KR101688888B1 - 열전소자를 이용한 온도제어시스템 - Google Patents

열전소자를 이용한 온도제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전소자의 극성이 전환되는 제어 영역에서 안정적인 온도 제어가 가능한 온도제어시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 온도제어스템은 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 제1출력제어값(X1)을 연산하고, 제1출력제어값(X1)의 절대값에 해당되는 제1출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제1극성전환신호(P1)를 제공하며, 제1출력제어값(X1)에 비례하며 상기 제1출력제어값(X1)의 극성 전환영역에서 상기 제1출력제어값(X1)과 영(zero)이 아닌 갭을 가지는 제2출력제어값(X2)을 연산하고, 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 제2출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제2극성전환신호(P2)를 제공하는 제어기와, 상기 제어기에서 전달된 제1출력제어량신호 및 제1극성전환신호(P1)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제1전원공급장치 및 상기 제어기에서 전달된 제2출력제어량신호 및 제2극성전환신호(P2)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제2전원공급장치와, 상기 제1전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제1열전소자블록 및 상기 제2전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제2열전소자블록을 포함한다.

Description

열전소자를 이용한 온도제어시스템{Temperature Control System with Thermoelectric Element}
본 발명은 열전소자를 이용하는 온도제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열전소자의 극성이 전환되는 제어 영역에서 안정적인 온도 제어가 가능한 온도제어시스템에 관한 것이다.
열전소자를 이용하는 대표적인 온도제어시스템인 전기식 칠러 장치는 전기에너지를 열에너지로 직접 변환시킬 수 있는 열전소자를 이용하여 반도체 제조 설비 등에 사용되는 유체의 온도를 조절하는 장치이다. 전기식 칠러 장치는 유체가 흐르는 열교환기에 복수의 열전소자를 부착한 후 열전소자에 전원을 공급하여 유체의 온도를 조절한다. 이때, 열전소자에 인가되는 전원의 극성을 전환함으로써, 유체를 냉각하거나 가열할 수 있다. 전기식 칠러 장치는 열전소자를 이용하여 유체의 가열 및 냉각이 모두 가능하므로, 구조가 간단하고, 진동이 없으며, 정밀한 온도 제어가 가능하다는 장점이 있다.
전기식 칠러 장치는 일반적으로 전압의 크기 및 극성에 관한 제어신호를 제공하는 제어기와, 제어기에서 인가된 신호에 따라서 전원을 공급하는 전원공급장치와, 전원공급장치로부터 인가된 전원에 따라 대상물을 가열 또는 냉각하는 열전소자를 포함한다.
온도제어를 위한 제어기의 연산방식으로는 PID 연산방식이 보편적으로 사용되며, 연산 결과를 출력제어값으로 변환하는 방식에 따라 디지털 출력방식 또는 아날로그 출력방식이 있다.
디지털 출력방식인 온(ON)/오프(OFF) 제어 또는 PWM 제어(pulse width modulation) 방식의 경우 경우에는, 전원공급장치로부터 열전소자에 펄스 형태의 전압이 인가된다. 그러나 펄스 형태의 전압이 인가되면, 열전소자가 전원 노이즈와 온/오프에 따른 열응력에 의해서 열화된다는 문제가 있다.
등록특허 제0817419호에는 열전소자에 대한 전원공급을 아날로그 출력방식인 선형제어(proportional control)로 인가하는 기술이 개시되어 있다. 선형제어 방식은 열전소자에 가해지는 전압의 출력량을 선형제어에 의해 가변시킴으로써 열응력을 감소시켜 절연파괴나 특성감쇠를 방지하여 열전소자의 내구성 및 신뢰성을 향상시킨다는 이점이 있다.
