加热控制装置及其控制方法技术领域
本发明是有关于一种加热控制装置，且特别是有关于一种利用硬件电路
来直接控制加热模块的加热温度的加热控制装置及其控制方法。
背景技术
随着打印技术的不断进步，立体打印已经成为相当热门的产业。立体打
印又称作加成式制造(AdditiveManufacturing)，属于快速成型技术(Rapid
Prototyping；简称RP)的一种。立体打印基于电脑辅助设计(ComputerAided
Design；简称CAD)等软体所建构的三维(ThreeDimensional；简称3D)模
型的数字成型图档而转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层(例如，
X-Y平面层)，并运用例如粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印(例如，
沿Z轴方向)的方式使建构材料在逐层固化的状态下来建构立体实物。
由于上述的建构材料因为其物料特性而具有特定的熔点，使得立体打印
对于喷嘴的温度必须精准地掌握，否则可能使建构材料烧焦或是无法呈现完
全的熔融状态等现象。现有技术通常是利用立体打印装置中的处理器通过喷
嘴上的温度传感器来感应目前的喷嘴温度，再通过目前的喷嘴温度以及当前
所需的预定喷嘴温度来产生控制信号，以动态控制喷嘴的加热设备是否加热。
然而，由于处理器在判断喷嘴温度以及产生控制信号之间仍有较长的操作时
间，使得喷嘴的温度变化量仍然可能不符预期。藉此，厂商仍在寻找可以即
时地控制加热装置以提供稳定地喷头温度的加热控制技术。
发明内容
本发明提供一种加热控制装置及其控制方法，可直接利用硬件电路(例
如，利用比较器)来即时控制加热模块的加热情况，并有效地降低物体(例
如，喷头)中目前温度及预设温度之间的变化量。
本发明的加热控制装置包括加热模块、温度感测模块、脉宽调制(Pulse
WidthModulation；简称PWM)电路及比较器。其中加热模块用以加热喷嘴，
温度感测模块用以感测加热模块的加热温度，以依据加热温度相应产生从而
提供温度感测信号。脉宽调制电路用以产生脉宽调制信号。并且，比较器的
输入端分别耦接耦接温度感测模块及脉宽调制电路，且其输出端耦接至加热
模块。比较器用以接收温度感测信号及脉宽调制信号，且比较温度感测信号
及脉宽调制信号以产生比较脉宽调制信号，从而利用比较脉宽调制信号来控
制加热模块的加热温度。
在本发明的一实施例中，上述的比较器脉宽调制电路共构于处理器，且
处理器耦接至比较器的输入端，以通过脉宽调制电路调整脉宽调制信号。
在本发明的一实施例中，上述的加热控制装置还包括反向器(Inverter)，
其中反向器耦接处理器及比较器，并用以接收脉宽调制信号，其中当反向器
尚未自脉宽调制电路接收到脉宽调制信号时，提供第一位准信号至比较器，
且当反向器自脉宽调制电路接收到脉宽调制信号时，提供脉宽调制信号至比
较器。
在本发明的一实施例中，上述的加热控制装置还包括缓冲电路，其中缓
冲电路耦接脉宽调制电路及比较器，并用以接收脉宽调制信号，并提供调整
后的脉宽调制信号至比较器。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲电路包括电阻电容电路。
在本发明的一实施例中，上述的加热控制装置还包括开关，其中开关耦
接比较器，并用以接收比较脉宽调制信号，且当开关接收到比较器所提供的
第二位准的比较脉宽调制信号时，开关反应于第二位准的比较脉宽调制信号
而导通，并藉以增加加热模块的加热温度，而当开关接收到比较器所提供的
第三位准的比较脉宽调制信号时，开关反应于第三位准的比较脉宽调制信号
而截止，并藉以停止增加加热模块的加热温度。
本发明的加热控制装置的控制方法，此控制方法包括下列步骤。感测加
热温度，以依据加热温度相应产生而提供温度感测信号。接收温度感测信号
及脉宽调制信号。并且，比较温度感测信号及脉宽调制信号以产生比较脉宽
调制信号，从而利用比较脉宽调制信号来控制加热温度。
在本发明的一实施例中，上述接收加热温度感测信号及脉宽调制信号包
括下列步骤。接收自处理器所调整的脉宽调制信号。
在本发明的一实施例中，上述接收加热温度感测信号及脉宽调制信号包
