CN110880738A - 带有电流保护电路的电烤炉 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于保护免受不安全电流状况的装置和方法。保护电路可以用在诸如电烤炉的设备中，其具有一个或多个电负载，例如加热元件。保护电路可以保护免受各种故障情况，包括但不限于，接地故障、过电流、驱动器故障和微处理器的故障的情况。响应于故障，保护电路可以使闩锁继电器跳闸或禁用三端双向可控硅开关驱动器以停止电流流动。

Description

带有电流保护电路的电烤炉

本申请是2017年6月30日提交的申请号为201710521319.2，发明名称为“带有电流保护电路的电烤炉”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体涉及电烤炉，更具体地涉及具有先进的电路以保护免受危险、故障和意外电流状况的电烤炉。

背景技术

对电烤炉存在日益增长的需求。这是特别真实的，因为城市人口正在扩张。许多城市环境或其他环境可能不容易允许使用传统的燃气烤炉或木炭烤炉。例如，许多城市居民住在具有阳台的公寓或住宅单元里，他们喜欢在阳台使用烤炉。因为烟、气体或其它关注点，不可能允许或期望使用典型的木炭或燃气烤炉。

有许多可用的电气烹调器具，如乔治福尔曼板式烤炉(以及类似的设备)、帕尼尼机、电热平扒炉等。然而，这些现有技术的电气烹调器具通常打算用于室内，而不是设计或构造成用于在恶劣环境或腐蚀性环境中使用，其中它们可能由于高热、诸如日晒雨淋的天气条件以及来自食品的油脂或来自清洁剂的酸而劣化。这些恶劣的条件可能使电气部件劣化，这又可能导致漏电或其它不安全的状况。

因为现有技术的电气烹调器具通常打算用于室内环境中，典型的墙壁插座的电流保护方案对于这些设备一般是足够的。这种设备也可以依赖接地线进行保护。一些现有技术的电路包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)以调节电流。又一些其它现有技术的电路是热响应的。然而，在电烤炉中需要先进的保护电路，其能响应于组件的故障，包括但不限于引起不当电流状况的故障，诸如可以在恶劣环境中发现或由恶劣环境引起的故障。

例如，名称为“Electronic Device with Heating Protection Circuit andHeating Protection Method Thereof”的美国专利8263911公开了一种电子设备，其中由控制模块产生的控制信号可以辅助加热保护电路正确确定加热信号是否有故障，或者控制元件的控制电压是否异常，然后自动控制加热模块停止加热。加热保护电路使用与控制模块和加热开关模块耦合的MOSFET。与此相反，本发明的一些实施方案采用机电和数字逻辑的组合以检测根本不能通过MOSFET加热保护电路检测的多个不同类型的故障状况。

当加热元件达到阈值温度时，被称为热响应电路的其他现有技术设备可能会进行停机。例如，名称为“Temperature Control Circuit”的美国专利8097835公开了温度检测模块，其检测电子设备的温度以向保护模块和微处理器输出检测信号。保护模块控制微处理器的状态。但这种热响应电路对于可能导致组件故障的恶劣环境和电流状况是不够的。事实上，故障组件可能导致漏电，其并不总是与过热的加热元件相关。即使加热元件处于正常温度内，危险的电流状况也可能会出现。

因此，需要一种电烤炉，其包括具有一个或多个独立控制的加热元件的烤炉，其具有尤其保护免受短路、过电流、驱动器故障和/或微控制器故障的保护电路。

发明内容

本发明克服了已知电气烹调器的许多缺陷并为电烤炉提供了新的特征和优点。例如，本发明提供了保护电路，其在发生故障、意外的和/或危险的电流状况的情况下切断通向一个或多个加热元件的电流。

本发明大体提供了一种具有电路和微处理器的电烤炉，其配置为保护免受不安全的电流状况。本发明的实施方案包括一个或多个电加热元件，其通过一个或多个闩锁继电器连接到电压。每个闩锁继电器都是由跳闸控制器和接地故障检测单元控制的机电开关，如果检测到不安全的电流状况，闩锁继电器产生断路。每个加热元件都由三端双向可控硅开关驱动，三端双向可控硅开关又连接到由微处理器控制的三端双向可控硅开关驱动器。微处理器接收来自霍尔效应传感器的电流读数并配置为在检测到不安全的电流状况时通过禁用三端双向可控硅开关来产生断路。可选地包括看门狗监视器，以便如果微处理器进入非正常操作状态，则禁用三端双向可控硅开关。

根据本发明的优选实施方案，提供了用于电烤炉中的保护电路，其包括通过第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关连接到电压线的第一加热元件和第二加热元件，第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关又连接到中性线。至少一个闩锁连接在加热元件和电压线之间，还提供了通过控制线连接到跳闸控制器的闩锁。此外，电流变压器配置成测量电压线和中性线之间的电流差，并通过控制线连接到接地故障检测单元；和，可以提供连接接地故障检测单元和跳闸控制器的控制线。还提供了连接到第一三端双向可控硅开关驱动器和第二三端双向可控硅开关驱动器的微处理器；所述第一三端双向可控硅开关驱动器和第二三端双向可控硅开关驱动器分别连接到第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关。

