RU2346416C1 - Device for controlled heating of silicon bars - Google Patents
Device for controlled heating of silicon bars Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346416C1 RU2346416C1 RU2008101872/09A RU2008101872A RU2346416C1 RU 2346416 C1 RU2346416 C1 RU 2346416C1 RU 2008101872/09 A RU2008101872/09 A RU 2008101872/09A RU 2008101872 A RU2008101872 A RU 2008101872A RU 2346416 C1 RU2346416 C1 RU 2346416C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- silicon
- silicon bars
- current
- rectifiers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству кремния в реакторах водородного восстановления полихлорсиланов, и может быть использовано для регулируемого нагревания стержней поликристаллического кремния в реакторе.The invention relates to the chemical industry, namely to the production of silicon in reactors for the hydrogen reduction of polychlorosilanes, and can be used for controlled heating of polycrystalline silicon rods in a reactor.
Известно устройство (Патент США №4562338, МПК Н05В 1/02, 1985 г.) для нагревания поликристаллических полупроводниковых стержней, включающее силовой трансформатор и тиристоры, подключенные попарно к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, группы уравновешенных трансформаторов, подключенные к тиристорным группам по схеме, обеспечивающей постоянный ток во вторичной обмотке каждого уравновешенного трансформатора с подключенным к ней полупроводниковым стержнем. В устройстве предусмотрена дополнительная группа уравновешенных трансформаторов для обеспечения подачи высокого напряжения на стержни в стартовом периоде.A device is known (US Patent No. 4562338, IPC Н05В 1/02, 1985) for heating polycrystalline semiconductor rods, including a power transformer and thyristors, connected in pairs to the terminals of the secondary winding of the power transformer, balanced transformer groups connected to the thyristor groups according to the scheme, providing direct current in the secondary winding of each balanced transformer with a semiconductor rod connected to it. The device provides an additional group of balanced transformers to ensure the supply of high voltage to the rods in the starting period.
К недостаткам известного устройства, описанного выше, относится то, что оно не экономично и не обеспечивает стабильные характеристики постоянного тока на стержнях.The disadvantages of the known device described above are that it is not economical and does not provide stable DC characteristics on the rods.
Известно устройство («Технология полупроводникового кремния»./Под ред. Э.С.Фалькевича. М., «Металлургия», 1992 г., стр.219-220 - прототип) для нагревания кремниевых стержней, включающее силовой трансформатор, группу управляемых полупроводниковых выпрямительных мостов, подключенных через коммутаторы к вторичным обмоткам силового трансформатора и включенных последовательно со стержнями, управляющие входы которых подключены к системе импульсно-фазового управления. Недостатком этого устройства является то, что оно не экономично и не обеспечивает стабильные характеристики постоянного тока на стержнях.A device is known ("Technology of semiconductor silicon" ./ Edited by E.S. Falkevich. M., "Metallurgy", 1992, pp. 219-220 - prototype) for heating silicon rods, including a power transformer, a group of controlled semiconductor rectifier bridges connected through switches to the secondary windings of the power transformer and connected in series with rods whose control inputs are connected to a pulse-phase control system. The disadvantage of this device is that it is not economical and does not provide stable DC characteristics on the rods.
Целью изобретения является разработка устройства регулируемого нагревания кремниевых стержней с повышенным коэффициентом использования электрической энергии и высоким коэффициентом сглаживания постоянного тока, используемого для нагревания кремниевых стержней.The aim of the invention is to develop a device for the controlled heating of silicon rods with a high coefficient of electric energy and a high coefficient of smoothing DC used to heat silicon rods.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для нагревания кремниевых стержней, содержащем силовой трансформатор, к вторичным обмоткам которого через блок коммутации подключена группа полупроводниковых выпрямительных мостов, и блок импульсно-фазового управления и регулирования тока, включенный последовательно с выпрямительными мостами и кремниевыми стержнями, при этом блок коммутации выпрямительных мостов выполнен по схеме, обеспечивающей последовательное или параллельное включение выпрямительных мостов, блок импульсно-фазового управления и регулирования тока реализован на силовых транзисторах, включенных параллельно и управляемых импульсами высокой частоты, формируемыми схемой импульсно-фазового управления, при этом в устройстве предусмотрены дроссель, включенный последовательно с группой силовых транзисторов и каналом нагрузки, состоящим из кремниевых стержней, соединенных последовательно, диод, подключенный к общему выходу группы транзисторов в обратном направлении и замыкающий цепь тока дросселя через стержни в период закрытого состояния транзисторного ключа, и схема стартового разогрева кремниевых стержней.The technical result is achieved in that in a device for heating silicon rods containing a power transformer, to the secondary windings of which through a switching unit is connected a group of semiconductor rectifier bridges, and a pulse-phase control and current control unit connected in series with rectifier bridges and silicon rods, this switching unit rectifier bridges made according to the scheme, providing a series or parallel connection of rectifier bridges, the impulse block no-phase current control and regulation is implemented on power transistors connected in parallel and controlled by high-frequency pulses generated by a pulse-phase control circuit, while the device has a choke connected in series with a group of power transistors and a load channel consisting of silicon rods connected in series, a diode connected to the common output of the group of transistors in the opposite direction and closing the inductor current circuit through the rods during the closed state transistor switch, and a circuit for starting heating of silicon rods.