括下列步骤。当尚未自处理器接收到脉宽调制信号时，提供第一位准信号。
并且，当自处理器接收到脉宽调制信号时，提供脉宽调制信号。
在本发明的一实施例中，上述接收加热温度感测信号及脉宽调制信号包
括下列步骤。接收脉宽调制信号，并据以提供调整后的脉宽调制信号。
在本发明的一实施例中，上述比较温度感测信号及脉宽调制信号以产生
比较脉宽调制信号，从而利用比较脉宽调制信号来控制加热温度包括下列步
骤。接收比较脉宽调制信号。当接收第二位准的比较脉宽调制信号时，反应
于第二位准的比较脉宽调制信号而导通加热控制装置的开关，并藉以增加加
热温度。此外，当接收到第三位准的比较脉宽调制信号时，反应于第三位准
的比较脉宽调制信号而截止加热控制装置的开关，并藉以停止增加加热温度。
基于上述，本发明实施例的加热控制装置及其控制方法是通过比较器来
接收温度感测模块所感测的温度感测信号，其中此温度感测信号是温度感测
模块反应于加热模块的加热温度所产生的。比较器比较处理器的脉宽调制电
路所提供的脉宽调制信号及温度感测信号，从而依据比较结果来控制加热模
块的加热温度。藉此，本发明实施例的加热控制装置利用反应速度较快的硬
件逻辑电路(例如，比较器)来取代原有的处理器(例如，中央处理单元)
进行加热装置的加热控制，便能提升控制加热温度的反应速度，并有效地降
低物体(例如，喷头)中目前温度及预设温度之间的变化量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合
附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例说明一种加热控制装置的方块图；
图2是本发明一实施例说明图1中的加热控制装置的控制方法的流程图；
图3是本发明一实施例说明图1中的温度感测模块的范例；
图4是本发明一实施例说明图1中的比较器的范例；
图5是本发明一实施例说明图1中的加热模块的范例；
图6是本发明一实施例说明加热控制装置的部分示意图；
图7是本发明一实施例说明加热控制装置的部分示意图。
附图标记说明：
100、600、700：加热控制装置；
110：加热模块；
530：加热头；
130：温度感测模块；
670、770a、770b：反向器；
140：脉宽调制电路；
TS、TS2：温度感测信号；
150、650、750：比较器；
NTCS：负温度系数信号；
S210～S250：步骤；
IN：输入脚位；
310：负温度系数热敏电阻器；
NC：常闭脚位；
330：信号调整电路；
VCC、VDD：电源脚位；
510：开关；
GND、VEE：接地脚位；
690、790a、790b：电阻电容电路；
PWM、PWM2：脉宽调制信号；
OUT、OUT1、OUT2：输出脚位；
CPWM、CPWM2：比较脉宽调制信号；
+IN1、+IN2：正输入脚位；
-IN1、-IN2：负输入脚位。
具体实施方式
一般而言，硬件电路可快速反应于输入信号，且于输出端或特定脚位提
供对应的输出信号。对此，为了提供即时的温度控制及维持稳定的温度，本
发明便是通过硬件逻辑电路(例如，比较器)来接收温度感测模块所感测到
反应于加热模块的加热温度的温度感测信号，并将温度感测信号与处理器的
脉宽调制电路所传送的脉宽调制信号进行比较，从而依据比较结果而提供比
较脉宽调制信号来控制加热模块的加热温度。藉此，便能有效提升控制加热
温度的反应速度，且有效改善加热温度与预设温度之间的变化量。
图1是本发明一实施例说明一种加热控制装置的方块图。请参照图1，
加热控制装置100包括加热模块110、温度感测模块130、脉宽调制电路140
及比较器150。本发明的加热控制装置100可以是应用于立体打印装置中而
用以加热立体打印装置中的至少一个喷嘴(Nozzle)，也可以应用于其他需
要即时控制温度并供应稳定温度的电子装置(例如，电锅、烤箱等)。
加热模块110用以加热喷嘴(例如，立体打印装置中的至少一个喷嘴或
加热头)。在其他实施例中，加热模块100也可对电锅内锅及烤箱箱体等物
体进行加热。在一实施例中，加热模块110可接收比较脉宽调制信号CPWM，
且加热模块110依据第二位准(例如，高位准或低位准)的比较脉宽调制信
号CPWM来对物体加热，并依据不同于第二位准的第三位准(例如，低位准
或高位准)的比较脉宽调制信号CPWM来停止对喷嘴加热。
