高周波加熱裝置及其頻率控制方法
【專利摘要】一種高周波加熱裝置包括數(shù)字控制模塊、高周波模塊、高壓電容切換模塊、高頻變壓器以及線圈模塊。數(shù)字控制模塊輸出調(diào)變信號。高周波模塊依據(jù)調(diào)變信號產(chǎn)生高周波信號。高壓電容切換模塊具有多個(gè)電容單元且各電容單元的等效電容不相同，高壓電容切換模塊依據(jù)所述高周波信號產(chǎn)生功率信號。高頻變壓器依據(jù)功率信號產(chǎn)生交流驅(qū)動(dòng)信號。線圈模塊與高頻變壓器電性連接，并依據(jù)交流驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生交變磁場。由于高壓電容切換模塊具有多個(gè)不同等效電容的電容單元，所以能達(dá)到多頻段切換與寬帶操作范圍，并可借此產(chǎn)生不同的功率信號，以驅(qū)動(dòng)線圈模塊產(chǎn)生不同頻率的交變磁場，能控制物體的加熱深度，進(jìn)而增加產(chǎn)品應(yīng)用性。
【專利說明】高周波加熱裝置及其頻率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種加熱裝置及其頻率控制方法，特別關(guān)于一種高周波加熱裝置及其頻率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)工業(yè)用高周波裝置可產(chǎn)生一交變磁場，進(jìn)而加熱一導(dǎo)磁物體，然而由于傳統(tǒng)高周波裝置只能固定在某一個(gè)操作頻率，而無法達(dá)到物體的不同深度加熱的效果。若要選擇物體的加熱區(qū)段，則需要購買不同頻率范圍的高周波裝置，因而大幅提高成本。
[0003]此外，已知高周波裝置無法達(dá)到:
[0004](I)在大電流下，有多頻段的切換。
[0005](2)無寬帶操作范圍。
[0006](3)固定頻率加熱。
[0007](4)固定電流加熱。
[0008](5)固定溫度加熱。
[0009]因此，如何提供一種高周波加熱裝置及其頻率控制方法，能夠擴(kuò)充高周波加熱裝置的功能，進(jìn)而提升其產(chǎn)品競爭力及應(yīng)用性，實(shí)為當(dāng)前重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的為提供一種能夠擴(kuò)充高周波加熱裝置的功能的高周波加熱裝置及其頻率控制方法。
[0011]本發(fā)明可采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0012]本發(fā)明的一種高周波加熱裝置包括一數(shù)字控制模塊、一高周波模塊、一高壓電容切換模塊、一高頻變壓器以及一線圈模塊。數(shù)字控制模塊輸出一調(diào)變信號。高周波模塊依據(jù)調(diào)變信號產(chǎn)生一高周波信號。高壓電容切換模塊具有多個(gè)電容單元且各電容單元的等效電容不相同，高壓電容切換模塊依據(jù)所述高周波信號產(chǎn)生一功率信號。高頻變壓器依據(jù)功率信號產(chǎn)生一交流驅(qū)動(dòng)信號。線圈模塊與高頻變壓器電性連接，并依據(jù)交流驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生一交變磁場。
[0013]在一實(shí)施例中，高周波加熱裝置還包括一切換單元，其與高壓電容切換模塊耦接以切換所述電容單元。
[0014]在一實(shí)施例中，高周波模塊包括一全橋電路。
[0015]在一實(shí)施例中，調(diào)變信號為一責(zé)任周期控制信號、一頻率控制信號或一電壓控制信號。
[0016]在一實(shí)施例中，高周波加熱裝置還包括一感測單元，其與數(shù)字控制模塊及高頻變壓器電性連接，并感測一電流或一頻率。
[0017]在一實(shí)施例中，高周波加熱裝置還包括另一感測單元，與所述數(shù)字控制模塊電性連接，并感測一溫度。[0018]另外，本發(fā)明還揭露一種頻率控制方法，其應(yīng)用于如上所述的高周波加熱裝置，并包括:一掃頻步驟，以取得對應(yīng)其中一個(gè)電容單元的一頻率范圍；一第一比較步驟，比較一輸入值與一偵測值；依據(jù)第一比較步驟的結(jié)果決定是否進(jìn)行一第二比較步驟，第二比較步驟包括判斷偵測值或偵測值所對應(yīng)的頻率是否落在頻率范圍內(nèi)；依據(jù)第二比較步驟的結(jié)果決定是否進(jìn)行一誤差分布計(jì)算；以及依據(jù)誤差分布計(jì)算決定是否調(diào)整一調(diào)變信號以調(diào)整頻率范圍。
[0019]在一實(shí)施例中，掃頻步驟的掃頻方向是由高頻至低頻。
[0020]在一實(shí)施例中，輸入值包括一頻率值、一溫度值、或一電流值。
[0021]在一實(shí)施例中，若第二比較步驟的結(jié)果為是，則將調(diào)變信號的頻率調(diào)高一增加值。增加值例如為IkHz。
