加热装置及其控制方法与流程

1.本公开涉及一种加热装置及其控制方法，特别涉及一种降噪的加热装置及其控制方法。


背景技术：

2.现有技术中，应用于电磁炉电路架构包含有多个电容，在电磁炉启动时，由于电容放电时流经线圈的瞬间电流过大，会使电磁炉线圈上的炉具震动进而产生噪音，降低使用品质。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本公开的一实施方式提供一种加热装置，用以根据电源提供的电压产生感应磁场，加热装置包含第一电容、第一开关、第二开关、第二电容、第三电容、线圈及控制器。第一电容耦接电源。第二开关串联第一开关于一第一节点，且第一开关和第二开关与第一电容并联。第二电容耦接第一开关。第三电容耦接第二开关，且串联第二电容于一第二节点。线圈耦接在第一节点和第二节点之间，用以产生感应磁场。控制器用以分别输出第一控制信号和第二控制信号至第一开关和第二开关，其中第一控制信号和第二控制信号是互补的信号。在加热装置接收电压后并接收一启动命令后的一初始期间，控制器输出第一控制信号导通或关断第一开关，以及输出第二控制信号关断导通第二开关，其中第一控制信号的占空比小于50％，藉使第一电容的能量经由经导通的第一开关、线圈和第三电容释放。
4.本公开的另一实施方式提供一种加热装置，用以根据电源提供的电压产生感应磁场，加热装置包含第一电容、第一开关、第二开关、第二电容、第三电容、线圈及控制器。第一电容耦接电源。第二开关串联第一开关于一第一节点，且第一开关和第二开关与第一电容并联。第二电容耦接第一开关耦接。第三电容耦接第二开关，且串联第二电容于一第二节点。线圈耦接在第一节点和第二节点之间，用以产生感应磁场。控制器用以分别输出第一控制信号和第二控制信号至第一开关和第二开关，其中第一控制信号和第二控制信号是互补的信号。在加热装置接收电压后并接收一启动命令后的一初始期间，控制器输出第一控制信号导通或关断第一开关，以及输出第二控制信号关断导通第二开关，其中第二控制信号的占空比小于50％，藉使第一电容的能量经由第二电容、线圈和导通的第二开关释放。
附图说明
5.为使本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，说明书附图的说明如下：
6.图1a为根据本公开一实施例所示出的加热装置100a的示意图。
7.图1b为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100b的示意图。
8.图1c为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100c的示意图。
9.图1d为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100d的示意图。
10.图1e为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100e的示意图。
11.图1f为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100f的示意图。
12.图2为本公开另一实施例所示出的加热装置200的示意图。
13.图3为根据本公开一实施例所示出的电容放电曲线示意图。
14.图4为根据本公开一实施例所示出的电容的放电的控制方法的流程图。
15.图5为根据本公开一实施例所示出的电容放电曲线示意图。
16.图6为根据本公开一实施例所示出的电容的放电的控制方法的流程图。
17.根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本公开相关的具体特征与元件。此外，在不同附图间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
18.附图标记说明：
19.为使本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附符号的说明如下：
20.100a～100f,200：加热装置
21.110a～110f、2101～210n：控制电路
22.vin：输入电压
23.dr：整流电路
24.ac：输入源
25.ps：电源
26.ctl：控制器
27.cin,cr1,cr2：电容