在优选的实例中，本发明的电路还包括至少一个经连接以测量电压线中的电流的霍尔效应传感器，霍尔效应传感器与微处理器通信。此外，微处理器也可以配置成如果来自霍尔效应传感器的电流读数超过预定电流阈值，则禁用至少一个三端双向可控硅开关驱动器。

优选的保护电路还可以包括连接到微处理器和第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关的看门狗监视器、和/或分别接近地位于第一和第二加热元件处并且与微处理器通信的第一热电偶和第二热电偶。微处理器进一步配置为接收来自霍尔效应传感器的电流读数，并且将所述电流读数与预期电流进行比较。提供了一个或多个控制旋钮。

本发明还提供了用于保护电路的方法，其具有下列步骤：将电流输送到至少一个电加热元件，所述电加热元件通过三端双向可控硅开关和闩锁继电器连接到电压线和中性线；使用电流变压器测量电压线和中性线之间的电流差；和产生表示电流差的电信号并通过激活连接到闩锁继电器的跳闸控制器来响应所述电流差。

一种优选的方法还可以包括下列步骤：使用霍尔效应传感器测量通过三端双向可控硅开关的电流；将表示通过三端双向可控硅开关的电流的信号发送到微处理器；和使用微处理器将通过三端双向可控硅开关的电流与预定电流阈值比较。一种优选的方法还可以包括下列步骤：通过禁用电流流到所述一个或多个电加热元件来响应通过三端双向可控硅开关的、超过预定电流阈值的电流。

更进一步地，该方法可以包括响应于通过用户输入设备接收的操作模式选择预定电流阈值的步骤和/或下列步骤：将来自微处理器的表示正常操作的信号发送给看门狗监视器；和，响应于表示正常操作的信号，将来自看门狗监视器的使能信号发送给所述三端双向可控硅开关。

本发明还提供了一种电烤炉，其具有带有至少两个用户输入设备和显示器的壳体、连接到电压线和中性线的电线、分别连接到第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关且进一步连接到电压线和中性线的至少两个加热元件；和，连接到第一三端双向可控硅开关驱动器和第二三端双向可控硅开关驱动器的微处理器，第一三端双向可控硅开关驱动器和第二三端双向可控硅开关驱动器分别与第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关通信；和经连接以测量通过三端双向可控硅开关的电流的霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器与微处理器通信。

此外，电流变压器配置成测量电压线和中性线之间的电流差，所述电流变压器与接地故障检测单元通信；和还可以提供跳闸控制器，其与接地故障检测单元通信，并且还与连接在第一三端双向可控硅开关和第二三端双向可控硅开关与电压线之间的至少一个闩锁通信。

在本发明的又一个实施方案中，提供了一种电烤炉，其包括具有一个或多个用户输入设备的壳体；连接到电压线和中性线的电线；连接到三端双向可控硅开关且进一步连接到电压线和中性线的至少一个加热元件；连接在加热元件和电压线之间的至少一个闩锁继电器，闩锁继电器与跳闸控制器通信；与跳闸控制器通信并且配置为响应于电压线和中性线之间的不均衡电流激活跳闸控制器的接地故障检测单元；连接到三端双向可控硅开关驱动器的微处理器，三端双向可控硅开关驱动器与三端双向可控硅开关通信；和配置为测量通过三端双向可控硅开关的电流的电流传感器，电流传感器与微处理器通信。微处理器可以配置为接收来自电流传感器的电流读数并将电流读数与预期电流进行比较，并且响应于电流读数和预期电流之间的差禁用三端双向可控硅开关。

因此，本发明的目的是提供一种用于电烤炉中以检测和防止短路、过电流、驱动器故障、微控制器故障和/或其他意外或不期望的电流状况的保护电路。

本发明的另一个目的是提供一种保护电路，其允许电烤炉长时间周期地停留在室外环境中而不产生危险的电气状况和/或其保护烤炉的组件。

本发明的额外目的是提供一种可以安全地用于室外或恶劣环境中的电烤炉。

本发明的另一个目的是提供一种保护电路，其检测漏电并通过禁用电流流动来进行响应。

本发明的另一个目的是提供一种保护电路，其检测接地故障并通过禁用电流流动来进行响应。

本发明的另一个目的是提供一种保护电路，其检测不均衡电流并且通过禁用电流流动来进行响应。

本发明还有另一个目的是提供一种保护电路，其检测过电流并通过禁用电流流动来进行响应。

本发明还有一个额外目的是提供一种保护电路，其检测与预期电流消耗不同的电流消耗，并通过禁用电流流动来进行响应。

本发明还有又一个目的是提供一种保护电路，其包括微处理器并且可以检测何时微处理器进入异常操作状态。

本发明的又一个目的是当检测到不安全的操作条件或故障情况时，禁用流过电烤炉的电流。

本发明还有又一个目的是提供一种保护电路，其可用在电烤炉或其他设备上，用于室内和/或室外使用，以保护免受不需要的、不安全的和/或意外的电流状况。

发明人的术语定义

本专利的权利要求中使用的术语旨在具有符合法律要求的它们的最广泛的含义。在可有替代含义的情况下，意指最广泛的含义。权利要求中使用的所有词汇旨在用在语法和英语语言的正常的习惯用法中。

