MX2014002435A

MX2014002435A - Sistema y metodo para controlar un arreglo termico.

Info

Publication number: MX2014002435A
Application number: MX2014002435A
Authority: MX
Inventors: Cal T Swanson; John F Lemke; Philip S Schmidt
Original assignee: Watlow Electric Mfg
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-11-14
Also published as: WO2013033350A1; JP6133871B2; WO2013033381A3; KR20170118954A; KR101813635B1; US20130228548A1; EP2752081A1; MX2014002426A; AU2012301890A1; US11133201B2; WO2013033336A1; JP2014529826A; JP2014525664A; BR112014004911A2; WO2013033332A1; CA2847435A1; MX2014002429A; KR20140084010A; AU2012301869A1; CA2847429A1

Abstract

Se proporciona un sistema y un método. En un aspecto, el sistema y el método pueden calcular un período de tiempo para cada modo de una pluralidad de modos. El sistema y el método pueden indizar indizar por medio de cada modo para cada periodo de tiempo correspondiente para proporcionar energía a la pluralidad de elementos térmicos de acuerdo con el modo. En otro aspecto, el sistema y método pueden indizar secuencialmente a través de cada modo de una pluralidad de modos y aplicar energía a un modo indizado, mientras se mide una característica eléctrica de los elementos térmicos para el modo indizado.

Description

SISTEMA Y METODO PARA CONTROLAR UN ARREGLO TERMICO Referencia cruzada con solicitudes relacionadas Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud provisional con No. de serie 61/528,939 presentada el 30 de agosto de 2011 y la 61/635,310 presentada el 19 de abril de 2012, cuyos contenidos se incorporan aquí en su totalidad como referencia. Esta solicitud también está relacionada con las solicitudes co-pendientes tituladas "Calentador de alta definición y método de operación", "Sistemas de control paralelos de alta definición para calentadores", "Sistema de arreglo térmico", "Sistema de arreglo térmico", "Sistema de arreglo térmico", y "Sistema y método para controlar un arreglo térmico," presentadas simultáneamente con el presente documento y cedidas en común con la presente solicitud, cuyos contenidos se incorporan aquí en su totalidad como referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente solicitud se refiere en lo general a un sistema y método para controlar un arreglo (matriz, orden, formación, disposición) térmico.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En superación de los inconvenientes y otras limitaciones del arte relacionado, la presente solicitud proporciona un sistema y método para controlar un arreglo térmico. En un aspecto, el sistema y el método pueden calcular un período de tiempo para cada modo de una pluralidad de modos. El sistema y el método pueden indizar (anexar, agregar) a través de cada modo para el período de tiempo correspondiente para proporcionar energía a la pluralidad de elementos térmicos de acuerdo con el modo. En otro aspecto, el sistema y el método pueden ¡ndizar secuencialmente a través de cada modo de una pluralidad de modos y aplicar energía a un modo indizado, mientras mide una característica eléctrica de los elementos térmicos para el modo indizado.

Objetos, características y ventajas adicionales de la presente solicitud serán fácilmente evidentes para los técnicos en la materia después de una revisión de la siguiente descripción, con referencia a los dibujos y reivindicaciones que se anexan a y forman una parte de esta especificación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Fig. 1 a es una vista lateral parcial de un calentador que tiene una capa de ajuste (sintonización, adaptación) y construido de conformidad con los principios de una forma de la presente divulgación; La Fig. 1 b es una vista lateral en explosión de otra forma del calentador que tiene una capa de ajuste o calentador de ajuste y construido de conformidad con los principios de la presente divulgación; La Fig. 1 c es una vista en perspectiva en explosión de un calentador ¡lustrando un ejemplar de cuatro (4) zonas para el calentador de base y dieciocho (18) zonas para el calentador de ajuste de conformidad con los principios de la presente divulgación; La Fig. 1d es una vista lateral de otra forma de un sistema de calentador de alta definición teniendo una capa de ajuste suplementaria, y construido de conformidad con los principios de la presente divulgación; La Fig. 2 es un esquema de un arreglo térmico bidireccional; La Fig. 3a es un esquema de un arreglo térmico multi-paralelo; La Fig. 3B es un esquema de un arreglo térmico multi-paralelo y bidireccional; La Fig. 4 es otro esquema de un arreglo térmico multi-paralelo y bidireccional; La Fig. 5 es un esquema de un arreglo térmico con interruptores (conmutadores, apagadores, switches) direccionables; La Fig. 6a es un diagrama de flujo ilustrando un método para controlar un arreglo térmico; La Fig. 6b es un diagrama de tiempos ilustrando el método de control de la Fig. 6a; La Fig. 7a es un diagrama de flujo ilustrando otro método de control para un arreglo térmico; La Fig. 7b es una topología de cuatro nodos utilizada para un ejemplo de los métodos descritos; La Fig. 8 es un diagrama de flujo ilustrando un método para medir las características eléctricas de un modo del arreglo térmico; La Fig. 9a es un diagrama de flujo que ilustra un método para calibrar el arreglo térmico; La Fig. 9b es un diagrama de flujo ilustrando un método para calcular los puntos de ajuste de objetivo para el arreglo térmico; La Fig. 10 es un esquema de una implementación de un sistema controlador.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción es de naturaleza meramente ejemplar y no pretende limitar la presente divulgación, aplicación, o usos. Por ejemplo, las siguientes formas de la presente divulgación se dirigen a platos (mandriles, susceptores, portabrocas, chucks) para su uso en el procesamiento de semiconductores, y en algunos casos, platos electrostáticos. Sin embargo, se debe entender que los calentadores y los sistemas proporcionados en este documento pueden ser empleados en una variedad de aplicaciones y no se limitan a aplicaciones de procesamiento de semiconductores.

Refiriéndose a la Fig. 1a, una forma de la presente divulgación es un calentador 50 que incluye una capa del calentador del base 52 teniendo al menos un circuito calentador 54 insertado en el mismo. La capa de base del calentador 52 tiene al menos una abertura 56 (o vía) formada a través de la misma para conectar el circuito calentador 54 a una fuente de energía (no mostrada). La capa de base del calentador 52 proporciona calentamiento primario, mientras que una capa del calentador de ajuste 60 dispuesta cerca de la capa del calentador 52 como se muestra proporciona ajuste fino de una distribución de calor proporcionado por el calentador 50. La capa de ajuste 60 incluye una pluralidad de elementos de calentamiento individuales 62 insertados en ella, que son controlados de forma independiente. Al menos una abertura 64 se forma a través de la capa de ajuste 60 para conectar la pluralidad de elementos de calentamiento individuales 62 a la fuente de energía y al controlador (no mostrado). Como se muestra adicionalmente, una capa de enrutamiento 66 es colocada entre la capa de base del calentador 52 y la capa de ajuste 60 y define una cavidad interna 68. Un primer conjunto de conductores eléctricos 70 conecta el circuito del calentador 54 a la fuente de energía, que se extiende a través de la abertura de capa del calentador 56. Un segundo conjunto de conductores eléctricos 72 conecta una pluralidad de elementos de calentamiento 62 a la fuente de energía y se extiende a través de la cavidad interna 68 de la capa de enrutamiento 66, adicional a la abertura 55 en la capa de base del calentador 52. Se debe entender que la capa de enrutamiento 66 es opcional, y que el calentador 50 se podría emplear sin la capa de enrutamiento 66 y en su lugar tener sólo la capa de base del calentador 52 y la capa del calentador de ajuste 60.

En otra forma, en lugar de proporcionar el ajuste fino de una distribución de calor, la capa de ajuste 60 alternativamente se puede usar para medir la temperatura en el plato 12. Esta forma proporciona una pluralidad de áreas específicas o locaciones discretas, de los circuitos de resistencia dependientes de la temperatura. Cada uno de estos sensores de temperatura pueden ser leídos individualmente a través de una disposición de conmutación multiplexada, formas ejemplares de estos se exponen en mayor detalle más adelante, lo que permite sustancialmente más sensores para ser utilizados en relación con el número de cables de señal requeridos para medir cada sensor individual. La retroalimentación de detección de temperatura puede proporcionar la información necesaria para las decisiones de control, por ejemplo, para controlar una zona específica de la presión del gas de enfriamiento trasero para regular el flujo de calor desde el sustrato 26 al plato 12. Esta misma retroalimentación también se puede utilizar para reemplazar o aumentar los sensores de temperatura instalados cerca de la base del calentador 50 para el control de la temperatura de las zonas de base de calentamiento 54 o balancear la temperatura del fluido de refrigeración de la placa (no mostrado) a través de intercambiadores de calor de fluido frío auxiliares.

En una forma, la capa de base del calentador 50 y la capa del calentador de ajuste 60 se forman al encerrar el circuito del calentador 54 y los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 en un material de poliimida para aplicaciones de temperatura media, que están generalmente por debajo de 250° C. Además, el material de poliimida puede ser barnizado con materiales con el fin de aumentar la conductividad térmica.

En otras formas, la capa de base del calentador 50 y/o la capa del calentador de ajuste 60 se forman por un proceso de capas, en donde la capa se forma mediante la aplicación o acumulación de un material en un sustrato u otra capa usando procesos asociados con película gruesa, película delgada, pulverización térmica, o sol-gel, entre otros.

En una forma, el circuito de base de calentamiento 54 se forma de Inconel® y los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 son un material de níquel. En todavía otra forma, los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 se forman de un material que tiene suficiente coeficiente de temperatura de resistencia de tal manera que los elementos funcionan como ambos, calentadores y sensores de temperatura, comúnmente conocidos como "control de dos cables". Tales calentadores y sus materiales se dan a conocer en la patente de E.U. No. 7,196,295 y la solicitud de patente de E.U. con No. de serie 11/475,534, que se asignan comúnmente con la presente solicitud y las descripciones de las cuales se incorporan aqui en su totalidad como referencia.

Con el control de dos cables, varias formas de la presente divulgación incluyen el control basado en la temperatura, energía y/o impedancia térmica sobre los elementos de la capa de calentamiento 62 a través del conocimiento o medición del voltaje y/o corriente aplicada a cada uno de los elementos individuales en la capa de ajuste de impedancia térmica 60, convertida a energía eléctrica y resistencia mediante la multiplicación y división, correspondiendo en primera instancia, idénticamente a la salida de flujo de calor para cada uno de estos elementos y en segunda, una relación conocida con la temperatura del elemento. En conjunto, estos se pueden utilizar para calcular y monitorear la carga de impedancia térmica en cada elemento para permitir a un sistema de operación o control detectar y compensar los cambios térmicos para áreas específicas que pueden resultar de, pero no se limitan a, cambios físicos en la cámara o plato debido al uso o mantenimiento, errores de procesamiento, y degradación de los equipos. Alternativamente, cada uno de los elementos de calentamiento controlados individualmente en la capa de ajuste de impedancia térmica 60 puede ser asignado a una resistencia de punto de ajuste correspondiente a las mismas o diferentes temperaturas específicas que después modifican o ingresan el flujo de calor procedente de las áreas correspondientes sobre un sustrato a través de la capa de base de calentador 52 para controlar la temperatura del sustrato durante el procesamiento de semiconductores.

En una forma, el calentador de base 50 está unido a un plato 51 , por ejemplo, mediante el uso de un adhesivo de silicona o incluso un adhesivo sensible a la presión. Por lo tanto, la capa del calentador 52 proporciona calentamiento primario, y la capa de ajuste 60 adapta con precisión, o ajusta, el perfil de calentamiento de tal manera que un perfil uniforme o de temperatura deseada se proporciona al plato 51 , y por lo tanto al sustrato (no se muestra).

