DE2531621C2

DE2531621C2 - Method for regulating the electrical power supplied to a heating resonance circuit of a zone melting apparatus from a high-frequency generator via a cable

Info

Publication number: DE2531621C2
Application number: DE19752531621
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. 8000 München Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-15
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DE2531621A1

Description

2525th

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der einem Heizresonanzkreis einer Zonenschmelzapparatur aus einem Hochfrequenzgenerator über ein Kabel zugeführten elektrischen Leistung, das an einen frequenzbestimmenden Kreis des Hochfrequenzgenerators angekoppelt ist, wobei zur Einstellung einer vorgegebenen Leistung für den Heizresonanzkreis die Generatorfrequenz veränderbar istThe present invention relates to a method for Regulation of a heating resonance circuit of a zone melting apparatus from a high frequency generator Electrical power supplied via a cable, which is coupled to a frequency-determining circuit of the high-frequency generator, for setting a predetermined power for the heating resonance circuit, the generator frequency can be changed

Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der Zeitschrift »Feinwerktechnik*. 75 (1971), Heft 5, Seiten 207 bis 209 bekanntgeworden.A method of this type is, for example, from Magazine »Feinwerktechnik *. 75 (1971), volume 5, pages 207 to 209 became known.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Hochfrequenzgenerator f, dessen frequenzbestimmender Parallelresonanzkreis durch eine veränderbare Kapazität Ci und eine Induktivität L\ gebildet wird. Die von diesem Generator ·>ο 1 abgegebene Leistung wird induktiv über eine Koppelinduktivität Ly in eine vorzugsweise als Koaxialkabel ausgebildete Leitung 3 eingespeist Der Ausgang dieser Leitung 3 ist an einen durch eine Kapazität Ci und eine Induktivität La gebildeten Parallelresonanzkreis ■" angekoppelt der den Heizresonanzkreis einer Zonenschmelzapparatur bildet Die Induktivität Li bildet dabei die Heizspule, durch die ein Halbleiterstab 5 in an sich bekannter Weise einem Zonenschmelzprozeß unterworfen wird. wF i g. 1 shows schematically a high-frequency generator f, the frequency-determining parallel resonance circuit of which is formed by a variable capacitance Ci and an inductance L \. The output of this generator ·> ο 1 is fed inductively via a coupling inductance Ly into a line 3, preferably designed as a coaxial cable. The output of this line 3 is coupled to a parallel resonance circuit formed by a capacitance Ci and an inductance La Zone melting apparatus forms The inductance Li forms the heating coil by means of which a semiconductor rod 5 is subjected to a zone melting process in a manner known per se

Ändert sich der Durchmesser des Halbleiterstabes 5, so ändert sich auch die Induktivität der Schmelzspule und damit die Frequenz des Parallelresonanzkreises Ct, Lj, da die Schmelze wie eine mit der Schmelzspule gekoppelte Kurzschlußwindung wirkt Die Induktivität L₂ wird mit größer werdendem Durchmesser kleiner und mit kleiner werdendem Durchmesser größer.If the diameter of the semiconductor rod 5 changes, the inductivity of the melting coil and thus the frequency of the parallel resonance circuit Ct, Lj also change, since the melt acts like a short-circuit winding coupled to the melting coil.The inductance L ₂ becomes smaller and smaller as the diameter increases increasing diameter.

Dieser Zusammenhang ist in F i g. 2 graphisch dargestellt In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die Frequenz fund auf der Ordinate die am Heizresonanz- &o kreis stehende Spannung U, aufgetragen. Die ausgezogen bzw. gestrichelt dargestellten Kurven sind Resonanzkurven des Heizresonanzkreises 4 nach F i g. 1 mit dem Durchmesser D des Halbleiterstabes 5 nach Fi g. 1 als Parameter. Die beiden dargestellten Resonanzkur- &5 ven gelten für jeweils einen Stabdurchmesser Di bzw. Di, wobei D] > Di istThis relationship is shown in FIG. 2 graphically depicted in this diagram, the frequency is fund on the ordinate on the standing Heizresonanz- o & circuit voltage U applied on the abscissa. The curves shown in solid or dashed lines are resonance curves of the heating resonance circuit 4 according to FIG. 1 with the diameter D of the semiconductor rod 5 according to Fi g. 1 as a parameter. The two illustrated resonance curves each apply to a rod diameter Di or Di, where D]> Di

