KR101090551B1 - 온도 제어 장치, 처리 장치 및 온도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

그의 저항값이 온도에 좌우되어 변하는 특성을 가지는 저항가열기와, 온 전압과 오프 전압의 두 전압수준을 가지는 제어 신호를 출력하는 신호 발생기와, 상기 제어 신호의 전압수준이 제1 전압일 때 제1 전류가 저항가열기를 흐르게 하고, 상기 제어 신호의 전압수준이 제2 전압일 때 제1 전류의 것보다 작은 전류값을 가지는 제2 전류가 저항가열기를 흐르게 하는 스위칭부와, 상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하기 위한 전압측정기를 구비하는 온도 제어 장치가 개시되며, 상기 신호 발생기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값에 기반하여 저항가열기의 온도를 제어한다.
저항가열기, 듀티비, 전류, 전압, 처리 소자, 온도 제어 장치, 스위칭부, 신호 발생기, 전압측정기

Description

온도 제어 장치, 처리 장치 및 온도 제어 방법{TEMPERATURE CONTROL APPARATUS, PROCESSING APPARATUS, AND TEMPERATURE CONTROL METHOD}
본 발명은 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이며, 더 상세하게는 온도 제어 장치, 상기 온도 제어 장치가 설치된 처리 장치 및 온도에 따라 그의 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기에 의해, 상기 저항가열기가 설치된 부재의 온도를 제어하는 온도 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 연료전지가 고에너지 변환 효율성을 가지는 순수한 전원으로서 관심을 끌고 있으며, 연료전지 전력 운송수단, 가정 전기 등에 대한 연료전지의 실용적 응용들이 발전해왔다. 또한, 핸드폰 및 노트북 크기의 소형 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 기기의 전원으로서 연료전지를 사용하기 위한 조사 및 개발들이 진전되어 왔다.
연료전지는 수소와 산소 간의 전기화학적 반응에 의해 전력을 생성하는 소자이다. 연료전지에 공급되는 수소는 예를 들어 메탄올과 같은 액체연료로부터 생성된다. 이 경우, 액체연료와 물로부터 수소를 생성하는 반응장치는 상기 연료전지에 연결된다.
상기 반응장치는 예를 들어, 액체연료와 물을 증발시키는 증발기, 수소를 생성하기 위해 증발된 연료와 물의 개질 반응을 야기하는 개질기, 산화에 의해 상기 개질기에 극미하게 생성된 일산화탄소를 제거하는 일산화탄소 제거기로 이루어진다. 상기와 같은 반응 장치로서, 개질기와 일산화탄소 제거기를 필수적으로 형성하는 반응장치도 개발되었다. 예를 들어, 복수의 기판들의 결합체(joined body)로 이루어진 반응장치가 존재하며, 상기 반응장치는 다음과 같이 구성된다: 이들 기판들의 결합면들에 홈들이 생성되고; 상기 홈들의 벽면들 상에 촉매들이 운반되고; 상기 홈들이 개질기와 일산화탄소 제거기의 유동 경로로서 작용하게 상기 기판에 의해 덮일 수 있도록 상기 기판들은 서로 결합된다.
지금, 개질기와 일산화탄소 제거기의 온도들은 소망하는 반응들이 각 소실(chamber)에서 효율적으로 발생할 수 있도록 각각의 반응들에 적합한 온도(최적 온도)로 설정된다. 상기 최적 온도들은 실내 온도보다 높기 때문에, 개질기와 일산화탄소 제거기를 가열하는 것이 필요하다. 또한, 상기 개질기와 일산화탄소 제거기가 사용 동안에 각각의 최적 온도들로 유지되어야만 하기 때문에, 때때로 그들의 온도를 제어함에 의해 최적 온도들로 그들의 온도를 유지하도록 그들을 제어하는 것이 필요해진다.
개질기와 일산화수소 제거기의 온도들을 유지하기 위해, 피드백 제어 방법을 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 개질기와 일산화탄소 제거기는 저항가열기에 의해 가열되며; 상기 개질기와 일산화탄소 제거기의 온도들은 열전지와 같은 온도 센서들로 측정되며; 상기 측정된 온도들은 피드백되며; 상기 저항가열기로 공급되는 공급전력은 상기 온도 센서로 측정된 온도들을 기반으로 제어된다. 상기 개질기와 일산화탄소 제거기는 이로써 최적온도로 유지될 수 있다.
또한, 저항가열기의 저항값이 온도에 따라 달라진다면, 그때 온도는 저항가열기의 저항값에 기반하여 측정될 수 있다. 상기 저항가열기는 따라서 온도 센서로서도 사용될 수 있으며, 온도 센서는 생략될 수 있다.
이러한 경우, 상기 저항가열기를 가로지르는 전압(반응 전압)이 동작 증폭기로 측정됨에 따라 상기 저항가열기를 흐르는 전류를 제어함에 의해 저항가열기의 온도를 제어하는 방법이 있다. 이 경우, 저항가열기를 흐르는 전류의 전류값이 설정되며; 상기 전류값의 전류는 상기 저항가열기를 흐르며; 상기 저항가열기의 전압은 피드백되기 위해 동작 증폭기로 측정된다. 상기 저항가열기의 저항값은 설정된 전류값의 전류 및 측정 전압으로부터 획득된다. 또한, 저항가열기의 온도는 상기 저항가열기의 획득된 저항값으로부터도 획득된다. 소망하는 설정 온도로 저항가열기를 설정하기 위해, 상기 저항가열기를 흐르는 전류의 전류값은 획득된 저항값 또는 획득된 온도를 기반으로 새롭게 설정되며, 상기 새롭게 설정된 전류값의 전류가 저항가열기를 흐른다.
그러나, 특정 전원의 전압이 저항가열기를 포함한 회로에 일반적으로 인가되기 때문에, 상기 저항가열기를 흐르는 전류를 조절하기 위해 가변성 저항의 저항값을 조절하도록 직렬의 가변성 저항이 상기 저항가열기에 연결된다. 이 경우, 전력이 가변성 저항의 일부에서 소비되지 않는 한, 전력 효율성은 떨어진다. 또한, 열생성이 무용한 전력의 소비에 의해 야기되어 온도 제어의 정확성은 때때로 하락한다.
또한, 저항가열기의 전류가 확대되면, 저항가열기의 반응 전압도 확대된다. 저항가열기의 반응 전압을 측정하기 위해 동작 증폭기의 입력 전압의 범위를 넓히거나, 상기 입력 전압을 분배하고, 각각의 전압 범위들로 분배된 전압들을 감쇠기 등으로 감쇠시키는 것이 필요해진다. 저항가열기의 반응 전압의 측정 분해능은 감소하고, 측정 오류의 발생이 증가한다.
온도 제어 장치 및 가열을 위해 저항가열기의 온도를 제어하는 온도 제어 방법, 및 상기 온도 제어 장치가 설치된 처리 장치에 있어서, 본 발명의 목적은 그들의 전력 소비를 억제하고, 저항가열기의 전압 등의 측정 분해능이 감소하는 것과 온도 제어의 오류가 증가하는 것을 억제하는 것이다.
상술한 목적을 수행하기 위해, 본 발명의 온도 제어 장치는: 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기와, 제1 전압 및 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 신호 생성기와, 상기 저항 가열기에 직렬로 연결되어 충전된 상태에서 상기 저항 가열기를 통해 전류가 흐르게 하는 스위칭부와, 상기 신호 생성기로부터 출력된 제어 신호에 일정한 중첩 전압을 부가하고, 상기 일정한 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 가산기, 및 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하기 위한 전압측정기를 포함하며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제1 전압일 때, 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항 가열기를 통과하여 흐르며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제2 전압일 때, 상기 제1 전류보다 작은 값을 가지는 제2 전류가 상기 스위칭부를 거쳐 상기 저항 가열기를 통해 흐르며, 상기 전압측정기는, 상기 저항 가열기를 통해 상기 제2 전류가 흐를 때, 상기 저항 가열기에 걸치는 전압값을 측정하며, 상기 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위하여 상기 제어신호를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 실시예의 원료가 공급되는 처리소자를 구비하며, 온도 제어를 받기 쉬우며, 원료의 반응 또는 상 변이를 발생하는 처리 장치는, 상기 처리소자의 온도를 제어하기 위한 온도제어장치를 포함하며, 상기 온도제어장치는, 상기 처리 소자를 가열하기 위해 상기 처리 소자에 설치되며, 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기, 제1 전압 및 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어신호를 출력하는 신호 생성기, 상기 저항 가열기에 직렬로 연결되어 충전된 상태에서 상기 저항 가열기를 통해 전류가 흐르게 하는 스위칭부, 상기 저항 가열기에 직렬로 연결된 상기 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 가산기, 및 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하기 위한 전압측정기를 포함하며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제1 전압일 때, 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항 가열기를 통과하여 흐르며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제2 전압일 때, 상기 제1 전류보다 작은 값을 가지는 제2 전류가 상기 스위칭부를 거쳐 상기 저항 가열기를 통해 흐르며, 상기 전압측정기는, 상기 저항 가열기를 통해 상기 제2 전류가 흐를 때, 상기 저항 가열기에 걸치는 전압값을 측정하며, 상기 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위하여 상기 제어신호를 제어한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도제어방법은, 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 단계와, 상기 저항 가열기에 직렬로 연결된 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 단계와, 상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항가열기를 통해 흐르게 하고, 상기 제어 신호의 전압 수준이 상기 제2 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 상기 제1 전류보다 작은 전류값의 제2 전류가 상기 저항가열기를 통해 흐르게 하는 단계와, 상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 시에 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하는 단계와, 상기 전압값을 측정하는 단계에서 측정된 전압값에 기반하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 제어하는 단계를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기의 온도를 제어하기 위한 본 발명의 제2 온도 제어 방법은, 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 단계와, 상기 저항 가열기에 직렬로 연결된 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 단계와, 상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 저항가열기를 통해 흐르게 하고, 상기 제어 신호의 전압 수준이 상기 제2 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 상기 제1 전류보다 작은 전류값의 제2 전류가 저항가열기를 통해 흐르게 하는 단계와, 상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하고, 상기 측정된 전압값과 상기 제2 전류의 전류값을 기초로 상기 저항가열기의 저항값을 측정하는 단계와, 상기 저항값을 측정하는 단계에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 완전히 이해될 것이며, 따라서 본 발명을 한정하는 것으로서 의도되는 것은 아니다:
도 1은, 본 발명에 따른 온도 제어 장치가 설치된 발생 장치의 도식 구성을 나타내는 블록도이며,
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 온도 제어 장치 회로의 회로도이며,
도 3은 제1 실시형태의 시간과 제어 PWM 신호의 전압수준들 간의 관계에 대한 일 실시예를 나타내는 파형도이며,
도 4는 제1 실시형태의 온도 제어 장치에 있어서의 처리 흐름을 나타내는 흐름도이며,
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이며,
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 온도 제어 장치의 회로 구성의 회로 도이며,
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이며,
도 8은 비교 실시예로서 종래의 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
다음에서, 본 발명에 따른 온도 제어 장치, 처리 장치 및 온도 제어 방법들의 바람직한 실시형태들이 첨부한 도면들과 관련하여 기술될 것이다. 부수적으로, 본 발명을 구현하기 위한 기술적으로 바람직한 다양한 제한들이 하기 기술된 실시형태들에 놓이지만, 상기 제한들은 본 발명의 범위를 다음 실시형태들 및 도시된 실시예들에 한정하는 것으로 고의되는 것은 아니다.