附图说明

本发明的陈述和未陈述的特征、目的和优点(有时以单数形式使用，但不排除复数)将从以下描述和附图中变得明显，其中相同的附图标记在各个图中表示相同的元件，其中：

图1A是本发明的示例性电烤炉的前视图。

图1B是通过本发明的代表性电烤炉的典型烹饪表面的俯视示意图，其示出了内部组件。

图2是本发明的保护电路的优选实施方案的示意图。

图3是示意性示意图，表示由本发明的一个或多个三端双向可控硅开关驱动的一个或多个加热元件的独立视图。

图4是示意性示意图，表示用于产生本发明的跳闸控制信号的电流变压器的独立视图。

图5是微处理器和可以连接到本发明的微处理器的示例性输入设备和输出设备的独立视图。

图6是表示本发明的检测意外电流或过电流状况的微处理器的流程图。

具体实施方式

下面阐述的是目前被认为是所要求保护的发明的优选实施方案或最佳代表性示例的说明。可以想到实施方案和优选实施方案的未来和现在的典型方案或变型。使功能、目的、结构或结果发生非实质性变化的任何变更或修改均被本专利的权利要求所涵盖。本发明可以在具有数字电源的电烤炉上和/或其一部分上使用，如申请人在与本申请同一天提交的名称为“Digital Power Supply”的共同未决专利申请中所讨论的，该专利申请被转让给Weber-Stephen Products LLC，其全部内容通过引用方式并入本文。

在恶劣环境或室外环境中使用电加热元件103,104需要保护电路100，其保护免受由于电烤炉510中的组件的潜在故障或错用而导致的危险的电流情况。环境条件——包括阳光、雨水、风、清洁剂、食品等——可能会使电气组件劣化并导致短路、漏电或其他危险状况。在某些情况下，组件可能会永久性劣化。在其他情况下，诸如加热元件103,104之类的劣化组件如果被清洁或重新安装就可能恢复到正常状态。在这两种情况下，需要限制电流流动以保护用户。

保护电路100可以保护免受各种故障情况，包括但不限于，接地故障的情况；过电流；驱动器故障；和微处理器113的故障。例如，当诸如电烤炉510的设备引出的电流与设备返回到墙壁插座的电流不匹配时，会发生接地故障(或不均衡电流)。通常，这表示漏电。漏电对用户造成危害，特别是当电流到达电烤炉的壳体506时。在这种情况下，用户可能被电击。在另一种故障情况下，劣化的组件可能导致电烤炉510引出不安全的电流负载，导致所谓的“过电流”。这可能会导致组件损坏并最终导致漏电。在又一种故障情况下，加热元件103,104可能接收不一定不安全但与加热元件的操作模式不一致的电流负载。这种不一致暗示了驱动器故障，驱动器故障又可能导致不安全的状况。另一种故障情形涉及微处理器113的故障。因为微处理器113控制输送到(多个)加热元件的电流，所以其故障可能潜在地导致不可预测的电流负载。本发明的各方面被设计为在识别到一个或多个故障情况(包括上述那些)的情况下禁用电流。

图1-6示出了电烤炉510的优选实施方案和优选的保护电路100。作为示例，图1A和1B示出了代表性的电烤炉及一些其主要组件。图1A示出了电烤炉510的优选外部，其包括壳体和盖子506，在电烤炉510上可以安装左和右控制旋钮501和502以及显示器503。电烤炉510包括用于连接到AC墙壁插座的电源线507。左和右控制旋钮501和502以及显示器503连接到微控制器113，微控制器113在本文中被更详细地描述。还可以提供复位按钮511以如下文中所述那样使用。

如图1B中所示，左和右控制旋钮501和502可以分别与第一和第二加热元件103和104相关联，从而产生双烹饪区域。图1B中还示出了代表性的炉栅或烹饪表面512。可以通过旋钮501,502或与加热元件103,104相关联的其他控制器或用户输入设备来独立地控制每个加热元件103,104。左旋钮501和右旋钮502可以位于烤炉壳体506的外部上。旋钮501和502或本领域技术人员理解的任何其它输入设备可以连接到微处理器113以设置一个或多个加热元件103,104的操作模式。虽然图1A和1B示出了控制两个加热元件103,104的两个旋钮501,502，但应当理解，如本领域技术人员将会理解的那样，保护电路100可以与用户输入设备和加热元件的任何组合一起使用。

利用旋钮501和502或任何其他输入设备，用户通常选择一个或两个加热元件103和104的操作模式。操作模式可以包括期望的温度设置。在此进一步详细描述的微处理器113控制输送到加热元件103和104的电流，以便达到期望的温度设置。微处理器113可以利用反馈回路来实现每个加热元件103和104的期望温度，其中它接收来自热电偶121和122的电流或实时温度读数，热电偶121和122由各个加热元件103和104接近地定位。本领域的普通技术人员将认识到，可以使用各种类型和数量的旋钮、触摸板、加热元件、温度传感器和/或显示器。

电烤炉510优选地包括显示器503和/或其他用户界面。显示器503可以连接到微处理器113并且显示与一个或多个加热元件103,104的电流设置或操作相关的信息。例如，显示器503可以显示加热元件103和104的当前温度(如通过热电偶112和122所测量的)，以及用户通过旋钮501和/或502选择的期望温度。