그러나 아날로그 출력방식의 경우, 디지털 출력방식과 달리, 극성전환이 일어나는 구간에서는 열전소자로 인가되는 전압이 거의 영(zero)에 수렴하게 된다. 따라서 이 구간에서는 열전소자의 양측면의 온도편차에 의해서 발생하는 전압이 열전소자로 인가되는 전압에 비해서 더 클 수 있다. 열전소자는 전기에너지를 열에너지로 바꿀 뿐 아니라 열에너지를 전기에너지로 변환한다. 따라서 열전소자에 위치별 온도 차이가 발생하면 전압이 발생한다. 이런 경우에는 제어기에서 제어신호를 보내서 전원공급장치에서 열전소자에 전원을 인가하여도 열전소자가 반응을 하지 않는다. 이렇게 입력은 변화하지만 출력이 변화하지 않는 입력 범위를 불감대(dead zone)라고 한다. 불감대에서는 입력에 따라서 출력이 변화하지 않기 때문에 정밀한 온도제어가 어렵다. 따라서 불감대에서는 출력값이 목표값에 도달하지 못하고 목표값의 초과와 미달을 주기적으로 반복하여 안정되지 못하는 현상인 헌팅(hunting)이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 등록특허 제1397421호에는 선형 제어시에 불감대가 될 수 있는 영역에서는 PWM제어를 하고, 그 이외의 영역에서는 선형 제어를 하는 열전소자 온도제어시스템이 개시되어 있다.
또한, 등록특허 제1273549호, 등록특허 제1249469호, 등록특허 제1237936호에는 출력제어값이 불감대에 해당되는 경우 일부 열전소자는 반대 극성의 고정된 출력을 제공하고, 나머지 열전소자는 제어부의 제어에 따르도록 제어 출력을 재구성하여 전원공급장치에 제공하는 데드존 연산부를 포함하는 온도제어시스템이 개시되어 있다. 이러한 시스템에서는 불감대 이외의 영역에서는 모든 열전소자가 제어부의 제어에 따라 동일하게 동작하고, 데드존 연산부에서는 일부는 고정된 출력을 제공한다.
이러한 종래의 온도제어시스템들은 모두 출력제어값이 불감대에 해당되는지 여부를 확인하고, 불감대에 해당되는 경우에는 제어방식을 변경하여 불감대를 회피하도록 구성되어 있다.
그러나 반도체 공정 등에서의 사용 조건은 매우 다양하여, 일정한 공정에서 불감대를 회피하도록 제어 조건을 세팅하더라도 모든 공정에서 불감대를 회피하기는 불가능하다. 또한, 동일 공정이라도 공정 조건이 계속 변화한다. 따라서 불감대를 회피하는 종래의 대응 방식에는 한계가 있다. 또한, 불감대를 회피하기 위해서 실제로 요구되는 극성과 반대인 극성의 고정된 출력을 제공하므로 전력 소모량이 증가하게 된다는 문제도 있다.
등록특허 제0817419호 등록특허 제1397421호 등록특허 제1273549호 등록특허 제1249469호 등록특허 제1237936호
본 발명은 불감대에 대한 검출 기능이 필요 없으며, 간단한 제어 로직 만으로 정밀한 온도 제어가 가능한 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하나의 열전소자블록에 대한 출력제어값이 불감대에 속해서 제어에 공백 생길 경우, 특별한 조작 없이도 다른 열전소자블록에 대한 출력제어값이 불감대를 벗어나서 정밀한 온도 제어가 가능한 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해서, 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 제1출력제어값(X1)을 연산하고, 제1출력제어값(X1)의 절대값에 해당되는 제1출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제1극성전환신호(P1)를 제공하며, 제1출력제어값(X1)에 비례하며 상기 제1출력제어값(X1)의 극성 전환영역에서 상기 제1출력제어값(X1)과 영(zero)이 아닌 갭을 가지는 제2출력제어값(X2)을 연산하고, 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 제2출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제2극성전환신호(P2)를 제공하는 제어기와, 상기 제어기에서 전달된 제1출력제어량신호 및 제1극성전환신호(P1)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제1전원공급장치 및 상기 제어기에서 전달된 제2출력제어량신호 및 제2극성전환신호(P2)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제2전원공급장치와, 상기 제1전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제1열전소자블록 및 상기 제2전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제2열전소자블록을 포함하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공한다.
