TWI806352B - 全橋式逆變器相位偵測電路 - Google Patents

Abstract

一種全橋式逆變器相位偵測電路包含脈衝產生單元、全橋式開關單元、諧振單元、線圈電流偵測單元、相位偵測單元以及控制單元。全橋式開關單元之各個開關根據脈衝產生單元所產生之相應的開關控制訊號而導通或不導通。諧振單元包含諧振電容以及線圈。線圈電流偵測單元根據流經線圈之電流而產生電流訊號。相位偵測單元偵測開關控制訊號與電流訊號之間之時間寬度且判斷時間寬度是否等於零或小於等於預設時間寬度而產生保護訊號。控制單元依據保護訊號控制脈衝產生單元執行保護機制。

Description

全橋式逆變器相位偵測電路

本案係有關一種相位偵測電路，特別是指一種全橋式逆變器相位偵測電路。

傳統的電磁爐進行功率控制時，脈衝寬度調變(PWM)的工作頻率必須大於系統主迴路電路的系統諧振頻率，否則系統主迴路電路的絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)會處於硬導通狀態而使其發熱，嚴重一點IGBT甚至會燒毀。在實際應用中，系統主迴路電路的系統諧振頻率會受到負載以及溫度的變化而改變，因此需要能隨時取得即時的輸出頻率與系統諧振頻率之間的差值。要解決這個問題，目前市面上大多使用數位訊號處理晶片(DSP IC)來進行相位檢測和訊號處理，然而數位訊號處理晶片有著成本過高的問題存在。

因此，需要一種新的電磁感應加熱技術，能夠使用相對簡單及成本相對低的方式來檢測PWM驅動頻率是否大於或小於等於諧振頻率，並使用更簡單的方式以即時地保護IGBT。

一種全橋式逆變器相位偵測電路包含一脈衝產生單元、一全橋式開關單元、一諧振單元、一線圈電流偵測單元、一相位偵測單元 以及一控制單元。脈衝產生單元用以產生一第一開關控制訊號、一第二開關控制訊號、一第三開關控制訊號以及一第四開關控制訊號，其中該第一開關控制訊號、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號為一脈衝寬度調變訊號。全橋式開關單元耦接該脈衝產生單元以及一直流電壓源，該全橋式開關單元包含一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關，其中，在一特定時段，該第一開關與該第二開關擇一地導通，該第三開關與該第四開關擇一地導通。第一開關根據該第一開關控制訊號而導通或不導通。第二開關串聯於該第一開關，且根據該第二開關控制訊號而導通或不導通。第三開關耦接該第二開關，根據該第三開關控制訊號而導通或不導通。第四開關串聯於該第三開關且耦接該第一開關，並根據該第四開關控制訊號而導通或不導通。諧振單元包含一諧振電容以及一線圈。諧振電容之一端耦接該全橋式開關單元。線圈之一端耦接該全橋式開關單元，該線圈之另一端耦接該諧振電容之另一端，該線圈用以接收一直流電源。線圈電流偵測單元耦接該諧振單元，用以偵測流經該諧振單元之一電流以產生一電流訊號。相位偵測單元耦接該脈衝產生單元以及該線圈電流偵測單元，用以偵測該第三開關控制訊號之正緣或該第四開關控制訊號之正緣與該電流訊號之正緣之間之一時間寬度且判斷該時間寬度是否等於零或小於等於一預設時間寬度而產生一保護訊號。控制單元耦接該相位偵測單元以及該脈衝產生單元，用以依據該保護訊號控制該脈衝產生單元執行一保護機制。

在一些實施例中，上述電流訊號包含一第一電流訊號及一 第二電流訊號，上述保護訊號包含一第一保護訊號及一第二保護訊號，該相位偵測單元用以偵測該第三開關控制訊號之正緣與該第一電流訊號之正緣之間之一第一時間寬度且判斷該第一時間寬度是否等於零或小於等於該預設時間寬度而產生該第一保護訊號，及偵測該第四開關控制訊號之正緣與該第二電流訊號之正緣之間之一第二時間寬度且判斷該第二時間寬度是否等於零或小於等於該預設時間寬度而產生該第二保護訊號，該控制單元用以依據該第一保護訊號及該第二保護訊號，控制該脈衝產生單元執行該保護機制。

在一些實施例中，上述控制單元更用以控制該脈衝產生單元停止產生該第一開關控制訊號、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號。

在一些實施例中，上述控制單元更用以控制該脈衝產生單元產生一第五開關控制訊號至該第一開關與該第三開關以及一第六開關控制訊號至該第二開關與該第四開關，其中該第五開關控制訊號之頻率大於該第一開關控制訊號之頻率以及該第三開關控制訊號之頻率，該第六開關控制訊號之頻率大於該第二開關之頻率以及該第四開關控制訊號之頻率。

在一些實施例中，上述第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號分別同步於該第一開關控制訊號以及該第二開關控制訊號。

在一些實施例中，上述第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號分別延遲於該第一開關控制訊號以及該第二開關控制訊號一移相延遲時間。

在一些實施例中，上述第一開關控制訊號之訊號變化緣與該第二開關控制訊號之訊號變化緣之間相差一第一延遲時間，該第三開關控制訊號之訊號變化緣與該第四開關控制訊號之訊號變化緣之間相差一第二延遲時間。

在一些實施例中，上述全橋式逆變器相位偵測電路更包含一驅動單元，耦接該全橋式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、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號以分別驅動該第一開關、該第二開關、該第三開關以及該第四開關導通或不導通。