Предлагаемое устройство для регулируемого нагревания кремниевых стержней иллюстрируется чертежами.The proposed device for controlled heating of silicon rods is illustrated by drawings.
На Фиг.1 представлена схема включения полупроводниковых выпрямительных мостов.Figure 1 presents a diagram of the inclusion of semiconductor rectifier bridges.
На Фиг.2 представлена схема включения основных элементов регулируемого преобразователя.Figure 2 presents a diagram of the inclusion of the main elements of an adjustable Converter.
На Фиг.3 представлена схема включения транзисторов и дросселей силового блока.Figure 3 presents a diagram of the inclusion of transistors and chokes of the power unit.
На Фиг.4 представлены эпюры напряжений транзисторов и дросселей силового блока.Figure 4 presents the voltage diagrams of transistors and chokes of the power unit.
На Фиг.5 представлена схема канала нагрузки устройства на кремниевых стержнях.Figure 5 presents a diagram of the load channel of the device on silicon rods.
Устройство содержит силовой трансформатор Тр1 с двумя независимыми вторичными обмотками (см. Фиг.1), два полупроводниковых выпрямительных моста Д1 и Д2, два нормально разомкнутых контактора К2 и К4 и один нормально замкнутый контактор К3, контактор К1, накопительный конденсатор С1 (см. Фиг.2), регулятор тока нагрузки, состоящий из блока силовых транзисторов Т, RC-фильтра высокочастотных помех, панели охлаждения силовых транзисторов и диодов 2, микропроцессорной схемы управления силовыми транзисторами Т, состоящей из пульта оператора 9, микроконтроллера 7, широтно-импульсного модулятора 10, драйвера управления силовым транзистором 8, датчика тока 6, датчика температуры панели охлаждения 3, датчика температуры поверхности стержней 4, силовые дросселя Др, блок диодов Д3, сглаживающий конденсатор С2, блок нагрузки 5 (см. Фиг.5), состоящий из трех кремниевых стержней и двух коммутаторов К5 и К6, включенных параллельно двум кремниевым стержням 11 и 12. Блок силовых транзисторов (см. Фиг.3) состоит из двух групп по три включенных параллельно силовых транзисторов ТA, ТB, ТC и управляемых через драйвер 8 трехфазным широтно-импульсным модулятором, обеспечивающих их поочередное включение. Каждая группа транзисторов подключена к дросселям Др, вторые концы которых подключены к блоку нагрузки (кремниевым стержням) и к диодам Д3. Все шесть транзисторов блока и диоды Д3 расположены на одной теплоотводной панели 2.The device contains a power transformer Tr1 with two independent secondary windings (see Figure 1), two semiconductor rectifier bridges D1 and D2, two normally open contactors K2 and K4 and one normally closed contactor K3, contactor K1, storage capacitor C1 (see Fig. .2), a load current controller, consisting of a block of power transistors T, an RC filter of high-frequency interference, a cooling panel of power transistors and
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед началом работы преобразователя заряжается силовой конденсатор С1 до напряжения 700 В. После этого включается контактор К1 подачи питающего напряжения на силовой трансформатор Тр1 выпрямительного блока преобразователя.Before starting the operation of the converter, the power capacitor C1 is charged to a voltage of 700 V. After this, the contactor K1 of supplying the supply voltage to the power transformer Tr1 of the rectifier unit of the converter is turned on.
