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KR20200038239A - 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

히터에 공급되는 전력을 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20200038239A
KR20200038239A KR1020207001392A KR20207001392A KR20200038239A KR 20200038239 A KR20200038239 A KR 20200038239A KR 1020207001392 A KR1020207001392 A KR 1020207001392A KR 20207001392 A KR20207001392 A KR 20207001392A KR 20200038239 A KR20200038239 A KR 20200038239A
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스탠튼 홉킨스-브레이트로우
제임스 헨지스
윌리엄 보링거
매튜 옌더
키이스 네스
커트 피터슨
에릭 미치
브리타니 필립스
래리 윌터스
제프리 로젝
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와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 히터를 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 히터에 조정 가능한 전압 출력을 공급하도록 동작 가능한 전력 컨버터, 히터의 가열 요소의 전기적 특성을 측정하도록 구성된 센서 회로, 히터의 기준부의 기준 온도를 측정하는 기준 온도 센서, 및 제어부를 포함한다. 제어부는 전기적 특성에 기초하여 히터 요소의 1차 온도를 계산하고, 기준 온도 및 1차 온도 중 적어도 하나에 기초하여 히터에 인가될 전압 출력을 결정한다. 제어부는 동작 모드 및 학습 모드 중 적어도 하나에서 동작하도록 구성되고, 전압 출력이 히터에 공급될 때 하나 이상의 보호 프로토콜을 실행한다.

Description

히터에 공급되는 전력을 제어하는 시스템 및 방법
본 출원은 2017년 8월 10일자로 출원된 미국 가출원 제 62/543,457 호의 우선일의 이익을 주장한다. 또한, 본 출원은 2017년 6월 15일자로 출원된 미국 가출원 제 62/350,275 호의 우선일의 이익을 주장하며 "열 시스템을 위한 전력 컨버터(POWER CONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM)"라는 명칭으로 2017년 6월 15일자로 출원된 미국 특허 제 15/624,060호의 부분 계속 출원(continuation-in-part application)이다. 상기 출원들의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 히터를 갖는 열 시스템을 제어하기 위한 시스템 및/또는 방법에 관한 것이다.
본 항목에 기술된 내용은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하기 위한 것이며, 본 발명의 선행기술에 해당되는 것은 아니다.
일반적으로, 부하(load)를 가열하기 위한 페데스탈 히터(pedestal heater)와 같은 히터는 제어 시스템에 의해 제어되는 가열 요소를 포함한다. 예를 들어, 페데스탈 히터는 세라믹 기판 및 복수의 가열 영역을 형성하기 위해 세라믹 기판에 내장된 복수의 저항 가열 요소를 갖는 가열 플레이트를 포함한다. 일반적으로, 히터가 시동되는 동안 동일한 전력이 동일한 램프 비율(ramp rate)로 복수의 저항 가열 요소에 인가된다.
저항 가열 요소에 동일한 전력이 인가됨에도 불구하고, 예를 들어, 방열판(heat sink)에 대한 가열 영역의 위치의 차이 및 불균일한 제조로 인한 가열 영역의 특성의 차이 등의 원인으로 인해, 일부의 저항 가열 요소가 다른 가열 요소보다 빠르게 가열될 수 있다. 가열 영역이 인접 가열 영역보다 더 빨리 가열되면, 인접 가열 영역들 사이의 온도 차이는 상이한 열 팽창을 야기하게 된다. 이에 따라 결과적으로 인접 가열 영역들 사이에 열 응력이 발생하게 되고, 열 응력이 상당 수준 발생하게 되면 세라믹 기판에 열 균열을 야기할 수 있다. 본 발명에서 상기와 같은 문제 및 기타의 문제들이 해결될 수 있다.
이 항목은 본 발명에 개시된 내용의 일반적인 요약을 제공하는 것이며, 본 발명의 전체 범위 또는 본 발명의 모든 특징을 포괄적으로 개시하는 것은 아니다.
일 형태에서, 본 발명은 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 히터를 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 전력 컨버터, 센서 회로, 기준 온도 센서 및 제어부를 포함한다. 전력 컨버터는 히터에 조정 가능한 전압 출력을 공급하도록 동작 가능하고, 전원으로부터의 전압 입력을 전압 입력 이하의 전압 출력으로 변환하도록 구성된다. 센서 회로는 히터의 가열 요소의 전기적 특성을 측정하도록 구성되며, 상기 전기적 특성은 전류 및 전압 중 적어도 하나를 포함한다. 기준 온도 센서는 히터의 기준부의 기준 온도를 측정한다. 제어부는 전력 컨버터를 동작시켜 히터로의 전압 출력을 제어하도록 구성된다. 제어부는 상기 전기적 특성에 기초하여 히터 요소의 1 차 온도를 계산하고, 상기 기준 온도 및 상기 1차 온도 중 적어도 하나에 기초하여 히터에 인가될 전압 출력을 결정하도록 구성된다. 제어부는 동작 모드 및 학습 모드 중 적어도 하나에서 동작하도록 구성되고, 전압 출력이 히터에 공급될 때 하나 이상의 보호 프로토콜을 실행한다.
다른 형태에서, 제어부는 기준 온도와 1차 온도 사이의 차이가 미리 설정된 임계값보다 큰 것에 응답하여 히터로의 전력을 감소시키거나 차단하도록 구성된다.
또 다른 형태에서, 기준 온도 센서는 적외선 카메라, 열전대(thermocouple) 및 저항 온도 검출기 중 하나이다.
일 형태의 학습 모드에서, 제어부는 히터를 동작시켜 히터 요소의 온도를 히터 상에 위치된 부하의 온도와 연관시키는 히터-부하 상관 데이터를 생성하도록 구성된다.