在一些實施例中，上述全橋式逆變器相位偵測電路更包含一線圈過電流偵測單元，耦接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值是否大於一預設值。

在一些實施例中，上述全橋式逆變器相位偵測電路更包含一負載偵測單元，耦接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一脈波產生次數以判斷有無負載設置於該全橋式逆變器相位偵測電路。

10:全橋式逆變器相位偵測電路

100:脈衝產生單元

101:PWM產生電路

102:互補式PWM產生電路

103:延遲控制電路

104:極性控制電路

105:脈衝移相電路

106:脈衝移相互補式PWM產生電路

107:脈衝移相延遲控制電路

108:脈衝移相極性控制電路

110:全橋式開關單元

111:第一開關

112:第二開關

113:第三開關

114:第四開關

120:諧振單元

121:諧振電容

122:線圈

130:線圈電流偵測單元

131:感測電路

132:轉換電路

140:相位偵測單元

141:偵測電路

142:保護電路

150:控制單元

160:驅動單元

161:第一驅動電路

162:第二驅動電路

163:第三驅動電路

164:第四驅動電路

170:線圈過電流偵測單元

180:負載偵測單元

190:電源過電壓偵測單元

AB0:PWM訊號

AB1:PWM訊號

AT0:PWM訊號

AT1:PWM訊號

AB0D:脈衝移相PWM訊號

AB1D:脈衝移相PWM訊號

AT0D:脈衝移相PWM訊號

AT1D:脈衝移相PWM訊號

C01:第一電流訊號

C02:第二電流訊號

COMP:比較器

CT71:電流感測器

DT0:第一延遲時間

DT1:第二延遲時間

DTD:移相延遲時間

GATA1:第一開關控制訊號

GATA2:第二開關控制訊號

GATA3:第三開關控制訊號

GATA4:第四開關控制訊號

I:操作區間

II:操作區間

N1:第一連接點

N2:第二連接點

OCP1:第一過電流訊號

OCP2:第二過電流訊號

PHASE1:第一相位訊號

PHASE2:第二相位訊號

PROTECT1:第一保護訊號

PROTECT2:第二保護訊號

R71:電阻

R72:電阻

R73:電阻

S1:脈波產生控制訊號

S2:PWM訊號

S2D:脈衝移相PWM訊號

S10~S50:步驟

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:第一預定電壓

V2:第二預定電壓

VCS1:第一感測訊號

VCS2:第二感測訊號

VDC:直流電壓源

[圖1]係根據本案之一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路之模組方塊圖。

[圖2]係根據本案之一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路之電路 示意圖。

[圖3]係根據本案之另一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路之電路示意圖。

[圖4]係根據本案之一實施例中，脈衝產生單元之操作區間之示意圖。

[圖5]係根據本案之一實施例中，脈衝產生單元之電路示意圖。

[圖6]係根據本案之一實施例中，脈衝產生單元中各電路所產生之訊號之波形圖。

[圖7]係根據本案之一實施例中，感測電路之電路示意圖。

[圖8A]係根據本案之一實施例中，轉換電路之電路示意圖。

[圖8B]係根據本案之另一實施例中，轉換電路之電路示意圖(一)。

[圖8C]係根據本案之另一實施例中，轉換電路之電路示意圖(二)。

[圖9A]係根據本案之一實施例中，第一感測訊號與第一電流訊號之波形圖。

[圖9B]係根據本案之一實施例中，第二感測訊號與第二電流訊號之波形圖。

[圖10A]係根據本案之一實施例中，相位偵測單元之電路示意圖。

[圖10B]係根據本案之另一實施例中，相位偵測單元之電路示意圖。

[圖11]係根據本案之一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路中多種訊號之波形圖。

[圖12]係根據本案之一實施例中，線圈過電流偵測單元之電路示意圖。

[圖13]係根據本案之一實施例中，線圈過電流偵測單元之訊號之波形圖。

[圖14]係根據本案之一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路執行所述保護機制之流程圖。

[圖15]係根據本案之另一實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路之模組方塊圖。

以下將以圖式揭露本案之一些實施例，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案的申請專利範圍。

請參照圖1至圖3，圖1繪示出全橋式逆變器相位偵測電路10之模組方塊圖之一實施例，圖2與圖3繪示出全橋式逆變器相位偵測電路10之一實施例與另一實施例。如圖1至圖3所示，全橋式逆變器相位偵測電路10包含一脈衝產生單元100、一全橋式開關單元110、一諧振單元120、一線圈電流偵測單元130、一相位偵測單元140以及一控制單元150。以下將詳細解釋脈衝產生單元100、全橋式開關單元110、諧振單元120、線圈電流偵測單元130、相位偵測單元140以及控制單元150各自的結構與功能，並說明彼此間的設置方式。

脈衝產生單元100用以產生一第一開關控制訊號GATA1、一第二開關控制訊號GATA2、一第三開關控制訊號GATA3以及一第四開關控制訊號GATA4，其中第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制 訊號GATA4為一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號。在一些實施例中，第一開關控制訊號GATA1與第二開關控制訊號GATA2之間為互補之訊號，第三開關控制訊號GATA3與第四開關控制訊號GATA4之間為互補之訊號。也就是說，在同一時間點之下，第一開關控制訊號GATA1之電位與第二開關控制訊號GATA2之電位互為反向，第三開關控制訊號GATA3之電位與第四開關控制訊號GATA4之電位互為反向。

