CN108803767A - 具有无线监测和控制的数字电源 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于数字电源的装置和方法，其可以为两个或更多个电负载提供独立的功率控制。一些公开的实施例提供连续的、可变功率，而其它公开的实施例提供离散的功率水平。所公开的实施例可以降低引入到功率系统中的谐波电流和/或闪变的幅值。实施例包括使用相位控制AC电流将功率传输到电负载的微处理器。在一些实施例中，微处理器可以计算对应于每个电负载的请求功率的功率阵列。提供了逻辑电路，用于以降低谐波电流和闪烁幅值的模式填入功率阵列。本公开的部分包括用于传输功率以实现和保持期望目标温度的段控制器，以及用于控制来自远程装置的温度的无线控制器。

Description

具有无线监测和控制的数字电源

相关申请

本申请是于2016年7月1日提交的序列号为15/200,759的申请的部分继续，此处通过引用结合其全部内容。

技术领域

本发明涉及数字电源，用于独立地控制两个或更多个高功率负载，减少引入谐波和闪变。在一个非限制性实施例中，数字电源可以用在电烤炉中以独立地控制两个或更多个加热元件，同时减少引入到电源系统的谐波和闪变。数字电源可以无线地传输工作参数并从远程装置接收控制信号。此外，数字电源可以包括用于将加热元件加热到期望目标温度并将该温度保持一段时间的功能。

背景技术

越来越多地期望可以使用AC壁装插座独立地控制两个或更多个高功率负载，同时向电网中引入减少的谐波和/或闪变量。城市人口在增加，并伴随着人们对可插入AC壁装插座的高功率负载的需求日益增加。举例来说，城市居民居住在公寓住宅或公寓大楼中，他们希望在那里使用烤炉。由于烟雾、气体或其它问题，使用典型的木炭或燃气烤炉可能是不允许或不可取的。

有许多可用的电烹饪装置，如乔治·福尔曼牌烤炉(和类似的装置)、帕尼尼(panini)压力锅、电烤炉等等。然而，这些现有技术的装置通常不传输可变功率。而且，这些现有技术的电烹饪装置通常不能产生足够的功率来匹配燃气或电烤炉。

一些现有技术装置可以使用与电负载串联的可变电阻器来控制传输到负载的功率量。例如，随着可变电阻器的电阻值增加，可变电阻器限制功率被传输到电负载。使用可变电阻器来控制向电负载传输功率是众所周知的。但可变电阻有缺点。例如，这些缺点可能包括将谐波引入电气系统，这转化为可能产生干扰和其它不可预测的电磁场的电磁辐射。而且，因为可变电阻器耗费大量功率，所以它们可能效率低下。

其它现有技术装置可以使用开启和关闭以控制功率传输的双金属温度计。使用双金属温度计的缺点包括这样的事实，即它允许对传输的功率的较离散的(即较不精确的)控制，并且通常与响应时间的相对较长的滞后有关。长时间滞后导致负面的烹饪体验，因为它导致对温度的较差控制。而且，长时间滞后是不利的，因为已知长时间开/关的工作周期缩短了加热元件的寿命

一些装置可能使用半波控制技术来传输功率。例如，名称为“使AC功率线电压波动最小化的加热控制系统(Heating Control System Which Minimizes AC Power LineVoltage Fluctuations)”的美国专利6,772,475公开了控制AC电流传输的半波AC控制装置。这种控制方法具有明显的缺点，因为它只能分阶段而不是在从0-100％的连续范围内传输功率。相反，本发明的实施例允许连续可变的功率传输。

还有其它现有技术的装置可以包括数字控制，用于在功率负载打开时限制电流涌入。例如，名称为“用于在满足欧洲闪变和谐波要求的同时提供AC功率的方法和装置(Method and apparatus for supplying AC power while meeting the Europeanflicker and harmonic requirements)”的美国专利6,111,230描述了一种限制印刷装置在首次打开时的电流涌入的方法。然而，所公开的装置不提供独立控制多个电负载，更不用于在独立地控制多个负载的同时减少谐波电流和闪变。

因而，需要一种数字电源，其可以独立地控制两个或更多个电负载，同时仅向功率系统引入减少的谐波和闪变干扰。此外，需要这样的实施例，其中可以无线地控制一个或多个电负载，同时减少谐波和闪变干扰。这种无线控制包括可以监视工作参数并无线地控制数字电源的远程装置将会是有利的。

发明内容

本发明克服了已知电源的许多缺陷并为例如电烤炉之类的装置提供了新的特征和优点。例如，本发明的实施例提供了可以向电负载传输更精确量的功率的数字功率控制。而且，本发明的实施例允许独立地控制多个电负载。本发明的又一些实施例减少了将电源插入壁装插座可能导致的谐波电流和闪变。另外的实施例提供了对电负载的无线控制，同时减少了谐波和闪变干扰。

根据本发明的优选实施例，提供了一种数字电源，包括：分别通过第一和第二三端双向可控硅开关连接到电压线路的第一和第二负载；和与第一和第二三端双向可控硅开关进行电子通信的微处理器；其中，所述微处理器被配置成通过分别启动和停用所述第一和第二三端双向可控硅开关来向所述第一和第二负载传输离散功率水平。数字电源可以包括与微处理器进行电子通信的无线控制器。而且，微处理器可以接收至少一个期望目标温度。期望目标温度可以经由无线控制器从远程装置无线地接收。期望目标温度可以通过与微处理器进行电子通信的用户输入装置来接收。

在本发明的实施例中，微处理器接收对应于第一负载的第一期望目标温度和对应于第二负载的第二期望目标温度。此外，数字电源可以包括与微处理器进行电子通信的至少一个热电偶。可选地，第一热电偶放置在第一负载附近，而第二热电偶放置在第二负载附近。离散功水平可以是0％，50％和100％。此外，微处理器可以被配置为同时向第一负载传输100％功率，直到达到第一期望目标温度，以及向第二负载传输100％功率，直到达到第二期望目标温度。

其它实施例提供了一种具有数字电源的电烤炉，包括：至少一个加热元件，通过三端双向可控硅开关连接至电压线；微处理器，与三端双向可控硅开关电子通信；其中，所述微处理器被配置为通过启动或停用所述三端双向可控硅开关来向所述加热元件传输离散功率水平；至少一个温度感测装置，用于测量在所述电烤炉中的位置处的温度，所述温度感测装置与所述微处理器进行电子通信；以及段控制器，其被配置为接收期望目标温度并且基于期望目标温度来确定上温度段和下温度段。离散功率水平可以是0％，50％和100％。

可选地，微处理器被调整和配置为连续监测从温度感测装置接收的温度，并且其中所述微处理器进一步被调整和配置为向所述加热元件传输100％功率，直到达到所述下温度段。微处理器可以进一步被调整和配置为向所述加热元件传输50％的功率，直到达到所述上温度段，并且其中，微处理器可以通过交替阻断并允许AC电流波传递到加热元件来传输50％的功率。微处理器可以进一步被调整并配置为当达到上温度段时向加热元件传输0％的功率。此外，段控制器可以被调整和配置为针对较低的期望目标温度动态地降低温度段，而针对较高的期望目标温度升高温度段。

例如，250F的期望目标温度可以具有低于期望目标温度25F的下温度段和等于期望目标温度的上温度段。250F和400F之间的期望目标温度可具有低于期望目标温度10F的下温度段和高于期望目标温度10F的上温度段。高于400F的期望目标温度可具有等于期望目标温度的下温度段和高于期望目标温度15F的上温度段。

另外的实施例提供了一种无线电烤炉系统，包括：电烤炉，具有通过三端双向可控硅开关连接到电压线路的至少一个加热元件；微处理器，与三端双向可控硅开关电子通信；其中，所述微处理器被配置为通过启动或停用所述三端双向可控硅开关来向所述加热元件传输离散功率水平；至少一个热电偶，用于测量在电烤炉中的位置处的温度，所述热电偶与微处理器进行电子通信；以及无线控制器，与微处理器进行电子通信。该系统可以进一步包括具有屏幕和用户输入装置的远程装置，远程装置经由电烤炉的无线控制器与电烤炉无线通信。在一些实施例中，远程装置向用户显示食物配置文件的菜单并且经由用户输入装置从用户接收选择的食物配置文件。

在一些实施例中，远程装置确定与所选择的食物配置文件相关联的目标温度，并将目标温度无线传送至电烤炉。该微处理器可以被调整和配置为向加热元件传输第一离散功率水平直到达到下温度段。微处理器可以进一步被调整和配置为一旦达到下温度段，就向加热元件传输第二离散功率水平。微处理器可以进一步被调整和配置为一旦超过上温度段，就向加热元件传输第三离散功率水平。例如，在一些实施例中，第一离散功率水平是100％，第二离散功率水平是50％，并且第三离散功率水平是0％。在一些实施例中，50％的离散功率水平是通过允许AC电流的每一个第二波传送到加热元件来实现的。

