TWI824326B - 用以控制加熱器之控制系統 - Google Patents

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威廉 波林格
史丹頓 H. 布里特羅
亞當 基德尼
庫特 彼得森
詹姆斯 亨吉斯
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美商瓦特洛威電子製造公司
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Abstract

本揭露係針對用於控制一加熱器系統之一控制系統。該控制系統包括複數個帶域控制電路、至少兩個輔助控制器、以及一主控制器。該等帶域控制電路可操作以向該加熱器系統之複數個加熱器帶域提供電力並感測該等帶域之效能特性。該等輔助控制器係耦合至該複數個帶域控制電路，用以控制送至該複數個帶域之電力並用以基於該等效能特性監測該等加熱器帶域之操作。該主控制器係耦合至該等輔助控制器，並且被組配用以基於該等效能特性為該等加熱器帶域中之各者提供一操作設定點。該等輔助控制器操作該等帶域控制電路以基於該操作設定點向該加熱器系統供應電力。

Description

用以控制加熱器之控制系統
相關申請案交互參照
本申請案主張2018年3月8日提出申請之美國臨時申請案第62/640,143號之利益及優先權。上述申請案之內容係以參考方式全部併入本文。
本揭露係有關於用於以電力感測控制對具有加熱器之熱系統進行控制之系統及/或方法。
本章節中之陳述僅提供與本揭露有關之背景資訊，並且可不構成先前技術。
在各種應用中將電阻性加熱器用於向一目標及/或環境提供熱。舉例而言，此類電阻性加熱器包括但不限於：插裝加熱器、流線加熱器、或其他適合的加熱器。一控制系統通常控制送至電阻性加熱器之電力，以調節由加熱器所產生之熱量。
在一些應用中，控制系統係從對電阻性加熱器之效能進行監測之分立感測器接收回授資料之一閉環系統。儘管分立感測器提供資料以微調電阻性加熱器之控制，但該等感測器仍會佔用空間並增加總體熱系統之複雜度。本揭露解決這些及其他問題。
本章節提供本揭露之一大致彙總，並非是其完整範疇或其所有特徵之綜合揭露。
在一種形式中，本揭露係針對一種控制系統，其包括複數個帶域控制電路、至少兩個輔助控制器、以及一主控制器。該複數個帶域控制電路可操作來向一加熱器系統之複數個加熱器帶域提供電力並感測該等帶域之效能特性。該等輔助控制器係耦合至該複數個帶域控制電路。該等輔助控制器控制送至該複數個帶域之電力並基於該等效能特性監測該等加熱器帶域之操作。該主控制器係耦合至該等輔助控制器，並且被組配來基於該等效能特性為該等加熱器帶域中之各者提供一操作設定點。該等輔助控制器操作該等帶域控制電路以基於該操作設定點向該加熱器系統供應電力。
在另一形式中，該等輔助控制器中之各者包括一電力控制器及一感測器控制器。各電力控制器及各感測器控制器係耦合至該主控制器，以及該等感測器控制器係彼此耦合，並且係耦合至該複數個帶域控制電路中之各者。在一項變例中，各電力控制器係耦合至有別於另一電力控制器之一組該等帶域控制電路。
在又另一形式中，該控制系統更包括可操作來將一電力源與該控制系統耦合及解耦之一電力供應開關。在一項變例中，該主控制器及該等輔助控制器係耦合至該電力供應開關。該主控制器及該等輔助控制器中之各者被組配用以進行至少一個診斷，以及該主控制器及該等輔助控制器中之各者被組配用以基於該至少一個診斷來操作該電力供應開關。
在一種形式中，該等帶域控制電路中之各者包括用以向該加熱器帶域提供電力之一電力模組、以及用以對該加熱器帶域之電氣特性進行測量之一感測器模組。在一項變例中，該等感測器模組中之各者係耦合至該等輔助控制器中之二者，並且該等電力模組係以成組方式提供，使得各組電力模組係耦合至有別於另一組電力模組之一輔助控制器。
在另一形式中，該等輔助控制器中之各者被組配用以基於該等效能特性而進行一診斷，以判斷各帶域是否有在一經定義操作參數內操作，以及該等輔助控制器交換該診斷之結果以進行一診斷驗證檢查。
在又另一形式中，該等輔助控制器從該等帶域控制電路接收電氣特性，並且基於該等電氣特性計算該等效能特性、進行一診斷、或同時計算該等效能特性並進行該診斷。
在一種形式中，一熱系統包括本文中所述之控制系統、以及一加熱器系統，該加熱器系統包括界定複數個帶域之複數個電阻性加熱元件。該複數個電阻性加熱元件中之各者係耦合至該控制系統並具有電力感測能力，使得該控制系統提供電力並測量該電阻性加熱元件之效能特性。