Sollen nun Halbleiterstäbe mit großen DurchmessernAre now semiconductor rods with large diameters

einem Zonenschmelzprozeß unterworfen werden, so muß dem Heizresonanzkreis4nach Fig, I viel Leistung zugeführt werden. Aus diesem Grunde wird die induktive Kopplung zwischen der Induktivität L\ des frequenzbestimmenden Kreises 2 und die Koppelinduktivität L/t fest gewählt, um möglichst die gesamte vom Hochfrequenzgenerator 1 zur Verfugung gestellte Leistung in den Heizresonanzkreis zu koppeln.are subjected to a zone melting process, the heating resonance circuit 4 according to FIG. 1 must be supplied with a large amount of power. For this reason, the inductive coupling between the inductance L \ of the frequency-determining circuit 2 and the coupling inductance L / t is chosen to be fixed in order to couple as much as possible the entire power provided by the high-frequency generator 1 into the heating resonance circuit.

Es sei angenommen, daß die ausgezogen dargestellte Resonanzkurve in F i g. 2 für einen großen Swbdurchmesser Di gilt Es wird dann auf einem Punkt dieser Resonanzkurve gearbeitet, der durch eine Frequenz fat und eine Spannung U₁ , nahe beim Resonanzpunkt definiert istIt is assumed that the resonance curve shown in solid lines in FIG. 2 applies to a large Swb diameter Di. Work is then carried out on a point on this resonance curve which is defined by a frequency fat and a voltage U ₁ close to the resonance point

Beim Anschmelzen des Impflings an den Halbleiterstab mit dem Durchmesser Di und im Konusbereich zwischen dem Impfling und diesem Halbleiterstab ist jedoch der Durchmesser kleiner. Ein solcher kleinerer Durchmesser sei durch die in Fig.2 gestrichelt dargestellte Resonanzkurve für einen Durchmesser D₂ gegeben. Zum Aufschmelzen dieses dünneren Bereiches ist nur eine geringere Leistung erforderlich.When the inoculum is fused to the semiconductor rod with the diameter Di and in the cone area between the inoculant and this semiconductor rod, however, the diameter is smaller. Such a smaller diameter is given by the resonance curve shown in broken lines in FIG. ₂ for a diameter D 2. Only a small amount of power is required to melt this thinner area.

Durch die bekannte Frequenzregelung kann die Frequenz bis zu einem Wert /bj über eine entsprechende Änderung der Kapazität Q nach unten verschoben werden, so daß sich eine neue kleinere Spannung U_s-i am Heizresonanzkreis 4 einstellt Dieser Arbeitspunkt liegt jedoch sehr weit edßerhalb des Resonanzpunktes, so daß in diesem Arbeitsgebiet ein großer Blindstrom in die Leitung 3 zwischen Hochfrequenzgenerator 1 und Heizresonanzkreis 4 fließt, der zu einer kritischen Erwärmung der Leitung führtBy means of the known frequency control, the frequency can be shifted down to a value / bj via a corresponding change in the capacitance Q , so that a new, lower voltage U _s -i is established at the heating resonance circuit 4. so that in this working area a large reactive current flows into the line 3 between the high-frequency generator 1 and the heating resonance circuit 4, which leads to critical heating of the line

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil der Erwärmung der Verbindungsleitung zu vermeiden.The present invention is based on the object of avoiding this disadvantage of heating the connecting line.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gleichzeitig mit der Änderung der Generatorfrequenz eine gleichsinnige Änderung der Kopplung zwischen frequenzbestimmendem Kreis des Hochfrequenzgenerators und dem Kabel erfolgtThis object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset solved that simultaneously with the change in the generator frequency, a change in the coupling in the same direction takes place between the frequency-determining circuit of the high-frequency generator and the cable

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den F i g. 3 bis 7 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigtThe invention is illustrated below with reference to FIGS. 3 to 7 of the drawing illustrated embodiments illustrated in more detail