En otra forma de la presente divulgación, el coeficiente de expansión térmica (CTE) de los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 está emparejado al CTE del sustrato de la capa del calentador de ajuste 60 con el fin de mejorar la sensibilidad térmica de los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 cuando se exponen a cargas de tensión. Muchos materiales adecuados para el control de dos cables exhiben características similares a los Dispositivos de Resistencias de Temperatura (RTDs), incluyendo la sensibilidad de resistencia tanto para la temperatura como para la tensión. Emparejar el CTE de los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 al sustrato de la capa del calentador de ajuste 60 reduce la tensión sobre el elemento de calentamiento real. Y a medida que las temperaturas de operación se incrementan, los niveles de tensión tienden a aumentar, y así el emparejar el CTE se hace más que un factor. En una forma, los elementos de calentamiento de la capa de ajuste 62 son una aleación de Níquel-Hierro de alta pureza que tiene un CTE de aproximadamente 5 ppm/° C, y el material de poliimida que lo encierra tiene un CTE de aproximadamente 16 ppm/° C. En esta forma, los materiales que unen a la capa del calentador de ajuste 60 a las otras capas presentan características elásticas que desacoplan físicamente la capa del calentador de ajuste 60 de otros miembros del plato 12. Se debe entender que otros materiales con CTEs comparables también se pueden emplear mientras permanezcan dentro del alcance de la presente divulgación.

Haciendo referencia ahora a las Figs. 1 b a 1d, una forma ejemplar del calentador que tiene tanto una capa de base del calentador como una capa de ajuste (como generalmente se ha establecido anteriormente en la Fig. 1a) se ilustra y se indica generalmente con el número de referencia 80. El calentador 80 incluye una placa de base 82, (también conocida como una placa de refrigeración), que en una forma es una placa de aluminio de aproximadamente 16 mm de espesor. Un calentador de base 84 está asegurado a la placa de base 82, de una forma utilizando una capa de unión elastomérica 86 como se muestra. La unión elastomérica puede ser una de las descritas en la Patente de E.U. N° 6,073,577, que se incorpora aquí en su totalidad por referencia. Un sustrato 88 está dispuesto en la parte superior del calentador de base 84 y es un material de aluminio de aproximadamente 1 mm de espesor de conformidad con una forma de la presente divulgación. El sustrato 88 está diseñado para tener una conductividad térmica para disipar una cantidad requerida de energía del calentador de base 84. Debido a que el calentador de base 84 tiene una energía relativamente alta, sin una cantidad requerida de conductividad térmica, este calentador de base 84 podría dejar marcas "testigo" (de la traza del circuito resistivo) en los componentes adyacentes, reduciendo de este modo el rendimiento del sistema global del calentador.

Un calentador de ajuste 90 es dispuesto en la parte superior del sustrato 88 y se asegura a un plato 92 utilizando una capa de unión elastomérica 94, como se ha expuesto anteriormente. El plato 92 en una forma es un material de óxido de aluminio que tiene un espesor de aproximadamente 2.5 mm. Se debe entender que los materiales y dimensiones que se exponen en el presente documento son meramente ejemplares y por lo tanto la presente divulgación no se limita a las formas específicas que se exponen en el presente documento. Además, el calentador de ajuste 90 tiene una energía más baja que el calentador de base 84, y como se ha expuesto anteriormente, el sustrato 88 funciona para disipar la energía del calentador de base 84 de tal manera que las marcas "testigo" no se forman en el calentador de ajuste 90.

La base del calentador 84 y el calentador de ajuste 90 se muestran en mayor detalle en la Fig. 1c, en la cual un ejemplo de cuatro (4) zonas se muestran para el calentador de base 84, y de dieciocho (18) zonas para el calentador de ajuste 90. En una forma, el calentador 80 está adaptado para su uso con tamaños de plato de 450 mm, sin embargo, el calentador 80 se puede emplear con tamaños de plato más grandes o más pequeños debido a su capacidad para adaptarse altamente a la distribución de calor. Además, el calentador de alta definición 80 se puede emplear alrededor de una periferia del plato, o en lugares predeterminados a través del plato, en lugar de en una configuración apilada/plana como se ilustra en el presente documento. Más aún, el calentador de alta definición 80 se puede emplear en juegos (kits) de proceso, paredes de cámara, tapas, líneas de gas y cabezal de la ducha, entre otros componentes dentro del equipo de procesamiento de semiconductores. También debe entenderse que los calentadores y los sistemas de control ilustrados y descritos en el presente documento se pueden emplear en cualquier número de aplicaciones, y por lo tanto la aplicación del plato del calentador de semiconductor ejemplar no debe interpretarse como limitante del alcance de la presente divulgación.

La presente divulgación también contempla que el calentador de base 84 y el calentador de ajuste 90 no se limitan a una función de calentamiento. Debe entenderse que uno o más de estos miembros, referidos como una "capa funcional de base" y una "capa de ajuste", respectivamente, pueden ser alternativamente una capa de sensor de temperatura u otro miembro funcional, mientras que permanezcan dentro del alcance de la presente divulgación.

Como se muestra en la Fig. 1d, una doble capacidad de ajuste puede ser provista con la inclusión de un calentador de capa de ajuste 99 secundaria en la superficie superior del plato 12. La capa de ajuste secundaria puede alternativamente ser utilizada como una capa de detección de temperatura en lugar de una capa de calentamiento, mientras que permanezca dentro del alcance de la presente divulgación. En consecuencia, cualquier número de calentadores de capa de ajuste se pueden emplear y no deben limitarse a los ilustrados y descritos en el presente documento.

Con referencia ahora a la Fig. 2, se proporciona un sistema de arreglo térmico 100. El sistema 100 incluye un controlador 110. El controlador 110 puede ser un circuito de control o un controlador basado en microprocesador. El controlador 110 puede estar configurado para recibir las mediciones del sensor y aplicar un algoritmo de control basado en las mediciones. En algunos ejemplos, el controlador puede medir una característica eléctrica de uno o más de los elementos del arreglo térmico. Además, el controlador 110 puede incluir y/o controlar una pluralidad de interruptores para determinar cómo se proporciona energía a cada elemento térmico del arreglo basado en las mediciones.

En un ejemplo, se proporciona energía al arreglo a través de una entrada de energía de tres fases como se indica mediante los números de referencia 112, 114, 116. La energía de entrada puede estar conectada a un circuito rectificador 118 para proporcionar una línea de alimentación (energía) de corriente directa positiva (DC) 120 y una línea de alimentación de DC negativa 122. La energía puede ser distribuida al arreglo térmico a través de seis nodos de energía. El controlador 110 puede estar configurado para controlar una pluralidad de interruptores, de tal manera que la línea de alimentación positiva 120 puede ser dirigida a cualquiera de los seis nodos de energía y de la línea de alimentación negativa 122 también puede ser dirigida a cualquiera de la pluralidad de nodos de energía.

En la realización mostrada, los nodos de energía están configurados en dos grupos de nodos. El primer grupo de nodos incluye el nodo de energía 136a, el nodo de energía 136b, y el nodo de energía 136c. El segundo grupo incluye el nodo de energía 138a, el nodo de energía 138b, y el nodo de energía 138c. En la realización mostrada, los elementos térmicos están configurados en un arreglo de matriz con tres grupos de elementos térmicos y cada grupo contiene seis elementos térmicos. Sin embargo, como con cada realización descrita en el presente documento, más o menos nodos se pueden utilizar y, además, el número de elementos térmicos puede ser correspondientemente aumentado o disminuido con el número de nodos.

El primer grupo 160 de los elementos térmicos están todos conectados al nodo 138a. Del mismo modo, el segundo grupo 170 de elementos térmicos están todos conectados al nodo de energía 138b, mientras que el tercer grupo 180 de elementos térmicos están todos conectados al nodo de energía 138c. El elemento térmico puede ser elementos calentadores. Los elementos calentadores se pueden formar de un material eléctricamente conductor con, por ejemplo, una resistencia eléctrica dependiente de la temperatura. Más específicamente, los elementos térmicos pueden ser elementos calentadores con una característica eléctrica, como una resistencia, capacitancia, o inductancia que se correlaciona con la temperatura. Aunque, los elementos térmicos pueden ser generalmente clasificados como elementos disipativos, así como también elementos resistivos. En consecuencia, los elementos térmicos en cada una de las realizaciones descritas en este documento pueden tener cualquiera de las características descritas anteriormente.

Dentro de cada grupo, los seis elementos térmicos se configuran en pares de elementos térmicos. Por ejemplo, en el primer grupo 160, el primer par de elementos térmicos 146a incluye un primer elemento térmico 164 y un segundo elemento térmico 168. El primer elemento térmico 164 está configurado en conexión eléctrica en paralelo con el segundo elemento térmico 168. Además, el primer elemento térmico 164 está en conexión eléctrica en serie con un circuito unidireccional 162. El circuito unidireccional 162 puede estar configurado para permitir que la corriente fluya a través del elemento térmico 164 en una dirección y no en la dirección opuesta. Como tal, el circuito unidireccional 162 se muestra en su forma más simple como un diodo.

El primer circuito unidireccional 162 se muestra como un diodo con el cátodo conectado al nodo 136a y el ánodo conectado al nodo 138a a través del elemento térmico 164. En una manera similar, el segundo circuito unidireccional 166 se muestra como un diodo con un cátodo conectado al nodo 138a a través del segundo elemento térmico 168 y un ánodo conectado al nodo 136a, ilustrando de ese modo la naturaleza unidireccional del primera circuito unidireccional 162 opuesto al segundo circuito unidireccional 166. Se observa que la aplicación de un diodo tal como un circuito unidireccional sólo puede funcionar para una fuente de energía de un voltio, sin embargo, otros diversos circuitos pueden verse incluyendo por ejemplo, circuitos utilizando rectificadores controlados de silicio (SCR's) que trabajan para voltajes mayores de la fuente de energía. Tales realizaciones de circuitos unidireccionales se describen con más detalle más adelante, pero podrían ser utilizados en conjunción con cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.

En una manera similar, el segundo elemento térmico 168 está en conexión eléctrica en serie con un segundo circuito unidireccional 166, de nuevo en su forma más simple se muestra como un diodo. El primer elemento térmico 164 y el primer circuito unidireccional 162 son paralelos con el segundo elemento térmico 168 y el segundo circuito unidireccional 166 entre el nodo de energía 138a y el nodo de energía 136a. En consecuencia, si el controlador 110 aplica un voltaje positivo al nodo 136a y un voltaje negativo al nodo 138a, la energía se aplica a través tanto del primer elemento térmico 164 como del segundo elemento térmico 168 del primer par 146a. Como se describió anteriormente, el primer circuito unidireccional 162 está orientado en una dirección opuesta del segundo circuito unidireccional 166. Como tal, el primer circuito unidireccional 162 permite que la corriente fluya a través del primer elemento térmico 164 cuando un voltaje positivo se aplica al nodo 138a y un voltaje negativo se aplica al nodo 136a, pero impide que la corriente fluya cuando un voltaje positivo se proporciona al nodo 136a y un voltaje negativo se proporciona a 138a nodo. En contraste, cuando un voltaje positivo se aplica al nodo 136a y un voltaje negativo se aplica a 138a, la corriente puede fluir a través del segundo elemento térmico 168, sin embargo, el flujo de corriente a través del segundo elemento térmico 168 es impedido por el segundo circuito unidireccional 166 cuando se cambia la polaridad.

Además, cada par de elementos térmicos dentro de un grupo está conectado a un nodo de energía diferente del primer grupo de nodos de energía 136a, 136b, 136c. Por consiguiente, el primer par de elementos térmicos 146a del primer grupo 160 está conectado entre el nodo 136a y nodo 138a. El segundo par de elementos térmicos 146b está conectado entre el nodo de energía 136b y el nodo de energía 138a, mientras que el tercer par de elementos térmicos 146c del grupo 160 está conectado entre el nodo de energía 136c y el nodo de energía 138a. Como tal, el controlador 1 0 puede estar configurado para seleccionar el grupo de elementos mediante la conexión del nodo de energía 38a para suministrar o devolver energía, entonces el par de elementos térmicos (146a, 146b, 146c) se puede seleccionar mediante la conexión de uno de los nodos 136a, 136b o 136c, respectivamente, para suministrar o devolver energía. Además, el controlador 110 se puede seleccionar para proporcionar energía al primer elemento de cada par o al segundo elemento de cada par basado en la polaridad del voltaje proporcionado entre el nodo 138a y los nodos 136a, 136b, y/o 136c.

