降低控制RF施加以用于烹饪的可间歇操作芯片组上的热应力的功率控制解决方案的制作方法

降低控制rf施加以用于烹饪的可间歇操作芯片组上的热应力的功率控制解决方案
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2018年12月6日提交的美国临时申请号62/776,097和于2019年12月6日提交的美国非临时申请号16/705,857的优先权，这些美国申请的全部内容通过援引并入本文。
技术领域
3.示例实施例总体上涉及烤箱，并且更具体地涉及一种使用由固态电子部件提供的射频(rf)加热的烤箱以及用于保护烤箱部件的解决方案。


背景技术：

4.能够使用多于一种加热源(例如，对流、蒸汽、微波等)进行烹饪的组合烤箱已经使用了数十年。每种烹饪源都有其自己独特的特征集。因此，组合烤箱通常可以利用每种不同烹饪源的优点来尝试提供在时间和/或质量方面得到改进的烹饪过程。最近，已经引入了具有关于烹饪食物而改进的能力的烤箱，其利用可控rf能量和对流能量的组合。与通常在微波烹饪中发生的相对不加选择的食品轰击不同，可控rf能量的使用可以实现对烹饪过程的更精细的控制。对烹饪过程的这种精细控制可以在大大缩短的时间段内带来出色的效果。
5.当然，数十年来，rf应用在其他技术领域也得到了迅速发展。因此，随着这一新技术领域的发展，将在其他技术领域中使用的课程以及各种部件和组件应用于rf烹饪领域也就不足为奇了。然而，其他rf应用中久经考验的部件(尤其是与功率放大器电子部件有关的部件)的使用会导致此类部件的故障数量惊人。在这方面，例如，在其他应用中几乎连续地以高功率采用的功率放大器电子部件在被转移到对其性能的要求看似降低的烤箱环境中时出乎意料地出现故障。
6.经调查，对于这些通常强健的部件为何在原本看似比它们在正常情况下所面临的操作环境不那么具有挑战性的情况下出现故障的谜团的解决方案似乎很简单。然而，如下面将更详细讨论的那样，看似简单的解决方案并非所期望的万能药。因此，示例实施例采用替代方法来减小功率放大器电子器件内的部件上的热应力。


技术实现要素：

7.在示例实施例中，提供了一种烤箱。烤箱可以包括：烹饪室，该烹饪室被配置为接收食品；以及rf加热系统，该rf加热系统被配置为使用固态电子部件将rf能量提供到烹饪室中。固态电子部件包括功率放大器电子器件和被配置为控制功率放大器电子器件的操作的控制电子器件。功率放大器电子器件可以被配置为经由发射器组件将信号提供到烹饪室中，该发射器组件经由波导组件可操作地联接到烹饪室。功率放大器电子器件可以被配置为至少部分地基于学习程序来控制根据烹饪食谱将rf能量施加到烹饪室中，当执行学习程序时，学习程序产生在高功率与低功率之间的功率循环。控制电子器件可以被配置为采用
热应力缓和技术来控制与功率循环相关联的功率放大器电子器件上的热应力。
8.在另一示例实施例中，可以提供一种控制电子器件，该控制电子器件用于控制与使用固态电子部件产生的rf能量的施加相关联的功率放大器电子器件。功率放大器电子器件可以被配置为至少部分地基于学习程序来控制根据烹饪食谱在烤箱中施加rf能量，当执行学习程序时，学习程序产生在高功率与低功率之间的功率循环。控制电子器件可以包括处理电路系统，该处理电路系统被配置为采用热应力缓和技术来控制与功率循环相关联的功率放大器电子器件上的热应力。
附图说明
9.在已经如此概括地描述了本发明之后，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且在附图中：
10.图1展示了根据示例实施例的能够采用至少两种能量源的烤箱的立体图；
11.图2展示了根据示例实施例的图1的烤箱的功能框图；
12.图3示出了根据示例实施例的从自烤箱正面穿过其背面的平面的烤箱的横截面视图；
13.图4是根据示例实施例的烤箱的阁楼区域的俯视图；
14.图5是根据示例实施例的用于提供用于控制烤箱中施加rf的电子电路系统的控制电子器件的框图；
15.图6展示了根据示例实施例的与功率循环烤箱相关联的功率与时间的曲线图；
16.图7是根据示例实施例的被配置为采用热应力缓和技术的烤箱的控制电子器件的功率与时间的曲线图；
17.图8是功率与时间的曲线图，其展示了根据示例实施例的与热应力缓和技术的另一示例相关的结果；以及
18.图9展示了根据示例实施例的图6至图8的各种功率与时间的曲线图的温度与时间的曲线图。
具体实施方式
19.现在将在下文中参考附图对一些示例实施例进行更全面的描述，在附图中示出了一些但不是全部示例实施例。实际上，本文描述和描绘的示例不应被解释为对本公开内容的范围、适用性或配置进行限制。相反，提供这些示例实施例以使得本公开内容将满足适用的法律要求。相似的附图标记在所有附图中指代相似的元件。此外，如本文中所使用的，术语“或”将被解释为逻辑运算符，只要其操作数中的一个或多个为真，结果即为真。如本文中所使用的，可操作地联接应被理解为涉及直接连接或间接连接，该直接连接或间接连接在各自的情况下都能实现彼此可操作联接的部件的功能互连。
20.一些示例实施例可以改善烤箱的烹饪性能和/或可以改善采用示例实施例的个人的操作者体验。在这方面，基于在控制电子器件的指令下对rf能量的施加，烤箱可以相对快速且均匀地烹饪食物，该控制电子器件被配置为采用保护策略和结构以防止对本文描述的控制电子器件造成损坏。
21.如上所述，在涉及rf功率放大器的其他技术领域中几乎连续以高功率采用的功率