图2中示出了保护电路100的优选实施方案，其中打孔线表示控制/数据线，而实线表示电力线。通常，非限制性术语，图2示出了硬件组件和专门配置的微处理器，其可以检测各种故障状况并且通过禁用电流流向电烤炉510来进行响应。保护电路100包括用于测量由设备引出的电流和从设备返回的电流之间的电位差(如果有的话)的电流变压器105。提供接地故障检测单元117以评估该电位差(如果有的话)，并激活跳闸控制器118，这将导致闩锁继电器106和/或107产生断路，从而停止电流流动。此外，微处理器113接收来自霍尔效应传感器119的电流读数，并且可以利用这些电流读数来检测各种类型的危险状况。如果检测到危险状况，微处理器113可以激活跳闸控制器118以产生断路，或禁用三端双向可控硅开关驱动器111和/或112，以便防止电流流向加热元件103和/或104。看门狗监视器可以可选地设置成与微处理器113通信并在微处理器113未正常通信的情况下禁用三端双向可控硅开关108和/或109。

线101和中性线102可以从典型的墙壁插座引出交流电(AC)，传统的电源线507可用于利用典型的固定装置将线101和中性线102插入AC墙壁插座。线101和中性线102还连接到一组一个或多个AC/DC功率转换器114，其提供不同组件的基本功率需求，所述不同组件包括(多个)显示器和/或(多个)微处理器。功率转换器114将交流电转换成具有3.3伏DC、5伏DC和15伏DC的线路的直流电。这些DC线路可以用于为电烤炉上的各种部件供电，诸如一个或多个显示器、(多个)微处理器等。普通技术人员将会认识到，AC/DC功率转换器114可用于提供任一个电烤炉的部件所需的任何水平的DC电压。

线101和中性线102进一步连接到电流变压器105，电流变压器105测量从线101去向加热元件103和/或104的电流和返回到中性线102的电流之间的差(如果有的话)。电流的电位差(如果有的话)被发信号通知到接地故障检测单元117，其评估电流差以确定电流是否泄漏。换句话说，如果电路的损坏(无论是暂时的还是永久的)已经导致电流从任一组件泄漏，则通过中性线102返回的电流将比线101中引出的电流小。接地故障检测单元117检测到有电流缺失。缺失电流表示危险的操作状况，因为它可能与用户接触，导致触电或导致其他组件发生故障。

在这种情况下，期望的响应是停止任何电流的流动，以便避免电击、触电死亡或组件损坏的风险。为了使电流停止流动，接地故障检测单元117激活跳闸控制器118，其又断开机电闩锁106和107。如图2中所示，闩锁106和107与加热元件103和104串联定位；因此，使闩锁跳闸导致断路，这显然停止电流的流动。闩锁继电器106和107可以是用于产生断路的机电开关，并且可以经由控制线连接到跳闸控制器118。当跳闸时，闩锁继电器106和107可以保持断开，直到用户接合机械开关为止。作为一个示例，壳体506上的复位按钮511或其他机械开关可以与闩锁继电器106和107相关联，以在它们跳闸之后将它们复位到关闭位置。

与闩锁继电器106和107相互作用的接地故障检测单元117的示例性实施方案在图4中最佳地示出。作为非限制性示例，接地故障检测单元117可以是由FairchildSemiconductor制造的例如零件号为FAN4146ESX的接地故障中断器。电流变压器105定位成测量由接地故障检测单元117读取的电流差。如果电流差超过安全阈值，则接地故障检测单元117产生跳闸控制信号401，其中跳闸控制信号401被反馈回闩锁继电器106和107，产生断路并停止电流的流动。打开正在漏电的设备的用户将得到保护，因为闩锁继电器106和107的跳闸将导致断路，从而将用户触电或进一步损坏设备的危险减到最小。本领域技术人员将认识到，电流差的一定容限可以是允许的。

再次参考图2，提供降压变压器115，因为接地故障检测单元117在比从线101和中性线102引出的电压低的电压下工作。线101和中性线102连接到降压变压器115，其通过全波整流器116将较低的次级电压提供给接地故障检测单元117以及跳闸控制器118。降压变压器115具有将接地故障检测单元117和跳闸控制器118与线101和中性线102的高电压隔离的优点。反而，它们在较低的次级电压下工作。本领域技术人员将认识到，降压变压器用于隔离在较低电压下工作的部件。降压变压器115具有将接地故障检测单元117与微处理器113分离的附加益处，这在微处理器113在接地故障/不均衡电流期间出现故障的情况下提供了额外的保护。微处理器113的故障不会阻止接地故障检测单元117识别接地故障/不均衡电流。同样，接地故障检测单元117的故障也不会阻止微处理器113继续监视电流状况。

在正常操作期间，微处理器113通过控制到达加热元件103和104的电流来控制热量和温度设置。微处理器113还可以配置为检测和响应异常操作状况，即具有增大的触电死亡、电击或组件损坏的危险的状况。提供了在正常操作状况期间的微处理器113的功能性的讨论，随后是允许微处理器113检测并响应故障状况的特定配置。

