CN117587522B - 具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法，涉及碳化硅设备技术领域，包括碳化硅炉体、流经所述碳化硅炉体的多路冷却水管路、控制系统；控制系统用于对多路冷却水管路的多路冷却水流量进行实时监测和调控，包括信号检测单元、第一多路开关单元、第二多路开关单元、多路分频单元和可编程逻辑控制器。信号检测单元控制第一多路开关单元和第二多路开关单元连通，以将多路高频脉冲信号中第一多路信号输入可编程逻辑控制器的高速数字输入口，将多路高频脉冲信号中第二多路信号输入多路分频单元。本申请保证碳化硅长晶设备的炉体温场分布，提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性。

Description

具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法

技术领域

本申请涉及碳化硅设备技术领域，具体而言，涉及一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法。

背景技术

碳化硅长晶设备是用于制备碳化硅晶体的核心设备，碳化硅长晶设备的炉内温场分布影响碳化硅晶体的生长速度、形态质量以及生长的稳定性等关键性能指标。碳化硅长晶设备的炉内温场控制一般通过多路冷却水来对生长炉体中的各关键部位，例如电极、腔体、坩埚轴等进行降温冷却，通过控制多路冷却水的流量实现炉内温场控制。因而，如何对多路冷却水流量的精准监测和调控是优化碳化硅长晶设备的生长工艺和设备性能所面临的现实的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法，可以自适应碳化硅长晶设备中的多路冷却水管路中流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数，保证碳化硅长晶设备的炉体温场分布，进而提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性，同时无需替换可编程逻辑控制器和进行大规模软硬件改造，节省产线升级成本。

第一方面，本申请实施例提出一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，包括碳化硅炉体、流经所述碳化硅炉体的多路冷却水管路、控制系统；所述控制系统用于对所述多路冷却水管路的多路冷却水流量进行实时监测和调控；所述控制系统包括信号检测单元、第一多路开关单元、第二多路开关单元、多路分频单元和可编程逻辑控制器；

其中，所述信号检测单元用于检测所述多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，如是，则控制所述第一多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；并且控制所述第二多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元输入至所述多路分频单元；所述信号检测单元还用于在所述多路高频脉冲信号的通道数不大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数时，仅控制所述第一多路开关单元中的指定开关通路连通，将所述多路高频脉冲信号经由所述指定开关通路输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；

所述第一多路开关单元用于基于所述信号检测单元的第一控制信号将所述第一多路信号输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口，所述第二多路开关单元用于基于所述信号检测单元的第二控制信号将所述第二多路信号输入至多路分频单元；所述多路分频单元用于将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口。

在可选的实施方式中，所述信号检测单元用于控制所述第二多路开关单元中的指定开关通路连通，将所述第二多路信号经由所述第二多路开关单元中的指定开关通路输入至所述多路分频单元。

在可选的实施方式中，所述多路分频单元包括对应于所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口的通道数的多个分频电路单元，所述多个分频电路单元以级联方式连接；

所述分频电路单元包括降压隔离单元、译码分频单元、升压隔离单元；所述降压隔离单元用于将所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号的电压值从第一电压降低为第二电压，所述译码分频单元用于将经过降压后的所述一路高频脉冲信号译码转换为预定比例频率的输出信号，所述升压隔离单元用于将所述译码分频单元的输出信号的电压值从第二电压升压为第一电压。

在可选的实施方式中，所述降压隔离单元包括第一光电耦合器、第一电阻和第二电阻，所述升压隔离单元包括第二光电耦合器、第三电阻；所述第一电阻的第一端输入所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号，所述第一电阻的第二端连接到所述第一光电耦合器的发光二极管的正极，所述第一光电耦合器的发光二极管的负极连接第一电压，所述第一光电耦合器的光敏三极管的集电极连接所述译码分频单元的输入端，所述第二电阻串接在所述译码分频单元的输入端和第二电压之间；所述译码分频单元的输出端连接至所述第二光电耦合器的发光二极管的正极，所述第二光电耦合器的光敏三极管的集电极连接至所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端输出对应于所述一路高频脉冲信号的低频脉冲信号；所述第一光电耦合器的光敏三极管的发射极、所述第二光电耦合器的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接至公共端。