放大器电子器件部件在烤箱环境中出乎意料地出现故障。这是令人惊讶的，因为由于烤箱在高功率与低功率之间循环(如将在下面进行更详细的讨论)这一事实，烤箱环境并不需要这些部件进行连续操作。然而，经进一步调查，确定将高功率rf部分与微波晶体管联接的连接线是故障的主要根源，而这些微波晶体管是功率放大器电子器件内部的阻抗匹配网络的一部分。解决此问题的初始想法是增大连接线的尺寸以及它们可操作联接的部件在着陆焊盘处的键合，以使其相对于与由烤箱在高功率与低功率之间循环引起的热应力相关联的功率摆动的耐受性更强健。然而，这种直观的解决方案也是无效的，因为较大的尺寸实际上会在操作频率处引起谐振频率，从而导致功率循环应用中的热应力增大。因此，将需要另一种解决方案。在这方面，一些示例实施例可以采用用于限制温度摆动的策略来开发用于功率控制电子器件的温度包络控制。在一些情况下，可以经由功率包络控制和/或将直流(dc)偏置电流设置为使rf功率放大器的温度变化最小化的水平来建立温度包络控制。下面将参考图6至图9来讨论描述这些解决方案的一些示例。然而，首先将参考图1至图5来讨论产生该问题的环境背景的进一步描述。
22.图1展示了根据示例实施例的烤箱100的立体图。如图1所示，烤箱100可以包括烹饪室102，可以将食品放置在该烹饪室中以通过烤箱100可以采用的至少两种能量源中的任何一种来施加热。烹饪室102可以包括门104和接口面板106，当门104关闭时，该接口面板可以位于门104附近。门104经由手柄105可以是可操作的，该手柄可以平行于地面延伸越过烤箱100的前面。在一些情况下，在替代实施例中，接口面板106可以基本上位于门104上方(如图1所示)或位于门104旁边。在示例实施例中，接口面板106可以包括触摸屏显示器，该触摸屏显示器能够向操作者提供视觉指示并且进一步能够接收来自操作者的触摸输入。接口面板106可以是通过其而将指令提供给操作者的机构，并且是通过其而将关于烹饪过程状态、选项等的反馈提供给操作者的机构。
23.在一些实施例中，烤箱100可以包括多个托架，或者可以包括托架(或盘)支撑件108或引导槽，以便于盛放要烹饪的食品的一个或多个托架110或盘的插入。在示例实施例中，空气输送孔口112可以被定位成靠近托架支撑件108(例如，在一个实施例中，刚好低于托架支撑件的水平)，以使得加热的空气能够经由加热空气循环风扇(图1中未示出)被迫进入烹饪室102中。加热空气循环风扇可以经由布置在烹饪室102的背壁或后壁(即，与门104相对的壁)处的室流出端口120从烹饪室102吸入空气。空气可以经由空气输送孔口112从室流出端口120循环回到烹饪室102中。在经由室流出端口120从烹饪室102中移除之后，空气可以被其他部件清洁、加热并推动通过系统，然后清洁的、热的且速度受控的空气返回到烹饪室102中。包括室流出端口120、空气输送孔口112、加热空气循环风扇、清洁部件以及它们之间的所有管道的该空气循环系统可以在烤箱100内形成第一空气循环系统。
24.在示例实施例中，可以至少部分地使用射频(rf)能量来加热放置在盘或其中一个托架110上(或者在不采用托架110的实施例中，仅放置在烹饪室102的基座上)的食品。同时，可以加热可以提供的气流以使得能够实现进一步的加热或甚至褐变。值得注意的是，可以在一些示例实施例的托架支撑件108或托架110之一上放置金属盘。然而，烤箱100可以被配置为采用频率和/或缓和策略，以检测和/或防止通过将rf能量与金属部件一起使用而可能另外产生的任何电弧。
25.在示例实施例中，rf能量可以经由靠近烹饪室102布置的天线组件130被输送到烹
饪室102。在一些实施例中，天线组件130中可以设置有多个部件，并且这些部件可以放置在烹饪室102的相对面上。天线组件130可以包括被配置为将rf能量耦合到烹饪室102中的功率放大器、发射器、波导等的一个或多个实例。
26.烹饪室102可以被配置为在其五个侧面(例如，顶面、底面、背面以及右侧和左侧)上提供rf屏蔽，但是门104可以包括扼流圈140以便为正面提供rf屏蔽。因此，扼流圈140可以被配置为与在烹饪室102的正面处限定的开口紧密配合，以防止当关闭门104并经由天线组件130将rf能量施加到烹饪室102中时rf能量从烹饪室102泄漏。
27.在示例实施例中，可以提供垫圈142以围绕扼流圈140的外围延伸。在这方面，垫圈142可以由诸如金属丝网、橡胶、硅或其他这样的材料形成，该材料可以在门104与进入到烹饪室102中的开口的外围之间在一定程度上可压缩。在一些情况下，垫圈142可以提供基本上气密的密封。然而，在其他情况下(例如，在采用金属丝网的情况下)，垫圈142可以允许空气从中通过。特别是在垫圈142基本上是气密的情况下，可能期望提供与上述第一空气循环系统相关的空气清洁系统。
28.天线组件130可以被配置为使用固态部件向烹饪室102中产生可控rf发射。因此，烤箱100可以不采用任何磁控管，而是仅使用固态部件来产生和控制施加到烹饪室102中的rf能量。与使用磁控管的可能情况相比，固态部件的使用在允许更大程度地控制rf能量的特性(例如，功率/能量水平、相位和频率)方面可以提供明显的优点。然而，由于烹饪食物所需的功率相对较高，因此固态部件本身也将产生相对大量的热量，必须将其有效地移除以保持固态部件冷却并避免对其造成损坏。为了使固态部件冷却，烤箱100可以包括第二空气循环系统。