[0022]在一實(shí)施例中，誤差分布計(jì)算包括:對偵測值進(jìn)行一預(yù)設(shè)量的取樣；以及若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在頻率范圍之上達(dá)一預(yù)設(shè)比例，則調(diào)高所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期。
[0023]在一實(shí)施例中，誤差分布計(jì)算包括:對偵測值進(jìn)行一預(yù)設(shè)量的取樣；若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在頻率范圍之下達(dá)一預(yù)設(shè)比例時(shí)，則調(diào)低所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期。
[0024]承上所述，在本發(fā)明的高周波加熱裝置及其頻率控制方法中，高壓電容切換模塊具有多個(gè)不同等效電容的電容單元，進(jìn)而能達(dá)到多頻段切換與寬帶操作范圍，并可借此產(chǎn)生不同的功率信號，以驅(qū)動(dòng)線圈模塊產(chǎn)生不同頻率的交變磁場，借此能控制一物體的加熱深度，進(jìn)而增加產(chǎn)品應(yīng)用性。此外，本發(fā)明的高周波加熱裝置可讓使用者輸入一輸入值，且輸入值可與一偵測值比較而進(jìn)行回授控制，輸入值可以是電流、溫度或頻率，進(jìn)而達(dá)到定電流、定溫或定頻的控制。此外，本發(fā)明的頻率控制方法能通過一誤差分布計(jì)算調(diào)整一頻率范圍，進(jìn)而能達(dá)到精準(zhǔn)的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種高周波加熱裝置的方塊示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高周波加熱裝置的多頻段的寬帶操作范圍的示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種頻率控制方法的流程圖；以及
[0028]圖4A及圖4B為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的誤差分布計(jì)算的示意圖。
[0029]主要元件符號說明:
[0030]1:高周波加熱裝置
[0031]11:數(shù)字控制模塊
[0032]12:高周波模塊
[0033]13:高壓電容切換模塊
[0034]131:電容單元
[0035]14:高頻變壓器
[0036]15:線圈模塊
[0037]16:切換單元
[0038]17、18:感測單元[0039]Ma:交變磁場
[0040]Sa:交流驅(qū)動(dòng)信號
[0041]Shf:聞周波/[目號
[0042]Sm:調(diào)變信號
[0043]Sp:功率信號
[0044]SlOl?S107:頻率控制方法的步驟【具體實(shí)施方式】
[0045]以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種高周波加熱裝置及其頻率控制方法，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。
[0046]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種高周波加熱裝置I的方塊示意圖，其中，高周波加熱裝置I包括一數(shù)字控制模塊11、一高周波模塊12、一高壓電容切換模塊13、一高頻變壓器14以及一線圈模塊15。高周波加熱裝置I可應(yīng)用于工程領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、或其它領(lǐng)域的加熱應(yīng)用。例如，當(dāng)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域時(shí)，可與一電磁熱治療針(electromagnetic thermotherapyneedle)配合使用；高周波加熱裝置I產(chǎn)生一交變磁場，以致插入一患病組織內(nèi)的電磁熱治療針產(chǎn)生一渦電流而發(fā)熱，進(jìn)而燒灼患病組織而達(dá)到治療的效果。由于本實(shí)施例的高周波加熱裝置I可產(chǎn)生不同的頻率的交變磁場，故可控制加熱的深度；其中，當(dāng)高頻時(shí)可產(chǎn)生淺層磁場，當(dāng)?shù)皖l時(shí)可產(chǎn)生深層磁場，而決定不同的加熱深度。
[0047]數(shù)字控制模塊11輸出一調(diào)變信號SM。數(shù)字控制模塊11可由一數(shù)字信號處理器(digital signal processing, DSP)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字控制模塊11所輸出的調(diào)變信號Sm可例如為一責(zé)任周期控制信號、一頻率控制信號或一電壓控制信號，亦即通過不同的責(zé)任周期、頻率或電壓來控制調(diào)變信號Sm的強(qiáng)度。
