CN112292568B - 功率控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

功率控制系统和方法包括功率控制逻辑，该功率控制逻辑被配置为将从外部资源接收的电功率选择性地施加至多个加热元件以实现加热算法。在一个实施方案中，该功率控制逻辑被配置为测量供应至该多个加热元件的该电功率，预测启用该多个加热元件中的一个或多个加热元件所需的该电功率的量，跟踪该多个加热元件中的每个加热元件的功率使用，并且基于所跟踪的功率使用和该加热算法来确定待启用的下一个加热元件。该系统可包括电压感测网络和高功率电流感测电阻器，该电压感测网络用于感测从该外部资源接收的该电功率，该高功率电流感测电阻器用于感测通过将功率供应至该多个加热元件的电路路径的电流。

Description

功率控制系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月15日提交的名称为“功率控制系统和方法(POWER CONTROLSYSTEMS AND METHODS)”的美国临时申请号62/643,717以及2018年7月9日提交的名称为“功率控制系统和方法”的美国临时申请号62/695,819的优先权和权益，这两个申请中的每一者以引用的方式全文并入本文。

本申请与名称为“带支撑托盘的可变峰值波长烹饪仪器(VARIABLE PEAKWAVELENGTH COOKING INSTRUMENT WITH SUPPORT TRAY)”的美国专利申请号15/490,768相关，该美国专利申请以引用的方式全文并入本文。

技术领域

各种实施方案涉及功率控制系统和方法，包括例如用于控制烹饪装置中的加热部件的系统和方法。

背景技术

已引入智能烹饪系统，以协助不熟练的厨师准备食物。一些智能烹饪系统能够实现加热算法，该加热算法允许比常规配方和烘箱通常可用的更复杂的配方、更快的烹饪和/或更一致的结果。然而，此类系统经常受制于对功率消耗设置限制的安全和其他规程，这些规程可约束智能烹饪系统的效率和能力。此外，此类电子耗电器设备通常被设计用于具有可变电功率特性的多种环境中，该环境可包括具有低于用于操作智能烹饪系统的加热元件的最佳功率资源的环境。一种解决方案将是构建具有低功率加热器的智能烹饪系统，但该解决方案对于高性能烹饪系统不是所期望的。鉴于上述情况，持续需要用于控制智能烹饪系统中的加热部件的改善的功率控制系统和方法。

发明内容

本公开解决了对改善的功率控制系统和方法的各种需求。在各种实施方案中，一种设备包括处理器，该处理器可操作以执行功率控制逻辑，该功率控制逻辑被配置为将从外部资源接收的电功率选择性地施加至多个加热元件以实现加热算法。该功率控制逻辑可被配置为测量供应至该多个加热元件的该电功率，预测启用该多个加热元件中的一个或多个加热元件所需的该电功率的量，跟踪该多个加热元件中的每个加热元件的功率使用，并且基于所跟踪的功率使用和该加热算法来确定待启用的下一个加热元件。

该设备可进一步包括电压感测网络，该电压感测网络可操作以感测从该外部资源接收的该电功率，并且可由从该外部资源接收的所感测的电功率来测量供应至该多个加热元件的该电功率。该设备还可包括高功率电流感测电阻器，该高功率电流感测电阻器可操作以感测通过将功率供应至该多个加热元件的电路路径的电流，并且可从所感测的电流来测量供应至该多个加热元件的电功率。该设备还可包括烹饪引擎以实现该加热算法来控制该加热元件。该设备可进一步包括多个TRIAC，每个TRIAC电耦合至该多个加热元件中的对应的一个加热元件，并且该处理器可生成TRIAC驱动控制信号以选择性地启用该多个TRIAC中的一个TRIAC以驱动对应加热元件。

在各种实施方案中，该功率控制逻辑被进一步配置为基于所测量的电功率来跟踪该多个加热元件中的每个加热元件的温度，其中启用该多个加热元件中的一个或多个加热元件所需的该电功率的该预测量为基于当前跟踪温度与由该加热算法建立的期望温度之间的差值。该功率控制逻辑可被进一步配置为维持该多个加热元件中的每个加热元件的功率使用的结余(ledger)，其中每半个周期更新该结余，并且基于该结余来确定该多个加热元件中待启用的下一个加热元件。

该功率控制逻辑可被进一步配置为根据该加热算法选择性地对该加热元件供电以实现加热目标，确定测量供应至该多个加热元件的该电功率的时间，在所确定的时间将功率供应至所选择的加热元件，其中所确定的时间不同于根据该加热算法所选择的加热元件的启用时间，并且根据该加热目标调整在后续周期中供应至所选择的加热元件的功率量。测量误差可在该加热元件的加热周期期间变化，并且可确定测量该电功率的该时间以减小测量误差。该功率控制逻辑可被配置为在该加热周期提前启用所选择的加热元件以获得测量值，并且通过降低在下一个半周期中施加的功率来进行补偿以维持期望的功率输出。在一些实施方案中，该加热算法生成该测量值的失真，并且该功率控制逻辑被进一步配置为在周期的后期进行测量并且在时间上向后外推至该加热元件接通时的时刻。

在一些实施方案中，一种方法包括调节从功率源接收的电功率，接收用于多个电功率消耗部件的至少一个性能目标，以及将该电功率选择性地输送至该多个电功率消耗部件以实现该性能目标。在一些实施方案中，该电功率消耗部件可包括多个加热元件，并且该性能目标可包括根据加热算法加热内部烘箱室。

在一些实施方案中，该方法可进一步包括测量供应至该多个电功率消耗部件的该电功率，预测启用该多个电功率消耗部件中的一个或多个电功率消耗部件所需的该电功率的量，跟踪该多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的功率使用，以及基于所跟踪的功率使用和该性能目标来确定该多个功率消耗部件中待启用的下一个功率消耗部件。该方法可进一步包括基于所测量的电功率来跟踪该多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的温度，并且启用该多个电功率消耗部件中的一个或多个电功率消耗部件所需的该电功率的所预测量可为基于当前跟踪温度与根据该性能目标的期望温度之间的差值。

在一些实施方案中，该方法进一步包括维持该多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的功率使用的结余，其中每半个周期更新该结余，以及基于该结余来确定该多个电功率消耗部件中待启用的下一个电功率消耗部件。

在一些实施方案中，该方法可进一步包括根据该性能目标选择性地对该电功率消耗部件供电，确定测量供应至该多个电功率消耗部件的该电功率的时间，在所确定的时间将功率供应至所选择的电功率消耗部件，其中所确定的时间不同于根据该性能目标的所选择的电功率消耗部件的启用时间，以及根据该性能目标调整在后续周期中供应至所选择的电功率消耗部件的功率量。该测量误差可在该电功率消耗部件的启用周期期间变化，并且可确定测量该电功率的该时间以减小测量误差。

在一些实施方案中，该方法进一步包括基于所测量的功率来预测故障事件的概率，以及响应于故障事件的所预测概率来降低功率消耗。

本公开的范围由通过引用并入本部分中的权利要求来限定。通过考虑以下对一个或多个实施方案的详细描述，本领域技术人员将更全面地理解本发明的实施方案以及实现本发明的附加优点。将参考首先简要描述的附图页。

