CN114424674B - 用于确定提供给感应加热元件的电流的特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定提供给感应烹饪器具(1)的感应加热元件(2)的电流的特性的方法，该感应烹饪器具(1)包括加热功率能量单元(3)，该加热功率能量单元包括加热功率发生器(4)，该加热功率发生器具有适于向所述感应加热元件(2)提供脉冲电功率的至少一个开关元件(5)，该感应烹饪器具(1)进一步包括振荡电路(6)，该振荡电路包括至少一个谐振电容器(6.1，6.2)，所述感应加热元件(2)电耦合到所述加热功率发生器(4)和所述振荡电路(6)，该感应烹饪器具(1)进一步包括控制实体(8)，其中，测量电路(9)的输入端与该加热功率能量单元(3)的节点耦合。

Description

用于确定提供给感应加热元件的电流的特性的方法

本发明总体上涉及感应烹饪器具领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定提供给感应加热元件的电流的特性的方法。

背景技术

包括感应加热元件、特别是感应线圈的感应烹饪器具在现有技术中是已知的。

为了控制感应烹饪器具，提供给至少一个感应加热元件的电流的特性必须是已知的。在现有技术配置中，感应烹饪器具包括多个电路部分，这些电路部分提供关于相位延迟、峰值电流等的信息作为输出。此外，另外的电路部分提供过流保护、噪声滤波和/或锅检测。

不利地，提供上述特性中的至少一些特性的电路的复杂性较高，导致电路占地面积大且成本高。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种感应烹饪器具，该感应烹饪器具被配置成提供用于控制具感应烹饪器具的信息并且具有降低的电路复杂性。该目的是通过独立权利要求的特征来解决的。从属权利要求中给出了优选实施例。如果没有另外明确指出，则本发明的实施例可以彼此自由组合。

在本领域中众所周知的是，这种家用烹饪灶具或烹饪器具通常被提供来进行分别包括加热和/或冷却步骤的至少一种烹饪过程。这种烹饪过程优选地至少包括加热步骤，例如，分别对食物或烹饪液体进行油炸、煮沸、慢炖或汆烫。特别地，已知为了支撑食物或炊具而提供了例如呈烹饪表面的形式的烹饪支撑件。这种烹饪表面通常为炊具提供支撑，例如以板元件、特别是玻璃或玻璃陶瓷板的形式被提供。

优选地，烹饪灶具包括烹饪支撑件和下壳体，优选地由这两者组成。因此，优选的是，下壳体的开放顶侧被烹饪支撑件的至少一部分覆盖。烹饪支撑件可以特别地设置为至少一个面板，其中优选地，该面板是玻璃陶瓷面板。优选地，至少一个或多个加热功率传递元件布置在该面板下方。

下壳体可以由不同材料制成，包括塑料或金属，例如铝。

特别地，这种壳体可以包括底壁和至少一个侧壁。优选的是，所述壳体由金属(例如，铝或钢)和/或塑料制成，其中优选地，由金属制成的壳体接地。

有利地，所述下壳体可以包括特别是布置在相应加热功率能量单元外壳中的至少一个加热功率能量单元、加热功率传递元件、加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件。换句话说，下壳体和烹饪支撑件可以形成封闭单元，该封闭单元包括烹饪灶具的所有基本部分。因此，下壳体可以包括用于将烹饪灶具紧固和/或布置在工作板的顶部上或切口中的紧固装置。

因此，优选地，功率传递元件可以布置在烹饪支撑件下方。优选地，一个或多个加热功率传递元件布置在烹饪灶具的下壳体的上部部分中。功率传递元件可以由一个或多个加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件布置和支撑，优选地，功率传递元件附接和/或布置在所述载体或支撑件上。包括能量功率单元的外壳可以布置在一个或多个加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件下方。因此，优选地，支撑加热功率传递元件的加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件可以有利地布置在能量功率单元的这种外壳的顶部上和/或附接到该外壳上。

为了进行烹饪过程、特别是加热步骤，烹饪器具、特别是下壳体包括至少一个加热功率传递元件。所述加热功率传递元件被提供以用于将加热功率传递到优选地容纳在炊具中的食物或烹饪液体。

优选地，该至少一个加热功率传递元件是电加热元件、特别是感应加热元件(特别是感应线圈)和/或辐射加热元件。由加热功率传递元件提供的加热功率可以优选地以电的方式提供。优选地，加热功率可以通过热量生成磁场、更特别地通过感应场来提供。因此，本发明的烹饪灶具优选地是感应灶具。

优选地，呈感应线圈形式的加热功率传递元件包括平面导电绕组导线、特别是铜导线。优选地，感应线圈包括至少一个磁场支持元件，例如，铁氧体元件。优选地，所述至少一个磁场支持元件、特别是至少一个铁氧体元件布置在导电绕组导线的平面下方。所述至少一个磁场支持元件、特别是铁氧体元件有利于建立和/或支持感应线圈的高频交变磁场。所述磁场支持元件、特别是布置在导电绕组导线下方时可以胶合到铁氧体支撑元件(例如，卡扣配合连接器等)或被其支撑。

