冷却系统的动态调节控制方法、装置、系统及外延设备

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种冷却系统的动态调节控制方法、装置、系统及外延设备。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种高性能的半导体材料，可用于制备大功率电力电子器件，在国民经济和国防安全中有重要的运用价值。目前，制备碳化硅外延材料需要用到碳化硅高温外延设备，碳化硅高温外延生长设备一般包括传输系统、外延反应室系统、真空抽气系统以及冷却系统等。

相关技术中，碳化硅外延设备通常选用不间断运行的冷却水循环系统来达到冷却的目的，此类冷却系统的冷却效果恒定。但是，碳化硅外延设备的降温需求是动态变化的，冷却系统的降温能力不能随降温需求改变，如此使得其无法满足碳化硅外延生长的温度需求，大大影响了碳化硅外延设备的使用效果。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种冷却系统的动态调节控制方法、装置、系统及外延设备，解决或改善了现有技术中碳化硅外延设备的冷却系统降温模式恒定，无法满足使用需求的技术问题。

根据本申请的第一个方面，本申请提供了一种冷却系统的动态调节控制方法，此冷却系统的动态调节控制方法包括：获取冷却系统的水温；根据所述冷却系统的水温，调节变频器的运行频率；以及根据所述变频器的运行频率，调节所述冷却系统的循环水泵的驱动频率。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述冷却系统的水温，调节变频器的运行频率，包括：根据所述冷却系统的水温以及多个预设温度区间，确定所述冷却系统的水温的所属预设温度区间；根据所述冷却系统的水温的所述所属预设温度区间，调节所述变频器的当前运行频率至预设运行频率区间；其中，每个所述预设温度区间均对应设有所述预设运行频率区间。

在一种可能的实现方式中，所述获取冷却系统的水温，包括：获取温度感应装置传输的感应信号，所述感应信号用于表示所述冷却系统的水温。

根据本申请的第二个方面，本申请还提供了一种冷却系统的动态调节控制装置，此冷却系统的动态调节控制装置包括：水温获取模块，用于获取冷却系统的水温；运行频率调节模块，用于根据所述冷却系统的水温，调节变频器的运行频率；以及循环水泵运行频率调节模块，用于根据所述变频器的运行频率，调节所述冷却系统的循环水泵的驱动频率。

根据本申请的第三个方面，本申请还提供了一种冷却系统的动态调节控制系统，此冷却系统的动态调节控制系统包括：温度感应装置，所述温度感应装置用于检测冷却系统的水温；变频器，所述变频器与所述温度感应装置以及所述冷却系统的循环水泵电连接；如上所述的冷却系统的动态调节控制装置，所述动态调节控制装置与所述温度感应装置、所述变频器以及所述循环水泵电连接。

在一种可能的实现方式中，所述温度感应装置为温度变送器，所述温度变送器将输入的温度信号转变为用于输出的电压信号。

在一种可能的实现方式中，所述温度变送器包括：温度探头，所述温度探头设置在所述冷却系统的回水口。

在一种可能的实现方式中，所述动态调节控制装置集成设置在所述变频器中。

在一种可能的实现方式中，所述变频器分别与所述循环水泵的启动电路以及停止电路电连接，所述变频器用于控制所述循环水泵的启动与停止。

根据本申请的第三个方面，本申请还提供了一种外延设备，此外延设备包括：冷却系统；如上任一项所述的冷却系统的动态调节控制系统，所述动态调节系统与所述冷却系统电连接。

本申请提供了一种冷却系统的动态调节控制方法、装置、系统及外延设备，其中，冷却系统的动态调节控制方法具体包括如下步骤：获取冷却系统的水温；根据冷却系统的水温，调节变频器的运行频率；以及根据变频器的运行频率，调节冷却系统的循环水泵的驱动频率。这种冷却系统的动态调节控制方法实时采集冷却系统中冷却水的温度，并根据冷却水的实时温度对应调节变频器的运行频率，从而使得变频器对循环水泵的输出驱动频率进行对应调节，如此可以更加契合碳化硅外延设备当前的降温需求，保障冷却系统的管路运行在合理的温度范畴，从而有效保证冷却系统的冷却效果，进而提高外延设备使用过程的可靠性。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1所示为本申请一实施例提供的冷却系统的动态调节控制方法的流程示意图。

图2所示为本申请另一实施例提供的冷却系统的动态调节控制方法的流程示意图。

图3所示为本申请一实施例提供的冷却系统的动态调节控制装置的结构框图。

图4所示为本申请一实施例提供的冷却系统的动态调节控制系统的结构框图。

图5所示为本申请另一实施例提供的冷却系统的动态调节控制系统的结构框图。

图6所示为本申请一实施例提供的电子设备的框图。

附图标记说明：100、动态调节控制装置；101、水温获取模块；102、运行频率调节模块；103、循环水泵运行频率调节模块；200、温度变送器；201、温度探头；300、变频器；400、循环水泵；401、启动电路；402、停止电路；10、电子设备；11、处理器；12、存储器；13、输入装置；14、输出装置。