附图说明

图1为示出根据各种实施方案的烹饪装置的侧横截面视图的图示。

图2为示出根据各种实施方案的用于控制加热元件的功率控制电路的图示。

图3为示出根据各种实施方案的用于控制加热元件的方法的流程图。

图4A至图4D为示出根据各种实施方案的示例性相位角确定的曲线图。

图5为示出根据各种实施方案的示例性烹饪装置的功能部件的图示。

图6为示出根据各种实施方案的烹饪装置的顶视图的图示。

附图仅出于说明的目的描绘了本公开的各种实施方案。本领域的技术人员将从以下讨论中容易地认识到，在不脱离本文所述实施方案的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的替代实施方案。

具体实施方式

本公开解决了对改善的功率控制系统和方法的各种需求。在各种实施方案中，电功率控制系统可操作以调节来自资源的电功率的施加，将电功率输送至各种电功率消耗部件，并且提供用于向资源施加电功率的各种控制能力。在一些实施方案中，提供功率控制系统以控制烹饪装置中的加热元件。

在本文所公开的各种实施方案中，用于操作智能烹饪系统的加热元件的功率控制系统和方法允许比手动操作的常规烘箱可用的更复杂的加热算法。在常规烘箱中，加热元件将烘箱缓慢加热至用于烹饪的期望温度。然后将食物置于烘箱中持续一定量的时间，或者直至由厨师观察到某些食物特性为止。

智能烹饪系统可实现更复杂的加热算法，包括在多个波长下加热、在配方期间的设定时间调整温度，以及响应于传感器反馈自适应地且快速地调整所施加的功率。一些加热算法可能要求快速接通和关断加热元件。从“断开”移动至“接通”可导致烹饪系统以增加的速率消耗功率，这是由于加热元件在断开时快速冷却以及接通加热元件并使加热元件达到稳态操作的功率消耗要求。然而，内部系统约束条件和外部环境约束条件可限制智能烹饪系统可用的功率，这可限制可由智能烹饪系统实现的可靠性的加热算法。例如，加热算法可能需要使用相当大部分的可用电功率，以便快速烹饪食物或实现特定结果(例如，密封食物)。本文所公开的功率控制系统和方法解决和克服了各种内部和外部环境约束条件，使得能够更有效且更稳健地操作。

本公开的功率控制系统和方法进一步解决了在智能烹饪系统中实现高性能加热器诸如石英-钨-卤素管(本文称为“QTH加热器”)的各种挑战。在此类系统中，期望考虑在各种使用情况下存在的外部变量。对功率消耗的外部约束条件可导致不期望的结果，诸如使断路器跳闸、熔断熔丝、以及共享相同电路的其他设备的性能降低(例如，当操作智能烹饪系统时灯闪烁)。在各种实施方案中，智能烹饪系统可从具有影响系统操作的一个或多个特性或限制的外部资源接收功率。外部特性可包括可变的均方根(RMS)供给电压、可变的有效外部电阻、可得自资源的总功率消耗、以及可得自资源的总电流消耗。还可能期望智能烹饪系统在不对外部环境(例如，外部电路)产生不利影响的情况下尽可能多地获取功率，以便使智能烹饪系统的功能最大化，从而实现如复杂的加热算法所需的更快的烹饪结果和可靠的热量输送。

QTH加热器增加了系统要解决的附加操作约束条件，包括高度可变的有效阻抗(或电阻)。例如，当QTH加热器停止接收功率时，将QTH加热器加热至其稳态操作温度所消耗的功率快速损失。QTH加热器还需要更多的功率才能从室温变为稳态操作温度，并且在相对低的功率电平下操作时使用大量电流。在各种实施方案中，加热器的稳态包括在进入加热器灯丝的功率和由加热器丝耗散的功率之间持续期望的持续时间的期望的驱动功率余量(balance)。稳态温度包括在给定的期望驱动功率余量下加热器灯丝的平均温度。

在本文所公开的各种实施案中，功率控制系统和方法通过测量流入设备的电流和/或电压，通过使用电路(诸如包括TRIAC(用于交流电的三极管)、晶体管、继电器、FET等的电路)的可变相位控制来控制所施加的功率，基于最近已施加至每个QTH加热器的功率来执行核算，并且对加热元件和环境的特性进行预期和建模，来解决这些和其他约束条件。在各种实施方案中，可变相位控制确定每个加热元件的“接通”时间和/或“断开”时间，以精确地控制输送至每个加热元件的功率。

在各种实施方案中，功率控制系统根据时间来控制施加至负载的电压。在各种实施方案中，功率控制系统通过接通和断开开关(例如，TRIAC、晶体管等)来控制电压。在各种其他实施方案中，功率控制系统通过改变电压电平(例如，使用晶体管、调谐RC电路等)来控制电压。功率控制系统可用于当期望或需要在那些约束条件内操作设备时受到各种电子约束(例如，瞬时电流、指定时间段内的平均电流、瞬时电压、指定时间段内的平均电压)的设备。在一些实施方案中，直接测量电流和电压并且间接测量功率，并且功率控制系统由伺服系统控制期望的电流电平和期望的功率电平。

参见图1，现在将描述示例性烹饪器具(例如，智能烘箱)。如所示出的，烘箱100具有壳体102、内部烹饪室104和门106，该门提供进入内部烹饪室104的通道。烘箱100还包括用于加热烘箱的多个加热元件，包括顶部加热元件120a、120b和120c，以及底部加热元件122a、122b和122c。烘箱100进一步包括功率控制逻辑和电路130，该功率控制逻辑和电路可嵌入烘箱的壳体102中以用于在烘箱100的操作期间控制加热元件120和122。烘箱100的电功率可由外部源140(诸如壁装电源插座(wall outlet))通过电力电缆132提供。在其他实施方案中，电功率资源可包括功率源、在不同电压和频率下操作的AC电压源、反相器和合成波形发生器、以及耦接的功率源。

加热元件120和122可以是适于加热烘箱100的任何加热部件。在各种实施方案中，加热元件120和122是QTH加热器或用于加热用于烹饪的内部烹饪室104的其他合适的加热元件。功率控制逻辑和电路130调节向加热元件120/122的功率输送。在一个实施方案中，期望选择在稳态下消耗用于烘箱100的产品种类的最大允许功率的QTH加热器。虽然图1以示例性布置方式示出了具有六个QTH加热器的烘箱，但应当了解，本公开适用于具有任何数量的加热元件的实施方式，这些加热元件可以交替布置方式定位，诸如图6中所示。

在操作中，QTH加热器消耗功率并且将能量耗散至内部烹饪室104中。内部烹饪室104可包括烹饪托盘108，该烹饪托盘被设置成使得由QTH加热器生成的热量可被施加至放置在烹饪托盘108上的食物。每个QTH加热器所消耗的平均功率(以及因此所发射的平均功率)以及所产生的光的波长由功率控制逻辑和电路130调节，并且还可受到烘箱所消耗的总功率的影响，该总功率包括烘箱100的其他部件(诸如传感器、烹饪逻辑、用户接口和通信部件)的操作。