优选地，感应线圈包括屏蔽元件，例如，云母片。屏蔽元件优选地被适配成平面导电绕组导线的形式或者至少两个邻近布置线圈的至少两个平面导电绕组导线的形式。屏蔽元件优选地被提供在至少一个磁场支持元件、特别是至少一个铁氧体元件上方。屏蔽元件的主要功能优选地是线圈的平面导电导线绕组的支撑件。然而，另外，屏蔽元件、特别是云母片也可以屏蔽例如由加热的锅底产生的、从上方辐射的温度。

在本发明的烹饪灶具中，该至少一个加热功率传递元件优选地布置和/或安装在加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件上、特别是包括在下壳体中。特别优选的是，由金属铝片制成的载体支撑加热功率传递元件。特别地，本发明的烹饪灶具可以包括功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件以支撑一个加热功率传递元件，然而，本文还考虑了提供一个功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件以支撑多于一个加热功率传递元件。

在本发明的优选实施例中，两个加热功率传递元件布置在一个共用的加热功率传递元件载体上并被其支撑。特别地，至少两个感应线圈布置在一个共用的感应线圈载体板上并被其支撑。

加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件可以有利地被加热能量功率单元的外壳支撑或支撑在该外壳上。

特别地，本发明的烹饪灶具的至少一个、优选地全部加热功率传递元件、更特别地感应灶具的感应线圈，可以布置在烹饪支撑件、特别是呈板元件形式的烹饪表面的下方并且特别是在下壳体内，以便当炊具被放置在烹饪支撑件的加热区上时，将用于加热步骤的热量提供到所述加热区并提供到炊具底侧和食物。

本发明的烹饪灶具、特别是本发明的感应灶具的烹饪支撑件优选地包括至少一个加热区。本文所指的这种加热区优选地指烹饪支撑件、特别是烹饪表面的一部分，该部分与布置在烹饪支撑件(例如，玻璃陶瓷板)处、优选在其下方的一个加热功率传递元件(例如，辐射加热元件或感应线圈)相关联。特别地，在本发明的烹饪灶具是感应灶具的实施例中，优选的是，这种加热区指代烹饪支撑件的一部分，该部分与至少一个感应线圈相关联。因此，与加热区相关联的加热功率传递元件优选地被配置成使得相关联的加热功率传递元件的相同加热功率被传递到加热区。因此，优选地，加热区指代烹饪支撑件的一部分，相关联的至少一个加热功率传递元件的相同加热功率被传递到该部分。

另外，本发明的烹饪灶具可以特别被配置成使得在一种操作模式中，一个加热区或多于一个加热区分别形成一个烹饪区和/或组合成一个烹饪区。烹饪区可以特别地被提供为烹饪表面的至少一部分。特别地，这种烹饪区与至少一个加热区相关联。另外或替代性地，烹饪区可以与多于一个加热区相关联。特别地，烹饪区可以与偶数个、特别是两个、四个、六个、八个或十个、更特别是两个加热区相关联。替代性地，烹饪区可以与奇数个、特别是三个、五个、七个或九个、更特别是三个加热区相关联。

优选地，本发明的烹饪灶具被配置成使得烹饪区包括一个或多于一个加热区，这些加热区可以用相同或不同功率、频率或加热水平来驱动。

在本发明中，优选的是，在至少一种操作模式中，根据本发明的烹饪灶具被配置成使得烹饪区包括由相同功率、频率或加热水平驱动的至少两个、优选两个加热区。特别地，这种烹饪区包括至少两个、优选两个加热功率传递元件或与之相关联。

另外或替代性地，本发明的烹饪灶具可以被配置成使得与一个烹饪区相关联的加热区的数量可以变化和/或可以根据厨师的需要和/或放置在烹饪表面上的炊具的大小、形状或种类调整。

特别地，根据本发明的烹饪灶具、优选地电灶具(比如，感应灶具)可以包括至少一个加热功率能量单元。如本文所使用，加热功率能量单元优选地向加热功率传递元件中的至少一个、优选地多个提供能量，以使得加热功率传递元件能够传递加热功率以用于加热食物或烹饪液体。例如，感应灶具的加热功率能量单元可以向呈感应线圈形式的加热功率传递元件提供呈高频交流电形式的能量，该加热功率传递元件将以磁场形式将加热功率传递到合适的炊具。出于此目的，加热功率能量单元可以包括安装和/或布置在至少一个印刷电路板上的至少一个相关联的功率电路。优选地，加热功率能量单元被支撑并布置在外壳、优选地塑料外壳中，该外壳优选地可布置在下壳体中并与其适配。这允许容易地制造和模块化。

特别地，外壳可以包括用于支撑加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件的支撑元件。特别地，这些支撑元件可以包括弹性装置、例如弹簧或硅元件以用于弹性地支撑加热功率传递元件载体或加热功率传递元件支撑件，并且特别有利于将加热功率传递元件按压到烹饪支撑板的底表面上，该烹饪支撑板特别是玻璃陶瓷板。

特别地，加热功率能量单元以及特别是相关联的功率电路可以被配置成连接到市电电源的至少一相、优选地两相。因此，根据本发明的烹饪灶具包括至少一个、优选地两个或三个加热功率能量单元，每个加热功率能量单元连接到市电电源的一相或两相、优选地一相。

