MX2014002426A

MX2014002426A - Sistema de arreglo termico.

Info

Publication number: MX2014002426A
Application number: MX2014002426A
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: 2015-01-12
Also published as: US20170092514A1; AU2012301816B2; US20130105465A1; KR20140084010A; KR101731566B1; CA2847437C; WO2013033381A2; US20170236732A1; KR20140076556A; MX337204B; CN103918347B; US20130228548A1; JP6133868B2; JP2014525664A; CN104067691A; JP6655044B2; EP2752081B2; AU2012301890A1; WO2013033394A2; KR20170105639A

Abstract

Se proporciona un sistema y método. El sistema y el método tienen por lo menos tres nodos de energía, en donde un elemento térmico se conecta entre cada par de nodos de energía.

Description

SISTEMA DE ARREGLO TERMICO REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama el beneficio de las solicitudes provisionales series No. 61/528,939 presentada el 30 de agosto de 2011 y 61/635,310, presentada el 19 de abril de 2012, cuyo contenido se integra a la presente mediante referencia en su totalidad. Esta solicitud tambien se relaciona con las solicitudes co-pendientes tituladas “Calentador de Alta Definición y Método de Operación,” “Sistema de Control de Alta Definición para Calentadores,” “Sistema de Arreglo Térmico”, “Sistema de Arreglo Térmico”, “Sistema y Método para Controlar un Arreglo Térmico” y “Sistema y Método para Controlar un Arreglo Térmico,” presentadas al mismo tiempo con la presente y asignadas en común con la presente solicitud, cuyos contenidos se incorporan a la presente mediante referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente solicitud se refiere en general a un sistema de arreglo térmico.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Para superar los inconvenientes y otras limitaciones de la téenica relacionada, la presente solicitud proporciona un sistema y método que tiene por lo menos tres nodos de poder, en donde un elemento térmico se conecta entre cada par de nodos de poder.

Los objetos, características y ventajas adicionales de esta solicitud se harán fácilmente evidentes a los expertos en la técnica 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 figura 1a es una vista lateral parcial de un calentador que tiene una capa de ajuste y construido de acuerdo con los principios de una forma de la presente descripción; La figura 1b es una vista lateral en despiece de otra forma del calentador que tiene una capa de ajuste y construido de acuerdo con los principios de la presente descripción; La figura 1c es una vista en despiece en perspectiva de un calentador que ilustra cuatro (4) zonas de ejemplo para el calentador de base y dieciocho (18) zonas para el calentador de ajuste de acuerdo con los principios de la presente descripción; La figura 1d es una vista lateral de otra forma de un sistema calentador de alta definición que tiene una capa de ajuste adicional y construido de acuerdo con los principios de la presente descripción; La figura 2 es un esquema para un arreglo termico bidireccional; La figura 3a es un diagrama para una arreglo térmico multiparalela; La figura 3b es un diagrama para una arreglo térmico multiparalela y bidireccional; La figura 4 es otro diagrama para un arreglo térmico multiparalela y bidireccional; La figura 5 es un diagrama de un arreglo térmico con interruptores direccionables; La figura 6A es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para controlar una arreglo térmico; La figura 6B es un diagrama de tiempo que ilustra el método de control de la figura 6A; La figura 7A es un diagrama de flujo que ilustra otro método de control para un arreglo térmico; La figura 7B es una topología de cuatro nodos utilizada para un ejemplo de los métodos descritos; La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un método para la medición características eléctricas de un modo del arreglo térmico; La figura 9a es un diagrama de flujo que ilustra un método para calibrar el arreglo térmico; La figura 9b es un diagrama de flujo que ¡lustra un método para calcular puntos de ajuste para el arreglo térmico; La figura 10 es un diagrama para una implementación de un sistema controlador.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción es solamente de ejemplo y no pretende limitar la presente descripción, su aplicación, ni los usos. Por ejemplo, las formas siguientes de la presente descripción se dirigen a placas para su uso en el procesamiento de semiconductores, y en algunos casos platos electrostáticos. Sin embargo, debe comprenderse que los calentadores y sistemas proporcionados en el presente pueden emplearse en una variedad de aplicaciones y no se limitan a aplicaciones para procesamiento de semiconductores.

En referencia a la figura 1a, una forma de la presente descripción es un calentador 50 que incluye una capa de base del calentador 52 que tiene por lo menos un circuito de calentador 54 empotrado en el mismo. La capa de base del calentador 52 tiene por lo menos una abertura 56 (o vía) formada a traves de la misma para conectar el circuito del calentador 54 a una alimentación (no mostrada). La capa de base del calentador 52 proporciona una calefacción primaria mientras que una capa de ajuste del calentador 60 dispuesta próxima a la capa del calentador 52 como se muestra prevé el ajuste fino de una distribución de calor proporcionada por el calentador 50. La capa de ajuste 60 incluye una pluralidad de elementos de calefacción individuales 62 empotradas ahí, que se controlan independientemente. Por lo menos una abertura 64 se forma a través de la capa de ajuste 60 para conectar la pluralidad de elementos de calefacción individuales 62 a la alimentación y al controlador (no se muestra). Como se muestra adicionalmente, una capa de direccionamiento 66 se dispone entre la capa de base del calentador 52 y la capa de ajuste 60 y definen una cavidad interna 68. Un primer conjunto de conductores eléctricos 70 conecta el circuito del calentador 54 a la alimentación, que se extienden por la abertura de la capa del calentador 56. Un segundo conjunto de conductores eléctricos 72 conecta una pluralidad de elementos de calefacción 62 a la alimentación y se extienden por la cavidad interna 68 de la capa de direccionamiento 66, además de la abertura 55 en la capa de base del calentador 52. Debe entenderse que la capa de direccionamiento 66 es opcional y el calentador 50 podría emplearse sin la capa de direccionamiento 66 y en su lugar tener sólo la capa de base del calentador 52 y la capa de ajuste del calentador 60.

En otra forma, en vez de proporcionar un ajuste fino de una distribución térmica, la capa de ajuste 60 puede utilizarse alternativamente para medir la temperatura en el plato 12. Esta forma provee una pluralidad de ubicaciones específicas a un área o discretas para circuitos de resistencia dependientes de la temperatura. Cada uno de estos sensores de temperatura puede ser leído individualmente a traves de un dispositivo de conmutación de multiplexado, cuyas formas de ejemplo se exponen en más detalle a continuación, lo que permite sustancialmente más sensores para ser utilizados con respecto al número de cables de señal requeridos para medir cada sensor individual. La retroalimentación de la detección de temperatura puede proporcionar información necesaria para decisiones de control, por ejemplo para controlar una zona específica de la presión de gas de refrigeración posterior para regular el flujo térmico del sustrato 26 al plato 12. Esta misma retroalimenación también puede utilizarse para reemplazar o aumentar los sensores de temperatura instalados cerca del calentador de base 50 para el control de temperatura de las zonas de base de calefacción 54 o la temperatura del fluido de refrigeración de la placa de equilibrio (no se muestra) a través de intercambiadores térmicos de fluido de refrigeración adicionales.

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

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

En una forma, el circuito del calentador de base 54 se forma con Inconel® y los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 se forman en níquel. En todavía otra forma, los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 se forman de un material con un coeficiente de resistencia a la temperatura suficiente de manera que los elementos funcionen como calentadores y como sensores de temperatura, denominados comúnmente como "control de dos alambres o Bifilar". Tales calentadores y sus materiales se divulgan en la patente de los EE.UU. No. 7,196,295 y la solicitud de patente de los EE.UU. serie No. 11/475,534, asignadas comúnmente con la presente solicitud y cuyas descripciones se integran en la presente por referencia en su totalidad.

Con el control de dos alambres, varias formas de la presente descripción incluyen el control de la temperatura, de la energía y/o la impedancia termica de los elementos de calefacción de la capa 62 al conocer o medir el voltaje y/o la corriente aplicada a cada uno de los elementos individuales en la capa de ajuste de impedancia térmica 60, convertidas a energía eléctrica y resistencia por multiplicación y división, correspondiendo en primer lugar idénticamente a la salida del flujo térmico de cada uno de estos elementos y en segundo lugar a, a una relación conocida a la temperatura del elemento. Todos estos juntos pueden utilizarse para calcular y monitorear la carga de impedancia térmica en cada elemento para permitir un sistema operador o de control para detectar y compensar los cambios térmicos específicos al área que pueden resultar de, pero no se limitan a, cambios físicos en la cámara o el plato debido al uso o mantenimiento, errores de procesamiento y degradación del equipo. Alternativamente, a cada uno de los elementos de calefacción controlados individualmente en la capa de ajuste de impedancia térmica 60 se le puede asignar una resistencia de puntos de ajuste que corresponde a las mismas temperaturas específicas o diferentes que entonces modifican o regulan el flujo térmico que se origina en áreas correspondientes en un sustrato hacia la capa de base del calentador 52 para controlar la temperatura de sustrato durante el procesamiento del semiconductor.

En una forma, el calentador de base 50 se une a un plato 51, por ejemplo, mediante un adhesivo de silicona o incluso un adhesivo sensible a presión. Por lo tanto, el sistema de calentador 52 proporciona calefacción primaria y la capa de ajuste 60 calibra o ajusta de forma fina el perfil de calefacción de manera que se provea un perfil de temperatura uniforme o deseada al plato 51 y, por tanto, al sustrato (no se muestra).