此外，响应于经由用户输入装置的用户输入，远程装置可以被配置为向电烤炉发送“断开”信号，并且微处理器被配置为响应于“断开”信号而传送0％的功率。可选地，微处理器被调整和配置为基于热电偶处的温度来计算估计的环境温度，并且其中微处理器还被调整和配置为将估计的环境温度与目标温度进行比较。本发明的实施例可以进一步包括被配置为与三端双向可控硅开关并联、并与微处理器通信的锁存继电器。微处理器可以被调整和配置为通过启动锁存继电器并且停用三端双向可控硅开关来向加热元件传输100％的功率。

因此，本发明的一个目的是提供一种数字电源，其提供精确的功率控制，可以独立地控制多个负载，并且可以减少由电源引入壁装电源插座的谐波电流和闪变。

本发明的另一目的是提供一种改进的电源，包括但不限于可与电烤炉一起使用的电源。

本发明的另一目的是提供一种数字电源，其可用于电烤炉中以提供对两个或更多个加热元件的独立控制。

本发明的另一个目的是提供一种将较少的谐波电流引入壁装插座的数字电源。

本发明的另一个目的是提供一种将较少的闪变引入壁装插座的数字电源。

本发明的另一个目的是提供一种用于电烤炉中的数字电源，该电烤炉符合关于谐波电流和闪变的标准限制和/或规定。

本发明的另一目的是提供一种用于电烤炉中的数字电源，以将可变功率传送给两个或更多个加热元件。

本发明的另一个目的是提供一种使用相位截断技术来传输可变功率的数字电源。

本发明的另一目的是提供一种传输离散功率水平的数字电源。

本发明的另一目的是通过提供短工作周期来改善加热元件的使用寿命。

本发明的另一目的是提供用于实现和保持期望目标温度的技术。

本发明的另一个目的是在具有无线能力的电烤炉中提供电源，用于远程监视工作参数以及无线地控制功率水平。

发明人对术语的定义

可能在本专利的各权利要求或说明书中使用的以下术语旨在具有与法律要求一致的最广泛含义：

如本文所使用的，“功率阵列”被定义为值的阵列，每个值表示一个波周期中功率传输的百分比(0.0≤x≤1.0)。示例性的功率阵列被描述为具有四个单元，但是应该理解，其它尺寸的阵列是可能的。

如本文所使用的，“相位角阵列”被定义为值的阵列，每个值表示一个波周期中的相位角“截断”。示例性的相位角阵列具有四个单元，但是应该理解，其它尺寸的阵列是可能的。

如本文所使用的，“定时模式”被定义为产生相位控制AC波形的“导通”和“断开”信号的模式。

在可能的备选含义下，在权利要求的说明中，最宽泛的含义旨在与本领域普通技术人员的理解一致。权利要求中使用的所有词语都旨在以英语语言、语法和行业的正常习惯用法使用。

附图说明

根据以下描述和附图，本发明已陈述的和未陈述的特征、目的和优点(有时以单数形式使用，但不排除复数形式)将变得显而易见，其中相同的附图标记表示各种视图中的相同元件，并且其中：

图1A是本发明的示例性烤炉的正视图。

图1B是示出代表性内部部件的代表性烤炉的烹饪表面的顶部示意图。

图2A是包括本发明的数字电源电路的示例性电路实施例的示意图。

图2B是包括本发明的数字电源电路和无线控制器的示例性电路实施例的示意图。

图3A是本发明的具有90度截断的示例性波形。

图3B是本发明的具有90度截断的示例性波形。

图3C示出了比对标准极限值而绘制的谐波电流，示出了1150W元件的谐波电流。

图4A是本发明的“导通”波之后的示例性截断波形。

图4B是本发明的“导通”波之后的示例性截断波形。

图4C示出了比对标准极限值而绘制的谐波电流，示出了1150W元件的谐波电流。

图5A是本发明的“关闭”波之后的示例性截断波形。

图5B是本发明的“关闭”波之后的示例性截断波形。

图5C示出了比对标准极限值而绘制的谐波电流，示出了1150W元件的谐波电流。

图6是本发明的示例性微处理器配置的流程图。

图7是用于填入本发明的功率阵列的示例性算法。

图8示出了在本发明的一段时间内传输到两个加热单元的示例性功率。

图9示出传输给本发明的n个加热单元的示例性功率。

图10是本发明的微处理器的示例性输入和输出的流程图。

图11示出了用于闪变的标准(IEC 61000-3-3)极限值。

图12示出了第一负载、第二负载和合计功率消耗的示例性波形。

图13是示出了基于在烤炉的加热元件附近进行的测量的烤炉箱内估计的环境温度的示例性曲线图。

图14A是示出在中等温度范围内工作的电烤炉的示例性温度波动的曲线图。

图14B是示出在低温度范围内工作的电烤炉的示例性温度波动的曲线图。

图14C是示出在高温度范围内工作的电烤炉的示例性温度波动的曲线图。

图15是与远程装置无线通信的电烤炉的示例性示意图。

具体实施方式

以下阐述的是当前被认为是所要求保护的发明的优选实施例或最佳表示性示例的内容。设想对实施例和优选实施例的将来和现在的表示或修改。在功能、目的、结构或结果方面作出实质性改变的任何变更或修改都旨在被本专利的权利要求所涵盖。本发明可以用在具有电流保护电路的电烤炉上和/或作为其一部分，如在由申请人申请的申请号为15/200,687的名称为“具有电流保护电路的电烤炉(Electric Grill With CurrentProtection Circuitry)”的共同待审专利申请、以及与本申请同一天提交的名称为“用于具有电流保护电路的电烤炉的无线控制和监测(Wireless Control And Monitoring ForElectric Grill with Current Protection Circuitry)”的共同待审专利申请(两者均转让给韦伯史蒂芬产品有限责任公司(Weber-Stephen Products LLC))中所讨论的，并且通过引用全部都包含在此。

本发明通常包括数字电源，其可以为两个或更多个电负载提供独立的功率控制和连续可变的功率。本发明的实施例可以减少引入到功率系统中的谐波和/或闪变的量。本领域的普通技术人员将会认识到，数字电源可以用于给任何电负载或负载组合(包括加热器、电机等)供电。在本文描述的优选实施例中，示例性负载是电烤炉中的加热元件。

电烤炉适用于具有独立负载控制的数字电源，因为用户可能希望在电烤炉的一侧具有较高的热量而在烤炉的另一侧具有较低的热量。这样的安排允许用户同时烧烤需要不同温度的各种食物、或者使用间接烧烤方法。间接烧烤方法的例子包括将食物放置在烹饪表面的一侧上、同时加热另一侧，从而避免食物与热源之间的直接接触。可变功率的另一个好处是它允许用户输入功率设置并达到目标温度。这样能够可以在低温下长时间烹饪。

现在参照附图，图1-15示出了电烤炉110和数字电源200的优选实施例。作为示例，图1A和1B示出了代表性的电烤炉110。图1A示出了电烤炉110的外部，包括外壳106、可以安装在壳体106上的左和右控制旋钮101和102以及显示器103。电烤炉110可以包括用于连接到AC壁装插座的电源线107。左和右控制旋钮101和102以及显示器103可以连接到在此更详细描述的微控制器213上。

如图1B所示，左和右控制旋钮101和102可分别与第一和第二加热元件203和204相关联，从而产生双烹饪区。图1B中还示出了代表性的炉排或烹饪表面112。每个加热元件203和204可以由旋钮101、102或与加热元件203、204相关联的任何其它控制器独立地控制。左旋钮101和右旋钮102可以放置在烤炉外壳106的外部。旋钮101和102或本领域技术人员应理解的任何其它输入装置可连接到微处理器213上，以设定一个或多个加热元件203、204的工作模式。

使用旋钮101和102、或者例如触摸屏或按钮的任何其它输入装置(或者如本文所讨论的“无线地”)，用户可以为每个加热元件203和204选择工作模式。工作模式可以包括用于加热元件的期望温度或功率设定。这里进一步详细描述的微处理器213控制传输到加热元件203和204的电流，以便传输选定的功率。微处理器213可以使用反馈回路实现每个加热元件203和204的期望温度，在反馈回路中，其从热电偶221和222接收当前温度读数，所述热电偶221和222位于相应的加热元件203和204近侧。本领域的普通技术人员将会认识到，可以使用各种类型和数量的旋钮、加热元件、温度传感器和/或显示器。

电烤炉110可以可选地包括显示器103或其它用户界面。在一个示例中，显示器103可以连接到微处理器213上并且显示与一个或多个加热元件203、204的当前设置或工作相关的信息。例如，显示器103可以显示加热元件203和204附近的当前温度(如由热电偶221和222测量的)以及用户已经通过旋钮101和/或102选择的期望温度或功率设置。