28.l1：线圈
29.t1,t2：晶体管
30.u1,u2,u3：开关
31.n1,n2：节点
32.s1,s2,s3：控制信号
33.r1：电阻
34.s410,s420,s430,s610,s620,s630,s640：步骤
35.vcin,dc：电压
36.i：电流
具体实施方式
37.本文所使用的所有词汇具有其通常的含义。上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本说明书的内容中包含任一于此讨论的词汇的使用例子仅为示例，不应限制到本公开内容的范围与含义。同样地，本公开亦不仅以于此说明书所示出的各种实施例为限。
38.在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一
第一元件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二元件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本公开的本意。本文中所使用的“与/或”包含一或多个相关联的项目中的任一者以及所有组合。
39.关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
40.本公开说明书和附图中使用的元件编号和信号编号中的索引1～n，只是为了方便指称个别的元件和信号，并非有意将前述元件和信号的数量局限在特定数目。在本公开说明书和附图中，若使用某一元件编号或信号编号时没有指明该元件编号或信号编号的索引，则代表该元件编号或信号编号是指称所属元件群组或信号群组中不特定的任一元件或信号。例如，元件编号2101指称的对象是控制电路2101，而元件编号210指称的对象则是控制电路2101～210n中不特定的任意控制电路。
41.请参照图1a，图1a为根据本公开一实施例所示出的加热装置100a的示意图。如图1a所示，加热装置100a包含并联耦接的电容cin和控制电路110a。在一些实施例中，控制电路110a包含开关u1、开关u2、电容cin、电容cr1、电容cr2、线圈l1以及控制器ctl。开关u1和开关u2串联于节点n1，且并联于电容cin，电容cr1和电容cr2串联于节点n2，且分别耦接开关u1和开关u2，线圈l1耦接在节点n1和节点n2之间，用以产生感应磁场。加热装置100a用以根据电源ps提供的输入电压vin产生感应磁场。
42.在一些实施例中，电源ps包含输入源ac以及耦接于输入源ac的整流电路dr。在另一实施例中，电源ps可仅包含输入源ac，而整流电路dr则是设置在加热装置内。输入源ac可来自市电插座的交流电源，整流电路dr则为半桥电路或是全桥电路，耦接电容cin的两端，用于将交流电源转换为直流电源(例如：输入电压vin)。
43.在图1a所示的实施例中，开关u1和开关u2分别包含一个晶体管(例如：晶体管t1和t2)，线圈l1则为可以用于产生感应磁场的元件(例如：电感)，以下实施例将以此为例进行说明。然而本公开中，电容cin、电容cr1和电容cr2可以分别包含一或多个彼此连接并可用于存储能量的元件组合，线圈l1可包含一或多个彼此连接并用于产生感应磁场的元件，本公开亦不以图中所示为限。
44.在一些实施例中，控制信号s1和控制信号s2分别用于控制开关u1和开关u2导通或关断。在一些实施例中，控制信号s1和控制信号s2为互补的脉冲宽度调制(pulse width modulation,pwm)信号，可通过控制器ctl产生。换句话说，由于控制信号s1的占空比(duty cycle)和控制信号s2的占空比总和为百分之百。
45.在一些实施例中，当加热装置100接收了电源ps提供的输入电压vin(又或称上电)并根据启动命令启动时，例如，通过加热装置的电源插头插入市电的插座以接收市电提供的电压，并且通过使用者输入启动命令以启动加热装置100a，此时控制器ctl可分别输出控制信号s1和s2以对应开启和关断开关u1和u2。当开关u1导通且开关u2关断时，电容cr1和线圈l1形成谐振电路；当开关u2导通且开关u1关断时，则由电容cr2和线圈l1形成谐振电路，借此可控制流经线圈l1的电流，而线圈l1根据此电流产生感应磁场，以便对置于线圈l1上方的锅具进行加热的操作。