De la misma manera, el segundo grupo de elementos térmicos 170 están conectados entre el nodo 138b del segundo grupo de nodos, y el nodo 136a, 136b, y 136c. Como tal, el primer par de elementos térmicos 146d del grupo 170 se puede seleccionar utilizando el nodo de energía 136a, mientras que el segundo par 146e y el tercer par 146f de elementos térmicos del grupo 170 pueden ser seleccionados por el nodo 136b y 136c, respectivamente.

Del mismo modo, el segundo grupo de elementos térmicos 180 están conectados entre nodo el 138c del segundo grupo de nodos, y el nodo 136a, 136b, y 136c. El primer par de elementos térmicos 146g del grupo 180 se puede seleccionar utilizando el nodo de energía 136a, mientras que el segundo par 146h y el tercer par 146i de elementos térmicos del grupo 170 pueden ser seleccionados por el nodo 136b y 136c, respectivamente.

Para la realización mostrada, el controlador 110 manipula una pluralidad de interruptores para conectar la línea de alimentación positiva 120 a uno del primer grupo de nodos de energía y la línea de alimentación negativa 122 al segundo grupo de nodos de energía o, alternativamente, se conecta la línea de alimentación positiva 120 al segundo grupo de nodos de energía y la línea de alimentación negativa 122 al primer grupo de nodos de energía. Como tal, el controlador 110 proporciona una señal de control 124 a un primer interruptor de control de polaridad 140 y a un segundo interruptor de control de polaridad 142. El primer interruptor de control de polaridad 140 conecta el primer grupo de nodos de energía ya sea a la línea de alimentación positiva 120 o a la línea de alimentación negativa 122, mientras que el segundo interruptor de polaridad 142 conecta el segundo grupo de nodos de energía a la línea de alimentación positiva de 120 o a la línea de alimentación negativa 122.

Además, el controlador 110 proporciona señales de control 126 al primer grupo de interruptores de energía 130, 132, y 134. Los interruptores 130, 132, y 134 conectan la salida del interruptor 140 (la línea de alimentación positiva 120 o la línea de alimentación negativa 122) al primer nodo 136a, al segundo nodo 136b, y al tercer nodo 136c, respectivamente. Además, el controlador 110 proporciona señales de control 128 al segundo grupo de interruptores de energía 150, 152, y 154. Los interruptores 150, 152, y 154 conectan la salida del interruptor 142 (la línea de alimentación positiva 120 o la línea de alimentación negativa 122) al primer nodo 138a, al segundo nodo 138b, y al tercer nodo 138c, respectivamente.

Con referencia ahora a la Fig. 3a, se proporciona un sistema de arreglo térmico multi-paralelo 200. El sistema 200 incluye un sistema de control 210. El sistema de control puede incluir un microprocesador, interruptores, y otros componentes discretos similares a los descritos en toda la solicitud para implementar la lógica descrita en el presente documento. Los elementos térmicos están dispuestos en una manera de multi-paralelo a través de los pares de nodos de energía. Para la realización mostrada, se proporcionan seis nodos de energía (212, 214, 216, 218, 220, 222). Además, cada elemento térmico está conectado entre un par de nodos de energía. Más específicamente, cada elemento térmico está conectado entre un par de nodos de energía diferente. Como tal, cada nodo tiene un elemento térmico conectado entre sí y con cada otro nodo de energía.

En consecuencia, el elemento térmico 230 está conectado entre el nodo 212 y el nodo 222, el elemento térmico 232 está conectado entre el nodo 212 y el nodo 220, el elemento térmico 234 está conectado entre el nodo 212 y el nodo 218, el elemento térmico 236 está conectado entre el nodo 212 y nodo 216, y el elemento térmico 238 está conectado entre el nodo 212 y el nodo 214. Como tal, el nodo 212 está conectado a cada uno de los otros nodos 214, 216, 218, 220, y 222 a través de un elemento térmico (230, 232, 234, 236, o 238).

De manera similar, el elemento térmico 240 está conectado entre el nodo 214 y el nodo 222, el elemento térmico 242 está conectado entre el nodo 214 y el nodo 220, el elemento térmico 244 está conectado entre el nodo 214 y el nodo 218, y el elemento térmico 246 está conectado entre el nodo 214 y el nodo 216. Se observa que el elemento térmico conectado entre el nodo 214 y el nodo 212 ya ha sido identificado como elemento térmico 238. Además, las conexiones entre cada otro par de elementos se proporcionan por el elemento térmico 250 está conectado entre el nodo 216 y el nodo 222, el elemento térmico 252 está conectado entre el nodo 216 y el nodo 220, el elemento térmico 254 está conectado entre el nodo 216 y el nodo 218, elemento térmico 260 está conectado entre el nodo 218 y el nodo 222, el elemento térmico 262 está conectado entre el nodo 218 y el nodo 220, y el elemento térmico 270 está conectado entre el nodo 220 y el nodo 222.

El controlador 210 está configurado para proporcionar una conexión de energía, una conexión de retorno, o un circuito abierto a cada nodo. Además, se puede reconocer que la topología de multi-paralelo es significativamente diferente de la topología de matriz proporcionada en la Fig. 2. La topología de multi-paralelo establece que la red del elemento térmico sea considerada en su conjunto con respecto a la distribución de energía para el calentamiento, así como la comprensión de la interacción de todos los elementos de detección térmica. Por ejemplo, si una fuente de energía se proporciona al nodo 212 y una conexión de retorno se proporciona al nodo 222, la trayectoria de energía primaria sería a través del elemento térmico 230. Sin embargo, existirían trayectorias secundarias a través de cada uno de los demás elementos de la red de retorno al nodo 222. Como tal, el controlador 210 al proporcionar energía y retorno a cualquier configuración de los nodos debe considerar la energía que se proporciona al elemento térmico de la trayectoria primaria, así como, la energía que se proporciona a todos los otros elementos a través de las trayectorias secundarias. Esta tarea puede ser significativamente compleja basada en que cada elemento térmico tiene diferentes características ya sea por diseño, influencias ambientales, o tolerancias de fabricación.

Para esta topología, el esquema de control puede emplear seis (6) cables y quince elementos (15) sin el uso de circuitos de conmutación (interruptores) que tengan SCRs, diodos, y otros elementos como se estableció anteriormente. El número máximo de elementos en relación a los cables para este esquema de control es £ = ½ (N x (N - 1)). Mientras que cada cable puede ser alimentado continuamente, aplicando voltajes independientes a cualquier combinación de nodos, este sistema puede ser difícil de controlar. De conformidad con esta forma de la presente divulgación, los cables están conectados de manera selectiva a la energía, retorno, o se dejan en circuito abierto, utilizando secuencias de estas combinaciones durante períodos específicos de tiempo, a fin de producir una deseada distribución de calentamiento promedio. Por ejemplo, una combinación podría ser conectar A y B a la energía, conectar C y D al retorno, y dejar E y F en circuito abierto; otra combinación podría ser conectar A y C a la energía, conectar D al retorno, y dejar B, E y F en circuito abierto. Estas combinaciones o modos, se aplican luego en secuencia a los elementos de calentamiento de la capa de ajuste por diferentes períodos de tiempo, por ejemplo, se aplica un primer modo para una primera vez fj, se aplica un segundo modo para una segunda vez ??, y así sucesivamente, de tal manera que la secuencia temporizada resultante produce la distribución deseada del calentamiento promedio en el calentador de capa de ajuste. En una forma, los intervalos de tiempo de secuencia de temporización que se utilizan son mucho más cortos que la constante de tiempo térmica del calentador de manera que la ondulación de temperatura en el calentador se mantiene a un nivel suficientemente bajo. En el ejemplo de seis cables dado, hay 301 posibles modos no redundantes de N-cables donde un modo no redundante es aquel que produce energía en por lo menos un elemento y no produce la misma energía a los mismos elementos en el sistema como otro modo. Si se eliminan los modos asociados a circuitos abiertos, entonces el número de modos que no son redundantes para N-cables es Modos = 2N'1-1. En consecuencia, para el mismo sistema de seis cables, quince elementos, hay 31 modos no redundantes, distintos de cero (nulos). El modo de matriz resultante [PxM] para un sistema de seis nodos, quince elementos es ya sea (15 x 301 ) o (15 por medio de 31 ) y se necesita una solución a la ecuación de la matriz [PE]=[PxM] · [Modos], donde PE es un vector de energía (flujo de calor) de salida de los elementos. Con los circuitos abiertos, el número de modos multi-paralelos = (3N - 2N+1 - 1 )/2 (no redundante). La matriz [PxM] es indeterminada y es probable que esté mal condicionada si se utiliza la matriz completa inclusiva en circuito abierto y produce un vector de modo que es muy propensa a errores y difícil de aplicar debido a la cantidad de modos que debe producirse en un dado periodo de tiempo. Además, una solución no siempre es posible para todos los vectores de energía deseados. La complejidad y los errores se pueden reducir mediante la selección de un subconjunto de modos seleccionados basándose en las condiciones de la matriz. Un método para evaluar la condición de la matriz de un subconjunto seleccionado de los modos es realizar una descomposición del valor singular en subconjuntos de la matriz [PxM], comparar los subconjuntos uno contra el otro y seleccionar el conjunto con la proporción más pequeña de los valores singulares del más grande al más pequeño diferentes a cero. Solamente los modos no negativos se pueden utilizar porque la energía sólo se puede añadir al sistema, por lo que este subconjunto de la matriz [PXMR] puede entonces ser utilizado para resolver un problema de los mínimos cuadrados no negativos min|[i>jt j« [Modes]- [??2, en donde Modos = 0. Examinar de los Modes" ^'2 residuos de la solución da una medida del error de la solución. Un número finito de estas soluciones será casi exacto, pero a medida que aumenta el número de cables y elementos, el sistema se vuelve más restringido y el rango de soluciones de energía independiente de bajo error para cada elemento disminuye. Cabe señalar que el método presentado es para controlarle la energía a los elementos y debido a la topografía indeterminada, los elementos resistivos estables con bajo TCR podrían producir las soluciones con menor error, pero esto no excluye el uso de elementos de alto TCR o el uso de un plano de detección de temperatura independiente para llevar este sistema bajo el control de la temperatura.

Con referencia ahora a la Fig. 3b, se proporciona un sistema de arreglo térmico de multi-paralelo y bidireccional 300. El sistema de arreglo térmico 300 incluye un sistema de control 310. El sistema de control 310 puede incluir un microprocesador, interruptores, y otros componentes discretos similares a los descritos en toda la solicitud para implementar la lógica descrita en el presente documento. Como en la Fig. 2, los elementos térmicos están dispuestos en una manera de multi-paralelo a través de pares de nodos de energía. Siendo bidireccionales, el doble del número de elementos térmicos son capaces de ser controlados con el mismo número de nodos. Para las realizaciones mostradas, seis nodos de energía (312, 314, 316, 318, 320, 222). Además, cada par de elementos térmicos está conectado entre un par de nodos de energía, donde cada elemento térmico del par de elementos térmicos tiene una polaridad diferente. Más específicamente, cada par de elementos térmicos está conectado entre un par diferente de los nodos de energía. Como tal, cada nodo tiene un par de elementos térmicos conectado entre él y cada otro nodo de energía, donde los elementos térmicos en cada par son activados por una polaridad diferente de la fuente de energía.

En consecuencia, el par de elementos térmicos 350 está conectado entre el nodo 312 y el nodo 322. El par de elementos térmicos 350 incluye un primer elemento térmico 332 y un segundo elemento térmico 334. El primer elemento térmico 332 está configurado en conexión eléctrica en paralelo con el segundo elemento térmico 334. Además, el primer elemento térmico 332 está en conexión eléctrica en serie con un circuito unidireccional 330. El circuito unidireccional 330 puede estar configurado para permitir que la corriente fluya a través del elemento térmico 332 en una dirección y no en la dirección opuesta. Como tal, el circuito unidireccional 330 se muestra en su forma más simple como un diodo.