在一種形式中，本揭露係針對一種控制系統，其包括複數個帶域控制電路、至少兩個輔助控制器、一主控制器、以及電力供應開關。該複數個帶域控制電路可操作以向一加熱器系統之複數個帶域提供電力並測量該等帶域之電氣特性。該等輔助控制器係耦合至該複數個帶域控制電路，用以控制送至該加熱器系統之該等帶域之電力。該等輔助控制器基於電氣特性測量該加熱器系統之一效能特性，並且基於該等電氣特性進行至少一個診斷。該主控制器係耦合至該等輔助控制器，並且基於該加熱器系統之該效能特性為該加熱器之該等帶域中之各者提供一操作設定點。該電力供應開關係耦合至該主控制器、及該等輔助控制器中之各者，其中該電力供應開關可操作以將一電力源與該控制系統耦合及解耦。
在另一形式中，該主控制器執行一或多個診斷以檢測一異常效能，並且回應於檢測到該異常效能，而操作該電力供應開關以將該電力源與該控制系統解耦。
在又另一形式中，該等輔助控制器係彼此耦合，並且該等輔助控制器中之各者與其他輔助控制器交換結果以進行一診斷驗證檢查。
在一種形式中，該等帶域控制電路中之各者包括用以對送至該帶域之電力進行控制之一電力模組、以及用以對該帶域之該等電氣特性進行測量之一感測器模組。在一項變例中，該等感測器模組中之各者係耦合至兩個該等輔助控制器，並且該等電力模組係以成組方式提供，使得各組電力模組係耦合至有別於另一組電力模組之一輔助控制器。在另一變例中，各電力模組包括一電力轉換器，該電力轉換器可由該至少兩個輔助控制器中之一輔助控制器操作以向該加熱器系統之該帶域提供電力。在又另一變例中，各感測器模組被組配用以測量一電壓、一電流、或以上的組合作為該帶域之該等電氣特性。在另一變例中，該等輔助控制電路中之各者被組配用以基於來自該感測器模組之該等電氣特性而計算該帶域之一溫度。
由本文中提供之說明，進一步適用性領域將變為顯而易見。應瞭解的是，本說明及特定實例目的僅在於說明，並不意欲限制本揭露之範疇。
以下說明本質上僅屬於例示性，並非意欲限制本揭露、應用或使用。應瞭解的是，在所有圖式中，對應之參考編號表示相似或對應之部分及特徵。
一熱系統包括具有複數個電阻性加熱元件之一加熱器系統、以及從向該等電阻性加熱元件供應可調整電力到進行系統診斷對該加熱器系統之操作進行控制之一控制系統。作為一閉環控制之部分，分立溫度感測器係設置在該熱系統周遭以測量各種效能特性，諸如溫度、電壓、電流、電阻等。這些分立感測器可增大控制系統之尺寸、成本及複雜度，因為各感測器將需要連至控制系統之一專屬輸入/輸出介面(例如：連接埠、接腳等)。
加熱器系統可具有電力感測能力，以允許控制系統提供電力並測量加熱器系統之效能特性，而無需使用一分立感測器。這可減少分立感測器之數量，但仍然將分立感測器用於驗證從加熱器系統取得之測量結果。
本揭露係針對一種控制系統，其具有感測器診斷能力，用於驗證加熱器系統之測量結果，並且在檢測到一異常效能時進行一保護措施。如本文中所述，控制系統包括用於為各電阻性加熱元件定義一電力位準之一主控制器、以及向電阻性加熱元件提供電力並對加熱器系統之效能特性進行測量之至少兩個輔助控制器。各輔助控制器與其他輔助控制器共享其資料，作為一測量驗證之部分，或換句話說，作為認證檢查之部分。在這種狀況中，該等測量結果之間的一差異具有專屬性，該(等)輔助控制器通知主控制器及/或進行一保護措施，諸如停止將電力送至加熱器系統。另外，各輔助控制器進行一或多個診斷以檢查加熱器系統之效能。在一效能異常之狀況中，輔助控制器可進行一保護措施以保護熱系統。
再者，輔助控制器向主控制器提供效能特性，其進一步驗證計算並進行一或多個診斷以檢測異常效能。因此，控制系統具有至少兩層保護，用以監測加熱器系統、及控制系統本身之效能。
請參照圖1，本揭露係針對用於一加熱器系統102之一控制系統100，加熱器系統102具有界定多個加熱帶域之一或多個電阻性加熱元件1041 至104N (統稱為「加熱元件104」；「N」係一整數)。控制系統100與加熱器系統102一起形成一熱系統。
控制系統100係電氣耦合至電阻性加熱元件104，並且藉由將來自一電力源106之一電壓輸入轉換成可等於或小於該電壓輸入之一所欲電壓輸出，向加熱元件104提供可調整電力。
