用于控制给加热器的功率的系统和方法技术方案

本公开涉及一种用于控制加热器的控制系统，该加热器包括至少一个加热元件。该控制系统包括：功率转换器，该功率转换器可操作用于向加热器提供可调整的电压输出；传感器电路，该传感器电路测量加热器的加热元件的电特性；参考温度传感器，该参考温度传感器测量加热器处的参考的参考温度；以及控制器。控制器被配置成基于电特性计算加热器元件的主要温度，并基于参考温度和主要温度中的至少一个来确定要被施加到加热器的电压输出。控制器被配置成在操作模式和学习模式中的至少一种中操作，并且在电压被提供给加热器时执行保护协议。

System and method for controlling the power of heater

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制给加热器的功率的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月10日提交的美国临时申请第62/543,457号的权益和优先权，并且本申请是2017年6月15日提交的并且题为“用于热系统的功率转换器(POWERCONVERTERFORATHERMALSYSTEM)”的美国序列第15/624,060号的部分继续申请，美国序列第15/624,060号要求2016年6月15日提交的美国临时申请第62/350,275号的权益。以上申请的内容通过引用以其全部内容结合于此。
本公开涉及用于控制具有加热器的热系统的系统和/或方法。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。通常，诸如用于加热负载的基座(pedestal)加热器之类的加热器包括由控制系统控制的加热元件。例如，基座加热器包括加热板，该加热板具有陶瓷基板以及嵌入在陶瓷基板中以限定多个加热区的多个电阻加热元件。通常，在加热器启动期间按照相同的斜变速率向多个电阻加热元件施加相同的功率。尽管对电阻加热元件施加相同的功率，但是由于例如加热区相对于散热器的定位以及由不均匀制造导致的加热区的特性的差异，一些电阻加热元件可以比其他加热元件更快地被加热。当加热区比相邻加热区加热更快时，相邻加热区之间的温差导致不同的热膨胀并因此导致相邻加热区之间的热应力。显著的热应力会在陶瓷基板中导致热裂缝的生成。本公开解决了这些和其他问题。
技术实现思路
这个部分提供了本公开的大体
技术实现思路
，并且不是对其完整范围或其所有特征的详尽公开。在一种形式中，本公开涉及一种用于控制加热器的控制系统，该加热器包括至少一个加热元件。该控制系统包括功率转换器、传感器电路、参考温度传感器、和控制器。功率转换器可操作用于向加热器提供可调整的电压输出，并且被配置成将来自电源的电压输入转换为小于或等于电压输入的电压输出。传感器电路被配置成测量加热器的加热元件的电特性，其中电特性包括电流和电压中的至少一个。参考温度传感器测量在加热器处的参考的参考温度。控制器被配置成操作功率转换器以控制给加热器的电压输出。控制器被配置成基于电特性来计算加热器元件的主要(primary)温度，并基于参考温度和主要温度中的至少一个来确定要被施加到加热器的电压输出。控制器被配置成在操作模式和学习模式中的至少一种中操作，并且在电压输出被提供给加热器时执行一种或多种保护协议。在另一种形式中，控制器被配置成响应于参考温度和主要温度之间的差异大于预设阈值而降低或切断给加热器的功率。在又另一种形式中，参考温度传感器是红外相机、热电偶、和电阻温度检测器中的一个。在一种形式中，在学习模式中，控制器被配置成操作加热器以生成加热器-负载关联数据，该加热器-负载关联数据将加热器元件的温度与位于加热器上的负载的温度相关联。在另一种形式中，在学习模式中，控制器被配置成：逐渐增加给加热器的功率以增加由加热器生成的热量，确定多个主要温度，并且将主要温度与由参考温度传感器检测到的相应参考温度相关联以生成加热器-负载关联数据。在又另一种形式中，控制器被配置成映射(map)主要温度和参考温度在功率正在增加的时间段内的变化。在一种形式中，参考温度传感器被配置成测量位于加热器上的负载和加热器的表面中的至少一者的温度。在另一种形式中，在操作模式中，控制器被配置成执行升压(boost)补偿，以增大加热元件生成热量的速率以将参考加热到预定义的设定点温度。在又另一种形式中，控制器被配置成：基于电特性来确定加热元件中的每一个的主要温度，以及相邻区的主要温度；基于主要温度调整提供给相邻区的一个或多个加热元件的功率以控制跨(across)加热器的温度变化。在一种形式中，控制器被配置成响应于一个区具有比相邻区的温度更高的温度，而降低给该一个区的功率。在另一种形式中，在操作模式中，控制器被配置成基于参考温度和主要温度中的至少一个从多个定义的状态模型控制中选择状态模型控制作为加热器的操作状态。在又另一种形式中，多个定义的状态模型控制包括上电控制、软启动控制、设定速率控制、和稳态控制中的至少一个。在一种形式中，状态模型控制中的每一个定义一个或多个操作设置，以用于针对相应状态模型控制来控制加热器。在另一种形式中，一个或多个操作设置包括转变条件，该转变条件定义用于退出操作状态到另一个状态模型控制的条件。在又另一种形式中，本公开是一种热系统，其包括如上所述的加热器和控制系统。通过本文中提供的说明书，进一步的可用性领域将变得显而易见。