다른 형태의 학습 모드에서, 제어부는 히터에 대한 전력을 점진적으로 증가시켜 히터에 의해 발생된 열을 증가시키고, 복수의 1차 온도를 결정하고, 복수의 1차 온도를 기준 온도 센서에 의해 검출된 각각의 기준 온도와 상관시킴으로써 히터-부하 상관 데이터를 생성한다.
또 다른 형태에서, 제어부는 전력이 증가되는 시간 동안 1 차 온도 및 기준 온도의 변화를 맵핑(mapping)하도록 구성된다.
일 형태에서, 기준 온도 센서는 히터 상에 위치된 부하 및 히터의 표면 중 적어도 하나의 온도를 측정하도록 구성된다.
다른 형태의 동작 모드에서, 제어부는 부스트 보상을 실행함으로써 가열 요소가 열을 생성하여 히터의 기준부를 미리 정의된 설정점 온도로 가열하는 비율을 증가시키도록 구성된다.
또 다른 형태에서, 제어부는 전기적 특성에 기초하여 가열 요소 각각에 대한 1 차 온도를 결정하고, 인접 영역에 대해서는, 인접 영역의 하나 이상의 가열 요소에 공급되는 전력을 1 차 온도에 기초하여 조절함으로써 히터 전반에 걸친 온도 변동을 제어하도록 구성된다.
일 형태에서, 제어부는 하나의 영역이 인접 영역보다 높은 온도를 갖는 것에 응답하여 상기 하나의 영역으로의 전력을 감소시키도록 구성된다.
다른 형태에서, 제어부는, 기준 온도 및 1 차 온도 중 적어도 하나에 기초하여, 복수의 정의된 상태 모델 제어들 중에서 히터의 동작 상태로서의 상태 모델 제어를 선택하도록 구성된다.
또 다른 형태에서, 복수의 정의된 상태 모델 제어는 파워-업 제어(power-up control), 소프트 스타트 제어(soft start control), 설정 비율 제어(set rate control) 및 정상 상태 제어(steady-state control) 중 적어도 하나를 포함한다.
일 형태에서, 상태 모델 제어들 각각은 상기 상태 모델 제어들 각각에 대한 히터를 제어하기 위한 하나 이상의 동작 설정을 정의한다.
다른 형태에서, 상기 하나 이상의 동작 설정은 상기 동작 상태를 종료하고 다른 상태 모델 제어로 이행하기 위한 조건을 정의하는 이행 조건을 포함한다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 히터 및 상기에서 설명된 제어 시스템을 포함하는 열 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 적용 가능성의 다른 영역은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예로서 주어진 본 발명의 다양한 형태가 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 교시에 따른 히터 및 제어 시스템을 갖는 열 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 교시에 따른 전력 컨버터를 도시한다.
도 3은 도 1의 제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 교시에 따른 복수의 상태 모델에 의해 정의된 예시적인 상태 모델 제어 프로그램을 도시한다.
도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D 및 도 5E는 도 4의 상태 모델 제어 프로그램의 상태 모델에 대한 설정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 교시에 따른 메인 메뉴 그래픽 사용자 인터페이스의 예이다.
도 7은 본 발명의 교시에 따른 제어 시스템 인터페이스의 사시도이다.
도 8은 격리 회로를 갖는 제어 시스템의 블록도이다.
도 9는 도 8의 격리 회로의 예시적인 구성이다.
본 명세서에 설명된 도면은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 도시된 것일 뿐이며 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 한정하려는 것은 아니다.
다음의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 발명의 개시, 적용 또는 사용을 제한하고자 하는 것이 아니다. 도면 전체에 걸쳐, 대응하는 참조 번호는 유사하거나 대응하는 부분 및 특징을 나타낸다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 열 시스템(100)은 히터(102) 및 히터 제어부(106) 및 전력 컨버터 시스템(108)을 갖는 제어 시스템(104)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 히터(102)는 가열 플레이트(110) 및 가열 플레이트(110)의 바닥 면에 배치된 지지축(112)를 포함하는 페데스탈 히터(pedestal heater)이다. 가열 플레이트(110)는 기판(111)의 표면을 따라 배치되거나 내장된 복수의 저항 가열 요소(도시되지 않음)를 포함한다. 기판 (111)은 세라믹 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 저항 가열 요소는 제어부(106)에 의해 독립적으로 제어되고, 도면에서 점선으로 도시된 바와 같은 복수의 가열 영역(114)을 형성한다. 도면에서 도시된 이들 가열 영역(114)은 단지 예시적인 것이므로, 가열 영역(114)은 도시된 구성 외에도 본 발명의 범위에 포함되는 임의의 구성을 취할 수 있다.
히터(102)는 "2 선식 히터(two-wire heater)" 일 수 있으며, 여기서 제어부(106)는 저항의 변화를 사용하여 온도를 결정할 수 있다. 이러한 2선식 시스템(two-wire system)은 본 출원과 소유자가 공통인 미국 특허 제 7,196,295 호에 개시되어 있으며, 그 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 2선식 시스템에서, 열 시스템은 히터 설계를 전력, 저항, 전압 및 전류를 포함하는 제어와 함께 사용자 정의 가능한 피드백 제어 시스템 내에 병합하고, 하나 이상의 이러한 파라미터(예: 전력, 저항, 전압, 전류)를 제어함과 동시에 제한할 수 있도록 구성된 적응형 열 시스템이다. 후술하는 바와 같이, 일 형태에서, 전력 컨버터 시스템(108)을 사용하여, 제어부(106)는 안정적인 연속 전류 및 전압 판독값을 획득한다. 이 판독값은 저항을 결정하고, 따라서, 히터(102)의 온도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 형태에서, 제어부(106)는 미국 특허 제 7,196,295 호에 기술된 바와 같이, 제로-크로싱(zero-crossing)에서의 전압 및/또는 전류를 측정하도록 구성된다.
히터(102)가 페데스탈 히터로서 기술되어 있지만, 본 발명의 제어 시스템은 유체 라인을 위한 튜브형 히터 및 히터 재킷 등의 다른 유형의 히터를 제어할 수 있으며, 페데스탈 히터에 국한되지 않는다.