现在转向图2A和2B，就一般的、非限制性的术语而言，数字功率传输可以通过微处理器213来完成，该微处理器213接收用户期望的功率设置并且控制三端双向可控硅开关208和209以启用(或禁用)AC电流从电压线路201经过加热元件203和204并且通过中性线路202返回到壁装插座的流动。本文另外提供了特别配置的微处理器213，其可以以减少由电烤炉110引入到AC壁装插座的谐波电流和闪变量的方式来控制流向加热元件203和204的AC电流的流动。

如图2A的实施例所示，微处理器213与三端双向可控硅开关驱动器211和212通信，三端双向可控硅开关驱动器211和212进而控制相应的三端双向可控硅开关208和209。微处理器213可以向加热元件203和204传送功率的机制是，经由其对应的三端双向可控硅开关驱动器211和212来导通或断开三端双向可控硅开关208和209(有时分别称为“启用”和“禁用”)。

具体而言，当三端双向可控硅开关208和209被来自微处理器213的脉冲触发时“开启”。电流持续流动，直到AC电流波过零。在过零后，三端双向可控硅开关关闭并保持关闭，直到下一次微处理器213将其开启。在AC电流为60Hz的例子中，例如典型的壁装插座，每1/120秒发生过零。提供过零检测单元210以在每次AC波过零时将信号传送给微处理器213。使用这个信号，微处理器213可以将其时序与交流电流的过零同步。

不允许微处理器213和三端双向可控硅开关208和209之间直导通信，而是使用三端双向可控硅开关驱动器211和212在微处理器213和三端双向可控硅开关208和209之间进行接口。三端双向可控硅开关驱动器可以用低压DC电源(例如微处理器)控制高压三端双向可控硅开关(如图2A和2B的实施例所示)。此外，三端双向可控硅开关驱动器用于将装置与三端双向可控硅开关中潜在的高电流或电压隔离。三端双向可控硅开关驱动器211和212接口在微控制器213和三端双向可控硅开关208和209之间，同时保持微处理器213与三端双向可控硅开关208和209中的电压和电流隔离。

“导通”的三端双向可控硅开关允许电流流过，而“断开”的三端双向可控硅开关不允许电流流过。因此，“导通”的三端双向可控硅开关208允许AC电流流过(来自电压线路201)通过第一加热元件203，并且“导通”的三端双向可控硅开关209允许AC电流流过(来自电压线路201)通过第二加热元件204。也就是说，微处理器213向加热元件203和/或204传输功率意味着微处理器213启用相应的三端双向可控硅开关驱动器，其将相关的三端双向可控硅开关开启并允许来自线路201的AC电流流动。贯穿本公开内容，应该理解的是，提及微处理器213向加热元件传输功率是表明微处理器213通过“导通”或“启用”脉冲信号启动给定加热元件的三端双向可控硅开关驱动器。

如普通技术人员将会理解的，三端双向可控硅开关元件是传导交流电的三个电极装置或三极管。三端双向可控硅开关元件是一种固态双向开关。尽管本公开描述了使用三端双向可控硅开关的数字电源，但应该理解，可以使用任何固态双向开关来代替三端双向可控硅开关。加热元件203和204可以是电阻加热器，随着更多电流通过它们，温度会升高。示例性的加热元件可以汲取1150瓦。如本领域技术人员将会理解的，也可以使用其它加热元件203、204。

在本发明的实施例中，微处理器213可以可选地从位于每个加热元件203和204附近的一个或多个热电偶221和222接收温度反馈，以便识别何时达到了期望温度。图1B示出了与每个加热元件203和204相邻的热电偶221和222的例子。尽管图1B示出了作为示例的热电偶，但是应该理解，也可以使用任何其它类型的温度感测装置、包括但不限于热敏电阻、电阻热装置等等。在一个实施例中，微处理器213可以使用该反馈来调节传输到加热元件203和204的电流，直到实现由旋钮101和/或102选择的期望温度。结果，用户可以(独立地)选择用于加热元件203和204的期望工作模式。在本发明的实施例中，微处理器213可以控制传输的电流直到达到期望温度设定并然后保持该期望温度。

接下来转向微处理器213的操作，微处理器213可以被配置为通过在“导通”和“断开”之间触发三端双向可控硅开关208和209来传输适当量的功率(由用户选择)。如上所述，启用的(或“导通的”)三端双向可控硅开关208或209允许来自线路201的AC电流分别流过加热元件203或204。因此，更长的“导通”时间段允许更多的AC电流流动并因此传输更多的功率。相反，较长的“断开”时间导致较低的功率传输。

在本发明的实施例中，微处理器213可以使用相位角控制技术来创建在“导通”和“断开”之间切换的模式。通过在“导通”和“断开”之间切换而创建的控制模式控制从电压线路201流过加热元件203和204的AC电流的相位角(并且通过引申，功率)。这种类型的控制模式有时被称为“相位截断”，因为AC电流的波形可能被“截断”。通过在AC波周期的一部分期间禁用电流来截断波。通过这种方式，一部分波会“截断”。“导通”和“断开”的时序模式产生相位控制波。为了确定为期望功率传输而截断波的正确角，微处理器213求解以下等式：

(角度)＝arccos(2x-1)

其中x是期望功率传输(以百分比表示：0.0≤x≤1.0)。

对微处理器213进行编程以解决截断传输至加热元件203和204的AC正弦波的角。本公开内容涉及按“度数”的角，但是本领域的技术人员应理解，每个角的度量可以被转换为“弧度”单位。

图3A中提供了一个例子，其示例了微处理器213以90°截断AC波的例子。90°截断产生的波传输总可用功率的一半(即50％)。图3A示出了AC电流的一个波周期。本领域的技术人员将理解，完整的波具有正的一半和负的一半。波周期开始于301，其中电流值为零。301和303之间、数字标记为302的区域以灰色阴影表示三端双向可控硅开关未启用，因此未传输电流。在表示90°相位角的303处，微处理器213发送脉冲信号以启动三端双向可控硅开关，并因此允许电流流过加热元件。(换句话说，微处理器213在303处开始传输功率)。在305处，电流过零并且三端双向可控硅开关关断。三端双向可控硅开关保持关断状态直到307，这表示270°相位角。在270°处，微处理器213再次发送启动脉冲，并且电流在307和309之间流动90°相位，即从270°到360°。

总之，图3A示出了微处理器213为标记为304和308的区域传输功率，304和308均表示90°相位，合并为180°。对于标记为302和306的阴影区域没有功率传输，其也均表示90°，合并为180°。以这种方式，微处理器213已经传输了可用功率的一半或50％。为了提供不同的功率百分比，微处理器213可以在半波中更早地发送启动脉冲以传输更多功率，或者在半波中更迟以传输更少的功率。对于任何期望的功率百分比，可以通过微处理器213求解(角度)＝arccos(2x-1)来计算适当的相位角截断。在图3A的例子中，选择了50％功率输出。因此，微处理器213执行计算(相位角)＝arccos(2*0.5-1)＝90°。图3B去除图3A的“截断”波部分，并仅显示实际传输的功率。

现在转到图3C，提供的图示出了通过图3A和3B中描述的90°相位截断引入到功率系统中的谐波电流。换句话说，当电烤炉插入壁装插座并如图3A/3B所述进行90°相位截断时，这些绘制的谐波电流可能被引入到建筑物的功率线路中。图是用1150W的加热元件绘制的。引入谐波是不合需要的，因为它会导致电磁干扰。此外，还如IEC 61000-3-2电磁兼容性(EMC)-第3-2部分的标准限制了装置可以引入壁装插座的谐波电流的水平。谐波电流极限值在图3C的图中被绘制为线段。从图3C中可以清楚地看出，由90°相位截断引入的谐波电流(以点表示)超过了谐波极限值(绘制为线段)。换句话说，图3C中的图显示了这些点(表示RMS电流)高于标记谐波极限值的线。这表明图3A/3B的波形具有高谐波电流且不符合IEC标准。例如，点310处的RMS电流是谐波电流超过(即高于)谐波极限值311的一个例子。

因此，本发明的实施例包括微处理器213，该微处理器213专门配置为使用引起具有减小幅值的谐波电流的波截断向电负载传输功率。首先，申请人的测试已经显示，当波截断紧接着全波周期“导通”或全波周期“断开”时，谐波电流的幅值减小。申请人的测试结果如图4和5所示。特别地，图4A示出了具有与图3A中相同的90°截断的第一波周期，但之后是全“导通”的跟随第二波周期(在409和410之间)。类似地，图5A示出了具有与图3A相同的90°截断的第一波周期，并且另外跟随的是全“断开”的第二全波周期(在509和510之间)。为了清楚起见，图4B和5B示出了没有波的“截断”部分的相同的相应模式。如图4C和5C所示，申请人的测试表明，当90°截断后跟随有全“导通”或全“断开”波周期时，90°截断引起更少的谐波。这些结果可以在图4C和5C中看到，其中绘制的谐波电流(点)现在低于IEC标准的谐波电流极限值(绘制为线段)，并且明显低于图3C中绘制的谐波电流。作为示例，图4C示出了低于谐波极限值411的示例性RMS电流点410。与图3C不同，图4C的RMS电流在谐波极限值之下。这同样适用于图5C，其中示例性电流点510处于511的谐波极限值之下。