全橋式開關單元110耦接脈衝產生單元100以及一直流電壓源VDC，其中全橋式開關單元110包含一第一開關111、一第二開關112、一第三開關113以及一第四開關114。在一些實施例中，第二開關112串聯於第一開關111，第三開關113耦接第二開關112，第四開關114串聯於第三開關113且耦接第一開關111。也就是說，第三開關113與第四開關114之串聯組係並聯於第二開關112與第一開關111之串聯組。在一些實施例中，第一開關111係根據該第一開關控制訊號GATA1以決定是否導通，第二開關112係根據該第二開關控制訊號GATA2以決定是否導通，第三開關113係根據該第三開關控制訊號GATA3以決定是否導通，第四開關114係根據該第四開關控制訊號GATA4以決定是否導通，其中第一開關111與第二開關112不會同時導通，第三開關113與第四開關114不會同時導通。也就是說，當第一開關111導通時，第二開關112不會導通，反之亦然；當第三開關113導通時，第四開關114不會導通，反之亦然。

在一些實施例中，諧振單元120包含一諧振電容121以及一 線圈122，其中諧振電容121之一端耦接線圈122之一端，諧振電容121之另一端耦接第一開關111與第二開關112之間之一第一連接點N1，線圈122之另一端耦接第三開關113與第四開關114之間之一第二連接點N2。在一些實施例中，諧振電容121與線圈122的位置可以互換，也就是說，諧振電容121之一端耦接線圈122之一端，諧振電容121之另一端耦接第三開關113與第四開關114之間之一第二連接點N2，線圈122之另一端耦接第一開關111與第二開關112之間之一第一連接點N1。

在一些實施例中，當第一開關111、第二開關112、第三開關113以及第四開關114先後交替導通時，諧振單元120會接收直流電壓源VDC所產生之電流並交互產生諧振，進而透過線圈122進行電磁感應加熱。為方便描述，以下稱諧振單元120產生諧振之期間為一PWM動作期間。

線圈電流偵測單元130耦接諧振單元120，其中線圈電流偵測單元130用以偵測流經諧振單元120之電流以產生一電流訊號。如圖2所示，在一些實施例中，所述電流訊號係為第一電流訊號C01。

相位偵測單元140耦接脈衝產生單元100以及線圈電流偵測單元130，其中相位偵測單元140用以在所述PWM動作期間接收脈衝產生單元100所產生之第三開關控制訊號GATA3，並同時接收線圈電流偵測單元130所產生之第一電流訊號C01。如圖2所示，在本實施例中，當相位偵測單元140偵測第三開關控制訊號GATA3時，相位偵測單元140同時會偵測第一電流訊號C01，並進而偵測第三開關控制訊號GATA3與第一電流訊號C01之間之第一時間寬度T1。在一些實施例 中，相位偵測單元140係偵測第三開關控制訊號GATA3之正緣與第一電流訊號C01之正緣之間之第一時間寬度T1且判斷第一時間寬度T1是否等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1而產生第一保護訊號PROTECT1。

控制單元150耦接相位偵測單元140以及脈衝產生單元100。在一些實施例中，控制單元150會接收第一保護訊號PROTECT1並依據第一保護訊號PROTECT1判斷第一時間寬度T1是否等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1，若是，控制單元150會控制脈衝產生單元100執行一保護機制。在一些實施例中，控制單元150係控制脈衝產生單元100停止產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4，以實現所述保護機制。在一些實施例中，第一預設時間寬度TTH1之值係選自2.5至3微秒(μs)之間的一個值，以確保較佳的保護特性。

在一些實施例中，控制單元150接收第一保護訊號PROTECT1後，會進一步控制脈衝產生單元100產生一第五開關控制訊號至第一開關111與第三開關113以及一第六開關控制訊號至第二開關112與第四開關114，其中所述第五開關控制訊號之頻率大於第一開關控制訊號GATA1之頻率與第三開關控制訊號GATA3之頻率，所述第六開關控制訊號之頻率大於第二開關控制訊號GATA2之頻率與第四開關控制訊號GATA4之頻率。透過所述保護機制，以讓第五開關控制訊號與第六開關控制訊號的工作週期(Duty cycle)進行自適應調整，且流經諧振單元120之電流值會降低，如此一來即可避免流經諧振單元120之電 流值過大而導致全橋式開關單元110燒毀。

在一些實施例中，所述電流訊號包含一第一電流訊號C01以及一第二電流訊號C02。也就是說，線圈電流偵測單元130除了產生第一電流訊號C01之外，亦會產生第二電流訊號C02。此外，在一些實施例中，相位偵測單元140更用以在所述PWM動作期間接收脈衝產生單元100所產生之第四開關控制訊號GATA4，並同時接收線圈電流偵測單元130所產生之第二電流訊號C02。如圖3所示，在本實施例中，當相位偵測單元140偵測第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4時，相位偵測單元140同時會偵測第一電流訊號C01以及第二電流訊號C02，並進而偵測第三開關控制訊號GATA3與第一電流訊號C01之間之第一時間寬度T1以及第四開關控制訊號GATA4與第二電流訊號C02之間之第二時間寬度T2。在一些實施例中，相位偵測單元140係偵測第四開關控制訊號GATA4之正緣與第二電流訊號C02之正緣之間之第二時間寬度T2且判斷第二時間寬度T2是否等於零或小於等於第二預設時間寬度TTH2而產生第二保護訊號PROTECT2。

在一些實施例中，控制單元150會接收第二保護訊號PROTECT2並依據第二保護訊號PROTECT2判斷第二時間寬度T2是否等於零或小於等於第二預設時間寬度TTH2，若是，控制單元150會控制脈衝產生單元100執行所述保護機制。在一些實施例中，第二預設時間寬度TTH2之值係選自2.5至3微秒(μs)之間的一個值，以確保較佳的保護特性。