제어 시스템(104)은 예를 들어 전력 컨버터(116)보다 낮은 전압에서 동작하는 제어부(106)와 같은 구성요소를 포함한다. 따라서, 저전압 구성 요소를 고전압으로부터 보호하기 위해, 제어 시스템(104)은 고전압 구성요소로부터 저전압 구성요소를 격리하는 전자적 구성요소를 포함하며, 구성요소들 간에 신호를 교환할 수 있도록 구성된다. 도 1에서, 전력선은 점선으로 도시되고, 데이터 신호선은 실선으로 도시되어 있다.
전력 컨버터 시스템(108)은 히터(102)의 가열 요소에 전력을 인가하도록 동작 가능한 복수의 전력 컨버터(116) (도면에서 1161 내지 116n) 를 포함한다. 보다 구체적으로, 각각의 전력 컨버터(116)는 전원(118)으로부터의 입력 전압(VIN)을 조정하여 히터(102)의 가열 요소들에 인가되는 출력 전압 (VOUT)으로 변환하도록 동작 가능하며, 여기서 출력 전압은 입력 전압 이하일 수 있다. 이러한 전력 컨버터 시스템의 일례는 2017년 6월 15일자로 출원되고 본원과 동시 계류중인 공동 출원인 "열 시스템 용 전력 컨버터(POWER CONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM)" 라는 명칭의 미국 특허출원 제15/624,060호에 기재되어 있으며, 본원과 소유자가 공통인 이 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다. 이 실시예에서, 각각의 전력 컨버터는 제어부(106)에 의해 동작 가능하며 주어진 영역의 하나 이상의 가열 요소에 대해서 원하는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있는 벅 컨버터(buck converter)를 포함한다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 소정의 전력 컨버터(116)는 구동 회로 (120) 및 제어 스위치(124) (도면에서 "SW") 를 갖는 벅 컨버터(122)를 포함하며, 제어 스위치(124)는 또한 전력 스위치로 지칭될 수 있다. 예시의 목적으로, 점선(126)은 시스템(100)의 고전압 섹션으로부터 저전압 섹션이 격리됨을 나타낸다. 구동 회로(120)는 제어부(104)로부터의 입력 신호에 기초하여 제어 스위치(124)를 동작하여 전력원(118)으로부터 입력된 전압을 조정하여 감소된 전압을 하나 이상의 가열요소(128)로 출력한다. 구동 회로(120)는 광 분리기, 변압기 등과 같은 전자 기기를 포함하여 제어부(106)와 통신하고 제어부(106)를 전력 컨버터(116)로부터 격리시킨다. 따라서, 전력 컨버터 시스템(108)은 히터(102)의 각각의 가열 영역에 사용자 정의 가능한 용량의 전력을 제공하도록 동작 가능하다. 특정 구성요소가 도 2에 도시되어 있으나, 전력 컨버터(116)는 본 발명의 범위 내에서 다른 구성요소를 포함할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
일 형태에서, 제어 시스템(104)은 전력원(118)과 전력 컨버터 시스템(108) 사이에 흐르는 전력을 제어하기 위해 릴레이와 같은 인터락(129)을 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 인터락(129)은 안전 장치로서 제어부(106)에 의해 동작 가능하며, 비정상적인 활동의 경우에, 전력원(118)으로부터 전력 컨버터 시스템(108)으로의 전력을 차단하고, 따라서, 히터(102)로의 전력을 차단할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 히터(102)의 성능을 모니터링 하기 위해, 제어 시스템 (104)은 기준 센서(130) 및 하나 이상의 히터 센서 회로(132)를 포함한다. 기준 센서(130)는 기준 영역의 온도(예: 기준 온도)를 측정하도록 구성된 별개의 센서이다. 예를 들어, 일 형태에서, 기준 센서(130)는 히터(102)에 의해 가열되는 부하(예: 웨이퍼, 파이프)의 온도를 측정하며, 여기서 부하는 기준 영역이 된다. 다른 예에서, 기준 센서(130)는 히터(102)의 표면을 따라 온도를 측정한다. 기준 센서(130)는 적외선 카메라, 열전대(thermocouple), 저항 온도 검출기 및/또는 온도를 측정하기 위한 다른 적절한 센서일 수 있다. 또한, 다수의 기준 센서가 히터(102) 주위의 상이한 영역을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
2선식 히터를 사용하여, 히터 센서 회로(132) (즉, 센서 회로)는 가열 요소의 전기적 특성을 측정하도록 구성되며, 이러한 전기적 특성은 저항, 온도 및 기타 적절한 정보와 같은 가열 요소의 성능 특성을 결정하는데 사용될 수 있다. 일 형태에서, 히터 센서 회로(132)는 전력 컨버터(116)로부터 전력을 수신하는 하나 이상의 가열 요소의 전기적 특성을 측정하기 위해 제공된다. 예를 들어, 도 2는 가열 요소(128)의 전기적 특성을 측정하기 위해 전력 컨버터(116)와 가열 요소(128) 사이의 전기 회로에 결합된 히터 센서 회로(132)를 도시한다. 여기서, 전기적 특성은 전류 및 전압 중 적어도 하나를 포함한다. 일 형태에서, 센서 회로(132)는 가열 요소에 인가되는 전력에 관계없이 전류 및/또는 전압을 연속적으로 측정하기 위한 전력 계량 칩(134) (도면에서 "PM")을 포함한다. 센서 회로(132)는 또한 시스템의 저전압 섹션과 고전압 섹션 사이에서 신호를 전송하기 위해 아날로그-디지털 컨버터, 광 분리기 또는 변압기와 같은 다른 전자 장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 센서 회로(132)는 미국 특허 출원 제 15/624,060호에 기술된 센서 회로와 같은 기타의 적절한 방식으로 구성될 수 있다.