优选地，加热功率能量单元可以包括特别是呈至少一个加热功率发生器形式的至少一个相关联的功率电路，以用于生成加热功率并向加热功率传递元件供应加热功率、特别是用于将加热功率提供到至少一个加热区。因此，功率电路可以特别地以半桥配置或准谐振配置的形式来提供。

因此，将立即理解的是，加热功率能量单元可以包括一个加热功率发生器以用于向多于一个加热区提供加热功率，每个加热区与至少一个加热功率传递元件相关联。

此外，加热功率能量单元可以包括一个加热功率发生器，其包括单一或一对高频开关元件。

特别地，高频开关元件以半导体开关元件、特别是IGBT元件的形式来提供。

在加热功率能量单元可以包括具有单一高频开关元件的一个加热功率发生器的情况下，该单一开关元件优选地形成以准谐振电路或其一部分的形式提供的相关联功率电路的一部分。

在加热功率能量单元可以包括具有一对高频开关元件的一个加热发生器的情况下，所述一对开关元件优选地形成以半桥电路或其一部分的形式提供的相关联功率电路的一部分。

本领域技术人员将立即理解的是，由特别是加热功率传递元件、加热功率能量单元和/或炊具(特别是其底部)生成和/或辐射的热量也可能特别是在安全性和正常运行方面具有不利影响。特别地，加热功率能量单元、更特别是包括开关元件的功率电路可能生成大量热量，这对烹饪灶具的安全和正常运行是不利的。出于此原因，烹饪灶具包括至少一个冷却装置。特别地，所述冷却装置适于冷却电元件和/或电子元件。特别地，加热功率能量单元可以包括这种冷却装置。这种冷却装置可以包括以下中的至少一种：风扇、冷却通道、优选地由金属、特别是铝制成的冷却体、冷却空气导引装置、冷却空气偏转装置等。特别地，本发明的烹饪灶具可以包括这种冷却装置，以用于冷却至少一个加热功率发生器或其一部分、特别是至少一个单一或一对高频开关元件。更特别地，这种冷却装置可以包括冷却体，该冷却体优选地布置在冷却风扇的空气路径中，并且热连接到至少一个加热功率发生器或其一部分、特别是至少一个单一或一对高频开关元件。因此，优选的是，冷却装置包括至少一个风扇，以用于生成穿过冷却通道的空气流。优选地，冷却通道和/或冷却体水平延伸穿过烹饪灶具。例如，冷却通道和/或冷却体在烹饪灶具的水平宽度的很大部分上延伸。

根据本发明的烹饪灶具优选地进一步包括控制单元。这种控制单元优选地与加热功率能量单元可操作地连接，以控制烹饪灶具的至少一个操作参数、特别是加热功率能量单元的操作参数。此外，控制单元包括用户界面，以至少用于接收用户的命令输入。这有利地允许用户控制烹饪灶具的至少一个操作参数、特别是加热功率能量单元的操作参数。此外，控制单元、特别是用户界面(如果存在的话)可以可操作地连接到其他器具或接口，例如抽吸罩、语音控制装置、服务器、远程接口、云计算源等。

因此，根据本发明的家用烹饪灶具包括至少一个电元件和/或电子元件。特别地，所述至少一个电元件和/或电子元件包括加热功率能量单元和/或控制单元或其部分。

特别地，本发明的家用烹饪灶具的至少一个电元件和/或电子元件可以是至少一个加热能量功率单元的一部分，该至少一个加热能量功率单元优选地安装和/或布置在安装在印刷电路板(PCB)上的配电板和/或功率生成电路上。

这至少一个电元件和/或电子元件可以例如选自包括以下的组：加热功率发生器、滤波器线圈、EMC滤波器、整流器、开关元件(如IGBT)、继电器等。

根据一个方面，本发明涉及一种用于确定提供给感应烹饪器具的感应加热元件的电流的特性的方法。该感应烹饪器具包括加热功率能量单元，该加热功率能量单元包括加热功率发生器，该加热功率发生器具有适于向所述感应加热元件提供脉冲电功率的至少一个开关元件。该感应烹饪器具进一步包括振荡电路，该振荡电路包括至少一个谐振电容器。所述感应加热元件电耦合到所述加热功率发生器和所述振荡电路。该感应烹饪器具进一步包括控制实体。测量电路的输入端与加热功率能量单元的节点耦合，所述节点提供指示施加到感应加热元件的电流的电值。该方法包括以下步骤：

-通过测量电路修改该电值，所述修改至少包括向所述电值提供偏移值从而获得修改后的电值；

-将该修改后的电值提供给该控制实体，所述控制实体执行以下步骤：

·执行A/D转换从而获得修改后的电值的数字样本；

·通过对修改后的电值的带符号数字样本求平均来计算第一电流特性；

·通过对修改后的电值的数字样本的绝对值求平均来计算第二电流特性；以及

·基于所述第一电流特性和第二电流特性得出关于该感应烹饪器具的操作状态的信息。

所述方法是有利的，因为可以用较少的努力得出感应烹饪器具的操作状态信息。另外，可以通过简化的硬件电路获取另外的信息，例如，锅检测信息、相位延迟信息、峰值电流信息或紧急保护所需的信息。

根据实施例，该加热功率能量单元的节点是设置在该加热功率发生器与该感应加热元件之间的电流换能器的输出端。因此，由电流换能器提供的信息得到处理，以便得出关于操作状态的附加信息。

