[发明专利]用于控制给加热器的功率的系统和方法

说明书

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。

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(POWERCONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM)”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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

这个部分提供了本公开的大体发明内容，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。