加熱器系統102具有允許控制系統102提供電力並對加熱器系統之效能特性進行測量之電力感測能力。舉例而言，在一種形式中，加熱器系統102可以是一「雙線」加熱器，使得加熱元件104之電阻變化可由控制系統100用於確定諸如溫度之效能特性。此一雙線系統是在美國專利案第7,19​​6,295中揭示，該專利案與本專利申請案被共同擁有，並且其全文內容係以參考方式併入本文。在一雙線系統中，該系統係合併加熱器設計與諸控件之一適應性熱系統，該等控件將功率、電阻、電壓及電流併入一可客製化回授控制系統，該可客製化回授控制系統限制一或多個這些參數(即功率、電阻、電壓、電流)同時控制另一者。控制系統被組配用以監測在一時段內遞送至加熱器系統之電流、電壓及功率其中至少一者，以獲取穩定之連續電流及電壓讀數。接著，可將這些讀數用於確定電阻，從而確定加熱器系統之加熱元件之溫度。
在另一實例中，加熱器系統102之加熱元件104可具有用以連接至控制系統100之溫度感測電力接腳。更特別的是，請參照圖2，加熱器系統102可包括多個插裝加熱器，諸如插裝加熱器200，其包括具有兩個末端部分204及206之一電阻性加熱元件202。在一種形式中，電阻性加熱元件202呈一金屬線之形式，舉例如一鎳鉻合金材料，並且係繞著一非傳導部分(或由一護套209環繞之核心208)纏繞或設置。核心208界定一近端210及一遠端212，並且進一步界定延伸穿過至少近端210之第一及第二孔隙214及216。
加熱器200更包含由一第一傳導材料所構成之一第一電力接腳218及由與第一電力接腳218之第一傳導材料相異之一第二傳導材料所構成之一第二電力接腳220。再者，電阻性加熱元件202係由與第一及第二電力接腳218、220之第一及第二傳導材料不同之一材料所構成，並且在末端204處與第一電力接腳218形成一第一接面222、以及在其另一末端206處與第二電力接腳220形成一第二接面224。因為電阻性加熱元件202係與接面222處之第一電力接腳218不同之一材料，並且係與接面224處之第二電力接腳220不同之一材料，所以有效地形成一熱電偶接面。因此，檢測第一及第二接面222、224處之電壓變化，以確定加熱器202之一平均溫度，而無需使用一單獨/分立溫度感測器。
下列本案申請人之共同待決申請案中提供關於溫度感測電力接腳之附加細節：2015年5月29日提出申請之題為「RESISTIVE HEATER WITH TEMPERATURE SENSING POWER PINS」之第14/725,537號美國申請案、以及2018年4月11日提出申請之題為「RESISTIVE HEATER WITH TEMPERATURE SENSING POWER PINS AND AUXILIARY SENSING JUNCTION」之第15/950,358號美國申請案。這些申請案之全文係以參考方式併入本文，並且揭示一種加熱器，其具有連接至諸電力接腳之一或多個電阻性加熱元件，該等電力接腳作用為一熱電偶感測接腳，用以測量電阻性加熱元件之溫度。根據該申請案，一控制器與該等電力接腳通訊，並且被組配用以測量由加熱器電阻元件與該等電力接腳所形成之接面處之電壓變化(mV)，並且用以計算電阻性加熱器元件之一平均溫度。溫度感測電力接腳可與其他加熱器配合使用，諸如一(諸)流線加熱器、一(諸)流體沉浸式加熱器、或其他適合的加熱器，並且不應受限於插裝加熱器。
請參照圖3，在一種形式中，可將控制系統100設置為對一加熱器系統302之操作進行控制之一控制系統300，加熱器系統302具有由多個電阻性加熱元件(統稱為「加熱器帶域304」)所界定之六個加熱器帶域3041 至3046 。與加熱器系統102相似，加熱器系統302具有電力感測能力，並且各加熱器帶域304係電氣耦合至控制系統300。在一種形式中，控制系統300係經由一接觸器305耦合至電力源106。
控制系統300包括複數個帶域控制電路3201 至3206 (統稱為「帶域控制電路320」)、至少兩個輔助(AUX)控制器3221 及3222 (統稱為「輔助控制器322」)、一主控制器324、以及一電力供應開關326。應輕易瞭解的是，本揭露之控制系統可被組配用以控制任何數量之加熱器帶域/加熱元件(例如：2個或更多個)，因此，不應受限於六個。