因此，本发明的实施例包括微处理器213，该微处理器213具体配置为以全“导通”或全“断开”波跟随截断波。此外，微处理器213可以具体配置为以减少谐波电流的模式汲取电流，同时仍然设法在两个独立的加热元件203、204之间分开所汲取的电流。换句话说，微处理器213必须管理由电烤炉110汲取的总电流的模式，同时满足两个独立加热元件203、204的功率需求。由电烤炉110汲取的总电流的模式可以被称为电烤炉110的总功率阵列。电烤炉110的总功率阵列是第一加热元件203的功率阵列加上第二加热元件204的功率阵列的总和。示例性的功率阵列可以是四个单元，每个单元包含表示以波形传输的功率的百分比的值(0.0≤x≤1.0)。因此，示例性的功率阵列可以表示四个波的模式。应该理解，由电烤炉110汲取的总功率(或电流)是由加热元件汲取的功率(电流)的总和。传输到加热元件203、204的波形模式同样可以表示为四个单元的功率阵列。第一加热元件的功率阵列与第二加热元件的功率阵列相加等于电烤炉总功率阵列。同样的道理也适用于电烤炉110中的任意数量的加热元件。电烤炉110的谐波电流取决于由电烤炉110汲取的波形模式，以总功率阵列表示。为了减少谐波电流，电烤炉110的总功率阵列应该表示每个“截断”波跟随有全“导通”或全“断开”周期的模式。

图6是示出用于在引入较少谐波的同时控制两个加热元件的微处理器213的示例性配置的流程图。一般来说，微处理器213计算传输到每个加热元件203、204的功率阵列。功率阵列取决于两个加热元件203、204中的每一个的用户功率设置以及来自热电偶221和222的反馈。在这个例子中，每个功率阵列由四个单元组成(但可以使用另外数量的单元)，每个单元包含范围在0.0≤x≤1.0之间的数字。四个单元中的每一个都表示一个波周期，该单元的数字表示该波周期内输出功率的百分比。举例来说，一个“1|0|1|0”的阵列将表示一个“导通”波、一个“断开”波、另一个“导通”波和另一个“断开”波。微处理器213通过以上述方式切换三端双向可控硅开关驱动器211和212将来自两个计算的功率阵列的波形传送到两个加热元件203、204。

更具体地解读图6，微处理器213与第一和第二用户输入装置(例如左旋钮101和右旋钮102)通信。第一和第二用户输入装置为两个加热元件203、204中的每一个传送功率水平。在步骤601和602，期望的功率水平可以由微处理器213转换成总功率的百分比。微处理器213在步骤604确定总功率603是否大于或等于50％。

在605处，在用户选择的总功率小于50％的情况下，微处理器213开始填充(或“填入”)第一功率阵列的单元。图7示出了微处理器213被配置为执行以填充或填入功率阵列的步骤。如在图7中所看到的，微处理器213的计算在701处以用户请求的总功率开始。(这是在603中确定的右加热元件所要求的功率和左加热元件所要求的功率之和)。在步骤702处，请求的总功率的百分比乘以8(因为每个都有2个阵列×4个单元)。在703处，使用步骤702的值(在本文中成为使用记号[702])填入功率阵列。如果702的值小于或等于2.0，则702的值在第一和第三数阵列元素之间均匀分布以得到：“([702]/2)|0|([702]/2)|0”。这在步骤704处可见。如果702的值大于2.0，则第一和第三阵列元素被填充“1”，并且其余(从702的值减去2)被均匀地分布在第二和第四单元之间。这是在705处所看到的。使用这种技术，功率阵列被构造成具有全“导通”或全“断开”波，其跟随截断波以减少谐波电流的幅值。此外，功率阵列的交替模式减少了闪变，如下面更详细描述的。现在回到图6，在步骤606处，第二个功率阵列用四个零填充：“0|0|0|0”。

再次参照图6，如果总功率603等于或超过50％，则微处理器213在步骤(607)全部用1(“1|1|1|1|”)填充第一功率阵列。微处理器213然后使用706和707的条件填入第二功率阵列。无论用户是否要求多于或少于50％的功率，两个功率阵列中的一个将具有交替模式“A|B|A|B”，而另一个阵列将具有模式“C|C|C|C”，其中C＝0或1。一旦第一和第二功率阵列已经被填入，它们则被传输到加热元件203和204。

基于四个单元电源阵列中的值，微处理器213将功率传送到三端双向可控硅开关驱动器。如上所述，每个单元表示一个全波周期，并且该单元的数值表示在该波周期中传输的功率的百分比。也如上所述，本发明的实施例可以使用相位截断技术来控制功率。因而，在步骤609，微处理器213被配置为计算“截断”波的相位角以便实现由功率阵列中的单元表示的功率。微处理器213被配置为求解以下等式：

(角度)＝arccos(2*功率-1)，

其中“功率”是功率阵列单元中的数字所表示的功率。微处理器213使用这个角来传输具有对应于单元数值的功率的波形周期。对于每个功率阵列中的每个单元可以重复该计算。每个功率阵列的每个单元可以被转换成对应的相位角610和611。相应的相位角阵列包含相位角而不是功率百分比，并且可以以相同的格式存储在功率阵列中。

在步骤614，微处理器213可将其时序与线路201中的AC电流的相位角同步。如上所述，每当AC电流从过零检测单元210过零时，微处理器213就从过零检测单元210接收过零信号。过零信号因此可以使AC波的微处理器213的时序(并且因此引申，角)同步。例如，本领域技术人员将会认识到，AC电流波在指示的时间点具有以下角：

表1

使用该信息，微处理器213可以使用例如时钟信号发生器或任何其它适当机构的内部计时机构在对应于正确“截断”所需的角的情况下发送“导通”或“断开”脉冲。例如，表1显示通过在过零后的0.004166667秒启动三端双向可控硅开关，就可以进行90度截断。微处理器213可以使用时钟信号在适当的时间点启用三端双向可控硅开关。阅读本公开文本的本领域技术人员将理解，如何计算任何期望的波“截断”的时间。

现在转到步骤612和613，在等于T1的一段时间，将第一功率阵列传输到第一三端双向可控硅开关驱动器211，并将第二功率阵列传输到第二三端双向可控硅开关驱动器212。该功率传输在第一时间段T1内重复地继续，之后，在等于T2的一段时间，微处理器213重复地将第一功率阵列传输至第二三端双向可控硅开关驱动器211，并将第二功率阵列传输至第一三端双向可控硅开关驱动器212。在T1之后，传输被“翻转”并且第一三端双向可控硅开关驱动器211在T2的持续时间内接收第二功率阵列。加和在一起的第一和第二功率阵列等于电烤炉110的总功率阵列—因而，根据定义，第一个和第二功率阵列必须始终同时传输。

现在转向讨论在615和616处的时间段T1和T2的计算。时间段T1和T2的目的是根据各个相应加热元件的独立选择功率，将由电烤炉(或使用本发明实施例的任何其它装置)汲取的总功率“拆分”或按比例分配给两个加热元件(或任何其它电负载)。在步骤605至608创建的功率阵列为电烤炉整体创建可接受的波形模式。功率阵列的总和(即电烤炉110的总功率阵列)将具有跟随每个截断波的全“导通”或全“断开”波，这减小了谐波电流的幅值。另外，需要计算每个功率阵列到相应加热元件203、204的传输时间。

通过取第一加热元件203的功率设置并将其除以所选择的总功率603来计算时间段T1。然后该比率乘以功率传输相位，在这个例子中为2秒，但可以改变。T1和T2是给定加热元件的功率设置与总请求功率相比的简单比率。该计算可以通过以下等式来总结：

T1＝2秒*(第一加热元件的功率选择)/((第一加热元件的功率选择)+(第二加热元件的功率选择))。

类似地，T2是相同的计算，这次用于第二加热元件204：

T2＝2秒*(第二加热元件的功率选择)/((第一加热元件的功率选择)+(第二加热元件的功率选择))。

图8总结了微处理器213在2秒的功率传输相位向第一和第二三端双向可控硅开关驱动器传输第一和第二功率阵列的功率：第一三端双向可控硅开关驱动器211(以及通过引申第一加热元件203)在时间T1接收由第一功率阵列表示的波。然后它在时间T2接收由第二功率阵列的单元表示的波。相反，第二三端双向可控硅开关驱动器212(以及通过引申第二加热元件204)在时间段T1期间接收由第二功率阵列的单元表示的波，然后在时间段T2期间接收由第一功率阵列的单元表示的波。

