JP2005083963A - 温度調節器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒータ電流を微少電流から高精度で測定できる電流値測定手段を備えた温度調節器を提供する。
【解決手段】 変流器９、波形整形手段１０、Ａ／Ｄ変換手段１１、最大値検出手段１２を有する電流値測定手段６を備え、ヒータＨTに流れる交流電流（ヒータ電流ＩH）を交流電圧（検出電圧Ｖ１）で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流ＩMとして測定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は炉などのヒータに流れる交流ヒータ電流を測定する電流値測定手段を備えた温度調節器に係り、特に微小のヒータ電流から大きなヒータ電流までリニアに測定可能な温度調節器に関する。

従来の温度調節器において、ヒータに流れる交流ヒータ電流を変流器を用いて交流電圧で検出し、検出した交流電圧に全波整流を施して直流成分にリップル成分が重畳した脈流とし、脈流にＡ／Ｄ変換を施したディジタル値でヒータ電流を測定するものが知られている。

図５に従来のヒータ電流測定回路を示す。（ａ）図に構成図、（ｂ）図に整流波形図、（ｃ）図にヒータ電流−最大値電流特性図を示す。（ａ）図において、ヒータ電流測定回路５０は、ヒータ電流ＩHの交流磁界を交流の検出電圧Ｖ１で検出する変流器５１と、ダイオードＤ１〜Ｄ４で構成し、交流の検出電圧Ｖ１を全波整流して直流成分にリップル成分が重畳した整形電圧Ｖ２を出力するダイオードブリッジＤＢと、整形電圧Ｖ２を一定のサンプリングパルスでＡ／Ｄ変換し、ディジタル電圧値を出力するＡ／Ｄコンバータ５２と、ディジタル電圧値のなかから最大値を検出して最大値電流ＩMとして出力する最大値検出部５３とから構成される。

変流器５１の検出電圧Ｖ１は、ヒータ電流ＩHに対応した交流波形（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波）で検出されるが、整形電圧Ｖ２は、（ｂ）図に示すように、ダイオードブリッジＤＢの順方向電圧ＶF（およそ０．６Ｖ）により、正弦波の正極性（＋側）がダイオードＤ１およびダイオードＤ２の順方向電圧ＶFの和２ＶF（およそ、１．２Ｖ）分だけ検出されずに０値で出力され、正弦波の負極性（−側）がダイオードＤ３およびダイオードＤ４の順方向電圧ＶFの和２ＶF（およそ、１．２Ｖ）分だけ検出されずに０値で出力される。

整形電圧Ｖ２は、検出電圧Ｖ１の正弦波がダイオードブリッジＤＢの順方向電圧ＶＦの和２ＶF分が０値となることにより、（ｃ）図に示すように、ヒータ電流ＩH−最大値電流ＩM特性のヒータ電流ＩHが０値から検出電圧Ｖ１の２ＶFに相当する電流まで最大値電流ＩMが０値となってしまう。

また、従来の電流測定回路は、本出願人が「特許文献１」（負荷断線検出装置）に開示したように、変流器の出力である交流電圧を全波整流に波形整形するダイオードブリッジが採用されている。
特公平６−１４０８０号公報（図１のＤ３参照）

図５に示す従来のヒータ電流測定回路および「特許文献１」に開示された従来の電流測定回路は、ダイオードブリッジで変流器が検出した交流電圧を波形整形（全波整流）する構成のため、ヒータ電流または負荷電流が０値から波形整形後の検出電圧のダイオード順方向電圧ＶFの和２ＶFに相当する電流までの微少電流を測定することができず、ヒータ電流または負荷電流を高精度に測定できない課題がある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的はヒータ電流を微少電流から高精度で測定できる電流値測定手段を備えた温度調節器を提供することにある。

前記課題を解決するためこの発明に係る温度調節器は、リレーやＳＳＲなどのスイッチを所定駆動量で駆動して、駆動量に応じた電流を炉などのヒータに流し、制御対象の温度を設定温度に制御する温度調節器において、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定する電流値測定手段を備えたことを特徴とする。

この発明に係る温度調節器は、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定する電流値測定手段を備えたので、ヒータ電流の微少電流値もリニアで測定することができる。

また、この発明に係る電流測定手段は、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出する変流器と、変流器が検出した交流電圧を０値から正極側のピークに整形する波形整形手段と、波形整形手段からの信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換したディジタル値の最大値を最大値電流として検出する最大値検出手段とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る電流測定手段は、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出する変流器と、変流器が検出した交流電圧を０値から正極側のピークに整形する波形整形手段と、波形整形手段からの信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換したディジタル値の最大値を最大値電流として検出する最大値検出手段とを備えたので、波形整形によるヒータ電流の微小電流測定のノンリニアを回避し、リニアに測定することができる。