En otra forma de la presente descripción, el coeficiente de expansión térmica (CTE) de los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 es igual al CTE del sustrato de la capa de calefacción de ajuste 60 con el fin de mejorar la sensibilidad térmica de los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 cuando se ven expuestos a cargas de presión. Muchos materiales idóneos para control de dos alambres presentan características similares a los dispositivos de temperatura resistiva (RTD), incluida la sensibilidad a la resistencia a la temperatura y a la presión. Coincidir el CTE de los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 al sustrato de la capa de calefacción de ajuste 60 reduce la presión sobre el elemento de calefacción en cuestión. Y conforme aumenta la temperatura de operación, los niveles de presión tienden a aumentar, y por lo tanto la coincidencia del CTE se convierte más en un factor. En una forma, los elementos de calefacción de la capa de ajuste 62 son de una aleación de níquel y hierro de alta pureza con un CTE de aproximadamente 15 ppm/°C y el material de poliimida que lo rodea tiene un CTE de aproximadamente 16 ppm/°C. De esta forma, los materiales que unen la capa de calefacción de ajuste 60 a las otras capas presentan características elásticas que separan físicamente la capa de calefacción de ajuste 60 de otros miembros del plato 12. Debe entenderse que también se pueden usar otros materiales con CTE comparables sin salirse del ámbito de la presente descripción.

En referencia a las figuras 1b-1d, una forma de ejemplo del calentador con una capa de base de calentador y una capa de ajuste (como generalmente se establece antes en la figura 1a) se ilustra y por lo general se indica con el número de referencia 80. El calentador 80 incluye una placa de base 82 (tambien conocida como una placa de refrigeración), que en una forma es una placa de aluminio de 16 mm de espesor. Un calentador de base 84 se fija a la placa de base 82, que en una forma usa una capa de unión elastomérica 86 como se muestra. La unión elastomérica puede ser una como la revelada en la patente de los EE.UU. No. 6,073,577 , que se incorpora a la presente por referencia en su totalidad. Un sustrato 88 está dispuesto en la parte superior del calentador de base 84 y es un material de aluminio de aproximadamente 1mm de espesor de acuerdo a una forma de la presente descripción. El sustrato 88 está diseñado para tener una conductividad térmica para disipar una cantidad necesaria de energía desde el calentador de base 84. Debido a que el calentador de base 84 tiene una energía relativamente alta, sin un cierto grado de conductividad térmica, este calentador de base 84 dejaría marcas de "testimonio" (desde la traza de circuitos resistivos) en los componentes adyacentes, lo que reduce el desempeño del sistema calentador en general.

Un calentador de ajuste 90 se dispone en la parte superior del sustrato 88 y se sujeta a un plato 92 con una capa de unión elastomérica 94, en los términos anteriormente expuestos. El plato 92 en una forma es un material de óxido de aluminio con un espesor de aproximadamente 2.5 milímetros. Debe entenderse que los materiales y dimensiones que se establecen aquí son meramente de ejemplo y, por tanto, la presente descripción no se limita a las formas específicas que se establecen en el presente documento. Además, el calentador de ajuste 90 tiene menos energía que el calentador de base 84, y como se ha indicado anteriormente, el sustrato 88 funciona para disipar energía del calentador de base 84 de manera que no se formen marcas de "testimonio" en el calentador de ajuste 90.

El calentador de base 84 y el calentador de ajuste 90 se indican con mayor detalle en la figura 1c, en donde se muestran cuatro (4) zonas de ejemplo para el calentador de base 84, y 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 puede emplearse con tamaños de plato mayores o menores debido a su capacidad para adaptar la distribución térmica. Además, el calentador de alta definición 80 puede emplearse en torno a una periferia del plato, o en lugares predeterminados a través del plato, en lugar de una configuración apilada/plana tal como se muestra aquí. Más aún, el calentador de alta definición 80 puede emplearse en kits de proceso, paredes de cámara, tapas, tuberías de gas y duchas, entre otros componentes dentro de equipos de procesamiento de semiconductores. También se debe entender que los calentadores y los sistemas de control ilustrados y descritos aquí se pueden emplear en cualquier número de aplicaciones, y por la aplicación de plato para el calentador con semiconductor de ejemplo no debe interpretarse como una limitación del ámbito de aplicación de la presente descripción.

La presente descripción también contempla que el calentador de base 84 y el calentador de ajuste 90 no se limitan a una función térmica. Debe entenderse que uno o más de estos miembros, a los que se conoce como una "capa de base funcional" y una "capa de ajuste", respectivamente, alternativamente puede ser una capa de sensor de temperatura capa u otro miembro funcional mientras permanezca en el ámbito de aplicación de la presente descripción.

Como se muestra en la figura 1 d, se puede proporcionar una capacidad de ajuste doble con la inclusión de un calentador de capa ajuste secundario 99 en la superficie superior del plato 12. La capa de ajuste secundario puede utilizarse alternativamente como una capa de detección de temperatura en lugar de una capa de calentamiento mientras se mantenga dentro del ámbito de la presente descripción. En consecuencia, se puede emplear cualquier número de calentadores de capa de ajuste y no debe limitarse a los ilustrados y descritos en este documento.

Ahora en cuanto a la figura 2, se proporciona un sistema de arreglo térmico. 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 ser configurado para recibir las mediciones de 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 de arreglo térmico. Además, el controlador 110 puede incluir y/o controlar una pluralidad de interruptores para determinar cómo se proporciona la energía a cada elemento térmico de la arreglo con base en las mediciones.

En un ejemplo, se proporciona energía a la arreglo a través de una entrada de energía trifásica como se indica con los números de referencia 112, 114, 116. La energía de entrada puede conectarse a un circuito rectificador 118 para proporcionar una corriente directa positiva (DC) 120 y una línea de energía DC negativa 122. La energía se puede distribuir a través del arreglo térmico a través de seis nodos de energía. El controlador 110 puede configurarse para controlar una pluralidad de interruptores, de forma tal que la línea de energía 120 se puede dirigir a cualquiera de los seis nodos de energía y la línea de energía negativa 122 también puede dirigirse a cualquiera de la pluralidad de nodos de energía.

En la implementación mostrada, los nodos de energía se configuran 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 implementación mostrada, los elementos térmicos son configurados en un arreglo de matriz con tres grupos de elementos térmicos y cada grupo contiene seis elementos térmicos. Sin embargo, como con cada implementación descrita aquí, más o menos nodos pueden utilizarse y, además, el número de elementos térmicos puede aumentar o disminuir proporcionalmente con el número de nodos.

El primer grupo 160 de los elementos termicos están todos conectados al nodo 138a. Del mismo modo, el segundo grupo de elementos térmicos 170 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 pueden estar formados por un material eléctricamente conductor, por ejemplo, una resistencia eléctrica dependiente de la temperatura. Más concretamente, los elementos térmicos pueden ser elementos calentadores con una característica eléctrica, como una resistencia, capacitancia o inductancia, que se correlaciona con la temperatura. No obstante, los elementos térmicos también pueden clasificarse generalmente como elementos disipativos, como elementos resistivos. En consecuencia, los elementos térmicos en cada una de las implementaciones descritas aquí pueden tener cualquiera de las características descritas anteriormente.

Dentro de cada grupo, los seis elementos térmicos están configurados 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 ser 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. De manera similar, el segundo circuito unidireccional 166 se muestra como un diodo con un cátodo conectado al nodo 138a por el segundo elemento termico 168 y un ánodo conectado al nodo 136a, con lo que se ilustra el carácter unidireccional del primer circuito unidireccional 162 opuesto al segundo circuito unidireccional 166. Hay que señalar que la aplicación de un diodo como un circuito unidireccional sólo puede trabajar para una alimentación de un voltio, sin embargo, se puede concebir diversos otros circuitos como, por ejemplo, los rectificadores controlados de silicio (SCR) que trabajan para voltajes con mayor alimentación. Tales implementaciones de los circuitos unidireccionales se describen con mayor detalle más adelante, pero podrían utilizarse en combinación con cualquiera de las implementaciones descritas aquí.

De manera similar, el segundo elemento térmico 168 está en conexión eléctrica en serie con un segundo circuito unidireccional 166, una vez más en su forma más simple que se muestra como un diodo. El primer elemento térmico 164 y el primer circuito unidireccional 162 están en paralelo 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, se aplicará energía a través del primer elemento térmico 164 y el segundo elemento térmico 168 del primer par 146a. Como se ha descrito anteriormente, el primer circuito unidireccional 162 está orientado en una dirección opuesta a la del segundo circuito unidireccional 166. Por lo tanto, el primer circuito unidireccional 162 permite que la corriente fluya a través del primer elemento térmico 164 cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 138a y un voltaje negativo se aplica al nodo 136a, pero evita que la corriente fluya cuando un voltaje positivo se proporciona al nodo 136a y se proporciona un voltaje negativo al nodo 138a. Por el contrario, cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 136a y se aplica un voltaje negativo al 138a, se permite a la corriente fluir a través del segundo elemento térmico 168, sin embargo, se evita el flujo de corriente a través del segundo elemento térmico 168 mediante el segundo circuito unidireccional 166 cuando se cambia la polaridad.