在可选的实施方式中，所述多个分频电路单元中每个分频电路单元的第一光电耦合器的发光二极管的负极连接同一第一电压，每个分频电路单元的第二电阻的一端连接同一第二电压，每个分频电路单元的第一光电耦合器的光敏三极管的发射极、第二光电耦合器的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接同一公共端。

在可选的实施方式中，所述第一多路开关单元的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，所述第二多路开关单元的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口的通道数。

第二方面，本申请实施例还提出一种如前述任一实施方式所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备的控制方法，包括：

信号检测单元检测所述多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，如是，则控制所述第一多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；

并且控制所述第二多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元输入至所述多路分频单元，以将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口。

本申请实施例至少可以达到如下的有益效果：

本申请实施例通过碳化硅长晶设备的控制系统中的信号检测单元、第一多路开关单元、第二多路开关单元、多路分频单元和可编程逻辑控制器，实现对流经碳化硅炉体的多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度实时监测和调控。一方面，可以自适应碳化硅长晶设备中的多路冷却水管路中流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数，不论流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否超出可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，都可以自适应地实现对流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度监测，保证了碳化硅长晶设备的炉体温场分布，进而提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性。另一方面，当设备工艺升级需要精确监测和调控更多路的冷却水流量时，无需替换可编程逻辑控制器和进行大规模软硬件改造，节省产线升级成本，也能保证碳化硅长晶设备的设备运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，而不应被看作是对本申请范围的限制。

图1是根据本申请一实施例的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备的结构示意图；

图2是根据本申请一实施例的碳化硅长晶设备中多路分频单元134的结构示意图；

图3是根据本申请一实施例的分频电路单元210的示例性的结构示意图；

图4是根据本申请一实施例的多个分频电路单元210的级联电路的示意图；

图5是根据本申请另一实施例的碳化硅长晶设备的控制系统130的部分结构示意图；

图6是基于前述任一实施例的碳化硅长晶设备的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。然而应当理解，所描述的实施例仅仅是本申请的部分示例性实施例，而不是全部实施例，因此以下对本申请实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅是用于区别描述类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

如前所述，碳化硅长晶设备的炉内温场分布影响碳化硅晶体的生长速率、形态质量以及生长的稳定性等关键性能指标。碳化硅长晶设备的炉内温场控制一般通过多路冷却水来对生长炉体中的各关键部位，例如电极、腔体、坩埚轴等进行降温冷却，通过控制多路冷却水的流量实现炉内温场控制。因而，如何对多路冷却水流量的精准监测和调控是优化碳化硅长晶设备的生长工艺和设备性能所面临的一项现实的技术问题。为此，本申请提出一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备和控制方法，利用可编程逻辑控制器实现对多路冷却水流量的高精度实时监测和调控，可以自适应碳化硅长晶设备中的多路冷却水管路中流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数，保证碳化硅长晶设备的炉体温场分布，进而提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性。

图1是根据本申请一实施例的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备的结构示意图。如图1所示，所述具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备包括碳化硅炉体110、流经所述碳化硅炉体110的多路冷却水管路120、控制系统130；所述控制系统130用于对所述多路冷却水管路120的多路冷却水流量进行实时监测和调控。

其中，所述控制系统130包括信号检测单元131、第一多路开关单元132、第二多路开关单元133、多路分频单元134和可编程逻辑控制器135。所述信号检测单元131用于检测所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，如是，则控制所述第一多路开关单元132连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口136的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元132输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136；并且控制所述第二多路开关单元133连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口136的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元133输入至所述多路分频单元134。

所述第一多路开关单元132用于基于所述信号检测单元的第一控制信号CS1将所述第一多路信号输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口136，所述第二多路开关单元133用于基于所述信号检测单元的第二控制信号CS2将所述第二多路信号输入至多路分频单元134；所述多路分频单元134用于将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口137。

