CN215647447U - 晶体生长用高精度数字式感应加热电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，包括主回路及控制回路，其特在于，内部开关电源SPOW的输出端与DSP主控制板以及高精度数字式电流、电压、功率采集板相连的供电端相连，高精度数字式电流、电压、功率采集板的数字信号输出端连接DSP主控制板，DSP主控制板还连接显示和按键单元以及IGBT隔离驱动板，IGBT隔离驱动板连接全桥逆变电路。本实用新型提供了一种专为晶体生长设计的高精度型数字是感应加热电源，除了采用DSP控制器和CPLD进行全数字式控制以外，电源内设计有高精度电流、电压、功率采集板，具有高精度、高稳定性控制输出功率和输出电流的能力，满足晶体生长对温场稳定性的要求。

Description

晶体生长用高精度数字式感应加热电源

技术领域

本实用新型涉及一种高精度感应加热电源，可用于各种晶体生长。

背景技术

感应加热是目前人类所知的最快的加热方式。传统的加热方式是热传导，即由一个热的物体将自身的热能量传递给另一个物体。而感应加热则是通过交变电流在电感线圈中产生交变磁场，放在交变磁场中的导体上产生电流漩涡，也就是涡流，使导体内的电子空穴运动从而产生热量。

传统的用于晶体生长的感应加热电源的缺点是：精度低、无闭环控制程序、需外加闭环控制仪器(例如欧陆表)，且输出功率和电流容易受电网波动的影响。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：传统的用于晶体生长的感应加热电源的缺点是：精度低、无闭环控制程序、需外加闭环控制仪器，且输出功率和电流容易受电网波动的影响。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，包括主回路及控制回路，其特在于，主回路包括三相整流桥，三相整流桥的输入端与交流电源相连，输出端经由滤波电容C1与充电缓冲电路的输入端相连；充电缓冲电路的输出端经由滤波电感L1与逆变滤波电容组GCA2的输入端相连，逆变滤波电容组GCA2的输出端经由高频吸收电容组与由IGBT构成的全桥逆变电路的输入端相连，全桥逆变电路由控制回路控制，全桥逆变电路的输出端经由谐振输出电路及谐振电容器组C5与线圈相连；

控制回路包括第一控制电源及第二控制电源，第一控制电源的输出端与内部开关电源SPOW的输入端相连，且串联的缓冲接触器K2的线圈和缓冲接触器K3并联在第一控制电源的输出端上；内部开关电源SPOW的输出端与DSP主控制板以及高精度数字式电流、电压、功率采集板相连的供电端相连，高精度数字式电流、电压、功率采集板的数字信号输出端连接DSP主控制板，DSP主控制板还连接显示和按键单元以及IGBT隔离驱动板，IGBT隔离驱动板连接全桥逆变电路；

串联的控制缓冲接触器K3的继电器及开关K3.2并联在第二控制电源的输出端上，开关K3.2与DSP主控制板相连。

优选地，所述三相整流桥的输入端与所述交流电源之间连接有断路器K1、熔丝F1和熔丝F2。

优选地，所述充电缓冲电路包括并联的缓冲接触器K2和缓冲电阻RB1。

优选地，所述高频吸收电容组包括并联的高频吸收电容C2及高频吸收电容C3。

优选地，所述谐振输出电路包括阻抗匹配变压器T1，变压器T1的原边连接有隔直电容C4，所述谐振电容组C5连接在变压器T1的副边。

优选地，所述第一控制电源为220VAC控制电源；所述第二控制电源为第一控制电源。

优选地，在所述第一控制电源的输出端上并联至少一个冷却风机。

优选地，在所述第二控制电源的输出端上还并联有电源指示灯LA1以及串联的报警状态指示灯LA2、开关K2.2，开关K2.2连接至所述DSP主控制板。

本实用新型提供了一种专为晶体生长设计的高精度型数字是感应加热电源，除了采用DSP控制器和CPLD进行全数字式控制以外，电源内设计有高精度电流、电压、功率采集板，以及高精度数字式PID闭环控制程序，具有高精度、高稳定性控制输出功率和输出电流的能力，满足晶体生长对温场稳定性的要求。

本实用新型具有如下特点：

1、感应加热电源内置高精度数字式电流、电压、功率采集板

本实用新型与常规感应加热电源相比，增加了一块数字式的高精度电流、电压、功率采集板。其采集到的电流、电压、功率以数字的方式发送到DSP主控板。该高精度数字式采集板具有很高的分辨率和稳定性，同时响应速度也不低，可以让DSP闭环控制程序对电网电压的波动进行动态补偿。

2、内置高精度数字式PID闭环控制程序

本实用新型内置的高精度PID闭环控制程序的分辨率设计值为1/100000，主体程序采用浮点运算(DSP程序)，电流电压功率等电量值采用32位长整型。该PID程序中增加了对电网电压波动的动态补偿环节。采用恒温度控制时，该PID程序同时具有高精度温度速率控制以及高精度温度惰性环节，在最高量程3000℃时，温度控制分辨率为0.1℃。

3、电网闪断自动重启(无需UPS)

本实用新型在无需UPS的条件下，在电网电压断电0～8S范围内，可以实现自动重启，在2S之内可自动恢复到断电前的运行状态，无需上位机和人工介入，保证晶体生长连续进行。