[0048]高周波模塊12與數(shù)字控制模塊11電性連接并依據(jù)調(diào)變信號Sm產(chǎn)生一高周波信號SHF。高周波模塊12可包括一全橋電路，其包括多個(gè)晶體管開關(guān)組件，并通過調(diào)變信號Sm對所述晶體管開關(guān)組件進(jìn)行切換而產(chǎn)生高周波信號SHF。高周波信號Shf相對而言為高壓低電流的信號。
[0049]高壓電容切換模塊13具有多個(gè)電容單元131，且各電容單元131的等效電容不相同。高壓電容切換模塊13與高周波模塊12電性連接并依據(jù)高周波信號Shf產(chǎn)生一功率信號SP。另外，本實(shí)施例的高周波加熱裝置I還可包括一切換單元16，其與高壓電容切換模塊13耦接以切換所述電容單元131接收高周波信號SHF。通過切換單元16切換具有不同電容值的電容單元131，可使本實(shí)施例的高周波加熱裝置I達(dá)到多頻段切換以及在中高頻段，例如30k?300kHz的寬帶操作范圍。圖2為本實(shí)施例的高周波加熱裝置I的多頻段的寬帶操作范圍的示意圖。于此以6個(gè)電容單元131為例，故可達(dá)到6個(gè)頻段切換效能，且操作范圍從30k至300kHz。由于本實(shí)施例屬串聯(lián)諧振，故皆操作在各頻段的右半平面。
[0050]高頻變壓器14與高壓電容切換模塊13電性連接，并依據(jù)功率信號SP產(chǎn)生一交流驅(qū)動(dòng)信號SA。本實(shí)施例不限制高頻變壓器14所輸出的交流驅(qū)動(dòng)信號Sa的范圍，其可依據(jù)實(shí)際需求而改變。相對而言，交流驅(qū)動(dòng)信號Sa為低壓高電流的信號。
[0051]線圈模塊15與高頻變壓器14電性連接，并依據(jù)交流驅(qū)動(dòng)信號Sa產(chǎn)生一交變磁場Ma。本實(shí)施例不限制線圈模塊15的線圈的種類、數(shù)量及結(jié)構(gòu)，這些皆可依實(shí)際需求而改變。[0052]此外，本實(shí)施例的高周波加熱裝置I還可包括一感測單元17，其與數(shù)字控制模塊11及高頻變壓器14電性連接，并可例如感測一電流、一頻率或其組合。另外，本實(shí)施例的高周波加熱裝置I還可包括另一感測單元18，其與數(shù)字控制模塊11電性連接，并感測一溫度，例如感測高周波加熱裝置I所加熱的一加熱體的溫度，并可將具有溫度信息的偵測值回傳至數(shù)字控制模塊11以進(jìn)行回授控制，而達(dá)到定溫控制目的。當(dāng)然，高周波加熱裝置I可同時(shí)包括感測單元17、18或僅包括兩者的其中之一。
[0053]其中，感測單元17所包括的電流及頻率感測組件例如為霍爾組件或是電阻式電路，而感測單元18所包括的溫度感測組件例如為熱電耦或熱敏電阻。于此，感測單元17與高頻變壓器14的二次側(cè)電性連接為例，且其所感測到的一偵測值回傳至數(shù)字控制模塊11，以進(jìn)行回授控制。通過感測單元17、18所造成的回授控制可使高周波加熱裝置I具有定電流、定溫或定頻的控制。感測單元17可包括一A/D轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter)以將偵測值數(shù)字化傳送至數(shù)字控制模塊11。
[0054]圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種頻率控制方法的流程圖，其應(yīng)用于如上所述的高周波加熱裝置I。
[0055]首先，頻率控制方法包括一掃頻步驟S101，其取得對應(yīng)其中一電容單元的一頻率范圍。當(dāng)使用者一開始使用高周波加熱裝置I時(shí)，必會(huì)切換或使用一電容單元，而所述電容單元具有一較佳的操作頻率范圍，故先通過一掃頻步驟以取得對應(yīng)所述電容單元的所述頻率范圍。于此，頻率范圍例如:當(dāng)較佳的操作頻率為f時(shí)，則頻率范圍為fV與fH之間，fL=f-lkHz, fH=f+lkHzo通過掃頻步驟,可使高周波加熱裝置I能快速并穩(wěn)定開機(jī)，由于系統(tǒng)不可操作于共振頻率的左半平面一電容性負(fù)載，因此掃頻范圍是由高頻往低頻(例如從300kHz往下掃頻)進(jìn)行掃描偵測；此法可使系統(tǒng)操作于共振頻率的右半平面一電感性負(fù)載，借此避免系統(tǒng)操作于諧振點(diǎn)及電容性時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