기준 센서(130) 및/또는 센서 회로(들) (134)로부터의 데이터는 히터(102)의 동작을 제어하기위한 추가 처리를 위해 히터 제어부(106)에 제공된다. 일 형태에서, 히터 제어부(106)는 외부 장치와 통신 가능하게 결합될 수 있으며, 상기 외부 장치는 사용자에 의해 동작되어 제어 시스템(104)과 정보를 교환할 수 있는 컴퓨팅 장치(136) 등 일 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(136)는 무선 통신 링크(예: WI-FI, 블루투스 등) 및/또는 유선 통신을 통해 제어부(106)와 통신 가능하도록 연결된 데스크탑 컴퓨터, 태블릿, 랩탑 등일 수 있다. 일 형태에서, 제어부(106)는 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interfaces: GUI)를 통해 컴퓨팅 장치(136)와 정보를 교환하도록 구성된다. GUI는 동작 상태, 온도 프로파일, 히터의 전기적 특성 및 기타 적절한 정보와 같은 히터(102)의 제어 및 동작과 관련된 정보를 중계하고, 설정점(예: 온도, 전력), 동작 변수(예: 변화율, PID 변수), 및 히터 (102)의 제어 상태의 선택(예: 학습 모드, 보정, 수동 제어, 상태 제어 프로그램)등의 입력을 사용자로부터 수신하기 위해 적절한 방식으로 구성될 수 있다.
제어부(106)는 하나 이상의 마이크로 프로세서 및 마이크로 프로세서에 의해 실행되는 컴퓨터 판독 가능 명령어(즉, 소프트웨어 프로그램)를 저장하는 메모리(예: RAM, ROM 등)를 포함하는 전자 기기를 포함한다. 제어부(106)는 히터 학습 상태, 상태 모델 제어, 시스템 보호 모니터링 및/또는 본 명세서에 기술된 기타의 적절한 프로세스와 같은 하나 이상의 제어 프로세스를 수행하기 위해 미리 정의된 컴퓨터 판독 가능 명령에 의해 구성된다.
도 3을 참조하면, 일 형태에서, 제어부(106)는 인터페이스 모듈(200), 성능 피드백 모듈(202), 히터 학습 모듈(204), 전력 제어 모듈(206), 상태 모델 제어 모듈(208), 상태 선택 모듈(210), 및 시스템 보호 모듈(212)을 동작하도록 구성된다. 인터페이스 모듈(200)은 컴퓨팅 장치(136)와 같은 하나 이상의 외부 장치와 통신하도록 구성된다. 컴퓨팅 장치와 관련하여, 인터페이스 모듈(200)은 제어부(106)의 다른 모듈에 의해 사용자에게 제공되는 다양한 제어 옵션 및 시스템 성능 정보를 표시하는 GUI를 디스플레이 하도록 구성된다. 사용자가 제어 옵션을 선택하면, 인터페이스 모듈(200)은 데이터를 제어부(106)의 각 모듈로 전송한다.
성능 피드백 모듈(202)은 기준 센서(130) 및 히터 센서 회로(132)로부터의 전기적 응답을 측정하여 기준 온도 및 히터 온도(즉, 청구항의 1 차 온도)를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 회로(132)의 전기적 특성에 기초하여, 성능 피드백 모듈(202)은 각각의 가열 요소의 평균 저항을 결정한 다음, 온도와 저항을 상관시키는 미리 결정된 정보를 사용하여 가열 요소의 온도를 결정한다. 성능 피드백 모듈 (202)은 사용되는 기준 센서(130)의 유형에 기초하여 기준 온도를 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 기준 센서(130)가 RTD (Resistance Temperature Detector) 인 경우, 성능 피드백 모듈(202)은 온도에 대한 저항을 연관시키는 소정의 정보를 포함하고, 이 정보를 사용하여 기준 영역의 온도를 결정한다.
일 형태에서, 히터 학습 모듈(204)은 2 개 이상의 파라미터를 서로 연관시키는 하나 이상의 유형의 상관 데이터를 형성하도록 구성되고, 이러한 상관 데이터는 이후 하나의 파라미터의 값에 기초하여 다른 하나의 파라미터의 값을 결정하는 데 사용된다. 예를 들어, 히터 학습 모듈(204)은 가열되는 부하와 히터(102)의 성능을 상관시키는 히터(102)의 성능 맵을 구성하도록 구성된다. 구체적으로, 히터(102)의 온도(즉, 가열 요소의 온도)는 히터(102)의 표면에서의 온도 및 히터(102) 상에 배치된 부하의 온도와는 상이하다. 일 형태에서, 히터 학습 모듈(204)은 히터(102)의 온도(즉, 히터 온도) 및 부하가 히터 온도 및 인가되는 전력에 기초하여 설정점 온도에 도달하는데 필요한 시간의 양을 제공하는 히터-부하 온도 상관 데이터를 생성한다. 예를 들어, 히터 온도가 500 ℃이고 부하 온도가 470℃로서 오프셋(offset)은 30 ℃ 인 경우, 히터-부하 온도 상관 데이터는 적절한 히터 온도를 결정하기 위해 사용되며, 예를 들어, 원하는 시간 내에 부하 온도를 490 ℃로 증가시키기 위해 사용될 수 있다.
히터-부하 온도 상관 데이터를 생성하기 위해, 히터 학습 모듈(204)은 가열을 위해 부하 또는 아티팩트(artifact)가 히터(102) 상에 위치된 시간 동안의 히터 학습 루틴을 수행하도록 구성된다. 히터 학습 모듈(204)은 전력 제어 모듈(206)이 히터(102) 로의 전력을 점진적으로 증가시켜 히터 온도를 증가시키는 사전 설정된 동작 시퀀스에 따라 히터(102)를 동작시킨다. 히터 학습 모듈(204)은 성능 피드백 모듈(202)로부터 각각의 가열 요소의 평균 온도 및 기준 온도를 획득한다.