本实施例中，所述多路冷却水管路120的多路冷却水流量可以通过设置在所述多路冷却水管路120中的一组流量变送器FS进行高精度监测。流量变送器可以将多路冷却水流量的传感数据以高频脉冲信号进行输出，高频脉冲信号相比低频脉冲信号具有更高的感测精度和范围。

可编程逻辑控制器135的高速数字输入口通常可以用于测量最高100kHz的高频脉冲信号，但是可编程逻辑控制器135的高速数字输入口通常是有限的，可编程逻辑控制器135除了具有有限的高速数字输入口，还具有相比高速数字输入口136而言更多的低速数字输入口137，这些低速数字输入口137通常用于测量不高于20kHz的低频脉冲信号。但是，随着碳化硅长晶设备的设备工艺升级，需要精确监测的多路冷却水管路可能会增加，需要可编程逻辑控制器135实时监测和调控的多路冷却水流量的高频脉冲信号可能会超出该可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，导致可编程逻辑控制器135无法满足对炉体内的冷却水流量的高精度监测和调控要求。而用具有更多高速数字输入口136的可编程逻辑控制器135替换现有的可编程逻辑控制器135，会导致现有的控制系统130的软硬件系统的全面更改，造成极大的产线改造成本，也会影响碳化硅长晶设备的设备运行的稳定性，进而影响碳化硅晶体制备的效率和质量。此外，即便是替换后的可编程逻辑控制器135，其高速数字输入口136的通道数可能仍然无法满足未来设备工艺升级对冷却水流量的高精度监测和调控要求。

因此，本申请实施例通过控制系统130中的信号检测单元131检测所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数。本实施例中，信号检测单元131可以包括基于单片机或者FPGA芯片实现的高频脉冲信号的计数器逻辑电路，可以用于检测所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数。当检测所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数时，控制所述第一多路开关单元132连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口136的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元132输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136。从而，可以充分利用所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136对高频脉冲信号的实时监测性能，实现对流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度监测。

例如，假如所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数为N路（N为大于1的整数），所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数为H（H为大于1的整数，且H<N），那么信号检测单元131可以控制所述第一多路开关单元132对应的H路开关通路连通，将所述N路高频脉冲信号中H路的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元132输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的H个通道。

同时，信号检测单元131还可以控制所述第二多路开关单元133连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口136的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元133输入至所述多路分频单元134，从而通过所述多路分频单元134将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口137。如此，即便是所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数的条件下，仍然可以借助所述多路分频单元134对高频脉冲信号的分频作用，将流量变送器输出的多路高频脉冲信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器135的低速数字输入口137。尽管这些低速数字输入口137仅用于测量不高于20kHz的低频脉冲信号，但是基于所述可编程逻辑控制器135内置的高频脉冲还原模块（图1中未示出），可以将所述多路分频单元134转换后的低频脉冲信号在可编程逻辑控制器135中还原为原始的高频脉冲信号。该高频脉冲还原模块可以基于可编程逻辑控制器135的数字逻辑可编程功能模拟所述多路分频单元134对高频脉冲信号的分频处理的逆过程，从而将经过预定比例频率的分频的低速脉冲信号还原为原始频率的高频脉冲信号。如此，本实施例进一步地充分利用所述可编程逻辑控制器135的低速数字输入口137，在所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数的条件下，也能实现对超出所述高速数字输入口136的通道数的高频脉冲信号的高精度监测。

例如，假如所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数为N路（N为大于1的整数），所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数为H（H为大于1的整数，且H<N），那么剩余的N-H路高频脉冲信号无法被输入所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136，信号检测单元131可以控制所述第二多路开关单元133对应的N-H路开关通路连通，将所述N路高频脉冲信号中N-H路的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元133输入至所述多路分频单元134，从而通过所述多路分频单元134将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口137。