본 발명에 다른 온도 제어 장치(temperature control apparatus)가 적용되는 발생 장치(generating equipment)(1)가 먼저 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 제어 장치가 설치된 발생 장치(1)의 도식 구성을 나타내는 블록도이다.
상기 발생 장치(1)는 노트북 크기의 개인용 컴퓨터, 핸드폰, 휴대용 정보단말기(PDA), 전자수첩, 손목시계, 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 게임 도구, 오락 장치와 같은 전자 장치에 구비되는 장치이며, 상기 전자 장치의 본체를 동작하기 위한 전원으로서 사용되는 장치이다.
상기 발생 장치(1)는 연료 전지형 발생기 셀(2), 처리 장치(3), 및 연료 용 기(4)로 구성된다. 연료 용기(4)는 그 안에 분리 상태 또는 혼합 상태의 액체 연료(예, 메탄올, 에탄올, 디메틸 에스테르, 또는 가솔린)와 물을 보존한다. 상기 연료 및 물은 혼합 상태에서 도시되지 않은 펌프에 의해 상치 처리 장치의 본체(3)에 공급된다. 부수적으로, 연료 용기(4)의 연료는 도 1에 도시된 발생 장치에 있어서 메탄올이다.
상기 처리 장치의 본체(3)는 증발기(6), 개질기(7), 일산화탄소 제거기(8), 연소기(9), 및 저항가열기들(10,11)로 구성된다.
부수적으로, 증발기(6), 개질기(7), 일산화탄소 제거기(8), 연소기(9), 및 저항가열기들(10,11)은 둘러싸인 공간을 가지는 열절연 패키지에 수용되며, 열 에너지의 낭비는 상기 열절연 패키지에 의해 억제된다.
연료 용기(4)로부터 처리 장치의 본체(3)로 공급되는 연료와 물은 먼저 증발기(6)에 보내진다. 증발기(6)에 보내진 연료와 물은 원료이며, 그의 위상은 상기 증발기(6)에서 변한다. 연료 및 물은 상기 증발기(6)에 의해 증발되며, 상기 연료 및 물의 혼합 기체는 개질기(7)에 보내진다. 부수적으로, 상기 증발기(6)에 의한 증발은 흡열성 반응이며, 일산화탄소 제거기(8)의 반응들의 열과 저항가열기(10)의 열은 증발기(6)에 공급되며, 상기 열은 증발기(6)에서의 증발을 위해 사용된다.
개질기(7)에 보내진 연료와 물의 혼합 기체는 개질기(7)에서 반응되는 원료이다. 상기 개질기는 촉매 작용에 의해 증발된 물 및 증발된 연료로부터 수소 기체 등을 생성하고, 그의 양이 극미함에도 일산화탄소 기체를 생성한다. 연료가 메탄올이면, 이때 다음 식(1)과 (2)에 의해 나타내는 화학 반응들이 개질기(7)에서 일어 난다.
개질기(7)의 개질 반응들은 흡열성 반응이며, 개질 반응들에 적합한 온도(최적 온도)는 약 280℃이다. 연소기(9)의 연소열 및 저항가열기(11)의 열이 개질기(7)에 공급되며, 상기 열은 따라서 개질기(7)에서 개질 반응들에 사용된다.
CH3OH + H2O → 3H2 + CO2 ... (1)
H2 + CO2 → H2O + CO ... (2)
개질기(7)에 생성된 수소 기체 등은 일산화탄소 제거기(8)에 보내지며, 외부의 대기는 일산화탄소 제거기(8)로 보내진다. 상기 일산화탄소 제거기(8)는 부산물의 일산화탄소를, 그것을 촉매와 우선적으로 산화시킴에 의해 선택적으로 제거한다. 다음에서, 일산화탄소가 제거된 혼합 기체가 개질된 기체로서 언급된다.
부수적으로, 일산화탄소를 산화시키는 반응은 열발생 반응이지만, 일산화탄소 제거기(8)는 상기 일산화탄소 제거기(8)에서의 선택적인 산화 반응에 적합한 온도가 실내 온도보다 높기 때문에 상기 일산화탄소 제거기(8)의 온도가 최적 온도에 미치지 않을 때, 저항가열기(10)에 의해 가열된다.
연료전지형 발생기 셀(2)은 연료전극(20), 산소전극(21) 및 상기 연료전극(20)과 산소전극(21) 사이에 놓인 전해질막(22)으로 구성된다. 일산화탄소 제거기(8)로부터 보내어진 개질 기체는 연료전지형 발생기 셀(2)의 연료전극(20)에 공 급되며, 또한 외부의 대기는 산소전극(21)에 추가로 보내진다. 연료전극(20)에 공급된 개질 기체의 수소는 그때 전해질막(22)을 통해 산소전극(21)에 공급된 대기의 산소와 전기화학적으로 반응하며, 상기 연료전극(20)과 산소전극(21) 사이에는 전력이 발생한다. 연료전지형 발생기 셀(2)로부터 추출된 전력은 전자 장치의 본체에 공급되며, 상기 전자 장치 본체의 제2 배터리에 전력이 저장되거나 또는 상기 전자 장치 본체의 적재물(load)(액정표시 등)이 전력에 의해 동작한다.
상기 전해질막(22)이 수소 이온투과성을 가진 것이면(예, 고형 중합체 전해질막), 그때 다음 식(3)에 의해 표현되는 반응이 연료전극(20)에서 일어나고, 상기 연료전극(20)에서 생성된 수소 이온은 산소전극(21)에서 다음 식(4)으로 표현되는 반응을 야기하기 위해 상기 전해질막(22)을 투과한다.
H2 → 2H+ + 2e~ ... (3)
2H+ + 1/2O2 + 2e~ → H2O ... (4)
한편, 상기 전해질막(22)이 산소이온 투과성을 가진 것이면(예, 고형 산화물 전해질막), 그때 다음 식(5)에 의해 표현되는 반응이 산소전극(21)에서 일어나고, 상기 산소전극(21)에서 생성된 산소 이온은 연료전극(20)에서 다음 식(6)으로 표현되는 반응을 야기하기 위해 상기 전해질막(22)을 투과한다.
1/2O2 + 2e~ → 2O2 - ... (5)
H2 + 2O2 ~ → H2O + 2e~ ... (6)
연료전극(20)에서 전기 화학적으로 반응하지 않은 수소 기체 등은 그들이 연소기(9)로 보내졌을 때와 같이 남아있다. 또한, 외부 상의 대기는 연소기(9)로 보내진다. 상기 연소기(9)는 수소 기체(오프 가스)와 산소를 혼합하여, 상기 혼합된 기체를 촉매 반응에 의해 연소한다.
저항가열기들(10,11) 모두는 금과 같은 전기 가열재(전기 저항재)들로 이루어진다. 저항가열기들(10,11)의 각각은 그들의 저항값들이 그들의 온도에 따라 변하는 특성을 가지며, 상기 온도와 저항값 사이의 비례관계가 특히 결론된다. 결과적으로, 저항가열기(10,11)들은 또한 그들의 저항값으로부터 그들의 온도를 판독하는 온도 센서로서도 작용한다. 저항가열기들(10,11)로 측정된 온도들은 온도 제어 장치(5)에 피드백되고, 상기 온도 제어 장치(5)는 상기 측정된 온도들에 기반하여 저항가열기들(10,11)의 가열값들을 제어한다.
처리 장치 본체(3)의 증발기(6), 개질기(7), 일산화탄소 제거기(8), 연소기(9) 및 저항가열기들(10,11) 각각의 배치는 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, 일산화탄소 제거기(8)와 증발기(6)가 서로 적층되게 구성되고, 저항가열기(10) 가 상기 일산화탄소 제거기(8) 및 증발기(6)의 결합체 상에 장착되게 구성되는 배치도 채용될 수 있다. 이러한 경우, 일산화탄소 제거기(8) 및 증발기(6)는 저항가열기(10)에 의해 가열된다.
또한, 예를 들어, 개질기(7)와 연소기(9)가 서로 적층되고, 저항가열기(11)가 상기 개질기(7) 및 연소기(9)의 결합체 상에 장착되는 배치도 채용될 수 있다. 이 경우, 개질기(7)는 연소기(9)와 저항가열기(11)에 의해 가열된다.
또한, 예를 들어, 개질기(7) 및 연소기(9)의 결합체가 브릿지부에 의해 일산화탄소 제거기(8) 및 증발기(6c)의 결합체에 결합되며, 상기 브릿지부를 통해 개질기(7) 및 연소기(9)의 결합체로부터 일산화탄소 제거기(8) 및 증발기(6)의 결합체 측으로 열을 전도하는 배치가 채용될 수도 있다. 이러한 경우, 개질기(7)로부터 수소 등을 흐르게 하기 위한 유동 경로가 상기 브릿지부에 형성된다.
(제1 실시형태)
본 발명에 따른 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법의 각각의 제1 실시형태가 첨부 도면들과 관련하여 구체적으로 다음 기술된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 제1 실시형태에서의 시간과 제어 PWM 신호의 전압 수준들 간의 관계의 일 실시예를 나타내는 파형도이다.
도 4는 제1 실시형태의 온도 제어 장치에 의한 처리의 흐름을 나타내는 흐름 도이다.
도 2에 나타난 온도 제어 장치(5)는 도 1에 나타난 온도 제어 장치(5)로서 사용되는 온도 제어 장치이다. 부수적으로, 도 2는 저항가열기(11)에 대응하는 온도 제어 장치(5)의 회로 구성을 나타내며, 상기 온도 제어 장치는 저항가열기(10)와 동일한 회로 구성을 가진다.
온도 제어 장치(5)는 PWM 제어기(신호 생성기)(51), 동작 증폭기(OP1) 등을 포함하는 가산기(52), 동작 증폭기(OP2) 등을 포함하는 반전 증폭기(53), 동작 증폭기(OP3) 등을 포함하는 차동 증폭기(54), 동작 증폭기(OP4) 등을 포함하는 차동 증폭기(55), 아날로그 디지털 변환기(여기 이후로 ADC로 언급되는)(56), PWM 스위치(SW1), 표본 저항(R8), 및 저항가열기(11)로 구성된다.
PWM 제어기(51)는 예를 들어, 중앙처리부(CPU)를 구비하며, 내장형 프로그램 등에 기반하여 다양한 제어 동작들을 수행한다. PWM 제어기(51)는 ADC(56)로부터 공급된 디지털 신호에 따라 온 전압(제1 전압)과 오프 전압(제2 전압)의 두 전압수준들 사이를 전환하는 특정 주기의 펄스폭 변조신호(여기 이후로 PWM 신호로서 언급되는)를 더 생성하고, 상기 생성된 PWM 신호를 출력한다.
상기 PWM 제어기(51)는 ADC(56)로부터 피드백된 신호에 기반하여 PWM 신호 주기를 일정하게 하며, PWM 신호의 온 전압 시에 상기 시간 길이와 PWM 신호의 오프 전압 시에 상기 시간 길이를 제어한다. 상기 PWM 제어기(51)는 이로써 온 전압 동안의 시간과 오프 전압 동안의 시간 간의 비율인 PWM 신호의 듀티비(duty ratio)를 제어한다.
PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호는 그의 수준(level)이 전압으로 표현되는 신호이며, 상기 PWM 신호가 온 전압을 취할 때 및 상기 PWM 신호가 오프 전압을 취할 때에 상기 PWM 신호의 전압수준은 변한다. 구체적으로 말하자면, PWM 신호의 전압수준의 극성은, 예를 들어 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 정극성(positive polarity)이며, PWM 신호의 전압수준은 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 0 전압이다.
가산기(52)는 저항들(R1-R4) 및 동작 증폭기(OP1)가 제공되며, 반전 증폭기(53)로 그의 출력을 적용한다. 한편으론 저항(R1)과 저항(R3)이 가산기(52)의 입력 단자와 그의 출력 단자 사이에 직렬로 서로 연결되며, 다른 한편으론 저항(R2)이 저항(R1) 및 저항(R3)의 결합부와 입력 단자(57) 사이에 연결된다. 저항(R1) 및 저항(R3)의 결합부는 동작 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자에 연결되며, 동작 증폭기(OP1)의 비반전 입력 단자가 저항(R4)을 통해 그라운드에 연결된다. 동작 증폭기(OP1)의 출력 단자는 반전 증폭기(53)의 입력 단자(저항(R5))에 연결된다. 저항들(R1-R4)의 모든 저항값들은 서로 동일하다.
한편으론 PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호는 가산기(52)의 입력 단자(저항(R1))에 입력되고, 다른 한편으론 일정한 중첩 전압(constant superimposing voltage)(Vov)이 가산기(52)의 입력 단자(57)에 인가된다.
가산기(52)는 PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준 및 중첩 전압(Vov)을 다함께 부가하고, 상기 합산의 극성을 반전하여 반전된 합산을 출력한다. 결과적으로, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에, 가산기(52)의 출력은 PWM 신호의 온 전압 수준과 최초 합산의 것으로부터 반전된 극성을 가지는 중첩 전압(Vov)의 합산이다. 반면에, PWM 제어기(51)로부터 ㅊ출력된 PWM 신호가 오프 전압일 때에 가산기(52)의 출력은 최초 중첩 전압(Vov)의 것으로부터 반전된 극성을 가지는 중첩 전압(Vov)(0 전압인 PWM 신호 수준과 중첩 전압(Vov)의 합산)이다. 부수적으로, 상기 중첩 전압(Vov)은 PWM 신호의 온 전압의 것과 동일한 극성을 가지며, 본 실시형태에서 정극성이다. 상기 중첩 전압(Vov)의 절대값은 PWM 신호의 온 전압의 것보다 작다.
다음으로, 반전 증폭기(53)는 저항들(R5-R7)과 동작 증폭기(OP2)가 제공된다. 상기 반전 증폭기(53)의 출력은 제어 PWM 신호를 PWM 스위치(SW1)로 적용하기 위한 제어 PWM 신호(제어 신호)로서 도 2에 나타난 노드(A)로 출력된다. 반전 증폭기(53)의 입력 단자는 가산기(52)의 출력 단자에 연결되며, 저항(R5)과 저항(R6)이 반전 증폭기(53)의 입력 단자와 그의 출력 단자 사이에 직렬로 서로 연결된다. 상기 저항(R5)과 저항(R6) 사이의 연결부는 동작 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자에 연결되며, 동작 증폭기(OP2)의 비반전 입력 단자는 저항(R7)을 통해 그라운드에 연결된다. 저항들(R5-R7)의 모든 저항값들은 서로 동일하다.
가산기(52)로부터의 신호 출력이 반전 증폭기(53)의 입력 단자를 통해 입력 신호로서 저항(R5)에 입력되며, 상기 반전 증폭기(53)는 상기 입력 신호의 극성을 반전하여 반전된 입력 신호를 출력한다. 저항(R5)과 저항(R6)의 저항값들이 여기서 서로 동일하기 때문에, 반전 증폭기(53)의 증폭도는 1이다. 결과로서, 도 3에 나타나는 바와 같이, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 반전 증폭기(53)의 출력(제어 PWM 신호)의 전압 수준(노드(A)의 전압 수준)은 PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준과 중첩 전압(Vov)의 합산이거나, 또는 PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압 수준이 오프 전압일 때에 반전 증폭기(53)의 출력(제어 PWM 신호)의 전압 수준(노드(A)의 전압 수준)은 중첩 전압(Vov)이다. PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 경우의 시간에서 제어 PWM 신호의 전압수준은 온 전압수준(제1 전압수준)으로서 일컬어지며, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 경우의 시간에서 제어 PWM 신호의 전압수준은 오프 전압수준(제2 전압수준)으로서 일컬어진다. 부수적으로, 저항(R5)과 저항(R6)의 저항값들은 서로 같지 않을 수도 있다.
PWM 스위치(SW1)는 예를 들어, 증가형 n-채널 MOS FET이며, 반전 증폭기(53)의 출력 단자는 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자에 연결된다. 제1 실시형태에서, PWM 스위치(SW1)는 스위칭부에 대응한다.
표본 저항(R8)은 고정 저항이다.
또한, 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1), 및 표본 저항(R8)이 전원 입력 단자(58)와 그라운드 사이에 직렬로 서로 연결된다.
구체적으로 말하자면, 저항가열기(11)가 PWM 스위치(SW1)의 드레인 전극 단자와 전원 입력 단자(58) 사이에 연결되며, 표본 저항(R8)이 PWM 스위치(SW1)의 소스 전극 단자와 그라운드 사이에 연결된다.
부수적으로, 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1) 및 표본 저항(R8)이 전원 입력 단자(58)와 그라운드 사이에 직렬로 서로 연결되는 동안, 그들의 정렬 순서는 도 2에 도시된 것에 제한되지 않는다. 또한, PWM 스위치(SW1)는 MOS FET이 아닐 수 있으며, 양극성 트랜지스터일 수도 있다.
직류 정전압(Vs)이 전원 입력 단자(58)에 인가된다. 반전 증폭기(53)로부터 출력된 제어 PWM 신호는 그때 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 입력되며, PWM 스위치(SW1)는 반전 증폭기(53)로부터의 제어 PWM 신호에 따라 PWM 스위치(SW1)를 동작한다. 즉, PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 입력된 제어 PWM 신호가 온 전압수준일 때, PWM 스위치(SW1)는 그의 온 상태가 되고, 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드에 이르는 부분이 대전 상태로 변한다. 그때 전류가 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1)의 드레인과 소스 사이의 전극간 부분, 및 표본 저항(R8)을 통해 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 흐른다.
한편으론, PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 입력된 제어 PWM 신호가 오프 전압수준일 때, PWM 스위치(SW1)는 거의 오프 상태가 된다. 즉, PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 입력된 제어 PWM 신호가 오프 전압수준일지라도, 상기 오프 전압수준은 0 전압이 아니라 중첩 전압(Vov)이다. 결과로서, PWM 스위치(SW1)는 그의 완전한 오프 상태가 되지는 않지만, 온 상태 시에 흐르는 것보다 작은(약한) 전류가 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1)의 드레인과 소스 사이의 전극간 부분, 및 표본 저항(R8)을 통해 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 흐른다.
PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자의 전압이 온 전압수준이고, PWM 스위치(SW1)가 그의 온 상태에 있을 때에, 즉, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호 의 전압수준이 온 전압일 때에, 전류가 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1)의 드레인 과 그의 소스 사이의 전극간 부분, 및 표본 저항(R8)을 통해 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 흐른다. 저항가열기(11)는 이로써 열발생을 실행한다. 저항가열기(11)를 통해 흐르는 전류는 강전류로 일컬어진다. 상기 강전류는 제1 전류에 대응한다. 상기 강전류는 제1 전류에 대응한다.
한편, PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자의 전압이 온 전압수준이고, 상기 PWM 스위치(SW1)가 거의 오프 상태일 때, 즉, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 스위치 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에, 특정 측정량의 전류가 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 흐르고, 동일한 전류가 또한 저항가열기(11)를 흐른다. 이때에 저항가열기(11)를 흐르는 전류의 전류값은 상술한 강전류(제1 전류)의 전류값보다 작다. 이때에 저항가열기(11)를 흐르는 전류는 약전류로 일컬어진다. 상기 약전류는 제2 전류에 대응한다.
상술한 바와 같이, 저항가열기(11)를 통하는 강전류 흐름의 듀티 사이클(duty cycle)은 PWM 제어기(51)에 의한 PWM 신호의 듀티비 제어에 의해 제어되며, 저항가열기(11)의 가열량이 조정된다.
차동 증폭기(54)와 ADC(56)의 결합은 저항가열기(11)의 전압을 측정하는 전압측정기에 대응한다. 표본 저항(R8), 차동 증폭기(55) 및 ADC(56)의 결합은 저항가열기(11)의 전류를 측정하는 전압측정기에 대응한다. 차동 증폭기(54), 차동 증폭기(55), 표본 저항(R8), 및 ADC(56)은 결과로서 저항가열기(11)의 저항값을 측정하는 저항측정기에 대응한다.
차동 증폭기(54)는 저항가열기(11) 및 PWM 스위치(SW1)의 연결부에서의 전 압, 즉 저항가열기(11)를 가로지르는 전압과 정전압(Vs) 간의 차이를 표시하는 신호를 ADC(56)로 출력한다. 상기 ADC(56)는 차동 증폭기(54)로부터 입력된 신호의 디지털 변환을 수행하고, 저항가열기(11)를 가로지르는 전압을 표시하는 변환 디지털 신호(이후로, 전압 신호로서 언급된다)를 PWM 제어기(51)로 출력한다. 부수적으로, 상기 차동 증폭기(54)는 공지된 회로이기 때문에, 피드백 저항 등과 같은 동작 증폭기(OP3) 외에 차동 증폭기(54)의 구성성분들의 도시는 생략된다.
차동 증폭기(55)는 표본 저항(R8)을 가로지르는 전압을 표시하는 신호를 ADC(56)에 출력한다. 표본 저항(R8)은 여기서 고정 저항이며, 표본 저항(R8)을 가로지르는 전압은 상기 표본 저항(R8)의 저항값이 고정될 때에 상기 표본 저항(R8)을 흐르는 전류에 좌우되며, 상기 전류는 저항가열기(11)를 흐르는 것과 동일하다. 차동 증폭기(55)로부터 ADC(56)으로 출력된 신호는 결과로서 저항가열기(11)를 흐르는 전류를 나타낸다.
ADC(56)는 다음으로 차동 증폭기(55)로부터 입력된 신호의 아날로그 디지털 변환을 수행하고, 저항가열기(11)의 전류를 표시하는 디지털 신호(여기 이후로, 전류 신호로서 언급됨)를 PWM 제어기(51)로 출력한다. 부수적으로, 차동 증폭기(55)는 공지된 회로이기 때문에, 피드백 저항 등과 같은 동작 증폭기(OP4) 외에 차동 증폭기(55)의 구성성분들의 도시는 생략된다.
상기 PWM 제어기(51)는 예를 들어, ADC(56)로부터 출력된 저항가열기(11)의 전압값과 전류값의 신호들의 출력을 판독하기 위해 PWM 신호의 오프 전압의 타이밍과 동기화된다.
