關模組處於該硬開關狀態的次數。
- 一種加熱裝置，包含：一諧振模組，用以進行一電磁感應以產生一能量；一功率開關模組，具有一輸入端、一輸出端以及一接地端，該輸出端電性連接於該諧振模組，用以驅動該諧振模組進行該電磁感應以產生該能量；一電壓變化率控制模組，電性連接於該功率開關模組之該輸入端，用以根據一電壓變化率調整該功率開關模組之一輸入端電壓；一電源模組，電性連接於該電壓變化率控制模組，用以提供一電源給該電壓變化率控制模組；一微控制器模組，電性連接於該電壓變化率控制模組，用以輸出一控制訊號以控制該電壓變化率控制模組調整該電壓變化率；以及一電壓偵測模組，電性連接於該功率開關模組之該輸入端以及該微控制器模組，用以偵測該功率開關模組之該輸入端電壓以觸發該微控制器模組調整該控制訊號。
- 如請求項5所述之加熱裝置，其中，該功率開關模組係選自一絕緣閘雙極性電晶體、一功率雙極性接面型電晶體、一功率金屬氧化物半導體場效電晶體及其組合所構成的群組。
- 如請求項5所述之加熱裝置，其中，該微控制器模組更用以控制該電壓變化率控制模組分別根據一第一電壓變化率、一第二電壓變化率以及一第三電壓變化率調整該功率開關模組之該輸入端電壓，使該功率開關模組之該輸入端電壓於一第一升壓期間內、一第二升 壓期間內以及一第三升壓期間內分別上升至一第一參考電壓、一第二參考電壓以及一最大電壓。
- 如請求項7所述之加熱裝置，其中，該功率開關模組之該輸入端電壓於該第一升壓期間、該第二升壓期間以及該第三升壓期間的電壓與時間之數學關係為一嚴格單調遞增函數，並且，在該第一升壓期間的該第一電壓變化率的平均值大於在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值，以及在該第三升壓期間的該第三電壓變化率的平均值大於在該第二升壓期間的該第二電壓變化率的平均值。
- 如請求項7所述之加熱裝置，其中，該第二升壓期間大於該第一升壓期間以及該第三升壓期間。
- 如請求項5所述之加熱裝置，其中，該加熱裝置更包含一功率開關電壓偵測及計數模組，該功率開關電壓偵測及計數模組用以偵測該功率開關模組之一輸出端電壓，以及用以計數該功率開關模組處於一硬開關狀態的次數。
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