(57)【要約】      （修正有）【課題】２つ以上の電気的負荷のために、独立した出力制御を提供することができ、可変出力を制御することができるデジタル電源のための装置及び方法を提供する。【解決手段】デジタル電源は、出力システムへ導入された高調波電流及び／又はフリッカの大きさを低減することができる。デジタル電源は、位相制御されたＡＣ電流を用いて電気的負荷へ出力を送達するマイクロプロセッサ２１３を含む。このマイクロプロセッサは、電気的負荷ごとに要請された出力に対応する出力アレイを計算する。高調波電流及びフリッカの大きさを低減するパターンで出力アレイを割り当てる。【選択図】図２
2018007550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力を送達する方法であって、
一つ以上のユーザー入力デバイスを用いて、それぞれ第１及び第２の発熱素子のための第１及び第２の出力設定を選択し、
前記出力設定をマイクロプロセッサに電気的に通信して、このマイクロプロセッサを用いて、要請される出力の総量を計算し、
前記マイクロプロセッサを用いて、それぞれ第１及び第２の発熱素子に対応する第１及び第２の出力アレイを割り当て、  
前記マイクロプロセッサを用いて、第１及び第２の出力アレイに対応する第１及び第２の位相角アレイを計算し、
前記マイクロプロセッサにゼロ交差検出ユニットからゼロ交差信号を受け取らせ、及び、
第１の期間に亘って、第１の位相角アレイによって表される位相制御されたＡＣ波パターンを第１の発熱素子へ送達すると共に、第２の位相角アレイによって表される位相制御されたＡＣ波パターンを第２の発熱素子へ送達することを含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
第２の期間に亘って、第１の位相角アレイによって表される位相制御されたＡＣ波パターンを第２の発熱素子へ送達すると共に、第２の位相角アレイによって表される位相制御されたＡＣ波パターンを第１の発熱素子へ送達することをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、各々の出力アレイは、４つのセルを包含する方法。
【請求項４】
請求項３の方法において、前記マイクロプロセッサを用いて、それぞれ第１及び第２の発熱素子に対応する第１及び第２の出力アレイを割り当て  する段階は、
第１の出力アレイの第１のセルに第１の出力アレイの第３のセルと同じ値を割り当て、
第１の出力アレイの第２のセルに第１の出力アレイの第４のセルと同じ値を割り当て、
第２の出力アレイの第１のセルに第２の出力アレイの第３のセルと同じ値を割り当て、及び、
第２の出力アレイの第２のセルに第２の出力アレイの第４のセルと同じ値を割り当てることをさらに含む方法。
【請求項５】
請求項４の方法において、各々の出力アレイの各々のセルは、
【数１】
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から出力の割合と範囲を表す方法。
【請求項６】
請求項５において、第１の出力アレイの全ての交互のセルには「０」又は「１」が割り当てられる方法。
【請求項７】
請求項６において、第２の出力アレイの全ての交互のセルには「０」又は「１」が割り当てられる方法。
【請求項８】
請求項５の方法において、第１及び第２の位相角アレイが、前記マイクロプロセッサを用いて、次式  角度=ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）第１及び第２の出力アレイにそれぞれ適用して計算される方法。
【請求項９】
請求項５の方法において、第１の期間は要請された出力の総量に対する第１の出力設定の比として計算されると共に、第２の期間は要請された出力の総量に対する第２の出力設定の比として計算される方法。
【請求項１０】
請求項５の方法において、出力を送達する段階は、発熱素子に接続しているトライアックを起動する段階をさらに含む方法。
【請求項１１】
デジタル電源であって、
第１及び第２のユーザー入力と、
電圧ラインに接続された第１及び第２のトライアックと、
それぞれ第１及び第２のトライアックと通信する第１及び第２のトライアック・ドライバと、
第１及び第２のトライアック・ドライバと通信すると共に、第１及び第２のユーザー入力と通信するマイクロプロセッサとを備え、
前記マイクロプロセッサは第１及び第２のユーザー入力により要請された総出力を計算すると共に、その要請された総出力に基づいて第１及び第２の出力アレイを割り当てるように特に構成され、
前記マイクロプロセッサは第１及び第２の出力アレイのそれぞれの値に基づいて位相角の第１及び第２のアレイを計算するように特に構成されているデジタル電源。
【請求項１２】
請求項１１のデジタル電源において、第１及び第２の出力アレイが各々４つのセルを有するデジタル電源。
【請求項１３】
請求項１２のデジタル電源において、
前記マイクロプロセッサは少なくとも１つの出力アレイのセルに２つの交互の値を割り当て  するように特に構成されているデジタル電源。
【請求項１４】
請求項１１のデジタル電源において、
前記マイクロプロセッサは第１と第２のトライアックを第１及び２の位相角アレイにおける位相制御波形に対応するタイミングパターンで第１及び第２のトライアックをオンに切り換えるように構成されているデジタル電源。
【請求項１５】
電気グリルであり、
ハウジングに搭載された第１のノブ、第２のノブ、及びディスプレイと、
電圧ライン及びニュートラルラインに接続された電源ケーブルと、
前記ハウジングの内部の第１及び第２の発熱素子であり、前記電圧ラインと前記ニュートラルラインに接続された第１及び第２の発熱素子と、
前記電圧ラインと第１及び第２の発熱素子との間にそれぞれ接続された第１及び第２のトライアックと、
前記電圧ラインにおけるＡＣ電流のゼロ交差を検出するように構成されたゼロ交差検出ユニットと、及び、
第１及び第２のノブ、第１及び第２のトライアックドライバ、及びゼロ交差検出ユニットに接続されたマイクロプロセッサであり、このマイクロプロセッサはクロック信号発生器及びメモリとさらに通信するマイクロプロセッサとを備える電気グリル。
【請求項１６】
請求項１５の電気グリルにおいて、前記メモリは第１及び第２の出力アレイを包含する電気グリル。
【請求項１７】
請求項１６の電気グリルにおいて、第１の出力アレイは２つの交互の値で割り当て  されている電気グリル。
【請求項１８】
請求項１７の電気グリルにおいて、第２の出力アレイは２つ交互の値で割り当て  されている電気グリル。
【請求項１９】
請求項１８の電気グリルにおいて、第１の出力アレイの２つ交互の値の一方は、全「オン」波を表す電気グリル。
【請求項２０】
請求項１８の電気グリルにおいて、第１の出力アレイの２つ交互の値の一方は、全「オフ」波を表す電気グリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低減した高調波とフリッカをもたらしつつ、２つ以上の高出力負荷を独立して制御するためのデジタル電源に関する。非限定的な実施形態において、デジタル電源は、電力システムにもたらされる高調波及びフリッカを低減しつつ、２つ以上の発熱素子を独立して制御するために電気グリルで使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
電力グリッドへ高調波及び／又はフリッカの減少した量をもたらしつつ、ＡＣ壁面コンセントを用いる２つ以上の高出力負荷を独立して制御することができる電源に対する強い要請がある。都市人口は増加し、それに伴い、ＡＣ壁面コンセントに接続することができる高出力負荷に対する強い要請がある。例として、都会に住む居住者は、居住者がグリルを使いたいと思うアパート又はコンドミニアム建築に住んでいる。煙、ガス又は他の懸念事項のため、代表的な炭又はガスグリルの使用は、許されないか若しくは望ましくないことがある。
【０００３】
幾つかの利用可能な電気調理器具、例えばジョージ・フォアマン・プレートグリル（及びその類い）、パニーニ・プレス、電気鉄板などがある。しかしながら、これらの従来技術器具は一般に可変電出力を送達しない。さらに、これらの従来技術電気調理器具は一般にガス又は電気グリルに匹敵する充分な出力を発生させることができない。
【０００４】