さらに、この発明に係る波形整形手段は、ツェナーダイオードで構成したことを特徴とする。

この発明に係る波形整形手段は、ツェナーダイオードで構成したので、ヒータ電流の微少電流に影響を及ぼすことなく、０値から正極側のピークに波形整形することができる。

この発明に係る温度調節器は、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定する電流値測定手段を備えたので、ヒータ電流の微少電流値もリニアで測定することができ、ヒータ電流を高精度に測定することができる。

また、この発明に係る電流測定手段は、ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出する変流器と、変流器が検出した交流電圧を０値から正極側のピークに整形する波形整形手段と、波形整形手段からの信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段が変換したディジタル値の最大値を最大値電流として検出する最大値検出手段とを備えたので、波形整形によるヒータ電流の微小電流測定のノンリニアを回避し、リニアに測定することができ、ヒータ電流を微少電流から高精度に測定することができる。

さらに、この発明に係る波形整形手段は、ツェナーダイオードで構成したので、ヒータ電流の微少電流に影響を及ぼすことなく、０値から正極側のピークに波形整形することができ、ヒータ電流の微少電流を正確に測定することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る温度調節器の一実施の形態基本ブロック構成図である。図１において、温度調節器１は、温度設定部２、温度制御演算部３、駆動量出力部４、温度測定部５および電流値測定手段６を備え、所定駆動量ＳDでＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）７をオン／オフ駆動し、交流電源ＶACを断続して炉などのヒータＨTにヒータ電流ＩHを流し、炉内の制御対象（例えば、半導体ウェハー等）の温度を温度センサ８で検出して測定することにより、測定した制御対象の温度が予め設定した温度となるように所定駆動量ＳDを制御するとともに、ヒータＨTに流れる交流のヒータ電流ＩHを検出して測定する。

温度調節器１は、温度設定部２で予め設定した設定温度ＴSに対応した駆動量ＳDを駆動量出力部４が出力し、駆動量ＳDでＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）７をオン／オフ駆動する。

ＳＳＲ７は、駆動量ＳDでオン／オフ駆動され、交流電源ＶACを断続して炉などのヒータＨTに駆動量ＳDに対応したヒータ電流ＩHを流す。ヒータＨTにヒータ電流ＩHが流れ、炉を加熱して図示しない炉内の制御対象（例えば、半導体ウェハー等）が暖まり、制御対象の温度を温度センサ８が検出し、検出した温度を温度測定部５に提供する。

温度測定部５は、温度センサ８から提供された温度を測定し、測定した温度ＴOを温度制御演算部３に供給する。温度制御演算部３は、温度設定部２で設定された設定温度ＴSと温度測定部５から供給された温度ＴOの温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）を演算し、温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）を駆動量出力部４に供給する。

駆動量出力部４は、温度制御演算部３から供給される温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）に対応して駆動量ＳDを調整し、調整した駆動量ＳDでＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）７をオン／オフ駆動することにより、ヒータＨTに流れるヒータ電流ＩHを調節し、炉内の制御対象の温度を調節する。

再度、制御対象の温度を温度センサ８が検出し、温度測定部５が温度ＴOを測定して温度制御演算部３が温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）を演算し、駆動出力部４が温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）に対応した駆動量ＳDでＳＳＲ７を駆動することを繰り返し、測定温度ＴOと設定温度ＴSが一致（ＴO＝ＴS）した時点で、駆動量ＳDが一定値となり、ヒータ電流ＩHも一定値になる。なお、設定温度ＴS、測定温度ＴOおよび温度偏差ΔＴ（＝ＴS−ＴO）の系は、帰還（負帰還）ループを形成する。

電流値測定手段６は、ヒータＨTに流れる交流電流のヒータ電流ＩHを交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定するので、ヒータ電流ＩHの微少電流値もリニアで測定することができる。

このように、この発明に係る温度調節器１は、ヒータＨTに流れる交流電流（ヒータ電流ＩH）を交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定する電流値測定手段６を備えたので、ヒータ電流ＩHの微少電流値もリニアで測定することができ、ヒータ電流を高精度に測定することができる。

図２はこの発明に係る電流値測定手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図２において、電流値測定手段６は、変流器９、波形整形手段１０、Ａ／Ｄ変換手段１１、最大値検出手段１２を備える。

変流器９は、交流のヒータ電流ＩHの流れる線路を非接触で貫通させ、ヒータ電流ＩHが発生する交流磁界を検出し、検出した交流磁界に対応した交流電圧（例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの正弦波）の検出電圧Ｖ１を出力し、検出電圧Ｖ１を波形整形手段１０に供給する。

波形整形手段１０は、変流器９から供給される交流電圧の検出電圧Ｖ１を０値から正極（＋側）のピーク値に波形整形し、整形電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換手段１１に提供する。

図３はこの発明に係る波形整形手段の一実施の形態回路構成図である。（ａ）図は回路図、（ｂ）図は整形電圧の波形図である。（ａ）図において、波形整形手段１０ａは、ツェナーダイオードＺDで構成し、変流器９から供給される検出電圧Ｖ１の正極性（＋側）をツェナー電圧ＶZでクランプし、検出電圧Ｖ１の負極性（−側）をツェナーダイオードＺDのダイオード特性（順方向電圧ＶF）でクランプするように配置する。