29.第二空气循环系统可以在烤箱100的烤箱主体150内操作以使冷却空气循环，从而防止为烹饪室102供电并控制向其施加rf能量的固态部件过热。第二空气循环系统可以包括在烤箱主体150的底部(或基底)部分处形成的入口阵列152。特别地，烤箱主体150的基底区域可以是烤箱主体150内的布置在烹饪室102下方的基本上中空的腔。入口阵列152可以包括多个入口端口，这些入口端口靠近基底布置在烤箱主体150的各个相对侧(例如，从正面观察烤箱100时为右侧和左侧)，并且也是靠近基底布置在烤箱主体150的前面。入口阵列152的布置在烤箱主体150的各侧面上的部分可以相对于烤箱主体150的大部分在每个相应侧面上以一定角度形成。在这方面，入口阵列152的布置在烤箱主体150的各侧面上的部分可以以大约二十度(例如，在十度到三十度之间)的角度朝向彼此渐缩。这种渐缩可以确保即使在烤箱100被插入到尺寸精确、足够宽以容纳烤箱主体150的空间中时(例如，由于壁或其他设备邻近烤箱主体150的各侧面)，也会靠近基底形成一定空间以允许空气进入到入口阵列152中。在烤箱主体150的靠近基底的前部部分处，当门104关闭时，入口阵列152的对应部分可以位于与烤箱100的前面相同的平面中(或至少与之平行的平面中)。不需要这种渐缩来提供使空气进入烤箱主体150的前部部分的入口阵列152中的通道，因为该区域必须保持畅通以允许门104打开。
30.从基底开始，管道可以为通过入口阵列152进入基底的空气提供路径，使空气向上移动(在冷空气循环风扇的影响下)通过烤箱主体150到达其内定位有控制电子器件(例如，固态部件)的阁楼部分。阁楼部分可以包括各种结构，以确保从基底行进到阁楼并最终经由出口百叶窗154离开烤箱主体150的空气经过控制电子器件附近以从控制电子器件移除热
量。然后从出口百叶窗154中排出热空气(即，已经从控制电子器件移除热量的空气)。在一些实施例中，出口百叶窗154可以设置在烤箱主体150的右侧和左侧以及靠近阁楼的烤箱主体150的后部。将入口阵列152放置在基底处并将出口百叶窗154放置在阁楼处确保了较热空气上升的正常趋势将防止(从出口百叶窗154)排出的空气通过被吸入到入口阵列152中而再循环通过系统。此外，由于在烤箱侧面(其包括入口阵列152和出口百叶窗154两个部分)基底的形状使得入口阵列152的渐缩被提供在也略微嵌入的壁上以形成阻挡入口与出口之间的任何空气路径的悬垂物158，因此入口阵列152至少部分地与来自出口百叶窗154的任何直接连通路径隔绝。这样，可以可靠地预期吸入到入口阵列152中的空气是环境室温下的空气，而不是再循环排出的冷却空气。
31.图2展示了根据示例实施例的烤箱100的功能框图。如图2所示，烤箱100可以至少包括第一能量源200和第二能量源210。第一能量源200和第二能量源210可以各自对应于相应不同的烹饪方法。在一些实施例中，第一能量源200和第二能量源210可以分别是rf加热源和对流加热源。然而，应当理解，在一些实施例中，还可以提供附加的或替代的能量源。此外，一些示例实施例可以在仅包括单个能量源(例如，第二能量源210)的烤箱的上下文中实践。这样，示例实施例可以在使用例如气体或电力进行加热来施加热的其他常规烤箱上实践。
32.如上所提及的，第一能量源200可以是被配置为产生相对宽频谱的rf能量的rf能量源(或rf加热源)，或者是特定窄带的相位受控的能量源，用于烹饪放置在烤箱100的烹饪室102中的食品。因此，例如，第一能量源200可以包括天线组件130和rf发生器204。一个示例实施例的rf发生器204可以被配置为产生处于选定水平且具有选定频率和相位的rf能量。在一些情况下，这些频率可以在大约6mhz至246ghz的范围内进行选择。然而，在一些情况下，可以采用其他rf能带。在一些示例中，可以从未授权频率(例如，ism)频带中选择频率，以供rf发生器204应用。
33.在一些情况下，天线组件130可以被配置为将rf能量传输到烹饪室102中并接收用于指示食品中相应不同频率的吸收水平的反馈。然后，可以使用吸收水平来控制rf能量的产生，以实现食品的均衡烹饪。然而，并非在所有实施例中都需要采用指示吸收水平的反馈。例如，一些实施例可以采用用于基于针对所选烹饪时间、功率水平、食物类型、食谱等的特定组合而标识的预定策略来选择频率和相位的算法。在一些实施例中，天线组件130可以包括在天线组件130与烹饪室102之间提供接口的多个天线、波导、发射器和rf透明覆盖物。因此，例如，可以提供四个波导，并且在一些情况下，每个波导可以接收由其自己的相应功率模块或在控制电子器件220的控制下操作的rf发生器204的功率放大器所产生的rf能量。在替代实施例中，可以采用单个多路复用发生器将不同的能量输送到每个波导或成对的波导中，以将能量提供到烹饪室102中。
34.在示例实施例中，第二能量源210可以是能够引起食品的褐变和/或对流加热的能量源。因此，例如，第二能量源210可以是包括气流发生器212和空气加热器214的对流加热系统。气流发生器212可以被实施为或包括加热空气循环风扇或能够驱动气流通过烹饪室102(例如，经由空气输送孔口112)的另一设备。空气加热器214可以是对要被气流发生器212朝向食品驱动的空气进行加热的电加热元件或其他类型的加热器。空气的温度和气流的速度两者都将影响使用第二能量源210、并且尤其是使用第一能量源200和第二能量源
210的组合所达到的烹饪时间。
35.在示例实施例中，第一能量源200和第二能量源210可以由控制电子器件220直接或间接地控制。控制电子器件220可以被配置为接收描述所选食谱、食品和/或烹饪条件的输入，以便向第一能量源200和第二能量源210提供指令或控制，以控制烹饪过程。在一些实施例中，控制电子器件220可以被配置为接收关于食品和/或烹饪条件的静态输入和/或动态输入。动态输入可以包括关于施加到烹饪室102的rf能量的相位和频率的反馈数据。在一些情况下，动态输入可以包括操作者在烹饪过程期间所做的调整。静态输入可以包括由操作者作为初始条件输入的参数。例如，静态输入可以包括对食物类型、初始状态或温度、最终期望状态或温度、要烹饪部分的数量和/或尺寸、要烹饪物品的位置(例如，当采用多个托盘或水平时)、食谱的选择(例如，定义一系列烹饪步骤)等的描述。