根据实施例，该加热功率能量单元的节点是直接设置在该至少一个谐振电容器处的节点。换句话说，测量电路不接收来自电流换能器的信息，但是将包括所述谐振电容器的振荡电路的信息用于得出关于操作状态的附加信息。

根据实施例，通过将所述第一电流特性除以所述第二电流特性来计算比率值。所述比率值指示施加到感应加热元件的有功功率与无功功率的比率。

根据实施例，通过将第二电流特性乘以因数来计算估计峰值电流，所述因数取决于所述比率值。因此，可以以算术方式得出估计峰值电流信息。

根据实施例，所述因数是借助于函数、具体地是线性函数而得出的。可以选择所述函数使得0.6的比率值与1.8的因数相关联，并且0.9的比率值与1.5的比率值相关联。值得一提的是，该函数还提供介于0.6与0.9之间的中间值。

根据实施例，基于修改后的比率值来计算估计相位延迟，所述修改后的比率值是通过借助于公式、具体地是借助于线性函数来修改所述比率值而得出的。可以选择所述公式使得0.6的比率值与0.88的因数相关联，并且0.95的比率值与0.95的比率值相关联。值得一提的是，该函数还提供介于0.6与0.95之间的中间值。

根据实施例，如果开关信号的两个边沿之间的持续时间不是用于A/D转换的采样时间的整数倍，则执行对缺失样本部分的补偿。由此可以减少由于定时器循环导致的离散化而产生的误差。

根据另一方面，本发明涉及一种感应烹饪器具。该感应烹饪器具包括加热功率能量单元，该加热功率能量单元包括加热功率发生器，该加热功率发生器具有适于向感应加热元件提供脉冲电功率的至少一个开关元件，该感应烹饪器具还包括振荡电路，该振荡电路包括至少一个谐振电容器。所述感应加热元件电耦合到所述加热功率发生器和所述振荡电路。测量电路的输入端与加热功率能量单元的节点耦合，所述节点提供指示施加到感应加热元件的电流的电值。所述测量电路被配置成修改该电值，所述修改至少包括向所述电值提供偏移值从而获得修改后的电值。所述感应烹饪器具包括控制实体，所述控制实体被配置成：

·接收所述修改后的电值；

·执行A/D转换，从而获得修改后的电值的数字样本；

·通过对修改后的电值的带符号数字样本求平均来计算第一电流特性；

·通过对修改后的电值的数字样本的绝对值求平均来计算第二电流特性；以及

·基于所述第一电流特性和第二电流特性得出关于该感应烹饪器具的操作状态的信息。

所述感应烹饪器具是有利的，因为可以用较少的努力得出感应烹饪器具的操作状态信息。另外，可以通过简化的硬件电路获取另外的信息，例如，锅检测信息、相位延迟信息、峰值电流信息或紧急保护所需的信息。

根据感应烹饪器具的实施例，所述测量电路包括提供分压器的一对电阻器以及与该分压器中的电阻器之一并联布置的电容器。由此向测量电路的输出信号提供偏移，使得只能处理正电压值的微控制器可以直接处理测量电路的输出信号。

根据感应烹饪器具的实施例，测量电路包括保护电路***，用于保护所述控制实体的输入端口。由此可以避免例如由过电压引起的控制实体的损坏。

根据感应烹饪器具的实施例，测量电路的输入端与电流换能器的输出端耦合，或者与直接设置在该至少一个谐振电容器处的节点耦合。所述电路节点提供可以用于确定感应烹饪器具的操作状态的信息。

根据感应烹饪器具的实施例，该测量电路包括低通滤波器，该低通滤波器包括至少一个电阻器和至少一个电容器，以减少向该控制实体提供噪声。这种低通滤波器可以用于抑制高于特定频率阈值的高频噪声，以减轻噪声的影响。

在本发明中使用的术语“基本上”或“大致”是指与准确值偏差+/-10％、优选地+/-5％，和/或呈对功能而言无关紧要的变化形式的偏差。

附图说明

从以下详细说明和附图中将容易理解本发明的各个方面，包括其具体特征和优点，在附图中：

图1示出了包括多个加热区的感应烹饪器具的示例俯视图；

图2示出了根据第一实施例的具有测量电路和控制实体的加热功率能量单元的示意图；

图3示出了在根据图2的加热功率能量单元中使用的测量电路的示例第一实施方式；

图4示出了在根据图2的加热功率能量单元中使用的测量电路的示例第二实施方式；

图5示出了根据第二实施例的具有测量电路和控制实体的加热功率能量单元的示意图；

图6示出了在根据图5的加热功率能量单元中使用的测量电路的示例实施方式；

图7展示了当感应加热元件上方未设置锅时，加热功率能量单元的多个电量随时间变化的曲线；以及

图8展示了当感应加热元件上方设置有锅时，加热功率能量单元的多个电量随时间变化的曲线。

具体实施方式

现在将参考这些附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了示例实施例。附图中的实施例可以涉及优选实施例，同时结合实施例描述的所有元件和特征可以在适当时与本文所讨论的任何其他实施例和特征(特别是与上文进一步讨论的任何其他实施例相关的)结合使用。然而，本发明不应当被解释为局限于本文中阐述的这些实施例。在整个以下说明中，当适用时，使用类似的附图标记来表示类似的元件、零件、物件或特征。