温度感测模块130例如是包括温度感测脚位(例如，负温度系数(Negative
TemperatureCoefficient；简称NTC)热敏电阻器(ThermalSensitiveResister))，
其中温度感测脚位可连接于加热模块110所加热的喷嘴或加热头，以感测加
热温度，并反应于加热温度而相应产生温度感测信号TS(例如，负温度系数
信号)。例如，温度感测模块130反应于加热温度升高而减少负温度系数信
号的电阻值，或者温度感测模块130反应于加热温度降低而增加负温度系数
信号的电阻值。需说明的是，应用本发明者可依据设计需求，利用不同技术
的温度传感器(例如，热阻体(Thermistor)、热电偶(Thermocouple)、电
阻式温度传感器(ResistanceTemperatureDetectors；简称RTD)或红外线(Infra
Red；简称IR)传感器)来感测加热温度，本发明实施例不加以限制。
脉宽调制电路140例如是正弦脉宽调制(SinusoidalPWM；简称SPWM)、
空间向量脉宽调制(SpaceVectorPWM；简称SV-PWM)等类型的脉宽调制
电路。在本实施例中，脉宽调制电路140共构于处理器(例如，中央处理单
元(CentralProcessingUnit；简称CPU)、微处理单元(MicroControlUnit；
简称MCU)等)，例如脉宽调制电路140内嵌于处理器。处理器耦接至比较
器150的输入端，以通过脉宽调制电路140调整脉宽调制信号PWM。例如，
处理器可调整脉宽调制信号PWM的责任周期(DutyCycle)、频率及/或操
作电压。
比较器150的输入端分别耦接温度感测模块130及脉宽调制电路140，
而比较器150的输出端耦接加热模块110。比较器150例如是运算放大
(OperationalAmplifier；简称OPA)比较电路、电压比较芯片(Chip)或逻
辑电路，且接收并比较脉宽调制信号PWM及温度感测信号TS，以输出比较
脉宽调制信号CPWM至加热模块110。本发明实施例的比较器150自共构于
处理器的脉宽调制电路140接收脉宽调制信号PWM。需说明的是，在现有的
立体打印装置中，通常是经由立体打印装置中的处理器接收温度感测模块130
所提供的温度感测信号TS，并依据温度感测信号TS来提供控制信号以控制
加热模块110的加热温度。然而，由于静电放电等安全性问题的因素造成上
述处理器需要一段操作时间来判断信号，导致控制温度的温度变化量可能因
而过大(例如，摄氏±5度(℃))。对此，本发明实施例便是直接利用比较
器150来控制加热模块110的加热温度，以提升控制温度的速度，以下将举
一实施例说明。
图2是本发明一实施例说明图1中的加热控制装置的控制方法的流程图。
请参照图2，本实施例的控制方法适用于图1的加热控制装置100。下文中，
将搭配加热控制装置100中的各项元件说明本发明实施例所述的控制方法。
本方法的各个流程可依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。
在步骤S210中，温度感测模块130感测加热模块110的加热温度，以依
据加热温度相应产生而提供温度感测信号TS。举例而言，图3是本发明一实
施例说明图1中的温度感测模块的范例。请参照图3，温度感测模块130包
括负温度系数热敏电阻器310及信号调整电路330。负温度系数热敏电阻器
310耦接加热模块110，并用以感测加热模块110的加热温度，且提供负温度
系数信号NTCS至信号调整电路330。信号调整电路330例如是对负温度系
数信号NTCS进行分压、蓄电等方式来提供温度感测信号TS。
在步骤S230中，比较器150接收温度感测信号TS及脉宽调制信号PWM
(例如是由微处理单元或中央处理单元的脉宽调制电路140所提供)。举例
而言，图4是本发明一实施例说明图1中的比较器的范例。请参照图4，比
较器150包括输出脚位OUT、负输入脚位-IN1、正输入脚位+IN1及接地脚位
VEE，其中负输入脚位-IN1接收脉宽调制信号PWM，而正输入脚位+IN1接
收温度感测信号TS。在其他实施例中，比较器150也可以是运算放大比较电
路，其中正相输入端接收温度感测信号TS，而反相输入端接收脉宽调制信号