Además, cada par de elementos termicos dentro de un grupo está conectado al distinto nodo de energía del primer grupo de nodos de energía 136a, 136b y 136c. En consecuencia, el primer par de elementos térmicos 146a del primer grupo 160 está conectado entre el nodo 136a y el nodo 138a. El segundo par de elementos térmicos 146b se conecta entre el nodo de energía 136b y el nodo de energía 138a, mientras que el tercer par 146c de elementos térmicos del grupo 160 está conectado entre el nodo de energía 136c y el nodo de energía 138a. Como tal, el controlador 110 puede configurarse para seleccionar el grupo de elementos al conectar el nodo de energía 138a para la alimentación o al retorno y, a continuación, el par de elementos térmicos (146a, 146b, 146c) puede ser seleccionado al conectar uno de los nodos 136a, 136b o 136c, respectivamente, a la alimentación o al retorno. Además, el controlador 110 puede seleccionar el proporcionar energía al primer elemento de cada par o el segundo elemento de cada par en función de la polaridad del voltaje provisto entre el nodo 138a y los nodos 136a, 136b, y/o 136c.

De la misma manera, el segundo grupo de elementos térmicos 170 se conecta entre el nodo 138b del segundo grupo de nodos y el nodo 136a, 136b y 136c. Como tal, el primer par 146d de elementos térmicos del grupo 170 puede seleccionados mediante 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.

De la misma manera, el segundo grupo de elementos térmicos 180 se conecta entre el nodo 138c del segundo grupo de nodos y el nodo 136a, 136b y 136c. El primer par 146d de elementos térmicos del grupo 180 puede seleccionados mediante el nodo de energía 136a, mientras que el segundo par 146h y el tercer par 146¡ de elementos térmicos del grupo 170 pueden ser seleccionados por el nodo 136b y 136c, respectivamente.

Para la implementación mostrada, el controlador 110 manipula una pluralidad de interruptores para conectar la línea de energía positiva 120 a uno del primer grupo de nodos de energía y la línea de energía negativa 122 al segundo grupo de nodos de energía o, alternativamente, conecta la línea de energía positiva 120 al segundo grupo de nodos de energía y la línea de energía 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 a ya sea 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 120 o a la línea de alimentación negativa 122.

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

Ahora en cuanto a la figura 3a, se proporciona un sistema de arreglo termico multiparalelo 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 la aplicación para implementar la lógica descrita en este documento. Los elementos térmicos están dispuestos en forma multiparalela entre pares de nodos de energía. Para la implementación mostrada se proveen seis nodos de energía (212, 214, 216, 218, 220, 222). Además, cada elemento termico está conectado entre un par de nodos de energía. Más específicamente, cada elemento térmico está conectado entre un par diferente de nodos de energía. Como tal, cada nodo tiene un elemento térmico conectado entre sí y cada uno de los otros nodos de energía.

Por lo tanto, 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 se conecta entre nodo 212 y el nodo 218, el elemento térmico 236 está conectado entre el nodo 212 y el 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 se conecta entre 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 nodo 214 y el nodo 212 ya ha sido identificado como elemento térmico 238. Además, las conexiones entre cada otro par de elementos se proveen por el elemento térmico 250 que se conecta entre el nodo 216 y el nodo 222, el elemento térmico 252 que se conecta entre el nodo 216 y el nodo 220, el elemento térmico 254 que se conecta entre el nodo 216 y el nodo 218, el elemento térmico 260 que se conecta entre el nodo 218 y el nodo 222, el elemento térmico 262 que se conecta entre nodo 218 y el nodo 220 y el elemento térmico 270 que se conecta 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 multiparalela es significativamente diferente de la topología de matriz en la figura 2. La topología multiparalela dispone que la red de elementos térmicos se considere en su conjunto con respecto a la distribución de energía para calefacción, así como para comprender la interacción de todos los elementos para la detección térmica. Por ejemplo, si una fuente de alimentación se provee al nodo 212 y una conexión de retorno se provee al nodo 222, la ruta de energía principal sería a través del elemento térmico 230. Sin embargo, existirían rutas secundarias a través de cada uno de los otros elementos de la red de vuelta al nodo 222. Como tal, el controlador 210, cuando proporciona la energía y el retorno a cualquier configuración de los nodos, debe considerar la energía suministrada al elemento térmico de la ruta principal, así como la energía proporcionada a todos los demás elementos a través de las rutas secundarias. Esta tarea puede ser bastante compleja en función de cada elemento térmico con diferentes características tanto por su diseño, influencias ambientales, o las tolerancias de fabricación.

Para esta topología, el sistema de control puede emplear seis (6) cables y quince (15) elementos sin el uso de circuitos de conmutación con SCR, diodos y otros elementos en los términos anteriormente expuestos. El número máximo de elementos en relación con los cables para este esquema de control es E = ½{N x (N - 1)). Aunque cada cable puede alimentarse continuamente, aplicando voltajes independientes a cualquier combinación de nodos, este sistema puede ser difícil de controlar. De acuerdo con esta forma de la presente descripción, los cables se conectan selectivamente a la energía, al retorno o se dejan en circuito abierto, utilizando secuencias de estas combinaciones durante periodos determinados, con el fin de producir una distribución de calefacción promedio deseada. Por ejemplo, una de las combinaciones podría ser la de 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 la de conectar A y C a la energía, conectar D al retorno y dejar B, E y F en circuito abierto. Estas combinaciones o modos luego se aplican en secuencia a los elementos de calefacción de la capa de ajuste para diferentes períodos, por ejemplo, un primer modo se aplica para un primer tiempo ti, un segundo modo se aplica para un segundo tiempo t2 y así sucesivamente, de tal manera que la secuencia temporizada resultante produce la distribución de calefacción promedio deseada en el calentador de la capa de ajuste. En una forma, se utilizan intervalos de secuencia temporizada que son mucho más cortos que la constante de tiempo termica del calentador para que el pulso de temperatura en el calentador se mantenga a un nivel suficientemente bajo. En el ejemplo dado de seis cables, hay 301 modos posibles no redundantes para cualquier número de cables donde un modo no redundante es uno que produce energía en por lo menos uno de los elementos y no produce la misma energía en los mismos elementos en el sistema que otro modo. Si se remueven los modos asociados con circuitos abiertos, entonces el número de modos no redundantes para cualquier número de cables es de Modes = 2N ' - 1. En consecuencia, para el mismo sistema de seis cables y de quince elementos hay 31 modos no redundantes sin cero (nulos). La matriz de modo resultante [PxM] para un sistema de seis nodos y quince elementos es entonces (15 x 301) ó (15 por 31) y se necesita una solución a la ecuación de matriz [ £] = PxM *\Modos\, en la que PE es un vector de energía de salida (flujo térmico) desde los elementos. Con los circuitos abiertos, el número de modos multiparalelos = (3N - 2N+1 - 1)/2 (no redundante). La matriz [PxM] no está determinada y es probable que resulte mal condicionada si la matriz completa inclusiva de circuito abierto se utiliza y produce un vector de modo que sea muy propensa a errores y difícil de implementar debido a la gran cantidad de modos que se deben producir en un marco de tiempo dado. Además, la solución no siempre es posible para todos los vectores de energía deseados. La complejidad y los errores pueden ser reducidos mediante la selección de un subconjunto de los modos elegidos con base en la condición de la matriz. Uno de los métodos de evaluación de la condición matriz de un subconjunto seleccionado de modos consiste en realizar una descomposición de valores individuales en subconjuntos de la matriz [PxM], comparando los subconjuntos entre ellos y seleccionando el conjunto con la menor relación de valores individuales de mayor a menor diferente a cero. Sólo los modos no negativos pueden utilizarse ya que la energía sólo puede añadirse al sistema, por lo que este subconjunto de matriz [PXMR] se puede utilizar despues para resolver un problema de mínimos cuadrados no negativos mmtPxM R\»[Modos\-[PE t donde Modes ³ 0. Examinar los 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 el número de cables y de los elementos aumenta, el sistema se vuelve más restringido y la gama de soluciones de energía independientes de bajo error para cada elemento disminuye. Cabe señalar que el método que se presenta es para control de la energía hacia los elementos y debido a la topografía subdeterminada, los elementos resistivos estable con TCR bajo producirían las solucuiones de error más bajo, pero esto no excluye la utilización de elementos TCR elevados o el uso de un plano de detección de temperatura independiente para llevar este sistema al control de temperatura.

Ahora en cuanto a la figura 3b, se proporciona un sistema de arreglo térmico multiparalelo 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 la aplicación para implementar la lógica descrita en este documento. Como en la figura 2, los elementos térmicos están dispuestos en forma multiparalela entre pares de nodos de energía. Al ser bidireccional, el doble de la cantidad de elementos térmicos puede ser controlado con el mismo número de nodos. Para las modalidades mostradas, se proveen seis nodos de energía (312, 314, 316, 318, 320, 222). Además, cada par de elementos térmicos se conecta entre un par de nodos de energía, donde cada elemento térmico de los pares de elementos térmicos tiene una polaridad diferente. Más específicamente, cada par de elementos térmicos está conectado entre un par diferente de nodos de energía. Como tal, cada nodo tiene un par de elementos térmicos conectados entre sí y cada uno de los otros nodos de energía, donde los elementos térmicos en cada par son activados por una polaridad diferente de alimentación.

En consecuencia, el par de elementos termicos 350 está conectado entre el nodo 312 y el nodo 322. El par de elementos térmicos par 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 ser 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. De 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, con lo que se ilustra el carácter unidireccional del primer circuito unidireccional 330 opuesto al segundo circuito unidireccional 336.