36.在一些实施例中，控制电子器件220可以被配置为还向气流发生器212和/或空气加热器214提供指令或控制，以控制通过烹饪室102的气流。然而，并非仅仅依赖于气流发生器212的控制来影响烹饪室102中的气流的特性，一些示例实施例可以进一步采用第一能量源200来同样施加用于烹饪食品的能量，从而使得由控制电子器件220来管理对每个源施加的能量的量的平衡或管理。
37.在示例实施例中，控制电子器件220可以被配置为访问定义rf烹饪参数的算法和/或数据表，这些rf烹饪参数用于驱动rf发生器204以基于描述食品的初始条件信息和/或基于定义烹饪步骤顺序的食谱在由算法或数据表确定的对应时间内在对应的水平、相位和/或频率下产生rf能量。这样，控制电子器件220可以被配置为采用rf烹饪作为用于烹饪食品的主要能量源，而对流热施加是用于褐变和更快烹饪的次级能量源。然而，在烹饪过程中也可以采用其他能量源(例如，第三能量源或其他能量源)。
38.在一些情况下，可以提供烹饪签名、程序或食谱以定义可以为食品定义的要用于多个潜在烹饪阶段或步骤中的每一个的烹饪参数，并且控制电子器件220可以配置为访问和/或执行烹饪签名、程序或食谱(其全部在本文中通常被称为食谱)。在一些实施例中，控制电子器件220可以被配置为基于由用户提供的输入来确定执行哪个食谱，除了提供动态输入(即，在已经执行程序时对烹饪参数的改变)的范围之外。在示例实施例中，到控制电子器件220的输入还可以包括褐变指令。在这方面，例如，褐变指令可以包括关于空气速度、空气温度和/或施加空气速度和温度的设定组合的时间的指令(例如，对于某些速度和加热组合的开始时间和停止时间)。褐变指令可以经由操作者可访问的用户接口来提供，或者可以是烹饪签名、程序或食谱的一部分。
39.如上所述，第一空气循环系统可以被配置为驱动加热的空气通过烹饪室102，以在烹饪室102内维持稳定的烹饪温度。同时，第二空气循环系统可以使控制电子器件220冷却。第一空气循环系统和第二空气循环系统可以彼此隔离。然而，每个相应的系统通常使用在相应系统中形成的各个隔室内的压差(例如，通过风扇形成)来驱动每个系统所需的对应气流。当第一空气循环系统的气流旨在加热烹饪室102中的食物时，第二空气循环系统的气流旨在使控制电子器件220冷却。这样，冷却风扇290向控制电子器件220提供冷却空气295，如图2所示。
40.形成冷却风扇290通过其使控制电子器件220冷却的空气冷却通路的结构可以被设计为将冷却空气295高效地输送到控制电子器件220，而且还使烤箱100的敏感区域或难
以接近和/或清洁的区域的结垢问题或灰尘/碎屑堆积最小化。同时，形成空气冷却通路的结构也可以被设计为使接近和清洁更容易堆积灰尘/碎屑的区域的能力最大化。此外，形成冷却风扇290通过其使控制电子器件220冷却的空气冷却通路的结构可以被设计为策略性地采用各种自然现象以进一步促进第二空气循环系统的高效且有效的操作。在这方面，例如，热空气的上升趋势以及对通过系统内风扇的操作必然会产生的高压区和低压区的管理都可以通过各种结构的设计和放置来策略性地采用，以使某些难以接近的区域保持相对清洁，而使其他原本相对较易于接近的区域更可能成为需要清洁的地方。
41.图3中可以看到典型的气流路径以及第二空气循环系统的各种结构。在这方面，图3示出了从自烤箱100的正面穿过其背面的平面的烤箱100的横截面视图。烤箱100的基底(或基底区域300)被限定在烹饪室102下方，并包括入口腔310。在操作期间，空气通过入口阵列152被吸入到入口腔310中并进一步吸入到冷却风扇290中，然后被迫径向向外(如箭头315所示)离开冷却风扇290进入立管330(例如，烟道)中，该立管从基底区域300延伸到阁楼(或阁楼区域340)，以使空气向上转向(如箭头315所示)。空气被迫通过立管330向上进入阁楼区域340中，在该阁楼区域中布置有控制电子器件220的部件。空气然后使控制电子设备220的部件冷却，然后经由出口百叶窗154离开烤箱100的主体150。控制电子器件220的部件可以包括电源电子器件222、功率放大器电子器件224和显示电子器件226。
42.当空气到达阁楼区域340中时，空气首先从立管330被引导到功率放大器壳体350。功率放大器壳体350可以容纳功率放大器电子器件224。特别地，功率放大器电子器件224可以位于所有这样的部件安装于其上的电子板上。功率放大器电子器件224因此可以包括一个或多个功率放大器，该一个或多个功率放大器被安装到电子板上以用于为天线组件130供电。因此，功率放大器电子器件224可以产生相对较大的热负荷。为了促进这种相对较大的热负荷的耗散，功率放大器电子器件224可以被安装到一个或多个散热器352。换句话说，电子板可以被安装到一个或多个散热器352。散热器352可以包括较大的金属鳍片，这些较大的金属鳍片远离安装有功率放大器电子器件224的电路板延伸。因此，这些鳍片可以向下(朝烹饪室102)延伸。这些鳍片还可以在横向方向上延伸远离烤箱100的中心线(从前到后)，以引导提供到功率放大器壳体350中的空气并经过散热器352的鳍片。
43.图4展示了阁楼区域340的俯视图，并且示出了功率放大器壳体350以及天线组件130的各种部件，包括发射器组件400以及波导组件410的波导。从功率放大器电子器件224向发射器组件400的每个发射器提供功率。发射器组件400将由功率放大器电子器件224的功率放大器生成的信号可操作地耦合到波导组件410的波导中的对应一个波导中，以用于将对应信号经由如上所述的天线组件130传送到烹饪室102中。