F i g. 3 ein der F i g. 2 entsprechendes Diagramm für das erfindungsgemäße Regelverfahren;F i g. 3 one of the F i g. 2 corresponding diagram for the control method according to the invention;

F i g. 4 eine Ausführungsform einer variablen induktiven Kopplung zwischen den Induktivitäten L\ und Lt nach Fig. 1;F i g. 4 shows an embodiment of a variable inductive coupling between the inductances L \ and Lt according to FIG. 1;

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform einer variablen Kopplung zwischen den Induktivitäten L\ und L* nach Fig.l;F i g. 5 shows a further embodiment of a variable coupling between the inductances L \ and L * according to FIG. 1;

Fig.6 eine Ausführungsform mit variabler kapazitiver Kopplung zwischen dem frequenzbestimmenden Kreis des Hochfrequenzgenerators und der Leitung nach Fig. 1;und6 shows an embodiment with variable capacitive coupling between the frequency-determining Circuit of the high frequency generator and the line according to Fig. 1; and

Fig. 7 eine weitere Ausfühmngsform mit variabler kapazitiver Kopplung zwischen dem frequenzbestimmenden Kreis des Hochfrequenzgenerators und der Leitung nach Fig. 1.7 shows a further embodiment with a variable capacitive coupling between the frequency-determining circuit of the high-frequency generator and the Line according to Fig. 1.

Im Diagramm nach Fig.3, in dem der Fig.2 entsprechende Bezugszeichen verwendet sind, sei die ausgezogen dargestellte Resonanzkurve wiederum eine Kurve für einen großen Stabdurchmesser Di, wobei der Arbeitspunkt wiederum durch die Frequenz fo\ und die Spannung U,\ am Heizresonanzkreis4(Fig. 1)definiert ist. Ändert sich nun der Stabdurchmesser im obengenannten Sinne auf einen kleineren Wert D₂, so wirdIn the diagram according to FIG. 3, in which reference numerals corresponding to FIG. 2 are used, let the resonance curve shown in solid lines again be a curve for a large rod diameter Di, the operating point again being determined by the frequency fo \ and the voltage U, \ at the heating resonance circuit4 ( Fig. 1) is defined. If the rod diameter changes to a smaller value D ₂ in the above sense, then

nicht nur die Frequenz zu einem kleineren Wert fpt verschoben, sondern auch die Kopplung zwischen den Induktivitäten L\ und U (Pig. I) loser eingestellt Dadurch steht am Ausgang des Kabels 3 (Fi g, I) eine kleinere Spannung, so daß die for diesen Fall in F ί g, 3 gestrichelt dargestellte Resonanzlampe ein flacheres Maximum (Resonanzpunkt) besitzt Durch Verschiebung der Frequenz nach unten bleibt also der Arbeitspunkt (fax t/12) auf der gestrichelt dargestellten Resonanzkurve für den kleineren Durchmesser D₂ noch nahe bei deren Resonanzpunkt, so daß das Kabel bei kleineren Leistungen nicht durch große Blindströme belastet wird. Die im Vorstehenden für auf der induktiven Flanke des Heizresonanzkreises 4 liegende Arbeitspunkte angestellten Überlegungen lassen sich selbstverständlich auch sinngemäß für ein Arbeiten auf der kapazitiven Flanke übertragen.not only has the frequency shifted to a smaller value fpt , but also the coupling between the inductances L \ and U (Pig. I) is set looser In this case, the resonance lamp shown in dashed lines in Fig. 3 has a flatter maximum (resonance point). By shifting the frequency downwards, the operating point (fax t / 12) on the resonance curve shown in dashed lines for the smaller diameter D ₂ still remains close to its resonance point so that the cable is not burdened by large reactive currents with smaller powers. The considerations made above for working points located on the inductive flank of the heating resonance circuit 4 can of course also be transferred analogously to working on the capacitive flank.