在一種形式中，帶域控制電路320係連接至加熱器帶域304，以提供各帶域304之獨立控制。各帶域控制電路320包括用以對一特定帶域304進行電力控制之一電力模組(PM) 330 (圖中之3301 至3306 )、以及用以在加熱器帶域304之加熱元件處測量諸如電壓及/或電流等電氣特性之一感測器模組(SM) 332 (圖中之3321 至3326 )。各感測器模組332係耦合至兩個輔助控制器322。電力模組330係以成組方式提供，使得各組電力模組330係耦合至有別於另一組電力模組330之一輔助控制器322。舉例而言，電力模組3301 至3303 形成耦合至輔助控制器3221 之一組，並且電力模組3304 至3306 形成耦合至輔助控制器3222 之一第二組。
在一種形式中，電力模組330包括用以向帶域304提供可調整電力之一電力轉換器，諸如一降壓轉換器，並且感測器模組332包括用以測量電氣特性一電壓及/或電流檢測器。舉例而言，請參照圖4，一例示性帶域控制電路400被組配用以連接至具有溫度感測電力接腳之一加熱器系統，其如上述，將一熱電偶接面用於測量溫度。在圖4中，實線代表電力且點劃線代表資料信號。
在一種形式中，各帶域控制電路400包括用於向加熱器系統之一帶域提供可調整電力之一電力模組402、以及用於在熱電偶接面處測量諸如電壓變化等電氣特性之一感測器模組404。在一種形式中，電力模組402包括一電力轉換器410，諸如一降壓轉換器，可由輔助控制器322操作電力轉換器410以將來自電力源106之一輸入電壓(VIN )調整成向加熱器帶域之加熱元件施加之一輸出電壓(VOUT )。舉例而言，電力轉換器410包括一控制開關(圖未示)、以及耦合至該控制開關之一驅動電路(圖未示)。該驅動電路從其中一個輔助控制器322接收一電力控制信號，並且基於該電力控制信號致動該控制開關以調整來自電力源106之電力。2017年6月15日提出申請之題為「POWER CONVERTER FOR A THERMAL SYSTEM」之美國第15/624,060號共同待決申請案中進一步說明此一電力轉換器之一項實例，該申請案與本申請案被共同擁有，並且其全文內容係以參考方式併入本文。
電力模組402更包括用以對供應至電力轉換器410之電壓量(即輸入電壓)進行檢測之一輸入(i/P)電壓檢測器412、用以對供應至加熱器系統之電壓量(即電壓輸出)進行檢測之一輸出(O/P)電壓檢測器414、以及用以對送至加熱器系統之電流量(即電流輸出)進行檢測之一輸出(O/P)電流檢測器416。檢測器412、414及416可包括用於測量電壓及/或電流之一逐次逼近暫存器(SAR)。將輸入電壓、輸出電壓、及輸出電流傳遞至輔助控制器322以供進一步處理。
除了其他電子組件以外，在一種形式中，感測器模組404還包括在進行一測量操作時於熱電偶接面處測量電壓變化之一熱電偶(TC)感測器418、以及用以在測量操作期間轉移漏電流之一分流器420。在一種形式中，TC感測器418包括用以將通常以mV為單位之所測得電壓轉換為一數位值之一類比數位轉換器、以及用以阻絕電壓尖波之一高電壓FET。感測器模組404可包括附加電子組件，用以測量與控制系統之效能相關之其他電氣特性，諸如溫度感測電力接腳所連接之連接器處之一溫度、及/或上有設置該等電子組件之電路板之一溫度。向輔助控制器332提供由感測器模組404進行之測量以供進一步處理。
儘管感測器模組404係組配成用於測量由溫度感測電力接腳所界定之熱電偶接面處之電壓，仍可將感測器模組404組配成用於一雙線加熱器系統，其中加熱元件之電阻係藉由測量加熱器帶域之加熱元件之電壓及/或電流中之至少一者來確定。在此類組態中，感測器模組可包括用於在加熱元件處測量電壓及/或電流(例如：電氣特性)之一電力計量晶片。此資料接著係由輔助控制器332用於確定加熱元件之電阻及/或一平均溫度。
請往回參照圖3，輔助控制器322被組配用以基於來自帶域控制電路320之電氣特性而控制電力並監測加熱器帶域304之效能。諸輔助控制器332各包括電子器件，諸如一或多個微處理器、儲存由微處理器執行之電腦可讀指令(即軟體程式)之記憶體(例如：RAM、ROM等)、以及其適合的組件。在一種形式中，輔助控制器322之數量係基於加熱器系統之帶域數量來選擇，因此，不應受限於兩個。