具体实施方式

本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

申请概述

申请人对于现有技术中存在的碳化硅外延设备的冷却系统降温模式恒定，无法满足使用需求的技术问题进一步分析后得知：

目前常见的碳化硅外延设备的冷却系统，是自外延设备开机就不间断地运行的，具体为冷却水循环水泵运转，推动冷却系统的内循环水在内部管道中循环流动，冷却水带走热能。常见的控制方法是由常规的继电控制线路，如空开+接触器+热继电器+循环水泵电机+按钮，控制冷却系统的循环水泵在一个恒定的工况下运行。

不难理解，碳化硅外延设备的降温需求是动态变化的，冷却系统的降温能力不能随降温需求动态调节，就会使得在碳化硅外延设备降温需求的高峰期，冷却系统的降温能力不能得到有效提升，如此会导致冷却水的水温升高至45-60℃，从而使得降温效果欠佳；在碳化硅外延设备的降温需求的低谷期，冷却系统的降温能力又因过剩而造成能源浪费。

针对上述技术问题，本申请提供了一种冷却系统的动态调节控制方法、装置、系统及外延设备，其中，冷却系统的动态调节控制方法具体包括如下步骤：获取冷却系统的水温；根据冷却系统的水温，调节变频器的运行频率；以及根据变频器的运行频率，调节冷却系统的循环水泵的驱动频率。这种冷却系统的动态调节控制方法实时采集冷却系统中冷却水的温度，并根据冷却水的实时温度对应调节变频器的运行频率，从而使得变频器对循环水泵的输出驱动频率进行对应调节，如此可以使得冷却系统的降温能力更加契合碳化硅外延设备当前的降温需求，保障冷却系统的管路运行在合理的温度范畴，从而有效保证冷却系统的冷却效果，进而提高外延设备使用过程的可靠性。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

示例性说明

图1所示本申请一实施例提供的一种冷却系统的动态调节控制方法的流程示意图。如图1所示，本申请提供的这种冷却系统的动态调节控制方法具体可以包括如下步骤：

步骤100：获取冷却系统的水温。

碳化硅外延片，是指在碳化硅衬底上生长了一层有一定要求的、与衬底晶相同的单晶薄膜(外延层)的碳化硅片，而碳化硅外延设备则为用于进行上述碳化硅外延片制备的设备。冷却系统是指碳化硅外延设备中用于对高温条件进行水循环冷却，带走多余热能的系统，具体为冷却水的循环水泵运转，推动冷却系统的内循环水在内部管道中循环，从而带走多余热能。上述步骤中冷却系统的水温即指内部管道出水口处的水温，实时采集冷却系统的水温，以便根据冷却系统的即时水温对应调整循环水泵的驱动频率，从而为碳化硅外延设备提供更佳的温度条件。

步骤200：根据冷却系统的水温，调节变频器的运行频率。

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。在本申请中，变频器与循环水泵的驱动电机电连接，其用于根据冷却系统的即时水温调节循环水泵的驱动电机的输出频率，从而调节冷却系统的降温能效。

步骤300：根据变频器的运行频率，调节冷却系统的循环水泵的驱动频率。

循环水泵设置于热源或冷源等处，在采暖系统或空调水系统的闭合环路内，循环水泵使水在系统内周而复始地循环，克服环路的阻力损失，与设备的高度等无直接关系，因此将它称为循环水泵。该循环水泵的驱动电机与变频器电连接，由变频器对驱动电机的输出驱动频率进行动态控制，由于变频器的运行频率与冷却系统的水温相关，如此使得冷却系统得以对应冷却系统中的即时水温对应调节降温动力，进而保障冷却系统的管路运行在更加合理的温度范畴，保证冷却系统的冷却效果，同时提高外延设备使用过程的可靠性。

在一种可能的实现方式中，图2所示为本申请另一实施例提供的冷却系统的动态调节控制方法的流程示意图。如图2所示，上述步骤200(根据冷却系统的水温，调节变频器的运行频率)进一步可以包括如下步骤：

步骤210：根据冷却系统的水温以及多个预设温度区间，判断冷却系统的水温的所属预设温度区间。

预设温度区间为人工设定或控制系统中预先设定的若干个温度区间，每个温度区间对应设有变频器的合理运行频率区间，即当水温较高时，对应增加变频器的运行频率以提高冷却效果，当水温较低时，对应减小变频器的运行频率以降低能源的浪费。将冷却系统循环管路中的最大允许水温区间进行划分，形成若干个预设温度区间，在获取到冷却系统循环管路中的水温后，根据水温的具体数值判断其所在的预设温度区间，从而针对当前水温，对应调节变频器的运行频率。