44.功率放大器电子器件224由包括运算放大器、晶体管等的多个电子电路系统部件定义，这些电子电路系统部件被配置为生成特定情况或烹饪程序所需的相应功率水平、频率和相位的波形。在一些情况下，烹饪程序可以选择用于控制功率放大器电子器件224以选定的功率水平、频率和相位将rf发射引导到烹饪室102中的算法。可以启动一个或多个学习过程以选择一种或多种对应的算法来指导功率施加。这些学习过程可以包括检测对以特定频率(和/或相位)将功率施加到烹饪室102中的功效的反馈。为了确定功效，在一些情况下，学习过程可以测量效率并将效率与一个或多个阈值进行比较。可以将效率计算为正向功率(p
fwd
)与反射功率(p
refl
)之差除以正向功率(p
fwd
)。这样，例如，可以测量插入到烹饪室102
中的功率(即，正向功率)以及反射功率，以确定已经吸收到插入在烹饪室102中的食品(或工作负荷)中的功率的量。然后可以将效率计算为：效率(eff)＝(p
fwd
‑
p
refl
)/p
fwd
。
45.如从上面的描述可以理解，测量rf能量到食品的传递效率可以用于确定施加到烹饪室102中的rf能量的频率和相位参数的组合(或对)的特定(例如，当前)选择在将热能传递到食品时的有效程度。因此，效率的测量对于选择用于能量施加的最佳组合或算法可能是有用的。因此，期望的是，效率的测量还应当尽可能地准确，以确保有意义的控制受到监视效率的影响。
46.图5是根据示例实施例的用于提供用于在烤箱操作期间对功率循环进行实例化的电子电路系统的控制电子器件220的框图。在一些实施例中，控制电子器件220可以包括处理电路系统600或以其他方式与之通信，该处理电路系统可配置为执行根据本文描述的示例实施例的动作。这样，例如，可归因于控制电子器件220的功能可以由处理电路系统600来执行。
47.根据本发明的示例实施例，处理电路系统600可以被配置为执行数据处理、控制功能执行和/或其他处理和管理服务。在一些实施例中，处理电路系统600可以被实施为芯片或芯片组。换句话说，处理电路系统600可以包括一个或多个物理封装(例如，芯片)，其包括结构组件(例如，底板)上的材料、部件和/或导线。结构组件可以为包括在其上的部件电路系统提供物理强度、尺寸保持和/或电气相互作用的限制。因此，在一些情况下，处理电路系统600可以被配置为在单个芯片上或作为单个“芯片上系统”来实施本发明的实施例。这样，在一些情况下，芯片或芯片组可以构成用于执行一个或多个操作以提供本文所述功能的装置。
48.在示例实施例中，处理电路系统600可以包括可以与设备接口630和用户接口570通信或以其他方式对其进行控制的处理器610和存储器620中的每一者的一个或多个实例。这样，处理电路系统600可以被实施为被配置(例如，以硬件、软件或硬件和软件的组合)为执行本文所述的操作的电路芯片(例如，集成电路芯片)。然而，在一些实施例中，处理电路系统600可以被实施为机载计算机的一部分。
49.用户接口570(其可以被实施为、包括接口面板106或者作为接口面板的一部分)可以与处理电路系统600通信，以在用户接口570处接收对用户输入的指示和/或向用户(或操作者)提供听觉输出、视觉输出、机械输出或其他输出。这样，用户接口570可以包括例如显示器(例如，诸如接口面板106等触摸屏)、一个或多个硬或软按钮或键、和/或其他输入/输出机制。
50.设备接口630可以包括一个或多个接口机制，用于实现与所连接的设备650的通信，所连接的设备诸如例如为烤箱100的其他部件、烤箱100的传感器网络的传感器、可移动存储器设备、无线或有线网络通信设备等。在一些情况下，设备接口630可以是任何装置，诸如以硬件或硬件和软件的组合实施的设备或电路系统，其被配置为从/向测量多个设备参数中的任一个的传感器接收和/或传输数据，这些设备参数诸如为频率、相位、温度(例如，烹饪室102中或与第二能量源210相关联的空气通道中)、空气速度等。这样，在一个示例中，设备接口630可以至少从测量上述温度的温度传感器接收输入，或者从上述任何其他参数接收输入，以使得能够将这样的参数传送到处理电路系统600以用于执行某些保护或控制功能。替代地或附加地，设备接口630可以为能够与处理电路系统600进行有线或无线通信
的任何设备提供接口机制。在另外其他替代方案中，设备接口630可以提供连接和/或接口机制，以使得处理电路系统600能够控制烤箱100的各个部件。
51.在示例性实施例中，存储器620可以包括一个或多个非易失性存储器设备，诸如例如可以是固定或可移动的易失性和/或非易失性存储器。存储器620可以被配置为存储信息、数据、烹饪签名、程序、食谱、应用、指令等，以使得控制电子器件220能够执行根据本发明的示例性实施例的各种功能。例如，存储器620可以被配置为缓冲输入数据以供处理器610处理。附加地或替代地，存储器620可以被配置为存储指令以供处理器610执行。作为又一替代方案，存储器620可以包括一个或多个数据库，该一个或多个数据库可以响应于来自传感器网络的输入或者响应于各种烹饪程序中的任何一种的编程而存储各种数据集。在存储器620的内容之中，可以存储应用以供处理器610执行，从而执行与每个相应应用相关联的功能。在一些情况下，应用可以包括利用参数数据来控制通过如本文所述的第一能量源200和第二能量源210进行热施加的控制应用。在这方面，例如，应用可以包括使用频率、相位、rf能量水平、温度和空气速度的对应表来定义给定初始参数(例如，食物类型、尺寸、初始状态、位置等)的预期烹饪速度的操作指南。因此，可以由处理器610执行并存储在存储器620中的一些应用可以包括定义rf能量参数以及空气速度和温度的组合的表，以确定用于某些程度的熟度和/或用于执行特定烹饪食谱的烹饪时间。因此，可以执行不同的烹饪程序以生成不同的rf和/或对流环境，从而实现期望的烹饪结果。在另外其他示例中，如上所述，可以存储数据表，用于定义校准值和/或诊断值。替代地或附加地，存储器620可以存储用于定义对刺激的响应的应用，这些响应包括保护动作和/或通知功能的产生。在一些示例实施例中，存储器620可以存储功率包络控制和/或温度包络控制算法，如下面更详细描述的。