가열 요소의 온도를 사용하여, 히터 학습 모듈(204)은 전체 히터 온도를 획득하고, 인가된 전력, 가열 동작 시간 및 히터 온도를 상관시킨다. 또한, 히터 학습 모듈(204)은 인가된 전력, 루틴의 지속 시간 및 측정된 기준 온도를 상관시킨다. 이러한 두 가지의 상관 데이터를 사용하여, 히터 학습 모듈(204)은 1 차 온도(즉, 히터 온도)를 전력 및 시간의 변화에 따른 각각의 기준 온도와 상관시켜 히터-부하 상관 데이터를 형성한다. 일 형태에서, 히터 학습 루틴은 상관 데이터를 구성하고 업데이트하기 위해 언제든지 수행될 수 있다.
히터 학습 모듈(204)은 기타의 적절한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 부하 온도를 측정하는 대신에, 히터 학습 모듈(204)은 히터와 표면 온도를 상관시키기 위해 기준 센서(130)를 사용하여 히터(102)의 표면을 측정할 수 있다. 표면 온도에 기초하여 부하의 온도를 추정함으로써 히터-부하 상관 데이터를 얻기 위해서, 미리 정의된 알고리즘이 사용될 수 있다.
일 형태에서, 히터-부하 상관 데이터는 하나 이상의 상태 모델 제어에 의해 이용될 수 있으며, 이러한 상태 모델 제어는 부하 온도가 증가하는 비율을 증가시키기 위한 부스트 보상(boost compensation)을 수행하기 위해 비율 제어 및 수동 제어를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상관 데이터를 사용하여, 제어부(106)는 히터(102)가 특정 온도에 도달하는데 걸리는 시간의 양을 알게 되며, 히터 온도가 얼마가 되어야 하는지 및 부하 온도가 원하는 온도에 도달하는 데에 어느 정도의 시간이 걸리는 지를 결정하게 된다. 따라서, 제어부(106)는 부하 온도가 증가하는 비율을 증가시킬 수 있다.
히터-부하 상관 데이터에 부가하여, 또는 히터-부하 상관 데이터 대신에, 히터 학습 모듈(204)은 자동 학습 저항-온도 곡선 제어(auto learning resistance-to-temperature curve control)를 수행하여 2선식 시스템을 위한 저항-온도 맵핑 테이블(resistance-to-temperature mapping table)을 자율적으로 생성하도록 구성된다. 온도 곡선에 대한 저항을 결정하는 일례는 미국 특허 제 7,196,295 호에 개시된 2선식 시스템에 기술되어 있다. 일반적으로, 와이어의 저항은 기준 온도에서의 기본 저항, 2선식 시스템에 사용된 특정 재료에 대한 TCR (Temperature Coefficient of Resistance: 저항온도계수), 및 온도에 기초하여 결정된다. 2선식 시스템은 전압 및/또는 전류에 기초하여 저항을 결정할 수 있고, 그 다음 온도는 저항, 기본 저항 및 TCR을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 기준 온도와 2선식 시스템 사이에서 발견된 리드(leads) 또는 오프셋(offsets)으로부터 추가된 저항에 기초하여, 저항-온도 곡선이 조정될 수 있다.
전력 제어 모듈(206)은 각각의 컨버터(116)에 대한 전력 출력 명령에 기초하여 각각의 전력 컨버터를 동작 시키도록 구성된다. 일 형태에서, 전력 출력 명령은 히터 학습 모듈(204), 상태 선택 모듈(210), 및 시스템 보호 모듈(212) 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다. 일 형태에서, 전력 제어 모듈(206)은 제어 신호를 구동 회로(120)에 출력하고, 그에 따라 각각의 전력 컨버터(116)의 제어 스위치(124)를 동작시켜 지정된 가열 요소(들)에 대한 원하는 출력 전압을 얻기 위한 전압 입력을 조정할 수 있다.
상태 모델 제어 모듈(208) 및 상태 선택 모듈(210)은 상태 모델 제어를 구성하고 주어진 상태 모델을 선택하여 히터(102)를 동작 시키도록 구성된다. 일 형태에서, 상태 모델 제어 모듈(208)은 하나 이상의 상태 모델을 상태 모델 제어 저장소(214)에 저장하고, 사용자로부터의 입력에 기초하여 상태 모델을 수정하거나 새로운 상태 모델을 구성할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 아래의 표 1은 설정된 조건 내에서 히터(102)를 제어하기 위한 상이한 상태 모델의 예를 제공하며, 이러한 상태 모델들은 컴퓨터 실행 가능 프로그램일 수 있다. 본 명세서에서는 특정 실시예가 제공되지만, 기타의 상태 모델이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수도 있다.
Figure pct00001
일 형태에서, 상태 모델 제어는 각각의 상태 모델 제어에 대한 히터(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 동작 설정에 의해 정의된다. 예를 들어, 아래의 표 2는 상태 모델 제어를 정의하는 데 사용할 수 있는 다양한 설정을 제공한다. 특정 예들이 제공되지만, 본 발명의 범위 내에서 다른 설정들도 사용될 수 있다.
Figure pct00002
상이한 상태 모델을 정의하기 위해 상이한 설정이 사용될 수 있고, 동일한 유형의 상태 모델의 상이한 변형이 또한 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 파워 업 제어(252), 소프트-스타트 제어(254), 비율 제어(256), 및 3개의 PID 제어(258, 260, 262)(즉, 정상 상태 제어)를 포함하는 6개의 상이한 상태 모델에 의해 정의된 상태 모델 제어 프로그램(250)을 도시한다. 도 4는 주어진 상태 모델이 제어 프로그램(250)의 다른 상태 모델로 이전하는 동작을 도시한다.