在一種形式中，各輔助控制器322包括一電力控制器3401 與3402 (統稱為「電力控制器340」)、以及一感測器控制器3421 與3422 (統稱為「感測器控制器342」)。在圖3中，不同類型之線條係用於區別來自電力控制器(實線)之通訊與來自感測器控制器(點劃線)之通訊。各電力控制器340及各感測器控制器342係耦合至主控制器324以供交換資料。各電力控制器340係耦合至有別於另一電力控制器340之一組帶域控制電路320。舉例而言，在圖3中，電力控制器3401 係耦合至帶域控制電路3201 至3203 ，並且更特別的是，係耦合至電力模組3301 至3303 。電力控制器3402 係耦合至帶域控制電路3204 至3205 ，並且更特別的是，係耦合至電力模組3304 至3306 。感測器控制器342係彼此耦合，並且係耦合至帶域控制電路320中之各者，尤其是耦合至帶域控制電路320之感測器模組332。感測器控制器342亦耦合至電力供應開關326，用於在感測器控制器342檢測到一異常效能時操作開關326。
在一種形式中，電力控制器340從主控制器324接收各加熱器帶域304之一操作設定點，並且基於該操作設定點，電力控制器340將一電力控制信號輸出至相應電力模組330，以供調整送至加熱器帶域340之電力。在一種形式中，電力控制信號係一脈衝信號，其表示用於將電力轉換器之控制開關致動之一工作週期。除了控制電流信號以外，電力控制器340還從電力模組330之輸入電壓檢測器、輸出電壓檢測器、及/或輸出電流檢測器接收信號，並且確定輸入電壓、輸出電壓、及/或輸出電流。此類回授資訊係傳送至主控制器324以供進一步處理。
在一種形式中，感測器控制器342在一測量操作期間操作帶域控制電路320，以從感測器模組332中之各者取得電氣特性。舉例而言，在測量操作期間，感測器控制器342操作感測器模組332之分流器以轉移漏電流，並且經由例如熱電偶接面來測量加熱元件之電氣特性。在另一實例中，對於一雙線加熱器系統，感測器控制器342測量加熱元件之電壓及/或電流。在一種形式中，各感測器控制器322處理電氣特性以確定加熱器帶域304之效能特性，諸如熱電偶接面處之溫度、或加熱元件之電阻及/或溫度。舉例而言，使用查詢表及/或預定義演算法，感測器控制器342可進行一熱耦合轉換(mV至溫度)、冷接面補償、一電阻測量、及/或一耐溫測量。感測器控制器342亦可被組配用以從感測器模組320取得表示電路板及/或分流器之溫度的信號。
感測器控制器322亦進行一或多個診斷，諸如加熱器帶域診斷及/或系統診斷，用於檢測異常效能。舉例而言，一加熱器帶域診斷可包括感測器控制器322，確定加熱元件是否在一相應溫度設定點及/或由主控制器界定之一相應電阻設定點操作。如果一給定加熱元件超過其相應設定點，則感測器控制器322確定加熱元件之一異常效能，並且可進行一保護措施。系統診斷可包括感測器控制器322進行一帶域至帶域診斷，其中監測加熱器系統302之相鄰加熱器帶域之間的溫度差異，以及如果該差異超過一溫度變異量門檻，則感測器控制器322確定熱系統之一異常效能，並且可發出一保護措施。一系統診斷之另一實例包括監測諸如分流器、連接器、及/或電路板等各種組件之溫度，以判斷溫度是否超過相應門檻。若是，則感測器控制器322確定該組件之一異常效能，並且進行一保護措施。所進行之保護措施可包括將異常效能通知主控制器324、操作電力控制開關326、發出一警示(聽覺性及/或視覺性)以通知一技術人員、及/或其他適合的措施。
在一種形式中，感測器控制器342中之各者針對所測得電氣特性、效能特性及/或由另一感測器控制器342進行之診斷而進行一診斷驗證檢查。舉例來說，感測器控制器342藉由比較提供給兩控制器342之所測得電氣特性來判斷感測器模組332是否正在提供準確結果。另外，感測器控制器342藉由判斷所計算之效能特性及/或診斷是否實質相同來驗證另一感測器控制器342之效能。也就是說，如果感測器控制器3421 與感測器控制器3422 相比計算出一不同溫度，則兩感測器控制器342都被組配用以檢測差異，接著可將該差異傳遞至主控制器324。因此，感測器控制器342操作為一冗餘診斷檢查，以監測加熱器系統302及彼此之效能。儘管本文中提供特定診斷實例，感測器控制器342仍可被組配其他適合的診斷及/或系統檢查，並且不應受限於本文中所述之那些診斷及/或系統檢查。
主控制器324包括電子器件，諸如一或多個微處理器、儲存由微處理器執行之電腦可讀指令(即軟體程式)之記憶體(例如：RAM、ROM等)、以及其適合的組件。在一種形式中，主控制器324基於來自一使用者之輸入、回授資料、及/或預先儲存之控制程式來控制加熱器系統302之操作。