在正常操作状况下，微处理器113控制从线101和中性线102到达加热元件103和104的电力(和因此，热量和温度)。电流路径运行通过经由电流变压器105连接的线101和中性线102，并进一步通过一系列闩锁继电器106和107以及三端双向可控硅开关108和109。如将理解的，三端双向可控硅开关是传导交流电的三电极器件或三极管。三端双向可控硅开关是一种固态双向开关。本文公开的保护电路100描述了利用三端双向可控硅开关来控制流向加热元件103和104的电流，然而应当理解，可以用其它固态双向开关代替符合本发明的三端双向可控硅开关。加热元件103和104可以是电阻加热器，当更多的电流通过它们时，其温度升高。也可以使用其它类型的加热元件103,104，如本领域技术人员将理解的。

三端双向可控硅开关驱动器111和112通过“断开”和“闭合”三端双向可控硅开关108和109来控制它们，以允许或防止电流通向加热元件103和104。本领域普通技术人员将认识到，三端双向可控硅开关驱动器用于利用低压直流电源(如微处理器)控制高压三端双向可控硅开关(图2)。此外，三端双向可控硅开关驱动器111,112用于将器件与三端双向可控硅开关中的潜在高电流或电压隔离。三端双向可控硅开关驱动器111和112连接在微处理器113和三端双向可控硅开关108和109之间，同时保持微处理器113与三端双向可控硅开关108和109中的电压和电流隔离。

为了在正常操作期间达到用户期望的温度，微处理器113通过经由其三端双向可控硅开关驱动器111,112激活(或停用)三端双向可控硅开关108,109来控制输送到加热元件103和104的电流。换句话说，通过控制三端双向可控硅开关驱动器111和112，微处理器113控制加热元件103和104的引出的电流，因而控制其温度。禁用的三端双向可控硅开关108和/或109产生没有电流可以流过的断路。

为了识别何时达到期望的温度，微处理器113可以从位于每个加热元件103和104附近的一个或多个热电偶121和122接收温度反馈。图1B示出了与每个加热元件103,104相邻的热电偶121和122的代表性示例。微处理器113使用反馈来调节输送到加热元件103,104的电流，直到达到通过旋钮501和/或502选择的期望温度为止。结果，用户可以(独立地)选择加热元件103和104的期望操作模式，并且微处理器113将控制输送的电流，直到达到期望的温度设置为止。

图5示出了通向和来自微处理器113的示例性的输入设备和输出设备，其可以使用来自热电偶121和/或122的反馈来调节流向加热元件103和/或104的电流，直到达到期望温度为止。期望温度可以由用户通过与微处理器113电通信的诸如旋钮501或502的用户界面来选择。本领域普通技术人员将知晓，微处理器113可以包括内部或外部存储器508并与其通信所述存储器508包含用于执行计算和比较的软件指令以及本文所述的其他设置。

作为可选的输入示例，微处理器113可以从过零检测单元110接收控制信号(图2)。每当通过降压变压器115测量的交流电过零时，过零检测单元110发送控制信号。利用该信号，微处理器113可以识别交流电的波形的当前状态。跟踪过零使得微处理器113能以减少引入的谐波的方式断开和闭合三端双向可控硅开关108和109。

微处理器113可以配置为识别在正常操作期间出现的危险状况。虽然接地故障检测单元117检测漏电，但是存在微处理器113特别配置以检测和响应的其它危险状况。如图2中所示，微处理器113与跳闸控制器118和三端双向可控硅开关驱动器111和112通信，从而赋予微处理器113两种不同的方式来停止电流的流动——通过使闩锁106或107跳闸，或者通过禁用三端双向可控硅开关108和/或109，如果它检测到故障状况的话。例如，图3示出了加热元件103和104与三端双向可控硅开关108,109和闩锁106,107串联。实际上，断开闩锁106,107中的一个或两个三端双向可控硅开关108,109都将停止所有电流的流动。

作为一个示例，微处理器113可以配置为响应“过电流”情况。过电流状况是危险的，因为它们与组件故障和/或电子电路损坏的风险增大相关联，而这又可能是漏电的前兆。当电路引出的电流大于操作的安全额定值时，会发生过电流情况。如果恶劣的环境导致某些组件(如加热元件)的电阻值发生变化，则会产生过电流，导致更高的电流消耗。然而，过电流情况并不一定与电流不匹配相关。因此，接地故障检测单元117可能不会检测到过电流，可能希望将微处理器113配置为识别它。为此，霍尔效应传感器119向微处理器113发送表示流过三端双向可控硅开关108和109的电流的电流读数。霍尔效应传感器119测量通过一个或多个三端双向可控硅开关输送并且到达加热元件103和104的电流。本文所述的保护电路公开了用于测量电流的霍尔效应传感器119，但是本领域技术人员将认识到，可以用任何合适的电流传感器来代替霍尔效应传感器119。霍尔效应传感器119经由控制线连接到微处理器113以向微处理器113传送有多少电流正在被输送通过加热器103,104。

霍尔效应传感器119测量输送到加热元件103和104的电流，并经由控制/数据线将电流测量结果发送到微处理器113。霍尔效应传感器119可以配置为测量通过电压线101的电流，或者测量去往各个加热元件103和104的两个电流。在任一种配置中，电流读数都被通信给微处理器113。图2和图5示出了微处理器113和霍尔效应传感器119之间的连接。图6示出了如果微处理器113检测到过电流状况，则发送跳闸控制信号。在图2中，霍尔效应传感器119被表示为测量通向三端双向可控硅开关108和109的电力线中的组合电流。本领域普通技术人员将认识到，可能的替代配置是将一个霍尔效应传感器连接到每个三端双向可控硅开关的节点，从而测量通向每个单独的三端双向可控硅开关的电流，而不是组合电流。