值得一提的是，预设温度区间具体可以为：将小于或等于20度设定为第一预设温度区间，大于20度且小于或等于30度设定为第二预设温度区间，大于30度且小于或等于40度设定为第三预设温度区间，大于40度且小于或等于50度设定为第四预设温度区间，大于50度且小于或等于60度设定为第五预设温度区间，大于60度且小于或等于70度设定为第六预设温度区间，以此类推。

不难理解，不同的外延设备具有不同的运行温度，上述关于预设温度区间的设定仅为优选举例说明，并非对于预设温度区间划分方式的限定，具体的预设温度区间划分方式以及每个温度区间的温度差值还应视具体的应用场景以及具体的设备而定，本申请不对此作出进一步限定。此外，相邻的预设温度区间可以为连续闭合区间，也可以为具有温度差间隔的非连续区间。

步骤220：根据冷却系统的水温的所属预设温度区间，调节变频器的当前运行频率至预设运行频率区间。

预设运行频率区间为对于预设温度区间设定的频率区间，用于在冷却系统的水温确定时，对应水温的所属预设温度区间，将变频器的运行频率进行对应调节，使得变频器的运行频率与实时水温对应，此外，每个预设温度区间均对应设有预设运行频率区间。即在水温处于较高温度区间时，调高变频器的运行频率，进而使得循环水泵的驱动电机输出增加，加快水温的下降速度；当水温处于较低温度区间时，对应调低变频器的运行频率，从而使得循环水泵的驱动电机输出减少，降低能耗。

具体的，在一实施中，如图2所示，步骤100(获取冷却系统的水温)进一步可以包括如下步骤：

步骤110：获取温度感应装置传输的感应信号，感应信号用于表示冷却系统的水温。

温度感应装置为用于进行冷却系统的循环管路中水温检测的温度传感装置，具体可以为温度变送器等。将温度感应装置的温度感应探头设置在水循环管路的出水口处，由温度感应探头检测实时水温，生成温度信号，温度信号经由温度变送器转变为电压模拟信号，如0至100度对应转变为0至10V的电压模拟信号，温度变送器再将此电压模拟信号传输至动态调节装置的控制装置中，使得控制装置得以根据此电压模拟信号确定当前管路中的冷却水水温，对应水温进行变频器运行频率的调节，提高冷却系统的冷却效果，及时响应碳化硅外延设备的温度需要。

与上述冷却系统的动态调节控制方法相对应的，本申请实施例还公开了一种冷却系统的动态调节控制装置。下面将结合图对此冷却系统的动态调节控制装置100进行说明。

图3所示为本申请一实施例提供的冷却系统的动态调节控制装置的结构框图。如图3所示，本申请提供的这种冷却系统的动态调节控制装置100具体可以包括：水温获取模块101、运行频率调节模块102以及循环水泵运行频率调节模块103。其中，水温获取模块101用于获取冷却系统的水温；运行频率调节模块102用于根据冷却系统的水温，调节变频器300的运行频率；循环水泵运行频率调节模块103用于根据变频器300的运行频率，调节冷却系统的循环水泵400的驱动频率。这种冷却系统的动态调节控制装置100可用于进行如下方法中的步骤：获取冷却系统的水温；根据冷却系统的水温，调节变频器300的运行频率；以及根据变频器300的运行频率，调节冷却系统的循环水泵400的驱动频率。这种冷却系统的动态调节控制装置100实时采集冷却系统中冷却水的温度，并根据冷却水的实时温度对应调节变频器300的运行频率，从而使得变频器300对循环水泵400的输出驱动频率进行对应调节，如此可以更加契合碳化硅外延设备当前的降温需求，保障冷却系统的管路运行在合理的温度范畴，从而有效保证冷却系统的冷却效果，进而提高外延设备使用过程的可靠性。

此外，本申请的另一实施例还提出一种冷却系统的动态调节控制系统。图4所示为本申请一实施例提供的冷却系统的动态调节控制系统的结构框图。如图4所示，此冷却系统的动态调节控制系统可以包括：温度感应装置、变频器300以及上述实施例中描述的冷却系统的动态调节控制装置100。其中，温度感应装置用于检测冷却系统的水温，还可以将检测到的水温通过数据传输或信号传输的方式发送至动态调节控制装置100。变频器300与温度感应装置以及冷却系统的循环水泵400电连接，同时动态调节控制装置100与温度感应装置、变频器300以及循环水泵400电连接。变频器300受到动态调节控制装置100的控制，基于冷却系统的实时水温进行多段速控制，即将冷却系统的实时水温作为输入变量，在动态调节控制装置100的输出控制下，实现运行频率的实时动态调节，使得循环水泵400的驱动电机对应调整输出频率，相应碳化硅外延设备的当前降温需求，保证碳化硅外延设备的使用效果。