本说明书、权利要求、示例和/或附图中所披露的本发明的特征可以单独地和以其任意组合的方式成为用于以其不同形式实现本发明的材料。

图1展示了感应烹饪器具1的示意图，在本示例中，该感应烹饪器具是电感应灶具。

感应烹饪器具1包括多个加热区1.1。例如，每个加热区1.1可以与一个或多个加热功率传递元件相关联、具体地与一个或多个感应线圈相关联。感应烹饪器具1可以被配置成用于组合两个或更多个加热区1.1，以形成更大规模的烹饪区。

另外，感应烹饪器具1包括用户界面1.2，基于该用户界面，用户可以控制感应烹饪器具1。例如，基于用户界面1.2，用户可以控制加热区1.1的功率水平。

图2示出了感应烹饪器具1的加热功率能量单元3的示意图。加热功率能量单元3包括输入级3.1。所述输入级3.1可以与AC市电耦合，例如230V AC市电。所述输入级3.1可以适于对AC市电电压进行整流和/或滤波。具体地，输入级3.1可以包括整流桥。另外，加热功率能量单元3可以包括线圈驱动器实体3.2。线圈驱动器实体3.2可以适于控制一个或多个开关元件5、5’。所述开关元件5、5’可以与所述输入级3.1电耦合以接收经整流的AC电压。另外，所述线圈驱动器实体3.2可以与所述开关元件5、5’的控制输入端电耦合，以便能够向感应加热元件2提供脉冲电功率。所述开关元件5、5’可以例如是IGBT。IGBT可以集成在加热功率发生器4中，所述加热功率发生器4被配置为半桥式转换器。

在所述加热功率发生器4与所述感应加热元件2之间，设置有电流换能器10。所述电流换能器10可以适于提供关于通过感应加热元件2提供的电流(以下称为线圈电流)的信息。电流换能器10可以与加热功率发生器4的布置在该对开关元件5、5’之间的电路节点4a电耦合，并且还可以与感应加热元件2电耦合。

在电流换能器10的相反侧，感应加热元件2与振荡电路6耦合。所述振荡电路6可以包括一对谐振电容器6.1、6.2，所述谐振电容器6.1、6.2与感应加热元件2的电感一起形成电谐振电路或准电谐振电路，该电路实现了感应加热元件2的振荡激励。感应加热元件2可以与布置在所述一对电容器6.1、6.2之间的电路节点6a耦合。

所述电流换能器10可以与测量电路9电耦合。所述测量电路9被配置成修改由电流换能器10提供的电值。所述修改步骤至少包括向所述电值提供偏移值。因此，提供给控制实体8的输入值可以包括正电压值，该正电压值可以由包括微控制器的控制实体8直接处理。

测量电路9的输出被提供给控制实体8。控制实体8处理由测量电路9提供的信息。更详细地，控制实体8可以执行对所提供信号的采样和模数转换(A/D转换)。经A/D转换的信息可以被进一步处理以得出如峰值线圈电流、相位延迟或功率因数的信息，以便基于所述信息来控制加热功率发生器4的开关元件5、5’。

采样频率是提供给开关元件5、5’的开关信号的频率的至少五倍、优选地多于五倍。根据优选实施例，采样频率是开关频率的至少10倍、特别是20倍或甚至更多。比开关频率高数倍的采样频率提供了更准确的结果。

图3示出了在根据图2的加热功率能量单元3中使用的测量电路9的第一实施例。输入信号可以是电流换能器10的输出端口提供的信号。更详细地，施加到测量电路9的输入电压V_in可以是电流换能器10的输出端口提供的电压。

测量电路9可以包括与输入端口并联布置的输入电阻器R1。输入电阻器R1提供电流到电压的转换/缩放，因此输入电阻器R1为电压发生器提供了R1的输出阻抗。另外，测量电路9可以包括第二电阻器R2，其一方面直接与输入端口和所述输入电阻器R1电耦合，另一方面通过公共电路节点直接耦合到第三电阻器R3和电容器C。电容器C布置在所述公共电路节点与地(mass)之间，第三电阻器R3布置在电源电压Vcc与所述公共电路节点之间。电容器C提供滤波功能。

优选地，电阻器R2和R3具有相同或基本上相同的电阻值。R1的电阻值可以比电阻器R2和R3的电阻值低数倍。

基于电阻器R2和R3，所述测量电路9可以向输入电压提供偏移，使得在[-Vin,max…Vin,max]之间变化的电压Vin转移至Vout的[0V…Vcc]值。

输出电压Vout提供指示提供给感应加热元件2的电流的信号。输出电压Vout还提供关于提供给感应加热元件2的电流的符号的信息。更详细地，第一信号范围(例如，Vout＝[0V…Vcc/2[)可以指示负电流值，并且第二信号范围(例如，Vout＝]Vcc/2…Vcc])可以指示正电流值。

图4示出了在根据图2的加热功率能量单元中使用的测量电路9的第二实施例。根据图4的测量电路9的主要功能与之前结合图3所描述的相同。因此，电阻器R1构成输入电阻器，并且R2/R3构成分压器以向输入信号Vin提供偏移，以便将电压Vin从[-Vin,max…Vin,max]转移至Vout的[0V…Vcc]值。