В начальный период работы с блока силовых выпрямителей на блок силовых транзисторов подается напряжение 1000 В. Для этого в силовом выпрямителе (Фиг.2) замыкается контактор К3 и размыкаются контакторы К2 и К4. Контакторы К2, К3 и К4 переключаются одновременно. Два выпрямителя по 500 В включаются последовательно и выдают на накопительный конденсатор и силовые транзисторы напряжение 1000 В.In the initial period of operation from the power rectifier unit, a voltage of 1000 V is supplied to the power transistor unit. For this, the contactor K3 is closed in the power rectifier (Figure 2) and the contactors K2 and K4 open. Contactors K2, K3 and K4 are switched simultaneously. Two rectifiers of 500 V each are connected in series and give a voltage of 1000 V to the storage capacitor and power transistors.
Регулирование тока в нагрузке (кремниевом стержне) осуществляется блоком силовых транзисторов Т и дросселей Др, управляемых трехфазным широтно-импульсным модулятором (ШИМ) 10 через драйвер 8. Величина тока в нагрузке зависит от формы импульса управления транзистором. Чем больше по времени импульс на открытие транзистора, тем больше ток в нагрузке. Продолжительность импульса зависит от величины задания по току и выбранной несущей частоты. В ручном режиме управления величина тока задается с пульта оператора 9 нажатием соответствующих кнопок управления на экране монитора, а в автоматическом режиме величина тока определяется программным регулятором по заданной температуре поверхности стержня. Несущая частота ШИМ выбрана 15 кГц, что обеспечивает практически полное отсутствие шумов преобразователя в звуковом диапазоне. Работа трехфазного ШИМ поясняется на Фиг.4. На эпюре 1 показан исходный широтно-импульсный сигнал управления транзисторами. На эпюрах 2, 3 и 4 показаны токи транзисторов ТA, ТB и ТC. На эпюре 5 показан ток через диод Д3. Источником тока через диод является энергия дросселя Др, накопленная в период открытого состояния силового транзистора Т. На эпюре 6 показан характер тока в канале нагрузки - кремниевых стержнях. Выбор трехфазного управления силовыми транзисторами позволил снизить тепловую нагрузку на каждый транзистор.The current in the load (silicon rod) is controlled by a block of power transistors T and chokes Dr controlled by a three-phase pulse-width modulator (PWM) 10 through
Постоянный характер тока в нагрузке достигается за счет применения силового дросселя Др и диода Д3, включенного в обратном относительно силового транзистора направлении. Дополнительное сглаживание постоянного тока на нагрузке осуществляется фильтрующим конденсатором С2.The constant nature of the current in the load is achieved through the use of a power inductor Dr and a diode D3, turned on in the opposite direction to the power transistor. Additional smoothing of the direct current at the load is carried out by a filtering capacitor C2.
Кремниевый стержень канала нагрузки (Фиг.5) состоит из трех специально подготовленных (легированных) кремниевых стержней 11, 12 и 13, включенных последовательно. В стартовом режиме, когда кремниевые стержни холодные и сопротивление каждого из них около 25 Ом, включается схема стартового разогрева стержней. При этом включаются контакторы К5 и К6, которые шунтируют два стержня из трех. Происходят нагрев и «пробой» стержня 13 рабочим напряжением преобразователя. Сопротивление ее в этом состоянии становится на порядок меньше. Соответственно падает и напряжение на нем. Далее выключается коммутатор К6. К устройству подключается второй стержень 12. Происходят разогрев и пробой второго стержня совместно с первым. Затем выключается коммутатор К5. К устройству подключается третий стержень 11. Происходят его разогрев и «пробой». Таким образом, для стартового разогрева стержней не требуется дополнительный высоковольтный источник питания или специальная схема разогрева кремниевых стержней. После теплового «пробоя» стержней и доведения их до необходимой температуры начинается технологический процесс выращивания кремния.The silicon rod of the load channel (Figure 5) consists of three specially prepared (alloyed)
В ходе технологического процесса по выращиванию кремниевых стержней, по мере роста их диаметра, происходит снижение их сопротивления и, следовательно, снижение падение напряжения на стержнях. При достижении напряжения на стержнях менее 500 В производится переключение контакторов К2-К4 в блоке силовых выпрямителей (Фиг.1) и выпрямители переключаются в режим параллельного включения двух выпрямителей по 500 В. На входе регулятора-преобразователя устанавливается напряжение 500 В. В этом режиме снижается нагрузка на диоды силовых выпрямителей, снижаются тепловые потери на силовых транзисторах и дросселях без снижения тока на кремниевых стержнях.During the process of growing silicon rods, as their diameter grows, their resistance decreases and, consequently, the voltage drop across the rods decreases. When the voltage at the rods is less than 500 V, the K2-K4 contactors are switched in the power rectifier unit (Fig. 1) and the rectifiers are switched to the parallel mode of two 500 V rectifiers. A voltage of 500 V is set at the input of the controller-converter. This mode decreases load on the diodes of power rectifiers; heat losses on power transistors and chokes are reduced without reducing the current on silicon rods.