52.处理器610可以以多种不同的方式来实施。例如，处理器610可以被实施为各种处理装置，诸如微处理器或其他处理元件、协处理器、控制器或各种其他计算或处理设备(包括集成电路，诸如例如asic(专用集成电路)、fpga(现场可编程门阵列)等)中的一种或多种。在示例实施例中，处理器610可以被配置为执行存储在存储器620中或处理器610可以其他方式访问的指令。这样，无论是由硬件配置还是由硬件和软件的组合配置，处理器610都可以表示在被相应配置时能够执行根据本发明的示例性实施例的操作的实体(例如，在物理上实施为电路——诸如采用处理电路系统600的形式)。因此，例如，当处理器610的任何实例被实施为asic、fpga等时，处理器610可以是用于执行本文所述的操作的特别配置的硬件。替代地，作为另一示例，当处理器610被实施为软件指令的一个或多个执行器时，指令可以具体地将处理器610配置为执行本文所述的操作。
53.在示例实施例中，处理器610(或处理电路系统600)可以被实施为、包括或以其他方式控制控制电子器件220和/或功率放大器电子器件224。这样，在一些实施例中，可以说处理器610(或处理电路系统600)通过分别引导控制电子器件220和/或功率放大器电子器件224响应于相应地配置处理器610(或处理电路系统600)的指令或算法的执行而承担对应功能来引起结合控制电子器件220和/或功率放大器电子器件224所描述的每个操作。作为示例，控制电子器件220可以被配置为控制对与执行以上讨论的学习程序以及基于该学习程序来引导在烤箱100内的rf施加相关联的各种刺激的响应。此外，控制电子器件220可以被配置为确定效率参数，并基于效率参数或基于由控制电子器件220确定或在其处接收到的用于执行学习程序的值、测量结果和/或参数中的各项来采取保护措施。在一些情况下，
处理器(或多个处理器)和存储器的分开的实例可以与控制电子器件220的不同部分(例如，包括用于控制功率放大器电子器件224的分开的处理器以及其他可能的部件)相关联。
54.在示例实施例中，控制电子器件220还可以访问和/或执行用于控制rf发生器204和/或天线组件130的指令，以控制将rf能量施加到烹饪室102。因此，例如，操作者可以提供静态输入以定义与布置在烹饪室102内的(多个)食品有关的类型、质量、数量或其他描述性参数(例如，食谱)。然后，控制电子器件220可以利用静态输入来定位要执行的算法或其他程序，以定义要在烹饪室102内施加的rf能量和/或对流能量的施加。控制电子器件220还可以监视动态输入以修改在烹饪过程期间要在烹饪室102内施加的rf能量的量、频率、相位或其他特性，并且还可以执行保护功能。最终，控制电子器件220可以执行用于校准和/或故障分析的指令。因此，例如，控制电子器件220可以被配置为通过停止对烹饪室102的rf施加、通过对部件进行调整以提供校准的输出、和/或通过在检测到各种异常或可纠正的情况时对用户发出警告来进行本地动作以保护功率放大器电子器件224。
55.在一些实施例中，作为学习程序的一部分，效率计算可以在整个烹饪过程中周期性地进行。在这方面，控制电子器件220可以被配置为推断、计算或以其他方式确定要被引导到食品中的能量的量(即，正向功率值520)以及从烹饪室102反射回的能量的量(即，反射功率值522)，从而可以估计吸收的功率(或能量)的准确估计值，并且可以确定效率参数。然后，作为校准或烹饪过程的一部分，控制电子器件220可以基于所测得的效率来控制rf发生器204和/或天线组件130的操作。因此，例如，如果在烹饪期间执行学习过程，则只要烹饪室102中存在食品或负荷，就可以预期所测得的效率至少高于阈值(例如，40％)。如果效率低于阈值，则控制电子器件220可以与用户接口570通信来使用户知道以检查烹饪室102从而确保其中存在负荷。可以以任何期望的间隔(例如，每100毫秒)进行离散效率测量，以执行本文所述的保护或警告功能。如果反射功率非常高，则可以关闭功率放大器电子器件224。如果部件的某些温度(例如，散热器352、处理器610中的一者或两者的温度、或空气温度)太高，则可以通过用户接口570提供警报和/或可以关闭功率放大器电子器件224。其他保护措施也是可能的。
56.因此，示例实施例的烤箱100的一方面使得烤箱100能够提供烹饪能力的改善，这是功率放大器电子器件224采用上述学习程序的事实。可以执行学习程序，并且然后施加基于从学习程序中学习到的最高效组合而选择的幅度、相位和/或频率的rf能量。该过程可以是循环的，因为学习程序可以在烹饪操作期间重复若干次以确保最大效率(因为食品的特性会由于烹饪而发生改变)。因此，功率水平可以在学习/烹饪循环期间在高水平与低水平之间循环。如上所述，高功率与低功率之间的这些循环会在功率放大器电子器件224的部件上产生热应力。
57.图6展示了当烤箱100采用利用上述学习程序的烹饪策略时烤箱100中的功率水平可以如何变化的曲线图。图6的曲线图展示了功率水平与时间的关系。在这方面，在完成烹饪的时段(即，烹饪时段700)期间，功率水平较高(例如，为或约为100％)。在烹饪时段700期间，可以基于通过应用上述学习程序而获知的信息来将选择的相位和/或频率组合应用于食品。同时，当将不同的频率和/或相位组合应用于食品以确定连续烹饪的最高效组合时(即，在烹饪时段700的随后发生期间)，功率在学习时段710期间显著降低(例如，小于10％或15％)。然后，在烹饪过程完成之后，可以存在食谱时段720的末尾，在该时段期间，rf功率