在一種形式中，主控制器324藉由採用可通訊方式耦合至控制系統100之一運算裝置(圖未示)從使用者接收輸入。使用者可定義一或多個操作設定，諸如溫度或功率之變化率；加熱器系統或控制系統之溫度限制；加熱元件之電阻限制；控制系統之功率輸出限制；及/或其他適合的設定。從輔助控制器322提供給主控制器324之回授資料包括輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、各加熱元件之電氣特性、加熱器系統之效能特性、及/或診斷結果。
控制程式係用於在設定條件內控制加熱器系統302之電腦可執行程式，並且各程式係藉由使用者所定義或控制程式中所預定之一或多個操作設定來定義。舉例而言，控制程式可包括：一電力開啟控制，其中電力係逐漸提供給加熱器系統，直到電壓輸出/電流輸出達到一預定義限制為止；一穩態控制，其中加熱器系統之溫度受控制為一特定設定點；以及一設定率控制，其中加熱器系統之溫度係以一設定升降率提升。主控制器324可包括基於其所控制加熱器系統之其他控制程式，並且不應受限於本文中提供之實例。
根據所進行之控制程式，主控制器324確定加熱器系統302之操作設定點，諸如一溫度設定點、一電力設定點、設定率控制、及/或持續時間。舉例而言，主控制器324為加熱器系統302之各帶域及/或為加熱器系統302之一總平均溫度定義溫度設定點。在另一實例中，主控制器324為加熱器系統302之各帶域304確定電力設定點(例如：電壓及/或電流之電力位準量)。應輕易瞭解的是，主控制器324可定義其他操作設定點，並且不應受限於本文中提供之實例。
在一種形式中，主控制器324在一加熱操作期間將操作設定點傳送至輔助控制器322，並且在一測量操作期間從輔助控制器322獲取回授資料。舉例而言，在加熱操作期間，電力控制器340接收操作設定點，並且將一電力控制信號施加至電力模組330之電力轉換器，以將一所欲電力輸出至加熱器帶域304。電力控制器324亦測量控制系統中之電力量(即輸入電壓、輸出電壓及/或輸出電流)，並且將此資訊提供給主控制器324。對於測量操作，主控制器324將一測量指令傳送至感測器控制器342以測量加熱元件之電氣特性。在一種形式中，一經收到此指令，感測器控制器342便致動帶域控制電路320之分流器並測量加熱元件之電氣特性。感測器控制器342可進一步計算效能特性並進行一或多個診斷，如上述。由輔助控制器322取得之資料係傳送至主控制器324。
主控制器324亦被組配用以進行一或多個診斷以檢測熱系統之可能異常效能。主控制器324可進行與輔助控制器所進行之診斷類似之診斷、以及一些附加診斷，諸如用於判斷加熱器系統之溫度是否超過一使用者定義溫度限制之使用者溫度限制控制、以及用於對感測器控制器342之結果進行驗證之輔助控制檢查。舉例而言，使用加熱元件之電氣特性，主控制器324可使用例如雙線系統之一熱電偶轉換(mV至溫度)、冷接面補償、及/或耐溫轉換來計算效能特性。主控制器324將其計算值與輔助控制器322之計算值作比較，以判斷該等值是否實質相同。若否，則主控制器324進行一保護措施，諸如將異常效能通知使用者、及/或藉由操作電力供應開關326來停止將電力送至控制系統300。
本揭露之控制系統係組配成用於具有一電力感測能力之一加熱器系統，以減少用於提供電力及對加熱器系統之效能特性進行感測之導線數量。控制系統包括多個感測器控制器，該等感測器控制器被組配用以進行感測器診斷檢查以認證彼此確定之所測得/計算值。另外，主控制器被組配用以進行一類似診斷檢查，以從輔助控制器提供所測得值之另一層認證。因此，可不需要用於對一加熱器系統之效能特性進行驗證之分立感測器，從而使系統之複雜度降低。
應輕易瞭解的是，儘管特定例示圖係為了控制系統而提供，該系統仍可包括圖中未詳述之附加組件。舉例而言，控制系統包括諸如主控制器及輔助控制器等組件，與例如帶域控制電路之電力轉換器相比，該等組件以一更低電壓操作。因此，控制系統包括用於供電給低電壓組件之一低功率電壓供應(例如：3 V至5 V)。另外，為了保護低電壓組件免受高電壓影響，控制系統還包括將低電壓組件與高電壓組件隔離並且仍然允許該等組件交換信號之電子組件。
A、B及C等詞其中至少一者於本文中使用時，應該視為使用一非排他性邏輯OR表示一邏輯(A OR B OR C)，並且不應該視為表示「A其中至少一者、B其中至少一者、以及C其中至少一者」。
本揭露之說明本質上僅為例示性，因此，未脫離本揭露實質內容之變例係意欲落入本揭露之範疇內。請勿將此類變例視為脫離本揭露之精神及範疇。