本领域技术人员将认识到，使用石英-钨-卤素加热器作为烘箱中的加热元件带来了被本文所公开的实施方案克服的若干挑战。一个挑战是，在瞬态的基础上，QTH加热器可瞬间消耗更多数量级的功率以从当前温度(例如，室温或其他环境温度)升温至操作温度。QTH加热器的加热和冷却速率可取决于施加至每个QTH加热器的功率的最近历史记录以及每个加热器的当前温度。因此，当从冷状态接通时或当其灯丝温度相对“低”时“接通”时，未调节的QTH加热器可消耗最大允许功率的许多倍。另一个挑战是当QTH加热器未接收到功率时，其快速冷却至环境温度，这增加了QTH加热器的下一次启用所需的功率。第三，如果在过高温度下操作(例如，通过施加过多的功率输入)，则QTH加热器的预期使用寿命可缩短至比期望更短的持续时间。第四，当在低平均功率电平下操作时，QTH加热器可在低于稳态灯丝温度下操作，这使灯丝的电阻与其稳态电阻相比减小，从而导致QTH加热器消耗比对于给定电压在稳态灯丝温度下操作时更大量的电流。第五，对于消费产品中的实际实施方式，可能期望选择具有接近产品类别的最大允许功率的稳态功率的QTH加热器以将性能最大化；然而，在任何给定时间，单个QTH加热器可消耗QTH加热器组可用的所有电流，在此期间，其他QTH加热器将由于其固有特性而快速冷却，并且在重新启用时将需要额外的功率。

在一个实施方案中，期望使从可用功率源(例如，外部功率源140，诸如家庭厨房中的壁装电源插座)汲取的功率量最大化。在一个实施方案中，每个加热元件被设计为在其稳态操作中消耗全部电流预算。例如，如果烘箱100具有15安培的最大电流预算，则可选择各自在15安培下具有稳态的加热元件。以这种方式，烘箱100可将所有可用电流集中至单独接通的单个加热器中，或将其分配至可同时接通的多个加热器中。

如先前所述，QTH加热器的一个缺点是，当加热器冷却(例如，不消耗电功率并且在室温/环境温度下静置)时，其相对导电。在任何给定时间，使QTH加热器达到稳态操作所需的瞬时功率可比稳态功率要求高几个数量级(例如，稳态功率要求的10倍)。QTH加热器花费大量功率来升温，并且一旦电流被移除，加热器就开始冷却至环境温度(即使在热烘箱中，环境温度对于设备也是冷态)。因此，根据对于耗电器设备的安全和功率消耗要求，QTH加热器在稳态下的功率消耗方面具有限制，但启动和达到稳态功耗巨大。操作具有这些加热元件的烘箱可能(没有用于调节瞬时电流消耗的装置)需要在短时间段内来自外部功率源140的大量电流，这可以使熔丝熔断，使断路器跳闸或引起超过外部环境的操作功率限值的其他效应。

功率控制和逻辑电路130通过控制加热元件120/122在烘箱100和外部环境的功率约束条件内操作来减轻这些和其他问题。在一些实施方案中，功率控制和逻辑电路130还将使每个加热元件120/122在将延长加热元件的操作寿命的参数内保持一致地操作。否则，从外部功率源140可用的电压的小变化(例如，+/-10％)可负面地影响使用寿命。

参见图2，示出了根据各种实施方案的功率控制系统200的实施方案。在一个实施方案中，功率控制系统200被实现为电路，并且包括AC输入204、电源206、用于测量电压测量路径230处的主(AC)输入电压以及频率和相位(过零点事件)的电压感测网络208。功率控制系统200还包括部件(诸如高功率电流感测电阻器210)，该部件可操作以测量通过供应所有负载(例如，来自图1的QTH加热器120/122和它们相关联的驱动部件220)的电路分支(电流感测测量路径234)的电流。测量输入端和致动输出端两者均直接连接至处理器202，该处理器可操作以与功率控制逻辑240相互作用。在各种实施方案中，功率控制逻辑可包括预测模块242、测量模块244和核算模块246，这些模块可在由处理器202执行的模拟电路、数字电路、固件和/或软件中的一者或多者中实现。

功率控制系统200可操作以在电压测量路径230处测量从外部功率源接收的功率的电压(例如，来自壁装电源插座的AC信号)，并且在电流感测测量路径234处测量通过加热元件的电流。处理器202可操作以生成驱动控制信号232以选择性地启用驱动部件220，该驱动部件可包括一个或多个TRIAC T_1-6(或如可在其他实施方案中实现的其他AC控制部件)以驱动对应的加热元件。功率控制逻辑240经由测量模块244接收电压和电流的测量值，从加热算法接收关于加热要求的信息，并且选择适当的加热元件以实现加热算法。应当了解，加热元件可被配置为以各种方式与功率控制系统200一起操作，包括但不限于时间多路复用、串行和并行布置。还应当了解，用于功率控制系统200的实施方式中的测量部件可用算法操作，以补偿电流和电压测量部件的公差的变化。

核算模块246被配置为跟踪每个加热元件的功率使用，以及用于烘箱的操作功率要求。在各种实施方案中，核算模块246维持每个加热元件的余量(在本文中也称为结余)，并且每一个半周期(例如，在美国为120Hz)增加已输送至每个加热元件的功率量。可通过提供关于最近功率使用的信息的时间窗口(例如，先进先出队列)来跟踪核算余量。在更新结余之后，功率控制逻辑240确定接下来待启用的一个或多个加热元件，这可包括选择具有最低功率余量的加热元件。核算模块246另外监测待由加热元件输送的功率要求，并且以加热算法所需的比例在所选择的加热元件之间划分功率，同时确保功率消耗保持低于不期望地高的水平。另选地，功率控制逻辑240可被配置为实现附加的加热元件选择算法，该算法可包括例如随机选择待启用的下一个加热元件，或在加热元件之间按固定顺序直接跳换序列。然而，这些加热元件选择算法不提供本文关于本公开的功率控制逻辑所讨论的相同优点。

在各种实施方案中，功率控制逻辑240可操作以基于从AC输入204接收的测量电压来自动调整加热元件选择。例如，如果输入电压下降(例如，从壁式插座接收的功率)，则功率控制逻辑240仍将尝试达到相同的功率目标。在一个实施方案中，如果电压降低，则系统将需要更多电流，因此系统从功率源汲取更多电流，然后确定其为获得该电流而需要点火(fire)的相位角。功率控制逻辑240可确定它需要输送的焦耳数或伏特-安培数，并且将其与实际输送的数量进行比较。如果系统需要更多电流来实现其功率目标，则在下一个半周期中将耗用更多电流。

在各种实施方案中，功率控制系统200的各方面，包括功率控制逻辑240的各方面，可在分立的数字电子器件、模拟电子器件部件和/或软件中实现。处理器202可执行存储在存储器中的程序指令以实现本文所述的一种或多种逻辑处理算法。在各种实施方案中，功率控制系统200包括使得输入电压被整流的电路，该电路包括晶体管。功率控制系统200还可使用先前的使用信息来使用预测模块242预测加热每个加热元件所需的功率。功率控制系统200可对电气系统建模，使得物理模拟被用作加热元件性能的预测因子。

在各种实施方案中，功率控制系统200通过选择何时以及持续多长时间接通向加热元件供电的开关来调节输送至每个加热元件的功率量。例如，对于控制AC信号204，所选择的时间可以是每半波中触发开关(例如，TRIAC)的点(或者如果加热元件断开，则没有点)。对于其他实施方式(例如，MOSFET)，可基于电路部件的其他约束条件和要求来选择接通时间和断开时间。