根据图4的测量电路9进一步包括保护电路***9.1。保护电路***9.1由虚线标记。保护电路***9.1被配置成向与测量电路的输出端口耦合的微控制器的输入端提供保护。

保护电路***9.1包括一对二极管D1、D2和电阻器R5。二极管D1布置在Vcc与公共电路节点(该节点还与R2和R3耦合)之间。二极管D2布置在所述公共电路节点与地之间。电阻器R5布置在所述公共电路节点与测量电路9的输出端之间。

另外，测量电路9可以包括与二极管D2并联(即，在所述公共电路节点与地之间)布置的电阻器R4。所述电阻器R4是可选的。

图5示出了感应烹饪器具1的加热功率能量单元3的另一实施例的示意图。根据图5所示的加热功率能量单元3的主要结构与图2所示的加热功率能量单元3的实施例相同。因此，在下文中，仅描述与图2的实施例的不同之处。除此以外，对图2中的实施例的说明同样适用于图5中的实施例。

根据图5的加热功率能量单元3相对于图2的实施例的主要不同之处在于：图5的加热功率能量单元3不包括电流换能器。因此，测量电路9不接收由电流换能器提供的信号，但测量电路9的输入端直接与节点6a(即，布置在谐振电容器6.1、6.2处或这两个谐振电容器之间的节点)耦合。使用根据图5的加热功率能量单元3的优点是成本降低，因为无需电流换能器。

图6示出了在根据图5的加热功率能量单元3中使用的测量电路9的示例实施例。

在输入端处，测量电路9接收在电路节点6a处提供的信号作为输入信号。更详细地，所述信号可以是在该对谐振电容器6.1、6.2之间提供的电压信号。所述信号指示通过感应加热元件3、具体地是感应线圈提供的电流。

测量电路9包括低通滤波器9.2。所述低通滤波器9.2可以直接设置在测量电路9的输入端口之后。在本实施例中，所述低通滤波器9.2由电阻器R1和电容器C1作为RC滤波器提供。低通滤波器的其他实施方式也是可能的。低通滤波器被配置成去除高频噪声以避免所述噪声对测量电路9的输出信号的不利影响。

测量电路9进一步包括电容器C2，该电容器将R1与C1之间的电路节点与设置在电阻器R2与R3的串联连接之间的电路节点耦合。电容器C2产生在该对谐振电容器6.1、6.2之间的节点6a处提供的电压的差分信号。在节点6a处提供的电压的时间导数正比于通过感应加热元件3提供的电流，因为所述电流流过谐振电容器6.2并且所述电容器6.2中的电流可以表示为

电阻器R2和R3的串联连接以及与电阻器R3并联布置的电容器C3具有与根据图3和图4的测量电路9的对应电部件相似的技术效果。更具体地，如前所述，电阻器R2和R3提供分压器以向输入信号提供偏移。因此，可以具有正值和负值的输入信号被转移至具有[0V…Vcc]之间的电压值的正值范围。

以下描述了用于处理测量电路9提供的输出信号的方法。输出信号可以由根据图3、图4或图6的测量电路9的任何实施例提供。该处理可以在控制实体8中以软件实施。更具体地，该软件可以在控制实体8的微控制器中执行。

图7示出了为没有放置烹饪器皿、具体地没有放置锅的感应加热元件2供电的加热功率能量单元3中提供的信号的时间图。实线所示的方波信号展示了电路节点4a处(即该对开关元件5、5’之间)的中点电压。方波信号限定了定时、具体为开关元件5、5’的开关循环。在本实施例中，占空比为50％。然而，在其他实施例中，占空比可以不同于50％。点线指示在节点6a处(即，在谐振电容器6.1、6.2之间)提供的电压。最后，虚线指示通过感应加热元件2提供的电流。

如图7所示，在开关循环的第一个四分之一中线圈电流值的总和(区域A1)的值等于在开关循环的第二个四分之一中线圈电流值的总和(由区域A2指示，并且特征为负斜率和负值)的绝对值。因此，在感应加热元件2上没有设置烹饪器皿、具体地没有设置锅的情况下，在开关循环的半个循环时间内带符号值的总和的值为零。

图8示出了与图7相同的信号的时间图。但加热功率能量单元3为放置有烹饪器皿或锅的感应加热元件2供电。放置在感应加热元件2上的所述烹饪器皿会导致对流经感应加热元件2的电流的特性具有显著影响。图8中的斜线部分(部分A1)和方格部分(部分A2)具有相同的面积。所述部分指示流经感应加热元件的无功电流(由于电压和电流的相移)。半循环时间内的剩余部分(区域A3)指示向感应加热元件2提供有功功率的有功电流。

因此，关于通过感应加热元件2提供的电流的信息可以用于锅检测、相位延迟测量、过流保护和/或峰值电流检测。

在下文中更详细地披露了用于确定提供给感应加热元件的电流的特性的方法。

控制实体包括模数转换器(A/D转换器)。所述A/D转换器被配置成直接转换在测量电路9的输出端处提供的信号。所述转换可以例如以1μs或更低的转换时间执行。

所述A/D转换可以通过对模拟信号进行采样并将采样值转换为数字值来执行。所述采样可以与开关元件5、5’的半桥的中点电压的开关循环同步执行。更详细地，第一样本是在开关循环开始时建立的。

