温度控制系统及其方法技术方案

一种温度控制系统及其方法，该系统包括一第一通道、一第二通道、一加热元件、一DUT腔室、一转换器、一第一PID控制器及至少一个切换调节器。该加热元件设置于该第一通道及该第二通道下游以根据一输入功率对来自该第一通道的第一空气或来自该第二通道的第二空气进行加热，以便将具有一温度的混合空气提供至该DUT腔室中。该转换器将一AC功率转换成一DC功率。该第一PID控制器根据一第一设定点及由该加热元件消耗的功率的一量测信号来提供一第一输入信号。该输入功率借由该切换调节器根据该第一输入信号调整以驱动该加热元件。因此，电功率的使用将更有效率。本发明专利技术还提供了用于该受测装置的一温度控制系统的温度控制方法。

Temperature control system and method thereof

A temperature control system and method includes a first channel, a second channel, a heating element, an DUT chamber, a converter, a first PID controller, and at least one switching regulator. The heating element is arranged on the downstream of the first channel and the second channel according to a first input power to heat the air from the first channel second channel second or from the air, so as to have a mixed air temperature to provide the DUT chamber. The converter converts a AC power to a DC power. The first PID controller provides a first input signal according to a first set point and a measured signal of the power consumed by the heating element. The input power is adjusted by the switching regulator according to the first input signal to drive the heating element. Therefore, the use of electrical power will be more efficient. The invention also provides a temperature control method for a temperature control system of the measuring device.