在包括AC电源和多个TRIAC的例示的实施方案中，可采用“前向相位”开关，其中每个TRIAC在半波中的特定点(在两个过零点之间)处被“接通”并且继续“接通”直至下一个过零点。在该实施方案中，过零点是电力电缆的线路线和中性线处于相同电压的点。

在使用多个TRIAC作为开关元件的AC控制的情况下，针对每个半波选择接通相位，或者如果加热器不在给定周期被启用，则不选择相位。当触发TRIAC时，由于至少产品电源软线上的电压损耗，因此所测量的电压信号中存在非微不足道的不连续性。来自外部功率资源(例如，在建筑物的布线上)的电压降也可以是显著的(例如，在一些位置，建筑物布线可以是500mΩ至1Ω)。在同一时刻，随着加热器从无电流变为全工作电流，电流信号存在不连续性。不接近其稳态操作温度的QTH加热器将具有对应低的电阻，并且因此对于给定的功率电平，电流尖峰将具有相称高的量级。因此，功率信号也将出现尖峰。

图4A是示出接通相位为约126°的示例性单个半波的曲线图。图4B为示出改变相位角以处理动态负载阻抗条件的曲线图。如所示出的，点曲线表示电压信号，短划曲线表示电流信号，实曲线表示功率，并且阴影区域表示能量。

如前所述，QTH加热器具有随灯丝温度变化的电阻。当每个功率脉冲被输送至QTH加热器中时，灯丝的温度增加并且其电阻增加(直至灯丝已被驱动至期望的功率余量的点)。灯丝温度增加，直至在QTH加热器因其灯丝电阻而消耗的功率与经由辐射(以红外光和可见光的形式)和周围流体介质(即，空气)的加热而损失的功率之和之间达到平衡。对于标称DC或RMS AC操作电压，该平衡点为稳态条件。标称电压是产品的预期操作电压和频率，并且稳态的标称功率是产品的QTH加热器的限定功率，其可基于对于产品类别的监管要求来选择。

“软启动”、热启动和冷启动条件

“软启动”系统的概念可被认为是具有高初始电流要求的负载的基本解决方案。经常，这些系统作为低占空比(或用于TRIAC控制的高相位角)至高占空比(低相位角)的开环控制的固定持续时间扫描来操作，以降低初始功率要求。虽然这可用于例如真空清洁器中的加速马达，但是将多个QTH加热器保持在受调节功率电平(特别是当那些目标功率电平在连续变化时，如它们在烹调应用中那样)的要求超出了常规“软启动”控制的范围。

在本文所公开的各种实施方案中，功率控制系统提供加热器电平相位控制以有效地处理“冷启动”情况以及“热启动”情况两者，在“冷启动”情况中，QTH加热器或其他负载从高电流要求的初始条件开始并且转变为较低电流要求的“热”条件，在“热启动”情况中，初始条件比“冷启动”情况对电流要求较低。其使用通用闭环控制方法来实现该目的，该方法测量在先前周期中输送的功率并且决定在下一个周期中施加至负载的功率量(如果有的话)。典型的“软启动”系统不能处理这些情况，因为它不使用测量反馈来控制输送至负载的功率。

另外，烹调应用可使用多个外反馈回路来控制输送至食物的功率，诸如来自插入食物中的温度探头、来自空气温度传感器、来自图像传感器等的反馈。因此，此类系统的请求功率电平可经常改变以实现烹饪目标。具有加热器电平相位控制的功率控制系统非常适合于变化的输入功率电平请求。

在各种实施方案中，为了能够向负载(例如，厨房器具)输送期望的功率电平，期望选择加热器的规格使得其可在产品的最坏情况实际条件下输送该功率。这些条件由产品中所有加热器的最低RMS电压、最高建筑物布线电阻和最高冷却速率组成。为了满足这些条件，实际的产品实施方式可使用加热器，如果直接插入家用电源插座中，则为了向负载提供1800W的期望功率电平，该加热器将消耗例如超过2200W。

由于具有加热器电平相位控制的功率控制系统能够连续监测输送至QTH加热器负载的供给电压和电流，因此该系统可根据可用电压连续改变有效的消耗电流。另外，此类系统可在同一产品中自动检测并适应120V60Hz国家和230V 50Hz国家的公用电压。

对于使用MOSFET或SCR开关设计的实施方式，波形将是不同的，但控制原理可如本文所公开的那样来实现。此外，加热器电平相位控制原理对AC实施方式和DC实施方式两者都有效。

参见图3，现在将描述根据各种实施方案的功率控制逻辑300的操作。在各种实施方案中，功率控制逻辑可操作以在将来的某个时间(例如，在1秒内)实现功率余量在一组加热元件之间的分配。功率控制逻辑确定如何在对应时间段过程内，最佳地为加热元件供电以实现在将来时间的功率余量的目标分布，同时不违反电子约束条件(例如，通过断路器的电流消耗的约束条件、功率消耗约束条件等)。

在所示实施方案中，功率控制逻辑300包括预测模块310、核算模块320和测量模块330。模块310、320和330可被实现为模拟电路、数字电路、专用硬件以及提供用于由处理器执行的指令的固件/软件中的一者或多者的组合。此外，应当理解，参考图3描述的逻辑部件仅示出了本公开的原理的一个实施方案，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可在实践中实现许多修改和替代布置。

预测模块310可操作以连续跟踪建模的加热元件温度以估计待作为时间的函数施加至由功率控制电路340控制的多个加热元件322a-n中的每个加热元件的功率，以便最佳地启用加热元件以实现加热器功率余量的期望分布，同时不违反电子约束条件(例如，对通过断路器的电流消耗的约束条件、功率消耗约束条件等)。在一个实施方案中，预测模块310对每个加热元件和其外部环境建模(步骤312)，基于历史功率使用来估计加热元件温度(步骤314)，并且基于所估计的温度来预测待施加至一个或多个加热元件的功率(步骤316)。

每个加热元件(或其他功率消耗部件)可具有可由预测模块310建模以预测功率消耗的一种或多种已知的功率消耗特性。消耗特性可对系统和电功率的应用构成操作限制。在各种实施方案中，电功率特性可包括但不限于电功率消耗部件的瞬时功率消耗、瞬时电流消耗、稳态功率消耗和稳态电流消耗。

电功率消耗部件的其他特性可包括但不限于时间依赖性消耗特性、基于外部影响(诸如温度或磁场)的消耗特性、基于电压和电流的瞬时供给函数的特性、基于电流和电压的稳态供给函数的特性、基于电流和电压的瞬时先前供给函数的组合的特性、基于可变能量转换的特性、以及老化依赖性消耗特性。

在各种实施方案中，每个加热元件的灯丝温度被建模为稳态欧姆(对于最大功率下的稳态)与瞬时欧姆(例如，Ω[稳态]/Ω[瞬时])的比率，该比率在本文中可被称为“稳态电导比”。稳态电导比提供用于启用每个加热元件的预期功率消耗的瞬时近似。当启用加热元件时，加热器的建模电导比朝1减小。同时，未启用的其他加热器的稳态电导比将升向每个加热器的“冷”最大值。给定加热器的稳态电导比变化的速率可使用建模中考虑的多个因素来确定，这些因素诸如QTH加热器的物理行为、烹饪室热力学以及可在测试环境中确定的其他因素。与建模的加热器相关联的参数被调谐至操作环境，包括所用加热元件的类型和烘箱的特性。

