KR102347055B1 - 상이한 제어 메커니즘을 필요로 하는 극저온 장비를 단일 운영 플랫폼에 통합하기 위한 범용 제어기 - Google Patents

Abstract

상이한 제어 메커니즘을 필요로 하는 극저온 장비를 단일 운영 플랫폼에 통합하기 위한 범용 제어기. 이러한 범용 제어기는 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성된 전력 공급 소자 및 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성된 프로토콜 변환기 소자를 포함할 수도 있다. 프로토콜 변환기 소자는 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 한다.

Description

상이한 제어 메커니즘을 필요로 하는 극저온 장비를 단일 운영 플랫폼에 통합하기 위한 범용 제어기

본 출원은 2017 년 10 월 29 일에 출원된 "상이한 유형의 극저온 펌프를 동시에 구동하기 위한 크라이오 가스 압축기용 범용 제어기(Universal Controller for a Cyrogas Compressor for Simultaneously Driving Different Types of Cryogenic Pumps)"라는 제목의 미국 특허 가출원 제 62/578,498 호 및 2018 년 3 월 5 일에 출원된 "다수의 상이한 유형의 극저온 펌프에 동시에 사용하기 위한 압축기용 프로토콜 변환기(Protocol Translator for Compressor for Simultaneous Use in Multiple Different Types of Cryogenic Pumps)"라는 제목의 미국 특허 가출원 제 62/638,672 호를 우선권 주장하며, 이들 출원 모두 전체적으로 본 명세서에 참조로서 인용되어 있다.

본 발명은 일반적으로 극저온 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제어부, 크라이오 펌프 및 극저온 장치를 포함하는 극저온 시스템에 관한 것이다.

"크라이오 펌프(cryopump)"는 일반적으로 -150℃(123.15 K; -238.00℉) 이하까지 허용되는 극저온의 온도를 달성하거나 유지하기 위해 극저온 냉동 시스템에 사용되는 펌프이다. "크라이오 가스 압축기(cryogas compressor)"는 극저온 냉동 시스템의 다른 구성 요소를 극저온의 온도에 놓이게 하거나 유지하기 위해 한 종류 이상의 "크라이오 가스(cryogas)", 즉, 극저온 용도로 사용하기 위한 가스, 예를 들어, 헬륨을 급송하기 위한 크라이오 펌프에 전력을 공급한다.

상업적인 용례에서 사용되고 있는 가장 일반적인 극저온 냉동 시스템은 입력 전력이 최대 약 10 kW이며 GM(Gifford-McMahon) 사이클 상에서 작동한다. GM 냉동 시스템은, 1) 팽창기와 별개이며, 2) 압축기와 팽창기의 사이에 공급 및 복귀 가스 라인을 구비하고, 3) 압축기와 팽창기 사이에서의 전력 공급 및 통신을 위해 압축기와 팽창기의 사이에 마련되는 하나 이상의 전기 라인을 구비한, 압축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 중앙 제어부를 구비한 프로세스 툴(process tool) 상에 설치되는 경우, 크라이오 펌프는 네트워크 제어부에 또는 직접 프로세스 툴 제어부에 연결되는 추가의 통신 회선을 구비할 수도 있으며, 이에 의해, 크라이오 펌프의 상태 정보가 통신을 통해 프로세스 툴에 제공될 수 있다.

크라이오 가스 압축기는 외부 공급원으로부터 전력을 공급받으며, 전형적으로, 압축기 모터, 팽창기 모터, 센서, 솔레노이드, 히터 등에 전력을 공급하는 구성 요소를 갖춘 전기 인클로저(enclosure)를 구비한다.

가장 일반적인 크라이오 펌프는 20K 및 80K 미만의 온도에서 크라이오 패널을 냉각시키는 2단 팽창기를 구비한다. 이러한 온도에서는, 공기 및 다른 가스의 성분이 냉동 또는 흡착되어, 반도체 제조, 코팅 용례 및 R&D에 널리 사용되는 매우 "깨끗한(clean)" 고진공의 환경이 조성된다.

일반적으로, 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기의 제조사는 각기 다음을 사용한다: (1) 크라이오 펌프에 전력을 공급하기 위한 제조사 시스템 독점의 전력 공급 및/또는 제어부 방식 그리고 필요한 경우, (2) 크라이오 펌프가 프로세스 툴 제어부와 직접 또는 네트워크 제어부를 통해 통신할 수 있도록 하기 위한 독점 통신 프로토콜(I/O).

(1) 상이한 제어 시스템을 사용하는 상이한 제조사의 크라이오 펌프의 모터를 작동시킬 수 있도록, 특정 제조사의 크라이오 펌프 또는 크라이오 가스 압축기에 탑재되는 또는 함께 사용되는 공통의 플랫폼(즉, "제어 시스템")이 존재하지 않을 뿐만 아니라, (2) 상이한 통신 프로토콜을 사용하는 상이한 제조사의 크라이오 펌프가 특정 제조사의 프로세스 툴 제어부와 직접 또는 네트워크 제어부를 통해 통신할 수 있도록 하는 공통의 통신 프로토콜(I/O)도 존재하지 않는다. 본 출원에서, "제어 시스템" 및 통신 프로토콜은 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기 및 관련 프로세스 툴 제어부 및 네트워크와 연관된 하나 이상의 전기 공급 시스템, 통신 시스템 및/또는 크라이오 가스 공급 시스템을 연관짓는 적어도 입출력(I/O) 제어, 피드백 및 공급 능력을 의미한다.

크라이오 펌프의 제조사는 각기, 크라이오 펌프의 모터에 전력을 공급하기 위해 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기에 내장된 제조사 소유의 독점적인 제어 및 전력 공급 시스템을 사용한다. 결과적으로, 상이한 전력 공급 설계 및 통신 프로토콜을 사용하는, 상이한 제조사에 의해 제조된 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기를 동일 용례에서 허용 가능하게 교환하거나 혼합하는 것은 불가능하며, 또한 이들의 적절한 작동을 보장할 수 없다. 이것은 특히, 크라이오 펌프를 사용하는 프로세스 툴이 크라이오 펌프가 그 프로세스 제어 시스템과 직접 또는 네트워크 제어부를 통해 통신하도록 하여야 하는 경우에 문제가 된다.

크라이오 가스 압축기와 크라이오 펌프 사이의 제어 시스템이 크라이오 펌프의 전압, 위상 조정 및 I/O 입력에 대해 제조사 사양 별로 적절하게 작동될 수 없는 경우, 크라이오 펌프의 팽창기에 전력을 공급하는 모터가 움직이지 않으며, 크라이오 펌프는 크라이오 펌프 제조사가 설정한 설계 파라미터 이내의 극저온의 온도를 생성하지 않는다. 대형 프로세스 툴, 다중 압축기-다중 크라이오 펌프 용례에서, 다수의 제조사의 장비를 교환하거나 혼합하려는 시도는 추가적인 통신 I/O 및 크라이오 가스 공급 압력 관리 문제를 야기하며, 이것은 크라이오 펌프와 네트워크 제어부 또는 프로세스 툴 제어부 사이의 통신 프로토콜 및 크라이오 펌프 팽창기로의 전력 공급을 위한 각각의 제조사의 설계 플랫폼의 특성에 따른 추가적인 작동상 비호환성의 원인이 된다.

이러한 호환성 결여는 크라이오 펌프 및 크라이오 가스 압축기의 사용자로 하여금 하나의 제조사의 특정 크라이오 펌프 및 크라이오 가스 압축기만을 사용할 수 밖에 없도록 하며, 이에 따라 사용자는, 현재 사용하고 있는 곳은 아니지만 상이하게 설계된 전기, 통신 또는 가스 공급 플랫폼에서 작동하는 장비를 갖춘 다른 제조사로부터 구할 수도 있는 이용 가능한 신기술, 개선된 성능, 개선된 가격, 경쟁 우위, 보급 및 지원 상의 제약을 받는다.

본 명세서에 기술된 실시예는 전술한 종래 기술의 단점을 극복한다. 본 명세서에 기술된 실시예는 두 개의 구성 요소, 즉, 고도로 구성 가능한 전력 공급 소자(Power Supply Element: PSE) 및 프로토콜 변환기 소자(Protocol Translator Element: PTE)로 구성된다. 각각의 구성 요소는 최종 사용자가 요구하는 원하는 작동 능력 및 장비 호환성을 제공하기 위해 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수도 있다.

전술한 그리고 다른 장점이, 상이한 전력 공급 요건을 가지며 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하고 그와 통신하도록 구성된 범용 제어기에 의해 제공될 수도 있다. 범용 제어기는 단일 위상 및 주파수를 갖는 입력 전압을 제공하는 전원, 상기 전원에 연결되며, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성되는 전력 공급 소자, 및 상기 전원에 연결되며, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성되는 프로토콜 변환기 소자를 포함할 수도 있다. 상기 전력 공급 소자는 각각 위상을 갖는 복수의 전력 공급 출력을 포함할 수도 있으며, 상기 전력 공급 출력은, 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 제공하는 제 1 전력 공급 출력 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 제공하는 제 2 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하고, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하며, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이하다. 상기 프로토콜 변환기 소자는, 복수의 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신 및 전송하는 복수의 통신 입출력부 및 상기 복수의 통신 입출력부에 통신 가능하게 연결되어, 상이한 호환성 통신 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신, 변환 및 출력하는 프로세서를 포함할 수도 있으며, 상기 프로세서는 상기 제 1 유형의 극저온 장치와의 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치와의 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하도록 구성된다. 상기 프로세서는 상기 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 극저온 통신 프로토콜이 상이하더라도, 제 2 전력 공급 요건이 제 1 전력 공급 요건과 동일하다. 마찬가지로, 일부 실시예에서, 제 2 전력 공급 요건이 제 1 전력 공급 요건과 상이하더라도 제 1 및 제 2 극저온 통신 프로토콜은 동일하다. 추가로, 일부 실시예에서, 제 2 위상 및 제 1 위상은 동일하지만, 제 2 출력 전압은 제 1 출력 전압과 상이하다. 일부 실시예에서, 제 2 출력 전압이 제 1 출력 전압과 동일하더라도 제 2 위상은 제 1 위상과 상이하다.

전술한 그리고 다른 장점이 또한, 상이한 전력 공급 요건을 가지며 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하고 그와 통신하는 방법에 의해 제공될 수도 있다. 방법은 입력 전압을 수신하며, 상기 신호 입력 전압은 단일 위상 및 주파수를 가지며, 방법은 또한, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하며, 이러한 구동 단계는 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 출력하는 단계 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하고, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이하다. 방법은 또한, 상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 통신을 수신하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치로부터 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 통신을 수신하며, 상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 수신된 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 수신된 변환된 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 상기 제 2 유형의 극저온 장치로 전송함으로써, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 한다.

추가로, 전술한 그리고 다른 장점이, 상이한 전력 공급 요건을 갖는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하도록 구성된 장치에 의해 제공될 수도 있다. 장치는 단일 위상 및 주파수를 갖는 신호 입력 전압을 제공하는 전원 및 상기 전원에 연결되며, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성된 전력 공급 소자를 포함한다. 상기 전력 공급 소자는 각각 위상을 갖는 복수의 전력 공급 출력을 포함할 수도 있으며, 상기 전력 공급 출력은, 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 제공하는 제 1 전력 공급 출력 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 제공하는 제 2 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하며, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이하다.