本发明的实施例可以被扩展成独立地将功率传输到两个以上的负载。在数字电源独立地控制“n”个负载的实施例中，需要n个功率阵列。此外，在604处的决定将总功率与100％/n进行比较。用于填充图7的功率阵列的技术仍然适用，尽管不是乘以八(8)，但有必要将步骤702乘以(n*4)。而且，在步骤615和616，需要n个时间段。图9示出了n个功率阵列在n个时间段内输出的时序。应该理解的是，具有多个加热器而没有独立控制的实施例也被本公开所考虑。

本发明还提供了用于独立控制两个加热元件和提供可变功率、同时提供减少谐波电流和闪变的方法。在本发明的一个实施例中，用户启动电烤炉110并且例如通过控制旋钮101和102来选择第一和第二功率水平。通过启动电烤炉110，用户控制微处理器213执行以下步骤，以有利于控制一个或多个加热元件。应该理解，一些实施例可以包括任何数量的旋钮或其它用户输入，包括无线地。通过启动电烤炉110，用户开启微处理器213。微处理器213接收用户选择的功率设置并且执行上述计算以按照控制模式启动三端双向可控硅开关驱动器211和212，该控制模式将相位控制的波形传送至加热元件203和204。

在本发明的实施例中，微处理器213通过填入两个功率阵列605-608来执行计算适当的相位控制波形的步骤。每个功率阵列可具有四个单元。每个单元包含数字“n”，其中0.0≤n≤1.0。数字“n”表示具有“n”个百分比的功率的波形。波形被截断以消除“过剩”的功率。微处理器213通过计算所有加热元件203、204所请求的总功率来执行填充功率阵列的步骤，所述总功率可以表示为与总体可用功率相比较的所选功率的百分比(以十进制形式)。

如果用户请求的总功率(即，所有加热元件的总请求功率)小于总可用功率的50％，则微处理器213执行填充第一功率阵列(605)的步骤。通过将总功率数量分配到功率阵列的四个单元来填入功率阵列。在606处，微处理器213执行将全部零填充第二功率阵列(即“0000”)的步骤。如果用户请求的总功率大于或等于总功率的50％，则微处理器213执行用1(即，“1|1|1|1”)填充第一功率阵列的步骤，并且根据图7的步骤填充第二功率阵列(总功率-50％，即[702]减4)。

一旦计算出第一和第二功率阵列，微处理器213传输对应于每个功率阵列的单元的波形。特别是，每个单元的值表示了在一个波周期内传输的功率的百分比。为了传输具有任何给定百分比的功率的波，微处理器213计算相位角度＝arccos(2*x-1)，其中x是任何给定单元中描述的功率百分比。微处理器213使用所计算的角在对应于所计算的相位角的时间点向三端双向可控硅开关驱动器211或212传送“导通”信号。微处理器213可以使用过零信号和上述表1来确定正确的时序。

对于时间段T1，微处理器213重复地将第一功率阵列传输到第一三端双向可控硅开关驱动器211并且将第二功率阵列传输到第二三端双向可控硅开关驱动器212。在T1已经过去之后，微处理器213在时间段T2“翻转”第一和第二功率阵列。换句话说，如在图8中所看到的，在T1结束并且T2开始之后，第一功率阵列被传输到第二三端双向可控硅开关驱动器212并且第二功率阵列被传输到第一三端双向可控硅开关驱动器211。

微处理器213执行计算T1和T2的步骤如下：

T1＝2秒*(第一加热器总功率/合计的加热器总功率)

T2＝2秒*(第二加热器总功率/合计的加热器总功率)。

从数学上讲，这遵循了T1+T2＝2秒的能量传输相位。

以这种方式，以2秒的组合功率传输相位传输功率阵列。预期可以使用更长或更短的功率传输相位。2秒后，微处理器213可以重新计算功率阵列。通过重新计算功率阵列，微处理器213可以考虑用户设置的改变，或者从升高加热元件的温度切换到维持温度。

提供了应用上述装置和方法的操作示例。例如，用户可能希望使用第一和第二加热元件203和204具有不同功率水平的烤炉110—例如，微处理器213可以确定第一加热元件203应当具有其最大功率的17.5％，并且第二加热元件204应该只具有其最大功率的5％。根据本文描述的实施例，微处理器213被配置为分别传输17.5％和5％的功率，同时以降低由电烤炉引入AC壁装插座的谐波电流的模式汲取功率。

在这个例子中，第一和第二功率阵列计算如下：第一和第二选择的功率水平被合并以达到总选定功率：17.5％+5％＝22.5％或0.225(参见603)。因为这小于50％，所以微处理器213进行到步骤605。利用本文描述的技术，微处理器213乘以八(8)以达到0.225*8＝1.8。接下来，微处理器213将值1.8填充到第一功率阵列中。具体地，第一个单元和第三个单元接收(1.8)/2＝0.9的值。第二个和第四个单元保持为“0”。因此，第一个功率阵列是“0.9|0|0.9|0”，而第二个功率阵列为“0|0|0|0”。

对于时间段T1，第一功率阵列被传输到第一三端双向可控硅开关驱动器211并且第二功率阵列被同时传输到第二三端双向可控硅开关驱动器212。在传输第一和第二功率阵列时，微处理器213在对应于波的“截断”的时间向相应的三端双向可控硅开关驱动器211和/或212发送“导通”信号。例如，第一个功率阵列的第一个单元指示传输90％的功率波(即0.9)。90％的功率波需要arccos(2*.9-1)＝36.86°的“截断”角度。微处理器213通过在36.86°“导通”三端双向可控硅开关驱动器211来传输90％的功率波。类似于表1的值，通过在过零后0.0017秒传输功率可以进行36.86°截断。随后，第二个单元指示传送具有0％的“断开”波。第三波与第一波相同，即以36.86°截断，第四波与第二波相同，即“断开”。本例中的第二个功率阵列是“0|0|0|0”，因此第二三端双向可控硅开关驱动器212从未被启动。

如612和613所述，该传输模式持续时间段T1。这里，T1被计算为T1＝2秒*(第一加热器总功率/合计的加热器总功率)＝2*(0.175/0.225)＝2*0.78＝1.56秒。类似地，T2＝2*(0.05/0.225)＝0.44秒。在该例中，在T1＝1.56中将第一功率阵列(“0.9|0|0.9|0”)传输到第一加热元件203和将第二功率阵列(“0|0|0|0”)传输到第二加热元件。在1.56秒后，在0.44秒的时间段，微处理器“翻转”第一和第二功率阵列的传输。在经过合计2秒之后，微处理器213可以开始根据该时间点的功率需要重新填充第一个和第二个功率阵列。

应该理解的是，微处理器213可以包括内部或外部存储器1000，用于结合执行本文描述的步骤和配置来读取和/或写入。此外，应该理解的是，微处理器213可以具有内部或外部时钟信号，该时钟信号可用于对发送到三端双向可控硅开关的“导通”信号进行计时。时钟信号可以由板载时钟信号发生器1001或外部时钟产生。图10是示出微处理器213的输入和输出的示例性示意图。这些例子包括左旋钮101和右旋钮102以及显示器103。其它例子包括热电偶221、222以及与三端双向可控硅开关驱动器208和209的通信。还示出了存储器1000和时钟1001，以及来自过零单元210的输入信号1002。

本文描述的装置和方法的实施例的额外优点是减少由数字电源200引入壁装电源插座的闪变。闪变是不合需要的，因为在某些频率下，它会使连接到插座的灯闪烁或变暗。图11示出了IEC 61000-3-3电磁兼容性(EMC)-第3-3部分(电压波动和闪变)的闪变极限值。闪变被测量为以电压的a％变化。

本发明的实施例可以基于由单个功率传输相位内的波形截断引起的电压变化来降低至壁装插座的闪变等级。本领域的技术人员将会认识到，通常在装置“稳定状态”期间来测量闪变。

单个功率传输相位内的电压变化符合闪变规定。如在1101(并在标准中进一步描述)所见的，IEC 61000-3-3要求的最后数据点出现在每分钟2875次电压变化。这相当于23.96Hz的循环频率。换句话说，在23.96Hz以上的频率上发生的电压变化没有闪变的要求，因为它们超出了人类的感知。本文公开的装置和方法的实施例创建波形模式，其中电烤炉110在截断波和全“导通”或全“断开”波之间交替。紧随这种模式之后，电烤炉110将在50HzAC产生每秒25次电压变化(25Hz)和在60Hz AC产生每秒30次电压变化(30Hz)。紧随全波后的截断波算作一次电压变化。25Hz和30Hz循环频率高于标准的最后数据点23.96Hz，因此符合闪变要求。