El primer circuito unidireccional 330 se muestra como un diodo con el cátodo conectado al nodo 312 y el ánodo conectado al nodo 314 a través del elemento térmico 332. En una manera similar, el segundo circuito unidireccional 336 se muestra como un diodo con un cátodo conectado al nodo 314 y un ánodo conectado al nodo 312 a través del segundo elemento térmico 334, que ilustra de ese modo la naturaleza unidireccional del primer circuito unidireccional 330 siendo opuesto al segundo circuito unidireccional 336.

Como tal, el primer circuito unidireccional 330 permite que la corriente fluya a través del primer elemento térmico 332 cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 322 y se aplica un voltaje negativo al nodo 312, pero impide que la corriente fluya cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 312 y se aplica un voltaje negativo al nodo 322. En contraste, cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 312 y se aplica un voltaje negativo al nodo 322, se permite que la corriente fluya a través del segundo elemento térmico 334, sin embargo, el flujo de corriente a través del segundo elemento térmico 334 es impedido por el segundo circuito unidireccional 336 cuando se cambia la polaridad.

El par de elementos térmicos 352 está conectado entre el nodo 312 y el nodo 320, el par de elementos térmicos 354 está conectado entre el nodo 312 y el nodo 318, el par de elementos térmicos 356 está conectado entre el nodo 3 2 y el nodo 316, y el par de elementos térmicos 358 está conectado entre nodo 312 y el nodo 314. Como tal, el nodo 312 está conectado a cada uno de los otros nodos 314, 316, 318, 320, y 322 a través de un par de elementos térmicos (350, 352, 354, 356, o 358). Del mismo modo, el par de elementos térmicos 360 está conectado entre el nodo 314 y el nodo 322, el par de elementos térmicos 362 está conectado entre el nodo 314 y el nodo 320, el par de elementos térmicos 364 está conectado entre el nodo 314 y el nodo 318, y el par de elementos térmicos 366 está conectado entre el nodo 314 y el nodo 316. Se hace notar que la conexión entre el nodo 314 y el nodo 312 ya se ha identificado a través del par de elementos térmicos 358.

Además, las conexiones entre cada par de elementos se realizan mediante el par de elementos térmicos 370 siendo conectado entre el nodo 316 y el nodo 322, el par de elementos térmicos 372 siendo conectado entre el nodo 316 y el nodo 320, el par de elementos térmicos 374 siendo conectado entre nodo 316 y el nodo 318, el par de elementos térmicos 380 siendo conectado entre el nodo 318 y el nodo 322, el par de elementos térmicos 382 siendo conectado entre el nodo 318 y el nodo 320, y el par de elementos térmicos 390 siendo conectado entre el nodo 320 y el nodo 322.

El controlador 310 está configurado para proporcionar una conexión de energía, una conexión de retorno, o un circuito abierto a cada nodo. Como se describió anteriormente, la topología de multi-paralelo establece que la red elementos térmicos sea considerada en conjunto con respecto a la distribución de energía para el calentamiento, así como la comprensión de la interacción de todos los elementos de detección térmica. Por ejemplo, si se proporciona una fuente de energía al nodo 312 y se proporciona una conexión de retorno al nodo 322, la trayectoria de energía primaria sería a través del par de elementos térmicos 350. Sin embargo, podrían existir trayectorias de energía secundarias a través de cada uno de los demás elementos dentro de la red de retorno al nodo 322. Como tal, el controlador 310 cuando proporciona energía y retorno a cualquier configuración de los nodos debe tener en cuenta la energía que se proporciona al elemento térmico de la trayectoria principal, así como la energía que se proporciona a todos los otros elementos a través de las trayectorias secundarias.

Con referencia ahora a la Fig. 4, se proporciona otra realización de un sistema de elemento térmico bidireccional y multi-paralelo. El sistema 400 incluye un controlador 410 que controla una pluralidad de nodos de energía. Para la realización mostrada, el controlador 410 controla seis nodos de energía 412, 414, 416, 418, 420, y 422. Como se discutió previamente, cada nodo está conectado a cada uno de los otros nodos a través de un elemento térmico. Además, en el caso bidireccional, cada elemento está conectado a cada uno de los otros elementos a través de dos elementos térmicos, donde uno de los elementos térmicos se conecta al par de nodos en una primera polaridad y el segundo elemento térmico se conecta al par de elementos en la polaridad opuesta.

En el sistema 400, cada circuito unidireccional 430 se muestra como una combinación de elementos, incluyendo un SCR 432, un diodo 436 y un diodo zener 434. El elemento unidireccional 430 está en conexión eléctrica en serie con cada elemento térmico, por ejemplo, el elemento térmico 438. Como se muestra, el elemento térmico 438 y el circuito unidireccional 430 están en conexión eléctrica en serie entre el nodo 414 y el nodo 412. Si se proporciona un suministro de voltaje positivo al nodo 414 y se proporciona un retorno al nodo 412, se permitirá que la corriente fluya a través del elemento térmico 438 y del SCR 432. El elemento térmico 438 está conectado entre el nodo 414 y el ánodo de SCR 432. El ánodo de SCR 432 está conectado al elemento térmico 438 y al ánodo del diodo 436. El cátodo del diodo 436 está conectado al cátodo del diodo zener 434. Además, el ánodo del diodo zener 434 está conectado a la fuente de SCR 432 y el nodo 412.

El SCR 432 se activa cuando hay una corriente de entrada en el SCR. El SCR recibe corriente de entrada cuando la corriente fluye en la dirección del diodo 436 y excede la brecha de voltaje del diodo Zener 434. Aunque, la corriente de entrada del SCR podría ser activada por otra configuración de los dispositivos. Además, la activación podría ser por otros medios no eléctricos, por ejemplo ópticos o magnéticos. Una vez que el SCR se activa y conduce corriente, no se apaga hasta que la corriente se detiene. Dado que esta configuración se muestra a modo de ejemplo, se observa que configuraciones unidireccionales adicionales pueden ser utilizadas. Por ejemplo, elementos adicionales pueden ser utilizados en conjunción con el SCR y diodos, por ejemplo, para proporcionar un supresor para evitar la activación inadvertida del SCR.

Por consiguiente, una configuración térmica, tal como 440 incluyendo un elemento térmico y el circuito unidireccional se proporciona entre cada nodo, por ejemplo, el nodo 414 y el nodo 412. Además, en una configuración bidireccional, dos configuraciones térmicas con polaridades opuestas pueden estar conectadas entre cada par de nodos de la pluralidad de nodos de energía. Por ejemplo, la configuración térmica 440 está conectada entre el nodo 414 y el nodo 412, pero en una polaridad opuesta de circuito unidireccional 430. Como puede verse, el cátodo del SCR 433 está conectado al nodo 414, mientras que el cátodo del SCR 432 está conectado al nodo 412. Por lo tanto, cada uno conducirá sólo en condiciones de polaridad opuesta.

Dentro del controlador 410, cada nodo puede ser conectado a un par de interruptores, como se indica mediante el número de referencia 492. El par de interruptores pueden ser transistores, por ejemplo transistores de efecto de campo (FETs) en una configuración de medio puente. El primer transistor 490 puede ser un interruptor de control bajo conectando al nodo 412 a un voltaje de retorno cuando se activa, mientras que el segundo transistor 491 puede ser un interruptor de control alto conectando al nodo 412 a un suministro de voltaje cuando se activa. El primer transistor 490 puede tener una fuente conectada a una línea de voltaje negativo a través de una derivación 498 y un drenaje conectado a uno de la pluralidad de nodos. El otro transistor 491 puede tener la fuente conectada al nodo 412 y un drenaje conectado a un nodo de voltaje positivo. Además, el primer transistor 490 y el segundo transistor 491 pueden tener cada uno una puerta o entrada conectada al circuito de control o a un microprocesador que implementa la lógica de control. También se observa que la disposición de conmutación del sistema de control (por ejemplo, configuración de medio puente) se puede aplicar a cualquiera de las topologías aplicadas en el presente documento.

Cada otro nodo también tiene un par de transistores correspondiente. Específicamente, el nodo 414 está conectado al par de transistores 493, el nodo 416 está conectado al par de transistores 494, el nodo 418 está conectado al par de transistores 495, el nodo 420 está conectado al par de transistores 496 y el nodo 422 está conectado al par de transistores 497. Mientras que el circuito de control 410 puede proporcionar una combinación de retorno, fuente de energía, o circuito abierto a cada uno de los nodos de forma independiente, al menos un nodo se conecta a un suministro de voltaje y al menos un nodo se conecta a un retorno. Varias combinaciones de condiciones de fuente de energía, retorno (por ejemplo, tierra), y circuito abierto se pueden proporcionar a los nodos. Cada combinación es un posible modo para energizar el arreglo de elemento térmico.

Para cada modalidad o combinación de estados de nodos, una corriente fluirá a través de la derivación 498 y puede ser medida por el circuito de control 410. Además, un microprocesador puede medir el voltaje a través de la derivación o la corriente a través de la derivación para determinar las características eléctricas del arreglo de elemento térmico, tales como la resistencia de red. Por ejemplo, la resistencia de red se puede utilizar para controlar la cantidad de tiempo que cada modo se aplica, o para modificar otros parámetros de circuito, tales como el voltaje de entrada, el ciclo de trabajo, la corriente, u otras características eléctricas.

Con referencia ahora a la Fig. 5, se proporciona un sistema de arreglo térmico 500 con interruptores direccionables. El controlador 510 puede estar conectado a un nodo positivo 514 y al nodo negativo 516. Una fuente de energía 512 está conectada entre el nodo positivo 514 y el nodo negativo 516. Cada elemento térmico está conectado en conexión eléctrica en serie con un interruptor direccionable entre el nodo positivo 514 y el nodo negativo 516.

Cada interruptor direccionable puede ser un circuito de elementos discretos, incluyendo por ejemplo, transistores, comparadores y SCRs o dispositivos integrados, por ejemplo, microprocesadores, arreglos de puertas programables en campo (FPGAs), o circuitos integrados de aplicación específica (ASICs). Las señales pueden ser proporcionadas a los interruptores direccionables 524 a través del nodo positivo 514 y/o el nodo negativo 516. Por ejemplo, la señal de energía puede ser frecuencia modulada, amplitud modulada, ciclo de función modulado, o incluir una señal portadora que proporciona una identificación de interruptores que indique la identidad del interruptor o interruptores a ser activados actualmente. Además, varios comandos por ejemplo, un interruptor de encendido, interruptor de apagado, o comandos de calibración se podrían proporcionar en el mismo medio de comunicación. En un ejemplo, tres identificadores podrían ser comunicados a todos los interruptores direccionables permitiendo el control de los 27 interruptores direccionables y, de ese modo, activar o desactivar los 27 elementos térmicos de forma independiente. Cada elemento térmico 522 y el interruptor direccionable 524 forman un módulo direccionable 520 conectado entre el nodo positivo 514 y el nodo negativo 516. Cada interruptor direccionable puede recibir energía y comunicación de las líneas de energía y, por lo tanto, puede también separadamente ser conectado al primer nodo 514 y/o al segundo nodo 516.

Cada uno de los módulos direccionables puede tener una identificación (ID) única y se puede separar en grupos basados en cada identificador. Por ejemplo, todos los módulos direccionables (520, 530, 532, 534, 536, 538, 540, 542, y 544) en la primera fila puede tener un primer o X identificador de uno. Del mismo modo, todos los módulos direccionables (546, 548, 550, 552, 554, 556, 558, 560, 562) en la segunda fila puede tener un X identificador de dos, mientras que los módulos (564, 566, 568, 570, 572, 574, 576, 578, 580) en la tercera fila tienen un X identificador de tres. De la misma manera, las tres primeras columnas 582 de módulos direccionables (520, 530, 532, 546, 548, 550, 564, 566, 568) pueden tener un identificador Z de uno. Mientras tanto, las segundas tres columnas 584 pueden tener un identificador Z de dos, mientras que las terceras tres columnas 586 pueden tener un identificador Z de tres. Del mismo modo, para direccionar cada módulo dentro del grupo, cada módulo direccionable tiene un identificador Y único dentro de cada grupo. Por ejemplo, en el grupo 526, el módulo direccionable 534 tiene un identificador Y de uno, el módulo direccionable 536 tiene un identificador Y de dos, y el módulo direccionable 538 tiene un identificador Y de tres.