综上，本申请实施例通过碳化硅长晶设备的控制系统130中的信号检测单元131、第一多路开关单元132、第二多路开关单元133、多路分频单元134和可编程逻辑控制器135，实现了对流经碳化硅炉体110的多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度实时监测和调控，一方面可以自适应碳化硅长晶设备中的多路冷却水管路120中流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数，不论流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否超出所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，都可以自适应地实现对流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度监测，保证了碳化硅长晶设备的炉体温场分布，进而提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性。另一方面，当设备工艺升级需要精确监测和调控更多路的冷却水流量时，无需替换可编程逻辑控制器和进行大规模软硬件改造，节省产线升级成本，也能保证碳化硅长晶设备的设备运行的稳定性。

在一些实施方式中，所述第一多路开关单元132和第二多路开关单元133可以包括多输入多输出的多个开关通路，可以分别基于信号检测单元131的第一控制信号和第二控制信号执行相应开关通路的通断。

在一些实施方式中，所述第一多路开关单元132的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数；所述第二多路开关单元133的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器135的低速数字输入口137的通道数。

在一些实施方式中，所述信号检测单元131还可以用于控制所述第二多路开关单元133中的指定开关通路连通，将所述第二多路信号经由所述指定开关通路输入至所述多路分频单元134。例如，当所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，但是小于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136和低速数字输入口137的总通道数的条件下，此时信号检测单元131可以仅控制所述第二多路开关单元133中的指定开关通路连通，而不是全部开关通路连通，从而可以将超出所述高速数字输入口136的通道数的高频脉冲信号输入至所述多路分频单元134中的部分分配单元，以进行相对应的分频处理后输入至相应通道数量的低速数字输入口137。

在一些实施方式中，所述信号检测单元131还可以用于在所述多路高频脉冲信号的通道数不大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数时，仅控制所述第一多路开关单元132中的指定开关通路连通，将所述多路高频脉冲信号经由所述指定开关通路输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136。例如，当所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数小于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数的条件下，此时信号检测单元131可以仅控制所述第一多路开关单元132中的指定开关通路连通，而不是全部开关通路连通，从而可以将多路高频脉冲信号输入至所述可编程逻辑控制器135的相应通道数量的高速数字输入口136。

图2是根据本申请一实施例的碳化硅长晶设备中多路分频单元134的结构示意图。如图2所示，所述多路分频单元134包括对应于所述可编程逻辑控制器135的低速数字输入口137的通道数的多个分频电路单元210，所述多个分频电路单元210以级联方式连接。

图3是根据本申请一实施例的分频电路单元210的示例性的结构示意图。如图3所示，所述分频电路单元210包括降压隔离单元310、译码分频单元320、升压隔离单元330。所述降压隔离单元310用于将所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号的电压值从第一电压降低为第二电压；所述译码分频单元320用于将经过降压后的所述一路高频脉冲信号译码转换为预定比例频率的输出信号；所述升压隔离单元330用于将所述译码分频单元320的输出信号的电压值从第二电压升压为第一电压。

本实施例中，所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号是电压值为第一电压的高频脉冲信号，例如24V的高频脉冲信号。而基于单片机实现的译码分频单元320的工作电压为第二电压，第二电压通常小于第一电压，例如第二电压可以为5V。因而，本实施例通过降压隔离单元310将流量变送器输出的多路高频脉冲信号的第一电压首先降压为第二电压，再通过译码分频单元320的译码转换处理，将多路高频脉冲信号转换为预定比例频率的第二电压的输出信号。由于可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136和低速数字输入口137的端口电压均为第一电压，因而通过连接至可编程逻辑控制器135的相应的低速数字输入口137的升压隔离单元330，就可以将译码分频单元320的输出信号升压为第一电压的低频脉冲信号。