請參照圖4，圖4繪示出脈衝產生單元100之操作區間之示 意圖，其中圖4之橫軸為脈衝產生單元100所產生之一開關控制訊號之頻率，圖4之縱軸為流經諧振單元120之電流。如圖4所示，在一些實施例中，當全橋式逆變器相位偵測電路10進行電磁感應加熱之操作時，脈衝產生單元100所產生之開關控制訊號之頻率係大於諧振頻率，因此脈衝產生單元100係操作於電感性之操作區間II中，在該區間如果所述開關控制訊號之頻率愈大，則流經諧振單元120之電流值就愈小。在一些實施例中，當控制單元150依據第一保護訊號PROTECT1(或第二保護訊號PROTECT2)判斷第一時間寬度T1(或第二時間寬度T2)等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1(或第二預設時間寬度TTH2)時，脈衝產生單元100會將所述開關控制訊號之頻率往所述諧振頻率調整，此時脈衝產生單元100會逐漸朝向電容性之操作區間I操作，其中在電容性之操作區間I中，如果所述開關控制訊號之頻率愈大，則流經諧振單元120之電流值就愈大。所述保護機制係用以控制全橋式逆變器相位偵測電路10操作於電感性之操作區間II中，進而避免流經諧振單元120之電流值過大而導致全橋式開關單元110燒毀。

在一些實施例中，控制單元150係可在同一週期(即脈衝產生單元100產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3及第四開關控制訊號GATA4之期間)內依據第一保護訊號PROTECT1及第二保護訊號PROTECT2判斷第一時間寬度T1以及第二時間寬度T2是否等於零或分別小於等於第一預設時間寬度TTH1以及第二預設時間寬度TTH2，使得控制單元150在所述週期內可以接收二個保護訊號(第一保護訊號PROTECT1以及第二 保護訊號PROTECT2)以提升觸發所述保護機制的機率，進而使控制單元150能更即時地控制脈衝產生單元100執行所述保護機制。

在一些實施例中，第一預設時間寬度TTH1之值與第二預設時間寬度TTH2之值可為一任意且非零之時間長度，其中第一預設時間寬度TTH1之值與第二預設時間寬度TTH2之值係可相同或不相同。

請參照圖5，圖5繪示出脈衝產生單元100之電路示意圖。如圖5所示，在一些實施例中，脈衝產生單元100包含一PWM產生電路101、一互補式PWM產生電路102、一延遲控制電路103、一極性控制電路104、一脈衝移相電路105、一脈衝移相互補式PWM產生電路106、一脈衝移相延遲控制電路107以及一脈衝移相極性控制電路108，其中PWM產生電路101、互補式PWM產生電路102、延遲控制電路103以及極性控制電路104先依序串聯，接著脈衝移相電路105、脈衝移相互補式PWM產生電路106、脈衝移相延遲控制電路107以及脈衝移相極性控制電路108依序串聯，最後脈衝移相電路105並聯於PWM產生電路101與互補式PWM產生電路102之間。

在一些實施例中，脈衝產生單元100係透過PWM產生電路101、互補式PWM產生電路102、延遲控制電路103以及極性控制電路104以分別產生第一開關控制訊號GATA1以及第二開關控制訊號GATA2。首先，PWM產生電路101會接收控制單元150所產生之一脈波產生控制訊號S1而產生一特定頻率之PWM訊號S2。接著，互補式PWM產生電路102會接收PWM訊號S2而分別產生PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0，其中PWM訊號AT0與PWM訊號AB0之間係為互補之PWM訊 號。隨後，延遲控制電路103會接收PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0，並分別在PWM訊號AT0以及PWM訊號AB0中加入一第一延遲時間DT0以及一第二延遲時間DT1而分別產生PWM訊號AT1以及PWM訊號AB1。最後，極性控制電路104會接收PWM訊號AT1以及PWM訊號AB1，並決定是否要對PWM訊號AT1以及PWM訊號AB1進行反相調整而分別產生第一開關控制訊號GATA1以及第二開關控制訊號GATA2。

在一些實施例中，脈衝產生單元100係透過PWM產生電路101、脈衝移相電路105、脈衝移相互補式PWM產生電路106、脈衝移相延遲控制電路107以及脈衝移相極性控制電路108以分別產生第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4。首先，PWM產生電路101會接收控制單元150所產生之一脈波產生控制訊號S1而產生一特定頻率之PWM訊號S2，此時脈衝移相電路105會接收PWM訊號S2而產生脈衝移相PWM訊號S2D。接著，脈衝移相互補式PWM產生電路106會接收脈衝移相PWM訊號S2D而分別產生脈衝移相PWM訊號AT0D以及脈衝移相PWM訊號AB0D，其中脈衝移相PWM訊號AT0D與脈衝移相PWM訊號AB0D之間係為互補之脈衝移相PWM訊號。隨後，脈衝移相延遲控制電路107會接收脈衝移相PWM訊號AT0D以及脈衝移相PWM訊號AB0D，並分別在脈衝移相PWM訊號AT0D以及脈衝移相PWM訊號AB0D中加入一第一延遲時間DT0以及一第二延遲時間DT1而分別產生脈衝移相PWM訊號AT1D以及脈衝移相PWM訊號AB1D。最後，脈衝移相極性控制電路108會接收脈衝移相PWM訊號AT1D以及脈衝移相PWM訊號AB1D，並決定是否要對脈衝移相PWM訊號AT1D以及脈衝移 相PWM訊號AB1D進行反相調整而分別產生第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4。