더욱이, 전술한 그리고 다른 장점이, 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치와 통신하도록 구성된 범용 제어기에 의해 제공될 수도 있다. 범용 제어기는 단일 위상 및 주파수를 갖는 신호 입력 전압을 제공하는 전원 및 상기 전원에 연결되며, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성되는 프로토콜 변환기 소자를 포함한다. 상기 프로토콜 변환기 소자는, 복수의 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신 및 송신하는 복수의 통신 입출력부 및 상기 복수의 통신 입출력부에 통신 가능하게 연결되며, 상이한 호환성 통신 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신, 변환 및 전송하는 프로세서를 포함할 수도 있다. 상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와의 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하며 및 상기 제 2 유형의 극저온 장치와의 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하도록 구성되며, 상기 프로세서는 상기 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예는 아래의 도면을 참조하여 이해될 수도 있다.
도 1a는, 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템 또는 네트워크를 구비하지 않는 경우의, 주요 구성 요소 사이의 설비 전력 및 연결을 보여주는, 프로세스 툴 상의 전형적인 단일 제조사(A) 공급형 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1b는, 상이한 제조사의 크라이오 펌프가 호환성 모터 위상 조정 및 전압을 갖는 경우(라이센싱(licensing), 프라이빗 라벨링(private labeling) 또는 카피(copy)를 통해)의, 그리고 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템 또는 네트워크를 구비하지 않는 경우의, 설비 전력 및 연결을 보여주는, 프로세스 툴 상에 다수의 제조사(A, B)의 크라이오 펌프가 설치된 경우의 전형적인 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1c는, 상이한 제조사의 크라이오 펌프가 호환성 모터 위상 조정 및 전압을 가지며 또한, 제 3의 제조사의 크라이오 펌프(C)에 상이한 위상 조정 및 전압이 통합되어 있으며, 제조사(A 또는 B)의 전력 공급 소자(PSE) 장착 크라이오 압축기가 제조사(A, B, C)의 크라이오 펌프를 구동할 수 있는 경우의, 그리고 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템 또는 네트워크를 구비하지 않는 경우의, 설비 전력 및 연결을 보여주는, 프로세스 툴 상에 다수의 제조사의 크라이오 펌프(A, B)가 설치된 경우의 전형적인 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1d는, 상이한 제조사의 크라이오 펌프(A, B)가 호환성 모터 위상 조정 및 전압을 가지며 또한, 제 3의 제조사의 크라이오 펌프(C)에 상이한 위상 조정 및 전압이 통합되어 있으며, 제조사(C)의 전력 공급 소자(PSE) 장착 크라이오 압축기가 제조사(A, B, C)의 크라이오 펌프를 구동할 수 있는 경우의, 그리고 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템을 구비하지 않는 경우의, 설비 전력 및 연결을 보여주는, 프로세스 툴 상에 다수의 제조사의 크라이오 펌프(A, B, C)가 설치된 경우의 전형적인 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1e는, 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템을 필요로 하는 경우의, 모든 주요 구성 요소 사이의 설비 전력 및 연결을 보여주는, 전형적인 단일 제조사 공급형 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1f는, 위상 조정 및 전압이 호환성인 경우의, 그리고 공급자(B)의 프로토콜이 공급자(A)의 프로토콜과 호환되지 않기 때문에 프로세스 툴이 프로토콜 변환기를 통해 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템을 필요로 하는 경우의, 다수의 제조사의 크라이오 펌프 및 크라이오 압축기를 사용하는 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1g는, 위상 조정 및 전압이 호환되지 않는 경우의, 그리고 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템을 필요로 하지만 공급자(A)의 장비와 공급자(B)의 장비 사이의 통신 프로토콜이 호환되지 않은 경우의, 다수의 제조사의 크라이오 펌프 및 크라이오 압축기를 사용하는 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1h는, 위상 조정 및 전압이 호환되지 않는 경우의, 그리고 프로세스 툴이 크라이오 펌프 I/O를 프로세스 툴 제어 시스템에 통합하는 제어 시스템을 필요로 하는 경우의, 다수의 공급자의 크라이오 펌프를 통합하기 위해 전력 공급 소자(PSE) 및 프로토콜 변환기 소자(PTE)를 사용하는 극저온 설비의 상당히 개요적인 개략도이다.
도 1i는 공급자(B)의 크라이오 펌프 제어부에 통합되어 공급자(A)의 네트워크 단말기 및 프로세스 툴 제어부와 통신할 수 있는 프로토콜 변환기의 개략도이다.
도 2a는 크라이오 펌프 작동에 필요한 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 및 크라이오 가스 압축 기능을 갖는 크라이오 가스 압축기의 개략적인 블록도이다.
도 2b는 2상 크라이오 펌프 모터 전력 생성을 위해 위상 변이(phase-shift) 네트워크를 제공하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE)를 사용하는 208/240 VAC, 3상 입력 전압 선택 및 크라이오 펌프 모터 공급을 보여주는 크라이오 가스 압축기의 개략적인 블록도이다.
도 2c는 2상 크라이오 펌프 모터 전력 생성을 위해 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 변압기 장치를 사용하는 208/240 VAC, 3상 입력 전압 선택 및 크라이오 펌프 모터 공급을 보여주는 크라이오 가스 압축기의 개략적인 블록도이다.
도 2d는 2상 크라이오 펌프 모터 전력 생성을 위해 위상 변이 컨버터 및 내부 DC 전압을 제공하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE)를 통한 교류 입력 교류 출력(AC-to-AC)을 사용하는 208/240 VAC, 3상 입력 전압 선택 및 크라이오 펌프 모터 공급을 보여주는 크라이오 가스 압축기의 개략적인 블록도이다.
도 3은 다수의 공급자의 크라이오 펌프에 압축 크라이오 가스와 전력을 동시에 제공하는 범용 제어기 전력 공급 소자를 구비한 호스트 크라이오 가스 압축기의 개략도이다. 각각의 공급자의 크라이오 펌프 전력 요건(전압, 전류 및 위상)은 고유의 값을 가지므로, 각각의 공급자마다 별도의 히터, 모터 및 전자 장치 전력 공급을 필요로 한다.
도 4a는 크라이오 펌프에 정확한 전압, 전류 및 위상을 독립적으로 제공할 수 있는 삼중 출력 스위칭/인버터 전력 공급을 제공하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE)를 사용하는 호스트 크라이오 가스 압축기의 개략도이다. 이러한 장치는 208 V 내지 480 V의 범위의 단상 및 3상 전력을 포함한 추가의 설비 전력을 수용한다.
도 4b는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 설계의 세 개의 개별 전력 공급부를 독립적인 AC 출력 전력 모듈로 대체하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 구성의 호스트 압축기 및 비용 절감 단계의 개략도이다.
도 4c는 각각의 공급자의 크라이오 펌프 당 하나씩 다수의 전력 모듈을 제공하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 구성을 갖춘 호스트 압축기의 개략도이다.
도 5는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 변압기 기반 설계의 실시예의 간략한 개략도이다.
도 6은 의사 변압기가 없는 삼중 AC 출력 전력 모듈을 갖는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE)의 실시예의 개략도이다.
도 7은 호스트 압축기의 제조사와 상이한 제조사에서 만든 크라이오 펌프를 구동하도록 구성되는 PSE 인클로저 상의 호스트 압축기 및 전기 및 I/O 연결용의 전력 및 I/O 연결을 보여주는 상부 통합형 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE) 인클로저와 호스트 컴퓨터의 실시예의 정면도이다.
도 8a는 수소 운반 용량 및 냉각 시간과 관련하여 프로세스에 적합하지 않은 공급자(A)의 크라이오 펌프 및 성능이 적당한 로드락(Load Lock) 크라이오 펌프를 보여주는 블록도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 공급자(A) 크라이오 펌프의 성능을 나타내는 표이다.
도 8c는 공급자(A)의 프로세스 크라이오 펌프의 더 뛰어난 공급자(B) 크라이오 펌프로의 교체, 공급자(B) 크라이오 펌프를 구동하는 공급자(B) 호스트 압축기 및 공급자(A)의 나머지 로드락 크라이오 펌프를 구동하는 범용 제어기 전력 공급 소자(PSE)를 보여주는 블록도이다.
도 8d는 도 8c에 도시된 공급자(B) 크라이오 펌프의 성능을 나타내는 표이다.
도 8e 및 도 8f는 공급자(B) 크라이오 압축기로의 범용 제어기의 실시예 추가 및 범용 제어기에 의해 가능한, 3개의 공급자(A) 압축기의 2개의 공급자(B) 압축기로의 교체를 나타내는 블록도이다.
도 9는 범용 제어기 프로토콜 변환기 소자(PTE)의 실시예의 작동을 나타내는 순서도이다.
도 10은 범용 제어기 프로토콜 변환기 소자(PTE)의 실시예의 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 나타내는 블록도이다.

실시예는 극저온 시스템에 통합되는 경우, 공동으로 또는 개별적으로 아래의 기능 중 하나 이상을 제공하는 두 개의 구성 요소, 즉, 프로토콜 변환기 소자 및 고도로 구성 가능한 전력 공급 소자로 구성된 범용 제어기에 관한 것이다.

● 전력 공급 소자(PSE)는 극저온 펌프, 팽창기, 냉각기, 압축기 및 다른 극저온 장치와 같은 하나 이상의 극저온 장치에 동시에 전력을 공급하며, 여기서, 각각의 장치는 동일하거나 상이한 전기 입력 요건을 가질 수도 있다.

● 전력 변환기 소자(PTE)는 크라이오 펌프와 시스템 네트워크 제어부 사이의 통신 프로토콜 변환, 또는 프로세스 툴 제어부로의 직접적인 통신 프로토콜 변환을 가능하게 하며, 크라이오 펌프와 네트워크 또는 툴 제어부는 상이한 통신 프로토콜을 기반으로 한다.(I/O)

● PSE와 PTE가 함께 네트워크 제어부 및/또는 프로세스 툴 제어부와 프로토콜 변환을 제공함으로써 프로세스 툴 극저온 시스템으로의 통합을 위해 상이한 전압, 위상 조정 및 통신 프로토콜을 필요로 하는 다수의 극저온 펌프에 전력을 공급하며 이들을 제어한다.

● 특히, 실시예는 크라이오 펌프, MRI 자석 및 다른 극저온 장치를 냉각시키기 위해 사용되는 하나 이상의 극저온 팽창기에 전력을 입력할 수 있는 헬륨 압축기용의 고도로 구성 가능한 전력 공급 소자; 및 각기 상이한 I/O 프로토콜을 사용할 수도 있어, 공통 네트워크 제어부를 통해 단일 운영 플랫폼에 통합되거나 프로세스 툴 제어부에 직접 통합될 수도 있는 크라이오 펌프 및 극저온 장치의 통신을 가능하게 하는 I/O 프로토콜 변환기에 관한 것이다.

범용 제어기의 전력 공급 소자(PSE)의 실시예는 바람직하게는, 헬륨에서 작동하는 호스트 크라이오 가스 압축기에 공급된 전기 및 통신 구성 요소로 구성되어, 호스트 크라이오 가스 압축기가 다수의 크라이오 펌프 제조사의 크라이오 펌프를, 제조사별 단일 그룹으로 또는 동일한 용례의 여러 제조사의 크라이오 펌프를 조합하여, 하나씩 또는 동시에 작동시킬 수 있도록 한다.

유리하게는, PSE는 극저온 냉동 시스템에서 다른 제조사의 크라이오 가스 압축기를 제거하는 것을 허용하며, 또한 PSE를 포함하는 바람직한 호스트 크라이오 가스 압축기의 설치를 허용한다. 여기서, 바람직한 대체 호스트 크라이오 가스 압축기가 야기할 수 있는 장점으로서, 다수의 크라이오 펌프가 상이한 전압, 위상 조정 및 I/O를 필요로 하는 상이한 제어 시스템을 갖춘 상이한 제조사의 크라이오 펌프일지라도 이들 크라이오 펌프가 상기 압축기에 의해 구동되도록, 압축기가 보다 효율적이고, 보다 용이하게 유지 관리되며, 보다 신뢰성 있으며, 또는 크기가 더 크다.