如图3所示，所述降压隔离单元310包括第一光电耦合器OC1、第一电阻R1和第二电阻R2，所述升压隔离单元330包括第二光电耦合器OC2、第三电阻R3；所述第一电阻R1的第一端输入所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号Sin1，所述第一电阻R1的第二端连接到所述第一光电耦合器OC1的发光二极管的正极，所述第一光电耦合器OC1的发光二极管的负极连接第一电压VDD1，所述第一光电耦合器OC1的光敏三极管的集电极连接所述译码分频单元320的输入端，所述第二电阻R2串接在所述译码分频单元320的输入端和第二电压VDD2之间。所述译码分频单元320的输出端连接至所述第二光电耦合器OC2的发光二极管的正极，所述第二光电耦合器OC2的光敏三极管的集电极连接至所述第三电阻R3的第一端，所述第三电阻R3的第二端输出对应于所述一路高频脉冲信号的低频脉冲信号Sout1；所述第一光电耦合器OC1的光敏三极管的发射极、所述第二光电耦合器OC2的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接至公共端COM。

图4是根据本申请一实施例的多个分频电路单元210的级联电路的示意图。图4仅示意性呈现2个分频电路单元210的级联电路，实际上本申请可以包括2个以上分频电路单元210的级联电路。如图4所示，所述多个分频电路单元210中每个分频电路单元210的第一光电耦合器OC1的发光二极管的负极连接同一第一电压VDD1，每个分频电路单元210的第二电阻R2的一端连接同一第二电压VDD2，每个分频电路单元210的第一光电耦合器OC1的光敏三极管的发射极、第二光电耦合器OC2的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接同一公共端COM。如此，本实施例可以通过级联方式实现多路分频单元134，并且通过前述实施例中的第二多路开关单元133的指定开关通路的连通，使得该多个分频电路单元210中仅与第二多路开关单元133的指定开关通路相连接的分频电路单元210进行高频脉冲信号的分频处理，也能避免与第二多路开关单元133的断开开关通路相连接的分频电路单元210对可编程逻辑控制器135的信号干扰。

图5是根据本申请另一实施例的碳化硅长晶设备的控制系统130的部分结构示意图。如图5所示，所述控制系统130还包括固态继电器阵列138，所述固态继电器阵列138中的每个固态继电器410用于将所述第一多路开关单元132输出的所述第二多路信号中的每两路信号以分时复用的方式输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136。

在一个实施方式中，所述每个固态继电器410的控制端连接至所述可编程逻辑控制器135的指定数字输出口139，所述每个固态继电器410的常闭触点和常开触点分别连接所述每两路信号，所述每个固态继电器410基于所述指定数字输出口139输出的周期性控制信号控制所述常闭触点和常开触点的通断，以将所述每两路信号以分时复用的方式输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136。

本实施例中，当所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136和低速数字输入口137的总通道数的条件下，可以进一步基于连接至所述第一多路开关单元132的多个固态继电器410将超出所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数的多路高频脉冲信号以分时复用的方式输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136。同时，本实施例可以兼容所述多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数不大于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136和低速数字输入口137的总通道数的情形，这种情形下，仅将对应于所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数的第一多路信号连接至所述多个固态继电器410的常闭触点，而不执行所述多个固态继电器410的触点切换即可。

图6是基于前述任一实施例的碳化硅长晶设备的控制方法的流程示意图。如图6所示，本申请实施例的碳化硅长晶设备的控制方法包括：

步骤S510，信号检测单元131检测多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，如是，则控制第一多路开关单元132连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口136的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元132输入至所述可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136；

步骤S520，信号检测单元131控制第二多路开关单元133连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口136的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元133输入至多路分频单元134，以将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器135的低速数字输入口137。

综上，本申请实施例可以实现对流经碳化硅炉体110的多路冷却水管路120的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度实时监测和调控，一方面可以自适应碳化硅长晶设备中的多路冷却水管路120中流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数，不论流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否超出可编程逻辑控制器135的高速数字输入口136的通道数，都可以自适应地实现对流量变送器输出的多路高频脉冲信号的高精度监测，保证了碳化硅长晶设备的炉体温场分布，进而提升碳化硅晶体的生长速度、形态质量和生长过程的稳定性。另一方面，当设备工艺升级需要精确监测和调控更多路的冷却水流量时，无需替换可编程逻辑控制器和进行大规模软硬件改造，节省产线升级成本，也能保证碳化硅长晶设备的设备运行的稳定性。