为了识别过电流状况，微处理器113将来自霍尔效应传感器119的电流读数与电路可以安全操作的预定阈值电流水平进行比较。预定阈值是过电流状况的阈值。可以基于任何数量的考虑来选择预定阈值电流水平，包括加热元件103,104可以工作的最大电流，或者电路中的任何其它组件可以工作的最大电流。微处理器113将霍尔效应传感器119测量的电流与预定阈值电流水平进行比较。如果电流超过阈值，则存在潜在的过电流状况，并且应该停止电流的流动。为了停止电流的流动，微处理器113向跳闸控制器118发送跳闸控制信号505，跳闸控制器118通过控制/数据线连接。跳闸控制器118通过使闩锁继电器106和107跳闸来进行响应，导致关于加热元件的断路，从而停止电流的流动。从霍尔效应传感器119到微处理器113的示例性输入以及来自微处理器113的跳闸控制信号505在图5中示出。

在一些实施方案中，微处理器113另外可以配置为识别加热元件103和104何时引出在安全范围内的电流，但是其与给定加热元件的选定操作模式的预期引出的电流不同。例如，当加热元件被设置为“低”温但是引出的电流保留为用于“高”温时，可能会发生潜在的危险情况，反之亦然。如果用户已经将加热元件103和/或104设置为高温，但是仅在输送低电流，则组件很可能有故障。这种情况的可能原因包括但不限于侵蚀霍尔效应传感器119的恶劣环境或腐蚀性环境或者三端双向可控硅开关108,109或三端双向可控硅开关驱动器111,112的故障。

微处理器113可以使用来自热电偶121和122的反馈回路以将电流输送到加热元件103和/或104直到达到期望的温度为止。然后可以将期望的温度保持在稳定状态。普通技术人员将认识到，与维持温度相比，提高加热元件103或104的温度会引出更多的电流。作为示例，如果用户激活电烤炉510并选择“高”温，则微处理器113必须将高电流输送到相关加热元件103和/或104，直到达到“高”温为止。一旦微处理器113识别出已经达到期望的“高”温(例如通过来自热电偶121和122的反馈)，微处理器113就可以减少输送的电流以便将温度维持在稳定状态。

加热元件可以如何操作的示例包括离散模式，例如“高”，“中”，“低”，或在例如以％或温度测量的连续光谱上。由于较高的电流导致加热元件具有较高的温度，所以本领域技术人员将认识到，与维持稳定状态的温度相比，升高加热元件103和104的温度将引出更多的电流。

为了识别意外的电流状况，微处理器113配置为将来自霍尔效应传感器119的电流读数与预期电流进行比较。微处理器113配置为在任何给定模式中(考虑微处理器113正在升高温度还是正在维持稳定状态)输送给加热元件的电流是“预期电流”，因为它被预期在正常操作状况期间与来自霍尔效应传感器119的读数相匹配。换句话说，在正常操作状况期间，预计来自霍尔效应传感器119的电流读数与预期电流(即微处理器113被编程以进行输送的电流)相匹配。如果来自霍尔效应传感器119的电流读数与预期电流不匹配，则可能已经发生驱动器故障。

微处理器113可以通过内部或外部存储器508访问预期电流值。以这种方式，微处理器113被编程为识别在任何给定的操作模式(或操作模式的组合)中应该由正常起作用的一个或多个加热元件引出的电流的总量。

如果出现故障状况，微处理器113通过禁用三端双向可控硅开关驱动器111和112进行响应，从而断开相应的三端双向可控硅开关并切断通过加热元件103和/或104的电流。在一个实施方案中，微处理器113可以可选地被编程为在经过预定量的时间之后使电流能重新流动，并且继续监视引出的电流。使电流能重新流动可能是期望的，因为故障的原因可能是暂时的。作为非限制性示例，如果最近打开/关闭电烤炉510，或者如果电网中发生暂时的不规律，则可以检测到迅速稳定的临时故障状况。

图6是流程图，其示出了微处理器113基于电烤炉510的操作模式确定预期电流并将预期电流与从霍尔效应传感器119接收的实际电流读数进行比较。如果检测到不匹配，则三端双向可控硅开关驱动器111和112被禁用。此外，图6还示出了微处理器113将来自霍尔效应传感器119的电流读数与过电流阈值进行比较并且通过发送跳闸控制信号505来响应过电流状况。本领域普通技术人员将认识到，这些步骤和比较可以以任何顺序和以若干不同的实现方式执行，所有这些都是被本发明预期的。微处理器113可以在任何期望的或周期性的基础上重复这些操作。

在又一个故障示例中，保护电路100保护免受微处理器113的故障。由于微处理器113控制输送到加热元件103和104的电流，所以其故障可能导致不可预测的结果，该结果可包括不安全的电流水平。为了保护免受微处理器113的故障，电路100可以包括连接在微处理器113和三端双向可控硅开关108和109之间的看门狗监视器120，如图2中所示。