由上述討論，將可理解，本發明可以多種實施例形式體現，包含但不限於下列： 1. 一種控制系統，其包含： 複數個帶域控制電路，其可操作來向一加熱器系統之複數個加熱器帶域提供電力並感測該等帶域之效能特性； 至少兩個輔助控制器，其耦合至該複數個帶域控制電路，其中該等輔助控制器控制送至該複數個帶域之電力並基於該等效能特性監測該等加熱器帶域之操作；以及 一主控制器，其耦合至該等輔助控制器，該主控制器被組配來基於該等效能特性為該等加熱器帶域中之各者提供一操作設定點，其中該等輔助控制器操作該等帶域控制電路以基於該操作設定點向該加熱器系統供應電力。 2. 如實施例1之控制系統，其中： 該等輔助控制器中之各者包括一電力控制器及一感測器控制器， 各電力控制器及各感測器控制器係耦合至該主控制器，以及 該等感測器控制器係彼此耦合，並且係耦合至該複數個帶域控制電路中之各者。 3. 如實施例2之控制系統，其中各電力控制器係耦合至有別於另一電力控制器之一組該等帶域控制電路。 4. 如實施例1之控制系統，其更包含可操作來將一電力源與該控制系統耦合及解耦之一電力供應開關。 5. 如實施例4之控制系統，其中： 該主控制器及該等輔助控制器係耦合至該電力供應開關， 該主控制器及該等輔助控制器中之各者被組配用以進行至少一個診斷，以及 該主控制器及該等輔助控制器中之各者被組配用以基於該至少一個診斷來操作該電力供應開關。 6. 如實施例4之控制系統，其中該主控制器執行一或多個診斷以檢測一異常效能，並且回應於檢測到該異常效能，而操作該電力供應開關以將該電力源與該控制系統解耦。 7. 如實施例1之控制系統，其中該等帶域控制電路中之各者包括用以向該加熱器帶域提供電力之一電力模組、以及用以對該加熱器帶域之電氣特性進行測量之一感測器模組。 8. 如實施例7之控制系統，其中該等感測器模組中之各者係耦合至該等輔助控制器中之二者，並且該等電力模組係以成組方式提供，使得各組電力模組係耦合至有別於另一組電力模組之一輔助控制器。 9. 如實施例7之控制系統，其中各電力模組包括一電力轉換器，該電力轉換器可由該至少兩個輔助控制器中之一輔助控制器操作以向該加熱器系統之該帶域提供電力。 10.如實施例7之控制系統，其中各感測器模組被組配用以測量一電壓、一電流、或以上的組合作為該帶域之該等電氣特性。 11.如實施例10之控制系統，其中該等輔助控制電路中之各者被組配用以基於來自該感測器模組之該等電氣特性而計算該帶域之一溫度。 12.如實施例1之控制系統，其中該等輔助控制器係彼此耦合，並且該等輔助控制器中之各者與其他輔助控制器交換結果以進行一診斷驗證檢查。 13.如實施例1之控制系統，其中： 該等輔助控制器中之各者被組配用以基於該等效能特性而進行一診斷，以判斷各帶域是否有在一經定義操作參數內操作，以及 該等輔助控制器交換該診斷之結果以進行一診斷驗證檢查。 14.如實施例1之控制系統，其中該等輔助控制器從該等帶域控制電路接收電氣特性，並且基於該等電氣特性計算該等效能特性、進行一診斷、或同時計算該等效能特性並進行該診斷。 15.一種熱系統，其包含： 如實施例1之控制系統，以及 一加熱器系統，其包含界定複數個帶域之複數個電阻性加熱元件，其中該複數個電阻性加熱元件中之各者係耦合至該控制系統並具有電力感測能力，使得該控制系統提供電力並測量該電阻性加熱元件之效能特性。
100:控制系統 102、302:加熱器系統 1041 ~104N 、202:加熱元件 106:電力源 200:插裝加熱器 204、206:末端部分 208:核心 209:護套 210:近端 212:遠端 214、216:孔隙 218、220:電力接腳 222、224:接面 3041 ~3046 :加熱器帶域 305:接觸器 3201 ~3206 、400:帶域控制電路 322、3221 、3222 :輔助控制器 324:主控制器 326:電力供應開關 3301 ~3306 、402:電力模組 3321 ~3326 、404:感測器模組 3401 、3402 :電力控制器 342、3421 、3422 :感測器控制器 410:電力轉換器 412、414、416:檢測器 418:TC感測器 420:分流器
為了可清楚理解本揭露，現將以舉例方式說明其各種形式，同時參照附圖，其中：
圖1根據本揭露，係具有一控制系統之一熱系統的一方塊圖；
圖2係具有溫度感測電力接腳之一插裝加熱器之一實例；
圖3係用於對具有六個熱帶域之一加熱器系統進行控制之一控制系統的一方塊圖；以及