或る従来技術器具は、負荷へ供給される電力量を制御するために、電気的負荷と直列に可変抵抗を用いることがある。例えば、可変抵抗の抵抗が増加すると、可変抵抗は電気的負荷への電力の送達を制限する。電気的負荷への電力の送達を制御する可変抵抗の使用は公知である。しかし、可変抵抗は、不都合を伴っている。例えば、不都合は電気システムへの高調波の導入を含むことがあり、これは干渉と他の予測できない電磁界を形成してしまう電磁気の放出に変換される。さらに、それらが多くの電力を消費するので、可変抵抗は非効率的になることがある。
【０００５】
他の従来技術器具は、出力送達を制御するために開閉式のバイメタル温度計を用いることがある。バイメタル温度計の使用の不都合は、送達される電力上の制御の個別性を欠く（すなわち、正確さを欠く）ことを考慮すると、通常は応答時間に比較的長い遅れを伴うという事実を含む。長い遅延時間は温度に制御不全をもたらすので良くない調理経験を引き起こす。さらに、長いオン／オフ負荷サイクルは発熱素子の寿命を短くすることが知られているので、長遅延時間は不都合である。
【０００６】
或る器具は出力送達に半波調制御を用いることがある。例えば、米国特許第６，７７７２，４７５号、発明の名称”Heating Control System Which Minimizes AC Power Line Voltage Fluctuations”はＡＣ電流の送達を制御する半波調ＡＣ制御装置を開示している。この制御方法は、それが供給する電力が段階的なだけであり、０−１００％の連続範囲にならないので、相当な不都合を伴っている。対照的に、本発明の実施形態は連続的可変電力送達を可能とする。
【０００７】
さらに他の従来技術器具は、電気的負荷がオンに切り換えられたときに電流の殺到を制限するためにデジタル制御を含むことがある。例えば、米国特許第６，１１１，２３０号、発明の名称”Method and apparatus for supplying AC power while meeting Ｔhe European flicker and harmonic requirements”は、印刷装置が最初にオンにされるとき、印刷装置への電流の殺到を制限する方法を開示する。しかしながら、その開示された装置は複数の電気負荷の独立制御を与えず、複数の負荷を独立に制御しつつ、高調波電流及びフリッカを低減させることが充分でない。
【０００８】
したがって、電力システムへ低減した高調波及びフリッカ干渉のみを電力システムへもたらしつつ、２つ以上の電気的負荷を独立して制御することができるデジタル電源についての要請がある。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は公知の電源の不足の多くを克服して、新たな特徴及び効果を電気グリルのような装置に提供する。例えば、本発明の実施形態は、より正確な量の電力を電気的負荷に供給することができるデジタル電源制御装置を提供する。さらに、本発明の実施形態は、複数の電気的負荷を独立して制御することを可能にする。本発明のさらに他の実施形態は、電源を壁面コンセントに接続することから起こることがある高調波電流及びフリッカを低減させる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、出力を送達する方法が提供される。この方法は、一つ以上のユーザー入力デバイスを用いて、それぞれ第１及び第２の発熱素子の第１及び第２の電力設定を選択する段階と、電力設定をマイクロプロセッサへ電子的に通信し、このマイクロプロセッサを用いて要請された電力の総量を計算する段階と、そのマイクロプロセッサを用いて、それぞれ、第１及び第２の発熱素子に対応する第１及び第２の出力アレイを割り当てる段階と、マイクロプロセッサを用いて、第１及び第２の出力アレイに対応する第１及び第２位相角アレイを計算する段階と、マイクロプロセッサにゼロ交差検出ユニットからゼロ交差信号を受信させる段階と、及び、第１の時間については、第１位相角アレイによって表された位相制御されたＡＣ波パターンを第１の発熱素子へ送達し、第２の位相角アレイによって表された位相制御されたＡＣ波パターンを第２の発熱素子へ送達する段階を含む。本発明の更なる実施形態は、第２の時間について、第１の位相角アレイによって表された位相制御されたＡＣ波パターンを第２の発熱素子へ送達し、第２の位相角アレイによって表された位相制御されたＡＣ波パターンを第１の発熱素子へ送達する段階を含む。
【００１１】
さらに、各々の出力アレイは、４つのセルを包含し得る。さらに、マイクロプロセッサを用いて第１及び第２の出力アレイを割り当てる段階は、第１の出力アレイの第１のセルを第１の出力アレイの第３のセルと同じ値で割り当てる段階と、第１の出力アレイの第２のセルを第１の出力アレイの第４のセルと同じ値で割り当てる段階と、及び第２の出力アレイの第２のセルを第２の出力アレイの第４のセルと同じ値で割り当てる段階をさらに含み得る。
【００１２】
本発明の実施形態においては、各々の出力アレイの各々のセルは、
【数１】
2018007550.tif 000003
からの電力比率及び範囲を表す。第１の出力アレイにおける全ての交互のセルには「０」又は「１」を割り当て得る。さらに、第２の出力アレイにおける全ての交互のセルには「０」又は「１」を割り当て得る。本発明の或る実施形態においては、第１及び第２の位相角アレイはマイクロプロセッサにより計算され、式  角度＝ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）を第１及び第２の出力アレイへそれぞれ適用する。更なる実施形態においては、第１の時間は要請された電力の総量に対する第１の電力設定の比として計算され、第２の時間は要請された電力の総量に対する第２の電力設定の比として計算される。さらに、実施形態は、発熱素子へ接続されたトライアックを駆動する段階を含み得る。
【００１３】
デジタル電源の実施形態も与えられ、これは第１と第２のユーザー入力と、電圧ラインへ接続された第１と第２のトライアックと、それぞれ第１と第２のトライアックに通信する第１と第２のトライアックドライバーと、第１と第２のトライアックドライバーと通信し、且つ第１と第２のユーザー入力と通信するマイクロプロセッサとを有し、そのマイクロプロセッサは、第１と第２のユーザー入力により要請された総電力を計算して、要請された総電力に基づいて第１と第２の出力アレイを割り当てるように特に構成され、そのマイクロプロセッサは第１と第２の出力アレイの各々の値に基づいて位相角の第１と第２のアレイを計算するように特に構成されている。
【００１４】
本発明の実施形態においては第１と第２の出力アレイは各々が４つのセルを有する。マイクロプロセッサは出力アレイのセルの少なくとも一つに２つの交互の値を割り当てる。更なる実施形態においては、マイクロプロセッサは、第１と第２の位相角アレイにおける位相制御された波形に対応するタイミングパターンにおいて第１と第２のトライアックを作動させるように構成されることがある。
【００１５】
依然として更なる実施形態は電気グリルを含み、これは第１のノブ、第２のノブ、及びハウジングに装着されたディスプレイと、電圧ライン及びニュートラルラインに接続された電源ケーブルと、ハウジングの内側の第１と第２の発熱素子であり、電圧ライン及びニュートラルラインに接続される第１と第２の発熱素子と、それぞれ電圧ラインと第１と第２の発熱素子との間に接続された第１と第２のトライアックと、それぞれ第１と第２の発熱素子と通信する第１と第２のトライアックドライバと、電圧来任におけるＡＣ電流のゼロ交差を検出するように構成されたゼロ交差検出ユニットと、第１と第２のノブ、第１と第２のトライアックドライバ、及びゼロ交差検出ユニット通信するマイクロプロセッサとを有し、そのマイクロプロセッサはさらにクロック信号ジェネレータ及びメモリと通信する。
【００１６】
さらに、或る実施形態においては、メモリは第１と第２の出力アレイを包含する。第１の出力アレイは２つの交互の値を割り当て得る。第２の出力アレイは２つの交番する値を割り当て得る。第１の出力アレイにおける２つの交番する値の一方は全「オン」波を表現し得る。依然として更なる実施形態においては、第１の出力アレイにおける２つの交番する値の一方は全「オフ」波を表現し得る。
【００１７】
したがって、本発明の目的は正確な電力制御を与えるデジタル電源を提供することであり、これは複数の負荷を独立に制御し、電源により壁面コンセントへ導入される高調波電流及びフリッカを低減させる。
【００１８】
本発明の他の目的は改良された電源を与えることであり、これは電源グリルと共に使用し得るものを含むが、それに限定されるものではない。