46.由于在上电的过程中，第一电容cin、第二电容cr1和第三电容cr3在极短时间内即被充饱电而呈现开路。若是要直接启动加热装置100而导通开关u1或是开关u2，此时在线圈
l1上会有瞬时的大电流经过，而使得放在加热装置上的锅具产生噪声。据此，在一些实施例中，当加热装置100接收电压(或是上电)时，电容cin、电容cr1以及电容cr2在极短时间内即被充饱电而呈现开路。此时，可以通过控制信号s1和控制信号s2控制开关u1和开关u2导通形成回路，使电容cin、电容cr1或电容cr2可释放能量。
47.在一些实施例中，由于电容cin耦接电源ps，使其持续处于充电状态，因此需要在加热装置100a接收到一启动命令时，电容cin才可进行放电的操作。在一些实施例中，启动命令可通过程序指令发送，亦可通过一微处理器接受来自使用者的启动指令，本公开并不以此为限。当加热装置100a接收了输入电压vin(又或称上电)并根据启动命令启动后的一段初始期间(例如：1毫秒内)，控制器ctl可先输出互补的控制信号s1和s2控制开关u1和开关u2的导通和关断，以对电容cin进行放电的操作。在初始期间过后，控制器ctl再进行缓启动(soft-start)，让加热装置100a进行正常的启动。在一些实施例中，在初始期间，控制器ctl以具有较小占空比(例如：小于50％，优选为3％～8％)的控制信号s1控制开关u1。此时，电容cin的能量可经由导通的开关u1、线圈l1和电容cr2释放。
48.在一些实施例中，在接收启动命令前，控制器ctl可先输出控制信号s3控制开关u2的导通和关断一段时间(例如：1秒内)，使得电容cr2的能量经由线圈l1和导通的开关u2释放，此时并不需要对开关u1进行操作。控制信号s3的占空比小于50％，优选则是介于3％～8％。
49.通过上述电路及控制信号设计，使电容cr2于加热装置100a启动前进行放电，电容cin则在接受到启动命令后配合信号控制放电，可避免加热装置100a于启动时线圈l1的瞬间电流过大进而使得装置上的锅具产生噪音的情形。
50.请参照图1b，图1b为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100b的示意图。图1b和图1a的不同之处在于，图1b中的控制电路110b还包含一电阻r1。在一些实施例中，电阻r1并联于开关u2，借此在上电时，电容cr2可经由线圈l1和电阻r1放电。
51.在一些实施例中，电阻r1可并联于电容cr2(图未示)，使电容cr2不须经过线圈l1，而仅经由电阻r1即可释放能量。
52.请参照图1c，图1c为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100c的示意图。图1c和图1a的不同之处在于，图1c中的控制电路110c还包含电阻r1和开关u3。电阻r1和开关u3串联，两者并联于电容cr2。通过控制开关u3在加热装置100c接收到输入电压vin后且接收到启动命令前导通，使电容cr2经由电阻r1释放能量。在接收到启动命令后，控制开关u3关断，以避免不必要的损耗。
53.请参照图1d，图1d为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100d的示意图。图1d和图1a的不同之处在于，图1d中控制电路110d进行放电的元件和路径不同，除此之外，加热装置100d的其余部分和加热装置100a完全相同，于此不再进行赘述。
54.当加热装置100d接收了输入电压vin并根据启动命令启动后的一段初始期间(例如：1毫秒内)，控制器ctl可先输出互补的控制信号s1和s2控制开关u1和开关u2的导通和关断，以对电容cin进行放电的操作。在初始期间过后，控制器ctl再进行缓启动(soft-start)，让加热装置100a进行正常的启动。在本实施例中，在初始期间，控制器ctl以具有较小占空比(例如：小于50％，优选为3％～8％)的控制信号s2控制开关u2。此时，电容cin的能量可经由电容cr2、线圈l1、导通的开关u1释放。
55.在一些实施例中，在接收启动命令前，控制器ctl可先输出控制信号s3控制开关u1的导通和关断一段时间(例如：1秒内)，使得电容cr1的能量经由线圈l1和导通的开关u1释放，此时并不需要对开关u2进行操作。控制信号s3的占空比小于50％，优选则是介于3％～8％。