施加基本上为零，并且rf被关闭。在食谱执行时间(即，包括所有烹饪时段700和学习时段710且不包括食谱时段720的末尾的时间)期间，定义了功率包络730。如图6所示，如果允许学习时段710期间的最小功率减小到低于大约15％的水平，则功率包络730可以大于85％。
58.图9示出了图6的功率曲线图的温度与时间的对应曲线图。在这方面，最大操作温度时段800通常对应于图6的烹饪时段700。同时，最小操作温度时段810通常对应于图6的学习时段710。在食谱时段720的末尾期间，可以将绝对最小温度时段820定义为功率放大器电子器件224冷却至最小温度。在最大操作温度时段800与最小操作温度时段810期间经历的最大温度与最小温度之间的差可以定义操作温度包络830。如从图9可以理解，对于图6所示的操作条件，操作温度包络830可以相当大。
59.为了减小操作温度包络830，可以采用多种策略。一种这样的策略在图7中示出。在这方面，例如，控制电子器件220可以被配置为控制rf发生器204的操作以限定学习时段期间的最小rf功率产生水平，从而经历较低的rf功率摆动。在这方面，如图7所示，在完成烹饪的时段(即，烹饪时段740)期间，功率水平可能仍然较高(例如，为或约为100％)。在烹饪时段740期间，基于通过应用上述学习程序而获知的信息而应用于食品的所选相位和/或频率组合可以相对于参照图6所描述的示例基本保持不变。然而，在学习时段750期间的功率降低可以保持在较高水平，以确保不允许rf功率水平降到低于约15％。这样，例如，控制电子器件220可以确保在学习时段750期间的最小rf功率永远不会降到低于约15％。这可以通过多种方式来实现。在一个示例中，控制电子器件220的处理电路系统600可以被配置为引导功率放大器电子器件224继续产生至少高于15％的水平的rf功率。在另一示例中，处理电路系统600可以被配置为建立功率减小延迟。功率减小延迟可以有效地使高功率循环与低功率循环之间的过渡平滑。在一些情况下，功率减小延迟可以通过建立连续延迟(由曲线755所示)或通过建立离散的减小步长(由曲线757所示)来改变功率减小的连续性(例如，斜率)，其中，步长的瞬变时间范围在一些情况下从10ms到1s。值得注意的是，也可以(或替代地)采用功率增大延迟。因此，例如，延迟曲线(755和757)可以替代地在处理电路系统600的控制下针对功率瞬变在另一方向(或两个方向)上操作。在任一种情况下，都可以使过渡平滑或减慢，从而最终减小了烹饪时段740与学习时段750之间的功率差。
60.在图7的示例中，食谱时段760的末尾可以保持不变(即，基本上返回到零功率水平)。这样，在食谱执行时间(即，包括所有烹饪时段740和学习时段740且不包括食谱时段760的末尾的时间)期间，可以定义功率包络770，该功率包络基本上小于图6所示的功率包络730。因此，如果从不允许将学习时段710期间的最小功率减小到低于约15％的水平，则功率包络770将有必要永远不会被允许大于85％，而是将更小。
61.图9还示出了图7的功率曲线图的温度与时间的对应曲线图。在这方面，尽管最大操作温度时段800仍可能总体上对应于图7的烹饪时段740，但是最小操作温度时段840(其总体上对应于图7的学习时段740)处于比在最小操作温度时段810期间经历的温度更高的温度下。食谱时段760的末尾仍可以定义与图6的示例所示相同的绝对最小温度时段820(尽管在瞬变功率减小被延迟时可能会较慢地达到该时段)。然而，在最大操作温度时段800和最小操作温度时段840期间经历的最大温度与最小温度之间的差清楚地定义了操作温度包络830。如从图9可以理解，图7的示例的操作温度包络850小于对应于图6所示的操作条件的操作温度包络830。因此，相对于减小热应力，提供大于15％的最小rf功率或使功率瞬变延
迟(以使功率水平永远无法降到低于15％)将具有显著的积极影响。
62.可以将上述热应力减小分别视为可以单独应用或彼此组合应用的各种热应力缓和技术的示例。尽管有这些热应力缓和技术，其中的每一种热应力缓和技术都可以在食谱执行期间建立，但是应当理解，当rf功率减小到接近零时，在食谱时段760的末尾期间仍可能经历较大的热应力。因此，可能期望替代地或附加地采取措施以在特定食谱的执行末尾减小该热应力。图8展示了功率与时间的曲线图，其中已经实施了以上参考图7所描述的方法，除此之外，还实施了食谱热应力减小策略的末尾。就是说，应当理解，现在将参考图8描述的策略可以替代地结合图6的示例来采用。因此，可以在有或没有在执行特定食谱期间所采用的热应力缓和技术的情况下实施食谱热应力缓和技术的末尾(如图7的示例所示)。
63.现在参考图8，操作可以以与以上参考图7所述类似的方式发生，不同之处在于，当达到食谱时段760的末尾时，功率放大器电子器件224的rf功率设备的最小dc偏置点(其原本可能是在全rf功率下(即，在烹饪时段700和740)施加的dc电流的1％至5％)可能会增大。在这方面，将食谱dc偏置电流790的末尾设置(例如，通过控制电子器件220)为高于在全rf功率下施加的dc电流的10％。通过在食谱dc偏置电流790的末尾施加比正常更大的值，输出功率包络可以保持不变(尽管如上所述，功率包络也可以使用参考图7描述的方法进行调整)，而由于功率循环而在功率放大器电子器件224上产生的热应力可以减小。缺乏输出功率包络变化可以导致烤箱100的烹饪性能完全没有变化。然而，食谱dc偏置电流790的末尾的施加使功率放大器电子器件224的温度相对于在食谱时段760的末尾期间在典型的dc偏置电流下原本会经历的温度升高(例如，在全rf功率下dc电流的1％到5％)。由于在功率放大器电子器件224中增加的耗散功率水平而在食谱时段760的末尾期间增加的温度可以减小功率放大器电子器件224上的应力，因为温度循环减少了。