Por lo tanto, 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 un voltaje negativo se aplica al nodo 312, pero evita que la corriente fluya cuando un voltaje positivo se proporciona al nodo 312 y se proporciona un voltaje negativo al nodo 322. Por el contrario, cuando se aplica un voltaje positivo al nodo 312 y se aplica un voltaje negativo al 322, se permite a la corriente fluir a través del segundo elemento térmico 334, sin embargo, se evita el flujo de corriente a través del segundo elemento térmico 334 mediante 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 se conecta entre el nodo 312 y el nodo 316 y el par de elementos térmicos 358 está conectado entre el 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 222 a través de un par de elementos térmicos (350, 352, 354, 356 ó 358). De manera similar, 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 se conecta 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 observa que lo conectado entre el nodo 314 y el nodo 312 ya ha sido identificado a través del par de elementos térmicos 358.

Además, las conexiones entre cada otro par de elementos se proveen por el par de elementos térmicos 370 que se conecta entre el nodo 316 y el nodo 322, el par de elementos térmicos 372 que se conecta entre el nodo 316 y el nodo 320, el par de elementos térmicos 374 que se conecta entre el nodo 316 y el nodo 318, el par de elementos térmicos 380 que se conecta entre el nodo 318 y el nodo 322, el par de elementos térmicos 382 que se conecta entre nodo 318 y el nodo 320 y el par de elementos térmicos 390 que se conecta 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 antes, la topología multiparalela dispone que la red de elementos térmicos se considere en su conjunto con respecto a la distribución de energía para calefacción, así como para comprender la interacción de todos los elementos para la detección térmica. Por ejemplo, si una fuente de alimentación se provee al nodo 312 y una conexión de retorno se provee al nodo 322, la ruta de energía principal sería a través del par de elementos térmicos 350. Sin embargo, existirían rutas secundarias a traves de cada uno de los otros elementos de la red de vuelta al nodo 322. Como tal, el controlador 310, cuando proporciona la energía y el retorno a cualquier configuración de los nodos, debe considerar la energía suministrada al elemento térmico de la ruta principal, así como la energía proporcionada a todos los demás elementos a través de las rutas secundarias.

Ahora en cuanto a la figura 4, se proporciona otra implementación de un sistema de elemento térmico bidireccional y multiparalelo. El sistema 400 incluye un controlador 410 que controla una pluralidad de nodos de energía. Para la implementación mostrada, el controlador 410 controla seis nodos de energía 412, 414, 416, 418, 420 y 422. Como se mencionó anteriormente, cada nodo se conecta a cada uno de los otros nodos a través de un elemento térmico. Además, en el caso bidireccional, cada elemento se conecta a cada otro elemento a través de dos elementos térmicos, donde uno de los elementos térmicos conecta el par de nodos en una primera polaridad y el segundo elemento térmico conecta el par de elementos en la polaridad opuesta.

En el sistema 400, cada circuito unidireccional 430 se muestra como una combinación de elementos, entre los que se incluyen un SCR 432, un diodo 436 y un diodo zener 434. El elemento unidireccional 430 es en una conexión en serie eléctrica 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 de serie eléctrica entre el nodo 414 y el nodo 412. Si el voltaje de suministro positivo se proporcionara al nodo 414 y un retorno se proporcionó al nodo 412, se permitiría a la corriente fluir a través del elemento térmico 438 y el SCR 432. El elemento térmico 438 se conecta entre el nodo 414 y el ánodo del SCR 432. El ánodo del SCR 432 está conectado al elemento térmico 438 y el ánodo del diodo del 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 del SCR 432 y del nodo 412.

El SCR 432 se dispara cuando hay una corriente de compuerta para el SCR. El SCR recibe la corriente de compuerta cuando la corriente fluye en la dirección del diodo 436 y supera la diferencia de voltaje del diodo zener 434. No obstante, la corriente de compuerta del SCR podría activarse por otra configuración de los dispositivos. Además, la activación podría ser por medios distintos del eléctrico, por ejemplo óptico o magnético. Una vez que el SCR se activa y conduce corriente, no se cierra hasta que la corriente se detiene. Si bien esta configuración se muestra a manera de ejemplo, se señala que se pueden usar las nuevas configuraciones unidireccionales. Por ejemplo, se pueden utilizar elementos adicionales junto con el SCR y los diodos, por ejemplo, para proporcionar un amortiguador para evitar la activación inadvertida del SCR.

En consecuencia, se proporciona una configuración térmica como la 440 incluyendo un elemento térmico y circuito unidireccional entre cada nodo, por ejemplo el nodo 414 y el nodo 412. Además, en una configuración bidireccional, dos configuraciones térmicas con polaridades opuestas pueden ser conectadas entre cada par de nodos de la pluralidad de nodos de energía. Por ejemplo, la configuración térmica 440 se conecta entre el nodo 414 y el nodo 412, pero en una polaridad opuesta a la del 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 sólo conducirá en condiciones de polaridad opuesta.

Dentro del controlador 410, cada nodo puede estar conectado a un par de interruptores, según se indica con el número de referencia 492. El par de interruptores pueden ser transistores, por ejemplo transistores de efecto de campo (FET) en una configuración de medio puente. El primer transistor 490 puede ser un interruptor de control bajo que conecta el nodo 412 a un voltaje de retorno cuando se activa, mientras que el segundo transistor 491 puede ser un interruptor de control alto que conecta el nodo 412 a un voltaje de alimentación cuando está activado. El primer transistor 490 puede tener una fuente conectada a una línea de voltaje negativo a traves de un derivador 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 compuerta conectada a los circuitos de control o un microprocesador que implementa lógica de control. También se observa que el arreglo de conmutación del sistema de control (p.ej. configuración de medio puente) puede aplicarse a cualquiera de las topologías aplicadas aquí.

Cada nodo también tiene un par correspondiente de transistores. En concreto, 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. Aunque el circuito de control 410 puede proporcionar una combinación de retorno, alimentación o circuito abierto a cada uno de los nodos independientemente, al menos uno de los nodos se conectará a un voltaje de alimentación y al menos uno de los nodos se conectará a un retorno. Se pueden proporcionar varias combinaciones de condiciones de alimentación, retorno (p.ej. tierra) y circuito abierto a los nodos. Cada combinación es un modo posible para energizar el arreglo de elemento térmico.

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

Ahora en cuanto a la figura 5, se proporciona un sistema de arreglo térmico 500 con interruptores direccionables. El controlador 510 puede conectarse a un nodo positivo 514 y a un nodo negativo 516. Una fuente de energía 512 se conecta entre el nodo positivo 514 y el nodo negativo 516. Cada elemento térmico está conectado en serie eléctrica 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 o SCR o dispositivos integrados, por ejemplo microprocesadores, dispositivos de compuerta programables en campo (FPGA) o circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). 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 de frecuencia modulada, amplitud modulada, ciclo de trabajo modulado, o bien incluir una señal portadora que proporciona una identificación del interruptor que indica la identidad del o los interruptores ha actualmente activado. Además, se podrían proporcionar varios comandos, por ejemplo un interruptor de encendido, un interruptor de apagado, o comandos de calibración en el mismo medio de comunicación. Por ejemplo, tres identificadores podrían comunicarse a todos los interruptores direccionables que permita el control de 27 interruptores direccionables y, por lo tanto, activar o desactivar 27 elementos térmicos independientemente. Cada elemento térmico 522 e interruptor direccionable 524 forman un módulo direccionable 520 conectado entre el nodo positivo 514 del nodo negativo 516. Cada interruptor direccionable puede recibir energía y comunicación de las líneas de energía y, por lo tanto, puede también ser conectado por separado al primer nodo 514 y/o al segundo nodo 516.

Cada uno de los módulos direccionables puede tener un ID único y se puede dividir en grupos en función de cada identificador. Por ejemplo, todos los módulos direccionables (520, 530, 532, 534, 536, 538, 540, 542 y 544) en la primera fila pueden tener un primer o identificador x de uno. Del mismo modo, todos los módulos direccionables (546, 548, 550, 552, 554, 556, 558, 560, 562) en la segunda fila pueden tener un identificador x de dos, mientras que los módulos (564, 566, 568, 570, 572, 574, 576, 578, 580) en la tercera fila tienen un identificador x 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 1. En 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.

Ahora en cuanto a la figura 6A, se proporciona un metodo 600 para controlar la arreglo de elemento térmico. El método se inicia en el bloque 610. En el bloque 612 el controlador calcula los puntos de ajuste para cada elemento térmico de la arreglo. Por ejemplo, los puntos de ajuste de resistencia se pueden establecer para cada elemento térmico, de manera que una resistencia medida de ese elemento puede utilizarse como un disparador para que detener el suministro de 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 determinado elemento térmico. No obstante, 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 directamente pasar a la siguiente ventana para energizar el próximo elemento térmico. Sin embargo, puede ser deseable tener un mínimo tiempo de espera para cada elemento térmico, de manera que la energía no se provea constantemente al sistema para efectos de medición, calentando con ello los elementos más allá de lo necesario para la calefacción.

En el bloque 616, el controlador determina si el final de la ventana de tiempo se ha alcanzado para el elemento térmico actual. Si se ha alcanzado el 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 pasa al siguiente elemento térmico dentro de la arreglo y procede al bloque 616 en donde el proceso continúa. 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 superado el punto de ajuste del elemento térmico ajuste basado en las características medidas. Si el punto de ajuste se ha superado, el método puede esperar hasta que la ventana de tiemplo se complete o, con cierto retraso, proceder a lo largo de la línea 628 al bloque 622. En el bloque 622, el elemento térmico es incrementado al próximo elemento térmico y el proceso continúa al blque 616. Si el elemento térmico no ha superado el punto de ajuste basado en las características de medición, el proceso sigue línea 630 del bloque 616 donde el proceso continúa.