본 발명의 장점이 이하의 예에서 예시될 수도 있다. 규모가 큰 극저온 시스템 제조사는 주로 반도체 제조를 지원하며, 규모가 작은 극저온 시스템 제조사는 주로 연구소와 소규모 코팅 회사를 지원한다. 이들 두 종류의 제조사의 장비는 상이한 제어 및 I/O 요건으로 인해 서로 교환 가능하지 않다. 그러나, PSE에 의하면 이들 두 제조사의 제품이 교환 가능할 수 있게 되며, 주로 자기 공명 영상 촬영을 지원하는 제 3의 규모가 큰 제조사의 제품도 추가할 수 있다. 즉, 본 발명은 사용자가 상이한 크라이오 펌프를 작동시킬 수 있도록 하며, 이러한 각각의 크라이오 펌프는 상이한 전압, 위상 조정 및 I/O를 필요로 하는 상이한 제어 시스템을 구비한다.

범용 제어기 PSE는 다수의 상이한 크라이오 펌프 제조사용의 다수의 상이한 전기 설계 요건을 구동하는 데 필요한 전압, 위상 조정 및 전류를 수정하기 위해 필요한 전기 하드웨어를 제공한다. 본 발명은 동일한 제조사의 모든 크라이오 펌프를 동시에 구동할 수 있으며, 또는 동일한 용례의 상이한 제조사의 크라이오 펌프의 조합을 동시에 구동할 수 있다. PSE는 다른 능력으로서, 예를 들어, 수명이 다하거나 쓸모 없고 비효율적일 수도 있는 제조사의 크라이오 가스 압축기의 제거를 가능하게 하며, 또한, 모든 다른 제조사의 크라이오 펌프를 구동하기 위한 새로운 PSE 호스트 크라이오 가스 압축기에 본 발명이 설치될 수 있도록 하여, 사용자에게 대안의 크라이오 가스 압축기 공급원을 제공한다. PSE를 사용하는 이러한 새로운 호스트 압축기는 동일한 제조사 설계의 크라이오 펌프 또는 다수의 제조사 설계의 조합의 크라이오 펌프를 구동할 수 있다. 다른 압축기는 상이한 크라이오 펌프 모터 전압, 위상 및 I/O를 필요로 하는 다수의 제조사의 다수의 크라이오 펌프를 구동할 수 없다.

범용 제어기의 프로토콜 변환기(PTE)의 실시예는 아래에 설명된 바와 같은 전기 구성 요소, 소프트웨어, 하드웨어 및 추가의 구성 요소로 구성된다. PTE는 기존에 설치된 한 세트의 극저온 장비의 통신 프로토콜과 호환되지 않는 통신 프로토콜을 갖춘 크라이오 펌프가 직접 설치되어 이러한 기존에 설치된 한 세트의 극저온 장비의 프로토콜과 직접 통신 및 접속을 시작할 수 있도록 함으로써, 기존 공급자의 네트워크, 프로세스 툴 및 드롭-인 펌프(drop in pump) 사이의 시스템 네트워크 통합 및 프로세스 툴 통신을 가능하게 한다.

제 2 공급자와 관련이 없는 제 1 공급자의 기존의 크라이오 펌프 장비와 함께 제 2 공급자의 이러한 드롭-인 크라이오 펌프 및 제어부를 사용하면 프로세스 툴 사용자의 장비 가용성이 확대된다. 드롭-인 사용은 제 2 공급자의 장비가 제 1 공급자의 장비의 제어 시스템의 또는 제 1 공급자의 장비가 설치된 설비의 제어 시스템의 조정 및/또는 변경 없이 기능적으로 사용 가능하다는 것을 의미한다.

예를 들어, 이온 주입에 사용되는 주입기가 제 1 공급자의 크라이오 펌프로부터의 정보에 만족한 것처럼 제 2 공급자의 크라이오 펌프로부터의 동일한 정보에 만족하도록 프로토콜 변환기가 제 1 공급자의 네트워크 제어부와 접속된다(예를 들어, 도 1h 및 도 1i 참조).

추가로, 호스트 압축기 상의 PSE를 통해 다양한 공급자를 선택할 수 있게 됨으로써, 최종 사용자가 사용할 수 있는 극저온 장비가 용례에 가장 적합하게 짝이 맞춰질 수도 있다. 예를 들어, 긴 가동 시간 동안 극저온 냉각을 필요로 하는 설비는 현재 설치된 장비보다 유지 보수 간격이 더 긴 크라이오 펌프를 선택할 수 있다. 이것은, 예를 들어, CVD 증착용 설비에서 발생한다. 추가로, 프로토콜 변환기를 통해 다수의 공급자의 장치의 네트워크 상호 운용성을 허용하면, 설비를 공정 용례의 요구에 가장 적합한 극저온 장비로 경제적이고 효율적으로 업데이트할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "제어 시스템"은 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기와 연관된 하나 이상의 전기 공급 시스템, 통신 시스템, 및/또는 크라이오 가스 공급 시스템을 연관짓는 적어도 입출력(I/O) 제어, 피드백 및 공급 능력을 의미한다.

동사 형태의 "구동하는(to drive)"은, (a) 하나 이상의 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기의 제어 시스템에 의해 명령을 지시하며 및/또는 접속하는 하나 이상의 데이터 및/또는 전기 신호를 수신 및/또는 전송하는 것을 의미하며, (b) 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기와 연관된 하나 이상의 전기 공급 시스템, 통신 시스템, 및/또는 크라이오 가스 공급 시스템을 연관짓는 입출력(I/O) 제어, 피드백 및 공급 능력에 의해 명령을 지시하며 및/또는 접속하는 하나 이상의 데이터 및/또는 전기 신호를 수신 및/또는 전송하는 것을 의미한다.

"컴퓨팅 장치(computing device)" 또는 상호 교환적으로 "하드웨어(hardware)"는 본 개시에서 모든 용도로 광범위하게 해석되도록 의도되며, 모든 용도, 모든 장치 및/또는 모든 시스템 및/또는 본 개시의 시스템용의 적어도 중앙 처리 장치, 데이터 네트워크와 접속하기 위한 통신 장치, 일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 및/또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 및/또는 매체를 포함하는 장치로서 정의된다. 중앙 처리 장치는 본 명세서에 기술된 임의의 방법의 하나 이상의 단계를 전체적으로 또는 부분적으로 달성하기 위해 산술, 논리 및 입출력 동작을 수행함으로써 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 및/또는 매체에 저장된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램의 명령을 수행한다.

컴퓨팅 장치는 본 명세서의 하나 이상의 적합한 기능을 위해 직접적으로 및/또는 간접적으로, 능동적으로 및/또는 수동적으로 하나 이상의 사용자, 다른 컴퓨팅 장치에 의해 사용될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 컴퓨터, 랩탑, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰, 내장형, 장치의 구성 요소 및/또는 임의의 다른 적절한 장치로서 구현될 수도 있으며, 네트워크형 컴퓨팅 장치, 서버 등일 수도 있다. 유리하게는, 컴퓨팅 장치가 컴퓨터 마우스 및/또는 키보드와 같은 하나 이상의 인간 입력 장치 및 하나 이상의 모니터와 같은 하나 이상의 인간 인터페이스를 포함하는 것이 바람직하다. 컴퓨팅 장치는 가상 현실 경험을 한 명 이상의 사용자에게 제공하는 것과 연관된 임의의 입력, 출력 및/또는 계산 장치를 지칭할 수도 있다.

하나의 컴퓨팅 장치가 도시 및/또는 기술될 수도 있지만, 다수의 컴퓨팅 장치가 사용될 수도 있다. 반대로, 다수의 컴퓨팅 장치가 도시 및/또는 기술되는 경우, 단일 컴퓨팅 장치가 사용될 수도 있다.

"컴퓨터 프로그램(computer program)" 또는 상호 교환적으로 "소프트웨어(software)"는 본 개시의 하나 이상의 적합한 기능을 실행하기 위해 및/또는 하나 이상의 방법을 실행하기 위해 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 임의의 세트의 명령을 의미한다. 명시적으로 언급되지 않더라도, 본 개시에서, 컴퓨팅 장치는 본 개시의 하나 이상의 적절한 기능을 실행하기 위해 및/또는 하나 이상의 방법을 실행하기 위해 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 임의의 세트의 명령을 갖춘 소프트웨어를 포함한다.

동사 형태의 "명령을 지시하다(instruct)"는 하나 이상의 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기에서 하나 이상의 미리 결정된 동작을 야기하는 하나 이상의 데이터 표현, 전기 신호 및/또는 기계 신호를 의미한다.

동사 형태의 "접속하다(interface)"는 하나 이상의 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기의 하나 이상의 기능적 조건을 나타내는 하나 이상의 데이터 표현, 전기 신호 및/또는 기계적 신호를 의미한다.

"비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리(non-transitory computer-readable memory)" 또는 상호 교환적으로 "비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)"는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 콤팩트 디스크 드라이브, DVD 드라이브 및/또는 기타 등등일 수도 있다.

크라이오 가스 압축기용 범용 제어기 PSE는 다양한 전기 입력 요건을 갖는 극저온 팽창기를, 필수적인 것은 아니지만, 바람직하게는 동시에 구동한다. 예를 들어, 범용 제어기 PSE는 크라이오 펌프, MRI 자석 및 다른 극저온 장치를 냉각시키는 데 사용되는 하나 이상의 극저온 팽창기에 전력을 입력할 수 있는 헬륨 압축기에 사용된다. 범용 제어기 PSE 및 직접 또는 간접적으로 제어하는 장치 및/또는 그 드라이버는 호스트 크라이오 압축기와 함께 독립형일 수도 있으며(예를 들어, 도 1c 참조), 또는 PSE가 크라이오 펌프의 작동을 지원하며 범용 제어기 프로토콜 변환기가 장치를 제어하며 기존 통신 네트워크에 통합하는 방법을 수행하는 네트워크형 시스템의 일부로서 통합될 수도 있다(예를 들어, 도 1h 참조).

필요한 경우, OEM의 크라이오 압축기가 OEM이 생산한 크라이오 펌프, 또는 OEM의 전력 및 제어의 라이센싱, 프라이빗 라벨 또는 카피를 통해 OEM의 크라이오 펌프 전압 및 위상 조정 요건에 부합하는 임의의 다른 제조사의 크라이오 펌프를 구동하도록 사용될 수 있다(예를 들어, 도 1b 참조).

범용 제어기 PSE(호스트 크라이오 가스 압축기)가 장착된 OEM 크라이오 가스 압축기는 OEM의 호스트 압축기에 의해 제공되는 바와 같은 표준 전력 및 저전압 제어를 유지한다. 그러나, 범용 제어기 PSE는 OEM의 크라이오 펌프 전압 및 위상 조정과 호환되지 않는 임의의 다른 제조사의 크라이오 펌프로의 전력 및 저전압의 연결을 가능하게 하며, 바로 이것을 위해 범용 제어기 PSE가 구성되어 왔다. 여기서, 다른 제조사는 하나 이상의 추가의 제조사일 수 있다(예를 들어, 도 1c 및 도 1d 참조). 호스트 압축기의 크라이오 가스 공급 및 복귀 회로는 크라이오 가스 공급 및 크라이오 가스 복귀 상의 매니폴드를 통해 개별적으로 또는 조합하여 다른 제조사의 크라이오 펌프에 연결된다.

범용 제어기 PSE의 능력으로서, 호스트 압축기의 OEM 제조사가 정의한 바와 같은 단일 특정 전기 설계 요건을 구동하도록 설계된 한 세트의 전기 출력 외에 다양한 상이한 크라이오 펌프를 제어하기 위한 다수의 전기 전압 및 위상 조정 출력을 생성(범용 제어기 PSE를 통해)하는 호스트 크라이오 가스 압축기를 사용하여 사용자가 동일한 크라이오 펌프 공정에서 다수의 제조사의 크라이오 펌프를 조합하여 이들 크라이오 펌프를 개별적으로 또는 조합하여 동시에 구동할 수 있도록 할 수 있다.

호스트 크라이어 가스 압축기가 시동되면, 이에 의해 필요한 압축 크라이오 가스 스트림(stream)이 다양한 하나의 또는 다수의 크라이오 펌프(들)로 유동하게 되며, 범용 제어기 PSE는 크라이오 펌프의 모터에 전력을 공급하기 위한 다양한 전압 및 위상 조정을 제공하며 또한, 범용 제어기 PSE가 구성된 각각의 크라이오 펌프의 제어 회로에 저전압 전력을 제공한다.