ADC(56)로부터 PWM 제어기(51)로 입력된 전류 신호 및 전압 신호의 결합은 저항가열기(11)의 저항값을 표시하는 신호에 대응한다. 결과로서, 차동 증폭기(54), 차동 증폭기(55), 표본 저항(R8), 및 ADC(56)의 결합은 저항가열기(11)의 저항값을 측정하는 저항측정기에 대응하며, PWM 제어기(51)로 상기 측정된 저항값을 표시하는 신호를 출력한다.
상술한 바와 같이, PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 강전류가 저항가열기(11)를 흐르고, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 약전류가 저항가열기(11)를 흐른다. PWM 제어기(51)는 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 ADC(56)로부터 피드백된 신호들로부터의 저항값을 동작함에 의해 저항가열기(11)의 저항값(전압값과 전류값 간의 비율)을 획득한다. 그때, PWM 제어기(51)는 저항가열기(11)의 저항값의 온도 의존성을 기반으로 하여 상기 획득된 저항값으로부터 저항가열기(11)의 온도를 획득한다. 부수적으로, 저항가열기(11)의 저항값이 Rh로 표시되면, 이때 저항가열기(11)의 전력은 (Vs×Vs÷Rh)로 표현될 수 있다. 상기 PWM 제어기(51)는 예를 들어, 저항값들이 미리 측정된, 다양한 온도들에 대한 저항가열기(11)의 저항값들을 기록하는 데이터 테이블을 구비하며, 상기 데이터 테이블을 적절히 참조함에 의해 저항가열기(11)의 온도를 획득한다.
PWM 제어기(51)는 PWM 신호의 듀티비 값을, 저항가열기(11)의 획득 온도와 설정온도 간의 차이를 기반으로 상기 저항가열기(11)에 설정되는 소망온도(설정 온도)에 근접하게 가져오는데 적합한 값으로 변경하고, 상기 값을 재설정한다. 그때, PWM 제어기(51)는 가산기(52)에 상기 새로 변경된 듀티비를 갖는 PWM 신호를 출력 한다.
본 실시형태의 온도제어장치(5)의 동작 흐름은 도 4를 기초로 하여 좀 더 상세하게 기술된다.
도 4에 도시된 바와 같이, PWM 제어기(51)는 출력될 PWM 신호의 초기 듀티비를 먼저 설정하고(단계(S1)), 상기 설정된 듀티비를 갖는 PWM 신호를 출력한다(단계(S3)).
상기 PWM 신호에 중첩 전압(Vov)을 부가함에 의해 생성된 전압수준을 갖는 제어 PWM 신호가 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자에 입력된다.
PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에, 반전 증폭기(53)로부터 출력된 제어 PWM 신호의 온 전압수준은 중첩 전압(Vov)에 의한 PWM 신호의 온 상태 전압보다 높은 전압수준을 갖는다. 그때 PWM 스위치(SW1)는 그의 온 상태가 되고, 강전류가 저항가열기(11)를 흐른다.
한편으론, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에, 반전 증폭기(53)로부터 출력된 제어 PWM 신호의 오프 전압수준은 중첩 전압(Vov)의 전압수준을 가진다. 결과로서, PWM 스위치(SW1)는 거의 오프 상태로 변되고, 약전류가 저항가열기(11)를 흐른다.
저항가열기(11)를 흐르는 전류를 표시하는 디지털 신호는 그때 ADC(56)로부터 PWM 제어기(51)로 출력되고, 저항가열기(11)의 전압을 표시하는 디지털 신호가 ADC(56)로부터 PWM 제어기(51)로 출력된다. PWM 제어기(51)는 PWM 신호의 오프 전압의 타이밍과 동시에 저항가열기(11)의 전압값과 전류값을 판독한다(단계(S5)).
PWM 제어기(51)는 저항가열기(11)의 전압값과 전류값을 작동함에 의해 저항가열기의 저항을 획득하며, 저항가열기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 저항가열기(11)의 온도를 추론한다(단계(S7)).
PWM 제어기(51)는 그때 상태 평가를 수행하고, 상기 상태 평가를 기반으로 하여 저항가열기(11)의 온도를 소망설정온도(Tset)에 근접하게 가져오는데 필요한 PWM 신호의 새로운 듀티비를 측정한다(단계(S9)).
여기 측정 방법으로서, 예를 들어 PID 제어에 의한 피드백 제어가 사용될 수 있다. 즉, 제어 시작으로부터 n 번째 제어에서 획득된 온도(TR_n)와 설정온도(최적 온도)(Tset)의 편차가 en = TR_n - Tset으로 나타내어지며, 그때 저항가열기(11)의 온도를 설정온도(최적온도)(Tset)에 근접하게 이끌기 위한 새로운 듀티비(A)가 미리 측정된 비례 가중 계수(P), 적분 가중 계수(I), 및 미분 가중 계수(D)를 사용함에 의해 일반 관계식 A = P{en + I∑en + D(en-en-1)}으로 설정될 수 있다.
상술한 단계들(S1-S9)에서의 처리는 상술한 방법으로 측정된 새로운 듀티비를 기반으로 하여 유사하게 수행되며, 상기 일련의 제어 동작들은 반복적으로 수행된다.
저항가열기(11)의 온도는 이로써 설정온도로 설정되고, 온도 제어는 설정온도의 온도를 유지하기 위해 수행된다.
부수적으로, 도 4에 도시된 단계(S1)로부터 단계(S9)에 이르는 일련의 처리가 PWM 신호의 매 주기 또는 PWM 신호의 소정수의 주기마다 수행된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하여, PWM 제어 방법이 저항가열기(11)의 온도를 설정온도(최적 온도)로 설정하고, 상기 설정 온도를 유지하는 온도 제어에 사용되기 때문에, 저항가열기(11) 외의 부분들에서의 전력소비가 억제될 수 있으며, 상기 저항가열기(11) 외의 부분들에서의 열발생이 억제될 수 있다. 즉, PWM 제어 방법이 사용되기 때문에, 표본 저항(R8)의 저항값은 충분히 작게 만들어질 수 있다. PWM 신호의 전압 수준이 온 전압일 때, 표본 저항(R8)과 PWM 스위치(SW1)에 의한 전력소비가 억제될 수 있으며, 거의 모든 전력은 저항가열기(11)에 의해 소비된다. 한편, PWM 신호의 전압 수준이 오프 전압일 때, 전류가 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드에 흐르지만, 상기 전류는 매우 작다. 결과적으로, 전력소비가 억제될 수 있다.
PWM 신호의 전압 수준이 오프 전압일 때, 극소 전류가 저항가열기(11)를 흐른다. 결과로, 저항가열기(11) 및 표본 저항(R8)의 반응 전압들도 작다. 이에 따라, 저항가열기(11)의 낮은 반응 전압이 차동 증폭기(54)의 동작 증폭기(OP3)로 측정되고, 표본 저항(R8)의 낮은 반응 전압이 차동 증폭기(55)의 동작 증폭기(OP4)로 측정되기 때문에, 동작 증폭기들(OP3, OP4)의 이득들은 높게 설정될 수 있으며, 측정 분해능이 증가할 수 있다.
부수적으로, PWM 스위치(SW1)가 디프레션형(depression type) MOS FET인 경우, 게이트 전극 단자에 인가된 전압이 0 전압일지라도 저항가열기(11), PW 스위치(SW1), 및 표본 저항(R8)을 통해 미세전류가 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 흐른다. 가산기(52)와 반전 증폭기(53)가 제공되지 않고, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호를 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 직접 입력하는 구성이 채택될 수도 있다.
또한, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 오프 전압수준은 0 전압이 아니며, 중첩 전압(Vov)과 동일한 전압을 가지는 경우, PWM 스위치(SW1)가 증가형 MOS FET일지라도, PWM 제어기(51)로부터 출력된 PWM 신호를 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자로 직접 입력하는 구성이 채택될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 경우 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 상기 PWM 스위치(SW1)는 그의 완전한 오프 상태가 되지 않으며, 저항가열기(11), PWM 스위치(SW1), 및 표본 저항(R8)을 통해 전원 입력 단자(58)로부터 그라운드로 약전류가 흐르게 된다.
(제2 실시형태)
본 발명에 따른 온도 제어 장치 및 온도 제어 방법 각각의 제2 실시형태가 다음 기술된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5에 도시된 온도 제어 장치(5)는 도 2에 도시된 온도 제어 장치 대신에 도 1에 도시된 온도 제어 장치로서 적용된다.
부수적으로, 제1 실시형태의 것들과 동일한 구성들은 제1 실시형태의 것과 동일한 부호로 나타내며, 그들 기재들은 간소화되거나 생략된다.
본 실시형태에서, 도 5에 보이는 바와 같이, 스위칭부에 대응하는 PWM 스위치(SW2)는 증가형 n-채널 MOS FET(61), 증가형 p-채널 MOS FET(62), 및 저항기(R9)가 설치된다. MOS FET(62), 저항가열기(11), 및 표본 저항(R8)은 전원 입력 단자(58)와 그라운드 사이에 직렬로 서로 연결된다.
구체적으로 말하자면, 상기 표본 저항(R8)은 저항가열기(11)와 그라운드 사이에 연결되며, 상기 저항가열기(11)는 MOS FET(62)의 드레인 전극 단자와 표본 저항(R8) 사이에 연결된다. MOS FET(61,62)의 소스 전극 단자는 전원 입력 단자(58)에 연결된다.
또한, MOS FET(61)의 소스 전극 단자는 그라운드에 연결되며, MOS FET(61)의 드레인 전극 단자는 MOS FET(62)의 게이트 전극 단자에 연결된다. 저항기(R9)가 MOS FET(61,62)의 연결부들과 전원 입력 단자(58) 사이에 연결된다.
제2 실시형태의 온도 제어 장치(5)는 제1 실시형태의 온도 제어 장치(5)와 비교해서 PWM 스위치(SW1)에서 PWM 스위치(SW2)로 변경된 것을 제외하면, 제1 실시형태의 온도 제어 장치(5)에서의 것들과 대략 동일한 구성을 가진다.
마찬가지로 본 실시형태의 온도 제어 장치(5)에서, PWM 제어기(51)는 제1 실시형태의 온도 제어 장치(5)의 경우에서와 유사하게 ADC(56)로부터 피드백된 신호에 기반하여 저항가열기(11)의 온도를 설정 온도로 가져오도록 PWM 신호의 듀티비 값을 변경하며, 상기 값을 재설정한다. PWM 제어기(51)는 변경된 듀티비를 가지는 PWM 신호를 출력한다.
본 실시형태의 온도 제어 장치(5)에서, 부가된 중첩 전압(Vov)을 포함하는 전압 수준을 가진 제어 PWM 신호는 MOS FET(61)의 게이트 전극 단자로 입력된다.
상기 PWM 신호의 전압수준이 온 전압인 주기 동안에, 그때 MOS FET(61)과 MOS FET(62) 모두는 온 상태가 되며, 강전류가 저항가열기(11)를 통해 흐른다.
한편, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압인 주기 동안에, MOS FET(61)과 MOS FET(62) 모두는 거의 오프 상태가 되며, 약전류가 저항가열기(11)를 통해 흐른다.