ツェナーダイオードＺDの配置により、（ｂ）図に示すように、検出電圧Ｖ１の正極性（＋側）の波形は、何ら影響を受けることなく、忠実に再現されて整形電圧Ｖ２を出力する。一方、検出電圧Ｖ１の負極性（−側）の波形は、ツェナーダイオードＺDが有するダイオードの順方向特性の影響を受け、順方向電圧−ＶＦでクランプされた整形電圧Ｖ２を出力する。なお、ツェナーダイオードＺDのツェナー電圧ＶZは、過大な検出電圧Ｖ１（例えば、サージ電圧を検出した場合）に対してＡ／Ｄ変換手段１１を保護する値に設定する。

このように、この発明に係る波形整形手段１０ａは、ツェナーダイオードＺDで構成したので、ヒータ電流ＩHの微少電流に影響を及ぼすことなく、０値から正極側のピークに波形整形することができ、ヒータ電流の微少電流を正確に測定することができる。

図２に戻り、Ａ／Ｄ変換手段１１は、Ａ／Ｄコンバータで構成し、波形整形手段１０から供給される整形電圧Ｖ２を一定のサンプリングパルスでＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換したディジタルの変換電圧値を最大値検出手段１２に提供する。

最大値検出手段１２は、Ａ／Ｄ変換手段１１から供給される変換電圧値を取り込み、取り込んだ変換電圧値の中から最大値を検出し、最大値電流ＩMとして出力する。最大値電流ＩMの検出は、今回取り込んだ変換電圧値と前回取り込んだ変換電圧値を比較し、今回取り込んだ変換電圧値が変曲点になった場合には、この変換電圧値を最大値電流ＩMとして出力する。

図４はこの発明に係る電流値測定手段のヒータ電流と最大値電流の関係図である。図４において、ヒータ電流ＩHと最大値電流ＩMは、リニア（線形）の関係にあり、ヒータ電流ＩHが０値からの増加に対応してヒータ電流ＩHも０値から増加ずる。ヒータ電流ＩHが微少な領域にあっても最大値電流ＩMを高精度で測定することができる。

このように、この発明に係る電流測定手段６は、ヒータＨTに流れる交流電流（ヒータ電流ＩH）を交流電圧（検出電圧Ｖ１）で検出する変流器９と、変流器９が検出した交流電圧（検出電圧Ｖ１）を０値から正極側のピークに整形する波形整形手段１０と、波形整形手段１０からの信号（整形電圧Ｖ２）をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段１１と、Ａ／Ｄ変換手段１１が変換したディジタル値の最大値を最大値電流ＩMとして検出する最大値検出手段１２とを備えたので、波形整形によるヒータ電流ＩHの微小電流測定のノンリニアを回避し、リニアに測定することができ、ヒータ電流を微少電流から高精度に測定することができる。

本発明に係る温度調節器は、変流器が検出した交流電圧を０値から正極側のピークに整形して最大値電流を測定し、ヒータ電流を微少電流から高精度に測定することができ、交流電流を微少電流から測定するあらゆる装置に適用することができる。

この発明に係る温度調節器の一実施の形態基本ブロック構成図 この発明に係る電流値測定手段の一実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係る波形整形手段の一実施の形態回路構成図 この発明に係る電流値測定手段のヒータ電流と最大値電流の関係図 従来のヒータ電流測定回路

符号の説明

１ 温度調節器
２ 温度設定部
３ 温度制御演算部
４ 駆動量出力部
５ 温度測定部
６ 電流値測定手段
７ ＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）
８ 温度センサ
９ 変流器
１０，１０ａ 波形整形手段
１１ Ａ／Ｄ変換手段
１２ 最大値検出手段
ＶAC 交流電源
ＨT ヒータ
ＩH ヒータ電流
Ｖ１ 検出電圧
Ｖ２ 整形電圧
ＩM 最大値電流
ＺD ツェナーダイオード
ＶF 順方向電圧
ＶZ ツェナー電圧

Claims (3)

1. リレーやＳＳＲなどのスイッチを所定駆動量で駆動して、駆動量に応じた電流を炉などのヒータに流し、制御対象の温度を設定温度に制御する温度調節器において、
   前記ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出し、検出した交流電圧の０値から正極側のピーク値をディジタル値に変換した最大値電流として測定する電流値測定手段を備えたことを特徴とする温度調節器。
2. 前記電流測定手段は、前記ヒータに流れる交流電流を交流電圧で検出する変流器と、前記変流器が検出した交流電圧を０値から正極側のピークに整形する波形整形手段と、前記波形整形手段からの信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段が変換したディジタル値の最大値を最大値電流として検出する最大値検出手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の温度調節器。
3. 前記波形整形手段は、ツェナーダイオードで構成したことを特徴とする請求項２記載の温度調節器。
   

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