범용 제어기 PSE는, 예를 들어, 단일 설비 전기 전압 및 위상 조정(예를 들어, 208VAC, 3P, 60Hz)을 수신하여, 상이한 제조사의 크라이오 펌프에 전력을 공급하는 데 필요한 다수의 상이하지만 특정한 출력 전압 및 위상 조정을 생성한다. 각각의 제조사는 해당 크라이오 펌프에 대해 정의된 전압 및 위상 조정 요건을 가지고 있으며, 또한 각각의 제조사는 당사의 크라이오 펌프를 구동하는 데 필요한 특정 전압 및 위상 조정을 제공하도록 설계된 전기 출력을 갖춘 크라이오 가스 압축기를 갖고 있다.

크라이오 펌프의 전기 요건이 상이한 경우, 크라이오 가스 압축기의 전압 및 위상 조정 출력이 상이하기 때문에 한 제조사의 크라이오 가스 압축기가 다른 제조사의 크라이오 펌프에 전력을 공급할 수 없다.

범용 제어기 PSE는 하나 이상의 크라이오 펌프를 작동시키는 데 사용된다. 이러한 크라이오 펌프는 전형적으로, 작동을 위해 '동기식 모터(synchronous motor)'를 사용한다. 이 모터는 원활한 작동을 위해 90°의 위상각을 갖는 2상 전력 공급부를 필요로 한다. 동기식 모터의 사용은 크라이오 펌프에만 국한되지 않는다. 다양한 산업 분야의 수많은 제품이 동기식 모터를 중심으로 설계되어 있다. 범용 제어기 PSE에 의해, 이러한 산업에서는 범용 제어기의 PSE 품질 전원을 사용하여 기계적 진동, 베어링 마모 및 음향 소음을 줄일 수 있다. 또한, 범용 제어기 PSE가 각기 상이한 전압 및 위상 조정 요건을 갖는 다수의 상이한 동기식 모터를 구동하도록 사용될 수 있다. 범용 제어기 PSE가 또한, 3상 팽창기 모터를 구비한 다른 장치에 3상 전력을 공급할 수 있다.

표적 크라이오 펌프 용례는 전압, 전류 및 위상 요건이 서로 다른 세 개의 전원을 필요로 한다. 이러한 표적 용례는 90°의 위상각으로 2상 전압을 정확하게 생성하기 때문에 기계적 진동이 적다. 다른 저비용 접근법에서는 진동이 더 많아 음향 소음을 야기하며 베어링 마모를 증가시키는 덜 비싼 저항기 커패시터 위상 변이 회로가 사용된다. 범용 제어기의 PSE를 구현하는 것이 탁월한 접근법이라 할 수 있다.

추가로, 네트워크형 시스템에 대한 확장 용례의 경우, 저전압 전원이 크라이오 펌프에 제공되어, 크라이오 펌프가 그 상태를 프로토콜 변환기를 통해 네트워크에 통신할 수 있으며 이에 따라 크라이오 펌프의 작동 상태가 프로세스 툴에 통신될 수 있다(예를 들어, 도 1h 참조)

구성 : 범용 제어기 PSE

범용 제어기 PSE를 구성하기 위해서는 회로를 수용하며 사용자를 고전압으로부터 보호하기 위한 인클로저가 필요하다. 인클로저에는 전면 패널 지시계, 사용자 접근 가능한 회로 차단기 또는 퓨즈, 외부 커넥터 및 외부/내부 경계를 가로지르는 케이블용의 와이어선의 장착을 위해 필요한 절개부 및 특징부를 구비한다. 배선, 종결(termination) 및 조립 절차는 국가의 전기 코드(NEC)를 따르며 안전 등급의 구성 요소를 사용한다. 인클로저의 크기는 현장 진단 및 수리를 위한 충분한 장치 냉각 및 유지 보수 접근을 위해 필요한 공기 분리를 달성하면서 구성 요소를 수용하기에 적합하다.

지시 및 통신

범용 제어기 PSE는 전면 패널 시스템 작동 지시 시스템을 사용하므로 사용자는 물리적 장치를 전면에서 볼 수 있어야 한다. 범용 제어기 PSE는 네트워크 연결 모니터링 방법용으로 구성되어, 국지적 시청 요건을 제거하여 사용자가 범용 제어기의 작동 상태를 원격으로 모니터링할 수 있도록 한다(예를 들어, 도 7 참조). 이러한 원격 네트워크 연결 모니터링 방법은 또한, 성능 이력 기록 기능을 갖추고 있다. 이것은 사고 발생후 법의학 분석 및 문제 완화를 가속화한다.

향후 배치에는, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 상이한 전력 요건을 사용하는 새로운 크라이오 펌프 및 팽창기 설계 및 여전히 상이한 전력 요건을 갖는 비극저온 용례가 포함된다. 상당한 개발 노력이나 비용을 필요로 하지 않고 보충용 전원이나 기존 전원의 수정이 범용 제어기 PSE에 추가될 수 있다. 이와 같이 추가의 전원을 용이하게 추가할 수 있는 능력을 통해 다중 공급자 장비를 배치할 수 있게 되어, 단일 전원 시나리오를 제거하면서 최종 사용자에게 보다 저렴한 경쟁력 있는 해결 방안이 제공된다. 본 발명에 추가될 수 있는 전원의 수량은 물리적으로 제한되지 않는다.

특정 분양의 용례에서는 현재 표적으로 지정된 크라이오 펌프 전원이 모두 필요한 것은 아니다. 범용 제어기의 PSE 전원이 결합되어 있지 않으므로, 나머지 전원의 작동에 영향을 주지 않고 임의의 출력 전원이 제거될 수 있다. 전원을 제거하면 제품 구성 비용이 낮아져 고객이 지불해야 하는 제품의 비용이 낮아진다.

사용 사례 : 범용 제어기 PSE 및 PTE

이하, 범용 제어기 PSE 및 PTE 및 상이한 플랫폼과의 접속 능력으로 인해 가능한 두 가지 용례가 있다. 각각의 경우에 범용 제어기는, 최종 사용자로 하여금, 모든 크라이오 펌프(들) 및/또는 크라이오 가스 압축기(들)에 대해서가 아니라 중요한 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 압축기(들)에 대해서만 상이한 기술의 플랫폼으로 완전히 전환하여야 하도록 함으로써 자본 지출을 최소화하면서 생산 문제를 해결하기 위해 현재 설치된 크라이오 펌프(들) 및/또는 크라이오 가스 압축기(들)보다 우수한 성능을 제공하는 상이한 공급자의 크라이오 펌프(들) 및/또는 크라이오 가스 압축기(들)를 공급받아 사용할 수 있도록 한다.

예 1 : 범용 제어기 PSE

특정 용례, 특히, 200 mm 반도체 툴의 이온 주입에서, 공급자 "A" 크라이오 펌프는 재생이 요구되기 전에 최대 17-20 리터의 극저온 수소를 운반할 수 있다. 수소의 양에 대한 이러한 제약은 수소의 제한된 흡수 면적이 원인으로, 크라이오 펌프가 내부 히터를 구비하며 이러한 히터는 심한 고장의 경우 재생 동안 점화원으로서 작용할 가능성이 있을 수 있음에 따라 공급자 "A"가 수소의 운반 능력을 제한하는 것을 선호하기 때문이다. 결과적으로, 점화 사고가 발생할 경우를 대비하여 크라이오 펌프에 대량의 수소를 제공하는 대신에 크라이오 펌프에 소량의 수소를 사용하여 재생하는 것이 더 안전하다. 주입 공정은 전형적으로, 길어야 3주이며, 공급자 "A" 크라이오 펌프의 재생은 전형적으로, 매 2주 간격으로 수행된다.

전술한 안전 목적으로 크라이오 펌프가 재생 과정에 돌입할 필요가 있긴 하지만, 공급자(A) 크라이오 펌프가 재생되어 적절한 극저온 작동에 복귀하게 되는 동안 이온 주입 공정 실행 주기가 완료되지 않고 공정이 중단된다. 추가적인 복잡한 요인으로서, 시스템 내의 낮은 헬륨 유량으로 인해 공급자(A) 크라이오 펌프의 냉각 시간이 과도해져 공정 개시가 더 지연되는 문제가 있다. 크라이오 펌프가 다시 작동되면, 중단된 이온 주입 공정이 계속된다. 그러나, 이러한 공정 중단은 공정을 위험에 노출시키며 또한 결함이 있는 제품이 제조될 가능성이 있다(몇 가지 후속 제조 단계가 완료될 때까지 이러한 결함을 측정할 수 없다). 따라서, 이온 주입 공정이 계속되는 경우 조기에 공급자(A) 크라이오 펌프를 재생하여야 할 필요가 있기 때문에 수천 개의 결함이 있는 제품 유닛을 처리할 위험이 있다(예를 들어, 도 8a 및 도 8b 참조).

물리적 크기가 동등한 공급자(B) 크라이오 펌프는 점화 사고 위험 없이 30-50 리터의 수소를 운반할 수 있다. 이것은 공급자(B) 크라이오 펌프가 공급자(A) 크라이오 펌프에 비해 충분한 수소 흡수 면적을 가지며 또한 크라이오 펌프 용기 외부에 외부 히터를 사용하여 내부에는 히터가 없기 때문이다. 공급자(B) 크라이오 펌프 내부에 발화원이 없기 때문에 또한 공급자(B) 크라이오 펌프가 실질적으로 더 많은 수소를 운반할 수 있게 되므로, 주입기 공정이 크라이오 펌프 재생을 지원하기 위해 중단될 필요가 없다. 그 결과, 크라이오 펌프는 전형적으로 3주가 걸리는 전체 주입 공정 주기를 지원할 수 있으며, 크라이오 펌프 재생 후 제품의 품질에 대한 상당한 불확실성이 제거된다. 또 다른 이점으로서, 공급자(B) 크라이오 펌프의 냉각 시간이 상당히 빠르기 때문에, 3주간의 툴 프로세스 시간 종료시에 재생되는 경우, 툴의 회복이 빨라지고 더 신속하게 생산에 돌입할 수 있다. 그러나, 공급자(B) 크라이오 펌프는 공급자(A) 크라이오 펌프와 상당히 상이한 제어 플랫폼, 위상 조정 및 전압을 필요로 하며, 공급자(A) 크라이오 가스 압축기에 의해 구동될 수 없다.

전술한 용례는 주입기 프로세스 챔버 상에 공급자(B) 크라이오 펌프를 설치할 것을 필요로 하지만, 공급자(A) 크라이오 펌프가 설치된 주입기 상에는 로드락 챔버도 있다. 공급자(A) 크라이오 압축기가 프로세스 챔버 크라이오 펌프 및 로드락 크라이오 펌프를 모두 구동한다. 공급자(A) 로드락 크라이오 펌프는, 만족스럽게 작동하고 있으며 공기만 취급하여 위험한 가스의 발화 위험이 없기 때문에, 교체할 필요가 없다. 전술한 문제를 해결하기 위해, 공급자(B) 크라이오 압축기가 범용 제어기 PSE를 호스팅하도록 선택되며 이에 의해 프로세스 챔버 상의 공급자(B) 크라이오 펌프를 구동하며 로드락 상의 공급자(A) 크라이오 펌프를 구동한다(예를 들어, 도 8c 및 도 8d 참조).

그러나 또한, 공급자(B) 크라이오 펌프는 공급자(A)와 상이한 통신 프로토콜을 사용하기 때문에, 공급자(A) 네트워크를 통해 통신할 수 없다. 결과적으로, 공급자(B)의 크라이오 펌프가 공급자(A)의 네트워크를 통해 이온 주입 제어부와 통신할 수 있도록 하기 위해 범용 제어기 프로토콜 변환기(PTE)가 또한 설치된다(예를 들어, 도 8c 및 도 8d 참조).