64.作为示例，通常在全rf功率下产生10a dc电流的设备通常将具有远小于1a(例如，50ma至500ma)的dc偏置电流设定点。然而，设备在根据示例实施例操作时可以将食谱dc偏置电流790的末尾设置为高于1a(即，大于在全rf功率下施加的dc电流的10％)。可以预期，设备将经历在食谱时段760的末尾期间经历的从全rf功率过渡到接近零功率水平期间功率放大器电子器件224通常会经历的结温降的不到50％。循环操作期间结温降的这种较大降低将增加功率放大器电子器件224中采用的裸片和/或将功率放大器电子器件224的裸片上的漏极/集电极连接至功率放大器电子器件224的其他部件的楔形/球形键合端子的键合线的寿命。因此，在功率循环期间更稳定的温度值可以确保烤箱100及其部件的寿命更长。这样，在功率放大器电子器件224的部件内保持较高的功率和/或dc偏置电流实际上(有点反直觉)是一个优点，以增加其使用寿命。
65.作为另一示例，标称dc漏极电源电压为30v且热阻为约0.50k/w(结至壳)的设备可能进一步具有150w的标称rf输出功率、50％的标称输出功率下的效率(因此，dc功率＝150/0.5＝300w，并且id＝10a)、以及0.25a的dc偏置电流(ab类偏置)(从而产生0.25a
×
30v＝7.5w的耗散功率)。在150w(即，300w至150w)的标称rf输出功率处，设备可能具耗散功率。标称rf输出功率处的结温升(结至壳)可能为75度k(即，150w
×
0.50k/w)。在dc偏置下的结温升(结至壳)可能为3.75度k(即，7.5w
×
0.50k/w)。因此，在食谱末尾处的结温变化可能约为71.25k(即，75k
‑
3.75k)。通过采用示例实施例(其中，将食谱dc偏置电流790的末尾设置为高于标称dc偏置电流的10％，如上所述)，可以实现热应力的减小。特别地，例如，如果将食
谱dc偏置电流790的末尾设置为5a，则在食谱时段的末尾耗散的功率将为150w(例如，5a
×
30v＝150w)。因此，在食谱时段760的末尾期间的结温升(结至壳)将为75度k(例如，150w
×
0.50k/w)。这样，当过渡到食谱时段760的末尾时的结温降将为0度k(例如，75w(在全rf功率下)
‑
75w(在食谱的末尾)＝0)。这意味着，对于该示例，在食谱时段760的末尾结温变化减小到零，并且因此，对于裸片和键合线和/或楔形/球形键合端子，由温度循环引起的应力也减小到零。因此，由于缺乏温度循环，即使功率以其他方式循环，功率放大器电子器件224的失效时间也可以在至少约5倍至约20倍的范围内改善。图9展示了根据该示例的食谱温度的末尾860，其实质上示出了在图8的食谱时段760的末尾期间的零度温度变化。
66.在示例实施例中，可以提供一种烤箱(和/或与烤箱操作控制相关联的控制电子器件)。烤箱可以包括：烹饪室，该烹饪室被配置为接收食品；以及rf加热系统，该rf加热系统被配置为使用固态电子部件将rf能量提供到烹饪室中。固态电子部件包括功率放大器电子器件和被配置为控制功率放大器电子器件的操作的控制电子器件。功率放大器电子器件可以被配置为经由发射器组件将信号提供到烹饪室中，该发射器组件经由波导组件可操作地联接到烹饪室。功率放大器电子器件可以被配置为至少部分地基于学习程序来控制根据烹饪食谱将rf能量施加到烹饪室中，当执行学习程序时，学习程序产生在高功率与低功率之间的功率循环。控制电子器件可以被配置为采用热应力缓和技术来控制与功率循环相关联的功率放大器电子器件上的热应力。
67.在一些实施例中，可以包括附加的可选特征，或者可以修改或增强上述特征。附加特征、修改或增强中的每一者可以与以上特征组合和/或彼此组合来实践。因此，在一些实施例中可以利用附加特征、修改或增强中的一些、全部，或者不利用附加特征、修改或增强。例如，在一些情况下，热应力缓和技术可以包括在执行食谱之后将dc偏置电流设置为大于全功率下dc偏置电流的约10％的水平。附加地或替代地，热应力缓和技术可以包括在执行学习程序期间以大于全功率的15％施加最小功率水平。附加地或替代地，热应力缓和技术可以包括在执行食谱期间以大于全功率的15％施加最小功率水平。附加地或替代地，热应力缓和技术可以包括在执行食谱期间施加最小功率水平和最大功率水平，使得定义在最小功率水平与最大功率水平之间的功率包络小于全功率的85％。附加地或替代地，热应力缓和技术可以包括响应于功率循环而施加功率改变延迟(或瞬变平滑过程)。在一些情况下，可以响应于从全功率到与学习程序相关联的最小功率水平的功率减小而施加功率改变延迟。在示例实施例中，还可以响应于从与学习程序相关联的最小功率水平到全功率的功率增加而施加功率改变延迟。在一些情况下，功率改变延迟可以包括响应于全功率与同学习程序相关联的最小功率水平之间的功率降低的一系列斜升的功率改变。在示例实施例中，在全功率与同学习程序相关联的最小功率水平之间的功率增加和功率减小期间，可以大约每10ms到1s施加斜升的功率改变。
68.受益于前述说明书和相关附图中给出的教导，这些发明所属领域的技术人员将想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以由替代实施例提供不同的元件和/或功能组合。在这方面，例如，也考虑到与上文明确描述不同的元件和/或功能组合，如所附
权利要求中的一些所阐述的。在本文描述了优点、益处或问题的解决方案的情况下，应当理解，这样的优点、益处和/或解决方案可以适用于一些示例实施例，但不一定适用于所有示例实施例。因此，不应将本文所述的任何优点、益处或解决方案视为对于所有实施例或本文所要求保护的内容都是至关重要的、需要的或必需的。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是用于限制的目的。