[发明专利]控制电加热器的方法和系统

说明书

背景技术

温度控制在许多制造工艺中(如晶片处理)是很重要的。 通常，负荷温度必须控制在设定点的公差内，该设定点表示用于该 负荷温度的用户定义的理想值。

一般地说，该负荷温度可通过控制提供给电加热器的功 率量来控制。该加热器通常通过使用例如固体继电器(SSR)电路 选择性打开和关闭从AC电源提供到该加热器的电力来控制。常规 上，该SSR可通过脉冲宽度调制(PWM)信号来控制，响应由控制 器提供的占空比命令将该信号提供到该SSR。

占空比命令表示所期望的该SSR必须打开该电源的时间 百分比，从而在给定的持续时间内将所需量的电力提供给该加热器 以确保该负荷温度处于该设定点的公差内。为了符合给定制造工艺 所要求的公差，该占空比命令通常需要具有某个水平的解析度(或 精度)。例如，该公差可能要求该占空比命令的解析度为0.1％。因 此，例如，提供为65.8％的占空比命令符合所要求的公差，相反， 仅仅指定为65％的占空比不符合所要求的0.1％的解析度。

利用要求的占空比命令解析度控制该加热器的示例性常 规方法在图1A和1B中说明。图1A说明书控制加热器135的示例性常 规方法的流程图100。图1B示出实现图1A的示例性常规方法的示例 性常规系统的对应的框图120。

该示例性常规方法开始于步骤102，其中求和函数124接 收设定点122(见图1B)。设定点122通常表述为温度，其单位可以 是摄氏度、开尔文或华氏温度。在步骤104，求和函数124将负荷温 度136(其可是利用例如温度传感器感应到)与设定点122对比并且 输出温度误差，即，负荷温度136和设定点122之间的差。在步骤106， 控制器126考虑该设定点以及该温度误差，并生成占空比命令，例 如，65.8235％。

接着，在步骤108，硬件132将该占空比命令量化为例如 65.8％的量化占空比命令，具有例如0.1％的要求解析度。在步骤110， 基于该量化占空比命令，硬件132确定若干“ON”AC周期，即，若 干应当打开该电源的AC周期。因为要求的解析度是0.1％，所以需 要1000个AC周期以允许辨别0.1％的精度或者1000个周期中的1个。 在当前示例中，该PWM占空比可以是1000个AC周期中的658个AC 周期，而该1000个AC周期中其余的是关闭。

在步骤112，硬件132输出PWM信号，即，一系列周期性 脉冲，以触发固体继电器134(SSR134)，从而在确定数目的“ON” AC周期(例如1000个AC周期中的658个AC周期)上周期性地打开。 该658个“ON”周期可以贯穿该1000个AC周期瞬态分布(temporally distributed)，以确保在该示例的1000个周期上至始至终平滑传输电 力。

因此，在步骤114，该AC电源由SSR134控制以在确定数 目的“ON”AC周期(例如1000个AC周期中的658个AC周期)上周 期性向加热器135提供电力。

在步骤116，测量该负荷温度136，完成该示例性常规方 法的重复。随后，反馈回路138将负荷温度136输入求和函数124， 用于该示例性常规方法的下一次重复。

如可以从上面的说明认识到的，如果要求解析度为R，那 么该示例性常规方法的重复通常需要1/R AC周期的时间间隔。该时 间间隔表示更新该占空比命令的响应时间。通常，因为R比1小得多， 所以该时间间隔，或响应时间，表示多个AC周期。例如，如果 R＝0.1％，该响应将是1000个AC周期，或16.67秒。

图2说明图1A和1B中说明的该示例性常规方法和该示例 性常规系统的输出信号。

信号210说明该AC电源的交流电压随时间的变化。通常， 该AC电源可具有大约60Hz的交流频率。因此，每个AC周期(由“p” 指示)表示大约16.67毫秒(ms)。

信号220说明该量化占空比命令。信号230示出由硬件132 生成的PWM信号，该信号用作SSR电路134的输入。该SSR电路134 的输出由信号240示出。