Con referencia ahora a la Fig. 6A, se proporciona un método 600 para el control del arreglo de elemento térmico. El método comienza en el bloque 610. En el bloque 612 el controlador calcula los puntos de ajuste para cada elemento térmico del arreglo. Por ejemplo, los puntos de ajuste de resistencia se pueden establecer para cada elemento térmico de manera que una resistencia medida para ese elemento se puede utilizar como un gatillo para dejar de proporcionar energía a ese elemento. En el bloque 614, se calcula la ventana de tiempo para cada elemento térmico. La ventana de tiempo puede ser el tiempo asignado para energizar un elemento térmico particular. Aunque, si la resistencia del elemento térmico está por encima del punto de ajuste, el controlador puede permanecer latente durante el resto de la ventana de tiempo o puede pasar directamente a la siguiente ventana para energizar el siguiente elemento térmico. Sin embargo, puede ser deseable tener un tiempo mínimo de espera para cada elemento térmico de tal manera que la energía no se proporciona constantemente al sistema para fines de medición, con lo que los elementos de calentamiento van más allá de lo necesario para la aplicación de calentamiento.

En el bloque 616, el controlador determina si se ha alcanzado el final de la ventana de tiempo para el elemento térmico actual. Si se ha llegado al final de la ventana de tiempo para el elemento actual, el método sigue la línea 620 al bloque 622. En el bloque 622, el controlador incrementa al siguiente elemento térmico dentro del arreglo y procede al bloque 616 donde continúa el proceso. Si no se ha alcanzado el final de la ventana de tiempo el método sigue la línea 618 al bloque 624. En el bloque 624, el controlador puede proporcionar simultáneamente energía al elemento térmico y medir las características eléctricas del elemento térmico. En el bloque 626, el controlador determina si el elemento térmico ha excedido el punto de ajuste del elemento térmico basado en las características medidas. Si se ha excedido el punto de ajuste, el método puede esperar hasta que la ventana de tiempo sea completada o, con cierto retraso, proceder a lo largo de la línea 628 al bloque 622. En el bloque 622, el elemento térmico se incrementa hasta el siguiente elemento térmico y el proceso avanza hasta el bloque 616. Si el elemento térmico no ha superado el punto de ajuste basado en las características medidas, el proceso sigue la línea 630 al bloque 616, donde continúa el proceso.

Con referencia ahora a la Fig. 6B, se proporciona un diagrama de temporización que ilustra un escenario del método 600. El primer elemento es considerado durante la primera ventana de tiempo 650. La resistencia del primer elemento se denota por la línea 654. Una vez más, se observa que la resistencia del elemento térmico puede correlacionarse a la temperatura del elemento térmico. El punto de ajuste para el primer elemento térmico se indica con la línea 652. La temperatura del elemento térmico aumenta sobre la primera ventana de tiempo 650 conforme la energía se aplica al elemento térmico. Sin embargo, el primer elemento térmico está demasiado frío y no alcanza el punto de ajuste 652, antes de que la primera ventana de tiempo 650 transcurra.

Durante la segunda ventana de tiempo 656, el controlador proporciona energía al segundo elemento para medir la resistencia 658. En este ejemplo, la temperatura y, por lo tanto, la resistencia 658 son inmediatamente mayores que el punto de ajuste del elemento 660. Dado que la resistencia es demasiado alta, se determina que el elemento está demasiado caliente. Por lo tanto, el segundo elemento térmico es apagado inmediatamente para el resto de la segunda ventana de tiempo 656. El controlador puede permanecer latente durante el resto de la segunda ventana de tiempo 656 o puede, después de un retraso de tiempo predefinido, moverse a la tercera ventana de tiempo 662.

Durante la tercera ventana de tiempo 662, un tercer elemento es energizado y controlado. La resistencia del tercer elemento 664 inicia por debajo del punto de ajuste del tercer elemento 666. Conforme se proporciona energía al tercer elemento, la resistencia aumenta como se indica por la línea 664 hasta que la resistencia alcanza el punto de ajuste del tercer elemento 666 como se indica en el punto 668. Cuando se alcanza el punto de ajuste antes del final de la ventana de tiempo, el elemento se apaga y el controlador puede permanecer latente durante el resto de la tercera ventana de tiempo 662. Si, como en este ejemplo, sólo hay tres elementos térmicos la primera ventana de tiempo puede repetirse como se indica mediante el número de referencia 670. Una vez más, la resistencia 672 del primer elemento comienza por debajo del punto de ajuste del primer elemento 674. Sin embargo, el primer elemento se ha calentado desde el último punto de partida de la ventana de tiempo 650. Por lo tanto, la resistencia 672 del primer elemento eventualmente alcanza el primer punto de ajuste 674 en el punto 676 antes del final de la ventana de tiempo 670. El primer elemento habiendo retenido parte de su energía a partir de su última activación, la energía aplicada fue suficiente para alcanzar el punto de ajuste y apagado antes del final de la ventana de tiempo 670. Por lo tanto, el controlador puede permanecer latente durante el resto de la ventana de tiempo 670 o después de un retraso de tiempo predefinido conduciendo directamente a la ventana de tiempo para el segundo elemento. Las diversas ventanas de tiempo serán entonces repetidas basándose en la condición de cada elemento térmico y las influencias ambientales.

El método de control muestra el comportamiento de tres elementos de capa de ajuste de calentamiento de TCR positivo en varias condiciones térmicas. Aunque otras realizaciones pueden usarse, por ejemplo elementos de calentamiento de TCR negativo en cuyo caso los puntos de ajuste se aproximan a partir de un nivel de resistencia superior. El método de control se lleva a cabo mediante el cálculo de la resistencia de cada elemento durante la ventana de tiempo asignada para ese elemento utilizando la información del voltaje y/o corriente obtenida cuando el elemento es energizado. Se debe reconocer que la resistencia del elemento puede deducirse al medir únicamente la corriente o el voltaje, siempre y cuando la energía sea suministrada por, respectivamente, una fuente de voltaje o corriente conocida. Energizar un elemento de calentamiento aumenta su temperatura, y por tanto su resistencia se eleva cuando se energiza activamente. Utilizando la información de calibración obtenida previamente, la resistencia de muestreo y activa se compara con un punto de ajuste previamente asignado para ese elemento de calentamiento. Mientras la resistencia siga siendo más baja que el punto de ajuste asignado, el elemento permanece energizado hasta el final de la ventana de tiempo asignada, o bien, si el elemento de resistencia está por encima o se eleva por encima de su resistencia de punto de ajuste de objetivo, el elemento se apaga inmediatamente y permanece así durante el resto de la ventana de tiempo asignada. Cada elemento se convierte en activo en secuencia, y después el ciclo comienza de nuevo y se repite continuamente.

Las ventanas de tiempo no necesitan ser de una duración determinada. Es suficiente que el sistema disipe la suficiente energía de cada elemento de forma que el "A tiempo" mínimo requerido para la primera medición no proporcione (contribuya) más energía que pueda ser disipada por el sistema antes de que el elemento se active de nuevo, y que la energía suficienta puede ser suministrada durante el "A tiempo" máximo de tal manera que la temperatura promedio de cada elemento se puede aumentar por el sistema de control para asumir el control durante su ventana activa. El control de estado de equilibrio se alcanza cuando todos los elementos de calentamiento en la capa de ajuste llegan constantemente sus puntos de ajuste individuales durante sus ventanas de tiempo asignadas. La eficiencia del control se consigue mediante la elección de un rango del punto de ajuste mínimo de la capa de ajuste del calentador, la suficiente energía suministrada, el corto tiempo de duración de la ventana, el muestreo rápido, y el número mínimo de elementos requeridos.

Con referencia ahora a la Fig. 7a, se proporciona otro método para controlar la arreglo térmico. El método comienza en el bloque 710, donde se calculan los puntos de ajuste de resistencia para cada modo, junto con un comando de energía para cada elemento térmico. En el bloque 712, se determina el período de tiempo para cada modo. En el bloque 714, el modo se establece en un primer modo o en el modo inicial. En el bloque 716, el controlador aplica el modo actual al arreglo de calentador. En el bloque 718, el controlador espera el final del período de tiempo continuando para proporcionar energía como se define por el modo. En el bloque 720, el modo se incrementa. En el bloque 722, el controlador determina si el modo actual es el último modo de la secuencia. Si el modo actual no es mayor que el número total de modos en la secuencia, el método sigue la línea 724 al bloque 716, donde el modo actual es aplicado y el método continúa.

Haciendo referencia de nuevo al bloque 722, si el modo actual es mayor que el número total de modos en una secuencia, el método sigue la línea 726 al bloque 728. En el bloque 728, el controlador determina si el sistema necesita determinar la temperatura en los elementos térmicos, por ejemplo mediante la medición de características de los elementos térmicos. El sistema de control puede medir las características térmicas basándose en diversos algoritmos incluyendo el predeterminado número de secuencias, basándose en un período de tiempo, o basándose en las características ambientales identificadas. Si la temperatura no necesita ser medida, el método sigue la línea 734 al bloque 736, donde las temperaturas se determinan como se describe en otra parte en esta solicitud. El método entonces sigue la línea 738 al bloque 732. Alternativamente, si las temperaturas no necesitan ser medidas en el bloque 728, el método fluye a lo largo de la línea 730 al bloque 732. En el bloque 732, el controlador espera hasta que haya pasado el tiempo de secuencia asignado. Puede ser importante para el sistema esperar por el tiempo de secuencia asignado, de otra manera el calor adicional puede ser añadido al sistema más rápido de lo previsto y lo que puede comprometer la estabilidad del algoritmo. El método entonces pasa al bloque 740.

En el bloque 740, el controlador determina si el comando de energía ha cambiado, basado en la medición. Por consiguiente, un algoritmo tal como un algoritmo PID ajusta el comando de energía, como se indica en el bloque 742 basado en la medición realizada por el controlador en el bloque 736. El algoritmo en el bloque 742 puede determinar el comando de energía ajustado y proporcionar información sobre que el comando de energía ha cambiado al bloque 740. Si el comando de energía ha cambiado en el bloque 740, el método sigue la línea 746 al bloque 712, donde se vuelven a calcular los períodos de tiempo para cada modo. El método entonces continúa. Si las características del sistema no han cambiado, el método sigue la línea 744 al bloque 714 donde el sistema de control vuelve al primer modo y el método continúa.

Se proporciona un ejemplo específico para un sistema que tiene cuatro nodos 750 con seis elementos térmicos 752, como se muestra en la Fig. 7b. Un arreglo multi-paralelo puede estar compuesto de una interfaz de energía de n-cables, conectada a una serie de calentadores de tal manera que cada posible emparejamiento de cables de control tiene un solo calentador conectado entre ellos. Se puede demostrar fácilmente que el número calentadores que se pueden conectar de esta manera es igual a n(n - 1)/2.

El desarrollo discutido con respecto a la Fig. 7b asume un sistema normalizado, en el que las resistencias del calentador son todas un ohmio y las líneas de control son accionadas a 1 voltio, cero voltios, o están en circuito abierto (alta impedancia). Sin embargo, el sistema se puede escalar usando las ecuaciones presentadas aquí para un sistema con otros voltajes y resistencias.