각각의 상태 모델은 하나 이상의 설정에 의해 정의되며, 이러한 설정은 컴퓨팅 장치(136)를 통하여 사용자에 의해 고정되거나 조정될 수 있다. 도 5A 내지 도 5E는 도 4에 도시된 상태 모델 제어 프로그램(250)의 상태 모델 1 내지 상태 모델 5에 대한 설정을 도시한다. 사용자에 의해 조정될 수 있는 유형 및/또는 설정의 수는 열 시스템(100)의 사용에 기초하여 맞춤형으로 정의될 수 있고, 따라서 본 발명의 범위 내에서 임의의 수의 설정이 조정 또는 고정될 수 있다.
도 5A는 파워-업 제어(252)에 대한 설정을 도시하며, 이는 2 %/min에서 파워- 업을 수행하기 위한 파워 설정점; 및 히터 요소(HEC)의 전기적 특성이 파워-업 임계값(THPWR-UP)보다 클 때 상태 모델 2(소프트-스타트 제어(254))로 이동하기 위한 이행 조건으로서, 사용자에 의해 사전 정의되거나 조정될 수 있다. 도 5B는 소프트-스타트 제어(254)에 대한 설정을 예시한다: 초기 전력 0 % 및 최대 전력 5 %를 갖는 0.5 % power/min의 비율 설정; 및 전압 출력(VO/P)이 5 %보다 클 때 제어(254)를 종료하여 상태 모델 3(비율 제어(256))으로 이행하는 이행 조건을 포함한다. 도 5C는 12 ℃/min의 속도 설정점; 200 ℃의 비례 대역(PB: proportional band), 30 초의 적분 이득(Ti) 및 0 초의 미분 이득 (Td); 선택 가능하지만 현재 없음으로 설정된 시작 동작; 및 시스템이 1 ℃의 상대 파라미터(Rel. Param 1)에서 전력 설정점(SP)에 근접할 때 상태 모델 4 (PID-1 258)로 이동하기위한 이행 조건을 도시한다. 도 5D 및 도 5E는 상태 모델 제어 4 및 상태 모델 제어 5 (즉, PID-1 258 및 PID-2 260) 각각에 대한 설정을 도시하고 있으며, 이들 두 개의 상태 모델 제어는 각각 서로 다른 설정이 할당된 PID 제어이다. 다른 설정과 함께, 상태 모델 제어 4에는 두 가지 종료 조건이 포함되어 있다. 즉, 온도 설정점이 10 ℃ (Rel. Param 1)의 상대 파라미터만큼 증가하면 제1조건이 성립되어 상태 모델 3 (즉, 비율 256)으로 이행한다. 또한, 설정점이 10 ℃의 상대 파라미터 (Rel. Param 2)만큼 감소하면 제2조건이 성립되어 상태 모델 5 (PID-2 260)로 이행된다. 이와 유사하게, 상태 모델 제어 5 또한 두 가지 종료 조건을 가지고 있다. 즉, 시스템이 설정점 (예: +/- 5 ℃)로부터 멀어질 때 제1종료 조건이 성립되어 상태 모델 6 (PID-3 262)으로 이행하고, 미리 정해진 시간이 경과한 후 제2종료 조건이 성립되어 상태 모델 4 (PID-1 258)로 이행한다.
도 5A 내지 5C는 특정 제어 프로그램에 대한 상이한 상태 모델에 대한 예시적인 설정을 도시한다. 다른 설정이 다른 상태 모델에 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상태 제어 프로그램은 둘 이상의 상태 모델에 의해 정의될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 제공된 실시예에 국한되지 않는다. 또한, 제어부(106)는 히터(102)의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 상태 제어 프로그램을 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상이한 상태 모델 제어 프로그램이 상이한 유형의 부하, 히터 및 성능 기준을 수용하도록 생성될 수 있다.
일 형태에서, 컴퓨팅 장치(136)에 의해, 사용자는 저장된 상태 제어 모델(들) 및 상태 제어 프로그램(들) 중에서 선택된 히터 동작 상태로서의 제어 동작을 선택한다. 상태 선택 모듈(210)은 성능 피드백 모듈(202)로부터의 정보 및 선택된 히터 상태 동작에서 제공된 상태 모델(들)에 대해 정의된 설정에 기초하여 저장소(214)에 저장된 선택된 히터 동작 상태를 실행하도록 구성된다. 동작 시에, 상태 선택 모듈(210)은 상태 모델이 수행되는 조건을 만족시키기 위해 각각의 가열 영역(114)에 대한 원하는 전력 레벨을 결정하고, 전력 레벨을 전력 제어 모듈(206)에 출력한다. 센서(130, 132)로부터의 피드백 정보를 사용하여, 상태 선택 모듈(210)은 히터(102)에 대한 전력을 조정할 수 있다.
따라서, 상태 모델 제어 모듈(208) 및 상태 선택 모듈(210)은 사용자가 주어진 상태 모델 제어에 대한 제어 방식을 동적으로 변경하여 특정 히터에 대한 제어 프로그램(즉, 지문(fingerprint))을 개발할 수 있게 한다. 예를 들어, 한 상태에서 다른 상태로 이행할 때, 정적 전력 레벨(static power level)인 적분은 사용자가 설정 값으로 설정하거나 온도와 같은 변수에 따라 조정될 수 있다. 따라서, 상태 기반 모델 제어는 각각의 히터에 대해 조정될 수 있으며, 모든 히터에 대한 고정 제어 방식이 아니다.
시스템 보호 모듈(212)은 히터(102) 및/또는 제어 시스템(104)을 손상시킬 수 있는 비정상적인 활동에 대해 열 시스템(100)을 모니터링하도록 구성된다. 일 형태에서, 시스템 보호 모듈(212)은 다음의 보호 프로토콜 중 적어도 하나를 수행한다: 영역 간 모니터링(zone-to-zone monitoring); 영역-기준 모니터링(zone-to-reference monitoring); 변화율 게이지(rate of change gauge); 및/또는 에너지 제한 제어(energy limit control).