그때 저항가열기(11)를 가로지르는 전압을 표시하는 신호가 차동 증폭기(54)로부터 ADC(56)로 출력되고, 저항가열기(11)를 통해 흐르는 전류를 표시하는 신호가 차동 증폭기(55)로부터 ADC(56)로 출력된다. 저항가열기(11)를 가로지르는 전압을 표시하는 디지털 신호와 저항가열기(11)를 흐르는 전류를 표시하는 디지털 신호가 ADC(56)로부터 PWM 제어기(51)로 출력된다.
PWM 제어기(51)는 예를 들어, PWM 신호의 오프 전압의 타이밍과 동시에 피드백으로서 ADC(56)으로부터 입력된 저항가열기(11)의 전압값과 전류값의 신호들을 판독한다.
그때 PWM 제어기(51)가 저항가열기(11)의 저항값을 획득하기 위해 저항가열기(11)의 전압값 및 전류값을 동작한다. 그때 PWM 제어기(51)는 가열저항기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 그의 획득된 저항값으로부터 저항가열기(11)의 온도를 획득한다.
PWM 제어기(51)는 PWM 신호의 듀티비 값을, 저항가열기(11)의 획득 온도와 설정 온도 간의 차이를 기반으로 하여 저항가열기(11)의 온도를 상기 저항가열기(11)에 설정되기에 바람직한 온도에 근접하게 이끌기 적합한 값으로 변경하며, 상기 값을 재설정한다. PWM 제어기(51)는 상기 변경된 새로운 듀티비를 가지는 PWM 신호를 출력한다. PWM 제어기(51)는 상술한 제어 동작을 반복적으로 수행한다.
(제3 실시형태)
본 발명에 따른 온도 제어 장치와 온도 제어 방법 각각의 제3 실시형태가 다음에 기술된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태의 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6에 나타난 온도 제어 장치(5)는 도 2에 나타난 온도 제어 장치 대신에 도 1에 나타난 온도 제어 장치로서 사용되는 것이다.
부수적으로, 상기 각각의 실시형태들의 것과 동일한 구성들이 본 실시형태의 것과 동일한 부호로 나타나며, 그들의 기재들은 간소화되거나 생략된다.
도 6에 도시된 온도 제어 장치(5)는 도 2에 나타난 온도 제어 장치(5)의 구성요소들 외에 스위칭 요소들(SW3,SW4)을 더 포함한다. 상기 스위칭 요소들(SW3,SW4)은 저항가열기(11)와 차동 증폭기(54)(동작 증폭기(OP3)의 반전 입력 단자와 그의 비반전 입력 단자)의 입력들 사이에 각각 설치된다. 부수적으로, 스위칭 요소들(SW3,SW4)로서, FET와 양극성 트랜지스터가 사용될 수 있다.
마찬가지로 제3 실시형태의 온도 제어 장치(5)에서, PWM 제어기(51)는 듀티비를 설정하고, 상기 설정된 듀티비의 PWM 신호를 출력한다. 부가된 중첩 전압(Vov)을 포함한 전압의 PWM 신호는 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자에 입력 된다. PWM 신호가 온 전압일 때에, 그때 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자에 입력된 제어 PWM 신호의 전압수준은 온 전압수준이 되며, 강전류가 저항가열기(11)를 흐른다. PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 PWM 스위치(SW1)의 게이트 전극 단자에 입력된 제어 PWM 신호의 전압수준은 오프 전압수준이 되며, 약전류가 저항가열기(11)를 흐른다.
또한, PWM 제어기(51)는 가산기(52)에 출력될 PWM 신호와 동시에 신호들(반전된 것들일 수 있는)을 스위칭 요소들(SW3,SW4)에 출력한다. 상기 스위칭 요소들(SW3,SW4)은 PWM 신호의 오프 전압과 동시에 온 상태가 되도록, PWM 신호의 온 전압과 동시에 오프 상태가 되도록 제어된다.
PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에, 저항가열기(11)를 흐르는 약전류의 전류값을 표시하는 신호는 이로써 차동 증폭기(55)로부터 ADC(56)로 출력되며, 저항가열기(11)를 가로지르는 전압값을 표시하는 신호는 차동 증폭기(54)로부터 ADC(56)로 출력된다. 저항가열기(11)를 교차하는 전압을 표시하는 디지털 신호와 저항가열기(11)를 흐르는 약전류의 전류값을 표시하는 디지털 신호가 ADC(56)로부터 PWM 제어기(51)로 출력된다.
PWM 제어기(51)는 저항가열기(11)를 가로지르는 전압값과 약전류의 전류값의 신호들을 판독하며, 이들 신호들은 예를 들어 PWM 신호의 오프 전압과 동시에 피드백으로서 ADC(56)로부터 입력된다.
PWM 제어기(51)는 그때 저항가열기(11)의 전압값과 약전류의 전류값을 동작함에 의해 저항가열기(11)의 저항값을 획득한다. PWM 제어기(51)는 그때 저항가열 기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 그의 저항값으로부터 저항가열기(11)의 온도를 획득한다.
PWM 제어기(51)는 PWM 신호의 듀티비 값을, 저항가열기(11)의 획득 온도와 설정 온도 간의 차이를 기반으로 하여 저항가열기(11)의 온도를 상기 저항가열기(11)에 설정되기에 바람직한 온도에 근접하게 이끌기 적합한 값으로 변경하며, 상기 값을 재설정한다. PWM 제어기(51)는 상기 변경된 새로운 듀티비를 가지는 PWM 신호를 출력한다. PWM 제어기(51)는 상술한 제어 동작을 반복적으로 수행한다.
PWM 제어기(51)는 저항가열기(11)의 온도를, 상기 저항가열기(11)의 온도(레지스터)에 따른 설정 온도에 근접하게 가져오도록 새로운 듀티비를 설정한다. 이후에, PWM 제어기(51)는 상기 처리를 반복한다.
제3 실시형태에서, PWM 신호가 온 상태일 때에 저항가열기(11)를 통해 대량의 전류가 흐르며, 상기 저항가열기(11)를 가로지르는 상대적으로 높은 전압이 차동 증폭기(54)의 동작 증폭기(OP3)에 인가되지 않는다. 결과로서, 동작 증폭기(OP3)의 입력 단자에 인가된 전압의 최대값은 약전류가 저항가열기(11)를 흐를 때에 상기 저항가열기(11)를 횡단하는 상대적으로 작은 전압으로 억제될 수 있으며, 그때 상대적으로 낮은 저항전압을 가진 동작 증폭기가 상기 동작 증폭기(OP3)로서 사용될 수 있으며, 이는 그의 비용을 감소시킬 수 있다.
(제4 실시형태)
본 발명에 따른 온도 제어 장치와 온도 제어 방법 각각의 제4 실시형태가 다 음 기술된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태의 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7에 보이는 온도 제어 장치(5)는 도 2에 도시된 온도 제어 장치 대신에 도 1에 도시된 온도 제어 장치(5)서 사용되는 것이다.
부수적으로, 상기 각각의 실시형태들의 것과 동일한 구성들이 본 실시형태의 것과 동일한 부호로 나타나며, 그들의 기재들은 간소화되거나 생략된다.
도 7에 도시된 온도 제어 장치(5)는 PWM 제어기(71), 정전류 회로(72), 스위칭 요소들(SW11-SW14), 공 저항(dummy resistance)(R12), PWM 스위치(SW15), 동작 증폭기(OP13) 등을 포함한 차동 증폭기(74), 아날로그 디지털 변환기(여기 이후로, ADC로 언급되는)(76), PWM 스위치(SW15) 및 저항가열기(11)로 구성된다.
제4 실시형태에서, 스위칭 요소들(SW11,SW12)과 PWM 스위치(SW15)의 결합은 여기서 스위칭부에 대응한다.
PWM 제어기(71)는 예를 들어, 중앙처리부(CPU)를 포함하며, ADC(76)로부터 공급된 디지털 신호에 따라 온 전압과 오프 전압의 두 전압수준들이 전환되는 특정 주기의 PWM 신호를 출력한다.
PWM 제어기(71)는 ADC(76)으로부터 피드백된 신호를 기반으로 PWM 신호의 주기를 일정하게 만들며, PWM 신호의 온 전압 시의 시간 길이와 PWM 신호의 오프 전압 시의 시간 길이를 제어한다. PWM 제어기(71)는 이로써 온 전압 동안의 시간과 오프 전압 동안의 시간의 비율인 PWM 신호의 듀티비를 제어한다.
PWM 제어기(71)로부터 출력된 PWM 신호는 전압으로 표현되는 수준(level)의 신호이며, PWM 신호가 온 전압을 취할 때와 PWM 신호가 오프 전압을 취할 때에 PWM 신호의 전압수준은 변화한다. 구체적으로 말하자면, PWM 신호의 전압수준의 극성은 예를 들어, PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 정극성이며, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 PWM 신호의 전압수준은 O 전압이다.
PWM 스위치(SW15)는 증가형 n-채널 MOS FET이다.
또한, 저항가열기(11)와 PWM 스위치(SW15)가 전원 입력 단자(78)와 그라운드 사이에 직렬로 서로 연결된다. 구체적으로 말하자면, 상기 저항가열기(11)는 PWM 스위치(SW15)의 드레인 전극 단자와 전원 입력 단자(78) 사이에 연결되며, 상기 PWM 스위치(SW15)의 소스 전극 단자가 그라운드에 연결된다. 부수적으로, PWM 스위치(SW15)는 MOS FET가 아닐 수도 있지만 양극성 트랜지스터일 수 있다.
직류 정전압(Vs)이 전원 입력 단자(78)에 인가된다. PWM 제어기로부터 출력된 PWM 신호는 PWM 스위치(SW15)의 게이트 전극 단자에 입력되고, PWM 스위치(SW15)는 상기 PWM 신호에 따라 동작한다.
즉, PWM 스위치(SW15)의 게이트 전극 단자에 입력된 PWM 신호가 온 전압일 때, 상기 PWM 스위치(SW15)는 그의 온 상태가 되며, 전원 압력 단자(78)로부터 그라운드에 이르는 부분이 대전된다(electrified). 그때 전류가 저항가열기(11)와 PWM 스위치(SW1)를 통해 전원 입력 단자(78)로부터 그라운드로 흐른다. 이때 저항가열기(11)를 흐르는 전류는 상술한 각 실시형태에서의 강전류(제1 전류)에 대응한다.
한편, PWM 스위치(SW15)의 게이트 전극 단자에 입력된 PWM 신호가 오프 전압일 때에, 상기 PWM 스위치(SW15)는 그의 오프 상태가 되며, 저항가열기(11) 및 PWM 스위치(SW15)에는 전류가 흐르지 않는다.
상술한 바와 같이, 저항가열기(11)를 통하는 전류 흐름의 듀티 사이클은 PWM 제어기(71)에 의한 PWM 신호의 듀티비 제어에 의해 제어되며, 저항가열기(11)의 가열량이 조정된다.
정전류 회로(72)는 동작 증폭기(OP11)와 저항기(R11)를 포함한다. 동작 증폭기(OP11)의 비반전 입력 단자에 정전압이 인가되며, 동작 증폭기(OP11)의 반전 입력 단자와 그라운드 사이에 저항기(R11)가 연결된다. 스위칭 요소(SW11)가 동작 증폭기(OP11)의 출력 단자에 연결되며, 스위칭 요소(SW12)가 동작 증폭기(OP11)의 반전 입력 단자에 연결된다. 공 저항(R12)이 스위칭 요소(SW11)와 스위칭 요소(SW12) 사이에 연결된다. 또한, 스위칭 요소(SW11)와 스위칭 요소(SW12) 사이에 저항가열기(11)가 연결된다.