[0056]然后，頻率控制方法包括一第一比較步驟S102，其比較一輸入值與一偵測值。輸入值是由使用者所輸入的值，其可例如包括一頻率值、一溫度值、或一電流值，可分別依據(jù)定頻控制、定溫控制或定電流控制的需求而輸入。在本實(shí)施例中以輸入值為電流值為例。而偵測值是通過感測單元17所偵測的值，其可包括一頻率值或一電流值以對應(yīng)輸入值。于此，當(dāng)輸入值與偵測值(以電流值為例)相等時(shí)，則可穩(wěn)定輸出交流驅(qū)動(dòng)信號Sa進(jìn)而產(chǎn)生所需要的交變磁場Ma，而此交變磁場Ma可導(dǎo)致固定的電流產(chǎn)生于所要加熱的加熱體上，而達(dá)到定電流控制。同樣的原則可應(yīng)用于定溫及定頻控制，于此不再贅述。
[0057]若第一比較步驟的結(jié)果為否，即偵測值實(shí)質(zhì)不等于輸入值，則進(jìn)行一第二比較步驟S103，其包括判斷偵測值或偵測值所對應(yīng)的頻率是否落在頻率范圍內(nèi)。若第二比較步驟S103的結(jié)果為是，則將調(diào)變信號Sm的頻率調(diào)高一增加值(步驟S104)，再進(jìn)行第一比較步驟S102。增加值例如但不限于1kHz。由于調(diào)變信號Sm改變了，故感測單元17所感測的偵測值及偵測值所對應(yīng)的頻率f亦改變，并使得頻率范圍4?fH亦隨著改變。
[0058]接著，若第二比較步驟的結(jié)果為否，即偵測值所對應(yīng)的頻率不落在頻率范圍內(nèi)，則決定進(jìn)行一誤差分布計(jì)算S105。
[0059]誤差分布計(jì)算包括:對偵測值進(jìn)行一預(yù)設(shè)量的取樣；若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍4?fH之上達(dá)一預(yù)設(shè)比例，則調(diào)高所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期(步驟S106);以及若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍4?fH之下達(dá)一預(yù)設(shè)比例時(shí)，則調(diào)低所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期(步驟S107)。于此，預(yù)設(shè)量例如為100或其它數(shù)字。圖4A及圖4B為誤差分布計(jì)算的示意圖。請參照圖4A所示，若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍4?fH之下達(dá)一預(yù)設(shè)比例(例如但不限于70% )，則調(diào)低所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期。就物理意義來說，取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍4?fH下代表電流太大，所以調(diào)低所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期，以使電流變小。
[0060]請參照圖4B所示,若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍fV?fH之上達(dá)一預(yù)設(shè)比例(例如但不限于70% )，則調(diào)高所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期。就物理意義來說，取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍4?fH上代表電流太小，所以調(diào)高所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期，以使電流變大。當(dāng)然，通過上述調(diào)變信號的調(diào)整，亦使得頻率范圍改變。
[0061]在調(diào)高或調(diào)低調(diào)變信號后，再進(jìn)行第一比較步驟S102。
[0062]若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍fV?fH內(nèi)達(dá)一預(yù)設(shè)比例(即誤差未超出范圍)，則再次改變調(diào)變信號，例如將調(diào)變信號Sm的頻率調(diào)高一增加值(步驟S104)。
[0063]依據(jù)上述，誤差分布計(jì)算S105所導(dǎo)致的頻率范圍調(diào)整可視為一粗調(diào)，而改變調(diào)變信號S104可視為一微調(diào)。借此可使本發(fā)明的頻率控制方法能精準(zhǔn)地達(dá)到定溫、定電流或定頻的控制。
[0064]綜上所述，在本發(fā)明的高周波加熱裝置及其頻率控制方法中，高壓電容切換模塊具有多個(gè)不同等效電容的電容單元，進(jìn)而能達(dá)到多頻段切換與寬帶操作范圍，并可借此產(chǎn)生不同的功率信號，以驅(qū)動(dòng)線圈模塊產(chǎn)生不同頻率的交變磁場，借此能控制一物體的加熱深度，進(jìn)而增加產(chǎn)品應(yīng)用性。此外，本發(fā)明的高周波加熱裝置可讓使用者輸入一輸入值，且輸入值可與一偵測值比較而進(jìn)行回授控制，輸入值可以是電流、溫度或頻率，進(jìn)而達(dá)到定電流、定溫或定頻的控制。此外，本發(fā)明的頻率控制方法能通過一誤差分布計(jì)算調(diào)整一頻率范圍，進(jìn)而能達(dá)到精準(zhǔn)的控制。