可以根据定时器信号执行A-D转换。一个A/D样本可以具有N个定时器计数的持续时间。

取决于感应烹饪器具1的操作状态，A/D采样仅在循环时间的特定部分期间执行。例如，如果占空比为50％，则由于对称性原因，A/D采样可能仅在整个循环时间的一半期间执行。

由于AD采样的离散化，采样定时可能与开关循环不一致。换句话说，在循环周期或(在采样不是在整个周期内执行的情况下)循环周期部分结束时的样本可能不会刚好位于定时器信号的边沿。因此，特别是在高频情况下，将会存在介于1到N个定时器计数之间的样本部分的缺失，这可能会导致某种错误。如下文进一步披露的，可以通过在循环结束时对缺失样本部分进行内插来计算补偿。

在下文中描述了用于得出用于控制感应烹饪器具的值的计算。以下计算针对开关循环50％的占空比。然而，感应烹饪器具也可以基于另一占空比来驱动。

如果占空比不同于50％，则可以在两个步骤中进行评估以评估两个循环部分。例如，如果占空比为30％，则评估分为0％-30％部分和30％-100％部分。开关循环的每个部分都以相同的方式独立处理(但符号相反)，并且可以组合。出于计算有功电流的目的，只处理一个部分就可以足够，因为在一个循环内的平均有功电流在两个部分中是相同的。然而，为了获得电路保护和锅耦合的信息，可能需要处理全部两个部分。

另外，测量电路9还接收关于振荡电路6的节点6a处的电压(幅度和相位)的信息以及关于加热功率发生器4的电路节点4a处的电压的信息。由于A/D转换，所述信息也可以在数字域中获得。

在下文中披露了用于确定提供给感应加热元件的有功电流以及有功电流与无功电流的关系的方法。

TCNT_samples(TCNT_样本)是表示每个单一样本的定时器计数数量的整数。

CYCLE_HCNT可以是发生器开关循环的半个循环内的定时器计数数量，其中：

发生器开关循环的每半个循环的样本数量n可以计算为：

AD偏移值(AD-offset)可以在稳定关闭状态下(即，当没有电流提供给感应线圈时)测量。所述AD偏移值可以是测量电路9的输出端处的电压。

基于所述AD偏移值，带符号的AD样本(AD-sample)可以计算如下：

Sample(i)＝AD_sample(i)-AD_offset；

其中，i是反映发生器开关循环的相应半循环中的样本编号的整数。

有功电流(ActiveCurrent)可以通过对(通过AD偏移值校正后的)带符号的AD样本求和来计算：

视在电流(ApparentCurrent)可以通过对(通过AD偏移值校正后的)AD样本的绝对值求和来计算：

基于有功电流和视在电流，可以计算出比率值(ratio)：

所述比率值指示感应加热元件2处是否设置有烹饪器皿、以及感应烹饪器具是否在接近谐振点处操作。更详细地，接近零的比率值指示提供给感应加热元件2的电流与电压之间的相位延迟大约为90°，并且接近0.9或更高的比率值可以指示感应烹饪器具在接近谐振点处操作。

基于上述计算值，可以执行对峰值电流和相位延迟的估计。

估计峰值电流(EstimatedPeakCurrent)可以计算如下：

EstimatedPeakCurrent＝ApparentCurrent*PeakFactor；

PeakFactor＝f(Ratio)；

峰值因数(PeakFactor)可以通过公式、具体地是以比率(Ratio)作为输入的线性公式来计算。例如，该公式可以包括以下结构：

PeakFactor(Ratio)＝(a*Ratio)+b；

其中，a和b是有理数。

优选地，可以选择公式使得0.6的比率值映射到1.8的峰值因数，并且0.9的比率值映射到1.5的峰值因数。

估计相位延迟(EstimatedPhaseDelayTimerCount)可以计算如下：

其中，

CorrectedRatio＝f(Ratio)；

校正后的比率(CorrectedRatio)可以通过公式、具体地是以比率作为输入的线性公式来计算。例如，该公式可以包括以下结构：

CorrectedRatio(Ratio)＝(c*Ratio)+d；

其中，c和d是有理数。

优选地，可以选择公式使得0.6的比率值映射到0.88的校正后比率，并且0.95的比率值映射到0.95的校正后比率。

在提到的比率范围之外，峰值因数和校正后比率的值可以映射到边界值，类似于饱和效应。

如前所述，由于AD采样的离散化，采样定时可能与开关循环不一致。换句话说，定时器信号的边沿可能与限定开关循环的开关信号的边沿不一致。

为了纠正发生的错误，可以对缺失的样本进行补偿。在下文中描述了对有功电流值的补偿。但是，补偿方案也可以适用于其他值，例如视在电流等。

可以对电流值求和以得出电流总和值(CurrentSum)：

缺失样本部分(SampleFraction)可以计算如下：

缺失的样本可以通过使用最后一个样本“sample(n)”作为依据来近似。

校正后的总和＝CurrentSum+(Sample(n)*SampleFraction)平均电流(CurrentAverage)可以计算如下：

其中，

校正后的N＝n+SampleFraction。

应注意的是，说明书和附图仅展示了所提出的发明的原理。本领域技术人员将能够实施体现本发明的原理的尽管没有在本文中明确地描述或示出的各种布置。

附图标记清单

1 感应烹饪器具

1.1 加热区

1.2 用户界面

2 感应加热元件

3 加热功率能量单元

3.1 输入级

3.2 线圈驱动器实体

4 加热功率发生器

4a 电路节点

5、5’ 开关元件

6 振荡电路

6a 节点

6.1 谐振电容器

6.2 谐振电容器

8 控制实体

9 测量电路

9.1 保护电路

9.2 低通滤波器

9.2.1 电阻器

9.2.2 电容器

10 电流换能器

Claims (17)