請參照圖6，圖6繪示出脈衝產生單元100中各電路所產生之訊號之波形圖。如圖6所示，在本實施例中，第一開關控制訊號GATA1與PWM訊號AT1之間係為同相，第二開關控制訊號GATA2與PWM訊號AB1之間係為同相，第三開關控制訊號GATA3與脈衝移相PWM訊號AT1D之間係為同相，第四開關控制訊號GATA4與脈衝移相PWM訊號AB1D之間係為同相。在一些實施例中，脈衝移相電路105係可控制第三開關控制訊號GATA3與第一開關控制訊號GATA1同步，並控制第四開關控制訊號GATA4與第二開關控制訊號GATA2同步。此外，在另一實施例中，脈衝移相電路105亦可控制第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4分別延遲於第一開關控制訊號GATA1以及第二開關控制訊號GATA2。

在一些實施例中，第一開關控制訊號GATA1之訊號變化緣與第二開關控制訊號GATA2之訊號變化緣之間相差第一延遲時間DT0，第三開關控制訊號GATA3之訊號變化緣與第四開關控制訊號GATA4之訊號變化緣之間相差第二延遲時間DT1，其中訊號變化緣為一正緣或一負緣。

如圖6所示，在本實施例中，第二開關控制訊號GATA2之負緣與第一開關控制訊號GATA1之正緣之間相差一第一延遲時間DT0，且第一開關控制訊號GATA1之負緣與第二開關控制訊號GATA2之正緣之間相差一第二延遲時間DT1，使得第一開關111與第二開關112 之間為擇一導通的狀態；同理，第四開關控制訊號GATA4之負緣與第三開關控制訊號GATA3之正緣之間相差一第一延遲時間DT0，且第三開關控制訊號GATA3之負緣與第四開關控制訊號GATA4之正緣之間相差一第二延遲時間DT1，使得第三開關113與第四開關114之間為擇一導通的狀態。在一些實施例中，脈衝移相PWM訊號S2D與PWM訊號S2之間相差一個移相延遲時間DTD，使得第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4分別延遲於第一開關控制訊號GATA1以及第二開關控制訊號GATA2一個移相延遲時間DTD。

如圖2與圖3所示，在一些實施例中，線圈電流偵測單元130包含一感測電路131以及一轉換電路132，其中感測電路131耦接於全橋式開關單元110之第一連接點N1與諧振單元120之間，轉換電路132耦接於感測電路131與相位偵測單元140之間。感測電路131用以感測流經諧振單元120之電流，並在所述PWM動作期間產生一第一感測訊號VCS1，其中第一感測訊號VCS1係為一類比訊號。如圖3所示，在一些實施例中，感測電路131更用以在所述PWM動作期間產生一第二感測訊號VCS2，其中第二感測訊號VCS2係為一類比訊號。

在一些實施例中，轉換電路132用以接收第一感測訊號VCS1以及第二感測訊號VCS2，並將第一感測訊號VCS1以及第二感測訊號VCS2分別轉換為第一電流訊號C01以及第二電流訊號C02，其中第一電流訊號C01以及第二電流訊號C02係為一數位訊號。

請參照圖7，圖7繪示出感測電路131之電路示意圖。如圖7所示，感測電路131包含電流感測器CT71以及電阻R71、R72、R73， 其中電流感測器CT71為一變壓器，所述變壓器中次級線圈之二端先並聯於電阻R71，接著電阻R72與電阻R73之間彼此串聯，且電阻R72與電阻R73相連接之節點處連接至一特定電壓(以本實施例來說，所述特定電壓為一接地)，最後電流感測器CT71中次級線圈之二端並聯於電阻R72與電阻R73所構成的串聯電路。在一些實施例中，電流感測器CT71之一端在所述PWM動作期間係產生第一感測訊號VCS1，此時轉換電路132會接收第一感測訊號VCS1而產生第一電流訊號C01；電流感測器CT71之另一端在所述PWM動作期間係產生第二感測訊號VCS2，此時轉換電路132會接收第二感測訊號VCS2而產生第二電流訊號C02。

請同時參照圖8A與圖8B，圖8A與圖8B分別繪示出轉換電路132之不同實施例之電路示意圖。如圖8A所示，在一些實施例中，轉換電路132包含一比較器COMP，其中比較器COMP之二輸入端分別接收第一感測訊號VCS1與第一預定電壓V1，且轉換電路132係根據第一預定電壓V1將第一感測訊號VCS1轉換為第一電流訊號C01。如圖8B所示，在一些實施例中，轉換電路132更包含另一比較器COMP，其中另一比較器COMP之二輸入端分別接收第二感測訊號VCS2與第一預定電壓V1，且轉換電路132係根據第一預定電壓V1將第二感測訊號VCS2轉換為第二電流訊號C02。

請參照圖8C，圖8C繪示出轉換電路132之另一實施例之電路示意圖。如圖8C所示，在本實施例中，轉換電路132包含一比較器COMP，其中比較器COMP之二輸入端分別接收第一感測訊號VCS1與第二感測訊號VCS2，且轉換電路132用以比較第一感測訊號VCS1與第 二感測訊號VCS2而產生第一電流訊號C01或第二電流訊號C02。