또한, 상기 제어기는, 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 연산된 제1출력제어값(X1)을 제공하는 주연산부와, 상기 제1출력제어값(X1)을 수신하여, 상기 제1출력제어값(X1)에 비례하며, 상기 제1출력제어값(X1)의 극성 전환영역에서 상기 제1출력제어값(X1)과 영(zero)이 아닌 갭을 가지는 제2출력제어값(X2)을 제공하는 갭연산부와, 상기 제1출력제어값(X1)과 상기 제2출력제어값(X2)을 수신하여, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 아날로그 값인 제1출력제어량신호와 제2출력제어량신호를 각각 생성하는 제어량신호발생부와, 상기 제1출력제어값(X1)과 상기 제2출력제어값(X2)을 수신하여, 극성전환여부를 판단하는 극성전환판단부와, 상기 극성전환판단부의 판단에 따라서 극성에 관한 디지털 값인 제1극성전환신호(P1)와 제2극성전환신호(P2)를 각각 출력하는 극성전환신호발생부를 포함하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공한다.
또한, 상기 극성전환판단부는 제1출력제어값(X1)이나 제2제어출력값(X2)이 반대 극성의 미리 정해진 값에 도달하는 순간에 극성이 전환된 것으로 판단하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공한다.
또한, 상기 제2출력제어값(X2)은 아래의 수학식 1에 의해서 계산되며, 수학식 1의 b값은 수학식 2 또는 3을 만족하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공한다.
[수학식 1]
Figure 112015097236692-pat00001
[수학식 2]
Figure 112015097236692-pat00002
[수학식 3]
Figure 112015097236692-pat00003
(X1은 제1출력제어값이며, a는 양수이며, D는 불감대 폭을 나타냄)
또한, 상기 수학식 1 내지 3에 있어서, 0.8≤a≤1.2이며, -20%≤b≤20%인 열전소자를 이용한 온도제어시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도제어시스템은 출력제어값이 불감대에 속하는지 여부를 따로 검출할 필요가 없으며, 불감대에서 제어방식을 변경할 필요도 없다는 장점이 있다. 또한, 불감대를 회피하는 방식이 아니므로 공정 조건의 변화가 있더라도 이에 따라 제어조건을 변경할 필요가 없다.
또한, 불감대를 회피하기 위해서 실제로 요구되는 극성과 반대인 극성의 고정된 출력을 제공할 필요가 없으므로, 불필요한 전력 소모량의 증가를 막을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도제어시스템의 일실시예의 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 제1출력제어값(X1)의 변화에 따른 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 변화를 나타낸 도표이다.
도 3은 시간에 따른 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 변화를 나타낸 도표이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도제어시스템의 실시예의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도제어시스템의 일실시예의 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 제어기(10), 제1전원공급장치(20), 제2전원공급장치(21), 제1열전소자블록(30)과 제2열전소자블록(31)을 포함한다. 제어기(10)는 제1전원공급장치(20) 및 제2전원공급장치(21)에 전원의 크기 및 극성에 관한 제어신호를 각각 전달하고, 제1전원공급장치(20)와 제2전원공급장치(21)는 제어신호에 따른 전압 또는 전류를 생성하여 제1열전소자블록(30)과 제2열전소자블록(31)에 각각 전달한다.
반도체 설비용 온도 제어 시스템인 경우에는 온도 조절 대상이 되는 목적물은 반도체 설비에서 배출된 냉매가 된다. 그리고 제1열전소자블록(30)과 제2열전소자블록(31)은 냉매가 지나는 블록의 양측면에 부착되어 냉매를 가열하거나 냉각하게 된다. 도시하지 않았으나 이외에도 냉매탱크, 순환배관, 온도센서 등이 포함된다.
제어기(10)는 온도조절대상인 냉매의 현재 온도(PV)와 설정된 온도(SV)를 비교하여, 공급할 전압의 크기 및 극성에 대한 두 개의 개별 제어신호를 발생시켜, 제1전원공급장치(20) 및 제2전원공급장치(21)에 각각 제공하는 역할을 한다.
제어기(10)는 주연산부(11)와 갭연산부(12)를 포함한다. 주연산부(11)는 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 목적물을 냉각할지 가열할지 여부를 판단하고, 공급할 전압의 크기 및 극성에 대한 제1출력제어값(X1)을 제공한다.
주연산부(11)는 PID 연산부일 수 있다. PID 연산부는 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 제어량을 비례, 적분 및 미분 연산을 통해 계산하여 제1제어출력제어값(X1)을 연산한다. 제1출력제어값(X1)은 예를 들어, -100% 내지 +100%(또는 0 내지 200%) 사이의 값을 가질 수 있다.