圖4係控制系統之一帶域控制電路的一方塊圖。
本文中所述之圖式目的僅在於說明，並非意欲以任何方式限制本揭露之範疇。
106:電力源
302:加熱器系統
3041~3046:加熱器帶域
305:接觸器
3201~3206:帶域控制電路
3221、3222:輔助控制器
324:主控制器
326:電力供應開關
3301~3306:電力模組
3321~3326:感測器模組
3401、3402:電力控制器
342、3421、3422:感測器控制器

Claims (14)

  1. 一種控制系統，係用於控制一具有複數個加熱器帶域之加熱器系統，該控制系統包含：複數個帶域控制電路，其中該等帶域控制電路中之各者包括一電力模組及一感測器模組，該電力模組經組配成用以提供可調整電力給該等複數個加熱器帶域中之一加熱器帶域，而該感測器模組經組配成用以測量該加熱器帶域之數個電氣特性；及可通訊地耦合之至少兩個輔助控制器，其進一步耦合至該等複數個帶域控制電路，其中該等至少兩個輔助控制器經組配成用以控制經由該等複數個帶域控制電路而送至該等複數個加熱器帶域之電力以及用以基於該等電氣特性來監測該等加熱器帶域之操作，其中該等複數個帶域控制電路之該等感測器模組中之各者係可通訊地耦合至該等至少兩個輔助控制器中之各者，及該等複數個帶域控制電路之該等電力模組係以成組方式提供，使得各組電力模組耦合至有別於另一組電力模組之一輔助控制器。
  2. 如請求項1之控制系統，其中：該等至少兩個輔助控制器中之各者包括一電力控制器及一感測器控制器，及該等感測器控制器彼此耦合且耦合至該等複數個帶域控制電路之各者之該感測器模組。
  3. 如請求項2之控制系統，其中各電力控制器耦合至有別於另一電力控制器之各別的一組電力模組。
  4. 如請求項2之控制系統，其中該等至少兩個輔助控制器之該等感測器控制器經組配成用以基於來自該等複數個帶域控制電路之該等感測器模組之電氣特性來進行一系統診斷。
  5. 如請求項1之控制系統，更包含一主控制器，其耦合至該等至少兩個輔助控制器，該主控制器經組配成用以基於該等電氣特性為該等加熱器帶域中之各者提供一操作設定點，其中該等至少兩個輔助控制器經組配成用以基於該等操作設定點來控制該等複數個帶域控制電路之該等電力模組。
  6. 如請求項5之控制系統，更包含：一電力供應開關，其可操作來將一電力源與該控制系統耦合及解耦合，其中：該主控制器及該等至少兩個輔助控制器中之各者經組配成用以操作該電力供應開關。
  7. 如請求項6之控制系統，其中：該主控制器經組配成用以執行一個或多個診斷以檢測一異常效能，及該主控制器經組配成回應於檢測到該異常效能，而操作該電力供應開關以將該電力源與該控制系統解耦合。
  8. 如請求項1之控制系統，其中各電力模 組包括一電力轉換器，該電力轉換器可經由該等至少兩個輔助控制器中之一各別輔助控制器來操作以提供電力給該加熱器系統之該加熱器帶域。
  9. 如請求項1之控制系統，其中各感測器模組經組配成用以測量一電壓、一電流、或其等之組合作為該等電氣特性。
  10. 如請求項1之控制系統，其中該等至少兩個輔助控制器中之各者經組配成用以基於來自耦合至該加熱器帶域之該感測器模組之該等電氣特性來計算該加熱器帶域之一溫度。
  11. 如請求項1之控制系統，其中該等至少兩個輔助控制器中之各者經組配成用以與其他輔助控制器交換結果以進行一診斷驗證檢查。
  12. 如請求項11之控制系統，其中：該等至少兩個輔助控制器中之各者經組配成用以基於該等電氣特性來進行一診斷，以判斷各加熱器帶域是否有在一經定義之操作參數內操作，及該等至少兩個輔助控制器交換該診斷之結果以進行該診斷驗證檢查。
  13. 如請求項11之控制系統，其中：該等至少兩個輔助控制器中之各者經組配成用以基於來自該等感測器模組之該等電氣特性來對該加熱器帶域計算一效能特性、進行一診斷、或同時計算該效能特性並進行該診斷，及 該等至少兩個輔助控制器經組配成用以交換該等效能特性的結果、該診斷的結果或該等效能特性和該診斷兩者的結果，以進行一診斷驗證檢查。
  14. 如請求項11至13中任一項之控制系統，更包含一主控制器，其耦合至該等至少兩個輔助控制器，其中，該等至少兩個輔助控制器中之至少一者在該診斷驗證檢查期間回應於一被檢測到的差異而通知該主控制器。
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