請同時參照圖9A與圖9B，圖9A繪示出第一感測訊號VCS1與第一電流訊號C01之波形圖，圖9B繪示出第二感測訊號VCS2與第二電流訊號C02之波形圖。如圖9A所示，在一些實施例中，當第一感測訊號VCS1大於第一預定電壓V1時，代表流經諧振單元120之電流值大於第一預定電壓V1所對應之電流值，此時轉換電路132會輸出高電位之第一電流訊號C01。如圖9B所示，在一些實施例中，當第二感測訊號VCS2大於第一預定電壓V1時，代表流經諧振單元120之電流值大於第一預定電壓V1所對應之電流值，此時轉換電路132會輸出高電位之第二電流訊號C02。

請同時參照圖10A與圖10B，圖10A與圖10B分別繪示出相位偵測單元140之不同實施例之電路示意圖。相位偵測單元140包含一偵測電路141以及一保護電路142，其中偵測電路141耦接於線圈電流偵測單元130與保護電路142之間，並耦接於脈衝產生單元100與保護電路142之間。如圖10A所示，在一些實施例中，相位偵測單元140係透過偵測電路141與保護電路142產生第一保護訊號PROTECT1。

請進一步參照圖11，圖11繪示出全橋式逆變器相位偵測電路10中多種訊號之波形圖。如圖11所示，在一些實施例中，偵測電路141會在所述PWM動作期間偵測第三開關控制訊號GATA3之正緣。當偵測電路141偵測到第三開關控制訊號GATA3之正緣時，一偵測週期即開始，此時偵測電路141會根據低電位之第一電流訊號C01而產生高電位之第一相位訊號PHASE1。當偵測電路141在所述偵測週期內偵測第一 電流訊號C01之正緣時，偵測電路141即會產生低電位之第一相位訊號PHASE1。

如圖10B所示，在一些實施例中，相位偵測單元140係透過偵測電路141與保護電路142產生第二保護訊號PROTECT2。如圖11所示，在一些實施例中，偵測電路141會在所述PWM動作期間偵測第四開關控制訊號GATA4之正緣。當偵測電路141偵測到第四開關控制訊號GATA4之正緣時，另一偵測週期即開始，此時偵測電路141會根據低電位之第二電流訊號C02而產生高電位之第二相位訊號PHASE2。當偵測電路141在所述另一偵測週期內偵測第二電流訊號C02之正緣時，偵測電路141即會產生低電位之第二相位訊號PHASE2。在一些實施例中，保護電路142係單獨接收第一相位訊號PHASE1或同時接收第一相位訊號PHASE1與第二相位訊號PHASE2。

如圖11所示，在一些實施例中，保護電路142係根據第一相位訊號PHASE1處於高電位時的第一時間寬度T1是否等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1而產生高電位之第一保護訊號PROTECT1；同理，保護電路142亦根據第二相位訊號PHASE2處於高電位時的第二時間寬度T2是否等於零或小於等於第二預設時間寬度TTH2而產生高電位之第二保護訊號PROTECT2。

在一些實施例中，控制單元150會接收保護電路142所產生之第一保護訊號PROTECT1，並判斷第一保護訊號PROTECT1是否處於高電位狀態，進而判斷第一時間寬度T1是否等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1；同理，控制單元150亦會接收保護電路142所產生之 第二保護訊號PROTECT2，並判斷第二保護訊號PROTECT2是否處於高電位狀態，進而判斷第二時間寬度T2是否等於零或小於等於第二預設時間寬度TTH2。當控制單元150根據第一保護訊號PROTECT1判斷出第一時間寬度T1等於零或小於等於第一預設時間寬度TTH1時，控制單元150會控制脈衝產生單元100，使得全橋式逆變器相位偵測電路10操作於電感性之操作區間II中，進而降低流經諧振單元120之電流；同理，當控制單元150根據第二保護訊號PROTECT2判斷出第二時間寬度T2等於零或小於等於第二預設時間寬度TTH2時，控制單元150亦會控制脈衝產生單元100，使得全橋式逆變器相位偵測電路10操作於電感性之操作區間II中，進而降低流經諧振單元120之電流。

在一些實施例中，保護電路142包含一計時器，其中保護電路142係透過所述計時器以計算第一相位訊號PHASE1處於高電位時的第一時間寬度T1以及第二相位訊號PHASE2處於高電位時的第二時間寬度T2。在一些實施例中，保護電路142自第一相位訊號PHASE1之正緣開始計時，直到第一相位訊號PHASE1之負緣即停止計時而產生相對應的第一時間寬度T1；同理，保護電路142自第二相位訊號PHASE2之正緣開始計時，直到第二相位訊號PHASE2之負緣即停止計時而產生相對應的第二時間寬度T2。

在一些實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路10更包含一驅動單元160。如圖2與圖3所示，驅動單元160耦接於脈衝產生單元100與全橋式開關單元110之間。驅動單元160包含一第一驅動電路161、一第二驅動電路162、一第三驅動電路163以及一第四驅動電路164，其中 第一驅動電路161耦接第一開關111，第二驅動電路162耦接第二開關112，第三驅動電路163耦接第三開關113，第四驅動電路164耦接第四開關114。在一些實施例中，第一驅動電路161係用以接收脈衝產生單元100所產生之第一開關控制訊號GATA1，並根據第一開關控制訊號GATA1驅動第一開關111導通；同理，第二驅動電路162係用以接收脈衝產生單元100所產生之第二開關控制訊號GATA2，並根據第二開關控制訊號GATA2驅動第二開關112導通；第三驅動電路163係用以接收脈衝產生單元100所產生之第三開關控制訊號GATA3，並根據第三開關控制訊號GATA3驅動第三開關113導通；第四驅動電路164係用以接收脈衝產生單元100所產生之第四開關控制訊號GATA4，並根據第四開關控制訊號GATA4驅動第四開關114導通。