갭연산부(12)는 제1출력제어값(X1)과 갭(gap)이 있는 제2출력제어값(X2)을 제공하는 역할을 한다. 갭연산부(12)는 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이가 아닌 제1출력제어값(X1)을 기준으로 제2출력제어값(X2)을 연산한다.
갭연산부(12)는 주연산부(11)로부터 제1출력제어값(X1)을 수신하여 제1출력제어값(X1)에 비례하며, 제1출력제어값(X1)이 영(zero)일 때 영(zero)이 아닌 값(제1출력제어값(X1)이 영(zero)일 때의 갭)을 가지는 제2출력제어값(X2)을 제공한다. 제2출력제어값(X2)은 아래의 수학식 1로 계산될 수 있다.
Figure 112015097236692-pat00004
수학식 1에서 a는 양수로서 2 미만인 것이 바람직하다. b는 제1출력제어값(X1)이 영(zero)일 때의 갭을 나타내는 것으로서, 아래의 수학식 2 또는 3을 만족하여야 한다. 여기서 D는 불감대 폭을 나타낸다. 예를 들어, 출력제어값(X1, X2)이 -10% 내지 +10%인 영역이 불감대라면, D는 20%가 된다. b가 수학식 2 또는 3을 만족하지 않는 경우에는 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 동시에 불감대에 속하여 제어가 어려울 수 있기 때문에 b는 수학식 2 또는 3을 만족하는 값이어야 한다. 즉, b가 양수인 경우에는 수학식 3을 만족하여야 하며, b가 음수인 경우에는 수학식 2를 만족해야 한다.
Figure 112015097236692-pat00005
Figure 112015097236692-pat00006
도 2는 제1출력제어값(X1)의 변화에 따른 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 변화를 나타낸 도표이다. 도 2에 도시된 도표에서 a 값은 0.8이며, b 값은 -20%이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1출력제어값(X1)이 -100% 내지 +100% 사이의 값을 가질 경우, 제2출력제어값(X2)은 -100% 내지 +60% 사이의 값을 갖는다. 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)은 제1출력제어값(X1)이 -100%인 경우에는 서로 동일한 값을 가지며, 제1출력제어값(X1)이 증가할수록 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2) 사이의 갭이 커진다. 제1출력제어값(X1)이 100%인 경우 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2) 사이의 갭은 40%가 된다.
만약, a 값이 0.8이고, b 값이 +20%라면, 제2출력제어값(X2)은 -60% 내지 +100% 사이의 값을 갖게 될 것이며, 냉각 구간에서 제2열전소자블록이 최대출력의 0 내지 60% 범위의 출력만 낼 수 있다. 일반적인 열전소자의 경우에 가열 효율이 냉각 효율에 비해서 좋기 때문에, 이 경우에는 b가 음수인 것이 바람직하다. 즉, a 값이 1 미만인 경우에는 열전소자의 특성상 b가 음수인 것이 바람직하다.
반대로, a 값이 1보다 큰 1.1이고, b 값이 +20%라면, 제2출력제어값(X2)은 -90% 내지 +130% 사이의 값을 갖게 되어, 냉각 구간에서 제2열전소자블록이 최대출력의 0 내지 90% 범위의 출력을 낼 수 있다. 따라서 이 경우에는 b가 양수일 수도 있다.
가열과 냉각의 균형을 맞추기 위해서는 0.8≤a≤1.2이며, -20%≤b≤20%인 것이 바람직하다.
또한, 도 2에서 알 수 있듯이, 제2출력제어값(X2)은 제1출력제어값(X1)이 0(zero)일 때에 -20%의 값을 갖는다. 그리고 제2출력제어값(X2)이 0(zero)일 때에 제1출력제어값(X1)은 25%의 값을 갖는다. 열전소자의 불감대를 출력제어값(X1, X2)이 -10% 내지 10%인 구간이라고 할 때, 본 실시예에 있어서, 제1출력제어값(X1)이 불감대(D)에 속하는 경우에 제2출력제어값(X2)은 자연스럽게 불감대(D)를 벗어나게 된다. 즉, 제1출력제어값(X1)이 -10% 내지 +10%일 때에, 제2출력제어값(X2)은 -28% 내지 -12%로 불감대를 벗어나게 된다. 반대로 제2출력제어값(X2)이 -10% 내지 +10%일 때에, 제1출력제어값(X1)은 +12.5% 내지 +37.5%로 불감대(D)를 벗어나게 된다.