PWM。在其他实施例中，加热控制装置100也可经由图4的正输入脚位+IN1
或运算放大比较电路中的正相输入端接收脉宽调制信号PWM，而经由图4
的负输入脚位-IN1或运算放大比较电路中的反相输入端接收温度感测信号
TS，端视设计需求而变动。
在步骤S250中，比较器150比较温度感测信号TS及脉宽调制信号PWM
以产生比较脉宽调制信号CPWM，从而利用比较脉宽调制信号CPWM来控
制加热模块110的加热温度。举例而言，以图4的比较器150为范例，脉宽
调制信号PWM的平均电压值为1伏特(Volt；V)，而加热模块110的加热
温度为常温(例如，摄氏25度(℃))，则温度感测模块130提供较高电压
值(例如，2伏特)的温度感测信号TS。此时，图4的比较器150中的输出
脚位将输出高位准(例如，平均电压值为2、3伏特等)的比较脉宽调制信号
CPWM至加热模块110。而另一范例中，脉宽调制信号PWM的平均电压值
为1.5伏特，而加热模块110的加热温度例如为摄氏220度(℃)，则温度
感测模块130提供较低电压值(例如，0.3伏特)的温度感测信号TS。此时，
图4的比较器150中的输出脚位将输出低位准(例如，平均电压值为-0.5、-1
伏特等)的比较脉宽调制信号CPWM至加热模块110。
此外，图5是本发明一实施例说明图1中的加热模块的范例。请参照图
5，加热模块110包括开关510及加热头530。开关510例如是N型金氧半导
体场效应晶体管(N-MOSFET)，而加热头530耦接于喷嘴(也可以是电锅
内锅及烤箱箱体等物体)以对喷头进行加热。
开关510耦接比较器150，并用以接收比较脉宽调制信号CPWM，且当
开关510接收到比较器150所提供的第二位准(例如，平均电压值为-0.5、2、
3伏特等)的比较脉宽调制信号CPWM时，开关510反应于第二位准的比较
脉宽调制信号CPWM而导通，并藉以增加加热模块110的加热温度(例如是
加热头530的输出温度)，而当开关510接收到比较器150所提供的第三位
准(例如，平均电压值为-0.5、-1、1伏特等)的比较脉宽调制信号CPWM时，
开关510反应于第三位准的比较脉宽调制信号CPWM而截止，并藉以停止增
加加热模块110的加热温度。
需说明的是，比较脉宽调制信号CPWM是基于比较温度感测信号TS的
电压值及脉宽调制信号PWM的平均电压值所产生。其中，当处理器通过脉
宽调制电路140提供特定责任周期(DutyCycle)(例如，30％、50％等)的
脉宽调制信号PWM时，比较器150会接收到特定平均电压值(例如，1、2
伏特等)的脉宽调制信号PWM(例如，经过分压电路等)。此外，比较温度
感测信号TS的电压值是反应于加热温度，也就是说，当加热温度达到预设温
度(例如，摄氏150、250度(℃)等)时，比较温度感测信号TS的电压值
会小于脉宽调制信号PWM的平均电压值，且加热模块110会停止对物体加
热。因此，应用本发明实施例者可依据设计需求，来调整处理器所提供的脉
宽调制信号PWM(例如是调整脉宽调制信号PWM的责任周期等)，以使加
热温度维持在预设温度(例如，摄氏200、230度(℃)等)，本发明不加以
限制。
藉此，本发明实施例的加热控制装置100便能加快控制加热温度的反应
速度，且加热温度与预设温度之间的温度变化量改善至摄氏±2.5度(℃)。
而应用本发明的加热控制装置100的立体打印装置便能稳定地对喷嘴加热，
进而改善打印品质。
此外，为了更加改善加热温度与预设温度之间的变化量，加热控制装置
100可还包括缓冲电路。缓冲电路耦接脉宽调制电路140及比较器150，并用
以接收脉宽调制信号PWM，而提供调整后的脉宽调制信号PWM至比较器
150。在一实施例中，缓冲电路例如是电阻电容电路，而用以提供平滑的信号。
藉此，加热控制装置100控制加热温度与预设温度之间的温度变化量可改善
至摄氏±0.4度(℃)。
另一方面，由于本发明实施例直接利用比较器150来控制加热模块110
的加热温度，而应用本发明实施例的立体打印装置在开机阶段时，立体打印
装置中的微处理单元尚未提供脉宽调制信号PWM至比较器150，但加热模块
110的加热温度为常温(例如，摄氏25度(℃))，因此温度感测模块130