범용 제어기의 두 개의 소자(PSE 및 PTE)를 모두 설치하면 최종 사용자가 비효율적인 공급자(A) 프로세스 챔버 크라이오 펌프를 제거하고 우수한 공급자(B) 크라이오 펌프를 프로세스 챔버에 설치할 수 있으며, 제품의 위험성을 제거할 수 있고, 최종 사용자가 공급자(A) 로드락 크라이오 펌프도 교체할 필요가 없기 때문에 자본 지출을 최소화할 수 있다. 범용 제어기 PSE가 장착된 공급자(B) 호스트 크라이오 압축기가 주입기 프로세서 챔버 상의 공급자(B) 크라이오 펌프 및 로드락 챔버 상의 공급자(A) 크라이오 펌프를 모두 구동한다. 추가로, 범용 제어기 프로토콜 변환기는 공급자(B)의 크라이오 펌프 상태가 공급자(A)의 네트워를 통해 이온 주입기 제어부에 통신될 수 있도록 한다.

대안으로서, 범용 제어기 PSE가 공급자(A) 압축기에 설치될 수 있어, 공급자(A) 압축기는 공급자(A) 로드락 크라이오 펌프를 계속 구동하면서 공급자(B) 프로세스 챔버 크라이오 펌프를 구동할 수 있게 된다. 그러나, 공급자(A) 크라이오 압축기가 공급자(B) 크라이오 압축기보다 약간 적은 헬륨을 공급하기 때문에, 공급자(B) 프로세스 챔버 크라이오 펌프의 개선된 냉각 시간이 저하된다. 또한, 공급자(A) 네트워크를 통한 통신을 가능하게 하려면 범용 제어기 PTE가 또한 공급자(B) 프로세스 펌프에 통합되어야 한다.

예 2 : 범용 제어기 PSE 및 PTE

제조사는 각각의 프로세스 챔버 상에 공급자(A) 크라이오 펌프를 구비한 다중 챔버형(5개의 챔버) 프로세스 툴을 갖추고 있다. 공급자(A) 크라이오 압축기는 헬륨 압축 용량이 부족하기 때문에 각각의 크라이오 펌프를 두 개만 구동할 수 있다. 결과적으로, 이러한 시스템은 프로세스 툴의 5개의 크라이오 펌프를 지원하기 위해 3개의 압축기를 필요로 한다. 추가로, 공급자(A) 크라이오 압축기가 노화되어 교체할 필요가 있다. 공급자(B) 크라이오 압축기가 보다 효율적이며 추가의 헬륨 냉각 용량을 제공할 수 있으므로, 3개의 공급자(A) 크라이오 펌프를 구동할 수 있다. 그러나, 공급자(B) 크라이오 압축기는 공급자(A) 크라이오 펌프를 구동하는 데 필요한 제어 플랫폼, 위상 조정 및 전압을 구비하고 있지 않다. 공급자(B) 크라이오 압축기에 범용 제어기 PSE를 추가하면, 압축기가 3개의 공급자(A) 크라이오 펌프를 각각 구동할 수 있게 되며, 이에 의해, 5개의 크라이오 펌프를 완전히 지원하기 위해 3개의 공급자(A) 압축기 대신 단지 2개의 공급자(B) 크라이오 압축기만 구매하면 된다. 추가로, 최종 사용자는 공급자(A) 펌프가 유지 보수가 필요하게 되거나 폐기됨에 따라 확신이 생기면 우수한 성능을 위해 공급자(B) 크라이오 펌프를 다중 챔버형 프로세스 툴에 통합할 수 있다(예를 들어, 도 8e 및 도 8f 참조).

마지막으로, 프로세스 툴에 크라이오 펌프 작동 상태를 업데이트할 필요가 있는 경우, PTE를 추가하면 공급자(B)의 펌프가 공급자(A)의 네트워크 제어부를 통해 통신할 수 있다.

특정 구현

범용 제어기 전력 공급 소자 : 변압기 기반

도 2c는 전압 및 위상 변이 전환을 위한 다수의 변압기 기반 전력 공급부를 구비한 범용 제어기의 블록도를 보여준다. 도 5에는 이러한 특정 구현의 간략한 개략도, 특히, 변압기 기반 설계의 간략한 개략도가 도시되어 있다.

주요 전력 공급 소자(PSE) 구성 요소가 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 개략도이다. 입력 2상 전력 및 설비 접지 연결이 4개의 터미널 블록(1)에서 종결된다. 설비 접지는 이후 PSE 섀시(chassis)에 연결된다. 3상 전력 라인은 각각의 터미널 블록(1)을 통과하여 제 1 보호 구성 요소인 회로 차단기(2)로 계속된다. 회로 차단기(2)는 조작자 전면 패널에 접근 가능할 수도 있다. 이제 차단기 보호 전력 라인이 3개의 확장 터미널 블록(3)에 연결되어 프로토콜 변환기 소자(PTE)의 4개의 양태의 전력(크라이오 펌프 히터 전력, 위상 검출/전압 레벨 계전기, 저전압 전력, 크라이오 펌프 모터 전력)을 공급한다.

두 개의 단상 와이어가 두 개의 추가의 회로 차단기(4)를 통과하여, 결국 세 개(3)의 다중 핀 후면 장착 커넥터(15)에서 종결된다. 이러한 서브 회로가 크라이오 펌프 재생 히터 코일에 전력을 공급한다.

모두 세 개의 위상이 터미널 블록(3)에서 다기능 계전기(8)까지 계속된다. 위상 방위 정확성과 전압 레벨 한계치와 관련된 기능이 제공된다. 이러한 기능에 의해, 각기 노출 접점을 갖는 두 개의 계전기, 즉, 내부 계전기(8A) 및 내부 계전기(8B)가 구동된다. 동기식 크라이오 펌프 모터의 빠른 회전에는 위상 방위 정확성이 요구된다. 크라이오 펌프 모터를 역방향으로 작동시키면, 손상, 수리 필요성 및 시스템 중단 시간이 발생한다. 하부 계전기(8B)에 전력을 공급하기 위해서는 두 가지 조건을 만족하여야 하는데, 즉, 정확한 위상 방위가 존재하여야 하며, 세 개의 입력 전압이 모두 조정 가능한 최소 한계치 레벨을 초과하여야 한다. 하부 계전기(8B) 접점에 의해 두 개의 회로 중 하나가 완성된다. 조건이 충족되지 않으면, 전면 패널 지시계(11A)가 점등되어 작업자에게 "위상 오류(phase error)"를 지시하여 준다. 조건이 충족되면, 계전기(8B)에 전력이 공급되어 계전기의 상시 개방 접점이 닫히며, 다른 계전기(10B)에 전력이 공급된다. 이러한 계전기의 작동은 아래에 설명된다. 다기능 계전기(8)는 또한, 조정 가능한 과전압 한계치 기능을 구현한다. 입력 전압 레벨이 과전압 한계치보다 낮으면, 다른 내부 계전기(8A)가 전력을 공급한다. 입력 전압 레벨이 과전압 한계치를 초과하면, 다른 내부 계전기(8A)가 내부 계전기(8A)로의 전력을 차단한다. 과전압 상태에 있는 경우, 이러한 내부 계전기(8A)의 상시 닫힘 접점은 3개의 추가 회로 계전기, 즉, 회로 계전기(9), 회로 계전기(10A) 및 회로 계전기(10B)에 전력을 연결한다. 이러한 기능은 아래에 설명된다.

회로는 중앙 탭이 있는 24-28 VAC 단상 범위의 저전압 전력을 크라이오 펌프에 제공하는 변압기(6)를 포함한다. 이러한 변압기는 단일 일차 코일과 2개의 세트의 출력 탭을 구비하여, 2개의 출력 전압 레벨을 제공한다. 이러한 변압기의 권선비는 2개의 특정 입력 전압 범위용으로 선택된다. 예를 들어, 미국의 일반적인 3상 산업용 전력 전압은 208 VAC 및 240 VAC이다. 208 VAC에서 작동하는 경우, 1쌍의 이차 권선이 26 VAC 이하를 제공한다. 반면에, 240 VAC에서 작동하는 경우, 다른 1쌍의 이차 권선이 26 VAC 이하를 제공한다. 저전압 선택 계전기(9)는 이들 2쌍 중 어느 1쌍이 계전기를 통해 연결되어 계속해서 회로를 통해 연결될지를 선택한다. 이러한 저전압 선택 계전기(9)에는 다른 회로 계전기(8)의 접점을 통해 전력이 공급되거나 공급되지 않으며, 이러한 접점의 동작에 대해서는 위에 설명되어 있다.

크라이오 펌프는 일반적으로, 2상 또는 3상 AC 옵션의 2개의 모터 유형으로 제공된다. 2상 모터는 90°의 진상/지상(lead/lag)을 필요로 하는 반면, 3상 모터는 위상 사이에 120°의 위상각을 필요로 한다. 위상각 선택 스위치(5)가 2개의 변압기(7)의 일차 권선 연결을 입력 전력으로 변경한다. 일 위치에서, 이러한 3PDT 스위치(5)는 2상 90° 위상각 출력 전력을 생성하는 Scott-T 구성의 이들 2개의 변압기(7)를 연결한다. 다른 스위치(5) 위치에서, 이들 2개의 변압기(7)의 일차 권선이 3상 출력 120 위상각용으로 연결된다. 위상 선택 스위치(5)와 이들 2개의 변압기(7)의 조합을 통해 2상 또는 3상 출력을 제공할 수 있지만, 동시에 둘 다를 제공할 수는 없다. 이러한 변압기(7)는 또한, 저전압 변압기(6)와 유사하게, 2쌍의 출력 권선을 구비한다. 고전압 선택 계전기(10A)는 이들 2쌍의 출력 권선 사이를 선택한다. 다기능 계전기(8) 중 내부 과전압 계전기(8A)의 접점이 고전압 선택 계전기(10A)에 전력을 공급하여 이차 권선을 선택한다. 다시 208 VAC 및 240 VAC의 일반적인 미국 산업용 전압을 사용하여, 다기능 계전기(8)와, 고전압 선택 계전기(10A)와, 2개의 변압기(7) 및 위상 선택 스위치(5)의 조합이 크라이오 펌프 모터에 2상 또는 3상 구성의 160 VAC 이하를 제공한다. 전압 선택은 자동으로 이루어지지만, 수동 위상 선택은 크라이오 펌프 전력 요건을 기반으로 한다.

적절한 전압 레벨 및 위상 조정에 의해, 크라이오 펌프 모터 전력은 고전압 선택 계전기(10A)를 저전압 한계치 계전기(10B) 위의 입력 전압으로 남겨둔다. 전술한 다기능 계전기(8)는, 입력 설비 전력이 정확한 위상 방위를 갖추고 있으며 저전압 한계치를 초과하는 경우에만, 이러한 계전기(10B)에 전력을 공급한다. 전력이 공급되면, 이러한 크라이오 펌프 전력이 압축기 허용 계전기(10C)에 계속 공급된다.

크라이오 펌프 작동에는 압축된 크라이오 가스 냉매가 필요하다. 일부 크라이오 가스 압축기는 설비 또는 프로세스 툴에 기능적 작동 신호를 보내기 위해 계전기 접점 클로저(contact closure)(17)를 제공한다. 접점이 닫히면(압축기가 올바르게 기능하면), 이들 접점이 압축기 허용 계전기(10C)에 전력을 공급하여, 회로를 통해 적절한 크라이오 펌프 모터 전압이 계속 공급되도록 한다. 크라이오 가스 압축기가 작동하지 않거나 오류가 발생하면, 압축기 허용 계전기(10C)에 전력이 공급되지 않아 크라이오 펌프 모터의 전력 공급이 차단된다.