Ahora en referencia a la figura 6B, se proporciona un diagrama de tiempo que ilustra un escenario del método 600. El primer elemento es considerado en 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 con la temperatura del elemento térmico. El punto de ajuste del primer elemento térmico se denota por la línea 652. La temperatura del elemento térmico aumenta a lo largo de la primera ventana de tiempo 650 a medida que se aplica energía al elemento térmico. Sin embargo, el primer elemento térmico está demasiado frío y no alcanza el punto de ajuste 652, antes de transcurrir la primera ventana de tiempo 650.

Durante la segunda ventana de tiempo 656, el controlador proporciona energía al segundo elemento para medir la resistencia 658. En este caso, la temperatura y, por lo tanto, la resistencia 658 es inmediatamente superior al 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 termico inmediatamente se apaga por 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 una demora de tiempo predefinida, pasar a la tercera ventana de tiempo 662.

Durante la tercera ventana de tiempo 662, un tercer elemento se energiza y controla. La resistencia del tercer elemento 664 comienza por debajo del punto de ajuste del tercer elemento 666. A medida que 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 el punto de ajuste se alcanza 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 con el número de referencia 670. Aquí, 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 ventana de tiempo 650. Por lo tanto, la resistencia 672 del primer elemento finalmente llega al primer punto de ajuste 674 en el punto 676 antes del final de la ventana de tiempo 670. El primer elemento, que ha conservado algo de su energía a partir de su última activación, la energía aplicada fue suficiente para alcanzar el punto de ajuste y apagarse antes del fin 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 una demora de tiempo predefinida que lleva directamente a la ventana de tiempo para el segundo elemento. Las diferentes ventanas de tiempo entonces se repetirán según el estado de cada elemento termico y la influencia del medio ambiente.

El método de control muestra el comportamiento de tres elementos de calefacción de la capa de ajuste de TCR positivos bajo diferentes condiciones térmicas. Aunque pueden utilizarse otras implementaciones, por ejemplo elementos de calefacción de TCR negativos en cuyo caso los puntos de ajuste serían abordados desde un mayor nivel de resistencia. El método de control se realiza mediante el cálculo de la resistencia de cada uno de los elementos en la ventana de tiempo asignado para ese elemento utilizando información de voltaje y/o corriente obtenida cuando el elemento está energizado. Se debe reconocer que la resistencia del elemento puede ser inferida al medir sólo voltaje o corriente solamente en la medida en que la energía sea suministrada por, respectivamente, una fuente conocida de corriente o voltaje. Energizar un elemento de calefacción aumenta su temperatura, y por lo tanto su resistencia aumenta mientras está activamentee energizado. Utilizando la información de calibración obtenida con anterioridad, la resistencia muestreada y activa se compara con un punto de ajuste previamente asignado para ese elemento de calefacción. En la medida en que la resistencia siga siendo inferior al punto de ajuste asignado, el elemento permanece energizado hasta el final de la ventana de tiempo asignada; o bien, si la resistencia del elemento es superior o se eleva por encima de su resistencia de punto de ajuste, el elemento se apaga de forma inmediata y permanece apagado durante el resto de la ventana de tiempo ASIGNADA. Cada elemento se activa en secuencia y, a continuación, el ciclo comienza de nuevo y se repite continuamente.

Las ventanas de tiempo necesitan ser de una duración determinada. Es suficiente con que el sistema disipe energía suficiente de cada uno de los elementos que el "tiempo activo" mínimo necesario para la primera medición no contribuya más energía de la que pueda ser disipada por el sistema antes de que ese elemento vuelva a estar activo, y de que se pueda suministrar suficiente energía durante el "tiempo activo" máximo para que la temperatura media de cada elemento se pueda aumentar para el sistema de control para asumir el control durante su ventana activa. El control de estado estable se logra cuando todos los elementos de calefacción en la capa de ajuste alcanzan consistentemente sus puntos de ajuste individuales durante sus ventanas de tiempo asignadas. La eficiencia de control se logra mediante la elección de una gama de puntos de ajuste mínimos para la capa de calentador de ajuste, suficiente energía suministrada, duración de ventana de tiempo corto, muestreo rápido, y el número mínimo requerido de elementos.

Ahora en cuanto a la figura 7A, se provee otro metodo para el control de la arreglo térmico. El método se inicia en el bloque 710, donde los puntos de ajuste de la resistencia se calculan para cada modo, junto con un comando de energía para cada elemento térmico. En el bloque 712, se determina el período para cada modo. En el bloque 714, el modo se establece en un primer modo o modo inicial. En el bloque 716, el controlador aplica el modo de corriente a la arreglo de calentador. En el bloque 718, el controlador espera el final del período continuo para proporcionar energía, según se define por el modo. En el bloque 720, el modo se incrementa. En el bloque 722, el controlador determina si el modo de corriente es el último modo de la secuencia. Si el modo de corriente no es mayor que el número total de modos en la secuencia, el método sigue la línea 724 al bloque 716, donde el modo de corriente se aplica y el método sigue.

Refiriéndose nuevamente al bloque 722, si el modo de corriente 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 para determinar la temperatura en los elementos térmicos, por ejemplo, medir las características de los elementos térmicos. El sistema de control puede medir las características térmicas en función de diversos algoritmos incluyendo el número predeterminado de secuencias, con base en un período, o en función de las características ambientales. Si la temperatura no necesita medirse, el método sigue la línea 734 al bloque 736, donde las temperaturas son determinadas como se describe en otra parte de esta solicitud. A continuación, el metodo sigue la línea 738 al bloque 732. Por otra parte, si las temperaturas no deben medirse 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 el tiempo de secuencia asignado haya pasado. Puede ser importante que el sistema espere el tiempo de secuencia asignado, de lo contrario se puede añadir calor adicional al sistema más rápido de lo previsto, lo que puede comprometer la estabilidad del algoritmo. El método sigue entonces al bloque 740.

En el bloque 740, el controlador determina si el comando de energía ha cambiado, con base en la medición. En consecuencia, un algoritmo como un algoritmo PID ajusta el comando de energía, según se indica en el bloque 742 con base 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 la información de 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 en donde los períodos para cada modo se vuelven a calcular. El método continúa. Si las características del sistema no han cambiado, el método sigue la línea 744 al bloque 714 donde el sistema de control se restablece al primer modo y el método sigue.

Un ejemplo concreto se provee para un sistema de cuatro nodos 750 con seis elementos térmicos 752 como se muestra en la figura 7b. Un arreglo multiparalela puede estar compuesto de una interfaz de energía den cables, conectada a una serie de calentadores de manera que cada posible combinación de cables de control tenga un único calentador conectado entre ellos. Puede ser fácilmente demostrado que el número de calentadores que se pueden conectar de esta forma es igual a n(n-1)/2.

El desarrollo discutido respecto a la figura 7b supone un sistema normalizado, en el que las resistencias de calefacción son todas de un ohmio y las líneas de control son accionadas a 1 voltio, cero voltios, o son un circuito abierto (alta impedancia). Sin embargo, el sistema se puede ampliar utilizando las ecuaciones presentadas aquí a un sistema con otros voltajes y resistencias.

Este método, en una aplicación, divide el 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. Otras particiones de control son posibles y que pueden proporcionar mayor flexibilidad en el control. Por ejemplo, un sistema puede ser dividido en dos partes constantes diferentes y una sola parte de desviación, permitiendo dos zonas de control distintas en diferentes niveles de energía promedio. Además, el sistema podría dividirse en una sola parte constante y dos partes de desviación para dar una mayor gama de control en un subconjunto de los calentadores. Tenga en cuenta que, independientemente de la partición, es posible aplicar vectores de control donde las limitaciones ene pueden ser violadas, y sin embargo es posible un control aunque no se pueda garantizar un control estable.

En una implementación de este método, podría ser conveniente mantener diferentes conjuntos de constantes de control, y cambiar entre ellas de manera dinámica para adaptar mejor comportamiento del sistema a diferentes condiciones de funcionamiento.

Una tabla de modo puede construirse para el sistema. La energía puede ser calculada para cada fuente de alimentación 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 sistema de 4 nodos. Las ubicaciones con "nan" indican líneas de circuito abierto. Por ejemplo, el modo #11 tiene tierra conectada en V1 y V4 (produciendo energía cero), energía conectada a V3 (produciendo 2.67 watts), y V2 es el circuito abierto.

De la tabla de modos, construya una matriz A que comprende energías del calentador para un subconjunto de modos. Esta matriz debe ser por lo menos de rangon, donde n es el número de calentadores en el sistema. Una selección óptima de modos resulta en A con un bajo número de condición de matriz, energía total promedio máxima, desviación de energía máxima disponible y un número mínimo de modos.

Como un ejemplo, elegir los modos 1-10 da lo siguiente: - 1 1 O O 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0.11 0.11 0.44 0 1 1 0.11 0.44 0.11 1 0 1 L0.11 O 1 0.11 0.44 V Tenga en cuenta que esta matriz no es una solución de filas mínimas, ni tiene el número de condición más bajo de otras soluciones, pero sí representa un sistema controlable.

De esta matriz, se puede construir un algoritmo de control de energía como se muestra a continuación.