Este método, en una implementación, divide (parte) el de control en dos partes, es decir, una parte constante y una parte de desviación, en donde la parte constante es igual para todos los calentadores, y la parte de desviación es igual y simétrica para todos los calentadores. Es posible que otras particiones de control puedan proporcionarse para una mayor flexibilidad en el control. Por ejemplo, un sistema puede ser dividido en dos diferentes partes constantes y una sola parte de desviación, lo que permite dos zonas de control distintas a distintos niveles de energía medios. Además, el sistema puede ser dividido en una sola parte constante y dos partes de desviación para dar una mayor gama de control en un subconjunto de calentadores. Nótese que independientemente de la partición, es posible aplicar vectores de control donde las limitaciones de c pueden ser violadas, y sin embargo, el control es posible a pesar de que el control de estabilidad no puede ser garantizado.

En una implementación de este método, podría ser ventajoso mantener diferentes conjuntos de control constantes, y cambiar entre ellos dinámicamente con el fin de mejorar el ajuste del comportamiento del sistema a diferentes condiciones de funcionamiento.

Una tabla de modo se puede construir para el sistema. La energía puede ser calculada para cada fuente de energía y calentador, para cada combinación única de aplicación de energía al arreglo. Estos valores pueden ser almacenados en la tabla de modo.

A continuación se muestra una tabla de modo de un sistema de 4 nodos. Los lugares con "nan" indican las líneas de circuito abierto. Por ejemplo, el Modo # 11 tiene tierra conectada en V1 y V4 (produciendo cero energía), energía conectada en V3 (produciendo 2.67 vatios o watts), y V2 es circuito abierto.

A partir de la tabla de modo, construir una matriz A compuesta por las energías del calentador para un subconjunto de modos. Esta matriz debe estar al menos en el rango n, donde n es el número de calentadores en el sistema. Una óptima selección de los modos resulta en A teniendo el número de condición de matriz baja, máxima energía total promedio, desviación máxima de energía disponible, y un número mínimo de modos.

Como un ejemplo, elegir los modos de 1 a 10 da lo siguiente: Nótese que esta matriz no es una solución de fila mínima, ni tampoco tiene el número de condición más bajo de otras soluciones, pero sí representa un sistema controlable.

A partir de esta matriz, un algoritmo de control de energía puede ser construido como se muestra a continuación.

Las nonvenciones de notación utilizadas a continuación: matriz (mayúsculas en negrita cursiva) vector (minúsculas en negrita cursiva) escalar (minúscula en cursiva) vector con 1 en cada posición operador de división de matrices relacionado con el elemento La energía promedio del calentador p se puede controlar utilizando un vector de ciclo de trabajo generalizado d, donde y donde los modos ' se aplican al arreglo por tiempos de tal forma que ATd = p Se puede demostrar que si seleccionamos d como d = H(pl + pAc) = pHl + p&Hc donde c es un vector de control nx1 cuyos elementos satisfacen _ 1 = Ci = 1 , y donde p y ?d son los parámetros de energía media constante y de energía desviación, y H es la pseudo-inversa de Moore-Penrose, es decir, inv^ )( tenemos entonces un nivel de control medio fijo en cada calentador sumado con un nivel de desviación que es proporcional a los elementos del vector de control, como se muestra a continuación: p = p + ?? = pl + pác Los valores para µ y µ? se pueden seleccionar arbitrariamente, pero sujetos a las siguientes limitaciones: p > pamax(|H|l ÷ Hl) Para obtener la máxima desviación posible ?d, establecemos los lados derechos de las desigualdades anteriores iguales y luego resolvemos para ? ??: Por ejemplo, en la Fig. 7b, el pseudo-inversa de para producir 0.176632 0.173926 0.163697 0.169614 -0.29793 -0.241645 0.235286 0.148082 -0.301471 0.242824 0.214565 -0.286556 -0.290792 0.211658 0.214995 -0.152259 0.138518 -0.097446 0.156789 0.261924 0.143359 -0.1326S8 0.159100 -0.127411 0.2722881 -0.126985 -0.169760 0.168541 0.262082 -0.159336 0.285435 0.286556 -0.209208 -0.211658 -0.214995 0.188285 -0.061245 0.182287 -0.063245 0.024007 -0.131370 -0.065526 0.183376 0.039389 -0.083488 -0.074486 0.179800 -0.045754 0.189377 0.014794 ¦ Entonces, los valores de p y Pá pueden ser calculados como se describió anteriormente: V = - = 0.48907 lí/lmax(|ff| 1 ÷ H í) + |lff| 1 1 P¿ = = 0.063065 ÍHlmax(|ff| l ÷ Hl) + \lfí\ l La ecuación para los ciclos de trabajo puede ser resuelta como una función de c utilizando d = fí(pl + p¿c) = pHl + p^Hc para obtener 0.091210 -1.2577e - 002 1.1139e - - 002 l,0969e - - 002 1.0324e - 002 1.0697e - 002 -1.8789e - 002] 0.115617 9.6695e - - 003 -1.5239e - 002 1.4838e - - 002 9.3388e - 003 -1.9012e - - 002 1.5314e - 002 0.136576 1.3583e - - 002 1.3531e - - 002 -1.8072e - 002 -1.8339e - - 002 1.3348e - 002 1.3559e - 002 0.088604 -7.9686e - 003 -9.6022e - 003 8.7356e - - 003 -6.1454e - - 003 9.8878e - 003 1.6518e - 002 0.080799 -9.4262e - 003 9.0409 - 003 -8.3661e - 003 1.0034e - 002 -8.0352e - - 003 1.7172e - 002 d = 0.066041 1.0121e - - 002 -8.0083e - 003 -1.0706e - 002 1.0629* - 002 1.6528e - 002 -1.0049e - O02 0.107959 1.7949e - - 002 l.SOOle - - 002 1.8072e - - 002 -1.3194e - - 002 -1.3348e - - 002 -1.3559e - 002 0.064579 -8.7057e - 003 1.1874e ¦ - 002 -3.8624e - 003 1.1496e - 002 -3.9885e - - 003 1.5140e - 003 0.062877 1.1742e - - 002 -8.2848e - 003 -4.1324e - 003 1.1565e - 002 2.4841e - 003 -5.2652e - 003 1-0.071518-1 L-7.4101e - 003 -4.6975e - 003 1.1339e - - 002 -2.8855e - - 003 1.1943e - 002 9.3301e - 004 J Puede ser elegido un cuanto de tiempo T que puede ser implementado en el controlador, por ejemplo, un microsegundo. También se puede seleccionar un periodo de bucle de control de base de T para el sistema que es suficientemente menor que la constante de tiempo térmica del sistema calentador, por ejemplo, 1 segundo.

Un período de tiempo (por ejemplo, en la forma de un ciclo de trabajo) puede definirse como dc = round ( ) = round(l,000,000d) y sustituirse en la ecuación para obtener lo siguiente: 11139 10969 10324 10697 -18789- -15239 14838 9339 -19012 15314 13531 -18072 -18339 13348 13559 -9602 8736 -6145 9888 16518 9041 -8366 10034 -8035 17172 -8008 -10706 10629 16528 -10049 18001 18072 -13194 -13348 -13SS9 11874 -3862 11492 -3989 1514 -8285 -4132 11565 2484 -5265 -4697 11339 -2885 11943 933 - Esta ecuación se puede implementar en el controlador como un par de matrices de coeficientes constantes junto con una función que calcula los ciclos de trabajo dc a partir del vector de control c (que es un vector de valores de punto flotante).

Con el fin de implementar el control, también necesitamos conocer los modos correspondientes a las filas de A, que en nuestro ejemplo, comprenden las diez primeras filas de la tabla de modos como se muestra a continuación.

Debido a una implementación de hardware práctica se utilizarán conductores de medio puente en cada uno de los cables de energía, basta simplemente con saber si una línea es para conducción alta, baja o en circuito abierto. Por lo tanto, podemos construir los modos de salida mediante la inspección de los valores de energía para cada uno de los cables de conducción, donde energía cero es una conducción baja, energía diferente a cero es una conducción alta, y energía "nan" es circuito abierto. El resultado, para nuestro ejemplo, es como se muestra a continuación: La ejecución del control puede proceder de acuerdo con el siguiente pseudocódigo: inicializar temporizador M con un cuanto de tiempo de t iniciar el temporizador M hacer establecer cmp = 0 establecer i = 1 obtener el valor actual de c y calcular dc establecer el valor de conteo de M a cero hacer aplicar el modo de m, al sistema cmp = cmp + dc [i] mientras que el valor de conteo de M es menor que cmp hacer bucle i = i + 1 mientras que i es < = el número de elementos en dc apagar todas las salidas T mientras que el valor de conteo de M es menor que t hacer bucle Con referencia ahora a la Fig. 8, se proporciona un método 800 para la medición de resistencias. En particular, el método 800 puede ser particularmente útil con el método de la Fig. 7a (por ejemplo, el bloque 736). En el bloque 810, la característica, por ejemplo, se le puede asignar un vector nulo y el modo se puede establecer en el primer modo. En el bloque 812, el controlador aplica el modo activo al arreglo térmico. En el bloque 814, el controlador mide la cantidad de corriente proporcionada en el arreglo para el modo activo. En el bloque 816, el controlador indica al siguiente modo para que sea el modo activo. En el bloque 8 8, el controlador determina si el modo activo es mayor que el número total de modos. Si el modo activo no es mayor que el número total de modos, el método sigue la línea 820 al bloque 812, donde se aplica el próximo modo al arreglo térmico.

En referencia de nuevo al bloque 818, si el modo activo es mayor que el número total de modos, el método sigue la línea 822 al bloque 824. En el bloque 824, el controlador determina la corriente para cada elemento térmico basado en la corriente aplicada al modo activo y la relación de las resistencias. El método entonces pasa al bloque 826, donde se determina la resistencia para cada elemento térmico basándose en el voltaje proporcionado al sistema y la corriente que se asigna a cada elemento térmico. A partir de la medición de la resistencia, el controlador puede entonces determinar una temperatura de cada elemento térmico de acuerdo con una relación de resistencia a la temperatura que se almacena para cada elemento térmico.

Mientras en algunas realizaciones, el sistema puede medir la corriente aplicada al modo para calcular las resistencias de cada elemento térmico. En algunas realizaciones, el sistema puede medir también o alternativamente otros parámetros tales como el voltaje en cada uno de los nodos. La obtención de mediciones adicionales puede ayudar a sobre limitar la relación y un ajuste de mínimos cuadrados puede ser utilizado para determinar las resistencias. Sobre limitar la relación puede reducir el error en los cálculos y proporcionar valores de resistencia más fiables para cada elemento térmico. Si bien esto puede ser aplicado al método de procesamiento por lotes de la Fig. 7a y 7b, este podría aplicarse igualmente al método de indización descrito en relación a la Fig. 6a y 6b.

Mientras la resistencia puede ser utilizada para calcular la información de temperatura en el elemento térmico, la energía suministrada al elemento térmico y/o al arreglo térmico como un todo se puede utilizar para calcular el flujo de calor a los elementos térmicos. En algunas realizaciones de esta información se puede utilizar como retroalimentación, por ejemplo, cambiando los parámetros del proceso para un punto de ajuste de energía. En algunas realizaciones, estas características se pueden utilizar como realimentación a un proceso externo, por ejemplo, para controlar otras variables ambientales, tales como el tiempo de procesamiento u otras características de proceso en los procesos de fabricación. Un ejemplo, podría incluir el ajuste de tiempo de procesamiento en el proceso de fabricación de semiconductores para aumentar el rendimiento de chips. Otro ejemplo, podría incluir proveer un diagnóstico del sistema para la degradación del sistema.

En algunas realizaciones, el elemento térmico actúa como solo un calentador, en otras realizaciones, los elementos térmicos pueden actuar como calentadores y sensores térmicos, o incluso en otras realizaciones como solo sensores térmicos. En realizaciones en las que los elementos térmicos se utilizan como sólo sensores o se intercambian entre sensor y calentador durante períodos de tiempo que no se sobreponen, la detección puede llevarse a cabo con una fuente de voltaje baja y/o una fuente de energía baja (por ejemplo, período de tiempo corto).