在一个实施方案中，预测模块310可操作以估计每个加热元件在其在下一个半周期中被启用的情况下将消耗多少功率。该估计值是建模的灯丝温度和其他建模的物理性质的函数，该函数用于确定用于触发对应的开关(例如，TRIAC)的相位角

例如0…π，其中触发点之后直至下一个过零点(电源AC波形电压越过零伏的点)的半周期区段是开关向其相应的加热元件施加功率的时间。除了对每个加热元件的灯丝温度建模之外，预测模块310还可使用基于烘箱的几何形状和物理性质的其他因素来更准确地对预计的加热、冷却速率进行建模，以及基于不透明托盘是否被加载至烹饪室中来预期发射的能量反射回到加热器中。

核算模块320可操作以估计待施加至每个加热元件的电流和功率以及启用顺序。在一个实施方案中，对于输入AC的每个半周期(例如，对于50Hz国家为100Hz，或者对于60Hz国家为120Hz)，可启用零个或一个或多个加热元件。对于每个半周期，测量实际消耗的功率并且将其归属(添加)至在该半周期期间触发的每个相应加热元件的功率核算结余(如果有的话)(步骤322)。然后基于待实现的核算结余和烹饪算法(来自烹饪引擎350)来确定待启用的下一个(些)加热元件(步骤324)。在一个实施方案中，在下一个半周期开始时，具有最低核算功率值的加热元件被选择为待启用的加热元件。

用于该启用的相位角可由预测模块310确定，使得具有低建模灯丝温度(高电导)的加热元件以较短(较低功率)脉冲周期被启用，并且具有高建模灯丝温度(低电导)的加热器以较高(较高功率)脉冲周期被启用。另外，在选择过程中可包括次要因素，这些因素考虑每个加热元件所经受的热应力的量，不变的加权，诸如与底部加热器不同地处理顶部加热器或基于单独的烹饪区来选择加热元件，考虑该启用的预期连续接通时间、产品的瞬时或平均功率因数或由每个潜在启用产生的产品的预期电磁辐射。

测量模块330可操作以从功率控制电路340接收输入电压(步骤332)和电流测量值(步骤334)。测量模块330可接收AC输入的供给电压的测量电压，以及流经加热器共用的电路分支的电流的电流测量值。测量数据由预测模块310用来基于功率使用以估计每个加热元件的温度。测量数据还由核算模块320用来跟踪每个加热元件的功率使用。在一个实施方案中，所测量的输入电压由烹饪引擎350和核算模块320用来确定可供加热元件使用的功率。

重新参考预测模块310，在任何给定时刻，预测模块310可预测哪个加热元件和哪个相位角将产生可用功率的最佳利用，而不超过烘箱的功率消耗极限或偏离每个加热元件的目标功率电平太远。在一个实施方案中，通过对给出如例如图4C中所示等于1的曲线下面积的相位角(直至π)求解来进行该确定。为了简化说明，图4C示出了针对半正弦曲线的这种类型的解，然而可实现其他曲线，包括理想数学曲线或通过测量实际电压波形而生成的曲线。如所示出的，示出了各种量级的半正弦的相等面积区段，其中每个重叠阴影区域具有相同的面积(等于一)。该相位角可用于计算每个加热元件在给定其瞬时建模电导时消耗的预期功率，该电导是灯丝温度和其他因素的函数。在其他实施方案中，可使用更复杂的函数来对进入加热元件的功率进行建模。

测量和加热器电平相位控制

如本文所述，可变相位控制系统和方法的实施方案确定每个加热元件的“接通”时间和/或“断开”时间，以精确地控制输送至每个加热元件的功率并且实现对流入设备的电流和/或电压的准确测量。在各种实施方案中，绝对和/或相对测量误差可由一个或多个不同原因引起。例如，在各种实施方案中，加热元件由能够快速通电和断电的TRIAC供电。这种快速切换还在电路中生成失真/振铃，如果在失真/振铃的振幅相对较大时进行测量，则这可导致重大测量误差。在一些实施方案中，相对较大失真/振铃振幅的最坏情况持续时间可由诸如示波器的设备来确定。该持续时间可用作相位控制系统中的参数以抵消加热器被启用的相位角，由此此类偏移远离大失真/振铃振幅将导致重大测量误差的相位角范围。在一些实施方案中，当输入电压接近零时，对应的电流消耗也将接近零，这可导致由于数字化期间的定量和/或电子部件的变化引起的测量中的高相对误差。在各种实施方案中，当来自功率源的加热算法的请求功率低时，加热器将被自然启用以实现此类功率的相位角可产生以低电压和低电流为主的测量值。在此类低电压和低电流下，用于电压和电流测量的信噪比将倾向于相对较低，从而导致测量误差。

在各种实施方案中，可变相位控制过程可以减小绝对和/或相对测量误差的方式为负载供电。在一个或多个实施方案中，控制加热元件，使得在所选的时间进行测量，以减小此类误差。在一些实施方案中，在固定时间执行测量，并且改变为加热元件供电的定时。在那些实施方案中，加热元件可比执行中的加热算法原本指示加热元件应被供电更早地被供电，以确保在测量误差减小时(例如，当振铃不再对测量具有破坏性时，或者当在较高输入电压下测量将是有利的时)进行流入电压和/或电流的测量。

核算模块320在下一个半波中补偿加热元件的提前启用。因此，如果提前接通加热元件以允许“干净”测量(即，在绝对和/或相对测量误差减小的情况下)，则可驱动加热元件在下一个半周期中断电以进行补偿。例如，如果相位控制系统以160度启用加热器，则测量可具有低信噪比并因此具有更大的测量误差(例如，由于电压偏移所致的测量误差)。一种解决方案是相位控制系统提前启用加热器以获得干净的测量值，然后在下一个半波处进行补偿。但是相对于在给定的半波中加热算法所要求的加热器功率电平，提前启用可能导致在此类半波中向加热器提供过功率。以这种方式，系统可在一个半波中向加热元件提供过功率，然后通过选择在下一个半波中向加热器提供低功率来补偿该过功率以维持期望的功率输出。

在一些实施方案中，在功率的快速接通和断开切换在电路中生成失真/振铃(这可导致重大的测量误差)的情况下，失真的持续时间可能太长而不能如上所述通过对加热元件的提前供电来避免。当电波形的某些部分经受失真或噪声时，相位控制系统可从该波形的其他部分外推以计算实际施加的功率。在一些实施方案中，系统采取后期测量并且在时间上向后外推(例如，通过对电压、电流和/或功率正弦曲线积分)至加热元件接通时的时刻。例如，可在40度相位角处接通加热元件，并且可在45度处进行测量。正弦波在时间上后退的点(即，对应于40度相位角的时间)处的电压值可从那里外推。当进行电气测量时，通常报告所测量的量的RMS平均值。例如，美国家用电压的RMS值可以是120伏。计算RMS值通常涉及积分或求和运算。一些电源具有可变频率，使得难以计算RMS值。相位控制系统可包括逻辑以跟踪频率的这些变化，从而改善计算RMS值的算法的准确性。在各种实施方案中，跟踪逻辑可被实现为与预测模块310的实现部件结合的软件和/或硬件。