【技术实现步骤摘要】
温度控制系统及其方法
本专利技术涉及温度控制，特别是一种具有改良的电功率管理的温度控制系统及其方法。
技术介绍
在液体流或气体流的热管理领域中，经由加热装置进行温度控制已存在很长时间。功率要求取决于流量、所要温度范围及温度改变速率而改变。加热元件通常利用电阻来加热，其通常使用钨丝来作为电阻元件。借由使液体或气体流过加热钨丝，且借由使电流通过该钨丝而将能量转移至该流体，借此使其变热。加热器的许多商业器具需要直流电(DC)功率。因此，交流电(AC)至DC转换器通常用以将输入电压分配至负载点(POL)。加热丝具有非恒定电阻特性：电阻通常随温度增加。非恒定电阻特性使得其难以进行精确的温度控制，因为控制此类型的加热器的典型方式为使用固定电压(AC或DC)接通或断开加热器以控制电流的工作循环。此类型的温度控制会在系统中引起温度的不当波动以及电噪音。此外，所供应的功率(或电源)的功率因素(powerfactor)亦会波动。此等波动有时被称作闪烁噪音，且取决于该系统必须在哪一国际标准内操作而存在对允许多少闪烁噪音(flickernoise)的限制。不同地区位置亦具有不同的可用功率(或电源)，且由附接至同一电源的其他装备引起的波动亦会引起液体或气体的温度的波动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种温度控制系统及其方法，其独立于所供应系统电压且可减少闪烁噪音并改良温度控制的功率因素。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种温度控制系统，其用于控制受测装置(DUT)的温度。该温度控制系统的一实施例包含：一第一通道、一第二通道、一加热元件、一DUT腔室、一转换器、一第一比例-积分-微分(PID)控制器及至少一切换调节器。该第一通道连接至一第一阀以自该第一阀接收一第一空气。该第二通道连接至一第二阀以自该第二阀接收一第二空气。该加热元件安置于该第一通道及该第二通道下游以根据一输入DC功率对该第一空气及该第二空气中的至少一个进行加热，以便提供具有一所要温度的混合空气。该DUT腔室安置于该加热元件下游以接收该混合空气且用以容纳该DUT。该转换器用以接收一AC功率(或电源)且提供一DC功率(或电源)。该第一PID控制器经组态以根据该加热元件的一第一量测信号及一第一设定点来提供一第一输入信号。该第一量测信号代表由加热元件消耗的功率值，且该第一设定点代表待供应至该加热元件的一所要输入功率。该切换调节器耦接至该转换器及该第一PID控制器以接收该第一输入信号且将该输入功率提供至该加热元件。为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种用于一受测装置(DUT)的温度控制系统，其包含：一第一通道，其连接至一第一阀以自该第一阀接收一第一空气；一第二通道，其连接至一第二阀以自该第二阀接收一第二空气；一加热元件，其设置于该第一通道及该第二通道下游以根据一输入功率对该第一空气或该第二空气进行加热，从而将具有一温度的一空气提供至设置于该加热元件下游的一DUT腔室；及一控制电路，其用以根据该加热元件的一功率量测信号以及该DUT的一所要温度或一混合腔室的一所要出口温度来调整该输入功率，其中该加热元件位于该混合腔室中为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种用于一受测装置(DUT)的一温度控制系统的温度控制方法，该方法包含：自一第一阀接收一第一空气；自一第二阀接收一第二空气；混合该第一空气与该第二空气以形成一混合空气；根据一加热元件的一功率量测信号以及该DUT的一所要温度或一混合腔室的一所要出口温度来计算一输入功率，其中该加热元件位于该混合腔室中；及借由将该输入功率施加至该加热元件而用该输入功率来对该混合空气进行加热。本专利技术的技术效果在于：本专利技术可更好地控制至加热设备的功率供应以改良功率因素，以使得可更有效地使用电功率。可用于不同大小的加热元件，且亦用以控制同一系统中的多个加热元件。MCU10亦可量测AC输入电压及电流以及供应至切换调节器的预调节器电压及电流。此外，亦可量测MCU10中的关键组件的温度。此等量测结果可用以确保MCU10在安全操作条件内操作，且可用以在组件失效的状况下关闭MCU10或系统。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1为用于本专利技术的一项实施例的温度控制系统的功能方块图；图2为用于本专利技术的温度控制系统的加热器单元的实施例的示意图；图3为加热器单元的控制电路的功能方块图；图4为控制电路的第一实施例；图5为控制电路的第二实施例；图6为控制电路的第三实施例；图7为控制电路的第四实施例；图8为用于本专利技术的一项实施例的温度控制方法的流程图；图9为钨丝的电阻率随温度线性地变化。其中，附图标记10：主控制单元(MCU)20：压缩机单元30：加热器单元31：AC至DC升压-降压式转换器单元31a：AC至DC升压式转换器32：混合腔室32a：出口33：比例-积分-微分(PID)控制单元33a：第一比例-积分-微分(PID)控制器33b：第二比例-积分-微分(PID)控制器33c：第三比例-积分-微分(PID)控制器34：加热元件36：流动通道38：受测装置(DUT)腔室100：温度控制系统302：控制电路304：控制电路306：控制电路/系统308：控制电路361：第一通道361a：外通道361b：内通道362：第二通道362a：外通道362b：内通道363：加热通道381：受测装置(DUT)A：电流表CV1：第一阀CV2：第二阀IH：电流S：调节器S1：第一切换调节器S100：步骤S120：步骤S140：步骤S160：步骤S2：第二切换调节器S3：第三切换调节器T1、T1：出口温度感测器T2、T2：受测装置(DUT)温度感测器V：电压表VH：直流电(DC)电压Vout,1：第一输出电压Vout,2：第二输出电压Vout,3：第三输出电压Σ：加法器具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述：在图1中为用于本专利技术的一项实施例的温度控制系统100，以便提供对受测装置或DUT(DeviceUnderTest)的热管理的说明。温度控制系统100包含主控制单元(MCU)10、压缩机单元20及加热器单元30。MCU10可为具有分别耦接至第一阀CV1、第二阀CV2、压缩机单元20及加热器单元30的多个I/O端子的处理器，以使得可将信号发送至第一阀CV1、第二阀CV2、压缩机单元20及加热器单元30，且自第一阀CV1、第二阀CV2、压缩机单元20及加热器单元30接收信号。MCU10可控制第一阀CV1以调节流动至第一通道361中的冷空气(或经处理空气)的流量，且控制第二阀CV2以调节流动至第二通道362中的周围空气的流量。MCU10能够控制第一空气流动至第一通道361中之前的温度，且能够根据输入功率、第二空气的流量、以及第一空气的流量及温度来控制混合空气的温度。举例而言，若输入功率固定且混合空气的温度需要降低，则MCU10可在第一空气流动至第一通道361中之前控制第一空气的流量使其增加及/或控制第一空气的温度使其降低。此外，若混合空气的温度需要升高，则MCU10例如可在第一空气流动至第一通道361中之前控制第一空气的温度使其升高。且若输入功率并不固定，且若混合空气的温度需要升高，则MCU10可控制第一空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于一受测装置的温度控制系统，其特征在于，包含：一第一通道，连接至一第一阀以自该第一阀接收一第一空气；一第二通道，连接至一第二阀以自该第二阀接收一第二空气；一加热元件，设置于该第一通道及该第二通道下游以使用一输入功率对该第一空气与该第二空气的混合物进行加热，从而提供具有一温度的一混合空气；一DUT腔室，安置于该加热元件下游以接收该混合空气且用以容纳该DUT；一转换器，用以接收一交流电功率且提供一直流电功率；一第一比例‑积分‑微分控制器，用以根据该加热元件的一第一量测信号与一第一设定点之间的一差异来提供一第一输入信号，其中该第一量测信号代表由该加热元件所消耗的一功率值，且该第一设定点代表待供应至该加热元件的一所要输入功率；及至少一切换调节器，耦接至该转换器以自该转换器接收该直流电功率且耦接至该第一比例‑积分‑微分控制器以接收该第一输入信号，且该至少一切换调节器用以调整供应至该加热元件的该输入功率。