상기 스위칭 요소들(SW11,SW12) 각각은 PWM 제어기(71)에 의해 PWM 신호와 동시에 스위칭을 각각 수행한다. PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때, 스위칭 요소들(SW11,SW12)은 공 저항(R12) 측으로 전환하고, 상기 공 저항(R12)은 동작 증폭기(OP11)의 출력 단자와 그의 반전 입력 단자 사이에 연결된다. 그때 전류가 공 저항(R12)을 통해 흐른다.
한편, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때, 스위칭 요소들(SW1,SW2)은 저항가열기(11)의 측으로 전환하고, 상기 저항가열기(11)는 동작 증폭기(OP11)의 출 력 단자와 그의 반전 입력 단자 사이에 연결된다. 그때, 회로 상태는 저항가열기(11)의 대전이 실행되는 것이 된다.
스위칭 요소들(SW11,SW12)이 전환하고, 저항가열기(11)가 대전될 상태가 될 때, 특정 정전류가 저항가열기(11), 스위칭 요소(SW12), 및 저항기(R11)를 통해 전원 입력 단자(78)로부터 그라운드에 흐른다. 저항가열기(11)를 통해 흐르는 정전류는 이때에 상기 각각의 실시형태에서의 약전류(제2 전류)에 대응하며, 전류값은 PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 저항가열기(11)를 통해 흐르는 전류(강전류)의 전류값보다 작은 값으로 설정된다.
차동 증폭기(74)는 동작 증폭기(OP13) 등을 포함한다. 상기 차동 증폭기(74)는 공지된 회로이며, 상기 동작 증폭기(OP13)를 제외한 차동 증폭기(74)의 피드백 저항 등의 도시는 생략한다. 스위칭 요소들(SW13,SW14)이 저항가열기(11)와 차동 증폭기(74)(동작 증폭기(OP13)의 비반전 입력 단자와 그의 반전 입력 단자)의 입력들 사이에 각각 설치된다. 부수적으로, 상기 스위칭 요소들(SW13,SW14)로서, FET 및 양극성 트랜지스터가 사용될 수 있다.
PWM 제어기(71)는 PWM 신호(반전된 것일 수 있는)와 동시에 신호들을 스위칭 요소들(SW13,SW14)에 출력한다. 상기 스위칭 요소들(SW13,S14)은 PWM 신호의 오프 전압과 동시에 그들의 온 상태가 되도록, PWM 신호의 온 듀티(on duty)와 동시에 그들의 오프 상태가 되도록 제어된다.
스위칭 요소들(SW13, SW14)이 그들의 온 상태일 때에, 차동 증폭기(74)는 저항가열기(11) 및 PWM 스위치(SW15)의 연결부에서의 전압, 즉 저항가열기(11)를 가 로지르는 전압과 정전압(Vs) 간의 차이를 표시하는 신호들을 ADS(76)로 출력한다. 상기 ADC(76)는 차동 증폭기(74)로부터 입력된 신호의 아날로그 디지털 변환을 수행하며, 저항가열기(11)를 가로지르는 전압을 표시하는 디지털 신호(여기 이후에 전압 신호로 언급되는)를 PWM 제어기(71)에 출력한다. 차동 증폭기(74)와 ADC(76)의 결합은 결과로서 저항가열기(11)의 전압을 측정하는 전압측정기에 대응한다.
상기 스위칭 요소들(SW13, SW14)은 여기서 PWM 신호가 오프 전압일 때 그들의 온 상태가 되기 때문에, 상기 저항가열기(11)를 횡단하는 전압을 표시하는 전압 신호는 정전류 회로(72)에 의해 정전류가 저항가열기(11)를 통해 흐를 때에, ADC(76)로부터 PWM 제어기(71)로 출력된다.
상기 PWM 제어기(71)는 예를 들어 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에, 피드백으로서 ADC(76)에서 입력된 신호로부터 저항가열기(11)를 횡단하는 전압값을 판독한다.
그때 PWM 제어기(71)는 저항가열기(11)의 저항값을 획득하기 위해 상기 전압값과 정전류 회로(72)에 의한 정전류의 값을 동작한다. PWM 제어기(71)는 저항가열기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 상기 저항값으로부터 저항가열기의 온도를 획득한다.
PWM 제어기(71)는 PWM 신호의 듀티비 값을, 저항가열기(11)의 획득 온도와 설정 온도 간의 차이를 기반으로 하여 저항가열기(11)의 온도를 상기 저항가열기(11)에 설정되기에 바람직한 온도(설정 온도)에 근접하게 이끌기 적합한 값으로 변경하며, 상기 값을 재설정한다. PWM 제어기(71)는 상기 변경된 새로운 듀티비의 PWM 신호를 PWM 스위치(SW15)의 게이트 전극 단자로 출력한다. PWM 제어기(71)는 상술한 제어 동작을 반복적으로 수행한다.
본 실시형태의 온도 제어 장치(5)의 동작 순서가 기술된다.
PWM 제어기(71)는 출력될 PWM 신호의 초기 듀티비를 먼저 설정하고, 상기 설정된 듀티비를 가지는 PWM 신호를 출력한다. 상기 출력된 PWM 신호는 PWM 스위치(SW15)의 게이트 전극 단자에 적용된다.
PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에, PWM 스위치(SW15)의 게이트 입력 단자에 입력된 전압수준은 온 전압이 되고, 전류(강전류)가 저항가열기(11)를 흐른다.
PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에, PWM 스위치(SW15)의 게이트 입력 단자에 입력된 전압수준은 오프 전압이 되고, 전류(약전류)가 저항가열기(11)를 흐른다.
저항가열기(11)를 가로지르는 전압을 나타내는 디지털 신호가, 정전류가 저항가열기(11)를 흐르는 시간 동안 ADC(76)로부터 PWM 제어기(71)로 출력된다.
PWM 제어기(71)는 PWM 신호의 오프 전압과 동시에 저항가열기(11)를 가로지르는 전압값을 판독한다.
PWM 제어기(71)는 저항가열기(11)를 가로지르는 전압값과 정전류의 전류값을 동작함에 의해 저항가열기(11)의 저항값을 획득하며, 상기 저항가열기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 저항가열기(11)의 저항값으로부터 저항가열기(1)의 온도를 획득한다.
그때 PWM 제어기(71)는 상술한 제1 실시형태의 경우의 것과 유사한 상태 측정을 수행하고, 저항가열기(11)의 온도를 저항가열기(11)의 획득된 온도값에 기반하여 설정 온도로 이끌기 위한 듀티비를 측정한다.
상술한 동작은 상술한 방법으로 측정된 새로운 듀티비를 기반으로 유사하게 수행되며, 상기 일련의 제어 동작들은 반복적으로 수행된다.
저항가열기(11)의 온도는 이로써 설정 온도로 설정되며, 상기 설정 온도로 온도를 유지하기 위해 온도 제어가 실행된다.
또한, 본 실시형태에서, PWM 제어 방법이 사용되기 때문에, 저항가열기(11) 외의 부분들에서의 전력소비가 억제될 수 있으며, 저항가열기(11) 외의 부분들에서의 열발생이 억제될 수 있다.
또한, PWM 신호의 전압 수준이 오프 전압일 때에, 극소의 전류가 저항가열기(11)를 흐른다. 결과로, 저항가열기(11)의 반응 전압도 작다. 결과로서, 차동 증폭기(74)의 동작 증폭기(OP13)의 이득은 높게 설정될 수 있으며, 측정 분해능이 증가할 수 있다.
또한, PWM 신호의 전압수준이 온 전압일 때에 대량의 전류가 저항가열기(11)를 흐르는 경우, 그러나 이때 상기 저항가열기(11)를 가로지르는 상대적으로 높은 전압은 스위치 요소들(SW13,SW14)에 의해 차단되며, 차동 증폭기(74)의 동작 증폭기(OP13)에 인가되지 않는다. 결과로서, 동작 증폭기(OP3)의 입력 단자에 인가된 전압의 최대값은 약전류가 저항가열기(11)를 흐를 때에 상기 저항가열기(11)를 가로지르는 상대적으로 작은 전압으로 억제될 수 있으며, 상대적으로 낮은 저항전압 을 가지는 동작 증폭기가 동작 증폭기(OP3)로서 사용될 수 있다. 따라서 그의 비용이 감소할 수 있다. 또한, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에 상기 저항가열기(11)를 흐르는 전류가 작고 안정적인 정전류로 만들어질 수 있기 때문에, 저항가열기(11)의 전압이 고 정확도로 측정될 수 있다.
본 발명의 실시형태들의 이점들이 종래의 구성의 것들과 비교하여 다음으로 기술된다.
비교 실시예로서 종래의 온도 제어 장치 및 그의 온도 제어 동작이 먼저 기술된다.
도 8은 비교 실시예로서 종래의 온도 제어 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
상기 온도 제어 장치(300)는 저항가열기(11)와, 차동 증폭기(54)와, ADC(56)와, 트랜지스터로 이루어진 스위칭 요소(SW31), 동작 증폭기(OP31) 및 저항기(R31)로 구성된 정전류 회로(310)로 이루어진다. 상기 저항가열기(11), 차동 증폭기(54) 및 ADC(56) 모두는 도 2에 도시된 상술한 제1 실시형태의 온도 제어 장치(5)의 구성에서의 것들과 동일하다.
CPU(320)가 디지털 아날로그 변환기(여기 이후로, DAC로 간단히 언급되는)(330)로 디지털 신호를 출력할 때, 상기 디지털 신호는 DAC(330)에 의해 아날로그 신호로 변환되고, 상기 디지털 신호에 따른 전압수준을 가지는 신호가 동작 증폭기(OP31)의 비반전 입력 단자에 입력된다. 동작 증폭기(OP31)의 비반전 입력 단자에 입력된 신호의 전압수준에 따른 크기(magnitude)의 정전류가 그때 저항가열 기(11)를 흐른다. 이로써 CPU(320)는 저항가열기(11)를 흐르는 전류의 크기를 조정한다.
정전류가 흐를 시에 저항가열기(11)를 가로지르는 전압이 그때 CPU(320)로 피드백되기 위해 차동 증폭기(54)와 ADC(56)에 의해 측정된다.
상기 CPU(320)는 저항가열기(11)의 전력과 저항값을 획득하기 위해 저항가열기(11)를 가로지르는 측정된 전압값을 동작하며, 저항가열기(11)의 저항값의 온도 의존도에 기반하여 저항가열기(11)의 온도를 획득한다. 상기 CPU(320)는 저항가열기(11)의 획득 온도에 기반하여 저항가열기(11)를 흐르는 전류의 크기를 조정하며, 저항가열기(11)의 온도를 설정 온도가 되도록 제어한다.
또한, 도 8에 도시된 온도 제어 장치(300)의 회로 설계의 일 실시예가 구체적인 수치값을 사용하여 기술된다.
도 8에서, 예를 들어, 120 V의 충분히 큰 입력전압 범위를 가지는 아날로그디바이스사(Analog Devices, Inc.)로부터 가용한 계측 증폭기(instrumentation amplifier)(제품명: AD628)가 동작 증폭기(OP3)로서 사용된다.
280℃에서 250Ω의 저항값을 가지는 저항이 저항가열기(11)로서 사용된다.