결국, 본 실시예에서는 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 동시에 불감대(D)에 속하지 않는다. 둘 중에 하나의 출력제어값이 불감대에 속하더라고도 불감대에 속하지 않는 안정적인 영역에 속한 하나의 출력제어값에 의해서 제어되는 열전소자블록이 정상적으로 작동하므로, 항상 안정적으로 온도를 제어할 수 있다. 어느 정도 시간이 지나면 불감대에 속한 출력제어값도 불감대를 벗어나게 된다.
도 3은 시간에 따른 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 변화를 나타낸 도표이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 시간이 경과함에 따라서 제1출력제어값(X1)이 불감대에 속하거나 제2출력제어값(X2)이 불감대에 속할 수 있으나, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 동시에 불감대에 속하는 경우는 없으며, 제1출력제어값(X1)이 영(zero)가 되면 제2출력제어값(X2)이 -20%가 되고, 제2출력제어값(X2)이 영(zero)가 되면 제1출력제어값(X1)이 +25%가 되어서 항상 하나는 정상 제어범위에 속하는 출력제어값을 전원공급장치에 전달할 수 있다.
또한, 주목할만한 점은, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 정상 제어범위에 속하는 경우에도 제1출력제어값(X1)이 -100%인 경우를 제외하면, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 항상 서로 다르며, 극성이 서로 다를 수도 있다는 점이다. A 구간이 경우에는 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 모두 음수이며, C 구간의 경우에는 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 모두 양수이지만, B 구간에서는 제1출력제어값(X1)은 양수이지만 제2출력제어값(X2)은 음수가 된다. 이 구간에서는 제1열전소자블록(30)은 대상을 가열하고, 제2열전소자블록(31)은 대상을 냉각하게 된다.
본 실시예에 있어서, 출력제어값들 사이에 갭이 존재하여 동시에 불감대에 속할 수 없으므로, 출력제어값들이 불감대에 속하는지 여부를 확인하여, 제어방식을 변경할 필요가 없다는 장점이 있다.
제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)은 열전소자 블록에 인가될 전압의 크기 및 극성전환에 관한 정보를 모두 포함하고 있으나, 제1전원공급장치(20)와 제2전원공급장치(21)를 제어하는데 이용하기 위해서는 정보를 분리해야 한다.
제어기(10)는 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)을 제어량과 극성전환신호로 분리하여 전달하기 위한 극성전환판단부(14), 극성전환신호발생부(15) 및 제어량신호발생부(13)를 더 포함한다.
제어량신호발생부(13)는 주연산부(11)와 갭연산부(12)로부터 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)을 각각 수신하여, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 아날로그 값인 제1출력제어량신호와 제2출력제어량신호를 각각 생성한다.
극성전환판단부(14)는 주연산부(11)와 갭연산부(12)로부터 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)을 각각 수신하여 극성전환여부를 판단한다. 극성전환판단부(14)는 제1출력제어량(X1)이나 제2제어출력값(X2)이 반대극성의 미리 정해진 값에 도달하면 극성이 전환된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1출력제어량(X1)이나 제2제어출력값(X2)이 음수에서 미리 정해진 양수인 +1%에 도달하는 순간에 +로 극성이 전환되는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제1출력제어량(X1)이나 제2제어출력값(X2)이 양수에서 미리 정해진 음수인 -1%에 도달하는 순간에 -로 극성이 전환되는 것으로 판단할 수 있다.
극성전환신호발생부(15)는 극성전환판단부(14)의 판단에 따라서 극성에 관한 디지털 값인 제1극성전환신호(P1)와 제2극성전환신호(P2)를 각각 출력한다.
제1전원공급장치(20)는 제어기(10)로부터 제1출력제어량신호와 제1극성전환신호(P1)를 수신한다. 제1전원공급장치(20)는 제1출력제어량신호에 따라서 전압 또는 전류의 크기를 조절한다. 그리고 제1극성전환신호(P1)에 따라서 전압 또는 전류의 극성을 전환한다.