【００１９】
本発明の付加的な目的は電気グリルにおいて使用でき、２つ以上の発熱素子に亘る独立制御を与えるデジタル電源を提供することである。
【００２０】
本発明の付加的な目的は壁面コンセントへ僅かな高調波電流を導入するデジタル電源を提供することである。
【００２１】
本発明の付加的な目的は壁面コンセントへフリッカを殆ど導入しないデジタル電源を提供することである。
【００２２】
本発明の付加的な目的は高調波電流及びフリッカの標準的な制限及び／又は規定に従う電気グリルで使用するためのデジタル電源を提供することである。
【００２３】
本発明の付加的な目的は２つ以上の発熱素子へ可変電力を送達する電気グリルで使用するためのデジタル電源を提供することである。
【００２４】
本発明の付加的な目的は可変出力を送達するための位相切除技術を用いるデジタル電源を提供することである。
【００２５】
本発明の付加的な目的は０−１００％の範囲の連続的な可変電力を送達する電気グリルで使用するためのデジタル電源を提供することである。
【００２６】
本発明の付加的な目的は短いデューティ・サイクルを与えることにより発熱素子の寿命期間を向上させることである。
【００２７】
用語の発明者の定義
本願の多数の請求項又は明細書で用いられる以下の用語は、それらが法の要請に合致する広い意味を持つことが意図されている。
【００２８】
ここで使用されるように、「出力アレイ」は値のアレイを規定し、各値は１波サイクルに送達される電力の割合
【数２】
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を表す。例示的な出力アレイは４つのセルを有するものとして説明してあるが、他の大きさのアレイが可能であることを理解されたい。
【００２９】
ここで使用されるように「位相角アレイ」は値のアレイを規定し、各値は１波サイクルにおける位相角「切除」を表す。例示的な位相角アレイは４つのセルを有するものとして説明してあるが、他の大きさのアレイが可能であることを理解されたい。
【００３０】
ここで使用されるように「タイミングパターン」は位相制御されたＡＣ波形を形成する「オン」及び「オフ」信号のパターンを規定する。
【００３１】
代替的な意味が可能であり、明細書又は請求項の何れにおいても広い意味が当業者の理解に合致することが意図されている。請求項中における全ての単語は文法、交換又は英語の標準的な慣例的語法に用いられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の例示的グリルの前面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは代表的な内部部品を示す代表的なグリルの調理面の上面概略図である。
【図２】図２は本発明のデジタル電源回路を含む回路の例示的実施形態の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは本発明の９０度切除を有する例示的波形である。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明の９０度切除を有する例示的波形である。
【図３Ｃ】図３Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準規制に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の「オン」波に続く例示的切除波形を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の「オン」波に続く例示的切除波形を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準規制に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図５Ａ】図５Ａは本発明の「オフ」波に続く例示的切除波形を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは本発明の「オフ」波に続く例示的切除波形を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは１１５０Ｗ素子による高調波電流を示す標準規制に対してプロットされた高調波電流を示す。
【図６】図６は本発明の例示的マイクロプロセッサ形態のフローチャートである。
【図７】図７は本発明の出力アレイを割り当てるための例示的アルゴリズムである。
【図８】図８は本発明の期間に亘って２つの加熱ユニットへ送達された例示的電力を示す。
【図９】図９は本発明の期間に亘ってｎ個の加熱ユニットへ送達された例示的電力を示す。
【図１０】図１０は本発明のマイクロプロセッサに対する例示的な入力及び出力のフローチャートである。
【図１１】図１１はフリッカについての標準（ＩＥＣ  ６１０００−３−３）制限を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に記載されるのは、請求された発明の好ましい実施形態若しくは最良の代表例であると現在のところ信じられるものである。実施形態及び好ましい実施形態に対する将来及び現在の代表例若しくは修正例が予期されている。機能、目的、構造及び結果に極く僅かな変化をなす任意の代替例及び修正例が本願の請求項により包含されることが意図されている。本発明は係属中の特許出願（発明の名称“ＥｌｅｃＴｒｉｃ  Ｇｒｉｌｌ  ＷｉＴｈ  ＣｕｒｒｅｎＴ  ＰｒｏＴｅｃＴｉｏｎ  ＣｉｒｃｕｉＴｒｙ”、出願人により本願と同日に出願され、ウェーバー‐スティーブン  プロダクツ  エルエルシーへ譲渡され、その全体が参照により本願に組み込まれている）に説明された電気保護回路を有する電気グリルに及び／又はその一部に使用し得る。
【００３４】
本発明は一般にデジタル電源を含み、これは２つ以上の電気的負荷について独立した電力制御、及び連続的可変電力を与えることができる。本発明の実施形態は、電力システムへ導入される高調波及び／又はフリッカの量を低減し得る。当業者は、このデジタル電源は任意の電気的負荷又は負荷の組み合わせ（ヒーター、モーターなどを含む）を供給するのに使用し得ることを認めるであろう。ここに説明された好ましい実施形態において、例示的な負荷は、電気グリルに見られる発熱素子である。
【００３５】
電気グリルは独立負荷制御を有するデジタル電源のための適切な用途であり、というのは、ユーザーは電気グリルの一方の側で高熱を、且つグリルの他方の側で低熱を望むことがあるためである。このような配置は、異なる温度を必要とする様々な食品を同時にグリルで焼くか、間接グリル法を用いることをユーザーに可能とさせる。間接グリル法は、食品を調理面の一方の側に置きながら他方の側を加熱することにより、食品と加熱面との間の直接接触を避ける。可変電力の更なる利点は、ユーザーに電力設定を入力させて、目標とされた温度を達成することを可能にすることである。これは、長期間に亘って低温で調理することを可能にする。
【００３６】
ここで図面を参照すると、図１−１１は電気グリル１１０とデジタル電源２００の好ましい実施形態を示す。例示として、図１Ａ及び図１Ｂは電気グリル１１０を示す。図１Ａはハウジング１０６を含む電気グリル１１０の外側を示し、ハウジングには、左右の制御ノブ１０１と１０２のみならず、ディスプレイ１０３を装着することができる。電気グリル１１０は、ＡＣ壁面コンセントに接続するために電源コード１０７を含み得る。左右制御ノブ１０１及び１０２、並びにディスプレイ１０３は、本明細書に詳細に説明するマイクロコントローラ２１３に接続することができる。
【００３７】
図１Ｂに示すように、左右の制御ノブ１０１及び１０２はそれぞれ第１及び第２の発熱素子２０３及び２０４に関係していることがあり、かくして二重調理領域を形成する。代表的な格子若しくは調理面１１２は図１Ｂにも示される。各々の発熱素子２０３及び２０４は、ノブ１０１、１０２により、又は発熱素子２０３、２０４に関連した任意の他のコントローラにより独立して制御することができる。左のノブ１０１と右のノブ１０２とは、グリルハウジング１０６の外側に配置することができる。ノブ１０１及び１０２又は当業者により理解される任意の他の入力デバイスはマイクロプロセッサ２１３に接続して一つ以上の発熱素子２０３、２０４の操作モードを設定するようにすることができる。
【００３８】