초기 상태에서, 시작에 있어서 120 mA의 정전류가 저항가열기(11)를 흐르는 것을 가정한다면, 온도가 280℃에 이르는 시간에 그때 저항가열기(11)를 가로지르는 전압은 30 V이며, 전력은 3.6 W이다. 동작 증폭기(OP3)의 입력 전압의 최대는 이때의 전압이다. 8비트의 CPU(320)와 ADC(56)가 동작 증폭기(OP3)의 출력 전압을 처리하는 경우, 분해능은 30/256 = 117 mV/디지트(digit)이다. 온도 측면에서 분해 능을 고려되면, 그때 이는 280/256 = 1.09℃/디지트(digit)이다. 따라서, 1℃로 온도관리를 필요로 하는, 촉매 반응에 대한 적절한 정확도가 획득된다.
상기와 같은 상태로부터, 열이 전체 처리 장치의 본체(3)로 전파된다. 처리 장치의 본체(3)가 열평형 상태가 될 때에 개질기(7)의 열 손실이 1.5 W로 가정하면, 저항가열기(11)의 전력은 동일하게 1.5 W이 된다. 이때, 개질기(7)의 온도는 280℃로 일정하며, 저항가열기(11)의 저항값도 250Ω로 일정하다. 결과로서, 저항가열기(11)의 전압이 19.4 V가 되고, 그의 전류가 77.5 mA가 되는 가정으로 온도 제어가 실행된다.
상기와 같은 열평형 상태로부터, 연료와 물의 공급이 수행된다. 개질 반응이 개질기(7)에서 시작되고, 연소가 연소기(9)(작업 상태)에서 발생할 때, 상기 개질기(7)를 280℃로 유지하는데 필요한 저항가열기(11)에 의해 공급된 열량은 0.4 W로 가정되며, 이때 저항가열기(11)의 전압은 10 V이며, 그의 전류는 40 mA이다. 부수적으로, 이 상태에서 동작 증폭기(OP3)의 이득도 시작에서의 것과 같기 때문에, 저항가열기(11)의 전압은 ADC(56)에서 10 V/117 mV = 85 디지트(digit)로만 측정된다. 온도 측면으로부터 고려한다면, 분해능은 280℃/85 디지트 = 3.29℃/디지트가 되고, 피드백 제어에 사용되는 온도로서 적합한 정확도가 획득되지 않는다는 것이 확인된다.
한편, 도 2에 도시된 본 발명의 실시형태의 온도 제어 장치(5)의 회로 설계의 일 실시예가 구체적인 수치값을 사용하여 기술된다.
도 2의 온도 제어 장치(5)에서, 예를 들어 120 V의 충분히 큰 입력전압 범위 를 가지는 아날로그디바이스사(Analog Devices, Inc.)로부터 가용한 계측 증폭기(instrumentation amplifier)(제품명: AD628)가 동작 증폭기(OP3,OP4)로서 사용된다. 280℃에서 250Ω의 저항값을 가지는 저항가열기가 저항가열기(11)로서 사용된다. 또한 표본 저항(R8)은 0.1Ω이며, 다른 저항들(R1-R7) 중의 어느 것이든지 10kΩ이다.
PWM 신호의 주파수는, 상기 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때 저항가열기(11)를 흐르는 약전류가 상기 약전류가 소망하는 수준으로 떨어질 때에 안정적일 수 있는 주파수인 상한선 조건과, 밀리세컨드(millisecond) 순으로 있는, 개질기(7) 온도의 추적 속도보다 빠른 주파수인 하한선 조건하에 동작 증폭기들(OP3,OP4)의 측정 속도에 기반하여 먼저 설정된다.
동작 증폭기들(OP3,OP4)의 측정이 20μs가 필요하다고 가정되고, PWM 신호의 온 전압과 오프 전압 간의 전환 및 저항가열기(11)의 약전류의 안정을 위해 만약에 10μs의 잉여시간을 필요로 하는 것으로 가정한다면, 그때 PWM 신호가 오프 전압인 동안의 시간은 30μs 이상으로 필요하게 된다.
그러나, 개질 반응이 상술한 개질기(7)(작업 상태)에서 야기되는 상태에서 극저의 듀티비 제어가 예상되며, PWM 신호의 주파수는 온도 제어성을 보장하기 위해 하한선 조건으로부터 최대한 멀어져 상한선 조건에 근접한 속도의 것으로 소망된다. 최소 요구 시간(30 μs)이 제어 분해능을 최대 크기(extent)로 보장하는 목적과 함께 상기 듀티비의 1%와 같은 시간으로 설정되면, 그때 PWM 신호의 주기는 3 ms(330 Hz)와 같은 밀리세컨드(millisecond) 순으로 늦어지며, 온도가 제어 주기를 뒤따름에 의해 불안하게 될 수 있다.
한편, 최소 요구 시간이 10%보다 높은 듀티비로 반대로 설정되면, PWM 신호의 온 전압의 최대비는 90% 이하가 된다. 이러한 비율에서의 시작에 필요한 전력을 보장하기 위해, 정전압(Vs)은 반드시 높게 설정되어야만 하며, 제어 정확성과 전원을 마련하는 측면에서의 회로 효율성은 악화된다.
이들 요인들을 고려하여, 전압 측정에 필요한 최소 필요 시간(30 μs)은 여기서 상기 듀티비의 10%로 설정되고, PWM 신호는 0-90% 범위 내의 듀티비에서 수행되도록 설정된다. 이때, PWM 신호의 주기는 300 μs(3.3 kHz)이 된다.
상술한 설계에 의해, PWM 신호의 듀티비는 초기 상태에서 90%이다. 280℃ 온도시에, 저항가열기(11)의 저항값은 250Ω이며, 상기 저항값에 대응하는 전류는 126 mA이며, 상기 저항가열기(11)를 가로지르는 31.5 V이다.
이때 저항가열기(11)의 전압이 제어가능한 최대 전압이면, 상기 전압은 정전압(Vs)으로서 설정된다. 정전압(Vs)이 여전히 31.5 V이고, 저항가열기(11)의 전력이 열평형 상태에서 1.5 W인 듀티비는 38%이고, 저항가열기(11)의 전력이 작업 상태에서 0.4 W인 듀티비는 10%이다. PWM 제어를 위한 약 10%의 분해능 한계(margin)가 이러한 작업 상태에서도 보장가능했다는 것이 확인되었다.
또한, PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 시에 약전류가 3 mA로 가정되는 경우, 동작 증폭기(OP3)의 최대 입력 전압은 250Ω×3 mA = 750 mV로 억제된다. 최대 입력 전압이 8 비트의 ADC(56)에 의해 처리될 때, 온도 측면에서 고려되는 분해능은 자연적으로 비교 실시예의 초기 상태에서 획득된 것과 동일한 값인 250℃/256 = 1.09℃/디지트가 되는데, 왜냐하면 온도와 비트 수가 양쪽 경우들에서 각각 동일하기 때문이다. 그러나, 여기 설계된 PWM 제어 회로의 방법은 시스템의 모든 상태들에서 온도 분해능을 측정하는 것이 가능하다는 점에서 우수하며, 전압 분해능은 750 mV/256 = 2.9 mV/디지트가 된다.
온도 제어 장치(5)는 온도 제어 장치(300)에 비해 전력 소비를 억제할 수 있으며, 상기 시스템으로서 에너지 효율성을 상승시킬 수 있다. 결과로서, 온도 제어 장치(5)의 열방사(heat radiation)에 대한 측정이 불필요해지기 때문에, 회로의 소형화가 실행될 수 있다. 또한, 전압의 측정이 PWM 신호의 전압수준이 오프 전압일 때에만 실행되기 때문에, 상기 측정에 대한 반응 전압도 작으며, 상기 반응은 고 이득으로 증폭될 수 있다. 결과로서, 측정 전압의 정확도와 상기 측정 전압으로부터 획득된 온도가 상승할 수 있다.
다양한 형태의 실시형태들이 도시 및 기술되었지만, 본 발명은 이들 실시형태들에 한정되는 것은 아니다. 결과로서, 본 발명의 범위는 다음 청구항들에 의해서만 한정될 수 있다.