以上描述了本申请示例性的实施例，应当理解，上述示例性的实施例不是限制性的，而是说明性的，本申请的保护范围不限于此。应理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以对本申请实施例进行修改和变型，这些修改和变型理应在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，包括碳化硅炉体、流经所述碳化硅炉体的多路冷却水管路、控制系统；所述控制系统用于对所述多路冷却水管路的多路冷却水流量进行实时监测和调控；所述控制系统包括信号检测单元、第一多路开关单元、第二多路开关单元、多路分频单元和可编程逻辑控制器；

其中，所述信号检测单元用于检测所述多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，如是，则控制所述第一多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；并且控制所述第二多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元输入至所述多路分频单元；所述信号检测单元还用于在所述多路高频脉冲信号的通道数不大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数时，仅控制所述第一多路开关单元中的指定开关通路连通，将所述多路高频脉冲信号经由所述指定开关通路输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；

所述第一多路开关单元用于基于所述信号检测单元的第一控制信号将所述第一多路信号输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口，所述第二多路开关单元用于基于所述信号检测单元的第二控制信号将所述第二多路信号输入至多路分频单元；所述多路分频单元用于将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口。

2.根据权利要求1所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述信号检测单元用于控制所述第二多路开关单元中的指定开关通路连通，将所述第二多路信号经由所述第二多路开关单元中的指定开关通路输入至所述多路分频单元。

3.根据权利要求1或2所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述多路分频单元包括对应于所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口的通道数的多个分频电路单元，所述多个分频电路单元以级联方式连接；

所述分频电路单元包括降压隔离单元、译码分频单元、升压隔离单元；所述降压隔离单元用于将所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号的电压值从第一电压降低为第二电压，所述译码分频单元用于将经过降压后的所述一路高频脉冲信号译码转换为预定比例频率的输出信号，所述升压隔离单元用于将所述译码分频单元的输出信号的电压值从第二电压升压为第一电压。

4.根据权利要求3所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述降压隔离单元包括第一光电耦合器、第一电阻和第二电阻，所述升压隔离单元包括第二光电耦合器、第三电阻；所述第一电阻的第一端输入所述第二多路信号中的一路高频脉冲信号，所述第一电阻的第二端连接到所述第一光电耦合器的发光二极管的正极，所述第一光电耦合器的发光二极管的负极连接第一电压，所述第一光电耦合器的光敏三极管的集电极连接所述译码分频单元的输入端，所述第二电阻串接在所述译码分频单元的输入端和第二电压之间；所述译码分频单元的输出端连接至所述第二光电耦合器的发光二极管的正极，所述第二光电耦合器的光敏三极管的集电极连接至所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端输出对应于所述一路高频脉冲信号的低频脉冲信号；所述第一光电耦合器的光敏三极管的发射极、所述第二光电耦合器的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接至公共端。

5.根据权利要求4所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述多个分频电路单元中每个分频电路单元的第一光电耦合器的发光二极管的负极连接同一第一电压，每个分频电路单元的第二电阻的一端连接同一第二电压，每个分频电路单元的第一光电耦合器的光敏三极管的发射极、第二光电耦合器的发光二极管的负极和光敏三极管的发射极均连接同一公共端。

6.根据权利要求5所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备，其特征在于，所述第一多路开关单元的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，所述第二多路开关单元的开关通路数量不小于所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口的通道数。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的具备高精度冷却控制的碳化硅长晶设备的控制方法，其特征在于，包括：

信号检测单元检测所述多路冷却水管路的一组流量变送器输出的多路高频脉冲信号的通道数是否大于所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口的通道数，如是，则控制所述第一多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于所述高速数字输入口的通道数的第一多路信号，经由所述第一多路开关单元输入至所述可编程逻辑控制器的高速数字输入口；

并且控制所述第二多路开关单元连通，将所述多路高频脉冲信号中对应于超出所述高速数字输入口的通道数的剩余通道数的第二多路信号，经由所述第二多路开关单元输入至所述多路分频单元，以将所述第二多路信号转换为多路低频脉冲信号，输入至所述可编程逻辑控制器的低速数字输入口。