El arreglo térmico puede ser energizado con una baja cantidad de energía para adquirir la medición sin perturbar significativamente la temperatura del elemento térmico. Por ejemplo, el arreglo térmico puede ser energizado con un voltaje capaz de causar un cambio de menos del 5% en la temperatura, para la temperatura siendo medida durante el período de tiempo aplicado. En un ejemplo, una baja energía promedio es proporcionada por una energía de pulso proporcionada por menos de un segundo.

En otras realizaciones, el controlador puede crear una alerta basada en la resistencia medida (temperatura) y/o la energía (flujo de calor) de cada elemento térmico o una combinación de elementos térmicos. La alerta puede tomar muchas formas, incluyendo una alerta visual, alerta audible, una señal de control, un mensaje (por ejemplo, un texto o correo electrónico).

Un ejemplo específico de medición se proporciona con respecto al sistema que tiene cuatro nodos y seis elementos en la Fig. 7b. Utilizando esta topología, un arreglo de medición de temperatura se puede activar. Los elementos térmicos múltiples pueden ser utilizados como sensores RTD para medir con menos conexiones eléctricas (nodos) mediante el uso de un solo sistema de medición integrado para calcular la temperatura para todo un arreglo de sensores. A través de mediciones secuenciales rápidas de baja energía aplicadas en varias combinaciones a uno o más nodos (llamados Modos de Energía), todas las resistencias de los sensores pueden ser calculadas y se convierten en temperatura. Además, se nota que los diferentes modos pueden ser utilizados para energizar los modos que se utilizan para la medición del arreglo térmico.

Las siguientes variables se definen: nNodos = N # de nodos, N > 2, porque N = 2 es para un solo, independiente RTD nSensores = N x (N- 1)/2 # de sensores que se pueden conectar entre diferentes pares de nodos ¡Modos = 2N 1-1 # de modos de energía (no nodos flotantes, redundancias, o 0-vectores) A continuación, una matriz de Modo de Energía se define del tamaño ¡Modos x nNodos, que contiene todas las combinaciones de cada nodo energizado con V+ ó 0, pero donde el último nodo es siempre 0 (por ejemplo, retorno o tierra). Si normalizamos V+ igual a 1 , entonces la matriz de Modo de Energía es sólo una tabla binaria (ya que los nodos deben ser ya sea 0 ó 1). La matriz de Modo de Energía [M] (para nNodos N > 5) se ilustra de la siguiente manera [columnal = bit menos significativo]: Modo # Una matriz de enrutamiento [R] y se puede formar a partir de la diferencia absoluta entre todos los pares de nodos para cada Modo de Energía en [M]. Esto resulta en [R] de tamaño ¡Modos x nSensores que no es cuadrada para N > 3 y no es óptima para N > 5. Utilizando un subconjunto de los modos disponibles la condición de la matriz [R] para N > 5 se puede reducir, lo que puede disminuir el tiempo de cálculo y el error de cálculo. Para N > 5, una condición mínima de [R] se logra al utilizar sólo modos de [M] donde dos nodos están activos simultáneamente y donde N - 2 nodos están activos simultáneamente.

Las ecuaciones que rigen para la tabla anterior (para N > 5) son: El número de modos con dos nodos activos = (N - 1 ) x (N - 2)/2.

El número de modos con (N - 2) nodos activos = (N - 1 ).

Utilizando el conjunto reducido de modos para N > 5 resulta en una matriz de Enrutamiento cuadrada donde #Sensores = #Modos, y la condición de la matriz de [R] = N - 2.

El siguiente pseudocódigo calcula (computa) [R] de [M]: R = ceros (nSensores, nSensores) Inicializar la matriz de enrutamiento para i = 1 :nSensores El reducido número de modos m = 0 para j = 1 :nNodos - El número de sistema de nodos menos uno para k = j + 1 :nNodos m = m + 1 R (i, m) = abs (Modo (i, j) - Modo (i, k)) Distinto de cero = flujo de corriente final final final Por ejemplo: si N = 6, hay 31 modos disponibles y los números de modo con 2 nodos activos son: 3 5 6 9 10 12 17 18 20 24, y los números de modo con N - 2 nodos activos son: 15 23 27 29 30 La matriz de enrutamiento resultante [R] para N = 6 se da de la siguiente manera, donde cada fila es un modo de [3 5 6 9 10 12 15 17 18 20 23 24 27 29 30], y cada columna es un sensor.

[R]= La anterior matriz [R] es cuadrada, contiene sólo unos y ceros, y tiene una condición de matriz de 4, así que puede ser invertida con bajo error. Las ecuaciones que rigen para este sistema de detección se dan en forma de matriz como se muestra a continuación: [is] = inv R · [i ] [Nota: Si N = 4 o 5, nSensores? nModos, se utiliza la pseudo-inversa de [R]\.

Donde [iM] es un vector de las mediciones individuales de la corriente total en el arreglo de sensores para cada Modo de Energía, e [is] es un vector de las corrientes de sensores equivalentes si los sensores fueron conducidos individualmente sin acoplamiento cruzado. Este procedimiento funciona siempre y cuando las resistencias de los sensores permanezcan sustancialmente constantes durante todo el tiempo que tome ciclar a través de todos modos en el conjunto.

Primero, un vector de la conductancia del sensor de base se puede calcular de la siguiente manera mientras se sostiene el arreglo de sensores a una temperatura de base T0 (por ejemplo 25° C) [is]To = \y-9o] To Siguiente, medir en alguna temperatura desconocida, un nuevo vector es: [ÍS]T=N-9T]T Utilizando el Coeficiente de Temperatura de Resistencia (TCR) del material sensor, un vector de proporción de conductancia del sensor relacionado con el elemento se calcula y se aplica a la siguiente ecuación para obtener las temperaturas de los sensores desconocidos: Como tal, g0 y gT se puede extraer para el V conocido; o si en una base por-nodo, V en las mediciones de base es el mismo que V para las mediciones de temperatura desconocidas, la proporción relacionada con el elemento de los vectores actuales puede ser sustituida directamente en la ecuación anterior. Nota: No hay ninguna restricción para las variaciones de conductancia de base en la primera medición o variación de la temperatura entre los sensores en la segunda medición.

Un método 900 se proporciona en la Fig. 9a para calibrar el arreglo y un método 950 se proporciona en la Fig. 9b para calcular los puntos de ajuste de objetivo. El método 900 y el método 950 pueden ser particularmente útiles con el método de control de indización de la Fig. 6a (por ejemplo, bloque 612) y el método de control de proceso por lotes de la Fig. 7a (por ejemplo, bloque 710).

El método 900 comienza en el bloque 910. En el bloque 912, el controlador fija la temperatura del arreglo a una temperatura de base, por ejemplo 25° C. En el bloque 914, el controlador determina si el proceso de control está controlando elementos individuales o si los elementos están configurados en una disposición de multi-paralelo y están siendo controlados en un lote. Si los elementos están siendo medidos en un lote, el método sigue la línea 916 al bloque 918. En el bloque 918, un procedimiento de medición por lotes, por ejemplo como se describe con respecto a la Fig. 8, pueden ser utilizados para recoger las mediciones por lotes y transformar las mediciones por lotes a las características de los elementos individuales, que luego se almacenan en un vector de base de calibración [RO]. Entonces, el método sigue la línea 924 al bloque 926 donde termina el método.

En referencia de nuevo al bloque 914, si los elementos individuales o características se miden por ejemplo, en un modo de indización, el método fluye a lo largo de la línea 920 al bloque 922. En el bloque 922, las características de los elementos individuales son medidas directamente y se almacenan en un vector de base de calibración [RO] como se indica por el bloque 922. El método entonces procede al bloque 926 donde termina el método. En los métodos alternativos, las resistencias se podrían medir manualmente, por ejemplo con un ohmímetro.

Método 950 comienza en el bloque 943. Para calcular los valores de los puntos de ajuste de objetivo, en el bloque 944 un operador proporciona los puntos de ajuste de temperatura para cada elemento o modo, entonces el método procede al bloque 946. En el bloque 946, el controlador calcula la temperatura del elemento por encima de la temperatura de base y almacena la diferencia para cada elemento en un vector. En el bloque 928, el controlador aplica el coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) para los vectores almacenados para generar un vector de resistencia de objetivo de elemento. El método sigue entonces al bloque 930. Si el arreglo de elemento térmico es un arreglo bidireccional, el método sigue la línea 940 al bloque 938. Si el arreglo de elemento térmico es un arreglo multi-paralelo, el método sigue la línea 932 al bloque 934. En el bloque 934, el vector de resistencia de objetivo de elemento se transforma en un vector de resistencia de objetivo de arreglo para cada modo de energía único. El método a continuación, sigue la línea 936 al bloque 938 donde las resistencias objetivo pueden ser convertidas a voltajes objetivo, o corrientes objetivo, basado en los voltajes y corrientes del sistema. El método entonces procede al bloque 942 donde el vector de voltajes o corrientes objetivo correspondientes a cada modo de energía es la salida del método de cálculo del punto de ajuste objetivo. El método termina en el bloque 948.

Una realización de este método se describe a continuación con respecto a la topología de cuatro nodos de la Fig. 7b. Los elementos térmicos pueden ser elementos de calentamiento hechos de materiales de alto TCR por lo que el algoritmo de control de calentamiento puede ser utilizado, pero sin los diodos o SCRs. Los nodos son energizados secuencialmente con una fuente y un retorno, dejando los otros nodos flotando. Esto proporciona una trayectoria de corriente dominante para el control si las resistencias de los elementos térmicos que son sustancialmente similares. Sin embargo, la trayectoria de corriente dominante está en paralelo con una o más trayectorias secundarias de dos o más elementos de calentamiento en serie. Las trayectorias secundarias en este sistema se pueden comparar a los términos de acoplamiento cruzado de un sistema de control múltiple-entrada/múltiple-salida. Para un buen control los términos de acoplamiento cruzado no deben dominar el sistema, por ejemplo, manteniendo las resistencias del elemento de calentamiento similares entre sí.

Las siguientes variables están definidas para el sistema de 4 nodos que se muestra en la Fig. 7b. nNodos = N # de nodos, N>2, porque N = 2 es para un solo calentador nCalentadores = N x (N-1)/2 # de calentadores independientes que se pueden conectar entre los nodos nParModos = nCalentadores # de pares de nodos independientes, otros nodos flotan, sin redundancias.

Dado que la corriente dentro del sistema debe ser igual a la corriente fuera del sistema, una Matriz de Modo de Energía de tamaño nParModos x nNodos puede ser definida, donde, para cada Modo (fila) de un T representa la corriente fluyendo dentro en un Nodo (columna), -1' representa la corriente fluyendo fuera de otro nodo, y ?1 representa un nodo flotante. Nótese que el número de ParModos es igual al número de elementos de calentamiento.

Además, un vector [G] y una matriz de nodos cuadrada [GN] se pueden definir de resistencias de elementos de calentamiento: Para iniciar el proceso, las resistencias de base (por ejemplo, 25° C) de los elementos de calentamiento se pueden obtener, ya sea por medición independiente o por el método descrito anteriormente con respecto a la Fig. 8.

Después, las resistencias de destino de cada uno de los elementos de calentamiento en su temperatura objetivo pueden ser establecidas para servir como los puntos de control. Se recomienda, en lo posible, que las resistencias a la temperatura objetivo estén dentro de ± 30% de la media para limitar el acoplamiento cruzado. La siguiente fórmula puede utilizarse para calcular las resistencias objetivo: RT = R0 x [1 + x TCR (T-r-To)] donde R0 es la resistencia de base de un elemento de calentamiento particular To es la temperatura de base correspondiente a la resistencia Ro ?t es la temperatura objetivo para ese elemento de calentamiento particular TCR es el coeficiente de temperatura de resistencia aplicable para (TT-To) La previamente definida Matriz de Nodo de Conductancia [GN] podrá calcularse en seguida.