提供较低电压值的温度感测信号TS至比较器150，而造成比较器150控制加
热模块110持续对物体加热。
为了避免上述情况，本发明加热控制装置100可还包括反向器。反向器
耦接处理器(例如，立体打印装置的微处理单元)及比较器150，并用以接
收脉宽调制电路140所提供的脉宽调制信号PWM，其中当反向器尚未自共构
于处理器的脉宽调制电路140接收到脉宽调制信号PWM时，提供第一位准
信号(例如，电压值为-0.5、-1、2伏特等)至比较器150，且当反向器自共
构于处理器的脉宽调制电路140接收到脉宽调制信号PWM时，提供脉宽调
制信号PWM至比较器150。藉此，立体打印装置便能在脉宽调制电路140
提供脉宽调制信号PWM之后，加热模块110才对喷嘴进行加热。
举例而言，图6是本发明一实施例说明加热控制装置的部分示意图。请
参照图6，加热控制装置600包括比较器650、反向器670及电阻电容电路
690，其中比较器650经由图1的温度感测模块130接收温度感测信号TS，
且提供比较脉宽调制信号CPWM至图1的加热模块110。当反向器670的输
入脚位IN尚未接收到例如是经由微处理单元调整而通过脉宽调制电路140所
提供的脉宽调制信号PWM时，反向器670的输出脚位OUT提供低位准信号
至电阻电容电路690，电阻电容电路690输出调整后的脉宽调制信号PWM至
比较器650，而温度感测信号TS反应于常温(例如，摄氏25度(℃))的
加热温度，因此比较器650提供低位准的比较脉宽调制信号CPWM，图1的
加热模块110便不对喷嘴加热。而当反向器670的输入脚位IN接收到例如是
经由微处理单元调整而通过脉宽调制电路140所提供的脉宽调制信号PWM
时，反向器670的输出脚位OUT便提供脉宽调制信号PWM至电阻电容电路
690，藉以控制图1的加热模块110来对物体进行加热。此外，温度感测信号
TS随着图1的加热模块110的加热温度提升而降低电压值，并在温度感测信
号TS的电压值小于脉宽调制信号PWM的平均电压值时，图1的加热模块
110便停止对物体进行加热。
本发明的加热控制装置更可应用于具有两个以上喷嘴的立体打印装置，
以下将举一范例说明。图7是本发明一实施例说明加热控制装置的部分示意
图。请参照图7，与前述范例不同的地方在于，比较器750相较于图6的比
较器650，更增加了电源脚位VCC、输出脚位OUT2、负输入脚位-IN2及正
输入脚位+IN2，其中负输入脚位-IN2接收例如是经由微处理单元调整而通过
脉宽调制电路140提供来控制对应于第二喷嘴的加热温度的脉宽调制信号
PWM2，正输入脚位+IN2接收另一温度感测模块反应于第二喷嘴的加热温度
所提供的温度感测信号TS2，且输出脚位OUT2提供比较脉宽调制信号
CPWM2以控制对应于第二喷嘴的加热模块的加热温度。此外，加热控制装
置700中的反向器770a、770b及电阻电容电路790a、790b的相关叙述请参
照图6的反向器670及电阻电容电路690，于此不再赘述。藉此，应用此范
例的双喷嘴立体打印装置便能通过比较器750来同时且分别控制对应于两个
喷嘴的加热模块。
综上所述，本发明实施例所述的加热控制装置及其控制方法通过比较器
接收温度感测模块反应于加热模块的加热温度所提供的温度感测信号，并将
温度感测信号与处理器调整而经由脉宽调制电路所提供的脉宽调制信号进行
比较，从而依据比较结果而控制加热模块的加热温度。藉此，应用本发明实
施例的立体打印装置便能提升控制加热温度的反应速度。此外，本发明的加
热控制装置更可增设缓冲电路，以使得加热温度与预设温度之间的变化量趋
近于摄氏±0.4度(℃)，进而提升立体打印装置的打印品质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对
其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通
技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，
或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并
不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。