在一些實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路10更包含一線圈過電流偵測單元170。如圖2與圖3所示，線圈過電流偵測單元170耦接於線圈電流偵測單元130之感測電路131與控制單元150之間。在一些實施例中，線圈過電流偵測單元170係用以判斷流經諧振單元120之一電流值是否大於一預設值。請同時參照圖12與圖13，圖12繪示出線圈過電流偵測單元170之電路示意圖，圖13則繪示出線圈過電流偵測單元170之訊號之波形圖。如圖12所示，在一些實施例中，線圈過電流偵測單元170包含一比較器COMP，其中比較器COMP之二輸入端分別接收第一感測訊號VCS1與第二預定電壓V2。線圈過電流偵測單元170係透過比較器COMP比較第一感測訊號VCS1與第二預定電壓V2，並將第一感測訊號VCS1轉換為第一過電流訊號OCP1，其中第一感測訊號VCS1 為一類比訊號，第一過電流訊號OCP1為一數位訊號。在一些實施例中，第二預定電壓V2之值係選自2至5伏特(V)之間的一個值。

如圖13所示，在一些實施例中，當第一感測訊號VCS1大於第二預定電壓V2時，第一過電流訊號OCP1處於高電位狀態，此時即代表流經諧振單元120之電流值超過第二預定電壓V2所對應之電流值(即所述預設值)。也就是說，控制單元150係可根據第一過電流訊號OCP1是否處於高電位狀態以控制脈衝產生單元100停止產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4。在一些實施例中，控制單元150亦可根據第一過電流訊號OCP1是否處於高電位狀態以產生具有較高頻率之開關控制訊號(例如，所述第五開關訊號以及所述第六開關訊號)。

在一些實施例中，線圈過電流偵測單元170亦透過比較器COMP比較第二感測訊號VCS2與第二預定電壓V2，並將第二感測訊號VCS2轉換為第二過電流訊號OCP2，其中第二感測訊號VCS2為一類比訊號，第二過電流訊號OCP2為一數位訊號。當第二感測訊號VCS2大於第二預定電壓V2時，第二過電流訊號OCP2處於高電位狀態，此時即代表流經諧振單元120之電流值超過第二預定電壓V2所對應之電流值(即所述預設值)。也就是說，控制單元150亦可根據第二過電流訊號OCP2是否處於高電位狀態以控制脈衝產生單元100停止產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4。在一些實施例中，控制單元150亦可根據第二過電流訊號OCP2是否處於高電位狀態以產生具有較高頻率之開關控 制訊號(例如，所述第五開關訊號以及所述第六開關訊號)。

在一些實施例中，全橋式逆變器相位偵測電路10更包含一負載偵測單元180。如圖2與圖3所示，負載偵測單元180耦接於線圈電流偵測單元130與控制單元150之間。負載偵測單元180係用以在一固定時間內計算第一電流訊號C01(或第二電流訊號C02)之一脈波產生次數。接著，控制單元150會接收所述脈波產生次數，並根據所述脈波產生次數以判斷是否有無負載設置於全橋式逆變器相位偵測電路10，進而控制脈衝產生單元100產生具有相對應頻率之第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4。

請參照圖14，圖14繪示出全橋式逆變器相位偵測電路10執行所述保護機制之流程圖。如圖14所示，當全橋式逆變器相位偵測電路10進行電磁感應加熱之操作時，全橋式逆變器相位偵測電路10之相位偵測單元140會偵測第三開關控制訊號GATA3之正緣與第一電流訊號C01之正緣之間之第一時間寬度T1(或第四開關控制訊號GATA4之正緣與第二電流訊號C02之正緣之間之第二時間寬度T2)(步驟S10)。

接著，全橋式逆變器相位偵測電路10之控制單元150會依據第一保護訊號PROTECT1(或第二保護訊號PROTECT2)判斷第一時間寬度T1(或第二時間寬度T2)是否等於零、小於等於或大於第一預設時間寬度TTH1(或第二預設時間寬度TTH2)(步驟S20)。當第一時間寬度T1(或第二時間寬度T2)等於零時，控制單元150會控制全橋式逆變器相位偵測電路10之脈衝產生單元100停止產生第一開關控制訊 號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4(步驟S30)，此時全橋式逆變器相位偵測電路10會停止電磁感應加熱之操作。當第一時間寬度T1(或第二時間寬度T2)大於第一預設時間寬度TTH1(或第二預設時間寬度TTH2)時，控制單元150則會控制脈衝產生單元100繼續產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4(步驟S40)，此時全橋式逆變器相位偵測電路10會繼續電磁感應加熱之操作。

在一些實施例中，當第一時間寬度T1(或第二時間寬度T2)大於零且小於等於第一預設時間寬度TTH1(或第二預設時間寬度TTH2)時，又或者當全橋式逆變器相位偵測電路10停止電磁感應加熱之操作後(接續步驟S30)，控制單元150可以進一步控制脈衝產生單元100產生一第五開關控制訊號至第一開關111與第三開關113，並產生一第六開關控制訊號至第二開關112與第四開關114(步驟S50)，使得全橋式逆變器相位偵測電路10重新開始電磁感應加熱之操作。由於所述第五開關控制訊號之頻率大於第一開關控制訊號GATA1之頻率與第三開關控制訊號GATA3之頻率，且所述第六開關控制訊號之頻率大於第二開關控制訊號GATA2之頻率與第四開關控制訊號GATA4之頻率，因此流經諧振單元120之電流值會較低，以避免全橋式逆變器相位偵測電路10在進行電磁感應加熱時將全橋式開關單元110燒毀。