ノブ１０１及び１０２又は任意の他の入力デバイス（例えばタッチスクリーン又はボタンなど）を用いて、ユーザーは各発熱素子２０３及び２０４の操作モードを選択し得る。この操作モードは、発熱素子のための望ましい温度又は電力設定を含んでもよい。本明細書にさらに詳細に説明するマイクロプロセッサ２１３は、選択された電力を供給するために発熱素子２０３及び２０４に供給される電流を制御する。マイクロプロセッサ２１３は、それぞれ発熱素子２０３及び２０４の近位に配置された熱電対２２１及び２２２から読み込まれた現在の温度を受け取るフィードバックループを用いて、各発熱素子２０３及び２０４ごとには望ましい温度を達成することができる。当業者には、ノブ、発熱素子、温度センサ及び／又はディスプレイの様々な種類と個数を使用し得ることが認められるであろう。
【００３９】
電気グリル１１０は、ディスプレイ１０３又は他のユーザ・インタフェースを選択的に含むことがある。一つの例においては、ディスプレイ１０３はマイクロプロセッサ２１３に接続されて、一つ以上の発熱素子２０３、２０４の現在の設定又は操作に関する情報を表示することがある。例えば、ディスプレイ１０３は、発熱素子２０３及び２０４の近位の現在の温度（熱電対２２１及び２２２により測定されたものとして）及びユーザーがノブ１０１及び／又は１０２を介して設定した望ましい温度又は電力設定を表示することがある。
【００４０】
ここで図２を参照すると、一般的な、非限定的な条件で、デジタル電力送達はマイクロプロセッサ２１３により達成することができ、これはユーザーの望ましい電力設定を受け取ってトライアック２０８及び２０９を制御し、電圧ライン２０１から発熱素子２０３及び２０４を通じてニュートラル２０２を通って壁面コンセントへ帰還するように流れるＡＣ電流を有効（又は無効）にする。さらにここに設けられているのは、特別に構成されたマイクロプロセッサ２１３であり、これは発熱素子２０３及び２０４へのＡＣ電流を、電気グリル１１０によりＡＣ壁面コンセントへ導入される高調波電流及びフリッカの量を低減する方式で制御し得る。
【００４１】
図２の実施形態で示すように、マイクロプロセッサ２１３はトライアック・ドライバ２１１と２１２と通信しており、これらはそれぞれのトライアック２０８及び２０９を順次に制御する。マイクロプロセッサ２１３が発熱素子２０３及び２０４へ電力を送達し得る機構は、トライアック２０８及び２０９をそれらに対応するトライアックドライバ２１１及び２１２を介してオン又はオフ（それぞれ「有効」及び「無効」と称することもある）に切り換えることによる。具体的には、トライアック２０８及び２０９は、それらがマイクロプロセッサ２１３からパルスによって始動されたとき「オン」に切り換わる。電流はＡＣ電流波がゼロ交差するまで流れ続ける。ゼロ交差の後、トライアックはオフへ切り換わり、マイクロプロセッサ２１３がそれをオンに切り換えるまでオフのままである。
【００４２】
特にトライアック２０８及び２０９は、マイクロプロセッサ１２３からのパルスにより起動されたとき、「オン」に切り換わる。電流はＡＣ電流波がゼロに交差するまで流れ続ける。ゼロ交差の後、トライアックはオフに切り換わり、次回にマイクロプロセッサ２１３がそれをオンに切り換えるまでオフに留まる。一例ではＡＣ電流が６０Ｈｚで、例えば代表的な壁面コンセントで、ゼロ交差は１／１２０秒ごとに起こる。ゼロ交差検出ユニット２１０は、ＡＣ波がゼロ交差するたびに、マイクロプロセッサ２１３へ信号を通信するために設けられている。この信号を使って、マイクロプロセッサ２１３は交流の電流のゼロ交差にそのタイミングを同期させることができる。
【００４３】
マイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間の直接通信を可能とするのに代えて、トライアック・ドライバ２１１及び２１２が、マイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間のインターフェースに使われる。トライアック・ドライバは、低電圧ＤＣ源（例えばマイクロプロセッサー）（図２）により高電圧トライアックを制御することができる。さらに、トライアック・ドライバは、トライアックにおける潜在的な高電流又は電圧からデバイスを絶縁するのに用いられる。トライアック・ドライバ２１１及び２１２がマイクロプロセッサ２１３とトライアック２０８及び２０９との間でインターフェースするのと同時に、マイクロプロセッサ２１３はトライアック２０８及び２０９における電圧及び電流から絶縁される。
【００４４】
「オン」はトライアックにそれを通じて電流を流れさせるが、「オフ」はトライアックに電流を流させない。かくして、「オン」はトライアック２０８にＡＣ電流を（電圧ライン２０１から）第１の発熱素子２０３を通じて流れるのを可能にすると共に、「オン」はトライアックトライアック２０９にＡＣ電流を（電圧ライン２０１から）第２の発熱素子２０４を通じて流れるのを可能にする。マイクロプロセッサ２１３が発熱素子２０３及び／又は２０４へ電力を送達することはマイクロプロセッサ２１３がそれぞれのトライアックドライバを有効にして、それが関連するトライアックを「オン」に切り換えて、ライン２０１から流れるＡＣ電流を可能にすることを意味する。この開示を通じて、マイクロプロセッサ２１３が発熱素子へ電力を送達することへの言及は、マイクロプロセッサ２１３が「オン」又は「有効」パルス信号を介して所定の発熱素子のトライアックドライバを「オン」すなわち「有効」パルス信号を介して起動することを意味することを理解されたい。
【００４５】
当業者に理解されるように、トライアックは三つの電極デバイス又は三極管であり、交流電流を導く。トライアックは、一種の固体双方向性スイッチである。この開示がトライアックを用いるデジタル電源を説明するが、任意の固体双方向性スイッチをトライアックの代わりに使用し得ることを理解されたい。発熱素子２０３及び２０４は、より多くの電流がそれらを流れるにつれて温度が増加する抵抗ヒーターであることがある。代表的な発熱素子は、１１５０ワットを引き出すことがある。他の発熱素子２０３、２０４も当業者に理解されるように使用し得る。
【００４６】
本発明の実施形態においてマイクロプロセッサ２１３は各々の発熱素子２０３及び２０４に対して最も近位に位置する一つ以上の熱電対２２１及び２２２から温度フィードバックを選択的に受け取り、望ましい温度が達成されたときを認識するようにする。図１Ｂは各々の発熱素子２０３及び２０４に隣接する熱電対２２１及び２２２の例を示す。実施形態においては、フィードバックがマイクロプロセッサ２１３により用いられて、ノブ１０１及び／又は１０２で選択された望ましい温度が達成されるまで、発熱素子２０３及び２０４へ送達される電流を調節することがある。その結果、ユーザーは発熱素子２０３及び２０４のための望ましい操作モードを（独立に）選択することができる。本発明の実施形態においては、望ましい温度設定に達するまで、マイクロプロセッサ２１３は送達される電流を制御して望ましい温度を維持することがある。
【００４７】
次回にマイクロプロセッサ２１３の操作モードが切り換えられると、マイクロプロセッサ２１３は、トライアック２０８及び２０９を「オン」と「オフ」との間でトグリングさせることにより、（ユーザーによって選択されたように）適切な量の電力を送達するように構成されていることがある。上述のように、有効化（又は「オン」）されたトライアック２０８又は２０９は、ＡＣ電流をそれぞれ発熱素子２０３又は２０４を通じてライン２１０から流れることを可能にする。したがって、これに続く長い「オン」期間はより多くのＡＣ電流を流し、ひいてはより多くの電力を送達することを可能にする。反対に、より長い「オフ」期間は、低い電力送達をもたらす。
【００４８】
本発明の実施形態においは、マイクロプロセッサ２１３は位相角制御技術を用いて、「オン」と「オフ」との間のトグリングのパターンを形成することがある。「オン」と「オフ」との間のトグリングにより形成された制御パターンは、発熱素子２０３及び２０４を通じて電圧ライン２０１から流れるＡＣ電流（及び拡張電力による）の位相角を制御する。この種の制御パターンはＡＣ流の波形が「カットされる」かもしれないので、この種の支配パターンはときおり「位相カッティング」と称され、というのはＡＣ電流の波形が「切断」されるためである。波は、ＡＣ波サイクルの部分の間に電流の流れを無効にすることにより切断される。このようにして、波の一部は「切断」される。「オン」及び「オフ」のタイミングパターンは、位相制御された波を形成する。望ましい電力送達のために波を切断する正しい角度を決定するために、マイクロプロセッサ２１３は次式を解く：
