CN111519244B - 一种应用在单晶生产设备中的电阻式加热器的电源控制方法 - Google Patents

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    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides

Abstract

本发明涉及一种应用在单晶生长设备中的电阻式加热器的电源控制方法，其通过PID控制器对加热器进行反馈调节，以加热系统，与此同时，本发明考虑到电阻加热器的谐波响应，利用电抗的功率因子值做补偿，修正目标值来更精准控制加热器的输入电压，进而精准控制长晶速率，减低测量误差与市电调节波动等环境外界环境变化所造成扰动，优化系统的动态性能。

Description

一种应用在单晶生产设备中的电阻式加热器的电源控制方法
技术领域
本发明涉及单晶生产设备领域，具体涉及一种应用在单晶生产设备中的电阻式加热器的电源控制方法。
背景技术
目前碳化硅单晶生长标准技朮为籽晶升华法，也被称为物理气相输运生长法PVT。蓝宝石单晶生长技术则有KY法、CZ法等。这类单晶生长有一个共同点，就是把籽晶4放置于生长炉体坩埚1内的一处温度稍低区域，把多晶体的生长源3放置于坩埚1的底部的高温区，生长系统的加热器2对生长源3加热使之由固相变成液相或气相，然后通过物质热运输到籽晶4面上再凝结成固相5，如图1所示。整个相变的过程要求是非常缓慢，这样才能逹到高质量的单晶结构，一般上的凝结速率都在1～20克/时。这时生长炉坩埚内的热场温度梯度设计是整个长晶系统的关键，其决定了单晶体的质量。因此，一个可靠度高，同时可以精准控制的加热系统是必需的，这样才能维持热场温度梯度稳定。
目前长晶炉的加热系统主要有是由电能转为热能，并通过调节某些可控的变量，实现对晶体生长过程的有限度控制。将电能转换为热能的途径主要有中频感应加热与电阻发热体加热两种，而电阻发热体加热又分为直流电源解热和交流电源加热。
其中，交流电源的设计简单且成熟可靠，由市电源经过一个变压器变压至所需的电压，再透过一个晶闸管做相位整流后输出到电阻加热器，如图2所示。由于利用相位整流，电源不在工频下工作，系统就会存在谐波效应，加热器的谐波效应会造成测量上的失准，进而影响控制的精准。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种应用在单晶生产设备中的电阻式加热器的电源控制方法，其可以更加精准地控制长晶速度，进而提高晶体质量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用在单晶生长设备中的电阻式加热器的电源控制方法，其采用交流电作为电源：市电电源经过变压，透过PID控制器调节半波相位开关电压后输出至电阻式加热器；
同时，采集加热器的电压和电流，并将其发送至处理器中，处理器计算出加热器的电抗功率因子值，并将该电抗功率因子以及加热器的电压值反馈至PID控制器的输入端；PID控制器根据整流后的长晶炉回馈的长晶参数以及电抗功率因子调节加热器的输入电压值，即
Figure GDA0003064380380000021
其中，V(k)为第k点时的输出目标电压；
Figure GDA0003064380380000031
为电抗功率因子值，V(t)为加热器的实时电压,I(t)为加热器的实时电流；
Kφ为常数；Kp、Ki、Kd为PID模型的常数；
e(k)为第k点时由长晶炉反馈的长晶参数；
△Tk＝Tk-Tk-1，为第k-1的时间点至第k时间点的差。
采用上述方案后，本发明通过PID控制器对加热器进行反馈调节，以加热系统，与此同时，本发明考虑到电阻加热器的谐波响应，利用电抗的功率因子值做补偿，修正目标值来更精准控制加热器的输入电压，进而精准控制长晶速率，减低测量误差与市电调节波动等环境外界环境变化所造成扰动，优化系统的动态性能。
附图说明
图1为单晶生产设备示意图；
图2为交流电源示意图；
图3为本发明加热器的电源控制电路图。
具体实施方式
本发明揭示了一种应用在单晶生长设备中的电阻式加热器的电源控制方法，如图3所示，本发明采用交流电作为电源：市电电源经过变压，透过PID控制器调节半波相位开关电压后输出至电阻式加热器。
同时，采集加热器的电压和电流，并将其发送至处理器中，处理器计算出加热器的电抗功率因子值，并将该电抗功率因子以及加热器的电压值反馈至PID控制器的输入端；PID控制器根据整流后的长晶炉回馈的长晶参数以及电抗功率因子调节加热器的输入电压值，即
Figure GDA0003064380380000041
其中，V(k)为第k点时的输出目标电压；
Figure GDA0003064380380000042
为电抗功率因子值，V(t)为加热器的实时电压,I(t)为加热器的实时电流；
Kφ为常数；Kp、Ki、Kd为PID模型的常数；
e(k)为第k点时由长晶炉反馈的长晶参数；
△Tk＝Tk-Tk-1，为第k-1的时间点至第k时间点的差。
本发明通过PID控制器对加热器进行反馈调节，以加热系统，与此同时，本发明考虑到电阻加热器的谐波响应，利用电抗的功率因子值做补偿，修正目标值来更精准控制加热器的输入电压，进而精准控制长晶速率，减低测量误差与市电调节波动等环境外界环境变化所造成扰动，优化系统的动态性能。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种应用在单晶生长设备中的电阻式加热器的电源控制方法，其特征在于：所述方法采用交流电作为电源：市电电源经过变压，通过PID控制器调节半波相位开关电压后输出至电阻式加热器；
同时，采集加热器的电压和电流，并将其发送至处理器中，处理器计算出加热器的电抗功率因子值，并将该电抗功率因子以及加热器的电压值反馈至PID控制器的输入端；PID控制器根据整流后的长晶炉回馈的长晶参数以及电抗功率因子调节加热器的输入电压值，即
Figure FDA0003064380370000011
其中，V(k)为第k点时的输出目标电压；
Figure FDA0003064380370000012
为电抗功率因子值，V(t)为加热器的实时电压,I(t)为加热器的实时电流；
Kφ为常数；Kp、Ki、Kd为PID模型的常数；
e(k)为第k点时由长晶炉反馈的长晶参数；
△Tk＝Tk-Tk-1，为第k-1的时间点至第k时间点的差。
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