請參照圖15，圖15繪示出全橋式逆變器相位偵測電路10之模組方塊圖之另一實施例。如圖15所示，在一些實施例中，全橋式逆 變器相位偵測電路10更包含一電源過電壓偵測單元190，其中電源過電壓偵測單元190耦接直流電壓源VDC以及控制單元150。電源過電壓偵測單元190係用以判斷直流電壓源VDC所輸出之一直流電壓是否大於一預設值，當所述直流電壓大於所述預設值時，電源過電壓偵測單元190會產生一過電壓訊號，此時控制單元150會接收所述過電壓訊號而控制脈衝產生單元100停止產生第一開關控制訊號GATA1、第二開關控制訊號GATA2、第三開關控制訊號GATA3以及第四開關控制訊號GATA4而使得全橋式開關單元110不導通，進而避免過大的直流電壓被輸入至諧振單元120而導致其燒毀。

在一些實施例中，第一開關111、第二開關112、第三開關113以及第四開關114係為一絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)，線圈122係為一電感，控制單元150係選自一微控制器(MCU)、一嵌入式控制器(Embedded Controller)或一中央處理器(CPU)。

雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案之發明，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案之申請專利範圍內。

10:全橋式逆變器相位偵測電路

100:脈衝產生單元

110:全橋式開關單元

120:諧振單元

130:線圈電流偵測單元

140:相位偵測單元

150:控制單元

160:驅動單元

170:線圈過電流偵測單元

180:負載偵測單元

VDC:直流電壓源

Claims (10)

1. 一種全橋式逆變器相位偵測電路，包含：一脈衝產生單元，用以產生一第一開關控制訊號、一第二開關控制訊號、一第三開關控制訊號以及一第四開關控制訊號，其中該第一開關控制訊號、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號為脈衝寬度調變訊號；一全橋式開關單元，耦接該脈衝產生單元以及一直流電壓源，該全橋式開關單元包含：一第一開關，根據該第一開關控制訊號而導通或不導通；一第二開關，串聯於該第一開關，根據該第二開關控制訊號而導通或不導通；一第三開關，耦接該第二開關，根據該第三開關控制訊號而導通或不導通；以及一第四開關，串聯於該第三開關且耦接該第一開關，根據該第四開關控制訊號而導通或不導通；其中，在一特定時段，該第一開關與該第二開關擇一地導通，該第三開關與該第四開關擇一地導通；一諧振單元，包含：一諧振電容，一端耦接該全橋式開關單元；以及一線圈，一端耦接該全橋式開關單元，另一端耦接該諧振電容之另一端，該線圈用以接收一直流電源； 一線圈電流偵測單元，耦接該諧振單元，用以偵測流經該諧振單元之電流以產生一電流訊號；一相位偵測單元，耦接該脈衝產生單元以及該線圈電流偵測單元，用以偵測該第三開關控制訊號之正緣或該第四開關控制訊號之正緣與該電流訊號之正緣之間之一時間寬度，且判斷該時間寬度是否等於零或小於等於一預設時間寬度而產生一保護訊號；以及一控制單元，耦接該相位偵測單元以及該脈衝產生單元，用以依據該保護訊號控制該脈衝產生單元執行一保護機制。
2. 如請求項1所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該電流訊號包含一第一電流訊號及一第二電流訊號，該保護訊號包含一第一保護訊號及一第二保護訊號，該相位偵測單元用以偵測該第三開關控制訊號之正緣與該第一電流訊號之正緣之間之一第一時間寬度且判斷該第一時間寬度是否等於零或小於等於該預設時間寬度而產生該第一保護訊號，及偵測該第四開關控制訊號之正緣與該第二電流訊號之正緣之間之一第二時間寬度且判斷該第二時間寬度是否等於零或小於等於該預設時間寬度而產生該第二保護訊號，該控制單元用以依據該第一保護訊號及該第二保護訊號，控制該脈衝產生單元執行該保護機制。
3. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該控制單元更用以控制該脈衝產生單元停止產生該第一開關控制訊號、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號。
4. 如請求項3中所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該控制單元更用以控制該脈衝產生單元產生一第五開關控制訊號至該第一開關與該第三開關以及一第六開關控制訊號至該第二開關與該第四開關，其中該第五開關控制訊號之頻率大於該第一開關控制訊號之頻率以及該第三開關控制訊號之頻率，該第六開關控制訊號之頻率大於該第二開關之頻率以及該第四開關控制訊號之頻率。
5. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號分別同步於該第一開關控制訊號以及該第二開關控制訊號。
6. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號分別延遲於該第一開關控制訊號以及該第二開關控制訊號一移相延遲時間。
7. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，其中，該第一開關控制訊號之訊號變化緣與該第二開關控制訊號之訊號變化緣之間相差一第一延遲時間，該第三開關控制訊號之訊號變化緣與該第四開關控制訊號之訊號變化緣之間相差一第二延遲時間。
8. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，更包含一驅動單元，耦接於該全橋式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、該第二開關控制訊號、該第三開關控制訊號以及該第四開關控制訊號以分別驅動該第一開關、該第二開關、該第三開關以及該第四開關導通或不導通。
9. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，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值是否大於一預設值。
10. 如請求項1至2中任一項所述之全橋式逆變器相位偵測電路，更包含一負載偵測單元，耦接於該線圈電流偵測單元與該控制單元之間，該負載偵測單元用以根據該電流訊號之一脈波產生次數以判斷有無負載設置於該全橋式逆變器相位偵測電路。

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