本发明的实施例的额外优点来自将功率分解成多个功率阵列并且将它们传输到多个加热元件。使用图6和7中描述的技术，其中一个功率阵列将始终为“0|0|0|0”或“1|1|1|1”。这确保了在任何给定时间只有加热元件203或204中的一个可以接收“截断”波。结果，电烤炉110的使用电流(或功率)决不会下降超过最大额定功率的一半(1/2)。举一个例子，如果两个加热元件203和204每个汲取1150瓦，对于由电烤炉110汲取的总计2300瓦，那么即使在一个加热元件203或204中的90°，也只会导致1150瓦的最大功率降。这有助于减少谐波电流的幅值。

本文还公开了用于独立地向两个或更多个负载(例如加热元件203、204)传输功率，同时仍然满足闪变和谐波要求的备选配置和方法。例如，在不需要传输完全可变功率(即，从0到100％连续范围)的实施例中，微处理器213可以被配置为将离散值-例如0％，50％或100％功率-(独立地)传输至每个加热元件。在这样的实施例中，不需要执行图6至图9中描述的功率阵列计算及其相关文本。如本文所公开的，使用离散功率传输仍然可以实现符合闪变和谐波要求。微处理器213可以被配置为将0％、50％或100％的组合独立地传输给两个加热元件，由此避免引起闪变或谐波失真的任何相位截断。

更具体地，图12示出了微处理器213和整体上电烤炉110如何使用离散功率水平向加热元件203、204传输功率，而不把相位截断引入到电气系统中。例如，波形1201示出了0％功率传输。波形1202示出了50％的功率传输，该微处理器213通过控制传输到加热元件203、204的电流(例如，传输交替的“导通”和“断开”波)来传输。更具体地说，在波形1202中，微处理器213通过传送一个全波周期来传输50％的功率，然后“跳过”

下一波。因此，每两个周期只传送一个波，这相当于50％的功率传输。1203的波形示出了全功率传输，在此期间微处理器213传送全波形。

波形1204至1208示出了两个加热元件中的每一个的0％、50％或100％功率的组合。例如，如果两个加热元件均以0％功率工作，则合计功率消耗(例如电烤炉110的组合功率分布)为0，即一条平直线，如从波形1204中所看到的。当一个加热元件以0％工作而另一个以50％工作时，组合功率分布为25％-如在波形1205中可见，其中波幅是最大值的一半，并且跳过每个第二个波。本领域的技术人员将会认识到，这样的波形相当于可用功率的25％。

1206的波形表示汲取50％可用功率的装置(例如电烤炉110)。当两个加热元件都汲取50％的功率，或者一个加热元件汲取100％的功率，而第二个加热元件的功率为0％时，就会发生这种情况。尽管不一定从波形1202的比例可见，但应该理解的是，以50％功率工作的第一和第二加热元件将接收交替波形。换句话说，微处理器213将波形传输给第一加热元件，并将下一个波形传输给第二加热元件，以此类推。交替模式创建了一个平稳的整体功率消耗概况，如在1206中所见。

1207的波形表示75％总功率消耗，当一个加热元件汲取100％功率而第二个汲取50％功率时可能会发生这种情况，反之亦然。如在1207中所见，具有全幅值和半幅值的波是交替的，这提供了合计75％功率传输。最后，1208的波形示出了100％的总功率消耗，这在两个加热元件都以100％工作时，就会出现这种情况。1208的波形是1206中50％功率传输的幅值的两倍。

所公开的数字电源和用于传输功率的方法的实施例可以可选地在电烤炉的电路中实现。图2A示出了可以可选地添加到保护电路200以为电烤炉提供电路的附加组件。例如，线路201和中性线路202可以连接到与过零检测单元210连接的降压变压器215。降压变压器215提供降低的次级电压，使得过零检测单元210可检测在线路201与中性线路202之间的AC电流中的过零而不用暴露于高电压。

其它可选实施例包括全波整流器216，该全波整流器216馈送到接地故障检测单元217，所述接地故障检测单元217又与跳闸控制器218通信以使机电锁存器206或207跳闸(参见图2A)。接地故障检测单元217可以接收指示在线路201和中性线路202之间的电流不平衡的信号并且使锁存器跳闸以防止危险的电流状况。

另外的可选实施例包括监视微处理器213工作的监察监视器220，并且可以在微处理器213发生故障的情况下禁用三端双向可控硅开关驱动器211和212。还提供了可用于为微处理器213供电的AC/DC功率转换器214以及可由微处理器213使用的电流传感器(例如霍尔效应传感器219)，以监测流向加热元件203和204的电流。

图2B还公开了分别与三端双向可控硅开关208和209并联配置的继电器225和226。微处理器213通过控制线(未示出)控制继电器225和226，以分别控制向加热元件203和204的电流传输。由于继电器225、226和三端双向可控硅开关208、209之间的并联配置，通过启动继电器或三端双向可控硅开关可将电流传输到加热元件203、204。换言之，微处理器213可以使用相应的三端双向可控硅开关208、209或相应的继电器225、226来将电流传输到加热元件203、204。

具有每个都可以向加热元件203、204传输电流的两个部件(继电器和三端双向可控硅开关)的优点是微处理器213可以在两个部件之间交替以减少热量产生。例如，向加热元件203、204传输100％功率可能导致三端双向可控硅开关208、209在启动时过热。更具体地说，当期望高温时，加热元件203、204可能汲取相对高的电流量，而通过三端双向可控硅开关208、209传输所述电流较长的时间段可能导致三端双向可控硅开关208、209过热并最终劣化。为了避免这种情况，微处理器213可以在向加热元件203、204传输“高”电流或相对较高的电流时，停用三端双向可控硅开关208、209，而替代地启动继电器225、226。电流然后分别通过继电器225和/或226流到加热元件203和/或204，由此保护三端双向可控硅开关208、209免于过热。

在所公开的数字电源用于电烤炉的实施例中，可能需要实现并保持期望目标温度。可以提供在图2A-B中看到的段控制器223以实现和保持期望目标温度。图2A-B进一步示出了具有段控制器223的功能的微处理器213的实施例。受益于本公开的本领域技术人员将会理解，段控制器223可以是微处理器213的物理和/或虚拟子组件，或者可以可替代为独立的硬件和/或软件组件。在本发明的实施例中，段控制器223可以被配置为经由用户输入来接收目标温度，并且控制传输到加热元件203、204的功率量(即电流)以实现用户选择的目标温度。

段控制器223可以使用硬件和软件应用来通过控制传输的电流量来实现和保持加热元件203、204处的目标温度。段控制器223可以接收来自热电偶221、222的反馈，热电偶221、222可以靠近加热元件203、204放置，并且使用这样的反馈来确定何时达到目标温度。在本发明的实施例中，可能需要使用热电偶221、222来估计烤炉烹饪箱内的环境温度。存在其中环境温度(例如，在加热元件上方六或八英寸的位置处的温度)可能不与加热元件203、204处的温度相同的情况，尤其是当在较高温度下工作时。由于食物可以遍布整个烤炉的烹饪箱定位，例如在加热元件203、204上方六英寸或八英寸的烤炉上，因此可能期望的是段控制器223(和/或微处理器213)基于估计的环境温度而不是加热元件203、204处的温度来工作。基于环境温度的工作提供了对食物温度的更精确测量，并因此更精确地测量食物的熟度。

作为示例，图13示出了申请人的基于热电偶121、122处的温度1302来准确估计环境温度1301的测试数据。在它的x轴上，图13示出了在热电偶121、122处测量的温度1302。在它的y轴上，图13示出了相应的估计环境温度1301。曲线1303示出了作为测量温度(x轴)的函数的估计环境温度(y轴)。图13的估计环境温度在加热元件上方几英寸处、在用户可能配置烹饪炉排的位置来测量。很明显，在较高的温度下，环境温度偏离在热电偶处测量的温度——换句话说，在较高的温度下，加热元件上方位置处的估计环境温度上升得比加热元件的温度快。举例来说，在参考点1304处，估计的环境温度和热电偶1302处的温度大致相等，在150F。在较高温度下(例如参考点1305)，热电偶处的温度可以是300F，而估计的环境温度已经上升到大约400F。因此，在较高的温度下，为了精确估计环境温度需要较高的偏移量。

使用由图13指示的偏移，微处理器213和/或段控制器223可以被适配和配置有硬件和/或软件以基于热电偶221、222处的测量温度来计算估计环境温度。应该理解的是，图13的偏移量仅作为示例提供，并且根据例如烹饪炉排的高度以及可能影响环境条件的其它因素等因素而可能增加或减少。此外，微处理器213和/或段控制器223可以使用这种估计的环境温度作为反馈回路的一部分来确定何时达到目标温度。换句话说，在一些实施例中，目标温度可以指估计的环境温度，而在其它实施例中，其可以指热电偶221、222处的温度。