1.一种用于确定提供给感应烹饪器具(1)的感应加热元件(2)的电流的特性的方法，该感应烹饪器具(1)包括加热功率能量单元(3)，该加热功率能量单元包括加热功率发生器(4)，该加热功率发生器具有适于向所述感应加热元件(2)提供脉冲电功率的至少一个开关元件(5)，该感应烹饪器具(1)进一步包括振荡电路(6)，该振荡电路包括至少一个谐振电容器(6.1，6.2)，所述感应加热元件(2)电耦合到所述加热功率发生器(4)和所述振荡电路(6)，该感应烹饪器具(1)进一步包括控制实体(8)，其中，测量电路(9)的输入端与该加热功率能量单元(3)的节点耦合，所述节点提供指示施加到该感应加热元件(2)的电流的电值，该方法包括以下步骤：

-通过测量电路(9)修改该电值，所述修改至少包括向所述电值提供偏移值从而获得修改后的电值；

-将该修改后的电值提供给该控制实体(8)，所述控制实体(8)执行以下步骤：

·执行A/D转换从而获得修改后的电值的数字样本；

·通过对修改后的电值的带符号数字样本求平均来计算第一电流特性；

·通过对修改后的电值的数字样本的绝对值求平均来计算第二电流特性；以及

·基于所述第一电流特性和第二电流特性得出关于该感应烹饪器具(1)的操作状态的信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该加热功率能量单元(3)的节点是设置在该加热功率发生器(4)与该感应加热元件(2)之间的电流换能器(10)的输出端。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该加热功率能量单元(3)的节点是直接设置在该至少一个谐振电容器(6.1，6.2)处的节点(6a)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过将所述第一电流特性除以所述第二电流特性来计算比率值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过将第二电流特性乘以因数来计算估计峰值电流，所述因数取决于所述比率值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述因数是借助于函数而得出的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述因数是借助于线性函数而得出的。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，选择所述函数使得0.6的比率值映射到1.8的因数，并且0.9的比率值映射到1.5的因数。

9.根据权利要求4所述的方法，其中，基于修改后的比率值来计算估计相位延迟，所述修改后的比率值是通过借助于公式来修改所述比率值而得出的。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述公式是线性函数公式。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，选择所述公式使得0.6的比率值映射到0.88的校正后比率，并且0.95的比率值映射到0.95的校正后比率。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，如果提供给所述开关元件的开关信号的两个边沿之间的持续时间不是用于A/D转换的采样时间的整数倍，则执行对缺失样本部分的补偿。

13.一种感应烹饪器具，该感应烹饪器具包括加热功率能量单元(3)，该加热功率能量单元包括加热功率发生器(4)，该加热功率发生器具有适于向感应加热元件(2)提供脉冲电功率的至少一个开关元件(5)，并且该感应烹饪器具还包括振荡电路(6)，该振荡电路包括至少一个谐振电容器(6.1，6.2)，所述感应加热元件(2)电耦合到所述加热功率发生器(4)和所述振荡电路(6)，其中，测量电路(9)的输入端与该加热功率能量单元(3)的节点耦合，所述节点提供指示施加到该感应加热元件(2)的电流的电值，其中，所述测量电路(9)被配置成修改该电值，所述修改至少包括向所述电值提供偏移值从而获得修改后的电值，其中，所述感应烹饪器具(1)包括控制实体(8)，所述控制实体(8)被配置成：

·接收所述修改后的电值；

·执行A/D转换，从而获得修改后的电值的数字样本；

·通过对修改后的电值的带符号数字样本求平均来计算第一电流特性；

·通过对修改后的电值的数字样本的绝对值求平均来计算第二电流特性；以及

·基于所述第一电流特性和第二电流特性得出关于该感应烹饪器具(1)的操作状态的信息。

14.根据权利要求13所述的感应烹饪器具，其中，该测量电路(9)包括提供分压器的一对电阻器(R2，R3)以及与该分压器中的电阻器(R2，R3)之一并联布置的电容器(C)。

15.根据权利要求13或14所述的感应烹饪器具，其中，该测量电路(9)包括保护电路***(9.1)，用于保护所述控制实体(8)的输入端口。

16.根据权利要求13至14中任一项所述的感应烹饪器具，其中，该测量电路(9)的输入端与电流换能器(10)的输出端耦合，或者与直接设置在至少一个谐振电容器(6.1，6.2)处的节点(6a)耦合。

17.根据权利要求13至14中任一项所述的感应烹饪器具，其中，该测量电路(9)包括低通滤波器(9.2)，该低通滤波器包括至少一个电阻器(9.2.1)和至少一个电容器(9.2.2)，以减少向控制实体(8)提供噪声。