영역 간 모니터링 및 영역-기준 모니터링은 열 시스템(100)이 히터(102)를 따라 원하는 평형을 유지하고 있는지 여부를 평가하고, 세라믹 파손과 같은 히터(102)에 대한 손상을 최소화 또는 방지하기위한 일관성 제어(coherence control)의 예이다. 예를 들어, 영역 간 모니터링의 경우, 보호 모듈(212)은 성능 피드백 모듈(202)로부터의 정보에 기초하여 가열 영역(114)의 온도를 결정하고, 인접한 영역들 사이의 온도 차이가 온도 변화 임계값(예: 10 ℃ 차이)을 초과하는 지 여부를 판단한다. 만일 그렇다면, 보호 모듈(212)은 열 시스템(100)의 손상을 최소화하거나 방지하기위한 보호 조치를 수행한다.
영역-기준 모니터링은 히터(102)의 평균 온도를 기준 온도와 비교하여 둘 사이의 온도가 온도 변화 임계값(temperature variance threshold)을 초과하는 지를 결정하며, 영역-기준 모니터링에 사용된 온도 변화 임계값은 영역 간 모니터링에 사용된 온도 변화 임계값과 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 일관성 제어는, 예를 들어, 히터 (102)에 대한 전력을 조정하거나 시스템을 차단함으로써, 열 시스템(100)이 변화 임계값을 초과하는 것을 방지할 수 있다.
열 시스템(100)에서 발생 가능한 비정상적인 동작에 대한 또 하나의 지표는 인가되는 전력에 기초하여 히터(102)가 가열되는 비율에 있다. 구체적으로, 일 형태에서, 히터 (102)의 히터 온도 및/또는 전기 응답이 인가되는 전력에 기초하여 변화하는 비율은 연관된 비율 범위 임계값(rate range threshold)과 비교되어 히터(102)가 사양 내에서 응답하는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 인가된 전력이 증가할 때 히터 온도가 증가하지 않거나 인가된 전력이 동일하거나 소량 증가할 때 히터 온도가 갑자기 증가하는 경우, 보호 모듈(212)은 이러한 동작이 비정상적임을 표시하고 보호 조치를 수행한다. 유사하게, 에너지 제한 제어는 히터(102)에 인가될 수 있는 전력량에 대한 한계를 설정하고, 보호 시스템(212)은 열 시스템(100)이 이들 한계를 초과하거나 또는 그 한계에 도달하면 보호 수단을 출력한다. 예를 들어, 에너지 제한 제어는 저 저항 시동(low resistance startup) 시 최대 전류와 최대 전력을 설정하는 데 사용된다. 최대 값은 사용자에 의해 설정될 수 있거나, 예를 들어, 히터(102)의 사양에 기초하여 미리 결정되며, 온도 범위에 따라 변할 수 있다.
시스템 보호 모듈(212)에 의해 수행되는 보호 수단은, 전력 제어 모듈(206)에게 하나 이상의 가열 영역(114) 으로의 전력을 감소시키도록 지시하여 변화를 제어하는 것, 히터(102)에 대한 전력을 차단하는 것, 현저한 온도 변화에 대한 메시지를 컴퓨팅 장치(136)에 출력하는 것, 및/또는 인터락(129)을 동작 시킴으로써 전력 컨버터 시스템(108)에 공급되는 전력을 차단하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
제어부(106)는 인터페이스 모듈 (200), 성능 피드백 모듈(202), 히터 학습 모듈 (204), 전력 제어 모듈(206), 상태 모델 제어 모듈(208), 상태 선택 모듈(210), 및 시스템 보호 모듈(212)의 동작을 수행하기 위하여 적절한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 형태에서, 제어부(106)는 학습 모드에서 히터-부하 상관 데이터 및/또는 저항-온도 맵핑 테이블을 형성하도록 동작 가능하다. 또한, 동작 모드에서 제어부(106)는 상태 제어 모델을 수정하거나 선택된 히터 동작 상태를 실행할 수 있다. 일 형태에서, 제어부(106)는 일단 전력이 히터 (102)에 인가되면 시스템(100)의 비정상 활동을 모니터링한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 사용자가 이러한 모드 중에서 원하는 모드를 선택할 수 있도록 하기 위해, 제어부(106)는 예를 들어 컴퓨팅 장치(136)를 통해 메인 메뉴 GUI (270)를 디스플레이 하도록 구성된다. 이 예에서, 다양한 제어 옵션은 버튼(예: 학습 모드 버튼(272A, 272B) 및 동작 모드 버튼(274A, 274B))으로서 제공된다. 주어진 버튼이 활성화 되면, 제어부(106)는 선택된 특정 작업을 수행하기 위해 하나 이상의 프로그램을 실행하게 되며, 이러한 특정 작업은 선택된 추가 작업을 요청하기 위한 추가 GUI를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
학습 모드 또는 동작 모드에서 제어부(106)를 동작시키는 것 외에도, 제어부(106)는 히터 성능과 관련된 정보를 표시하도록 동작 가능하다. 예를 들어, 히터 성능은 히터(102)의 표면을 따라 다양한 구역에서의 온도를 나타내는 온도 프로파일(버튼(276A)); 히터(102)에 인가되는 전력, 전류 및/또는 전압의 양을 제공하는 전력 출력 그래프(버튼(276B)); 및 가열 동작 동안의 시간에 따른 히터 온도 및 부하 온도를 도시하기 위한 히터-부하 온도 차트(버튼 (276C)); 를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제어부(106)가 다른 히터 성능 정보를 출력하도록 구성될 수 있다는 것은 쉽게 이해할 수 있는 일이다. 도 6은 메인 메뉴 GUI의 특정 예를 도시하지만, 발명의 범위 내에서 다른 GUI가 사용될 수 있다.