在各种实施方案中，出于检测故障、劣化或老化的目的，相位控制系统还可用于测量通电设备的电气特性。例如，如果相位控制系统测得非零电压，但测得零电流，则这些测量值指示存在电连续性故障。

除了报告瞬时测量值之外，系统将求和的或积分的测量值报告给其他系统部件(诸如烹饪引擎350)有时是有利的。例如，报告求和的或积分的测量值可能对于测量值的不存在更有适应性，该不存在可由于传输期间的损失数据引起。例如，向其他系统部件报告采样的总消耗能量允许仅使用起始能量值和结束能量值以及这些所报告的样本之间的时间来确定平均功率，即使在报告期间丢失中间能量值也是如此。另外，断路器和类似设备经常同时对许多时间标度内的平均电流消耗敏感。在一些实施方案中，积分电流可用于确定在各种时间标度内的平均电流使用，以通知功率控制系统断路器是否具有高的跳闸风险，该信息使得功率控制系统能够通过降低功率消耗来作出反应。

各种次优条件的设计考虑

如本文先前所述，具有加热器电平相位控制的功率控制系统可维持固有不稳定负载(在上文中被示出为QTH加热器)的期望功率电平。在各种实施方案中，系统还可以能够在次优条件下，诸如当向其供应失真的AC功率时进行该操作。

失真的AC功率是由功率控制系统以及使用该产品的最终客户无法控制的多个因素引起的。因此，在一些实施方案中，利用功率控制系统的核算和预测模块中的对应变化来进行准确且稳定的测量，以补偿非正弦电压条件。

例如，公用功率可包括超过基频(50Hz或60Hz)的频率分量。这可包括三阶谐波、五阶谐波、更高频率分量和净DC偏移的组合。另外，杂散噪声信号可存在于公用功率中，这些信号在不减轻的情况下可引起测量误差或故障。参见图4D，提供了示出可存在于一些建筑物的电路上的示例性失真电压波形的曲线图。如所示出的，实线是纯正弦波，点线表示三次谐波失真，短划线表示五次谐波失真，并且点短划线表示谐波因子的组合，诸如在重反应性负载下。

在各种实施方案中，功率控制系统可提供附加能力。例如，该系统可自动地或基于用户输入改变其参数和限制，以避免以潜在的性能成本熔断熔丝或使断路器跳闸。另外，该系统能够通过在预期时间窗口内未能检测到过零点来检测其在烹饪期间失去功率，并且使用剩余的存储能量，可自动地下调其限值以避免在能量储备耗尽之前发生重复事件。

根据上述内容，本领域技术人员将会理解当前系统的优点。该系统解决了控制加热元件(诸如石英-钨-卤素加热器)的挑战。期望从壁式插座中获得最大功率并且将加热元件控制为接近其功率限值以补偿固有限值和缺陷。当具有QTH加热器和常规功率控制电路的烘箱正在试图提取最大功率时，操作该烘箱可能产生不期望的结果，诸如使熔丝熔断，使断路器跳闸，家用灯或环境中的其他共享电子器件的闪烁或变暗。在各种实施方案中，期望生产使提供给耗电器设备的当前预算(例如，由常规电路提供的15安培预算)最大化的快速高性能烘箱。因为一个目标是快速、高性能的烘箱，并且期望使用烘箱可用的15安培预算的完全配额，所以常规的功率控制方案将导致大量电流流出插座，这可导致灯随着家用电压降低而变暗。本文所述的控制方案防止了这些大量电流的发生。

本公开还解决了外部环境的其他问题，诸如来自功率源(例如，家庭住宅)的差布线，以及电力线与断路器箱和插座的距离，这将影响从插座接收的输入电压。较短的电缆可导致较高的浪涌电流和使断路器跳闸的较大可能性。较长的电缆可导致较低的电压和性能。本文所公开的功率控制系统跟踪可用输入电压以调节电流尖峰并将可用电流分配给加热元件，这减轻了与可变电压相关联的这些问题。测量部件和模块还可测量可限制设备的操作的外部环境因素。

参见图5，现在将描述使用本公开的功率控制系统和方法的烹饪装置的示例性实施方式。烹饪装置500包括烹饪和反馈部件510、处理器520、存储器530和外部接口570。其他硬件和软件部件可包括在各种实施方案中。

烹饪和反馈部件510包括加热元件512、功率控制电路514和反馈部件516。加热元件512包括可控加热元件，诸如如本文所述的QTH加热元件。在一个实施方案中，加热元件512是波长可控的并且可包括石英管，每个石英管包封一个或多个加热灯丝。功率控制电路514包括用于测量电压和电流、驱动加热元件并执行如本文所述的其他功能的电路部件，并且可包括用于驱动加热元件512的多个TRIAC。

在各种实施方案中，反馈部件516包括在烹饪过程期间提供实时反馈的一个或多个相机、探头和传感器。在一个实施方案中，烹饪引擎550可从温度探头或其他传感器接收一个或多个连续的温度读数馈送。响应于来自连续馈送的温度读数的变化，烹饪引擎可执行由烹饪引擎550动态控制的热量调整算法。然后，功率控制电路514将启用加热元件512以实现新的加热目标。在各种实施方案中，核算模块566基于加热器使用544(例如，如本文所述的核算结余)和更新的热调整算法来确定待启用的下一个(些)加热元件。

处理器520控制烹饪装置500的操作，包括执行各种功能部件，诸如存储器530中表示的部件。例如，存储器530可存储由处理器520执行的程序指令，该处理器可包括操作系统532、接口逻辑534、烹饪引擎550和功率控制逻辑560。烹饪引擎550通过烹饪逻辑和加热算法来控制烹饪和反馈部件510(包括加热元件512)以实现配方(诸如存储在配方库552中的配方)。在各种实施方案中，数据存储装置540存储配置、配方、烹饪逻辑、食物特性和系统信息。数据存储装置540还存储供预测模块562使用的加热器模型542以及供核算模块566使用的加热器使用数据544。

功率控制逻辑560包括预测模块562、测量模块564和核算模块566，这些模块包括用于使处理器520执行本文所述的预测、测量和核算功能中的一者或多者的实施方案的指令。该系统可包括各种控制能力，包括但不限于产生时间依赖性消耗函数，使消耗或能量转换的变化率最大化，优化电流消耗，优化功率消耗，预期硬件或软件驱动的电功率消耗需求的变化，补偿外部供给特性(包括时间依赖性变化)，与外部电气消耗器协调或影响外部电气消耗器，用户控制，提供遥测，提供由控制系统使用的数据，测量、优化和预期电气部件寿命，以及提供关于能量转换特性的信息。在各种实施方案中，操作挑战可包括系统安全性、电路错过的断路器相互作用、戴维宁(Thevenin)等效电阻、源特性和快速控制变化。