（角度）＝ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）
ここでｘは望ましい電力送達である（割合
【数３】
2018007550.tif 000005
として表される）。マイクロプロセッサ２１３は、発熱素子２０３及び２０４へ送達されるＡＣ正弦波を切断する角度を解くようにプログラムされている。本開示は角度を「度」で言及するが、当業者にはあらゆる角度測定が単位「ラジアン」に変換できることが理解されよう。
【００４９】
一例が図３Ａに示され、これはマイクロプロセッサ２１３がＡＣ波を９０°で切断する例を示す。９０°切断は、全ての利用可能な電力の半分（すなわち５０％）を送達する波を導く。図３Ａは、ＡＣ電流の一波サイクルを示す。当業者は全波が正の半分と負の半分を有することを理解するであろう。波サイクルは電流の値がゼロである３０１から始まる。３０１と３０３との間の領域である符号付け３０２は、陰影のついた灰色であり、トライアックが有効ではなく、したがって電流が送達されていないことを示す。９０°位相角を表す３０３において、マイクロプロセッサ２１３はパルス信号を送りトライアックを起動して、かくして発熱素子を通じて流れる電流を可能とする（換言すれば、マイクロプロセッサ２１３は３０３にて電力送達を始める）。３０５において電流はゼロ交差してトライアックはオフへ切り換わる。トライアックは、２７０°位相角を表す３０７までオフのままである。２７０°において、マイクロプロセッサ２１３は再び起動パルスを送り、３０７と３０９との間、すなわち２７０°から３６０°までの９０°位相について電流が流れる。
【００５０】
要するに、図３Ａは、マイクロプロセッサ２１３がそれぞれ９０°位相を表し、組み合わせで１８０°の３０４及び３０８で印付けされた領域へ電力を送達することを示す。各々がまた９０を表し、組み合わせで１８０°の３０２及び３０６で印付けされた影付き領域については電力は送達されない。このように、マイクロプロセッサ２１３は、利用可能な電力の半分、すなわち５０％を送達した。異なる電力の割合を送達するために、マイクロプロセッサ２１３は、半波の初期に起動パルスを送り、より多くの電力を送達するか、半波後半に起動パルスを送り、より少ない電力を送達することがある。如何なる望ましい電力の割合のために、適切な位相角カットは、（角度）=ａｒｃｃｏｓ（２ｘ−１）について解くマイクロプロセッサ２１３により計算し得る。図３Ａの例においては、５０％の電力送達が選択された。したがって、マイクロプロセッサ２１３は計算（位相角）＝ａｒｃｃｏｓ（２*０.５−１）= ９０°を実行する。図３Ｂは図３Ａの「切断」波部分を取り除いて、実際に送達された電力のみを示す。
【００５１】
ここで図３Ｃを参照すると、グラフが与えられており、これは図３Ａ及び図３Ｂに説明した９０°位相カットにより電力システムへ導入された高調波電流を示す。換言すれば、これらのプロットされた高調波電流は、電気グリルが壁面コンセントに接続されて、図３Ａ／図３Ｂに説明された９０°位相カットをなすときに、建物の送電線に導入され得る。このプロットは１１５０Ｗ発熱素子を用いてなされた。高調波の導入は、それが電磁干渉をもたらすので、好ましくない。さらに、例えばＩＥＣ ６１０００−３−２ 電磁気互換性（ＥＭＣ）−ＰａｒＴ３−２のような規格があり、これはデバイスにより壁面コンセントへ導入されるかもしれない高調波電流のレベルを制限する。高調波電流制限は、図３Ｃのグラフの中に線分としてプロットされている。図３Ｃから明白であるように、９０°位相カットにより導入された高調波電流（点としてプロットされている）は高調波制限（線分としてプロットされている）を越える。換言すれば、図３Ｃにおけるグラフは、点（ＲＭＳ電流を表す）が高調波制限をマークする線より高いことを示す。これは、図３Ａ／３Ｂの波形には高調波電流があって、ＩＥＣ規格を満たさないことを意味する。例えば、点３１０におけるＲＭＳ電流は、高調波制限３１１を越える（すなわち、上方にある）高調波電流の一つの例である。
【００５２】
したがって、本発明の実施形態は、大きさを低減させた高調波電流を誘発する波カットを用いている電気的負荷へ電力を送達するように特に構成されるマイクロプロセッサ２１３を含む。第１の問題として、出願人の試験は、全波サイクル「オン」又は全波サイクル「オフ」の直後に波カットが続くとき高調波電流の大きさが低減されることを示した。出願人の試験の結果は図４及び図５に示される。特に、図４Ａは、図３Ａにおけるのと同様な９０°カットを有する第１の波サイクルを示すが、完全に「オン」の後続の第２の波サイクル（４０９と４１０との間）が続く。同様に、図５Ａは図３Ａにおけるのと同様な９０°カットを有する第１の波サイクルを示し、さらに、完全に「オフ」の第２の全波サイクル（５０９と５１０との間）が後に続く。明瞭化のために、図４Ｂ及び図５Ｂは波の「カット」部分を伴わずに、同様なそれぞれのパターンを示す。図４Ｃ及び図５Ｃに示される出願人の試験は、９０°カットは、後続の全「オン」又は全「オフ」波サイクルが続くとき、僅かな高調波を誘導することを示す。これらの結果は図４Ｃ及び図５Ｃに見ることができ、そこでプロットされた高調波電流（点）は、いまやＩＥＣ規格（線分としてプロットされる）の高調波制限の下にあって、図３Ｃにプロットされた高調波電流よりも顕著に低い。例として、図４Ｃは、例示的なＲＭＳ電流点４１０を示し、これは高調波制限４１１の下にある。同様なことが図５Ｃに適用され、ここでは例示的な電流点５１０が５１１の高調波制限の下にある。
【００５３】
したがって、本発明の実施形態は、カット波に全「オン」又は全「オフ」波の何れかかが続くように特に構成されたマイクロプロセッサ２１３を含む。さらに、マイクロプロセッサ２１３は、高調波電流を低減させるパターンで電流を引き出しつつ、２つの独立した発熱素子２０３，２０４の間で引き出された電流を分割するように依然として管理するように特に構成することができる。換言すれば、マイクロプロセッサ２１３は、両方の独立した発熱素子２０３、２０４の電力の必要条件を満たしつつ、電気グリル１１０へ導かれる全体的な電流のパターンを管理しなければならない。電気グリル１１０へ導かれる全体的な電流のパターンは、電気グリル１１０の総全出力アレイと称されることがある。電気グリル１１０の総出力アレイは、第１の発熱素子２０３の電力力アレイに第２の発熱素子２０４の出力アレイを加えた合計である。例示的な出力アレイは、４つのセルであることがあり、各々のセルは波形で送達される電力の割合を表す値
【数４】
2018007550.tif 000006
【００５４】
を包含する。このように、例示的な出力アレイは、４つの波のパターンを表すことがある。電気グリル１１０により引き出される総電力（又は、電流）が発熱素子で引き出される電力（電流）の合計であることが理解されよう。発熱素子２０３、２０４に送達される波形パターンは、４つのセル化された出力アレイとして同様に表現し得る。第１の発熱素子の出力アレイと第２の発熱素子の出力アレイの合計は、電気グリル総出力アレイに等しい。同じことは、電気グリル１１０で多くの発熱素子について有効である。電気グリル１１０の高調波電流は、総出力アレイに表された電気グリル１００により描かれた波のパターンに依存する。高調波電流を低減するために、電気グリル１１０の総出力アレイは、各々の「カット」波に全「オン」又は全「オフ」サイクルが続くパターンを表さねばならない。
【００５５】
図６は、僅かな高調波を導入しながら２つの発熱素子を 制御するためのマイクロプロセッサ２１３の例示的な形態を示すフローチャートである。一般的に言って、マイクロプロセッサ２１３は、各々の発熱素子２０３、２０４へ送達する出力アレイを計算する。出力アレイは、２つの発熱素子２０３、２０４の各々についてのユーザー電力設定並びに熱電対２２１及び２２２からのフィードバックに依存する。この例では、各々の出力アレイは４つのセル（但し、他の数のセルが使われることもある）からなり、各々のセルは
【数５】
2018007550.tif 000007
の間の範囲の数を包含する。４つのセルの各々は波サイクルを表し、セルの数はその波サイクルの期間中に送達された電力の割合を示す。例として、「１ | ０ | １ | ０」のアレイは、一方の「オン」波、一方の「オフ」波、他方の「オン」波、及び他方の「オフ」波を表す。マイクロプロセッサ２１３は、トライアックドライバ２１１及び２１２を上述の方式でトグリングすることにより、２つの計算された出力アレイからの波形を２つの発熱素子２０３、２０４へ送達する。