Die Fig.4 und 5 zeigen mögliche praktische Ausfühniiigsformen zur Realisierung der variablen Kopplung zwischen den Induktivitäten L\ und L_k FIGS. 4 and 5 show possible practical embodiments for realizing the variable coupling between the inductances L 1 and L _k

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist die Induktivität Lk innerhalb der Induktivität L\ angeordnet und zur Änderung der Kopplung in Richtung eines Doppelpfeiles 40 in Achsrichtung verschiebbar.In the embodiment according to FIG. 4, the inductance Lk is arranged within the inductance L \ and can be displaced in the axial direction in the direction of a double arrow 40 in order to change the coupling.

Bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist die Induktivität Lt ebenfalls in der Induktivität L\ angeordnet und in Richtung eines Doppelpfeiles 50 drehbar, so daß der Grad der Kopplung durch den Drehwinkel « gegeben istIn the embodiment according to FIG. 5, the inductance Lt is also arranged in the inductance L \ and can be rotated in the direction of a double arrow 50, so that the degree of coupling is given by the angle of rotation

Die Variabilität der Kopplung zwischen dem frequenzbestimmenden Kreis 2 des Hochfrequenzgenerators 1 nach Fig, 1 ist nicht auf eine induktive Ausführungsform im Sinne der vorstehenden Darlegungen beschränkt Sie kann vielmehr auch kapazitiv erfolgen. Ein mögliches Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt die ein Teil der Schaltung nach F i g. 1 zeigtThe variability of the coupling between the frequency-determining circuit 2 of the high-frequency generator 1 according to FIG. 1 does not refer to an inductive embodiment in the sense of the above explanations Rather, it can also be carried out capacitively. A possible embodiment is in F i g. 6 shows part of the circuit according to FIG. 1 shows

Der durch die veränderbare Kapazität Q und die Induktivität L_x gebildete frequenzbestimmende Kreis 2 ist über eine veränderbare Kapazität Ct an die Leitung 3 angekoppelt Durch Änderung der Koppelkapazität Ck kann die Kopplung zwischen dem Kreis 2 und der Leitung 3 im oben beschriebenen Sinne geändert werden.The frequency-determining circuit 2 formed by the variable capacitance Q and the inductance L _x is coupled to the line 3 via a variable capacitance Ct. By changing the coupling capacitance Ck , the coupling between the circuit 2 and the line 3 can be changed in the sense described above.

Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 7 ist es auch möglich, die Leistung aus dem frequenzbestimmenden Kreis über eine Koppelinduktivität Lk zunächst fest auszukoppeln und die Ankopplung in die Leitung 3 kapazitiv über eine variable Koppckapazität Ck vorzunehmen, womit wiederum im Effekt eine variable kapazitive Kopplung gewährleistet istAccording to the embodiment of FIG. 7 it is also possible to initially permanently decouple the power from the frequency-determining circuit via a coupling inductance Lk and to make the coupling into line 3 capacitively via a variable coupling capacitance Ck , which in turn ensures a variable capacitive coupling

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. Verfahren zur Regelung der einem Heizresonanzkreis einer Zonenschmelzapparatur aus einem Hochfrequenzgenerator Ober ein Kabel zugeführten elektrischen Leistung, das an einen frequenzbestimmenden Kreis des Hochfrequenzgenerators angekoppelt ist, wobei zur Einstellung einer vorgegebenen Leistung für den Heizresonanzkreis die Generatorfrequenz veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Änderung der Generatorfrequenz eine gleichsinnige Änderung der Kopplung zwischen frequenzbestimmendem Kreis des Hochfrequenzgenerators und dem Kabel erfolgt is1. A method for controlling a heating resonance circuit of a zone melting apparatus from a High-frequency generator Electrical power supplied via a cable, which is coupled to a frequency-determining circuit of the high-frequency generator, the setting of a predetermined power for the heating resonance circuit Generator frequency can be changed, characterized in that simultaneously with the Change in the generator frequency, a change in the coupling between the frequency-determining circuit of the high-frequency generator and in the same direction the cable is done

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Kopplung induktiv erfolgt2. The method according to claim 1, characterized in that the change in the coupling inductively he follows

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Kopplung kapazitiv erfolgt3. The method according to claim 1, characterized in that the change in the coupling is capacitive he follows