这种冷却系统的动态调节控制系统可用于进行如下方法中的步骤：获取冷却系统的水温；根据冷却系统的水温，调节变频器300的运行频率；以及根据变频器300的运行频率，调节冷却系统的循环水泵400的驱动频率。这种冷却系统的动态调节控制系统实时采集冷却系统中冷却水的温度，并根据冷却水的实时温度对应调节变频器300的运行频率，从而使得变频器300对循环水泵400的输出驱动频率进行对应调节，如此可以更加契合碳化硅外延设备当前的降温需求，保障冷却系统的管路运行在合理的温度范畴，从而有效保证冷却系统的冷却效果，进而提高外延设备使用过程的可靠性。

具体的，动态调节控制装置100的输入端与温度感应装置连接，动态调节控制装置100的输出端与变频器300的输入/输出点连接。温度感应装置检测出冷却系统的当前水温后，对温度信号进行处理，生成可以被动态调节控制装置100接收的模拟信号，此代表了冷却系统水温的模拟信号被传输至动态调节控制装置100的输入端，并将其作为变频器300的变频调节的输出变量，动态调节控制装置100的输出端与变频器300连接，对应调节变频器300的运行频率，由变频器300对循环水泵400的驱动电机进行输出频率的调节，使得冷却水循环加快或减缓，以适应冷却系统中冷却水的当前水温。

在一种可能的实现方式中，图5所示为本申请另一实施例提供的冷却系统的动态调节控制系统的结构框图。如图5所示，上述动态调节控制装置100可以集成于变频器300的控制模块，通过设置变频器300内部的参数，使得变频器300在不同的水温下调节自身运行频率，起到使循环水泵400的输出频率自适应水温的作用。

具体的，在一实施例中，如图4所示，温度感应装置可以为温度变送器200，该温度变送器200将输入的温度信号转变为用于输出的电压信号。温度变送器200由传感器发展而来的，是一种能输出标准信号的传感器。利用温度变送器200将检测到的温度信号转换为电压模拟信号，进而使得该信号得以被变频器300接收。

可选的，如图5所示，温度变送器200包括：温度探头201，此温度探头201设置在冷却系统的回水口，如此使得温度变送器200可以实时检测冷却系统循环管路中冷却水的温度，并冷却水的即时温度传输至变频器300。

在另一中可能的实现方式中，如图5所示，变频器300还分别与循环水泵400的启动电路401以及停止电路402电连接，变频器300用于控制循环水泵400的启动与停止，如此将循环水泵400的控制功能集成化，减少装置数量。

与上述冷却系统的动态调节控制方法、装置以及系统相对应的，本申请实施例还公开了一种外延设备。

此外延设备可用于进行碳化硅外延，具体包括：冷却系统以及上述实施例中描述的冷却系统的动态调节控制系统，该动态调节系统与冷却系统电连接。

上述碳化硅外延设备由于其包括了上述冷却系统的动态调节控制系统，使得其可以实施上述实施例中的油路防堵控制方法，且其所产生的有益效果与上述装置以及系统相同，在此将不再重复说明。

下面，参考图6来描述根据本申请实施例的电子设备。

图6图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。

如图6所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。

处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。

存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的冷却系统的动态调节控制方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

在该电子设备是单机设备时，该输入装置13可以是通信网络连接器，用于从第一设备和第二设备接收所采集的输入信号。

此外，该输入装置13还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置14可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图6中仅示出了该电子设备10中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。

作为本申请的第三个方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序用于执行下列步骤：

获取冷却系统的水温；根据冷却系统的水温，调节变频器的运行频率；以及根据变频器的运行频率，调节冷却系统的循环水泵的驱动频率。

具体的，上述计算机程序还可以执行下列步骤：

根据冷却系统的水温以及预设温度区间，判断冷却系统的水温的所属预设温度区间；根据冷却系统的水温的所属预设温度区间，调节变频器的当前运行频率至预设运行频率区间；其中，每个预设温度区间均对应设有预设频率区间。

获取温度感应装置传输的感应信号，感应信号用于表示冷却系统的水温。

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序信息，计算机程序信息在被处理器运行时使得处理器执行本说明书中描述的根据本申请各种实施例的冷却系统的动态调节控制方法中的步骤。

计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序信息，计算机程序信息在被处理器运行时使得处理器执行本说明书根据本申请各种实施例的冷却系统的动态调节控制方法中的步骤。

计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。