제2전원공급장치(21)는 제어기(10)로부터 수신된 제2출력제어량신호와 제2극성전환신호(P2)에 따라서 전압 또는 전류의 크기를 조절하고 및 극성을 전환한다. 제1전원공급장치(20)와 제2전원공급장치(21)는 SMPS일 수 있다.
제1열전소자블록(30)은 제1전원공급장치(20)로부터 인가된 전원에 의해서 온도조절대상물을 가열하거나 냉각하며, 제2열전소자블록(31)은 제2전원공급장치(21)로부터 인가된 전원에 의해서 온도조절대상물을 가열하거나 냉각한다. 열전소자블록은 적어도 하나의 열전소자를 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 열전소자를 이용한 온도제어시스템의 실시예의 동작 과정을 나타낸 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제어온도가 설정되면, 주연산부(11)는 PID연산을 수행하여 제1출력제어값(X1)을 산출한다. 그리고 갭연산부(12)는 제1출력제어값(X1)을 수신하여 제1출력제어값(X1)과 비례하는 제2출력제어값(X2)을 산출한다.
다음, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)을 통해서 제1출력제어량신호와 제2출력제어량신호를 생성한다. 그리고 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)을 통해서 제1극성전환신호(P1)와 제2극성전환신호(P2)도 생성한다. 그리고 제1출력제어량신호 및 제1극성전환신호(P1)를 제1전원공급장치(20)에 전달하고, 제2출력제어량신호 및 제2극성전환신호(P2)를 제2전원공급장치(21)에 전달한다.
마지막으로, 제1전원공급장치(20)와 제2전원공급장치(21)는 제1열전소자블록(30)과 제2열전소자블록(31)에 전원을 공급한다. 동작과정에서 제1열전소자블록(30) 및 제2열전소자블록(31) 중에서 하나의 열전소자블록을 제어하는 출력제어값이 불감대에 속해서 그 열전소자블록이 전원공급장치로부터 인가되는 전원에 의해서 제어되지 않을 수 있다. 그러나 나머지 하나의 열전소자블록은 정상적으로 제어되므로 모든 영역에서 정밀한 제어가 가능하다. 따라서 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)이 불감대에 속하는지 여부를 모니터링할 필요가 없으며, 불감대에 속할 때 제어방식을 변경할 필요가 없다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 출력제어값이 +인 경우에 열전소자블록이 가열영역에 속하는 것으로 설명하였으나, 반대일 수도 있으며, 출력제어값이 -100% 내지 +100%인것으로 설명하였으나, 0 내지 200%이고, +100%가 극성전환의 기준이 될 수도 있음은 자명하다.
10: 제어기 11: 주연산부
12: 갭연산부 13: 제어량신호발생부
14: 극성전환판단부 15: 극성전환신호발생부
20: 제1전원공급장치 21: 제1전원공급장치
30: 제1열전소자블록 31: 제2열전소자블록

Claims (5)

  1. 실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 제1출력제어값(X1)을 연산하고, 제1출력제어값(X1)의 절대값에 해당되는 제1출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제1극성전환신호(P1)를 제공하며, 제1출력제어값(X1)에 비례하며 상기 제1출력제어값(X1)의 극성 전환영역에서 상기 제1출력제어값(X1)과 영(zero)이 아닌 갭을 가지는 제2출력제어값(X2)을 연산하고, 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 제2출력제어량신호와 극성전환 여부를 나타내는 제2극성전환신호(P2)를 제공하는 제어기와,
    상기 제어기에서 전달된 제1출력제어량신호 및 제1극성전환신호(P1)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제1전원공급장치 및 상기 제어기에서 전달된 제2출력제어량신호 및 제2극성전환신호(P2)에 따라 정 또는 역의 전압 또는 전류를 제공하는 제2전원공급장치와,
    상기 제1전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제1열전소자블록 및 상기 제2전원공급장치에서 제공된 전압 또는 전류에 의해서 대상물을 가열 또는 냉각하는 제2열전소자블록을 포함하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    실제 온도(PV)와 설정 온도(SV)의 차이를 기준으로 연산된 제1출력제어값(X1)을 제공하는 주연산부와,
    상기 제1출력제어값(X1)을 수신하여, 상기 제1출력제어값(X1)에 비례하며, 상기 제1출력제어값(X1)의 극성 전환영역에서 상기 제1출력제어값(X1)과 영(zero)이 아닌 갭을 가지는 제2출력제어값(X2)을 제공하는 갭연산부와,
    상기 제1출력제어값(X1)과 상기 제2출력제어값(X2)을 수신하여, 제1출력제어값(X1)과 제2출력제어값(X2)의 절대값에 해당되는 아날로그 값인 제1출력제어량신호와 제2출력제어량신호를 각각 생성하는 제어량신호발생부와,
    상기 제1출력제어값(X1)과 상기 제2출력제어값(X2)을 수신하여, 극성전환여부를 판단하는 극성전환판단부와,
