CN202121520U - 高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置。它具有一个由三相整流桥(1)、输入端LC滤波器(2)、高频逆变桥(3)、高频变压器(4)、高频整流器(5)和输出端LC滤波器(6)连接构成的主变换电路，在所述主变换电路的输出端和高频逆变桥之间设有一个反馈控制电路，所述的反馈控制电路由反馈功率换算电路(7)、功率误差运算电路(8)、电流误差运算电路(9)和占空比控制芯片(10)构成。本电源从功率误差的角度给出了反馈控制信号，使输出功率始终跟随功率给定值而保持不变，从而提高了输出功率的控制精度，经检测，本电源的功率控制精度可达0.05％，大大提高蓝宝石晶体的品质。

Description

高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种晶体生长炉加热电源装置，特别涉及一种高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置。

背景技术

蓝宝石的化学成分是三氧化二铝，其晶体结构为六方晶格结构，它是制作白/蓝/绿光LED的关键材料。目前，制备蓝宝石晶体通常采用泡生法在晶体炉中用籽晶晶种缓慢提拉生长成型。在晶体的生长过程中，晶体炉的温度控制精度是蓝宝石晶体生长良率的关键，而温度控制是由提供热场的直流电源来完成的，故直流电源输出功率的精度就成为温度控制的关键。

目前用于蓝宝石生长的直流电源分为两类，一类为可控硅整流电源，一类为高频开关电源，可控硅整流电源采用可控硅对工频整流的方式提供直流电，它可以通过调节可控硅的导通角来控制电源的输出功率，这种控制方式难以实现高精度功率输出。而高频开关电源则采用高频逆变方式将工频逆变成高频，再将高频整流和滤波变成直流而为负载供电，其中它采用负反馈控制环路来保证输出电压的稳定。高频开关电源的这种结构对实现高精度的功率输出是有利的。但目前，普通高频开关电源的控制着重点是在控制输出端电压跟随给定值而保持不变，而对实现高精度的功率输出却没有提出有效的技术方案，因此，如果将普通的高频开关直流电源直接用于蓝宝石晶体的生长，难以保证高的产品质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置，从而提高蓝宝石晶体生产的品质。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

它具有一个由三相整流桥、输入端LC滤波器、高频逆变桥、高频变压器、高频整流器和输出端LC滤波器连接构成的主变换电路，在所述主变换电路的输出端与高频逆变桥之间设有一个反馈控制电路，其改进之处是：所述的反馈控制电路由反馈功率换算电路、功率误差运算电路、电流误差运算电路和占空比控制芯片构成，所述反馈功率换算电路的输入端与一个反馈电压采集电路相接，所述反馈功率换算电路的输出端和功率给定端一起接入功率误差运算电路，所述功率误差运算电路的输出端和从主变换电路输出端所采集的反馈电流输出端一起接入电流误差运算电路，所述电流误差运算电路的输出端接入占空比控制芯片，所述占空比控制芯片的脉宽调制信号输出端PWM接入高频逆变桥的开关控制端。

本实用新型进一步改进的技术方案如下：

所述的反馈功率换算电路由第一乘法器、一个单片机、D/A转换器和第二乘法器构成，所述第一乘法器的输入端作为换算输入端与所述电压采集电路的输出端相接，所述第一乘法器对所采集的反馈电压u_O作平方运算，它输出的u_O ²信号作为一个乘数送入第二乘法器，一个功率给定信号P_G送入单片机，该单片机根据该给定功率信号计算出相应的负载倒数值1/R送入D/A转换器，D/A转换器输出的信号作为另一个乘数送入第二乘法器，所述第二乘法器将所述的两个乘数相乘，其输出端作为换算输出端接入所述的功率误差运算电路。

通过上述技术方案可以看出，本实用新型将所采集的反馈电压u_O换算成反馈功率P_BACK，再计算得出反馈功率与给定功率的误差值，用该功率误差值作为电流给定值i_G，计算得出反馈电流i_L与给定值i_G的电流误差值，再根据电流误差值i_BACK运算得出脉宽调制信号PWM的占空比，从而精确控制逆变桥从输入端传递到输出端的功率。由于本电源从功率误差的角度给出了反馈控制信号，因此，输出功率完全可以跟随功率给定值而保持不变，从而提高了输出功率的控制精度，经检测，本电源的功率控制精度可达0.05％，大大提高蓝宝石晶体的品质。