【００５６】
より詳しくは図６を参照すると、マイクロプロセッサ２１３は第１及び第２のユーザー入力デバイス、例えば左ノブ１０１及び右ノブ１０２と通信する。第１及び第２のユーザー入力デバイスは、２つの発熱素子２０３、２０４の各々のために出力レベルを伝える。望ましい出力レベルは、ステップ６０１及び６０２においてマイクロプロセッサ２１３により総出力の割合に換算することができる。マイクロプロセッサ２１３は、ステップ６０４において、総出力６０３が５０％以上か否かを判定する。
【００５７】
ユーザーが選択した総出力が５０％未満の６０５において、マイクロプロセッサ２１３は第１の出力アレイのセルの充填（又は「割り当て」）を開始する。図７は、マイクロプロセッサ２１３が出力アレイの充填又は割り当てを実行するように構成されたステップを示す。図７に明らかなように、マイクロプロセッサ２１３の計算は総出力がユーザーにより要請された７０１で開始される。（これは６０３で決定されたように、右発熱素子のために要請された出力と左発熱素子により要請された出力の合計である）。要請された総出力割合は、ステップ７０２において８倍（それぞれ２アレイ×４セルがあるため）される。ステップ７０２の値は、ここに表記法［７０２］を使用することを参照して、７０３で出力アレイを割り当て  するのに用いられる。７０２の値が２.０以下であるならば、７０２の値は第１と第３とのアレイ素子の間に均一に配分されて、“(［７０２］／２) | ０ | (［７０２］／２) | ０”に達する。これは、ステップ７０４に見られる。７０２の値が２.０より大きいならば、第１及び第３アレイ要素には「１」が充填され、残り（２を７０２の値から引く）は第２と第４とのセルの間に均一に配分される。これは７０５に見られる。この技術を使用して、高調波電流の大きさを低減するために、出力アレイはカット波に続く全「オン」波又は全「オフ」波を持たせるように構築される。さらに、以下でさらに詳細に説明するように、出力アレイの交互のパターンはフリッカを低減させる。ここで図６に戻ると、ステップ６０６において、第２の出力アレイは４つのゼロで充填される：“０｜０｜０｜０”。
【００５８】
再び図６を参照すると、総出力６０３が５０％以上であるならば、ステップ（６０７）において、マイクロプロセッサ２１３は第１出力アレイを全て１の（“１｜１｜１｜１”）により充填する。次いでマイクロプロセッサ２１３は７０６及び７０７の状態を用いて第２の出力アレイを割り当て  する。ユーザーが５０％よりも多く又はそれ未満の出力を要請したか否かに関わらず、２つの出力アレイの一方が交互のパターン“Ａ｜Ｂ｜Ａ｜Ｂ”を有し、一方、他方のアレイはパターン“Ｃ｜Ｃ｜Ｃ｜Ｃ”を有し、ここでＣ＝０又は１である。一旦第１及び第２の出力アレイが割り当て  されたならば、それらは発熱素子２０３及び２０４へ送達される。
【００５９】
電力は、４つのセル出力アレイにおける値に基づいて、マイクロプロセッサ２１３によりトライアック・ドライバへ送達される。上述したように、各々のセルは１つの全波サイクルを表し、セルの数値はその波サイクルで送達する電力の割合を表す。同じく上記で説明したように、本発明の実施形態は電力を制御するために位相カット技術を用いる事がある。このように、ステップ６０９において、マイクロプロセッサ２１３は、出力アレイにおけるセルにより表された電力を達成するために、そこで波を「カット」する位相角を計算するように構成される。マイクロプロセッサ２１３は次式を解くように構成される。
【００６０】
（角度）＝ａｒｃｃｏｓ（２＊電力−１）
【００６１】
ここで「電力」とは出力アレイのセルにおける数によって表された電力である。マイクロプロセッサ２１３は、この角度を用いて、セルの数の値に対応する電力を有する波サイクルを送達する。この計算は各々の出力アレイにおける各々のセルについて繰り返すことができる。各々の出力アレイの各々のセルは、対応する位相角６１０及び６１１に変換し得る。対応する位相角アレイは、出力割合ではなく、位相角を包含し、出力アレイに同じフォーマットで記憶し得る。
【００６２】
ステップ６１４において、マイクロプロセッサ２１３は、そのタイミングをライン２０１におけるＡＣ電流の位相角に同期させることができる。上述のように、マイクロプロセッサ２１３は、ＡＣ電流がゼロ交差検出ユニット２１０からのゼロを交差するたびに、ゼロ交差検出２１０からゼロ交差を受け取る。ゼロ交差信号はかくしてＡＣ波のマイクロプロセッサ２１３のタイミング（ひいては拡張により、角度）を同期させることができる。例えば、当業者はＡＣ電流の波は時間における示された点において以下の角度を有することを認識するであろう。
【００６３】
【表１】
2018007550.tif 000008
【００６４】
この情報を用いると、マイクロプロセッサ２１３は内蔵タイミング機構、例えばクロック信号発生器又は任意の他の適切な機構を用いて、適切な「カット」のために必要とされる角度に対応する例において「オン」すなわち「有効化」パルスを送る。例えば、表１は、ゼロ交差の後にトライアックを０．００４１６６６６７秒起動することにより９０度カットをなせることを示す。マイクロプロセッサ２１３は、適切な時点でトライアックを有効にするために、クロック信号を使用し得る。この開示を読んでいる当業者は、任意の望ましい「カット」についてのタイミングを如何に計算するかを理解するであろう。
【００６５】
ここでステップ６１２及び６１３を参照すると、第１の出力アレイは第１のトライアックドライバ２１１へ送達され、第２の出力アレイはＴ１と等しい期間に亘って第２のトライアックドライバ２１２へ送達される。この電力送達は、第１の期間Ｔ１に亘って連続的に繰り返され、その後、マイクロプロセッサ２１３は第１の出力アレイを第２のトライアックドライバ２１１へ送達し、第２の期間Ｔ２に亘って第２の出力アレイを第１のトライアックドライバ２１２へ繰り返し送達する。Ｔ１の後、送達は「フリップ」されて、第１のトライアックドライバ２１１は第２の出力アレイをＴ２の継続期間に亘って受ける。第１と第２の出力アレイは、一緒に合計されると、電気グリル１１０の総出力アレイに等しく、このように、定義上、第１及び第２の出力アレイは常に同時に送達されねばならない。
【００６６】
ここで説明は、６１５及び６１６における期間Ｔ１及びＴ２の計算についてなす。期間Ｔ１及びＴ２の目的は「分割」若しくは比例配分されることであり、総出力が各発熱素子のために独立して選択された出力によって２つの発熱素子（又は任意の他の電気的負荷）の間で電気グリル（又は本発明の実施形態を用いた任意の他のデバイス）により導かれる。ステップ６０５乃至６０８で形成された出力アレイは、全体として電気グリルのために許容可能な波パターンを形成する。出力アレイの合計は、は電気グリル１１０の総出力アレイであり、各々のカット波に続いて全「オン」又は全「オフ」波を有して、高調波電流の大きさを低減する。それぞれの発熱素子２０３、２０４への各々の出力アレイの送達時間を計算することがさらに必要である。
【００６７】
期間Ｔ１は第１の発熱素子２０３についての出力設定を採ることにより計算され、これは選択された総出力によって除される６０３。次いで、この比は出力送達位相により乗算され、これは、この例では２秒であるが、変動することがある。Ｔ１及びＴ２は、総要請出力に対する所定の発熱素子の出力設定の単純な比である。計算は、以下の式によって要約することができる。
【００６８】
Ｔ１ = ２秒*（第１の発熱素子のための出力選択）／（（第１の発熱素子のための出力選択））＋（第２の発熱素子のための出力選択）。
【００６９】
同様に、Ｔ２は同じ計算であり、この時間は第２の発熱素子２０４ついて、
Ｔ２ = ２秒*（第２の発熱素子のための出力選択）／（（第１の発熱素子のための出力選択）＋（第２の発熱素子のための出力選択））。
【００７０】
図８は、２秒の出力送達相に亘る第１及び第２の出力アレイの第１及び第２のトライアックドライバへの第１及び第２の出力アレイのマイクロプロセッサ２１３の電力送達をまとめる：第１のトライアックドライバ２１１（及び第１の発熱素子２０３の拡張により）は、時間Ｔ１について第１の出力アレイによって表される波を受け取る。次いで、時間Ｔ２について第２の出力アレイのセルにより表された波を受け取る。逆に、第２のトライアックドライバ２１２（及び第２の発熱素子２０４の拡張により）期間Ｔ１中に第２の出力アレイのセルによって表される波を受け取り、次いで、期間Ｔ２中に第１の出力アレイのセルによって表される波を受け取る。