在这种情况下，微处理器113将看门狗监视器信号504发送到看门狗监视器120，其确认微处理器113正在正常操作。看门狗监视器120配置为从微处理器113寻找确认其正常操作的信号。看门狗监视器120也连接到三端双向可控硅开关108和109。在没有来自微处理器113的确认正常操作的信号的情况下，看门狗监视器120禁用三端双向可控硅开关108和109，从而防止电流流向它们。如果微处理器113随后回到正常操作，则看门狗监视器120可以使电流重新流动。看门狗监视器120的这种配置允许微处理器113在故障或复位周期之后回到正常操作的可能性。这是有利的，因为即使在微处理器113正在启动或重新启动的情况下，它也允许继续运行。换句话说，如果微处理器113处于重新启动(有意或无意地)的过程中，则看门狗监视器120可以确定微处理器113未正常操作并禁止电流的流动。但是，一旦微处理器113完成其启动序列并重新开始将其信号发送到看门狗监视器120，则正常操作可以重新开始。

本发明还提供了用于在烧烤期间降低不安全电气状况的风险的方法。在优选实施方案中，用户可以使用电烤炉510将电流输送到一个或多个电加热元件103和/或104，电加热元件103和/或104可以通过三端双向可控硅开关108和109以及闩锁继电器106和107连接到电压线101和中性线102。当加热元件103或104被用户激活时，电烤炉510的保护电路100中的电流变压器105测量由电烤炉510引出的电流和从电烤炉510返回的电流的差(如果有的话)。如果检测到电流差，则本发明的方法产生电信号以激活连接到闩锁继电器106和/或107的跳闸控制器118。

本发明的方法可以另外包括使用电烤炉510的保护电路100以利用霍尔效应传感器119测量输送到加热元件103或104的电流，并将测量的电流传送到微处理器113。通过激活电烤炉510及其保护电路100，微处理器113将测量的电流与预定电流阈值进行比较。可以基于用户选择的电流操作模式来动态地选择预定电流阈值。如果在使用电烤炉510时测量的电流超过预定阈值，则本发明可以包括下列步骤：通过使闩锁继电器106和/或107跳闸或通过禁用三端双向可控硅开关108和/或109来禁止电流流动。

在另外的实施方案中，将表示正常操作的信号从微处理器113发送到看门狗监视器120。接着，看门狗监视器120又可以在正常操作期间启用三端双向可控硅开关108和/或109以允许电流流向加热元件103和/或104，并且在异常操作阶段期间禁止电流的流动。

上述设备和方法可用于提供更安全的电烤炉体验。各种实施方案允许用户激活旋钮501和/或502(或其他输入装置)，以使用来自加热元件103和/或104的热量烹饪食物，加热元件103和/或104又由微处理器113控制。显示器503尤其可以将当前的温度传达给用户以允许用户决定何时将食物放在炉栅上或让食物烹饪多长时间。用户可能正在使用已经长期暴露在恶劣条件下并且其电气部件可能漏电的电烤炉510。本发明的实施方案提供了电流变压器105，其与接地故障检测单元117和跳闸控制器118一起工作以检测漏电，并且作为响应，使闩锁继电器106和107跳闸。尽管烧烤将被停止，但是用户将在漏电的情况下保持安全。用户可以例如通过移除和重新安装加热元件103,104并且按下复位按钮511或类似的开关来做出响应。如果漏电已经解决，则正常操作可以继续。

在正常烹饪期间，加热元件103,104或其他组件可能无意中变得松动，或者可能由于热或其他环境因素而损坏。可能的结果是，电烤炉510可能引出由微处理器113经由来自霍尔效应传感器119的信号而检测到的不安全电流。微处理器113可以通过激活跳闸控制器119从而断开闩锁106和107来进行响应。如上面描述的，结果是电流停止，并且用户可以尝试通过复位按钮511重启电烤炉510。

类似地，不安全的状况可能导致加热器103和/或104引出的电流量与基于旋钮501和/或502的用户设置所预期的量不同。作为响应，本发明的实施方案提供了一种微处理器113，其可以禁用三端双向可控硅开关108/109(通过它们的驱动器)以停止电流的流动。可以通过显示器503警告用户，但是在这种情况下闩锁106和107不跳闸，因此在这种情况下，用户可能不必重置按钮511。

此外，本发明的实施方案可以包括看门狗监视器120，其可以设置成在电烤炉510由用户使用时监视微处理器113的正确操作。如果微处理器113进入异常操作状态，包括可能的重新启动，则看门狗监视器120可以禁用三端双向可控硅开关108/109。用户不必重置按钮511，并且可以等待微处理器113回到正常操作以重新开始烧烤。

可以将硬件和专门配置的微处理器提供给用户以确保安全的烧烤体验。本领域技术人员将认识到，具有上述实施方案的各种组合的电烤炉是可能的，并且不是在每个实施方案中都必须包括每个特征。此外，尽管本发明特别适用于户外使用的烤炉，但是本领域技术人员将会理解，本发明可以用在各种各样的烤炉或其他设备上，无论是用于室内还是室外。

以上描述并不旨在限制在限定本发明的所附权利要求的范围中使用的术语的含义。相反，已经提供了描述和说明以帮助理解各种实施方案。可以预期，在结构、功能或结果方面的将来的修改将不存在实质上的改变，并且被要求保护的所有这些非实质性的改变都被权利要求覆盖。因此，虽然已经阐述和描述了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所要求保护的发明的情况下，可以进行许多改变和修改。此外，尽管术语“所要求保护的发明”或“本发明”有时在本文中单独使用，但是应当理解，存在如所描述和要求保护的多个发明。