[0065]以上所述僅是舉例性，而非限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高周波加熱裝置，其特征在于，包括: 一數(shù)字控制模塊，輸出一調(diào)變信號； 一高周波模塊，與所述數(shù)字控制模塊電性連接并依據(jù)所述調(diào)變信號產(chǎn)生一高周波信號; 一高壓電容切換模塊，具有多個(gè)電容單元且各所述電容單元的等效電容不相同，所述高壓電容切換模塊與所述高周波模塊電性連接并依據(jù)所述高周波信號產(chǎn)生一功率信號；一高頻變壓器，與所述高壓電容切換模塊電性連接，并依據(jù)所述功率信號產(chǎn)生一交流驅(qū)動(dòng)信號；以及 一線圈模塊，與所述高頻變壓器電性連接，并依據(jù)所述交流驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生一交變磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，還包括: 一切換單元，與所述高壓電容切換模塊耦接以切換所述電容單元。
3.如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，所述高周波模塊包括一全橋電路。
4.如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，所述調(diào)變信號為一責(zé)任周期控制信號、一頻率控制信號或一電壓控制信號。
5.如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，還包括: 一感測單元，與所述數(shù)字控制模塊及所述高頻變壓器電性連接，并感測一電流或一頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，還包括: 一感測單元，與所述數(shù)字控制模塊電性連接，并感測一溫度。
7.—種頻率控制方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的高周波加熱裝置，其特征在于，所述的頻率控制方法包括: 一掃頻步驟，以取得對應(yīng)其中一個(gè)電容單元的一頻率范圍； 一第一比較步驟，比較一輸入值與一偵測值； 依據(jù)所述第一比較步驟的結(jié)果決定是否進(jìn)行一第二比較步驟，所述第二比較步驟包括判斷所述偵測值或所述偵測值所對應(yīng)的頻率是否落在所述頻率范圍內(nèi)； 依據(jù)所述第二比較步驟的結(jié)果決定是否進(jìn)行一誤差分布計(jì)算；以及 依據(jù)所述誤差分布計(jì)算決定是否調(diào)整一調(diào)變信號以調(diào)整所述頻率范圍。
8.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，所述掃頻步驟的掃頻方向是由高頻至低頻。
9.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，所述輸入值包括一頻率值、一溫度值、或一電流值。
10.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，若所述第二比較步驟的結(jié)果為是，則將所述調(diào)變信號的頻率調(diào)高一增加值。
11.如權(quán)利要求10所述的頻率控制方法，其特征在于，所述增加值為1kHz。
12.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，所述誤差分布計(jì)算包括: 對所述偵測值進(jìn)行一預(yù)設(shè)量的取樣；以及 若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍之上達(dá)一預(yù)設(shè)比例，則調(diào)高所述調(diào)變信號的一責(zé)任周期。
13.如權(quán)利要求7所述的頻率控制方法，其特征在于，所述誤差分布計(jì)算包括: 對所述偵測值進(jìn)行一預(yù)設(shè)量的取樣；以及 若所述取樣的偵測值或其對應(yīng)的頻率落在所述頻率范圍之下達(dá)一預(yù)設(shè)比例時(shí)，則調(diào)低所述調(diào)變信號 的一責(zé)任周期。
【文檔編號】H05B6/06GK103634957SQ201210374700
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】戴政祺, 羅錦興, 謝孟達(dá), 張財(cái)旺, 陳建璋 申請人:戴政祺