    상기 극성전환판단부의 판단에 따라서 극성에 관한 디지털 값인 제1극성전환신호(P1)와 제2극성전환신호(P2)를 각각 출력하는 극성전환신호발생부를 포함하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 극성전환판단부는 제1출력제어값(X1)이나 제2제어출력값(X2)이 반대 극성의 미리 정해진 값에 도달하는 순간에 극성이 전환된 것으로 판단하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2출력제어값(X2)은 아래의 수학식 1에 의해서 계산되며, 수학식 1의 b값은 수학식 2 또는 3을 만족하는 열전소자를 이용한 온도제어시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112015097236692-pat00007

    [수학식 2]
    Figure 112015097236692-pat00008

    [수학식 3]
    Figure 112015097236692-pat00009

    (X1은 제1출력제어값이며, a는 양수이며, D는 불감대 폭을 나타냄)
  5. 제4항에 있어서,
    0.8≤a≤1.2이며, -20%≤b≤20%인 열전소자를 이용한 온도제어시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108268069A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 北京小米移动软件有限公司 温度控制方法、温度控制装置及电子设备
KR20200059582A (ko) 2018-11-21 2020-05-29 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치
KR20200083413A (ko) 2020-06-29 2020-07-08 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치
KR20210049770A (ko) 2020-06-29 2021-05-06 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100817419B1 (ko) 2007-04-20 2008-03-27 (주)테키스트 열전소자의 극성전환을 이용한 반도체 제조설비의 온도제어시스템
JP2012226464A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Nitto Denko Corp プロセス温度制御方法
KR101237936B1 (ko) 2011-08-24 2013-02-28 (주)테키스트 열전소자 극성전환시 발생되는 데드존을 에너지 효율적으로 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101249469B1 (ko) 2011-11-02 2013-04-01 (주)테키스트 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101273549B1 (ko) 2011-08-08 2013-06-17 (주)테키스트 열전소자 극성전환시 발생되는 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101397421B1 (ko) 2013-03-13 2014-05-20 이찬우 열전소자 온도제어 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100817419B1 (ko) 2007-04-20 2008-03-27 (주)테키스트 열전소자의 극성전환을 이용한 반도체 제조설비의 온도제어시스템
JP2012226464A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Nitto Denko Corp プロセス温度制御方法
KR101273549B1 (ko) 2011-08-08 2013-06-17 (주)테키스트 열전소자 극성전환시 발생되는 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101237936B1 (ko) 2011-08-24 2013-02-28 (주)테키스트 열전소자 극성전환시 발생되는 데드존을 에너지 효율적으로 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101249469B1 (ko) 2011-11-02 2013-04-01 (주)테키스트 업다운 모드를 구비하며 데드존을 회피하는 반도체 제조 설비의 온도제어시스템
KR101397421B1 (ko) 2013-03-13 2014-05-20 이찬우 열전소자 온도제어 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108268069A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 北京小米移动软件有限公司 温度控制方法、温度控制装置及电子设备
KR20200059582A (ko) 2018-11-21 2020-05-29 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치
KR20200083413A (ko) 2020-06-29 2020-07-08 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치
KR20210049770A (ko) 2020-06-29 2021-05-06 주식회사 사이어트 (SYATT Co.,Ltd.) 열전 소자 모듈의 온도 제어 장치

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