Entonces, (nNodos-1 ) Sub-matrices de [GN] se pueden crear mediante la eliminación de una fila-columna empezando por fila-columna 2. Estas matrices representan los sistemas donde el número de fila-columna eliminado es el nodo de conexión a tierra de [M].

Después, los vectores de corriente de nNodos-1 se pueden crear con ?' en cada uno de los contenedores disponibles y ?' en los otros. Por ejemplo, en el sistema de 4 nodos: [l1] = [1 0 0]T [l2] = [0 1 0]T [l3] = [0 0 1]T Los vectores de voltaje nParModo pueden entonces ser creados a partir de cada combinación única de las submatricies [GN] y los Vectores de corriente [h], [ ], y [l3] de la siguiente manera: [V]parModo = [GN]n 1 X [lm] El máximo de cada vector de voltaje se puede retener y montar en un nuevo Vector [Vn] en el orden de la Matriz de Modo [M], donde el vector de corriente está representado por el T, y [GN]n es representado por '-1* para la fila-columna eliminada.

El bucle de control puede ser cerrado para cada modo al aplicar secuencialmente fuente y sumidero de corriente en un par de modos definido por [M], midiendo el voltaje resultante a través de ese par mientras se deja energía aplicada hasta que el voltaje medido converge con el voltaje objetivo para ese modo, o hasta que un 'tiempo fuera' previamente definido requiera la secuenciación al siguiente par de modo. Los voltajes objetivo son por amperio de corriente aplicada. Mucha corriente causa divergencia, muy poca corriente impide que el control de bucle cierre. La región de convergencia para la energía es controlada por la relación de A Tiempo mínimo a Tiempo Fuera.

Para un ejemplo específico si se provee al sistema de cuatro nodos con seis elementos de calentamiento con las siguientes resistencias a 25° C: R0 = [22.1858 20.2272 20.8922 21 .3420 23.1205 20.0585] T Supóngase un elemento de calentamiento 70/30 de níquel-hierro con un TCR lineal de 0.5 %/°C y una temperatura objetivo para cada elemento de 10 grados sobre ambiente. Las resistencias de objetivo se calculan entonces para el aumento de la temperatura deseada al incrementar cada resistencia por 5 % (0.5 % x 10): RT = [23.2951 21 .2385 21.9368 22.4091 24.2766 21.0615]1" La matriz de conductancia se basa en el recíproco de [RT]: [GN] = Los seis vectores de voltaje son entonces: El voltaje de objetivo por amperio para el bucle de control de los 6 modos [M] es el máximo de cada vector anterior: [VT] = [1 1.431 10.844 1 1.080 1 1.218 1 1.587 10.862] Cualquiera de los consoladores, sistemas de control, o motores descritos pueden implementarse en uno o más sistemas de computadora. Un sistema a modo de ejemplo se proporciona en la Fig. 10. El sistema de computadora 1 100 incluye un procesador 1 110 para ejecutar instrucciones tales como las descritas en los métodos discutidos anteriormente. Las instrucciones pueden ser almacenadas en un medio legible por computadora tal como memoria 1 112 o dispositivos de almacenamiento 1 114, por ejemplo una unidad de disco, CD o DVD. La computadora puede incluir un controlador de visualizador 1 116 que responde a instrucciones para generar un texto o visualización gráfica en un dispositivo de visualización 1 1 8, por ejemplo un monitor de computadora.

Además, el procesador 1110 puede comunicarse con un controlador de red 1120 para comunicar datos o instrucciones a otros sistemas, por ejemplo, otros sistemas de computadora en general. El controlador de red 1120 puede comunicarse a través de Ethernet o de otros protocolos conocidos para distribuir el procesamiento o proporcionar acceso remoto a la información sobre una variedad de topologías de red, incluyendo redes de área local, redes de área amplia, Internet, u otras topologías de red utilizadas comúnmente.

En otras realizaciones, ¡mplementaciones de hardware dedicadas, tales como circuitos integrados específicos de aplicación, arreglos lógicos programables y otros dispositivos de hardware, se pueden construir para poner en práctica uno o más de los métodos descritos en el presente documento. Las aplicaciones que pueden incluir los aparatos y sistemas de diversas realizaciones pueden incluir en general una variedad amplia de sistemas de computadora y electrónicos. Una o más de las realizaciones descritas en este documento pueden implementar funciones utilizando dos o más módulos o dispositivos de hardware específicos interconectados con control correspondiente y señales de datos que pueden ser comunicadas entre y a través de los módulos, o como porciones de un circuito integrado de aplicación específica. Por consiguiente, el presente sistema comprende ¡mplementaciones de software, firmware, y hardware.

Además, se observa que cualquiera de las topologías descritas se puede usar con cualquiera de los métodos de procesamiento. Adicionalmente, cualquiera de las características descritas con respecto a una topología o método puede ser utilizada con las otras topologías o métodos.

De acuerdo con varias realizaciones de la presente divulgación, los métodos descritos en este documento pueden ser implementados por programas de software ejecutables por un sistema de computadora. Además, en una realización ejemplar, no limitativa, las realizaciones pueden incluir procesamiento distribuido, procesamiento distribuido de componente/objeto, y procesamiento en paralelo. Alternativamente, el procesamiento de sistema de computadora virtual puede construirse para implementar uno o más de los métodos o funcionalidades como se describen en el presente documento.

Además, los métodos descritos en este documento pueden ser incluidos en un medio legible por computadora. El término "medio legible por computadora" incluye un solo medio o varios medios, como una base de datos centralizada o distribuida, y/o memorias caché y servidores asociados que almacenan uno o más conjuntos de instrucciones. El término "medio legible por computadora" puede incluir también cualquier medio que sea capaz de almacenar, codificar o cargar un conjunto de instrucciones para su ejecución por un procesador o que cause que un sistema de computadora lleve a cabo cualquiera o más de los métodos u operaciones descritas en el presente documento.

Como apreciará fácilmente un técnico en la materia, la descripción anterior se entiende como una ilustración de los principios de la invención. Esta descripción no pretende limitar el alcance o aplicación de la invención en que ia invención es susceptible de modificación, variación y cambio, sin apartarse del espíritu de la invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema térmico que comprende: una pluralidad de elementos térmicos; un sistema de control que tiene una pluralidad de nodos de energía, en donde cada elemento térmico está conectado entre la pluralidad de nodos de energía, el sistema de control estando configurado para calcular un periodo de tiempo para cada modo de una pluralidad de modos, indizar a través de cada modo para el periodo de tiempo correspondiente para proporcionar energía a la pluralidad de elementos térmicos de conformidad con el modo.

2. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el sistema de control está configurado para indizar a través de cada modo para medir una característica eléctrica de los elementos térmicos para el modo, y volver a calcular el período de tiempo basado en la característica eléctrica medida para cada modo.

3. El sistema de la reivindicación 1 , en donde calcular los puntos de ajuste de objetivo incluye medir una resistencia de base de los elementos térmicos.

4. El sistema de la reivindicación 3, en donde calcular los puntos de ajuste de objetivo incluye calcular una resistencia de objetivo basada en la resistencia de base, un cambio de temperatura, y un coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) para cada elemento térmico.

5. El sistema de la reivindicación 4, en donde calcular los puntos de ajuste de objetivo incluye convertir la resistencia de objetivo para cada modo en un voltaje de objetivo o una corriente de objetivo.

6. El sistema de la reivindicación 1 , en donde un primer elemento térmico y un segundo elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos se conectan entre un primer nodo y un segundo nodo, el primer elemento térmico siendo activado y el segundo elemento térmico siendo desactivado por una primera polaridad del primer nodo relativa al segundo nodo, el primer elemento térmico siendo desactivado y el segundo elemento térmico siendo activado mediante una segunda polaridad del primer nodo relativa al segundo nodo.

7. El sistema de la reivindicación 1 , en donde un elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos está conectado entre cada par de nodos de energía.

8. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el sistema de control está configurado para aplicar selectivamente un voltaje de activación, un voltaje de retorno, y una condición de circuito abierto a cada uno de los nodos de energía.

9. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el sistema de control está configurado para definir una pluralidad de modos de control, cada modo de control estando configurado para energizar al menos un elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos.

10. El sistema de la reivindicación 9, en donde el sistema de control está configurado para determinar un período de tiempo para activar cada modo basado en un comando de energía para cada elemento térmico que conducirá cada elemento térmico a un punto de ajuste de resistencia predefinido.

11. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el elemento térmico es un elemento disipativo.

12. El sistema de la reivindicación 11 , en donde el elemento térmico es un elemento resistivo.

13. El sistema de la reivindicación 12, en donde los elementos térmicos se componen de un material conductor eléctricamente con una resistencia eléctrica dependiente de la temperatura.

14. El sistema de la reivindicación 13, en donde el sistema de control está configurado para medir la resistencia del elemento resistivo para calcular una temperatura del elemento resistivo.

15. Un calentador que comprende: una placa de base; un calentador de base asegurado a la placa de base; un sustrato asegurado al calentador de base; un calentador de ajuste asegurado al sustrato, el calentador de ajuste comprendiendo una pluralidad de elementos calentadores; un plato asegurado al calentador de ajuste; y un sistema de control teniendo una pluralidad de nodos de energía, en donde cada elemento calentador está conectado entre la pluralidad de nodos de energía, el sistema de control estando configurado para calcular un periodo de tiempo para cada modo de una pluralidad de modos, indizar a través de cada modo para el periodo de tiempo correspondiente para proporcionar energía a la pluralidad de elementos térmicos de conformidad con el modo.

16. El sistema de la reivindicación 15, en donde el sistema de control está configurado para indizar a través de cada modo para medir una característica eléctrica de los elementos calentadores para el modo, recalcular el período de tiempo basado en la característica eléctrica medida para cada modo.

17. El sistema de la reivindicación 15, en donde un primer elemento calentador y un segundo elemento calentador de la pluralidad de elementos calentadores se conectan entre un primer nodo y un segundo nodo, el primer elemento calentador siendo activado y el segundo elemento calentador siendo desactivado por una primera polaridad del primer nodo relativa al segundo nodo, el primer elemento calentador siendo desactivado y el segundo elemento calentador siendo activado mediante una segunda polaridad del primer nodo relativa al segundo nodo.

18. El sistema de la reivindicación 15, en donde un elemento calentador de la pluralidad de elementos calentadores está conectado entre cada par de nodos de energía.

19. El sistema de la reivindicación 15, en donde el sistema de control está configurado para aplicar selectivamente un voltaje de activación, un voltaje de retorno, y una condición de circuito abierto a cada uno de los nodos de energía.

20. Un método para controlar un arreglo térmico, el método comprendiendo: calcular un período de tiempo para cada modo de una pluralidad de modos; e indizar a través de cada modo para el período de tiempo correspondiente para proporcionar energía a la pluralidad de elementos térmicos de conformidad con el modo para conducir cada elemento térmico a un punto de ajuste; indizar a través de cada modo para medir una característica eléctrica del modo; recalcular el período de tiempo para cada modo basado en la característica eléctrica medida de cada modo.

21. Un método para controlar un arreglo térmico, el método comprendiendo: indizar secuencialmente a través de cada modo de una pluralidad de modos; aplicar energía a un modo indizado mientras se mide una característica eléctrica de los elementos térmicos para el modo indizado.

22. El método de la reivindicación 21 , comprendiendo además cálcular al menos uno de la temperatura y el flujo de calor de un elemento basado en la medición de la característica eléctrica.

23. El método de la reivindicación 22, en donde además la característica eléctrica es la energía proporcionada al elemento.

24. El método de la reivindicación 23, comprendiendo además la activación de una alerta si el calor de al menos uno de la temperatura y el flujo cambia una cantidad de umbral.

25. El método de la reivindicación 24, comprendiendo además cambiar un parámetro de proceso basado en el cambio en al menos uno de la temperatura y flujo de calor.

26. El método de la reivindicación 25, en donde el suministro de energía al elemento térmico comprende proporcionar una baja energía promedio.