外部接口570包括用于将烹饪装置连接至外部电源的功率源572、用于与一个或多个其他设备通信的通信接口574，以及用户接口部件576。功率源572提供操作烹饪装置500的物理部件所需的功率。例如，功率源572可将交流(AC)功率转换为用于物理部件的直流(DC)功率。在一些实施方案中，功率源572可使第一动力总成运行至加热元件512，并且使第二动力总成运行至其他部件。应当了解，烹饪装置500的各种部件从功率源汲取可用功率，这可能影响加热元件512可用的功率。在一个实施方案中，当确定可供加热元件512使用的功率时，功率控制逻辑560进一步估计由烹饪装置500的各个部件所使用的功率。

与烹饪装置500相关联的部件(例如，物理的或功能的)可被实现为设备、模块、电路、固件、软件或其他功能指令。例如，功能部件可以以专用电路的形式，以一个或多个适当编程的处理器、单板芯片、现场可编程门阵列、具有网络能力的计算设备、虚拟机、云计算环境或它们的任何组合的形式跨一个或多个部件实现。例如，所描述的功能部件可以被实现为能够由处理器或其他集成电路芯片执行的有形存储存储器上的指令。该有形存储存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。在一些实施方案中，从易失性存储器不是非暂态信号的意义上讲，易失性存储器可以被认为是“非暂态的”。附图中描述的存储器空间和存储装置还可以用有形存储存储器来实现，包括易失性存储器或非易失性存储器。

每个部件可以单独并且独立于其他部件进行操作。某些或全部部件可以在同一主机设备上或在独立设备上执行。这些独立设备可以通过一个或多个通信信道(例如，无线或有线信道)耦接以协调其操作。某些或所有部件可以被组合为一个部件。单个部件可以被分成子部件，每个子部件执行独立的方法步骤或单个部件的方法步骤。

在一些实施方案中，至少一些部件共享对存储器空间的访问。例如，一个部件可以访问由另一个部件访问或转换的数据。如果这些部件直接或间接共享物理连接或虚拟连接，从而允许由一个部件访问或修改的数据在另一个部件中被访问，则可以认为这些部件是“耦接”的。在一些实施方案中，至少一些部件可以(例如，通过重新配置实现功能部件的一部分的可执行指令)被远程升级或修改。本文描述的系统、引擎或设备可以包括用于各种应用的附加的、更少的或不同的部件。

现在参见图6，现在将描述本发明的另一个实施方案。在本文先前参考图1所述的实施方案中，烘箱包括六个加热元件，其中三个元件布置在顶部上并且三个元件布置在底部上。本领域技术人员应当了解，可使用其他加热布置，包括不同数量的加热元件、将加热元件设置在烘箱中的不同位置处、以及实现不同类型的加热元件。图6为烹饪装置的顶视图，该烹饪装置包括位于烘箱内部烹饪室的顶部上的四个加热元件，该内部烹饪室实际上可被分成目标烹饪区。以这种方式，每个加热元件602A至602D的操作可根据烹饪算法独立于在不同区中烹饪食物来操作。

在一些实施方案中，烹饪装置可在不同的烹饪区中同时烹饪多个盘碟，其中每个盘碟具有一个或多个相关联的温度探头。烹饪装置可通过监测每个区中所感测的热量或通过其他反馈部件来验证每个盘碟的恰当烹饪区。在一个实施方案中，多区烹饪装置掠过每个区中的加热元件并且监测温度感测元件，以自动确定与每种配方相关联的区。将烹饪算法(包括与有源烹饪区相关联的加热元件)提供给功率控制逻辑，以进一步选择加热元件以满足用于特定区的加热目标。

前述公开和实施方案不旨在将本公开限制于所公开的精确形式或特定的应用领域。因此，根据本公开预期对本公开内容的各种替代实施方案和/或修改形式(无论是明确描述的或隐含的)是可能的。本公开的一些实施方案除了上述内容之外或取代上述内容具有其他方面、元件、特征和步骤。在说明书的其余部分中描述了这些可能的添加和替换。在本说明书中对“各种实施方案”或“一些实施方案”的引用意指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。另选的实施方案(例如，被称为“其他实施方案”)并不相互排斥其他实施方案。此外，描述了可以由一些实施方案而不是其他实施方案展现的各种特征。类似地，描述了可能是一些实施方案所要求的、但不是其他实施方案所要求的各种要求。

虽然本公开的一些实施方案包括以给定顺序呈现的过程或方法，但是另选的实施方案可以以不同顺序执行具有步骤的例程，或采用具有框的系统，并且可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改某些过程或框以提供替代形式或子组合。这些过程或框中的每一个可以以各种不同的方式实现。此外，虽然有时将处理或框示出为串行执行，但是这些处理或框可以另选地并行执行，或者可以在不同的时间执行。当过程或步骤“基于”值或计算时，应该将过程或步骤解释为至少基于该值或该计算。

在各种实施方案中，一种方法包括调节从功率源接收的电功率，接收用于多个电功率消耗部件(例如，加热元件，该加热元件可包括石英-钨-卤素加热器)的至少一个性能目标，以及将该电功率选择性地输送至该多个电功率消耗部件以实现该性能目标。该性能目标可包括根据加热算法加热内部烘箱室。

在各种实施方案中，一种系统包括烹饪装置，该烹饪装置包括多个加热元件(例如，石英-钨-卤素加热器)，该多个加热元件可操作以加热该烹饪装置的内部室以烹饪可食用物质；烹饪引擎，该烹饪引擎可操作以实现加热算法来控制该加热元件；以及功率控制系统，该功率控制系统可操作以从外部资源接收电功率并且分配所接收的电功率来实现该加热算法。在一些实施方案中，该功率控制系统包括功率控制逻辑，该功率控制逻辑包括预测模块，该预测模块可操作以预测待施加至该加热元件中的一个或多个加热元件的电功率；测量模块，该测量模块可操作以测量从该外部资源接收的电压并且测量提供给该加热元件中的一个或多个加热元件的电流；以及核算模块，该核算模块可操作以跟踪该多个加热元件中的每个加热元件的功率使用并且选择该多个加热元件中的一个加热元件以用于启用。在一些实施方案中，该功率控制系统进一步可操作以根据系统或外部功率约束条件来调节所接收的电功率。在一些实施方案中，该功率控制系统进一步包括功率控制电路，该功率控制电路包括多个TRIAC，其中每个TRIAC可操作以启用该多个加热元件中的对应的一个加热元件。

在各种实施方案中，烹饪装置包括壳体、形成在壳体内的内部烹饪室、提供进入该内部烹饪室的通道的门、可操作以加热该内部烹饪室的多个加热元件(例如，石英-钨-卤素加热器)；以及功率控制逻辑和电路，该功率控制逻辑和电路设置在该壳体内并且可操作以在该烹饪装置的操作期间选择性地控制该多个加热元件；其中该功率控制逻辑和电路根据加热算法来调节至该多个加热元件的功率输送。在一些实施方案中，该烹饪装置进一步包括功率源接口，该功率源接口可操作以从外部功率资源接收电功率。在一些实施方案中，该功率控制逻辑和电路进一步根据该烹饪装置和/或外部功率资源的功率约束条件来调节至该多个加热元件的功率输送。