56.图1e为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100e的示意图。图1f为根据本公开另一实施例所示出的加热装置100f的示意图。加热装置100e和100f除了电阻r1及/或开关u3的位置不同于加热装置100b和100c外，其对电容cr1进行放电的操作原理类似于加热装置100b和100c对电容c2放电的操作，于此不再进行赘述。
57.请参照图2，图2为本公开另一实施例所示出的加热装置200的示意图。图2和图1a的不同之处在于，图2中的加热装置200包含多个控制电路2101～210n，各个控制电路210之间彼此并联，且并联于电容cin和输入电压vin。具体来说，加热装置200包含多个线圈(图未示)，可对多个锅具提供更多元的加热方式。在一些实施例中，每个控制电路210中所包含的元件及其耦接关系皆已于上述段落进行说明，于此不再赘述。
58.需要注意的是，由于加热装置200中的各个控制电路210皆并联于同一电容cin，且可以独立控制启动或关闭。在加热装置200进行能量释放时，各个控制电路210需要分别将电容cr1或电容cr2进行放电，但是在收到启动命令后，只需将电容cin进行一次放电。换句话说，只要其中一个控制电路210启动后，电容cin即已完成能量释放，后续才启动的控制电路210只要在启动前对电容cr1或电容cr2进行放电即可，启动后不须再次对电容cin进行放电。
59.请同时参照图3和图4。图3为根据本公开一实施例所示出的电容cr2放电曲线示意图。图4为根据本公开一实施例所示出的电容的放电的控制方法的流程图。如图4所示，当加热装置100a在步骤s410中接收输入电压vin后，进入步骤s420，控制开关u2导通和关断，使电容cr2在开关u2导通时进行放电。在步骤s430中，通过控制器ctl判断放电时间是否已大于一预设值(例如：1秒)。举例而言，在一些实施例中，如图3所示，当加热装置100a接收输入源ac(例如：市电)时，电容cr2的电压dc很快就被充到最大值。此时若将控制开关u2的控制信号s3的占空比设为8％，并提供给开关u2约1秒的时间，则电容cr2的电压dc便降到几乎为零的状态。因此，当控制器ctl判断电容cr2的放电时间未大于上述预设值时，则回到步骤s420，使电容cr2继续进行放电，直至电容cr2的放电时间足够(大于等于上述预设值)后停止放电流程。
60.请同时参照图5和图6。图5为根据本公开一实施例所示出的电容cin放电曲线示意图。图6为根据本公开一实施例所示出的电容cin的放电的控制方法的流程图。在一些实施例中，如图6所示，当加热装置100a在步骤s610中接收到启动命令后，进入步骤s620，输出互补的控制信号s1和s2控制开关u1和开关u2的导通和关断，以对电容cin进行放电的操作。以加热装置100a为例，控制器ctl以具有较小占空比(例如：小于50％，优选为3％～8％)的控制信号s1控制开关u1。此时，电容cin的能量可经由导通的开关u1、线圈l1和电容cr2释放。
61.在步骤s630中，通过控制器ctl判断电容cin的放电时间是否已大于一预设值(亦即，是否过了初始期间)。当控制器ctl判断电容cin的放电时间大于上述预设值时，即完成电容cin放电流程，则进行步骤s640，控制器ctl进行缓启动(soft-start)，让加热装置100a进行正常的启动加热程序。
62.如图5所示，当电容cin接收到启动命令后，通过对电容cin的电压vcin进行放电(此时已先完成对电容cr2的放电程序)，流经线圈的电流i可降低至小于5安培，相较于未对电容cin和电容cr2进行放电而直接进行启动程序产生的电流约有80安培，此电流i已经小到不足以对加热装置100a上的锅具产生噪音。
63.需要注意的是，前述的加热装置100b～100f亦可适用于类似于图4和图6所示的放电流程，且具有类似于图3和图5所示的放电曲线，为简化说明，于此不再进行赘述。
64.综上所述，本公开提供的加热装置100a～100f以及控制方法能够通过控制信号控制开关导通或关断，或者通过外加电阻的方式，对加热装置中的电容进行放电，使得加热装置中的线圈或线圈不会有瞬间过大的电流通过，以避免噪音及震动的产生。
65.虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。