Заявляемое устройство обеспечивает высокую степень использования электрической энергии, позволяет получить высокое качество постоянного тока на стержнях.The inventive device provides a high degree of use of electric energy, allows to obtain high quality DC power on the rods.
В зависимости от размеров реактора водородного восстановления полихлорсиланов устройство может содержать несколько каналов нагрузки с кремниевыми стержнями и соответственно несколько каналов регулируемого нагревания кремниевых стержней.Depending on the size of the hydrogen reduction reactor of polychlorosilanes, the device may contain several load channels with silicon rods and, accordingly, several channels of controlled heating of silicon rods.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008101872/09A RU2346416C1 (en) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | Device for controlled heating of silicon bars |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008101872/09A RU2346416C1 (en) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | Device for controlled heating of silicon bars |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2346416C1 true RU2346416C1 (en) | 2009-02-10 |
Family
ID=40546888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008101872/09A RU2346416C1 (en) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | Device for controlled heating of silicon bars |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2346416C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102608925A (en) * | 2012-02-04 | 2012-07-25 | 南京因泰莱电器股份有限公司 | Power supply control device for polycrystalline silicon reduction furnace |
-
2008
- 2008-01-17 RU RU2008101872/09A patent/RU2346416C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102608925A (en) * | 2012-02-04 | 2012-07-25 | 南京因泰莱电器股份有限公司 | Power supply control device for polycrystalline silicon reduction furnace |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN203457053U (en) | Direct-current voltage converter, inverter and energy generation device | |
CN102481167B (en) | Hf surgery generator and method for operating hf surgery generator | |
AU686412B2 (en) | A voltage clamped parallel resonant converter with controllable duty cycle | |
US8432715B2 (en) | Power conversion control apparatus for power conversion circuit including high-side and low-side switching elements and power storage device | |
JP3078475B2 (en) | AC-DC switching power converter | |
CN103023333B (en) | There is the power-supply controller of electric of minimum summation multi-cycle modulation | |
Srinivasan et al. | Comparative evaluation of PWM AC-AC converters | |
EP2144357A1 (en) | A switched dc-dc conversion system for isolating high frequency and a method thereof | |
CN112041484B (en) | Circuit arrangement, method for operating a circuit arrangement, and electrolysis device | |
RU2482978C2 (en) | Railway vehicle drive motor control circuit | |
CN110063000A (en) | Dc voltage changer and its operation method | |
US4668906A (en) | Switched resistor regulator | |
CN203104830U (en) | Electromagnetic heating apparatus | |
CN1168356C (en) | Driving circuit of DC microwave oven and method of controlling the same | |
GB2294165A (en) | Power supply for providing a dc supply from a multiphase ac source | |
RU2346416C1 (en) | Device for controlled heating of silicon bars | |
CN113783435A (en) | Low-harmonic-wave-output charging and discharging power supply for inductance coil | |
JPH07336812A (en) | Power-conversion control apparatus | |
JP6803993B2 (en) | DC voltage converter and how to operate the DC voltage converter | |
GB2464514A (en) | Capacitor discharge welding apparatus and method | |
CN212785193U (en) | Combinable switch type power supply structure for arc plasma | |
RU93607U1 (en) | DEVICE FOR ADJUSTABLE HEATING OF SILICON ROD AC VOLTAGE | |
CN101499727B (en) | Energy output controlling method and circuit | |
Sano et al. | Improving dynamic performance and efficiency of a resonant switched-capacitor converter based on phase-shift control | |
RU2361264C2 (en) | Method of ac voltage control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20200819 |