可以设想，更进一步的实施例可以使用食物探针(未示出)来测量食物的温度并基于来自食物探针的温度读数来确定何时达到目标温度。食物探测器是一种温度感测装置，可以由使用者将其插入食物(例如牛排或鸡胸肉)中以测量食物的内部温度。使用食物探针感应温度对于某些烹饪方式可能是有利的，因为它可以提供对食物内部温度的精确测定、并引申为其熟度的准确测定。

为了始终保持目标温度，段控制器223可确定围绕给定目标温度的温度“段”，其中所述段指示接近目标温度时传输至加热元件203、204的功率量(即电流)。在本发明的实施例中，段创建表示0％、50％和100％功率的区域。1401以上的区域表示输送0％功率的温度区域；1401至1403之间的区域表示50％功率输送的区域，而1403以下的区域表示100％输出功率。段控制器223使用带来确定传输到加热元件以实现和保持期望的目标温度的适当功率(例如电流)。举例来说，例如在图14A中可见，段控制器223可以传输100％的功率，直到达到期望的目标温度1402，然后将功率降低到50％，直到达到上段1401。如果超过上段1401，则段控制器223将功率减小到0％。如果温度下降到(或低于)下段1403，功率再次增加到100％。段控制器223连续接收来自热电偶221、222的反馈，并且将反馈(在一些实施例中，上述估计的环境温度)与适当的温度段进行比较。以这种方式，温度在下段1403和上段1401之间波动，并接近目标温度。

而且，在本发明的实施例中，段控制器223根据期望的目标温度动态地移动段。动态地移动温度段允许更精确的温度控制，允许用户大致保持选定的目标温度。发生这种情况是因为在较低的温度下，50％的功率设置可能会导致电烤炉温度继续增加超过所需的目标温度。另一方面，在更高的温度下，输送50％的功率可能导致温度开始下降。因此，段控制器223可以通过降低用于较低期望目标温度的下功率段1403来进行补偿。另一方面，在较高的温度范围内，段控制器223可以将段移动得更高。在图14B中示出了对应于较低期望目标温度的降低的温度段的例子。在图14B中，已经选择较低的目标温度，并且段控制器223将上功率段(1401)移位以对应于目标温度。相反，图14C示出了相对高的目标温度，对于该目标温度，段控制器223升高功率段，使得目标温度与100％功率段(1403)一致。在图14B中，目标温度与功率段1401重叠；而在图14C中，目标温度与功率段1403重叠。下表提供了功率段的示例值：

期望目标温度(T)	下温度段(100％)	上温度段(0％)
			T<250F	T‐25F	T
250F<T<400F	T‐10F	T+10F
			400F<T	T	T+15F

在具有能够独立工作的多个加热元件的实施例中，用户可以输入多个目标温度。例如，具有两个独立加热元件203、204的实施例可以接收两个单独的目标温度，每个目标温度对应于一个加热元件。目标温度可以通过任何数量的可能用户输入传送给段控制器223。作为非限制性示例，可能的用户输入包括旋钮101、102。用户输入还可以经由无线控制器224从被配置为与无线控制器224进行通信的无线装置无线地接收。在这样的实施例中，无线控制器224可以被配置为经由Wi-Fi、蓝牙、射频或任何其它形式的无线通信与远程装置进行无线通信。远程装置包括手机、平板电脑、笔记本电脑、计算机以及任何其它形式的能够进行无线通信的装置。图15示出了与电烤炉110的无线控制器224通信的、具有显示器1502和用户输入装置1503的示例性远程装置1501。在非限制性示例中，远程装置1501可以是具有触摸屏作为其输入装置1503的手机。不管所使用的装置的类型如何，可以设想的是，远程装置1501可以被配置为接收表示一个或多个目标温度等的用户输入，并且经由无线控制器224将所述目标温度无线地传送到电烤炉110。

在示例性实施例中，远程装置1501可以被适配和配置为直接从用户接收期望目标温度。在这样的实施例中，用户可以使用输入装置1503来选择目标温度。在其它示例性实施例中，远程装置1501可以被适配和配置为接收选择待烹饪的肉的类型和期望熟度的用户输入，并且确定针对用户选择的适当目标温度。在这样的实施例中，远程装置1501可以具有存储器1504，存储器1504存储与期望的食物配置文件相关联的适当的目标温度。用户因此使用输入装置1503来选择食物配置文件，并且远程装置1501无线地传送相关联的目标温度。除了控制目标温度之外，远程装置1501的实施例被适配和配置为经由无线控制器224无线地向微处理器213和/或段控制器223发送“开启”和/或“关闭”信号。这样，用户可以控制电烤炉110的期望目标温度以及打开和关闭电烤炉110。

远程装置1501和电烤炉110之间的无线通信(通过无线控制器224)的额外示例包括从远程装置1501远程控制显示器103的设置的能力。因此，远程装置1501可以被适配和配置为无线地控制在电烤炉110的显示器103上显示的信息。远程装置1501可以控制在显示器103上显示哪些信息，并且允许用户针对温度测量在(C)摄氏温度和(F)华氏温度之间切换。这样的信息可以包括电烤炉110的当前温度、环境温度、目标温度以及指示烤炉已经启动多久、食物已经烹饪多久或者距离食物达到其目标温度剩余多少时间。这种信息可以进一步通过无线控制器224从电烤炉110无线传输到远程装置1501。

进而，远程装置1501可以在远程装置显示器1502上向用户提供这样的信息，并且如果已达到预定温度，或者如果食物已经烹饪了预定时间段，还可以使用所述信息来无线地关闭电烤炉110或者降低其期望的目标温度。在示例性实施例中，食物品类被存储在存储器1504中，其中这样的食物配置文件指示给定食物的合适的目标温度和/或合适的烹饪时间。远程装置1501可以监测从电烤炉110无线接收的信息并确定是否已经达到适当的温度或烹饪时间。远程装置1501还可以被适配和配置成一旦上述情况发生就关闭电烤炉110和/或提供听觉或视觉警报。可以在远程装置1501上、在电烤炉110上或两者上提供这样的听觉和/或视觉警报。

此外，可以设想，本发明的实施例可以使用无线通信将错误代码从电烤炉110传送到远程装置1501，其中所述错误代码可以指示如本文进一步描述的不安全的电流状况。向远程装置1501传送错误代码具有允许用户远程理解何时发生不安全电流状况的优点，并且远程装置1501可以进一步显示用于纠正不安全的电流状况的安全提示以及记录导致不安全状况的状况。

错误码可以由微处理器213与为图2中的例子所示出的电路一起作用来确定。如在此进一步描述的，微处理器213可以经由控制线与接地故障检测单元217和霍尔效应传感器219进行通信。因此，微处理器213可以被适配和配置为从接地故障检测单元217接收并指示已经检测到接地故障的控制信号。类似地，微处理器213可以被适配和配置为使用来自霍尔效应传感器219的信号来识别向加热元件203和204输送电流中的错误。如在此进一步描述的，来自霍尔效应传感器219的零电流读数指示加热元件203和204没有接收任何电流，而意外的高电流读数表明太多电流流向加热元件203和204(例如，“过载电流”情形)。

在本发明的实施例中，微处理器213被适配和配置为识别这些错误并且经由无线控制器224无线地传送与发生的错误相对应的错误代码。例如，错误代码“01”可以指示已经检测到接地故障；“02”可以指示霍尔效应传感器219已确定没有电流正流向加热元件203和/或204；以及“03”可以指示霍尔效应传感器219检测到流到加热元件203和/或204的意外高电流。在微处理器213是包括“自检”特征的芯片的实施例中，如果自检针脚确定微处理器213的故障，则可以发送“04”的错误代码。本领域的普通技术人员将会认识到，可以使用各种代码来指示每种错误。响应于错误，可以在电烤炉110处、包括例如在显示器103上发出听觉或视觉警报。同样，远程装置1501还可以在接收到错误代码时提供听觉或视觉警报。

关于错误代码的识别和传输的另外公开可以在如下文献内找到：申请人于2016年1月7日提交的名称为“具有电路保护电路的电烤炉(Electric Grill with CircuitProtection Circuitry)”的共同待审申请15/200,687以及与本申请同一天提交的名称为“用于具有电流保护电路的无线控制和监测(Wireless Control And Monitoring ForElectric Grill with Current Protection Circuitry)”的共同待审专利申请，两者均转让给韦伯史蒂芬产品有限责任公司(Weber-Stephen Products LLC))，并且通过引用全部都包含在此。

远程装置1501可以被适配和配置为无线地接收错误代码并且在显示器1502上向用户显示标识错误类型的消息。这样的错误消息可以伴随有远程装置1501处的听觉或视觉警报。远程装置1501可以进一步被适配和配置为显示保存在存储器1504中的消息，说明用户应该采取的纠正错误的步骤。例如，如在此进一步解释的，图2的电路可以被配置为响应于接地故障而使继电器206和/或207跳闸。因此，如果微处理器213向远程装置1501发送指示接地故障的错误代码(例如“01”)，则远程装置1501可以显示警告用户发生接地故障并提示用户复位继电器206和/或207的消息。