4.通讯控制

本实用新型采用通讯给定，无线路和信号传输干扰，可以实现更高的控制精度和稳定性。支持Profinet网口、Modbus、RS485、RS232等通讯协议。

5.采用DSP和CPLD控制，并实现准确可靠的零电流IGBT逆变

同时保证装置测量、控制、运行、显示、限制、保护等各项功能高效有序的运行。

6.谐振频率和相位自动准确跟踪

能使IGBT逆变始终工作在最佳工作点，更换感应器后无需调整电源参数。

附图说明

图1为本实用新型的主回路线路；

图2为本实用新型的控制部分线路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实施例公开的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源具有恒功率运行、恒电流运行、恒温度运行、工艺程序编程运行四种运行模式。本实用新型的主回路线路如图1所示，三相380VAC电源进入断路器K1，经熔丝F1和熔丝F2连接至三相整流桥BD1。三相整流桥BD1输出的直流电压先经过滤波电容C1后再输入充电缓冲电路。本实施例中，充电缓冲电路由并联的缓冲接触器K2和缓冲电阻RB1构成。充电缓冲电路的作用是消除上电时对输入回路和三相整流桥BD1的电流冲击，并减小对电网的冲击和干扰。充电缓冲电路输出的直流电压经由滤波电感L1后输入逆变滤波电容组GCA2。逆变滤波电容组GCA2输出的直流电压依次经过高频吸收电容C2及高频吸收电容C3输入由IGBT2和IGBT3构成的全桥逆变电路。全桥逆变电路在DSP主控器板的控制下完成变流转换，将直流电压转换成中频交流电压，且中频交流电压的频率正好与谐振电容组C5和感应器的谐振频率一致，相位则满足IGBT2和IGBT3的电流过零切换。全桥逆变电路输出的中频交流电压经由谐振输出电路及谐振电容器组C5加载在线圈上。谐振输出电路包括阻抗匹配变压器T1，变压器T1的原边连接有隔直电容C4。谐振电容组C5连接在变压器T1的副边。

控制部分线路图如图2所示，220VAC控制电源连接至断路器CK1。断路器CK1的输出端并联FUN1、FUN2、FUN3、FUN4以及串联的缓冲接触器K2的线圈和缓冲接触器K3后连接内部开关电源SPOW的输入。FUN1、FUN2、FUN3、FUN4是本实施例公开的晶体生长用高精度数字式感应加热电源内部的四个冷却风机，其中两个用于主回路电力电子器件的冷却，两个用于变压器T1和谐振电容器组C5的冷却。内部开关电源SPOW的输出连接DSP主控制板和高精度板。DSP主控制板和高精度数字式电流、电压、功率采集板是本实用新型的核心控制线路板，所有的运行、控制、保护、输入和输出均在DSP主控制板上完成。高精度数字式电流、电压、功率采集板完成电流、电压和功率的信号采集，并运算形成数字信号后传输到DSP主控制板。显示和按键单元连接至DSP主控制板，完成操作和界面显示。IGBT隔离驱动板也连接至DSP主控制板，受DSP主控制板和高精度板的控制，驱动全桥逆变电路的IGBT2及IGBT3完成逆变。CV+和CV-是24VDC控制电源，LA1是24VDC电源指示灯，LA2是报警状态指示灯，开关K2.2连接至DSP主控制板，受DSP的控制，当装置发生报警时，LA2亮。控制缓冲接触器K3的继电器与开关K3.2串联，开关K3.2连接至DSP主控制板。

上述晶体生长用高精度数字式感应加热电源的冷却方式既可以设计为风冷，也可以设计为水冷。

上述晶体生长用高精度数字式感应加热电源对功率、电流、温度的控制分辨率能达到0.0033％(1/30000)，控制稳定性可以达到0.025％；通过PID闭环控制，输出功率和电流不受电网电压波动的影响，也不受负载变动的影响。

Claims (8)

1.一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，包括主回路及控制回路，其特征在于，主回路包括三相整流桥，三相整流桥的输入端与交流电源相连，输出端经由滤波电容C1与充电缓冲电路的输入端相连；充电缓冲电路的输出端经由滤波电感L1与逆变滤波电容组GCA2的输入端相连，逆变滤波电容组GCA2的输出端经由高频吸收电容组与由IGBT构成的全桥逆变电路的输入端相连，全桥逆变电路由控制回路控制，全桥逆变电路的输出端经由谐振输出电路及谐振电容器组C5与线圈相连；

控制回路包括第一控制电源及第二控制电源，第一控制电源的输出端与内部开关电源SPOW的输入端相连，且串联的缓冲接触器K2的线圈和缓冲接触器K3并联在第一控制电源的输出端上；内部开关电源SPOW的输出端与DSP主控制板以及高精度数字式电流、电压、功率采集板相连的供电端相连，高精度数字式电流、电压、功率采集板的数字信号输出端连接DSP主控制板，DSP主控制板还连接显示和按键单元以及IGBT隔离驱动板，IGBT隔离驱动板连接全桥逆变电路；

串联的控制缓冲接触器K3的继电器及开关K3.2并联在第二控制电源的输出端上，开关K3.2与DSP主控制板相连。

2.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，所述三相整流桥的输入端与所述交流电源之间连接有断路器K1、熔丝F1和熔丝F2。

3.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，所述充电缓冲电路包括并联的缓冲接触器K2和缓冲电阻RB1。

4.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，所述高频吸收电容组包括并联的高频吸收电容C2及高频吸收电容C3。

5.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，所述谐振输出电路包括阻抗匹配变压器T1，变压器T1的原边连接有隔直电容C4，所述谐振电容组C5连接在变压器T1的副边。

6.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，所述第一控制电源为220VAC控制电源。

7.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，在所述第一控制电源的输出端上并联至少一个冷却风机。

8.如权利要求1所述的一种晶体生长用高精度数字式感应加热电源，其特征在于，在所述第二控制电源的输出端上还并联有电源指示灯LA1以及串联的报警状态指示灯LA2、开关K2.2，开关K2.2连接至所述DSP主控制板。

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