应当理解的是，说明书和具体示例仅旨在用于说明的目的而并不旨在限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，现在将描述其各种形式，作为示例给出，对所附附图进行参考，其中：图1示出了根据本公开的教导的具有加热器和控制系统的热系统；图2示出了根据本公开的教导的功率转换器；图3是图1的控制系统的框图；图4示出了根据本公开的教导的由多个状态模型定义的示例状态模型控制程序；图5A、图5B、图5C、图5D和图5E示出图4的状态模型控制程序的状态模型的设置；图6是根据本公开的教导的主菜单图形用户界面的示例；图7是根据本公开的教导的控制系统接口的透视图；图8是具有隔离电路的控制系统的框图；以及图9是图8的隔离电路的示例配置。本文所描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下的描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相同或对应的部分和特征。参照图1，根据本公开的教导构造的热系统100包括加热器102和具有加热器控制器106和功率转换器系统108的控制系统104。在本公开的一种形式中，加热器102是基座加热器，该基座加热器包括加热板110和设置在加热板110的底表面处的支撑轴112。加热板110包括基板111和嵌入基板111的表面中或沿着基板111的表面设置的多个电阻加热元件(未示出)。基板111可以由陶瓷或铝制成。各电阻加热元件由控制器106独立控制，并且限定了如图中点划线所描绘的多个加热区114。这些加热区114仅是示例性的，并且可以采用任何配置，同时仍在本公开的范围内。加热器102可以是“双线”加热器，其中控制器106可使用电阻的变化来确定温度。在美国专利号7,196,295中公开了这种双线系统，该专利与本申请被共同拥有，并且其内容通过引用以其整体并入本文。在双线系统中，热系统是自适应热系统，该自适应热系统将加热器设计与多种控制进行合并，所述多种控制在可定制的反馈控制系统中纳入功率、电阻、电压和电流，所述可定制的反馈控制系统在控制一个参数时限制另外的一个或多个这些参数(即功率、电阻、电压、电流)。如下面进一步描述的，在一种形式中，利用功率转换器系统108，控制器106获取稳定的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制加热器的控制系统，所述加热器包括至少一个加热元件，所述控制系统包括：/n功率转换器，所述功率转换器可操作用于向所述加热器提供可调整的电压输出，其中所述功率转换器被配置成将来自电源的电压输入转换为小于或等于所述电压输入的所述电压输出；/n传感器电路，所述传感器电路被配置成测量所述加热器的所述加热元件的电特性，其中所述电特性包括电流和电压中的至少一个；/n参考温度传感器，所述参考温度传感器测量所述加热器处的参考的参考温度；以及/n控制器，所述控制器被配置成操作所述功率转换器以控制给所述加热器的所述电压输出，其中：/n所述控制器被配置成基于所述电特性计算加热器元件的主要温度，并基于所述参考温度和所述主要温度中的至少一个来确定要被施加给所述加热器的所述电压输出，并且/n所述控制器被配置成在操作模式和学习模式中的至少一种中操作，并且在所述电压输出被提供给所述加热器时执行一种或多种保护协议。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170810 US 62/543,4571.一种用于控制加热器的控制系统，所述加热器包括至少一个加热元件，所述控制系统包括：
功率转换器，所述功率转换器可操作用于向所述加热器提供可调整的电压输出，其中所述功率转换器被配置成将来自电源的电压输入转换为小于或等于所述电压输入的所述电压输出；
传感器电路，所述传感器电路被配置成测量所述加热器的所述加热元件的电特性，其中所述电特性包括电流和电压中的至少一个；
参考温度传感器，所述参考温度传感器测量所述加热器处的参考的参考温度；以及
控制器，所述控制器被配置成操作所述功率转换器以控制给所述加热器的所述电压输出，其中：
所述控制器被配置成基于所述电特性计算加热器元件的主要温度，并基于所述参考温度和所述主要温度中的至少一个来确定要被施加给所述加热器的所述电压输出，并且
所述控制器被配置成在操作模式和学习模式中的至少一种中操作，并且在所述电压输出被提供给所述加热器时执行一种或多种保护协议。


2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器被配置成响应于所述参考温度与所述主要温度之间的差异大于预设阈值而降低或切断给所述加热器的功率。


3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述参考温度传感器是红外相机、热电偶、和电阻温度检测器中的一个。


4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在所述学习模式中，所述控制器被配置成操作所述加热器以生成加热器-负载关联数据，所述加热器-负载关联数据将加热器元件的温度与位于所述加热器上的负载的温度相关联。


5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，在所述学习模式中，所述控制器被配置成：逐渐增加给所述加热器的功率以增加由所述加热器生成的热量，确定多个主要温度，并且将所述主要温度与由所述参考温度传感器检测到的相应参考温度进行关联以生成所述加热器-负载关联数据。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·霍普金斯布雷特洛，J·亨特吉斯，W·博林格，M·耶德，K·内斯，K·彼德森，E·米奇，B·菲利普斯，L·沃尔特斯，G·罗泽克，
申请(专利权)人：沃特洛电气制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US