Claims (25)

  1. 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기와,
    제1 전압 및 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 신호 생성기와,
    상기 저항가열기에 직렬로 연결되어 충전된 상태에서 상기 저항가열기를 통해 전류가 흐르게 하는 스위칭부와,
    상기 신호 생성기로부터 출력된 제어 신호에 일정한 중첩 전압을 부가하고, 상기 일정한 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 가산기, 및
    상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하기 위한 전압측정기를 포함하며,
    상기 제어신호의 전압 수준이 제1 전압일 때, 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항가열기를 통과하여 흐르며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제2 전압일 때, 상기 제1 전류보다 작은 값을 가지는 제2 전류가 상기 스위칭부를 거쳐 상기 저항가열기를 통해 흐르며,
    상기 전압측정기는, 상기 저항 가열기를 통해 상기 제2 전류가 흐를 때, 상기 저항가열기에 걸치는 전압값을 측정하며,
    상기 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위하여 상기 제어신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압은 상기 전압측정기에 인가되지 않고, 상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제2 전압일 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압이 상기 전압측정기에 인가되어, 상기 전압측정기는 상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 펄스 신호이며,
    상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 제1 전압 시와 상기 제어 신호의 제2 전압 시 간의 비율인 듀티비의 값을 제어하는 기능을 구비한 PWM 제어기인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값을 기초로 상기 저항가열기의 온도를 구하며, 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 정해진 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 저항가열기를 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 전류측정기와,
    상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값과 상기 전류측정기에 의해 측정된 전류값을 기초로 상기 저항가열기의 저항값을 측정하는 저항측정기를 더 포함하며,
    상기 저항측정기에 의해 측정된 저항값과 정해진 설정온도에서의 저항가열기의 저항값을 기초로 하여, 상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 상기 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 전류에 대응하는 정전류를 생성하는 정전류 회로를 더 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 제어 신호의 전압수준이 제2 전압일 때 상기 정전류 회로에 의해 생성된 정전류가 상기 저항가열기를 흐르게 하고,
    상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값과 정전류의 전류값에 기초하여 정해진 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
  8. 원료가 공급되는 처리소자를 구비하며, 온도 제어를 받으며, 원료의 반응 또는 상 변이를 발생하는 처리 장치로서,
    상기 처리소자의 온도를 제어하기 위한 온도제어장치를 포함하며,
    상기 온도제어장치는;
    상기 처리 소자를 가열하기 위해 상기 처리 소자에 설치되며, 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기;
    제1 전압 및 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어신호를 출력하는 신호 생성기;
    상기 저항가열기에 직렬로 연결되어 충전된 상태에서 상기 저항가열기를 통해 전류가 흐르게 하는 스위칭부와,
    상기 저항가열기에 직렬로 연결된 상기 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 가산기, 및
    상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하기 위한 전압측정기를 포함하며,
    상기 제어신호의 전압 수준이 제1 전압일 때, 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항가열기를 통과하여 흐르며, 상기 제어신호의 전압 수준이 제2 전압일 때, 상기 제1 전류보다 작은 값을 가지는 제2 전류가 상기 스위칭부를 거쳐 상기 저항가열기를 통해 흐르며,
    상기 전압측정기는, 상기 저항가열기를 통해 상기 제2 전류가 흐를 때, 상기 저항가열기에 걸리는 전압값을 측정하며,
    상기 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위하여 상기 제어신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 원료는 액체이며,
    상기 처리 소자는 상기 원료를 증발하기 위하여 상기 원료를 가열하는 증발기이며,
    상기 신호 생성기는 상기 저항가열기의 온도를 상기 원료의 증발에 적합한 온도로 근접하게 제어하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 원료는 물과 그 조성물에 수소를 포함한 액체 연료를 증발시킴에 의한 혼합 기체 생성물이며,
    상기 처리 소자는 상기 원료의 개질 반응을 야기함에 의해 수소를 포함한 기체를 생성하는 개질기이며,
    상기 신호 생성기는 상기 저항가열기의 온도를 상기 개질 반응을 야기하는데 적합한 온도로 근접하게 제어하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    연소 가스 및 산소가 공급되며, 상기 처리 소자를 가열하기 위해 촉매 반응에 의해 야기되는 연소열을 생성하는 연소기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때, 상기 저항가열기를 가로지르는 전압이 상기 온도제어장치의 전압측정기에 인가되지 않고, 상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제2 전압일 때, 상기 저항가열기를 가로지르는 전압이 상기 전압측정기에 인가되어, 상기 전압측정기는 상기 제2 전류가 상기 저항가열기를 흐를 시에 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 온도 제어장치의 상기 제어 신호는 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 펄스 신호이며,
    상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 제1 전압 시와 상기 제어 신호의 제2 전압 시 사이의 비율인 듀티비의 값을 제어하는 기능을 구비한 PWM 제어기인 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 온도 제어 장치의 신호 생성기는 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값을 기초로 하여 상기 저항가열기의 온도를 산출하며, 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 정해진 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 온도 제어 장치는,
    상기 저항가열기를 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 전류측정기와,
    상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값과 상기 전류측정기에 의해 측정된 전류값을 기초로 상기 저항가열기의 저항값을 측정하는 저항측정기를 더 포함하며,
    상기 저항측정기에 의해 측정된 저항값과 정해진 설정온도에서의 저항가열기의 저항값을 기초로 하여, 상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 상기 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 온도 제어 장치는 상기 제2 전류에 대응하는 정전류를 생성하는 정전류 회로를 더 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 제어 신호의 전압수준이 제2 전압일 때 상기 정전류 회로에 의해 생성된 정전류가 상기 저항가열기를 흐르게 하고,
    상기 신호 생성기는 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경 및 재설정하여 상기 저항가열기의 온도를 상기 전압측정기에 의해 측정된 전압값과 상기 정전류의 전류값에 기반하여 정해진 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  18. 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기의 온도를 제어하는 온도 제어방법으로서,
    제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 단계와,
    상기 저항가열기에 직렬로 연결된 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 단계와,
    상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 상기 저항가열기를 통해 흐르게 하고, 상기 제어 신호의 전압 수준이 상기 제2 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 상기 제1 전류보다 작은 전류값의 제2 전류가 상기 저항가열기를 통해 흐르게 하는 단계와,
    상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 시에 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하는 단계와,
    상기 전압값을 측정하는 단계에서 측정된 전압값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 펄스 신호이며,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는 상기 제어 신호의 상기 제1 전압 시와 상기 제어 신호의 상기 제2 전압 시 사이의 비율인 듀티비의 값을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는, 상기 전압값을 측정하는 단계에서 측정된 저항가열기의 전압값에 기초하여 획득된 상기 저항가열기의 온도 및 정해진 설정 온도를 기초로, 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경하여, 상기 저항가열기의 온도를 상기 설정온도에 근접하게 하며 상기 값을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 저항가열기를 흐르는 전류의 전류값을 측정하는 단계와,
    상기 전류값을 측정하는 단계에서 측정된 전류값과 상기 전압값을 측정하는 단계에서 측정된 전압값을 기반으로 하여 상기 저항가열기의 저항값을 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는 상기 저항값을 측정하는 단계에서 측정된 저항값과 상기 설정온도에서의 상기 저항가열기의 저항값에 기반하여 상기 저항가열기의 온도를 정해진 설정온도에 근접하도록, 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경하고, 상기 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 제어 신호가 상기 제2 전압일 때 상기 저항가열기를 가로지르는 상기 제2 전류에 대응하는 정전류를 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는 상기 전압값을 측정하는 단계에서 측정된 전압값과 상기 정전류의 전류값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 정해진 설정온도에 근접하도록 상기 제어 신호의 듀티비 값을 변경하고, 상기 값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  23. 온도에 따라 저항값이 변하는 특성을 가지는 저항가열기의 온도를 제어하는 온도 제어방법으로서,
    제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 제어 신호를 출력하는 단계와,
    상기 저항가열기에 직렬로 연결된 스위칭부를 충전 상태로 전환하는 중첩 전압을 상기 제어신호에 부가하고, 상기 중첩 전압을 상기 제어 신호에 부가함에 의해 획득된 신호를 상기 스위칭부에 출력하는 단계와,
    상기 제어 신호의 전압수준이 상기 제1 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 제1 전류가 저항가열기를 통해 흐르게 하고, 상기 제어 신호의 전압 수준이 상기 제2 전압일 때 상기 스위칭부를 거쳐 상기 제1 전류보다 작은 전류값의 제2 전류가 저항가열기를 통해 흐르게 하는 단계와,
    상기 제2 전류가 저항가열기를 흐를 때 상기 저항가열기를 가로지르는 전압값을 측정하고, 상기 측정된 전압값과 상기 제2 전류의 전류값을 기초로 상기 저항가열기의 저항값을 측정하는 단계와,
    상기 저항값을 측정하는 단계에서 측정된 저항값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 제어하기 위해 상기 제어 신호를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 제1 전압과 제2 전압의 두 전압수준들을 가지는 펄스 신호이며,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는 상기 제어 신호의 제1 전압 시와 상기 제어 신호의 제2 전압 시 사이의 비율인 듀티비의 값을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제어 신호를 제어하는 단계는 상기 제어 신호의 듀티비를 변경하는 단계를 포함하여, 상기 저항값을 측정하는 단계에서 측정된 저항가열기의 저항값과 상기 설정온도에서의 저항가열기의 저항값에 기초하여 상기 저항가열기의 온도를 정해진 설정온도에 근접하게 하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 방법.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7668445B2 (en) * 2006-07-28 2010-02-23 Emerson Electric Co. Apparatus and method for detecting condition of a heating element
EP2359209A1 (en) * 2008-12-19 2011-08-24 Kautex Textron CVS Limited Heating unit for a vehicular fluid heater
US8389908B2 (en) * 2009-02-10 2013-03-05 Honeywell International Inc. Systems and methods for sourcing a heater
US8324538B2 (en) * 2009-11-10 2012-12-04 Honeywell International Inc. Systems and methods for limiting input power and RMS input current drawn from a DC power source
CN104454258A (zh) * 2014-10-27 2015-03-25 安徽江淮汽车股份有限公司 一种醇类燃料分缸预热控制方法及系统
CN102852843B (zh) * 2012-08-31 2014-10-08 北京机械设备研究所 一种直流风机温控调速电路
TWI539124B (zh) * 2012-11-13 2016-06-21 財團法人工業技術研究院 發熱裝置的供熱方法
US9678517B2 (en) * 2012-12-21 2017-06-13 Gentherm Canada Ltd. Device and method for improving the response time of a temperature control device
GB2512042A (en) * 2012-12-31 2014-09-24 Continental Automotive Systems Resistance determination with increased sensitivity for temperature control of heated automotive component
GB2512040A (en) * 2012-12-31 2014-09-24 Continental Automotive Systems Using resistance equivalent to estimate heater temperature of an exhaust gas after-treatment component
GB2512041A (en) * 2012-12-31 2014-09-24 Continental Automotive Systems Resistance determination for temperature control of heated automotive components
RU2571570C1 (ru) * 2014-06-03 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Способ и система автоматического управления
EP3082011A1 (de) * 2015-04-17 2016-10-19 Zentrum Mikroelektronik Dresden AG Anordnung und verfahren zur messung und steuerung der heiztemperatur in einem halbleiter-gassensor
CN105043576B (zh) * 2015-08-13 2018-01-05 绵眠（上海）智能科技有限公司 一种直流加热器具测温系统
RU2624136C1 (ru) * 2016-05-25 2017-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ТГТУ" Способ и система автоматического управления
US20180106686A1 (en) * 2016-10-13 2018-04-19 Infineon Technologies Austria Ag Temperature Sensing and Control of Resistive Heating Elements
CN106773650B (zh) * 2016-12-23 2020-10-30 天津力神特种电源科技股份公司 锂离子蓄电池组在极端低温下快速加热并保持恒温的方法
CN107466117B (zh) * 2017-08-23 2020-12-08 四川虹美智能科技有限公司 一种控制器及其控制加热器本体的方法、电加热器
DE102018110382A1 (de) * 2018-04-30 2019-10-31 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Temperaturermittlung eines elektrisch beheizbaren Katalysators
EP3582059A1 (en) * 2018-06-13 2019-12-18 Valeo Klimasysteme GmbH Heating device and associated control method
US11209878B2 (en) 2018-07-31 2021-12-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Discrete time loop based thermal control
CN113194591B (zh) * 2021-04-23 2022-08-26 山东大学 一种在轨除污朗缪尔探针、系统及方法
IT202100026492A1 (it) * 2021-10-15 2023-04-15 Irca Spa Dispositivo riscaldatore per cucine e piani di cottura

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4192269A (en) * 1976-03-29 1980-03-11 Levy Dudley D Device for vaporizing liquid hydrocarbon fuel
US4656828A (en) * 1984-09-28 1987-04-14 Rca Corporation Augmentation heater temperature control system
US5032705A (en) * 1989-09-08 1991-07-16 Environwear, Inc. Electrically heated garment
JP4210030B2 (ja) * 2000-11-02 2009-01-14 パナソニック株式会社 積層電圧計測装置
JP3861613B2 (ja) * 2001-03-27 2006-12-20 日産自動車株式会社 オンチップ温度検出装置
US7223490B2 (en) * 2001-04-06 2007-05-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell employing local power generation when starting at low temperature
DE10217336A1 (de) * 2001-04-19 2002-12-12 Vodafone Pilotentwicklung Gmbh Reglersystem und Verfahren zur Bestimmung und Regelung der Temperatur an einem Bauteil
US6728602B2 (en) * 2002-03-15 2004-04-27 Delphi Technologies, Inc. Control system for an electric heater
US20040069769A1 (en) * 2002-10-11 2004-04-15 Carr Sheldon P. Load sensing and over-temperature control for a resistive heating device
JP4487529B2 (ja) 2003-09-29 2010-06-23 カシオ計算機株式会社 熱処理装置
JP4396467B2 (ja) 2004-03-31 2010-01-13 カシオ計算機株式会社 反応装置
JP2006024537A (ja) * 2004-07-09 2006-01-26 Rkc Instrument Inc 電力制御装置および電力制御方法
US7608805B2 (en) * 2005-01-14 2009-10-27 Hakko Corporation Control system for battery powered heating device
JP2007073395A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Tokyo Electron Ltd マグネトロンの制御方法、マグネトロンの寿命判定方法、マイクロ波発生装置、マグネトロンの寿命判定装置、処理装置及び記憶媒体

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