제어 시스템(104)은 다양한 구조적 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일 형태에서, 도 7은 제어부, 인터락, 전력 컨버터 시스템 및 센서 회로를 수용하기 위한 케이스(302)를 포함하는 제어 시스템 인터페이스(300)를 도시한다. 인터페이스(300)는 또한 컴퓨팅 장치와 같은 하나 이상의 외부 장치에 연결하기 위한 하나 이상의 통신 포트(304)를 포함한다. 사용된 기준 센서(130)의 유형에 기초하여, 인터페이스(300)는 또한 기준 센서(130) 로부터의 입력을 수신하기 위한 보조 포트(도시되지 않음)를 포함하고 히터(102)의 가열 요소에 연결되기 위한 전력 포트(도시되지 않음)를 포함한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 형태에서, 전력원으로부터의 높은 AC 전력으로부터 제어 시스템을 보호하기 위하여, 본 발명의 제어 시스템은 전원과 전력 컨버터(들) 사이의 격리 장벽을 포함한다. 보다 구체적으로, 제어 시스템(350)은 전력 컨버터 시스템(108)의 전력원(118)과 전력 컨버터(들)(116) 사이에 배치된 격리 회로(352)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 제어 시스템(350)은 히터 제어부, 인터락, 히터 센서 회로 등과 같은 제어 시스템(104)의 다른 구성 요소를 포함하도록 구성될 수 있다.
다른 구성 요소와 함께, 격리 회로(352)는 브리지 듀티 사이클(bridge duty cycle)을 제어함으로써 출력 RMS (root-mean-square)를 제어하는 RMS제어 회로(354) 및 직류(DC) 변압기(356)를 포함한다. 격리 회로(352)는 전력 컨버터를 입력 라인 전원과 전기적으로 분리한다. 출력은 Earth/Ground 및 L1/L2/L3으로부터 플로팅(floating) 된다.
본 명세서의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 따라서 본 발명의 본질을 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위에 포함되도록 의도된 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어난 것으로 간주되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같은, "A, B 및 C 중 적어도 하나" 와 같은 문구는 비 배타적 논리소자 OR을 사용하는 논리 연산 (A OR B OR C) 을 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "A 중 하나 이상, B 중 하나 이상, 및 C 중 하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 히터를 제어하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은:
    히터에 조정 가능한 전압 출력을 공급하도록 동작 가능한 전력 컨버터로서, 전원으로부터의 전압 입력을 상기 전압 입력 이하의 전압 출력으로 변환하도록 구성된 전력 컨버터;
    히터의 가열 요소의 전기적 특성을 측정하도록 구성된 센서 회로로서, 상기 전기적 특성은 전류 및 전압 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 회로;
    히터의 기준부의 기준 온도를 측정하는 기준 온도 센서; 및
    상기 전력 컨버터를 동작시켜 히터로의 전압 출력을 제어하도록 구성된 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전기적 특성에 기초하여 히터 요소의 1차 온도를 계산하고, 상기 기준 온도 및 상기 1차 온도 중 적어도 하나에 기초하여 히터에 인가될 전압 출력을 결정하며,
    상기 제어부는 동작 모드 및 학습 모드 중 적어도 하나에서 동작하도록 구성되고, 전압 출력이 히터에 공급될 때 하나 이상의 보호 프로토콜을 실행하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기준 온도와 상기 1차 온도 사이의 차이가 미리 설정된 임계값 보다 큰 것에 응답하여 히터로의 전력을 감소시키거나 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 센서는 적외선 카메라, 열전대(thermocouple) 및 저항 온도 검출기 중 하나인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 학습 모드에서, 상기 제어부는 히터를 동작시켜 히터 요소의 온도를 히터 상에 위치된 부하의 온도와 연관시키는 히터-부하 상관 데이터를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 학습 모드에서, 상기 제어부는 히터에 대한 전력을 점진적으로 증가시켜 히터에 의해 발생된 열을 증가시키고, 복수의 상기 1차 온도를 결정하고, 상기 1 차 온도를 상기 기준 온도 센서에 의해 검출된 각각의 기준 온도와 상관시켜 상기 히터-부하 상관 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전력이 증가되는 시간 동안 상기 1 차 온도 및 상기 기준 온도의 변화를 맵핑(mapping)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도 센서는 히터 상에 위치된 부하 및 히터의 표면 중 적어도 하나의 온도를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 동작 모드에서, 상기 제어부는 부스트 보상을 실행함으로써 상기 가열 요소가 열을 생성하여 상기 기준부를 미리 정의된 설정점 온도로 가열하는 비율을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전기적 특성에 기초하여 상기 가열 요소 각각에 대한 상기 1 차 온도를 결정하고, 인접 영역에 대해서는, 상기 인접 영역의 하나 이상의 가열 요소에 공급되는 전력을 상기 1 차 온도에 기초하여 조절함으로써 히터 전반에 걸친 온도 변동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는 하나의 영역이 인접 영역보다 높은 온도를 갖는 것에 응답하여 상기 하나의 영역으로의 전력을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 동작 모드에서, 상기 제어부는, 상기 기준 온도 및 상기 1 차 온도 중 적어도 하나에 기초하여, 복수의 정의된 상태 모델 제어들 중에서 히터의 동작 상태 로서의 상태 모델 제어를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 정의된 상태 모델 제어는 파워-업 제어(power-up control), 소프트 스타트 제어(soft start control), 설정 비율 제어(set rate control) 및 정상 상태 제어(steady-state control) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 상태 모델 제어들 각각은 상기 상태 모델 제어들 각각에 대한 히터를 제어하기 위한 하나 이상의 동작 설정을 정의하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 동작 설정은 상기 동작 상태를 종료하고 다른 상태 모델 제어로 이행하기 위한 조건을 정의하는 이행 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  15. 히터; 및
    제1항의 제어 시스템; 을 포함하는 열 시스템.
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