Convenciones de la notación utilizadas a continuación: Matriz (mayúsculas negrita cursiva) Vector (minúscula cursiva negrita) Escalares (minúscula cursiva) Vector con unos en todas las posiciones Operador de división de matriz según el elemento La energía promedio del calentador p puede controlarse mediante un vector de ciclo de trabajo generalizado d, donde y donde los modos m‘ se aplican a la arreglo por tiempos para que ATd— p Se puede demostrar que si se seleccionad como donde c es un vector de control r?x1 cuyos elementos satisfacen ~1 £ c‘ £ 1 , y donde p y son parámetros constantes de energía promedio y de energía de desviación, y H es la pseudoinversa Moore-Penrose, es decir H entonces obtendremos un nivel de control promedio fijo en cada calentador sumado con un nivel de desviación que es proporcional a los elementos del vector de control, como sigue: p = p + Dr = ml + pAc Los valores para can se pueden seleccionar arbitrariamente, pero sujetos a las siguientes restricciones: Para obtener la máxima desviación posiblePA, fijamos los lados derechos de las inequidades anteriores al mismo nivel y luego resolvemos para p y RD : Para el ejemplo de la figura 7b, la pseudoinversa de AT produce H -0.199432 0.176632 0.173926 0.163697 0.169614 -0.297939· 0,153326 -0.241645 0.235286 0.148082 -0.301471 0.242824 0,215387 0.214565 -0.286556 -0.290792 0.211658 0.214995 -0.126356 -0.152259 0.138518 -0.097446 0.156789 0.261924 H = r?hn( t) = —0.140469 0.143359 -0.132658 0.159100 -0.127411 0.2722881 0.160492 -0.126985 -0.169760 0.168541 0.262082 -0.159336 0.284613 0.285435 0.286556 -0.209208 -0.211658 -0.214995 0.138044 0.188285 -0.061245 0.182287 -0.063245 0.024007 0.186182 -0.131370 -0.065526 0.183376 0.039389 -0.083488 -0.117500 -0.074486 0.179800 -0.045754 0.189377 0.014794 · Luego los valores de ^ y pueden calcularse como se describe antes: 5 La ecuación de los ciclos de trabajo se puede resolver en función dec utilizando para obtener: 0.091210- ’-1.2577e-002 1.1139e - 002 1.0969e-002 1.0324B-002 1.06976-002 -1.8789b-002- 0.115617 9.6695e-003 -1.5239B - 002 1.4838e—002 9.3388e-003 -1.9012e-002 .5314e-002 0.136576 í.3583e-002 1.3531e - 002 -1.8072e-002 -1.8339e-002 1.3348e-002 1.3559B-002 0.088604 -7.9686e-003 -9.6022r - 003 8.7356e-003 —6.1454e-003 9.8878e-003 1,6518B-002 d = 0.080799 -9.4262e-003 9.0409e - 003 -8.3661e-003 1.0034e-002 -8.03526-003 1.7172e-002 0.066041 + .0121e-002 -8.0083B - 003 -1.0706e-002 1.0629e-002 1.6528e-002 -1.0049B-002* 0.107959 1.7949e-002 1.8001e - 002 1.8072e-002 —l,3194e-002 -1.33486-002 -1.3559e-002 0.064579 -8.70S7e - 003 1.1874B - 002 -3.8624e-003 1.1496e-002 -3.9885e-003 1.5140e-003 0.062877 1.1742e— 002 -8.2848B - 003 -4.1324e-003 1.1565e-002 2.4841e-003 -5.2652e-003 0.071518- -7.4101e - 003 -4.6975e - 003 1.13396-002 -2.8855e-003 1.1943e-002 9.3301e-004 Un quantum de tiempo t puede ser elegido y que puede implementarse en el controlador, por ejemplo, un microsegundo. Seleccione también un período de circuito de control T para el sistema que sea suficientemente menor que la constante de tiempo termica del sistema de calentador, p.ej., 1 segundo.

Un período (por ejemplo, en forma de un ciclo de trabajo) puede ser definido como y se sustituye en la ecuación para para obtener lo siguiente: 91210- -12S77 11139 10969 10324 10697 -18789 115617 9669 -15239 14838 9339 -19012 15314 136576 13583 13531 -18072 -18339 13348 13559 88604 -7969 -9602 8736 -6145 9888 16518 80799 -94262 9041 -8366 10034 -8035 17172 dc 66041 10!21 -8008 -10706 10629 16528 -10049 107959 17949 18001 18072 -13194 -13348 -13559 64579 -8706 11874 -3862 11492 -3989 1514 62877 11742 -8285 -4132 11565 2484 -5265 -71518 - -7410 -4697 11339 -2885 11943 933 Esta ecuación puede ser implementada en el controlador como un par de matrices de coeficiente constantes junto con una función que calcule los ciclos de trabajo dc del vector de controle (que es un vector de valores de punto flotante).

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

Ya que una implementación práctica de hardware utilizará los accionadores de medio puente en cada uno de los cables de energía, basta con saber si una línea va a ser accionada en nivel alto, bajo 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 accionamiento, donde energía cero es un accionamiento bajo, energía no cero es un accionamiento elevado y energía "nan" es un circuito abierto. El resultado, en este ejemplo, es el siguiente: La ejecución del control puede proceder de acuerdo con el siguiente pseudocódigo: inicializar el temporizador M con un quántum de tiempo de t iniciar temporizador M Hacer fijar cmp = 0 fijar i = 1 obtener el valor actual de c y calcule dc ajuste el valor de conteo de M a cero Hacer aplique el modo m, al sistema cmp = cmp + dc[¡] mientras que el valor de conteo de M es menor que cmp do circuito i = i + 1 mientras que i es <= el número de elementos en dc apague todas las salidas t mientras que el valor de conteo de M es menor que t do circuito circuito Ahora en cuanto a la figura 8, se proporciona un metodo para medir resistencias. En particular, el método 800 puede ser especialmente útil con el método de la figura 7A (por ejemplo, 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 en la arreglo para el modo activo. En el bloque 816, el controlador indexa para el siguiente modo para hacerlo el modo activo. En el bloque 818, el controlador determina si el modo activo es mayor que el número total de modos. Si el modo de corriente no es mayor que el número total de modos, el método sigue la línea 820 al bloque 812, donde el modo siguiente se aplica al arreglo térmico.

Refiriéndose nuevamente 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 con base en la corriente aplicada al modo activa y la relación de las resistencias. El método procede al bloque 826, donde la resistencia de cada elemento térmico se determina en función del voltaje suministrado al sistema y la corriente que se asigna a cada elemento térmico. A partir de la medición de resistencia, el controlador puede determinar una temperatura de cada elemento térmico de acuerdo con una relación de resistencia de temperatura que se almacena para cada elemento térmico.

Mientras que en algunas implementaciones, el sistema puede medir la corriente aplicada al modo para calcular las resistencias de cada elemento térmico. En algunas implementaciones, el sistema tambien puede o alternativamente mide otros parámetros como el voltaje en cada uno de los nodos. Obtener mediciones adicionales puede ayudar a limitar más la relación y se puede usar un ajuste de mínimos cuadrados para determinar las resistencias. Sobrelimitar la relación puede reducir el error en los cálculos y ofrecer valores de resistencia más confiables para cada elemento térmico. Si bien esto puede aplicarse al método de procesamiento por lotes de las figuras 7a y 7b, esto podría aplicarse igualmente al método de indexación descrito en relación con las figuras 6a y 6b.

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

En algunas implementaciones, el elemento térmico actúa sólo como un calentador, en otras implementaciones, los elementos térmicos pueden actuar como calentadores y sensores térmicos, o incluso en otras implementaciones como sensores térmicos. En las implementaciones donde los elementos térmicos se utilizan como sensores solamente o se conmutan entre el sensor y el calentador durante períodos que no se superponen, la detección puede lograrse con un suministro de bajo voltaje y/o una alimentación baja (por ejemplo, un breve periodo).

El arreglo termico puede ser energizado con una baja cantidad de energía para adquirir la medición sin alterar significativamente la temperatura del elemento térmico. Por ejemplo, el arreglo térmico puede ser energizado con un voltaje capaz de causar menos del 5% de cambio en la temperatura de la temperatura medida durante el período aplicado. En un ejemplo, una energía de promedio bajo se proporciona mediante una energía de pulso de menos de un segundo.

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

Un ejemplo concreto de medición se proporciona en relación con el sistema de cuatro nodos y seis elementos de la figura 7b. Con esta topología, se puede habilitar un arreglo de medición de temperatura. Varios elementos térmicos se pueden utilizar como sensores RTD para medir con menos conexiones eléctricas (nodos) mediante el uso de un único sistema de medición integrado para calcular la temperatura de todo un arreglo de sensores. A través de mediciones secuenciales rápidas de baja energía aplicadas en diversas combinaciones a uno o más nodos (llamados modos de energía), todas las resistencias del sensor pueden calcularse y convertirse en temperatura. Además, se observa que los distintos modos pueden utilizarse para energizar que los modos que se utilizan para medir el arreglo térmico.

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

Las ecuaciones que rigen de 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 los modos para N>5 resulta en una matriz de enrutamiento donde #Sensores = #Modos y la condición de matriz [R] = N-2.