입력 전압이 최소 한계치를 초과하며, 입력 위상각이 정확하고, 크라이오 가스 압축기가 기능적으로 작동하는 바와 같은 조건이 충족되면, 적절한 크라이오 펌프 모터 전압이 세 개의 터미널 블록(12)에 도달한다. 이 펌프 전력은 이후, 두 개의 회로 차단기(14)를 통과한 후, 후면 패널 크라이오 펌프 전력 커넥터(15) 상으로 공급된다. 간단한 크라이오 펌프는 모터 전력만을 필요로 하여, 3개의 하부 커넥터(15)에 연결된다. 소위 "스마트 크라이오 펌프(smart cryopump)"는 모터 전력, 저전압 전력 및 재생 히터 전력을 필요로 한다. 이러한 스마트 크라이오 펌프는 상부 세트의 후면 패널 커넥터(15)에 연결된다.

PSE는 하나의 기능, 즉, 전면 패널 복귀 크라이오 가스 압력 지시계를 추가로 포함한다. 여기에 사용되는 지시계는 복귀 압력의 피크와 밸리를 연속적으로 표시할 수 있는 아날로그 패널 계량기이다. 작업자는 이러한 복귀 압력을 용이하게 확인하여 크라이오 펌프 작동을 확인할 수 있다. 아날로그 계량기, 계량기 드라이버 회로 및 복귀 압력 센서(16)가 도 5에 도시되어 있다.

크라이오 가스 압축기(18)는 전형적으로, 2개의 회로 구성 요소, 즉, 압축기 허용 계전기 접점 클로저(17) 및 복귀 압력 센서(16)를 수용한다. 공급자의 크라이오 가스 압축기 설계가 이들 구성 요소를 포함하지 않거나 이들 구성 요소에 대한 접근을 제공하지 않는 경우, 이러한 기능을 제공하기 위한 다른 접근법이 존재한다. 도시된 변압기 PSE의 실시예는 표준 200 VAC, 208 VAC, 220 VAC, 230 VAC, 240 VAC, 346 VAC, 347 VAC, 380 VAC, 400 VAC, 415 VAC 및 480 VAC를 포함한 대부분의 표준의 전세계 산업용 전압으로 동작할 수도 있다.

범용 제어기 전력 공급 소자 : AC-AC 컨버터 기반

이전 섹션의 변압기 기반 PSE는 기능적이긴 하지만 몇 가지 제약이 있다. 즉, 변압기가 물리적으로 크고 무거우며 고가이고, 출력 전압 레벨이 라인 전압 변동에 취약하며, 더 넓은 전압 범위 입력을 수용하기 위해 필요한 경우 자동 설계를 유지하는 보다 복잡한 자동 탭 선택 회로를 갖춘 일차 또는 이차 탭을 추가하여야 하며, 2상 및 3상 펌프에 동시에 전력을 공급할 수 없으며, 단상 유입 전력으로 기능을 수행할 수 없다.

이러한 전압 및 위상 변환 변압기를 AC-AC 컨버터로 교체하면 전술한 바와 같은 제약을 극복할 수 있다. 도 6은 이러한 컨버터(21)용의 개략적인 의사 회로도를 보여준다. 이러한 설계는 단상 및 3상 전력 모두의 더 넓은 범위의 입력 전압(200 VAC 내지 480 VAC) 및 주파수(50 Hz 또는 60 Hz)를 수용한다. 도시된 PSE 실시예에서는 부피가 크고 값 비싼 변압기가 최신의 고주파 스위칭 회로로 대체된다. 출력 전압 레벨은 입력 전압 레벨과 무관하다.

도 6에는 의사 변압기가 없는 삼중 AC 출력 전력 모듈이 도시되어 있다. 입력 단상 또는 3상 설비 전력(22)은 전력 모듈 입력단(23)에서 종료된다. 입력단은 각각 필터 네트워크(27)를 갖는 2개의 3상 전파(full wave) 정류기를 포함한다. 이러한 정류기와 필터 네트워크는 제 1 중간 양극(플러스 및 마이너스) DC 전압을 생성한다(특정 전압 레벨은 중요하지 않음). DC/DC 벅-부스트(buck-boost) 단(24)이 제 1 중간 DC 전압을 이차 DC 전압 레벨(25)로 변환한다. 이러한 이차 중간 DC 전압은 3개의 AC 인버터 출력단, 즉, AC 인버터 출력단(26), AC 인버터 출력단(37) 및 AC 인버터 출력단(39)에 전력을 공급한다.

개별 출력단은 이차 중간 DC 전압(25)을 각각의 출력(출력(31), 출력(38) 및 출력(40))의 요건에 따른 고유한 한 세트의 전압, 주파수 및 위상 조정으로 반전시킨다. 예를 들어, 크라이오 펌프 히터에는 단상 208V가 필요한 반면, 그 모터에는 90° 위상 변이에 중앙 탭이 있는 2상 160V가 필요하다. 출력단(26)이 보다 상세히 도시된다. 출력단(17) 및 출력단(19)은 출력단(26)의 복제이다.

출력단은 양극의 이차 DC 전압을 수용하며, 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)로 도시된 3개의 하프-브리지 트랜지스터 어레이, 즉, 어레이(32), 어레이(33) 및 어레이(34)를 포함한다. 이러한 논의에서는 실제로 사용된 유형이 BJT인지, NMOS인지 또는 IGBT인지는 중요하지 않다. 3개의 하프-브리지 어레이는 출력 제어부(35)에 의해 구동된다. 이러한 전용 마이크로프로세서는 동기화된 한 세트의 고주파 스위칭 신호를 생성한다. 하프-브리지 어레이, 즉, 어레이(32), 어레이(33) 및 어레이(34)에 의한 스위칭 신호는 펄스 폭 변조(PWM)라 불리우는 기술을 사용하여 AC 출력을 생성한다. PWM을 사용하여, 하프-브릿지에 결합된 출력 제어부는 제 2 중간 DC 전압 레벨(25)까지의 임의의 전압 레벨에서, 임의의 파형과 임의의 위상 조정을 갖는, 세 개의 출력 AC 파형을 생성할 수 있다. 크라이오 펌프 작동을 위해서는, 출력단이 특정 위상 변이를 갖는 특정 주파수에서 AC 사인파를 생성하여야 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 출력 제어부는 두 가지 형태의 피드백, 즉, 전압-레벨 피드백(29) 및 전류-레벨 피드백(30)을 수용한다. 출력 제어부 폐회로는 하프-브리지 제어를 최적화하며 이에 따라 효율을 최적화하기 위해 이러한 피드백을 필요로 한다. 이러한 피드백은 또한, 광범위한 부하 특성을 허용한다. 이러한 특성의 예를 들자면, 모터 베어링 성능 저하로 인한 전류 소비 증가, 전압 레벨 또는 위상 변이 변화를 통한 자연 공진 회피, 결함 조건 검출 및 역 EMF 분석을 통한 크라이오 펌프 작동 이상이 있다. 작동 조건, 최적화 파라미터, 결함 검출 및 이상 분석 데이터는 전력 모듈 제어부(36)로 전달되며, 제어부는 세 개의 출력단으로부터의 이러한 정보를 종합하여 도 4b에 도시된 범용 크라이어 가스 압축기 제어기에 보고한다.

범용 제어기 PSE DC-대-AC 출력단, 즉, 출력단(26), 출력단(37) 및 출력단(39)은 접지 기능이 있는 추가의 특징부를 포함한다. 각각의 AC 출력은 서로 위상 관련성이 있으며 전압 레벨 출력을 갖는 3개의 접지 기준 전압, 즉, 전압(31), 전압(38) 및 전압(40)을 포함한다. 이것은 개별 AC 전압이 접지와 관련하여 양의 전압 및 음의 전압 측방 운동(excursion)을 모두 가지고 있음을 의미한다. 이러한 특징을 통해, 중앙 탭이 있는 단상 AC를 공통으로 필요로 하는 단상 모터, 3상 모터, 3선 2상 모터 등의 융통성 있는 작동이 허용된다.

위에서 언급한 바와 같이, 하프-브리지 스위칭 네트워크 및 출력 제어부가 있는 출력단(37) 및 출력단(39)은 부하 요건에 맞게 전압 및 위상 조정이 서로 다른 고유한 한 세트의 출력 AC 파형을 생성한다. 전력 모듈 제어부(36)는 이러한 파형을 수집 및 종합하여, 범용 제어기에 실행 시간 통계, 분석 및 파라미터를 포함하는 결과를 보고한다.

AC-AC PSE는 더 복잡하지만 위에서 설명한 변압기 기반 설계보다 향상된 기능을 제공한다. 또한, 더 작고 가벼워, 동일한 물리적 체적 내에서의 출력 모듈 개수 증가와 같은 더 많은 상호 운용성 옵션을 허용한다. 이러한 융통성과 분석 능력으로 인해, 범용 제어기의 PSE 및 PTE 사용 범위가 크라이오 가스 압축 산업을 뛰어넘어 확장된다. 범용 제어기 PSE 및 PTE는 단상, 2상 또는 3상 전력을 필요로 하는 임의의 산업에 배치될 수 있다. AC-AC PSE의 실시예는 표준 100 VAC, 110 VAC, 120 VAC, 127 VAC, 200 VAC, 208 VAC, 220 VAC, 230 VAC, 240 VAC, 346 VAC, 347 VAC, 380 VAC, 400 VAC, 415 VAC 및 480 VAC을 포함하여 모든 또는 실질적으로 모든 표준의 전세계 전압으로 동작할 수도 있다.

도 5 및 도 6과 관련하여 전술한 실시예를 포함하는 PSE의 실시예는 다양한 제조사의 소정 범위의 다양한 극저온 장치를 지원하는 전력 출력을 제공할 수도 있다. 제조사의 극저온 펌프를 포함한 극저온 장치는 전력 요건이 다양하게 변할 수도 있다. 아래의 표에는 다양한 제조사의 크라이오 펌프의 샘플 전력 요건이 나열되어 있다. 이들 전력 요건은, PSE가 지원하는 극저온 장치 또는 전력 요건의 확정적인 목록이 아니라, 단순히 PSE의 실시예가 지원할 수도 있는 다양한 전력 요건의 일 예로서 본 명세서에 나열된 것이다.

전압(AC)	주파수(Hz)	위상	제조사
150	50/60	2/3	Austin Sicentific/Brooks/CTI/Helix Technology/Oxford/Trillium/UIvac/
155	50/60	2/3	Austin Sicentific/Brooks/CTI/Helix Technology/Oxford/Trillium/UIvac/
160	50/60	2/3	Austin Sicentific/Brooks/CTI/Helix Technology/Oxford/Trillium/UIvac/
200	50/60	2/3	Balzers/CVI/Ebara/Genesis/HSR/PHPK/Sumitomo/Varian
208	50/60	2/3	Balzers/CVI/Ebara/Genesis/HSR/PHPK/Sumitomo/Varian
220	50/60	2/3	Balzers/CVI/Ebara/Genesis/HSR/PHPK/Sumitomo/Varian
240	50/60	2/3	Balzers/CVI/Ebara/Genesis/HSR/PHPK/Sumitomo/Varian
240	50/60	1	Leybold
240	50/60	1	Sumitomo

범용 제어기 프로토콜 변환기 :

프로토콜 변환기는 도 1i에 도시된 바와 같이 제어부 내부에 소프트웨어로서 구현될 수도 있다. 여기서, 제 2 공급자의 장비를 실행하는 프로토콜은 "표적 프로토콜(target protocol)"로 지칭되며 제 2 공급자의 장비는 "표적 장비(target equipment)"로 지칭되고, 제 1 공급자의 장비를 실행하는 프로토콜은 "발원 프로토콜(origination protocol)"이며 제 1 공급자의 장비는 "발원 장비(origination equipment)”이다.