【００７１】
本発明の実施形態は、２つよりも多くの負荷へ独立して電力を送達するために拡大し得る。デジタル電源が荷の「ｎ」個の負荷を独立して制御する実施形態においては、ｎ個の出力アレイが必要とされる。さらに、６０４における決定は、総出力を１００％／ｎと比較する。図７の出力アレイを充填する技術は、八（８）を乗算するのではないが、適用可能のままであり、ステップ７０２を（ｎ＊４）により乗算することが必要である。さらに、ステップ６１５及び６１６において、ｎ期間が必要とされる。図９は、ｎ期間に亘って送達されるｎ出力アレイのタイミングを示す。独立した制御を伴わない複数のヒーターによる実施形態もこの開示によって意図されていることを了承されたい。
【００７２】
本発明は、２つの発熱素子を独立に制御して、可変出力を与えつつ、低減された高調波電流及びフリッカを与えるための方法も提供する。本発明の実施形態において、ユーザーは、例えばノブ１０１及び１０２を調節することにより、電気グリル１１０を起動して、第１及び第２の出力レベルを選択する。電気グリル１１０を起動することによって、ユーザーはマイクロプロセッサ２１３を制御して、一つ以上の発熱素子の制御の利点のために以下のステップを実行する。或る実施形態は任意の数のノブ若しくは他のユーザー入力を含み得ることを理解されたい。電気グリル１１０を起動することにより、ユーザーはマイクロプロセッサ２１３をオンにする。マイクロプロセッサ２１３はユーザーの選択した出力設定を受け取って、上述した計算を実行して、位相制御された波形を発熱素子２０３及び２０４へ送達する制御パターンでトライアックドライバ２１１及び２１２を起動する。
【００７３】
本発明の実施形態において、マイクロプロセッサ２１３は、２つの出力アレイ６０５−６０８を割り当てすることによって適切に位相制御された波形を計算するステップを実行する。各々の出力アレイは、４つのセルを有することがある。各々のセルは数「ｎ」を包含し、ここで
【数６】
2018007550.tif 000009
である。
【００７４】
数「ｎ」は、出力の「ｎ」パーセントを有する波形を表す。この波は、「過剰な」出力を排除するためにカットされる。マイクロプロセッサ２１３は、全ての発熱素子２０３、２０４により要請される総出力を計算することによって、出力アレイを充填するステップを実行し、これは、比較された全体的な利用可能な出力（十進法で）としての選択された出力の割合として表現し得る。
【００７５】
ユーザーにより要請された総出力（すなわち全ての発熱素子のため総要請出力）が全体的な利用可能な出力の５０％未満であるならば、マイクロプロセッサ２１３は第１の出力アレイ（６０５）を充填するステップを実行する。出力アレイは、総出力数を電力配の４つのセルに分布させることによって割り当てられる  。６０６において、マイクロプロセッサ２１３は、第２の出力アレイへ全てゼロを充填する（すなわち「００００」）ステップを実行する。ユーザーによって要請された総出力が全体的な出力の５０％以上であるならば、マイクロプロセッサ２１３は第１の出力アレイを１で充填する（すなわち「１ | １ | １ | １」）ステップを実行し、第２の出力アレイは図７のステップにしたがって充填される（総出力５０％、すなわち［７０２］マイナス４）。
【００７６】
一旦第１及び第２の出力アレイが計算されるならば、マイクロプロセッサ２１３は各々の出力アレイのセルに対応する波形を送達する。特に、各々のセルの値は、１波サイクルで送達される出力の割合を表す。出力の任意の所定の割合を有する波を送達するために、マイクロプロセッサ２１３は位相角＝ａｒｃｃｏｓ（２＊ｘ−１）を計算し、ここでｘは任意の所定のセルに記述された出力の割合である。マイクロプロセッサ２１３は、計算された角度を用いて、計算された位相角に対応する時間点においてトライアックドライバ２１１又は２１２へ「オン」信号を送達する。マイクロプロセッサ２１３は、ゼロ交差信号及び上述の表１を用いて正しいタイミングを決定することができる。マイクロプロセッサ２１３は、時間Ｔ１について、第１の出力アレイを第１のトライアックドライバ２１１へ、第２の出力アレイを第２のトライアックドライバ２１２へ繰り返し送達する。
【００７７】
Ｔ１が経過した後、マイクロプロセッサ２１３は期間Ｔ２についての第１及び第２の出力アレイを「フリップ」する。換言すれば、図８に見られるように、Ｔ１が終了した後、Ｔ２が開始し、第１の出力アレイが第２のトライアックドライバ２１２へ送達され、第２の出力アレイが第１のトライアックドライバ２１１へ送達される。
【００７８】
マイクロプロセッサ２１３は以下のようにＴ１及びＴ２を計算するステップを実行する。
【００７９】
Ｔ１ = ２秒*（第１のヒーター総出力／組み合わせヒーター総出力）
Ｔ２ = ２秒*（第２のヒーター総出力／組み合わせヒーター総出力）
数学的に、これはＴ１＋Ｔ２＝２秒の出力送達相に従う。
【００８０】
このように、出力アレイは、２秒の組み合わせ送達相について送達される。より長いかより短い出力送達相を使用し得ることが意図されている。２秒後に、マイクロプロセッサ２１３は出力アレイを再計算する場合がある。出力アレイを再計算することによって、マイクロプロセッサ２１３はユーザー設定の変更を考慮するか、又は、発熱素子の温度を上げることから温度を維持することへ切り換える。
【００８１】
上述の装置及び方法へ適用される操作例が与えられる。例えば、ユーザーは第１と第２の発熱素子２０３と２０４とのために異なる出力レベルでグリル１１０を使いたいことがあり、例えば、マイクロプロセッサ２１３は第１の発熱素子２０３にその最大出力の１７.５％を持たせ、第２の発熱素子２０４にその最大出力の僅か５％を持たせるように決定することがある。ここに説明される実施形態にしたがって、マイクロプロセッサ２１３は、それぞれ、１７.５％と５％の出力を供給しつつ、電気グリルによりＡＣ壁面コンセントに導入される高調波電流を低減するパターンで出力を導くように構成される。
【００８２】
この例では、第１及び第２の出力アレイは、以下のように計算される。第１及び第２の選択された出力レベルは、総選択出力に到達するように結合される。１７.５％ + ５％ = ２２.５％又は０.２２５（６０３を参照）。これが５０％未満であるので、マイクロプロセッサ２１３はステップ６０５を進める。ここに説明された技術を用いて、マイクロプロセッサ２１３は、八（８）を乗算して０.２２５ * ８ = １.８に到達する。次に、マイクロプロセッサ２１３は第１の出力アレイに値１.８を充填する。特に、第１のセル及び第３のセルは、（１．８）／２＝０．９の値を受け取る。第２及び第４のセルは、「０」のままである。このように、第１の出力アレイは“０.９ | ０ | ０.９ | ０”であり、第２の出力アレイは“０ | ０ | ０ | ０”である。
【００８３】
期間時間Ｔ１について、第１の出力アレイは第１のトライアックドライバ２１１へ送達され、第２の出力アレイは第２のトライアックドライバ２１２へ同時に送達される。第１及び第２の出力アレイの送達において、マイクロプロセッサ２１３は、波のカットに対応する時間において「オン」信号をそれぞれのトライアックドライバ２１１及び／又は２１２へ送る。例えば、第１の出力アレイの第１のセルは９０％出力波（すなわち０．９）が送達されることを指示する。９０％出力波はａｒｃｃｏｓ（２＊９−１）＝３６．８６°の「カット」角を必要とする。マイクロプロセッサ２１３は、３６．８６°においてトライアックドライバ２１１を「オン」に切り換えることにより９０％出力波を送達する。表１の値と同様に、３６．８６°カットはゼロ交差の後の０．００１７秒に出力を送達することによりなされる。続いて、第２のセルは、０％を有する「オフ」波が送達されることを指示する。第３の波は第１の波と同じであり、すなわち、３６．８６°におけるカットであり、第４の波は第２の波と同じであり、すなわち「オフ」である。第２の出力アレイはこの例では“０｜０｜０｜０”であり、したがって第２のトライアックドライバ２１２は未だ起動されていない。
【００８４】