El siguiente pseudocódigo calcula [R] de [M]\ R=ceros (nSensores, nSensores) inicializar la matriz de enrutamiento para i=1:nSensores El número reducido de modos m=0 Para j=1 :nNodos-1 el número de nodos del sistema menos uno Para k=j+1:nNodos m=m+1 R(i,m)=abs(Modo(i,j)-Modo(i,k)) No cero = flujo de corriente fin fin fin Por ejemplo, si N=6, hay 31 modos disponibles y los números de modo con 2 nodos activos son: 3 5 6 910 12 17 18 20 24, y los números de modo con N-2 nodos activos son: 1523272930 La matriz de enrutamiento resultante [R] para N=6 se da como sigue, donde cada fila es un modo [3 5 6 9 10 12 15 17 18 20 23 24 27 29 30], y cada columna es un sensor. ^ 011111111000000^ 101111000111000 110000111111000 110110100100110 [R]= 101001011100110 011001100011110 000110011011110 111010010010101 100101101010101 010101010101101 001010101101101 001100110110011 010011001110011 100011110001011 111100001001011 J La matriz [R] anterior es cuadrada, sólo contiene unos y ceros, y tiene una condición de matriz de 4, por lo que puede ser invertida con un bajo error. Las ecuaciones que rigen para este sistema de detección se dan en forma de matriz de la siguiente manera: [is] = inv R [im] [Nota: Si N=4 o 5, nSensores ¹ nModos, la pseudoinversa de [R] es utilizada].

Donde [#M] es un vector de mediciones individuales de la corriente total en la arreglo de sensor para cada modo de energía; e [is] es un vector de las corrientes de sensor equivalentes si los sensores se accionaran individualmente sin acoplamiento cruzado. Este procedimiento funciona siempre que las resistencias del sensor permanezcan sustancialmente constantes durante todo el tiempo que se tarda en recorrer todos los modos del conjunto.

En primer lugar, un vector de conductancia de sensor de referencia sensor puede calcularse como sigue manteniendo el arreglo de sensores en una temperatura de referencia T0 (por ejemplo 25 °C). [isjTo=[v goho A continuación, midiendo a una temperatura desconocida, un nuevo vector es: [iJf=[v gr]T Utilizando el coeficiente de resistencia de temperatura del material del sensor (TCR), se calcula un vector de relación de conductancia acorde al elemento y se aplica a la siguiente ecuación para obtener las temperaturas desconocidas del sensor: Como tal, go y gr se pueden extraer para V conocido; o si se basa por nodo, V en las mediciones de referencia es igual que V para las mediciones de temperatura desconocidas, la relación basada en elementos de los vectores de corriente se puede sustituir directamente en la ecuación anterior. Nota: No hay restricciones a las las variaciones de conductancia de referencia en la primera medición o variación de temperatura entre los sensores en la segunda medición.

Un metodo 900 se ofrece en la figura 9a para calibrar la matriz y un método 950 se ofrece en la figura 9b para el cálculo de los puntos de ajuste objetivo. El método 900 y el método 950 pueden ser especialmente útiles con el método de control indexado de las figuras 6a-6b (por ejemplo, bloque 612) y el metodo de control por lotes de la figura 7a (por ejemplo, bloque 710).

El método 900 comienza en el bloque 910. En el bloque 912, el controlador fija la temperatura de la arreglo a una temperatura de referencia, por ejemplo 25°C. En el bloque 914, el controlador determina si el proceso de control controla elementos individuales o si los elementos se configuran en un arreglo multiparalela y se controlan por lote. Si los elementos se miden por lote, el método sigue la línea 916 al bloque 918. En el bloque 918, un procedimiento de medición por lotes, por ejemplo, tal como se describe con respecto a la figura 8, se puede usar para recopilar mediciones en lote y transformar las mediciones en lotes a las características individuales de los elementos, que luego se almacenan en un vector de calibración de referencia [R0]. A continuación, el método sigue la línea 924 al bloque 926 donde termina el método.

Volviendo a hacer referencia al bloque 914, si los elementos o características individuales se miden por ejemplo, en un modo de indexación, el método fluye a lo largo de la línea 920 al bloque 922. En el bloque 922, las características individuales de los elementos se miden directamente y se guardan en un vector de calibración de referencia [R0] como se indica en el bloque 922. A continuación, el método sigue al bloque 926 donde termina el método. En métodos alternativos, las resistencias pueden ser medidas manualmente por ejemplo con un ohmímetro.

El método 950 comienza en el bloque 943. Para calcular los puntos de ajuste de destino, en el bloque 944 un operador proporciona 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 referencia y almacena la diferencia para cada elemento en un vector. En el bloque 928, el controlador aplica el coeficiente de resistencia de temperatura (TCR) a los vectores almacenados para generar un vector de resistencia objetivo del elemento. El método sigue entonces al bloque 930. Si el arreglo de elementos térmicos es un arreglo bidireccional, el método sigue la línea 940 al bloque 938. Si el arreglo de elementos térmicos es un arreglo multiparalelo, el método sigue la línea 932 al bloque 934. En el bloque 934, el vector de resistencia objetivo del elemento se transforma en un vector de resistencia objetivo de la arreglo para cada modo de energía único. A continuación, el método sigue la 936 al bloque 938 donde las resistencias objetivo pueden convertirse a voltajes destino o corrientes destino con base en los voltajes y corrientes del de sistema. A continuación, el método 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 de punto de ajuste objetivo. El método termina en el bloque 948.

Una aplicación de este método se describe a continuación, con respecto a la topología de cuatro nodos de la figura 7b. Los elementos térmicos pueden ser elementos de calefacción de materiales con TCR elevado para que se pueda usar el algoritmo de control del calentador, pero sin los diodos o SCR. Los nodos son alimentados consecutivamente con una fuente y un retorno, dejando los otros nodos flotantes. Esto proporciona una ruta de corriente dominante para control si las resistencias de los elementos térmicos son sustancialmente similares. Sin embargo, la ruta de corriente dominante está en paralelo con una o más rutas de dos o más elementos de calefacción en serie. Las vías secundarias en este sistema se pueden comparar con el acoplamiento transversal de un sistema de control de múltiples entradas/salidas. Para un buen control, los términos de acoplamiento transversal no deben dominar el sistema, por ejemplo, al mantener la resistencia del elemento de calentamiento o calefacción similares entre sí.

Las siguientes variables se definen para el sistema de cuatro nodos mostrado en la figura 7b. nNodos = N #nodos, N>2, porque N=2 es para un solo calentador NCalentadores = N x (N-1)/2 Calentadores independientes que se pueden conectar entre nodos nModospares = nCalentadores #pares de nodos independiente, otros nodos flotantes, sin redundancias Debido a que la corriente en el sistema debe ser igual a la corriente que sale del sistema, una matriz de modo de energía de tamaño nModospares x nNodos puede definirse, en el que, por cada mod (fila) un representa la corriente que fluye hacia un nodo (columna), '-1' representa la corriente que sale de otro nodo, y ?' representa un nodo flotante. Tenga en cuenta que el número de ModosPares es igual al número de elementos de calefacción.

Tambien, un vector [G] y una matriz de nodo cuadrada [GN] pueden definirse a partir de resistencias de elementos de calefacción: Para iniciar el proceso, las resistencias de referencia (p. ej. 25°C) de los elementos de calefacción se pueden obtener ya sea por medición independiente o por el metodo descrito anteriormente con respecto a la figura 8.

Luego, las resistencias objetivo de cada uno de los elementos de calefacción a su temperatura objetivo pueden ser establecidas para servir como puntos de control. Se recomienda, en la medida de lo posible, que las resistencias objetivo a la temperatura estén dentro de ±30% de la media para limitar el acoplamiento transversal. La siguiente fórmula puede utilizarse para calcular las resistencias objetivo: RT=R0 x [1 + TCR x (TT-TQ)] Donde R0 es la resistencia de referencia de un elemento de calefacción particular T o es la temperatura de referencia correspondiente a la resistencia R0 TT es la temperatura objetivo para ese elemento de calefacción particular TCR es el coeficiente de resistencia de temperatura (T -T0) La matriz de nodo de conductancia definida previamente [GN] puede calcularse después.

A continuación, las submatrices (nNodos-1) d e[GN] pueden crearse al eliminar una fila-columna empezando por la fila-columna 2. Estos matrices representan los sistemas donde el número eliminado de fila-columna es el nodo a tierra de [MJ A continuación, vectores de corriente nNodos-1 pueden crearse con "1" en cada una de las bandejas disponibles y ?' en las otras. Por ejemplo, en el sistema de 4 nodos: [li] = [1 0 0]T [l2] = [0 1 0]T [l3] = [00 1]T Los vectores de voltaje nModoPar pueden ser creados para cada combinación única de las submatrices [GN] y los vectores de corriente [H], [ ] y [I3] como sigue: [VjModoPar— [GN]n X [lm] El máximo de cada vector de voltaje puede ser retenido y armarse en un nuevo Vector [Vn] en el orden de la matriz de Modo [M], donde el vector de corriente está representado por el "1", y [GN]n está representado por "-G para la fila columna eliminada.

El circuito de control pueden estar cerrado para cada modo al aplicar secuencialmente una fuente de corriente y reducir a un par de modo definido por [M], medir el voltaje resultante a traves de ese par y dejar la energía aplicada hasta que el voltaje medido converja al voltaje objetivo para ese modo, o hasta que un "tiempo de espera" previamente definido requiera la secuencia al siguiente par de modo. Los voltajes objetivo son por amperio de corriente aplicada. Demasiada corriente provoca divergencia, demasiada poca corriente evita el control de circuito cerrado. La región de convergencia para la energía es controlada por la relación del tiempo en encendido mínimo al tiempo de espera.