附图说明

图1是本实用新型的原理方框图。

图2是主变换电路原理图。

图3是反馈功率换算电路原理图。

图4是功率误差运算电路和电流误差运算电路及占空比控制芯片的电路原理图。

具体实施方式

参见图1、2，它具有一个由三相整流桥1、输入端LC滤波器2、高频逆变桥3、高频变压器4、高频整流器5和输出端LC滤波器6连接构成的主变换电路，在该主变换电路的输出端和高频逆变桥3之间设有一个反馈控制电路，该反馈控制电路由反馈功率换算电路7、功率误差运算电路8、电流误差运算电路9和占空比控制芯片10构成。

参见图1、3、4，所述的反馈功率换算电路7由第一乘法器7-1、一个单片机7-2、D/A转换器7-3和第二乘法器7-4构成，所述第一乘法器的输入端与一个电压采集电路11的输出端相接，该第一乘法器对所采集反馈电压u_O进行平方运算，它输出u_O ²信号作为一个乘数送入第二乘法器7-4，一个功率给定信号P_G送入单片机7-2，该单片机根据给定的功率换算出相应的负载值R，并取其倒数1/R输出，经过D/A转换后作为另一个乘数送入第二乘法器7-4，所述第二乘法器7-4对输入的两个信号值相乘后得出反馈功率信号P_BACK，该信号P_BACK和功率给定值P_G一起送入功率误差运算电路8，所述功率误差运算电路8输出的信号作为电流给定信号i_G，它和从主变换电路输出端所采集的输出端电流i_L一起送入电流误差运算电路9，所述电流误差运算电路9输出的信号作为反馈控制信号i_BACK送入占空比控制芯片10，所述占空比控制芯片10的输出端PWM与高频逆变桥3的控制端相接。

本电源的工作过程是：参见图1、2、3、4，380V交流电经过三相整流、LC滤波变成直流，再经过高频逆变桥3变换成高频交流，再经过高频变压器4的耦合，输出一个降压的高频交流，降压的高频交流经过高频整流和输出端LC滤波变成直流，为负载R供电，与此同时，反馈电压采集电路11所采集反馈电压u_O通过功率换算电路7将反馈电压换算成相应的反馈功率P_BACK，该反馈功率P_BACK与给定功率P_G在功率误差运算电路8中做减法运算，得出功率误差值，该功率误差值作为电流给定值i_G与从输出端LC滤波器6中所采集的反馈电流i_L在电流误差运算电路9中做减法运算，得出电流误差值，该电流误差值作为反馈控制信号i_BACK送入占空比控制芯片10，所述的占空比控制芯片10根据该反馈控制信号产生相应占空比的脉宽调制信号PWM，该PWM信号通过变压器T2、T3送入高频逆变桥3的开关控制端，从而控制逆变开关S1-S4的导通时间，也就是控制高频变压器4原边传递到副边的能量，最终使输出功率始终跟随给定值P_G保持不变。

Claims (2)

1.一种高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置，它具有一个由三相整流桥(1)、输入端LC滤波器(2)、高频逆变桥(3)、高频变压器(4)、高频整流器(5)和输出端LC滤波器(6)连接构成的主变换电路，在所述主变换电路的输出端与高频逆变桥(3)之间设有一个反馈控制电路，其特征是：所述的反馈控制电路由反馈功率换算电路(7)、功率误差运算电路(8)、电流误差运算电路(9)和占空比控制芯片(10)构成，所述反馈功率换算电路(7)的输入端与一个反馈电压采集电路(11)相接，所述反馈功率换算电路(7)的输出端和功率给定端一起接入功率误差运算电路(8)，所述功率误差运算电路(8)的输出端和从主变换电路输出端所采集的反馈电流输出端一起接入电流误差运算电路(9)，所述电流误差运算电路(9)的输出端接入占空比控制芯片(10)，所述占空比控制芯片(10)的脉宽调制信号输出端PWM与高频逆变桥(3)的开关控制端相接。

2.根据权利要求1所述的高精度功率控制蓝宝石生长加热电源装置，其特征是：所述的反馈功率换算电路(7)由第一乘法器(7-1)、一个单片机(7-2)、D/A转换器(7-3)和第二乘法器(7-4)构成，所述第一乘法器的输入端作为换算输入端与所述电压采集电路(11)的输出端相接，所述第一乘法器对所采集的反馈电压u_O作平方运算，它输出的u_O ²信号作为一个乘数送入第二乘法器(7-4)，一个功率给定信号P_G送入单片机(7-2)，该单片机根据该给定功率信号计算出相应的负载倒数值1/R送入D/A转换器(7-3)，D/A转换器输出的信号作为另一个乘数送入第二乘法器(7-4)，所述第二乘法器将所述的两个乘数相乘，其输出端作为换算输出端接入所述的功率误差运算电路(8)。

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