在所附的权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (20)

1.一种电烤炉，包括：

至少第一加热元件，其通过第一三端双向可控硅开关连接到电压线，并且进一步连接到中性线；

至少一个用户输入设备，用于选择所述第一加热元件的第一操作模式；

霍尔效应传感器，其经连接以测量通过所述第一加热元件的电流的至少第一电流读数；

微处理器，其连接到所述霍尔效应传感器并且进一步连接到第一三端双向可控硅开关驱动器，所述第一三端双向可控硅开关驱动器分别连接到所述第一三端双向可控硅开关；

其中，所述微处理器被配置为确定与基于所述选择的用户输入设备的所述第一选择的操作模式相关联的第一预期电流；将所述预期电流与所述霍尔效应传感器的所述电流读数进行比较；并且其中所述微处理器进一步被配置为响应于来自所述霍尔效应传感器的高于或低于所述第一预期电流的电流读数而禁用所述第一加热元件。

2.根据权利要求1所述的电烤炉，进一步包括：

至少第二加热元件，其通过第二三端双向可控硅开关连接到所述电压线，并且进一步连接到所述中性线；

第二用户输入设备，用于选择与所述第二加热元件相关联的第二操作模式；以及

其中所述霍尔效应传感器还被配置为测量通过所述第二加热元件的电流的至少第二电流读数，并且所述微处理器还被配置为响应于来自所述霍尔效应传感器的所述第二电流读数与所述第二预期电流之间的不匹配而禁用所述第二加热元件。

3.根据权利要求2所述的电烤炉，其中所述第一用户输入设备和第二用户输入设备是控制旋钮。

4.根据权利要求1所述的电烤炉，进一步包括与所述微处理器通信的显示器，其中所述显示器被配置为当检测到电流不匹配时警告用户。

5.根据权利要求4所述的电烤炉，其中所述警告表示加热元件需要更换。

6.根据权利要求2所述的电烤炉，进一步包括与所述微处理器通信的显示器，其中所述显示器被配置为当检测到电流不匹配时警告用户，并且其中所述警告表示哪个加热元件被禁用了。

7.根据权利要求1所述的电烤炉，其中所述微处理器进一步被配置为在预定时间段之后恢复输送电流。

8.根据权利要求1所述的电烤炉，进一步包括与所述微处理器通信的看门狗监视器，其中所述微处理器进一步被配置为向所述看门狗监视器发送表示正常操作的周期性信号，并且所述看门狗监视器被配置为在没有来自所述微处理器的所述周期性信号的情况下禁止电流流到所述第一加热元件和第二加热元件。

9.根据权利要求1所述的电烤炉，进一步包括邻近所述第一加热元件定位的至少第一热电偶，所述第一热电偶与所述微处理器电子通信并且向所述微处理器发送表示当前温度的信号。

10.根据权利要求9所述的电烤炉，其中所述微处理器进一步被配置为使用来自所述热电偶的反馈回路来将电流输送至所述第一加热元件直到达到所希望的温度。

11.一种用于保护电烤炉免受意外电流条件影响的方法，包括：

使用所述电烤炉上的用户输入设备来选择操作模式；

通过三端双向可控硅开关向连接到电压线和中性线的至少一个电加热元件输送电流，其中所述输送的电流对应于所述选择的操作模式；

使用霍尔效应传感器来测量输送到所述电加热元件的所述电流，并且将表示所述测量电流的信号从所述霍尔效应传感器发送到微处理器；

使用所述微处理器来确定与基于所述用户输入设备选择的操作模式相关联的预期电流，将所述预期电流与来自所述霍尔效应传感器的所述测量电流进行比较，并且通过禁用电流流到所述加热元件来响应所述预期电流和所述测量电流之间的不匹配。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：

使用所述电烤炉上的第二用户输入设备来选择与第二加热元件相关联的第二操作模式；

使用所述霍尔效应传感器测量输送到所述第二加热元件的所述电流，并将表示所述第二测量电流的信号从所述霍尔效应传感器发送到所述微处理器；以及

使用所述微处理器来确定与所述第二选择的操作模式相关联的第二预期电流，并且通过禁用电流流到所述第二加热元件来响应所述第二预期电流与所述第二测量电流之间的不匹配。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述电烤炉上的所述用户输入设备和所述第二用户输入设备是控制旋钮。

14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将表示正常操作的信号从所述微处理器发送到看门狗监视器，并且在不存在表示正常操作的所述信号的情况下使用所述看门狗监视器来禁用电流流到所述加热元件的步骤。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将热电偶定位在所述加热元件附近并且使用所述热电偶向所述微处理器发送表示测量温度的信号的所述步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括根据表示测量温度的所述信号使用所述微处理器调节输送到所述加热元件的所述电流的所述步骤。

17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括响应于禁用所述电流流到所述加热元件，使用所述电烤炉的显示器来显示警告的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述警告表示所述加热元件需要更换。

19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括响应于电流不匹配，使用所述电烤炉的显示器来显示警告的步骤，其中所述警告表示禁用哪个加热元件。

20.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在预定时间段之后重新启用所述电流流到所述加热元件的步骤。

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