Para un ejemplo concreto si se provee para el sistema de cuatro nodos con seis elementos de calefacción con las siguientes resistencias a 25°C: R0= [22.185820.227220.892221.3420 23.120520.0585]t Asuma un elemento de calefacción de níquel/hierro 70/30 con un TCR lineal de 0.5%/°C y una temperatura objetivo para cada elemento de 10 grados por encima del ambiente. Las resistencias objetivo se calculan para el aumento deseado de la temperatura al incrementar cada resistencia en 5% (0.5 % x 10): RT= [23.2951 21.2385 21.9368 22.4091 24.2766 21.0615] La matriz de conductancia se basa en la recíproca de [Rj]: 0.1356 -0.0429 -0.0471 -0.0456 [GN] = -0.0429 0.1287 -0.0446 -0.0412 -0.0471 -0.0446 0.1392 -0.0475 -0.0456 -0.0412 -0.0475 0.1343 Los seis vectores de voltaje son entonces: (VI)’ 0,1356 -0.0471 -0.0456 -0.0471 0.1392 -00475 -0.0456 -0.0475 0.1343 [V2] = 0.1356 -0,0429 -0.0429 0,1287 -0 -0.0456 -0.0412 0 · [V3] 0.1358 -0.0429 -0 -0.0429 01287 -0 -0.0471 -0.0446 0 (V4J = 0.1356 -0.0429 -0.0456 -0.0429 0.1287 -0.0412 -0.0456 -0.0412 0.1343 y IV51 01356 -0.0429 -0.0471 -0.0429 0.1287 -0.0446 -0.0471 -0.0446 0.1392 m 01356 -0.0429 -0,0471 -0.0429 0.1287 -0.0446 -00471 -0.0446 0.1392 El voltaje objetivo por amperio para el circuito de control de los 6 modos [M] es el máximo de cada vector arriba: [VT]=[11.43110.84411.08011.218 11.58710.862] Cualquiera de los controladores, sistemas de control o motores descritos puede implementarse en uno o más sistemas de cómputo. Un sistema ejemplar se proporciona en la figura 10. El sistema de cómputo 1100 incluye un procesador 1110 para ejecutar las instrucciones como las que se describen en los métodos descritos anteriormente. Las instrucciones se pueden almacenar en un soporte legible por computadora, como una memoria 1112 o dispositivos de almacenamiento 1114, por ejemplo, una unidad de disco, CD o DVD. La computadora puede incluir un controlador en pantalla 1116 que responde a instrucciones para generar una pantalla gráfica o textual en el dispositivo de pantalla 1118, 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, los otros sistemas de cómputo generales. El controlador de red 1120 puede comunicarse a traves de Ethernet o de otros protocolos conocidos para distribuir el procesamiento o proporcionar acceso remoto a la información a través de 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 modalidades, las implementaciones de hardware dedicadas, como circuitos integrados de aplicación específica, disposiciones lógicas programables y otros dispositivos de hardware, pueden construirse para implementar uno o más de los métodos descritos aquí. Las aplicaciones que pueden incluir el aparato y sistemas de diversas modalidades pueden incluir una amplia variedad de sistemas electrónicos y de cómputo. Una o más modalidades descritas aquí pueden implementar funciones usando dos o más módulos de hardware conectados entre sí o dispositivos con señales de control y de datos relacionados que se pueden comunicar entre y a través de los módulos, o como porciones de un circuito integrado específico a la aplicación. Por lo tanto, el sistema actual comprende software, firmware e implementaciones de hardware.

Además, se observa que cualquiera de las topologías descritas puede utilizarse con cualquiera de los métodos de procesamiento. Por otra parte, cualquiera de las características descritas con respecto a una topología o método pueden utilizarse con otros métodos o topologías.

De acuerdo con diversas modalidades de la presente descripción, los métodos descritos aquí pueden aplicarse mediante programas de software ejecutables en un sistema de cómputo. Además, en una modalidad no limitada de ejemplo, las implementaciones pueden incluir procesamiento distribuido, procesamiento distribuido por componente/objeto y procesamiento paralelo. Por otra parte, se puede construir un procesamiento con sistema de cómputo virtual para implementar uno o más de los métodos o funciones que aquí se describen.

Además, los métodos descritos en este documento pueden modalizarse en un medio legible por computadora. El término "medio legible por computadora" incluye un solo medio o medios múltiples, tales como una base de datos centralizada o distribuida y/o cachés y servidores asociados que almacenan uno o más conjuntos de instrucciones. El término "medio legible por computadora" también incluirá cualquier medio que sea capaz de almacenar, codificar o ejecutar un conjunto de instrucciones para ser ejecutadas por un procesador o que hagan que un sistema de cómputo realice uno o más de los métodos u operaciones descritos aquí.

Como lo apreciará fácilmente un experto en la téenica, la descripción anterior se entiende como una ilustración de los principios de la invención. Esta descripción no tiene la finalidad de limitar el alcance o la aplicación de la invención, ya que la invención es susceptible de modificación, variación y cambio, sin apartarse de la esencia de la invención, tal como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema termico que comprende: una pluralidad de elementos térmicos; un sistema de control que tiene por lo menos tres nodos de energía, en donde un elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos está conectado entre cada par de nodos de energía.

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

3. 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 configurado para energizar al menos un elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos.

4. El sistema de la reivindicación 3, en donde determinar qué conjunto de modos de control de la pluralidad de modos de control accionará cada elemento térmico a un punto de ajuste predefinido para cada modo.

5. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema de control comprende un par de transistores para cada nodo, el primer transistor del siendo configurado para conectar el nodo a una fuente de alimentación, un segundo transistor del par siendo configurado para conectar el nodo a un retorno, en donde un derivador se conecta entre el retorno y el segundo transistor o entre la fuente de alimentación y el primer transistor.

6. El sistema de la reivindicación 5, en donde el sistema de control está configurado para medir el voltaje a través del derivador o la corriente a través del derivador.

7. El sistema de la reivindicación 5, en donde el primer y segundo transistores son transistores de efecto de campo y un drenaje del primer transistor está conectado al voltaje de suministro y la fuente del primer transistor está conectado al nodo, el drenaje del segundo transistor estando conectado al nodo y la fuente del segundo transistor conectado al retorno.

8. El sistema de la reivindicación 1 , en donde un primer elemento termico y un segundo elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos está conectado entre un primer nodo y un segundo nodo, el primer elemento térmico estando activado y el segundo elemento térmico estando desactivado por una primera polaridad del primer nodo con respecto al segundo nodo, el primer elemento térmico estando desactivado y el segundo elemento térmico estando activado mediante una segunda polaridad del primer nodo relativo al segundo nodo.

9. El sistema de la reivindicación 8, en donde un circuito unidireccional está conectado en serie eléctrica con cada elemento térmico de la pluralidad de elementos térmicos.

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

11. El sistema de la reivindicación 10, en donde el elemento térmico es un elemento resistivo.

12. El sistema de la reivindicación 11, en donde los elementos térmicos comprenden un material eléctricamente conductor con una resistencia eléctrica dependiente de la temperatura.

13. El sistema de la reivindicación 12, en donde el sistema de control está configurado para medir la resistencia del elemento resistivo para calcular una temperatura del elemento resistivo.

14. El sistema de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un número N de nodos, y un número E de elementos de calefacción, donde cada par de nodos tiene exactamente un elemento de calefacción conectado entre ellos.

15. El sistema de la reivindicación 14, en donde el número E de elementos de calefacción es proporcional al número N de nodos substraídos del número N de nodos cuadráticos.

16. El sistema de la reivindicación 15, en donde el número E de elementos de E = ü!zü calefacción se relaciona con el número de nodos por la expresión 2 .

17. El sistema de la reivindicación 14, en donde el sistema de control está configurado para aplicar de forma selectiva un voltaje de activación, un voltaje de retorno y una condición de circuito abierto a cada uno de los nodos.

18. Un calentador que comprende: una placa de base; un calentador de base fijado a la placa de base; un sustrato asegurado al calentador de base; un calentador de ajuste asegurado al sustrato, el calentador de ajuste comprende una pluralidad de elementos calentadores; un plato asegurado al calentador de ajuste; y un sistema de control que tiene por lo menos tres nodos de energía, 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 18, en donde el sistema de control está configurado para aplicar de forma selectiva un voltaje de activación, un voltaje de retorno y una condición de circuito abierto a cada uno de los nodos de energía.

20. El sistema de la reivindicación 19, en donde el sistema de control está configurado para definir una pluralidad de modos de control, cada modo de control configurado para energizar al menos un elemento calentador de la pluralidad de elementos calentadores.

21. El sistema de la reivindicación 20, en donde determinar que conjunto de modos de control de la pluralidad de modos de control accionará cada elemento térmico a un punto de ajuste predefinido para cada modo.

22. El sistema de la reivindicación 18, en donde el sistema de control comprende un par de transistores para cada nodo, el primer transistor del siendo configurado para conectar el nodo a una fuente de alimentación, un segundo transistor del par siendo configurado para conectar el nodo a un retorno, en donde un derivador se conecta entre el retorno y el segundo transistor o entre la fuente de alimentación y el primer transistor.

23. El sistema de la reivindicación 22, en donde el sistema de control está configurado para medir el voltaje a través del derivador o la corriente a través del derivador.