【技术特征摘要】
2015.09.17 US 62/219,7091.一种用于一受测装置的温度控制系统，其特征在于，包含：一第一通道，连接至一第一阀以自该第一阀接收一第一空气；一第二通道，连接至一第二阀以自该第二阀接收一第二空气；一加热元件，设置于该第一通道及该第二通道下游以使用一输入功率对该第一空气与该第二空气的混合物进行加热，从而提供具有一温度的一混合空气；一DUT腔室，安置于该加热元件下游以接收该混合空气且用以容纳该DUT；一转换器，用以接收一交流电功率且提供一直流电功率；一第一比例-积分-微分控制器，用以根据该加热元件的一第一量测信号与一第一设定点之间的一差异来提供一第一输入信号，其中该第一量测信号代表由该加热元件所消耗的一功率值，且该第一设定点代表待供应至该加热元件的一所要输入功率；及至少一切换调节器，耦接至该转换器以自该转换器接收该直流电功率且耦接至该第一比例-积分-微分控制器以接收该第一输入信号，且该至少一切换调节器用以调整供应至该加热元件的该输入功率。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包含一电流感测器及一电压感测器，其中该电流感测器用以提供代表供应至该加热元件的一电流的一电流感测信号，且该电压感测器用以提供代表施加至该加热元件的一电压的一电压感测信号，且其中该第一量测信号根据该电流感测信号及该电压感测信号而产生。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包含设置于该第一通道及该第二通道下游的一加热器单元，其中该加热器单元包含该加热元件及一混合腔室，且该加热元件位于该混合腔室中。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包含一出口温度感测器及一第二比例-积分-微分控制器，其中该出口温度感测器用以提供代表该混合腔室的一当前出口温度的一第二量测信号，且该第二比例-积分-微分控制器用以根据该第二量测信号与代表该混合腔室的一所要出口温度的一第二设定点之间的一差异而提供一第二输入信号作为该第一设定点。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，进一步包含一受测装置温度感测器及一第三比例-积分-微分控制器，其中该受测装置温度感测器用以提供代表该受测装置的一当前温度的一第三量测信号，且该第三比例-积分-微分控制器用以根据该第三量测信号与代表该受测装置的一所要温度的一第三设定点之间的一差异而提供一第三输入信号作为该第二设定点。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包含一受测装置温度感测器及一第三比例-积分-微分控制器，其中该受测装置温度感测器用以提供代表该受测装置的一当前温度的一第三量测信号，且该第三比例-积分-微分控制器用以根据该第三量测信号与代表该受测装置的一所要温度的一第三设定点之间的一差异而提供一第三输入信号作为该第一设定点。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该至少一切换调节器用以根据该第一输入信号来调整该输入功率，且其中该至少一切换调节器包括多个切换调节器，该多个调节器中的每一个具有一不同的电压步长且提供一对应的不同输出功率。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该多个切换调节器的输出功率的一总和等于该所要输入功率。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一通道包含一内通道及一外通道，且该第一空气以一第一方向流入该外通道中，且以与该第一方向相反的一第二方向流入该内通道中。10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包含设置于该第一通道及该第二通道下游的一加热通道，其中该加热元件设置于该加热通道中，该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯达·黑尔格·雅各布，张盈乔，李岳颖，
申请(专利权)人：旺矽科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71