예를 들어, 표적 프로토콜은 비트 버스(Bitbus)로도 알려진 IEEE-1118 또는 필드 버스(field bus)로도 알려진 IEC 61158일 수도 있다. 두 형식 모두 20년 전에 개발되었으며 반복 개발을 거쳐 왔다. 소정의 구형 크라이오 펌프 및/또는 크라이오 가스 압축기는 IC 칩에서 플래시되는 구형 버전을 사용한다. 비트 버스 집적 회로 칩을 더 이상 쉽게 구할 수 없기 때문에, 당업자는 비트 버스를 재편집하기 위해서는 컴파일러 및 적절한(보통 빈티지) 컴퓨터를 찾아야만 한다. 더욱이, 표적 프로토콜과 발원 프로토콜의 통신 속도가 상이할 수도 있다.

그러나, 프로토콜 변환기는 비트 버스와 같은 표적 프로토콜을 모방하는, 비트-뱅잉 시리얼 드라이버(bit-banging, serial driver)라 불리우는 드라이버를 사용한다. 프로토콜 변환기는 비트 버스 패킷과 같은 표적 프로토콜 패킷을 수신 및 송신하며, 통신 속도 차이를 변환한다. 통신 속도 차이는 반복되는 널-헤더(null-header) 및/또는 프레임을 프로토콜 변환기로부터 표적 장비 및/또는 발원 장비로 송신함으로써 해결될 수도 있다. 여기서, 비트 버스 스트림의 소프트웨어 디코딩은 고성능 CPU 작업이다. 소프트웨어 전용 비트 버스는 375 kps에서 실행되므로, 인터럽트 성능이 개선된 72 Mhz에서 실행되는 ARM Cortex 프로세서 또는 168 MHz에서 실행되는 ARM 프로세서와 같은 인터럽트를 적시에 처리하기 위한 빠른 프로세서가 필요하다.

프로토콜 변환기가 하드웨어로 구현될 수도 있다. 구체적으로, 프로토콜 변환기는 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 언제든지 구성 가능한 다른 집적 회로일 수도 있다. FPGA는 하드웨어 방식의 동기식 데이터 링크 제어(SDLC) 컴퓨터 통신 프로토콜(예를 들어, SDLC 기능을 갖춘 D85C30-범용 동기식 수신기-송신기(UART)) 또는 Zilog Z85C30과 같은 기존 SDLC 하드웨어 송수신기를 구현한다. 이러한 해결 방안의 하드웨어는 20년도 더 전부터 표적 장비에 사용된 특정 인텔 칩셋보다 쉽게 구할 수 있다.

SDLC 프로토콜 신호 처리 작업용의 FGPA/송수신기 하드웨어 해결 방안을 사용하여 표적 프로토콜 명령이 비트 버스를 통해 송신된다. FPGA가 여기에 언급된 비트 버스와 같은 단일 프로토콜로 제한되는 것은 아니다. FPGA의 프로그래밍 가능한 특성으로 인해 특정 용례 또는 다수의 용례에서 동시에 다른 프로토콜을 구현할 수 있다. 다른 물리적 계층, RS-232, RS-422/485, 이더넷, WiFi, 블루투스(블루투스 클래식, 블루투스 스마트), USB 등 상의 CAN, DeviceNET, HART, MODBUS(Modbus ASCII, Modbus RTU, Modbus, TCP), Profibus, ControlNet, UDP, TCP, HTTP, SNMP, JSON, WebSockets, MQTT, COAP, SPP, GAP, GATT 등과 같은 프로토콜이 범용 제어기 PTE 내부에 배치될 수 있다.

간소화된 프로토콜 변환 순서도가 도 9에 도시되어 있다. 프로세스가 시작되어(101) 초기화 단계(102)로 진행한다. 초기화 단계(102) 동안, 내부 프로세스 변수가 초기화되며, 하드웨어 레지스터가 구성되어 활성화된다. 그 후, 프로세스는 대기 단계(103)로 진행하여 호스트 프로토콜의 입력 호스트 데이터 패킷의 도착을 대기한다. 패킷이 수신되지 않으면, 이 대기 단계가 계속된다. 패킷이 도착하면, 패킷이 다음 변환 단계(104)로 보낸다. 변환 단계(104)는 관련 데이터를 추출한 다음, 설정 규칙을 사용하여 이러한 호스트 데이터를 표적 프로토콜의 표적 요청으로 변환한다. 규칙은 명령, 형식, 단위 등으로 구성된다. 변환 단계(104)는 인간 언어 번역과 유사하다. 예를 들어, 영어 문구를 프랑스어로 번역하면 형식이 변경됨과 함께 상이한 명사, 동사, 단위 변환 및/또는 날짜 변환이 포함될 수도 있다. 산업용 프로토콜 변환은 자연 언어 변환과 유사하다. 변환 단계(104)에서 변환된 표적 패킷이 생성되며, 변환된 패킷은 다음 단계(105)에서 표적에게 전송된다. 그 후, 프로세스는 표적 응답 대기 단계(106)로 진행한다. 표적 응답 대기 단계(106)는 응답 타임 아웃 검사 단계(107)를 포함한다. 프로토콜 변환 오류가 발생하거나, 표적이 사용 중이거나, 표적을 사용할 수 없거나, 시스템 구성 문제가 발생하는 등의 여러 가지 이유로 표적이 응답하지 않을 수도 있다. 타임 아웃 검사 단계(107)가 만료되면, 프로세스는 계속하여 타임 아웃 메시지를 호스트에게 전송하는 단계(109)로 진행한다. 그러나, 이러한 타임 아웃 검사 단계(107)가 만료되기 전에 표적이 응답하면, 표적 응답 패킷이 표적-대-호스트 변환 단계(108)로 전달된다. 표적-대-호스트 변환 단계(108)에서는 전술한 규칙이 역으로 적용되어, 표적 패킷 데이터가 호스트 프로토콜로 다시 변환된다. 그 후, 이러한 역 변환된 표적 패킷이 최종 단계(110)로 전달되어 변환 응답이 전송된다. 전송이 완료되면, 전체 프로세스가 호스트 프로토콜 패킷 도착 대기 단계(103)에서부터 다시 시작된다. 여기에 요약된 변환 프로세스는 단일 엔티티(entity)인 호스트가 요청을 전송하고 그 응답을 기다리는 방식으로 통신하는 요청-응답 프로토콜로 기능한다. 시나리오는 호스트 프로토콜이 특정 시간 창(time window) 이내에 표적 응답을 기대하는 경우 발생한다. 순방향 패킷 변환, 변환 패킷의 전송, 표적 처리, 응답 전송, 역변환, 호스트 프로토콜 패킷의 전송에 필요한 시간이 호스트 프로토콜 시간 창을 초과할 수도 있다. 이 경우 여러 가지 수정 옵션이 있을 수도 있는데, 호스트 구성을 통해 호스트 프로토콜 응답 시간 창을 늘리거나, 표적 통신 속도를 높이거나, 호스트 요청 응답을 표적 통신을 통해서가 아니라 캐시(cache)에서 가져오는 변환 프로세스 내에서 캐싱 메커니즘을 구현할 수도 있다. 캐시 접근법은 이 캐시를 유지 관리하기 위한 다른 프로세스를 필요로 한다.

이제 주요 하드웨어 구성 요소를 갖는 프로토콜 변환기 소자(PTE)의 실시예가 도시된 블록도인 도 10을 참조한다. 호스트 프로세스 제어부(201), 호스트 프로토콜(202), 표적 크라이오 펌프(209), 표적 프로토콜(208) 및 작동자 진단 프로그램이 또한 도시되어 있다. 전체 설계는 매체 드라이버(204), 매체 드라이버(207), 매체 드라이버(210) 및 매체 드라이버(213)를 포함하는 다양한 통신 매체 드라이버, FPGA(205), 무선 통신 옵션(211) 및 CPU(212)로 구성된다. 다중 매체 드라이버는 다양한 일반적인 산업용 물리 계층을 구현한다. 파이버 매체는 옵션이지만 여기에는 도시되어 있지 않다. FPGA는 일반화된 게이트 어레이 패브릭을 통해 다중 송수신기(206)를 구현한다. 이러한 독립적인 송수신기는 병렬 방식으로 동시에 작동한다. FPGA와 PTE CPU(212)의 사이에 고속 인터커넥트가 존재한다. 구성 및 패킷 변환은 CPU의 책임이다. 작동자는 외부 구성/진단 프로그램(214)을 실행하여 PTE 구성을 변경하거나 진단을 실행한다.

본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예는 본 명세서에 설명된 구성 요소의 수많은 변형 및 조합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전력 공급 소자(PSE)가 "n"개의 전원 공급 출력을 제공할 수도 있으며, 여기서 "n"은 PSE의 물리적 크기 및 PSE를 포함하는 하우징의 물리적 크기, 각각의 전력 공급 출력용 하드웨어 및 PSE용으로 주어진 하우징의 물리적 공간에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 실시예가 3개, 4개, 5개 이상의 전력 공급 출력을 포함할 수도 있다. 출력의 위상각이 90°, 120° 또는 임의의 각도를 포함할 수도 있다. 추가로, 전력 공급 출력이 상이한 전압, 주파수, 위상 및 위상각의 차이 출력을 제공할 수도 있지만, 다수의 전력 공급 출력이 공통 전압, 주파수, 위상 및/또는 위상각을 갖는 동일한 출력(들)을 제공할 수도 있다. 마찬가지로, PSE에 의해 구동되는 크라이오 장치의 전력 공급 요건은 상이할 수도 있지만, 이들 크라이오 장치가 동일한 또는 상이한 통신 프로토콜과 통신할 수도 있다. 동일한 통신 프로토콜과 통신하는 경우, 이러한 크라이오 장치에는 PTE가 필요하지 않다. 마찬가지로, PSE에 의해 구동되는 크라이오 장치의 전력 공급 요건이 동일한 수도 있지만, 이들 크라이오 장치가 동일한 또는 상이한 통신 프로토콜과 통신할 수도 있다. 범용 제어기, PSE 및 PTE의 실시예는 이들 변형 및 그 상이한 조합 중 임의의 하나에 대해 구성될 수도 있다. 더욱이, PSE는 복수의 전압, 위상 및 위상-각도의 조합의 전력 공급 출력을 제공하도록 구성 가능한, 프로그램 가능 전력 공급 출력일 수도 있으며 또는 이를 포함할 수도 있다. 추가로, 위에서 나타낸 바와 같이, PSE 및/또는 PTE는 범용 제어기에 통합될 수도 있으며 또는 별도의 독립형 유닛일 수도 있다. PSE가 크라이오 압축기 또는 다른 극저온 시스템 요소에 부착된 별도의 독립적인 하우징에 마련될 수도 있으며, PTE가 별도의 제어부에 내장될 수도 있다. 결과적으로, PSE 및/또는 PTE는 그 소유의 독립적인 전력 공급부를 가질 수도 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 이러한 그리고 그 외 다른 변형예가 지원 및 제공될 수도 있다.

요약

크라이오 가스 압축기는 신뢰할 수 있긴 하지만, 수명이 길어 설비 관리에 있어 운영상의 위험이 있다. 압축기의 서비스 기간이 길어질수록, 모델은 레거시 제품으로 간주되고 생산 및 지원이 단계적으로 폐지되므로 유지 보수 비용이 높아지고 OEM 교체 가용성이 감소할 가능성이 높다. 교체 가용성이 없는 서비스 불가능한 압축기는, 새로운 OEM 장비가 종종 레거시 장비와 역호환되지 않기 때문에, 새로운 교체 압축기뿐만 아니라 관련 극저온 펌프 장비 및 액세서리를 구매하여야만 하는 상호 운용성 제약을 창출할 수 있다. 예산 자본이 없거나 마진이 적은 프로세스에서는 상호 운용성 제약으로 인해, 노후화 설비의 경우 흔히 보증 기간이 거의 또는 전혀 제공되지 않는 중고 장비 구매를 포함하여 제 3자 옵션을 찾아야만 한다. 이러한 구매 자체는 위험하며 가까운 미래에 프로세스 중단 시간을 야기할 수도 있다.