この送達パターンは、６１２及び６１３に説明されたように期間Ｔ１に亘って連続される。ここでＴ１は、Ｔ１＝２秒＊（第１ヒーター総出力／組み合わせ総出力）＝２＊（０．１７５／０．２２５）＝２＊０．７８＝１．５６秒として計算される。同様にＴ２＝２＊（０．０５／０．２２５）＝０．４４秒である。この例においては、Ｔ１＝１．５６秒に亘って、第１の出力アレイ（“０．９｜０｜０．９｜０”）は第１の発熱素子２０３へ送達され、第２の出力アレイ（“０｜０｜０｜０”）は第２の発熱素子２０４へ送達される。１．５６秒の後、マイクロプロセッサ２１３は、０．４４秒の期間について第１及び第２の出力アレイの送達を「フリップ」する。組み合わせた２秒が経過した後に、マイクロプロセッサ２１３はその時間点において必要な出力に応じて第１及び第２の出力アレイを再充填することにより開始し得る。
【００８５】
マイクロプロセッサ２１３が、ここに記載されたステップ及び構成を実行することに関連した読み取り及び／又は書き込みのために、その内蔵又は外部のメモリ１０００を含み得ることが理解されよう。さらに、マイクロプロセッサ２１３は内蔵又は外部クロック信号を有することがあり、これは「オン」信号をトライアックへ送る時間に用いることができる。クロック信号は、オンボード・クロック信号発生器１００１により、又は外部クロックにより生成し得る。図１０は、マイクロプロセッサ２１３への入力及び出力を示す例示的な概略図である。例は、左右のノブ１０１、１０２とディスプレイ１０３を含む。さらなる例は、熱電対２２１、２２２と、トライアックドライバ２０８及び２０９との通信を含む。入力信号１００２がゼロ交差ユニット２１０から始まるように、メモリ１０００とクロック１００１も示されている。
【００８６】
ここに記載されたデバイス及び方法の実施形態のさらなる利益は、デジタル電源２００により壁面コンセントにもたらされるフリッカの低減である。フリッカは、特定の頻度で、コンセントへ接続している明りがフリックするか、暗くなる原因になるので好ましくない。図１１は、ＩＥＣ６１０００−３−３  電磁気互換性（ＥＭＣ）−Ｐａｒｔ３−３（電圧変動及びフリッカ）のフリッカ制限を示す。フリッカは電圧における％変化で測定される。
【００８７】
本発明の実施形態は、単独の出力送達相内の波カットからもたらされる電圧変化に基づく壁面コンセントへのフリッカレベルを低減することができる。当業者は、フリッカは通常はデバイスの「定常状態」の間に測定されることを認識するであろう。
【００８８】
単独の出力送達相における電圧変化がフリッカ規則に従う。１１０１に見られるように（及び規則にさらに記述される）、ＩＥＣ ６１０００-３-３条件の最後のデータ・ポイントは１分につき２８７５電圧変化で生じる。これは、２３.９６Ｈｚのサイクリング周波数と同等である。換言すれば、２３．９６Ｈｚより高い周波数で起きる電圧変化は、それが人間の知覚を越えているので、フリッカ条件がない。ここに開示されたデバイスと方法の実施形態は、電気グリル１１０が波カットと全「オン」又は全「オフ」波との間で交番する波パターンを形成する。このパターンの後、電気グリル１１０は、５０Ｈｚ  ＡＣで１秒につき２５電圧変化（２５Ｈｚ）及び６０Ｈｚ  ＡＣで１秒につき３０電圧変化（３０Ｈｚ）を形成する。この２５Ｈｚ及び３０Ｈｚサイクリング周波数は規格の最後のデータ点の２３．９６Ｈｚを上回るのでフリッカ条件を満たす。
【００８９】
本発明のさらなる利点は多重出力アレイへの出力分割及びそれらの多重発熱素子への送達から得られる。図６及び図７に記載された技術を用いて、出力アレイの１つは、常に“０ | ０ | ０ | ０”又は“１ | １ | １| １”である。これは、発熱素子２０３又は２０４の一方のみが「カット」波を任意の所定の時間に受け取ることができることを確実にする。その結果、電気グリル１１０の使用した電流（又は出力）は、最大限の半分(１/２)より大きい出力によって、決して下降することはない。例を挙げるために、電気グリル１１０により導かれた組み合わせ２３００ワットについて、２つの発熱素子２０３及び２０４がそれぞれ１１５０ワットを導くならば、１つの発熱素子２０３又は２０４において９０°でさえ１１５０ワットの最大出力下降をもたらすであろう。これは、高調波電流の大きさを低減するのを助ける。
【００９０】
開示されたデジタル電源及び出力送達のための方法は、電気グリルの回路に選択的に実装し得る。図２は、電気グリルに回路を提供するために保護回路２００に選択的に追加できるさらなる構成要素を示す。例えば、ライン２０１及びニュートラル２０２は、逓降変圧器２１５へ接続することができ、これにはゼロ交差検出ユニット２１０が接続されている。逓降変圧器２１５は低減された２次電圧を供給するので、ゼロ交差検出ユニット２１０は、ライン２０１とニュートラル２０２との間で、高電圧を露呈させることなく、ゼロ交差を検出することができる。
【００９１】
さらに選択的な実施形態は、全波整流器２１６を含み、これは漏電検出ユニット２１７へ給電し、これは次いで、電気機械的ラッチ２０６又は２０７を外すトリップコントローラ２１８と通信する。漏電検出ユニット２１７はライン２０１とニュートラル２０２との間の信号不均衡を受けて、ラッチが外れて有害な電流状況を防止する。
【００９２】
さらなる選択的な実施形態は、ウォッチドッグモニター２２０を含み、これはマイクロプロセッサ２１３の操作を監視し、マイクロプロセッサ２１３の故障の際にトライアックドライバ２１１及び２１２を無効化する。また、マイクロプロセッサ２１３を駆動するのに使用し得るＡＣ／ＤＣ出力変換器２１４と、発熱素子２０３及び２０４へと流れている電流を監視するのに用いられる電流センサ、例えばホール効果センサ２１９が設けられている。
【００９３】
上述した理由で、本発明の或る実施形態は、発熱素子の寿命を延ばすためにデジタル電源を提供することがあり、フリッカ条件を満たし、また高調波条件を満たす。これらの利益は、ここに記載されたデバイスと方法を使用して達成し得る。例えば、２秒の出力送達相を用いることは、発熱素子がそれまでに完全に拡大するか完全に収縮することを防ぐ。発熱素子を完全に拡大するか収縮させる長い出力送達相は、発熱素子の寿命に非常に有害である。ＡＣ流に従い２５−３０Ｈｚのサイクリング周波数を持つ交互の波パターンを記述するトータルパワーアレイをつくることによって、フリッカ条件は、ＡＣ電流に依存する２５−３０Ｈｚのサイクリング周波数を有する交番波パターンを記述する総出力アレイを形成することにより満たされる。さらに、本発明のデバイス及び方法を用いて形成し得る総出力アレイは、全「オン」又は全「オフ」波を有するカット波毎に続き、高調波電流を低減する。高調波電流は電気グリル１１０の組み合わせ負荷を２つ以上の素子に分割することによっても低減される。
【００９４】
上述の説明は、本発明を規定する以下の請求項で使用される語の意味又は要旨を限定することを目的とするものではない。むしろ、説明と実施形態は、様々な実施形態を理解することを支援するために提供されている。構造、機能、又は結果の将来的な変更例が存在し、これは実質的な変更ではなく、それらの僅かな変形例は請求項により包含されるように意図された請求項の範囲内であることが意図されている。したがって、本発明の好ましい実施形態が例示されて説明されている一方、当業者には幾多の変形例及び変更例が請求された発明を逸脱しない範囲でなされることができることが理解されるであろう。さらに、用語「請求された発明」又は「本発明」は本明細書ではときおり単数形で使用されているが、説明して請求したように複数の発明があることが理解されよう。
【００９５】
本発明の様々な特徴は、以下の特許請求の範囲に記載されている。
【図１Ａ】
2018007550.tif 000011
【図１Ｂ】
2018007550.tif 000012
【図２】
2018007550.tif 000013
【図３Ａ】
2018007550.tif 000014
【図３Ｂ】
2018007550.tif 000015
【図３Ｃ】
2018007550.tif 000016
【図４Ａ】
2018007550.tif 000017
【図４Ｂ】
2018007550.tif 000018
【図４Ｃ】
2018007550.tif 000019
【図５Ａ】
2018007550.tif 000020
【図５Ｂ】
2018007550.tif 000021
【図５Ｃ】
2018007550.tif 000022
【図６】
2018007550.tif 000023
【図７】
2018007550.tif 000024
【図８】
2018007550.tif 000025
【図９】
2018007550.tif 000026
【図１０】
2018007550.tif 000027
【図１１】
2018007550.tif 000028
【外国語明細書】
2018007550000001.pdf