在各种实施方案中，功率控制系统包括以下中的一者或多者：功率输入端，该功率输入端可操作以从外部资源接收电功率；多个加热元件；和处理器，该处理器可操作以根据功率控制逻辑将所接收的电功率选择性地施加至该加热元件中的一个或多个加热元件。该功率控制逻辑可包括预测模块，该预测模块可操作以预测待施加至该多个加热元件中的一个或多个加热元件的电功率；测量模块，该测量模块可操作以测量从该外部资源接收的电压并且测量提供给该加热元件中的一个或多个加热元件的电流；以及核算模块，该核算模块可操作以跟踪该多个加热元件中的每个加热元件的功率使用并且选择该多个加热元件中的一个加热元件以用于启用。

该功率控制系统可进一步包括：电压感测网络，该电压感测网络用于感测所接收的电功率；高功率电流感测电阻器，该高功率电流感测电阻器可操作以感测通过将功率供应至该多个加热元件的电路路径的电流；和/或多个TRIAC。每个TRIAC可电耦合至该多个加热元件中的对应加热元件，并且该处理器可以进一步可操作以生成TRIAC驱动控制信号以选择性地启用该多个TRIAC中的一个TRIAC以驱动对应的加热元件。该核算模块可以进一步可操作以维持每个加热元件的功率使用的结余，每半个周期更新该结余，并且使用该结余来确定该多个加热元件中待启用的下一个或多个加热元件。该预测模块可以进一步可操作以对每个加热元件的温度进行建模并且使用该模型和功率使用来估计每个加热元件的温度。

本公开的一些实施方案除了上述内容之外或取代上述内容具有其他方面、元件、特征和步骤。在说明书的其余部分中描述了这些可能的添加和替换。由此已经描述了本公开的实施方案，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可在形式和细节上进行改变。

Claims (19)

1.一种功率控制系统，所述功率控制系统包括：

处理器，所述处理器能够操作以执行功率控制逻辑，所述功率控制逻辑被配置为将从外部资源接收的电功率选择性地施加至多个加热元件以实现加热算法，所述功率控制逻辑被进一步配置为：

测量供应至所述多个加热元件的所述电功率；

根据所述加热算法预测启用所述多个加热元件中的一个或多个加热元件所需的所述电功率的量；

跟踪所述多个加热元件中的每个加热元件的功率使用；并且

基于所跟踪的功率使用和所述加热算法来确定待启用的下一个加热元件。

2.根据权利要求1所述的功率控制系统，所述功率控制系统进一步包括电压感测网络，所述电压感测网络能够操作以感测从所述外部资源接收的所述电功率；并且

其中由从所述外部资源接收的所感测到的电功率来测量供应至所述多个加热元件的所述电功率。

3.根据权利要求1所述的功率控制系统，所述功率控制系统进一步包括高功率电流感测电阻器，所述高功率电流感测电阻器能够操作以感测通过将功率供应至所述多个加热元件的电路路径的电流；并且

其中从所感测的电流来测量供应至所述多个加热元件的所述电功率。

4.根据权利要求1所述的功率控制系统，所述功率控制系统进一步包括烹饪引擎，所述烹饪引擎能够操作以实现所述加热算法来控制所述加热元件。

5.根据权利要求1所述的功率控制系统，其中所述功率控制逻辑被进一步配置为基于所测量的电功率来跟踪所述多个加热元件中的每个加热元件的温度；并且

其中所预测的启用所述多个加热元件中的一个或多个加热元件所需的所述电功率的量基于当前跟踪温度与由所述加热算法建立的期望温度之间的差值。

6.根据权利要求1所述的功率控制系统，所述功率控制系统进一步包括多个TRIAC，每个TRIAC电耦合至所述多个加热元件中的对应的一个加热元件；并且其中所述处理器进一步能够操作以生成TRIAC驱动控制信号以选择性地启用所述多个TRIAC中的一个TRIAC以驱动对应的加热元件。

7.根据权利要求1所述的功率控制系统，其中所述功率控制逻辑被进一步配置为：

维持所述多个加热元件中的每个加热元件的功率使用的结余，其中每半个周期更新所述结余；并且

基于所述结余来确定所述多个加热元件中待启用的下一个加热元件。

8.根据权利要求1所述的功率控制系统，其中所述功率控制逻辑被进一步配置为：

根据所述加热算法对所述加热元件选择性地供电以实现加热目标；

确定测量供应至所述多个加热元件的所述电功率的时间；

在所确定的时间将功率供应至所选择的加热元件，其中所确定的时间不同于根据所述加热算法所选择的加热元件的启用时间；并且

根据所述加热目标调整在后续周期中供应至所选择的加热元件的功率量。

9.根据权利要求8所述的功率控制系统，其中测量误差在所述加热元件的加热周期期间变化，并且确定测量所述电功率的所述时间以减小测量误差。

10.根据权利要求9所述的功率控制系统，其中所述功率控制逻辑在所述加热周期提前启用所选择的加热元件以获得测量值，并且通过降低在下一个半周期中施加的功率来进行补偿以维持期望的功率输出。

11.根据权利要求9所述的功率控制系统，其中所述加热算法的执行生成测量值的失真，并且其中所述功率控制逻辑被进一步配置为在周期的后期进行测量并且在时间上向后外推至所述加热元件接通时的时刻。

12.根据权利要求1所述的功率控制系统，其中所述功率控制逻辑被进一步配置为：

基于所测量的功率来预测故障事件的概率；并且

响应于所预测的故障事件来降低功率消耗。

13.一种用于控制功率的方法，所述方法包括：

调节从功率源接收的电功率；

根据加热算法，接收用于多个电功率消耗部件的至少一个性能目标；

将所述电功率选择性地输送至所述多个电功率消耗部件以实现所述性能目标；

测量供应至所述多个电功率消耗部件的所述电功率；

根据所述加热算法，预测启用所述多个电功率消耗部件中的一个或多个电功率消耗部件所需的所述电功率的量；

跟踪所述多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的功率使用；以及

基于所跟踪的功率使用和所述性能目标来确定所述多个电功率消耗部件中待启用的下一个电功率消耗部件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述电功率消耗部件包括多个加热元件，并且所述性能目标包括根据加热算法加热内部烘箱室。

15.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括基于所测量的电功率来跟踪所述多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的温度；并且

其中所预测的启用所述多个电功率消耗部件中的一个或多个电功率消耗部件所需的所述电功率的量基于当前跟踪温度与根据所述性能目标的期望温度之间的差值。

16.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括：

维持所述多个电功率消耗部件中的每个电功率消耗部件的功率使用的结余，其中每半个周期更新所述结余；以及

基于所述结余来确定所述多个电功率消耗部件中待启用的下一个电功率消耗部件。

17.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括：

根据所述性能目标选择性地对所述电功率消耗部件供电；

确定测量供应至所述多个电功率消耗部件的所述电功率的时间；

在所确定的时间将功率供应至所选择的电功率消耗部件，其中所确定的时间不同于根据所述性能目标所选择的电功率消耗部件的启用时间；以及

根据所述性能目标调整在后续周期中供应至所选择的电功率消耗部件的功率的量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中测量误差在所述电功率消耗部件的启用周期期间变化，并且确定测量所述电功率的所述时间以减小测量误差。

19.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包括：

基于所测量的功率来预测故障事件的概率；以及

响应于故障事件的所预测概率来降低功率消耗。

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