전력 공급 소자 및 프로토콜 변환기로 구성된 범용 제어기는 새로운 드롭-인 교체 크라이오 가스 압축기 구매 옵션 및 대안의 크라이오 펌프 드롭-인 교체 옵션을 노후화 설비에 제공함으로써 상호 운용성 제약을 해결한다. 대안의 제조사의 이러한 장비 자원에 접근할 수 있는 능력은 고객의 프로세스 중단 시간이 발생할 위험성을 낮춘다. 새로운 효율적인 압축기 기술은 노후화 레거시 제품과 동일한 물리적 공간에서 더 높은 압축 성능을 제공하며 운영비를 낮추게 된다. 전력 공급 소자를 개별적으로 배치하거나, 프로토콜 변환기를 개별적으로 배치하거나, PSE와 PTE를 병렬로 배치한 범용 제어기는, 기존 통신 네트워크에도 통합되면서, 최종 사용자에게 드롭-인 교체 압축기를 개별적으로 선택하거나 드롭-인 크라이오 펌프를 개별적으로 선택하거나, 압축기와 크라이오 펌프를 모두 선택할 수 있는 완벽한 융통성을 제공한다.

본 발명이 실제로 가정된 특정 실시예 또는 변형예의 다양한 관점에서 설명, 개시, 예시 및 도시되었지만, 본 발명의 범위가 이에 의해 한정되는 것으로 의도되거나 제한되지 않아야 하며, 본 명세서의 교시에 의해 제안될 수도 있는 바와 같은 다른 변형예 또는 실시예가 특히, 첨부된 청구범위의 범위 및 영역 내에 속하는 것으로 파악된다.

Claims (40)

1. 상이한 전력 공급 요건을 가지며 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하고 그와 통신하도록 구성된 범용 제어기로서,
   표준 위상 및 주파수를 갖는 입력 전압을 제공하는 전원;
   상기 전원에 연결되며, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성되는 전력 공급 소자; 및
   상기 전원에 연결되며, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성되는 프로토콜 변환기 소자를 포함하며,
   상기 전력 공급 소자는 각각 위상을 갖는 복수의 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 전력 공급 출력은, 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 제공하는 제 1 전력 공급 출력; 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 제공하는 제 2 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하고, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하며, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이하고,
   상기 프로토콜 변환기 소자는, 복수의 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신 및 전송하는 복수의 통신 입출력부; 및 상기 복수의 통신 입출력부에 통신 가능하게 연결되어, 상이한 호환성 통신 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신, 변환 및 출력하는 프로세서를 포함하며,
   상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와의 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하며; 또한 상기 제 2 유형의 극저온 장치와의 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하도록 구성되며,
   상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 하는 것인, 범용 제어기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원은 전체 범용 제어기에 전력을 제공하는 단일 범용 제어기 전원인 것인, 범용 제어기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원은 상기 전력 공급 소자 전용의 독립적인 전원 및 상기 프로토콜 변환기 소자 전용의 독립적인 전원을 포함하는 것인, 범용 제어기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 전력 공급 출력은 90°의 위상각을 갖는 2상 전력 공급 출력인 것인, 범용 제어기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 전력 공급 출력은 3상 전력 공급 출력인 것인, 범용 제어기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 전력 공급 출력은 단상 전력 공급 출력인 것인, 범용 제어기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 전력 공급 요건은 필요 전압, 필요 전류 및 필요 위상을 포함하는 것인, 범용 제어기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 전력 공급 출력은 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 제공하는 제 3 전력 공급 출력을 추가로 포함하며,
   상기 제 3 출력 전압은 상기 제 1 및 제 2 출력 전압과 상이하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 1 및 제 2 위상과 상이하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 1 및 제 2 전력 공급 요건과 상이한 것인, 범용 제어기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 전력 공급 출력은 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 제공하는 제 3 전력 공급 출력을 추가로 포함하며,
   상기 제 3 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 1 위상과 상이하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이한 것인, 범용 제어기.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 출력 전압은 상기 제 2 출력 전압과 동일하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 2 위상과 동일하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 2 전력 공급 요건과 동일한 것인, 범용 제어기.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전력 공급 출력은 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 제공하는 제 3 전력 공급 출력을 추가로 포함하며,
    상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이하며, 상기 제 3 유형의 극저온 장치와의 통신은 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 이루어지는 것인, 범용 제어기.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치는 상이한 공급자에 의해 제조되는 것인, 범용 제어기.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치 중 적어도 하나는 크라이오 펌프인 것인, 범용 제어기.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치는 크라이오 펌프이며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치는 압축기인 것인, 범용 제어기.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치 중 적어도 하나는 팽창기인 것인, 범용 제어기.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치 중 적어도 하나는 크라이오 냉각기인 것인, 범용 제어기.
17. 제 1 항에 있어서,
    범용 제어기 작동 상태의 원격 외부 모니터링을 가능하게 하는 네트워크 연결을 추가로 포함하는, 범용 제어기.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 소자 및 프로토콜 변환기 소자를 수용하는 하우징을 추가로 포함하는, 범용 제어기.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 소자를 수용하는 제 1 하우징 및 상기 프로토콜 변환기 소자를 수용하는 제 2 하우징을 추가로 포함하는, 범용 제어기.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 제 3 유형의 극저온 장치와의 통신을 수신 및 전송하도록 추가로 구성되며,
    상기 제 3 유형의 극저온 장치와의 통신은 상기 제 1 및 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 3 극저온 장치 통신 프로토콜로 이루어지는 것인, 범용 제어기.
21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급 소자는, 전압, 위상 및 위상-각도의 복수의 조합의 전력 공급 출력을 제공하도록 구성 가능한, 프로그램 가능 전력 공급 출력을 포함하는 것인, 범용 제어기.
22. 상이한 전력 공급 요건을 가지며 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하고 그와 통신하는 방법에 있어서,
    위상 및 주파수를 갖는 입력 전압을 수신하는 수신 단계;
    상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하는 동시 구동 단계로서, 상기 동시 구동 단계는,
    제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 출력하는 단계; 및
    제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하고, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이한 것인, 동시 구동 단계; 및
    상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하는 통신 가능화 단계로서, 상기 통신 가능화 단계는,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 통신을 수신하는 단계;
    상기 제 2 유형의 극저온 장치로부터 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 통신을 수신하는 단계;
    상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 수신된 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하는 단계; 및
    상기 제 1 유형의 극저온 장치로부터 수신된 변환된 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 상기 제 2 유형의 극저온 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것인, 통신 가능화 단계
    를 포함하는, 방법.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 통신 가능화 단계는,
    상기 제 2 유형의 극저온 장치로부터 수신된 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하는 단계; 및
    상기 제 2 유형의 극저온 장치로부터 수신된 변환된 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 상기 제 1 유형의 극저온 장치로 전송하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 출력 전압은 2상 출력인 것인, 방법.
25. 제 22 항에 있어서,
    상기 동시 구동 단계는 제 3 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 출력 전압은 3상 출력인 것인, 방법.
26. 제 22 항에 있어서,
    상기 동시 구동 단계는 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 출력 전압은 상기 제 1 및 제 2 출력 전압과 상이하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 1 및 제 2 위상과 상이하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 1 및 제 2 전력 공급 요건과 상이한 것인, 방법.
27. 제 22 항에 있어서,
    상기 동시 구동 단계는 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 1 위상과 상이하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이한 것인, 방법.
28. 제 22 항에 있어서,
    상기 동시 구동 단계는 제 3 전력 공급 요건을 갖는 제 3 유형의 극저온 장치에 제 3 위상의 제 3 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 출력 전압은 상기 제 2 출력 전압과 동일하며, 상기 제 3 위상은 상기 제 2 위상과 동일하고, 상기 제 3 전력 공급 요건은 상기 제 2 전력 공급 요건과 동일한 것인, 방법.
29. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치는 상이한 공급자에 의해 제조되는 것인, 방법.
30. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 유형의 극저온 장치 및 제 2 유형의 극저온 장치 중 적어도 하나는 크라이오 펌프, 팽창기 및 크라이오 냉각기로 이루어진 목록으로부터 선택되는 것인, 방법.
31. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 유형의 극저온 장치는 크라이오 펌프이며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치는 압축기인 것인, 방법.
32. 상이한 전력 공급 요건을 갖는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하도록 구성된 장치로서,
    위상 및 주파수를 갖는 단일 입력 전압을 제공하는 전원; 및
    상기 전원에 연결되며, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성된 전력 공급 소자를 포함하며,
    상기 전력 공급 소자는 각각 위상을 갖는 복수의 전력 공급 출력을 포함하며,
    상기 전력 공급 출력은, 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 제공하는 제 1 전력 공급 출력; 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 제공하는 제 2 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이하며, 상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이하며, 상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이한 것인, 장치.
33. 제 32 항에 있어서,
    상기 전원은 상기 전력 공급 소자 전용의 독립적인 전원인 것인, 장치.
34. 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치와 통신하도록 구성된 범용 제어기로서,
    위상 및 주파수를 갖는 단일 입력 전압을 제공하는 전원; 및
    상기 전원에 연결되며, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성되는 프로토콜 변환기 소자를 포함하며,
    상기 프로토콜 변환기 소자는, 복수의 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신 및 전송하는 복수의 통신 입출력부; 및 상기 복수의 통신 입출력부에 통신 가능하게 연결되어, 상이한 호환성 통신 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신, 변환 및 전송하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는, 제 1 유형의 극저온 장치와의 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하며; 또한 제 2 유형의 극저온 장치와의 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하도록 구성되며,
    상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 하는 것인, 범용 제어기.
35. 제 34 항에 있어서,
    상기 전원은 상기 프로토콜 변환기 소자 전용의 독립적인 전원인 것인, 범용 제어기.
36. 상이한 전력 공급 요건을 가지며 상이한 통신 프로토콜을 사용하는, 극저온 시스템에 마련된, 복수의 극저온 장치를 구동하고 그와 통신하도록 구성된 범용 제어기로서,
    위상 및 주파수를 갖는 입력 전압을 제공하는 전원;
    상기 전원에 연결되며, 상이한 전력 공급 요건을 갖는 복수의 극저온 장치를 동시에 구동하도록 구성되는 전력 공급 소자; 및
    상기 전원에 연결되며, 상이한 비호환성 통신 프로토콜을 사용하는 복수의 극저온 장치 사이의 통신을 가능하게 하도록 구성되는 프로토콜 변환기 소자를 포함하며,
    상기 전력 공급 소자는 각각 위상을 갖는 복수의 전력 공급 출력을 포함하며, 상기 전력 공급 출력은, 제 1 전력 공급 요건을 갖는 제 1 유형의 극저온 장치에 제 1 위상의 제 1 출력 전압을 제공하는 제 1 전력 공급 출력; 및 제 2 전력 공급 요건을 갖는 제 2 유형의 극저온 장치에 제 2 위상의 제 2 출력 전압을 제공하는 제 2 전력 공급 출력을 포함하며,
    상기 프로토콜 변환기 소자는, 복수의 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신 및 전송하는 복수의 통신 입출력부; 및 상기 복수의 통신 입출력부에 통신 가능하게 연결되며, 상이한 호환성 통신 프로토콜로 극저온 장치 통신을 수신, 변환 및 출력하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와의 통신을 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하며; 또한 상기 제 2 유형의 극저온 장치와의 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜과 상이한 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 수신 및 전송하도록 구성되며,
    상기 프로세서는, 상기 제 1 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하며, 상기 제 2 유형의 극저온 장치가 송신한 통신을 상기 제 2 극저온 장치 통신 프로토콜에서 상기 제 1 극저온 장치 통신 프로토콜로 변환하여, 상기 제 1 유형의 극저온 장치와 제 2 유형의 극저온 장치가 서로 통신할 수 있도록 하는 것인, 범용 제어기.
37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 상이한 것인, 범용 제어기.
38. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 2 출력 전압은 상기 제 1 출력 전압과 상이한 것인, 범용 제어기.
39. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 2 위상은 상기 제 1 위상과 상이한 것인, 범용 제어기.
40. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 공급 요건은 상기 제 1 전력 공급 요건과 동일한 것인, 범용 제어기.

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