响应于错误“02”，远程装置1501可以被适配和配置为警告用户没有电流流向加热元件203和/或204。没有电流流动可能表示开路，例如，如果加热元件203、204未正确安装，其可能发生。因而，远程装置1501可以显示提示用户卸载并且重新安装加热元件203、204的消息。如果错误持续存在，则远程装置1501可以提示用户联系制造商。

同样，如果接收到错误代码“03”，则发生过载电流。过载电流的一个可能原因可能是用户已经安装了不兼容或发生故障的具有不正确电阻值的加热元件。(具有不正确的低电阻值的加热元件会导致不适当的高电流流过)。例如，设计为在120V下工作的加热元件的电阻值太低，无法在230V处运行，从而导致过载电流。因此，可以提示用户检查加热元件，或者用新的元件替换它。

远程装置1501可以创建错误日志并将错误日志存储在存储器904中。这样的错误日志可能包括发生的每个错误的记录。而且，在远程装置1501从电烤炉510接收状态信息(例如加热元件的温度、环境温度、温度目标、烹饪时间等)的实施例中，这种状态信息也可能被记录在错误日志中。状态信息可以连续传送，或者响应错误传送。举例来说，记录在发生错误之前烤炉已经烹饪了多长时间、发生错误时的烤炉温度以及其它相关信息可能是有利的。错误日志可以有助于诊断错误。本领域的技术人员将会理解，可以将各种各样的参数记录并存储为错误日志的一部分。

在一些实施例中，远程装置1501可以具有互联网连接1505。互联网连接1505允许远程装置1501可选地将记录的错误日志发送给第三方，例如电烤炉的制造商。因此，制造商可以更好地了解发生的错误和错误周围的状况。这可能会导致产品修复和改进。

由于上述原因，本发明的一些实施例可以提供增加加热元件寿命的数字电源；符合闪变要求，也符合谐波要求。这些优点可以使用本文描述的装置和方法来完成。例如，使用2秒的功率传输相位防止加热元件完全膨胀或完全收缩。使加热元件完全膨胀或收缩的冗长功率输送相位对加热元件的使用寿命非常不利。通过创建描述了取决于AC电流具有25-30Hz的循环频率的交替波形的总功率阵列来满足闪变要求。此外，可以使用本发明的装置和方法创建的总功率阵列在每个截断波处跟随有全“导通”或全“断开”波，从而减少谐波电流。通过将电烤炉110的组合负载分成两个或更多成分，谐波电流也会减小。

以上描述并非旨在限制在限定本发明的以下权利要求书中使用的词语的含义或范围。而是提供了描述和说明以帮助理解各种实施例。预期未来在结构、功能或结果方面的修改将存在而并非实质性改变，并且权利要求书中的所有这些非实质性改变都旨在被权利要求所涵盖。因此，尽管已经说明和描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会理解，可以在不脱离要求保护的本发明的情况下做出许多改变和修改。另外，虽然术语“要求保护的发明”或“本发明”在本文中有时以单数形式使用，但将理解，存在如所描述和要求保护的多个发明。

在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (32)

1.一种数字电源，包括：

第一和第二负载，分别通过第一和第二三端双向可控硅开关连接到电压线路；和

微处理器，与第一和第二三端双向可控硅开关进行电子通信；

其中，所述微处理器被配置为通过分别启动和停用所述第一和第二三端双向可控硅开关来向所述第一和第二负载传输离散功率水平。

2.根据权利要求1所述的数字电源，进一步包括与所述微处理器进行电子通信的无线控制器。

3.根据权利要求2所述的数字电源，其中所述微处理器接收至少一个期望目标温度。

4.根据权利要求3所述的数字电源，其中，所述微处理器通过无线控制器从远程装置无线地接收期望目标温度。

5.根据权利要求3所述的数字电源，其中所述微处理器经由与所述微处理器电子通信的用户输入装置接收期望目标温度。

6.根据权利要求3所述的数字电源，其中所述微处理器接收对应于所述第一负载的第一期望目标温度和对应于所述第二负载的第二期望目标温度。

7.根据权利要求3所述的数字电源，进一步包括与所述微处理器电子通信的至少一个热电偶。

8.根据权利要求7所述的数字电源，其中第一温度感测装置放置在所述第一负载附近，而第二温度感测装置放置在所述第二负载附近。

9.根据权利要求8所述的数字电源，其中，所述离散功率水平是0％、50％和100％。

10.根据权利要求9所述的数字电源，其中所述微处理器被配置为同时向所述第一负载传输100％功率，直到达到所述第一期望目标温度，并且向所述第二负载100％功率，直到达到所述第二期望目标温度。

11.一种具有数字电源的电烤炉，包括：

至少一个加热元件，通过三端双向可控硅开关连接至电压线路；

微处理器，与三端双向可控硅开关电子通信；其中，所述微处理器被配置为通过启动或停用所述三端双向可控硅开关来向所述加热元件传输离散功率水平；

至少一个温度感测装置，用于测量在所述电烤炉中的位置处的温度，所述温度感测装置与所述微处理器进行电子通信；以及

段控制器，其被配置为接收期望目标温度并且基于期望目标温度来确定上温度段和下温度段。

12.根据权利要求11所述的电烤炉，其中所述离散功率水平为0％、50％和100％。

13.根据权利要求12所述的电烤炉，其中所述微处理器被调整和配置为连续监测从温度感测装置接收的温度，并且其中所述微处理器进一步被调整和配置为向所述加热元件传输100％功率，直到达到所述下温度段。

14.根据权利要求13所述的电烤炉，其中所述微处理器进一步被调整和配置为向所述加热元件传输50％的功率，直到达到所述上温度段，并且其中，微处理器通过交替阻断并允许AC电流波传递到加热元件来传输50％的功率。

15.根据权利要求14所述的电烤炉，其中，所述微处理器进一步被调整并配置为当达到上温度段时向加热元件传输0％的功率。

16.根据权利要求11所述的电烤炉，其中所述段控制器被调整和配置为针对较低的期望目标温度动态地降低温度段，而针对较高的期望目标温度升高温度段。

17.根据权利要求11所述的电烤炉，其中250F的期望目标温度具有低于期望目标温度25F的下温度段和等于期望目标温度的上温度段。

18.如权利要求11所述的电烤炉，其中，250F和400F之间的期望目标温度具有低于期望目标温度10F的下温度段和高于期望目标温度10F的上温度段。

19.根据权利要求11所述的电烤炉，其中，高于400F的期望目标温度具有等于期望目标温度的下温度段和高于期望目标温度15F的上温度段。

20.一种无线电烤炉系统，包括：

电烤炉，包括：

至少一个加热元件，通过三端双向可控硅开关连接到电压线路；

微处理器，与三端双向可控硅开关电子通信；其中，所述微处理器被配置为通过启动或停用所述三端双向可控硅开关来向所述加热元件传输离散功率水平；

至少一个温度感测装置，用于测量在电烤炉中的位置处的温度，所述温度感测装置与微处理器进行电子通信；以及

无线控制器，与微处理器进行电子通信。

21.如权利要求20所述的系统，还包括：

具有屏幕和用户输入装置的远程装置，远程装置经由电烤炉的无线控制器与电烤炉无线通信。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述远程装置向用户显示食物配置文件的菜单并且经由所述用户输入装置从所述用户接收所选择的食物配置文件。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述远程装置确定与所选择的食物配置文件相关联的目标温度，并将所述目标温度无线传送到所述电烤炉。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述微处理器被调整和配置为向所述加热元件传输第一离散功率水平直到达到所述下温度段。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述微处理器进一步被调整和配置为一旦达到下温度段，就向加热元件传输第二离散功率水平。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述微处理器进一步被调整和配置为一旦超过所述上温度段，就向所述加热元件传输第三离散功率水平。

27.根据权利要求25所述的系统，其中，所述第一离散功率水平是100％，所述第二离散功率水平是50％，并且所述第三离散功率水平是0％。

28.根据权利要求26所述的系统，其中，50％的离散功率水平是通过允许AC电流的每一个第二波传送到加热元件来实现的。

29.根据权利要求21所述的系统，其中，所述远程装置被配置为响应于经由用户输入装置的用户输入向所述电烤炉发送“断开”信号，并且所述微处理器被配置为响应于“断开”信号而传输0％的功率。

30.根据权利要求23所述的系统，其中，所述微处理器被调整和配置为基于所述温度感测装置处的温度来计算估计的环境温度，并且其中所述微处理器还被调整和配置为将所述估计的环境温度与所述目标温度进行比较。

31.如权利要求20所述的系统，进一步包括被配置为与所述三端双向可控硅开关并联、并与所述微处理器通信的锁存继电器。

32.如权利要求31所述的系统，其中，所述微处理器被调整和配置为通过启动锁存继电器并且停用三端双向可控硅开关来向加热元件传输100％的功率。