TWM497902U - 可自動匹配負載阻抗之高週波線圈加熱設備 - Google Patents

Description

可自動匹配負載阻抗之高週波線圈加熱設備

本創作係有關於一種高週波線圈加熱設備，尤指一種可自動匹配負載阻抗之高週波線圈加熱設備。

按，請參閱第一圖所示，高週波線圈加熱設備1係一種利用感應原理對一工件13進行加熱之設備，典型的應用包括該工件13的淬火或退火等熱處理作業，此外，請再配合參閱第二圖所示，該高週波線圈加熱設備1也可應用於其他領域如長晶設備2上，而可對坩鍋21加熱，該高週波線圈加熱設備1包含有一線圈11與一線圈電源12，其加熱原理係利用線圈11的電流變化，使工件13或坩鍋21與之感應而產生渦電流(eddy current)，該工件13或坩鍋21即會因渦電流的流動與變化所產生之焦耳熱達到升溫效果，如此即可達到感應加熱之目的。

請參閱第一圖所示，習用的高週波線圈加熱設備1雖運用了線圈11及電磁感應原理達到感應加熱之目的，但工件13或坩鍋21溫度上升時其阻抗會產生變化，對於傳統金屬工件的熱處理來說，其工件13的體積較小，且加熱時間短，負載(工件13或坩鍋21)因升溫所造成的阻抗變化對於加熱效率與諧波失真等問題的影響尚不致太明顯，因此過去高週波線圈感應加熱的電源設計鮮少針對上述問題加以考慮，然而就大型的工件 13或長晶工藝的應用而言，工件13或坩鍋21的體積較大且製程的加熱時間長(以長晶為例，通常要好幾天)，若線圈電源12無法有效保持匹配負載阻抗，將大幅降低升溫效率、升溫穩定性及電源效率，造成製程條件難以精確控制，進而影響製程良率；此外，負載阻抗變化也容易造成突波電流而損壞供電系統，是故，如何針對上述缺失加以改進，即為本案創作人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於現有高週波線圈加熱設備，其線圈之電源無法自動匹配負載阻抗，導致升溫穩定度及電源效率大幅降低，影響製程良率，因此本創作之目的在於發展一種高週波線圈頻率可自動隨負載阻抗變化而調整的加熱設備。

為達成以上之目的，本創作係提供一種可自動匹配負載阻抗之高週波線圈加熱設備，其包含：一線圈，繞設於一待加熱物周圍；一線圈電源供應器，該線圈電源供應器與該線圈電性連接，該線圈電源供應器內設有一整流電路、一主動式PFC電路以及一變流電路，該主動式PFC電路分別與整流電路及變流電路相耦接。

藉由該線圈電源供應器內設有主動式PFC電路，俾當負載的阻抗因升溫而改變時，本創作即可透過功因修正電路調整線圈的頻率以自動匹配負載阻抗的變化，俾使電源系統的功率因素可維持在接近1的狀態，而可提高升溫效率及穩定性並縮短升溫時間，同時也可預防或避免過大的突波電流損壞系統，進而使本創作可達到大幅提升製程良率及產品可靠度之功效。

〔習用〕

1‧‧‧高週波線圈加熱設備

11‧‧‧線圈

12‧‧‧線圈電源

13‧‧‧工件

2‧‧‧長晶設備

21‧‧‧坩鍋

〔本創作〕

3‧‧‧線圈

4‧‧‧線圈電源供應器

41‧‧‧整流電路

411‧‧‧電源輸入端

42‧‧‧主動式PFC電路

43‧‧‧變流電路

431‧‧‧電源輸出端

44‧‧‧電壓回授電路

45‧‧‧電流回授電路

5‧‧‧交流電源

6‧‧‧工件

7‧‧‧長晶設備

71‧‧‧坩鍋

第一圖係習用高週波線圈加熱設備之示意圖。

第二圖係習用高週波線圈加熱設備應用於長晶工藝之示意圖。

第三圖係本創作之示意圖。

第四圖係本創作其線圈電源供應器之細部結構方塊示意圖。

第五圖係本創作應用於長晶工藝之示意圖。

請參閱第三圖所示，本創作係提供一種可自動匹配負載阻抗之高週波線圈加熱設備，其包含：一線圈3，該線圈3係繞設於一待加熱物例如一工件6周圍，在本實施例中，該工件6係以欲進行熱處理的金屬工件來例示，惟本創作的應用範圍並不限於此，請再配合參閱第五圖所示為本創作另一種應用之示意圖，其係作為一長晶設備7的坩鍋加熱裝置，在此，該線圈3則繞設於該長晶設備7的坩鍋71周圍；一線圈電源供應器4，該線圈電源供應器4與該線圈3電性連接，用以產生並供應該線圈3所需的交流電源，請再配合參閱第四圖所示，該線圈電源供應器4內可設有一整流電路41、一主動式PFC(Power Factor Correction，功率因素修正)電路42以及一變流電路43，該主動式PFC電路42分別與整流電路41及變流電路43相耦接，又該整流電路41可設有一電源輸入端411，用以供一外部的交流電源5(如市電)輸入電力，該變流電路43係用以將直流電轉換為一具有特定頻率的交流電，其具有一電源輸出 端431，且該電源輸出端431與線圈3電性連接，用以將該轉換後的交流電輸出給線圈3，又該主動式PFC電路42與變流電路43的電源輸出端431之間可分別連接有一電壓回授電路44以及一電流回授電路45，藉此，俾可透過回授方式實現令電流追隨電壓波形之功率因素修正，又，該主動式PFC電路42、電壓回授電路44與電流回授電路45等電路的細部結構及動作原理皆為本領域的技術人員所熟知，故在此不予詳述；請參閱第三圖、第四圖與第五圖所示，藉由該線圈電源供應器4內設有主動式PFC電路42、電壓回授電路44與電流回授電路45，俾當負載(即工件6或坩鍋71)阻抗因升溫而改變時，本創作即可透過功因修正電路調整線圈3的頻率以自動匹配工件6或坩鍋71阻抗的變化，使輸入電流與輸入電壓的波形可盡量保持一致，俾使電源系統的功率因素可維持在接近1的狀態(實際值約為0.98)，除了可提高升溫效率及穩定性並縮短升溫時間，也可預防或避免過大的突波電流損壞系統，進而使本創作可達到大幅提升製程良率及產品可靠度之功效。

3‧‧‧線圈

4‧‧‧線圈電源供應器

41‧‧‧整流電路

411‧‧‧電源輸入端

42‧‧‧主動式PFC電路

43‧‧‧變流電路

431‧‧‧電源輸出端

44‧‧‧電壓回授電路

45‧‧‧電流回授電路

5‧‧‧交流電源

Claims (5)

1. 一種可自動匹配負載阻抗之高週波加熱設備，其包含：一線圈，繞設於一待加熱物周圍；一線圈電源供應器，該線圈電源供應器與該線圈電性連接，該線圈電源供應器內設有一整流電路、一主動式PFC電路以及一變流電路，該主動式PFC電路分別與整流電路及變流電路相耦接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可自動匹配負載阻抗之高週波加熱設備，其中該變流電路具有一電源輸出端，且該電源輸出端與線圈電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可自動匹配負載阻抗之高週波加熱設備，其中該主動式PFC電路與變流電路的電源輸出端之間分別連接有一電壓回授電路以及一電流回授電路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可自動匹配負載阻抗之高週波加熱設備，其中該整流電路設有一電源輸入端，用以供一外部的交流電源輸入電力。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可自動匹配負載阻抗之高週波加熱設備，其中該待加熱物為金屬工件或坩鍋。