TW201315128A - 有升壓手段的電流供應裝置 - Google Patents

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Wolfgang Paul
Peter Wallmeier
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Aeg Power Solutions Bv
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Abstract

一種電源裝置，包括一個具有至少兩個用於次級側外線電位的次級側抽頭和一個用於次級側零線電位的抽頭的第一變壓器(T1)和兩個功率調整器(V1、V2)，其中在第一變壓器的額定工作狀態在其中一個用於次級側外線電位的第一抽頭與用於次級側零線電位的抽頭之間產生第一變壓器的一個額定電壓，用於次級側外線電位的抽頭經由所述功率調整器與電源裝置的一個輸出端的一個外線接頭連接，其中，電路裝置在第一變壓器(T1)的次級側上具有一個用於將電壓升高超過額定電壓的機構(T2)。

Description

有升壓手段的電流供應裝置
本發明涉及一種電源裝置，它包括一個具有至少兩個用於次級側外導體電位的次級側抽頭和一個用於次級側零線電位的抽頭的第一變壓器和兩個功率調整器，其中在第一變壓器的額定工作狀態在其中一個用於次級側外線電位的第一抽頭與用於次級側零線電位的抽頭之間產生一個額定電壓，用於次級側外線電位的抽頭經由所述功率調整器與電源裝置的一個輸出端的一個第一接頭連接。
由許多專利文獻和本申請人或本申請人的前權利人的專利申請的公開出版物已知一些這種類型的電源裝置。在一些教科書中也描述了一些這種類型的電源裝置，例如在2009年G．K．Dubey，S．R．Doradla，A．Joshi und R．M．K．Sinha，ISBN 0-85226-190-X的“Thyristorised Power Controllers”一書中。
一種這樣的電源裝置的功率調整器通常這樣進行控制，以致產生一種電壓順序控制。這種電源裝置經常用在用於通過按西門子法化學氣相沉積(CVD)生產多晶矽的反應器中。通過本申請人的一些專利申請還已知所述電源裝置的一些這樣的應用。
具有電壓順序控制的電源裝置的優點在於，在與其他的電源裝置相比高功率因數和高功率範圍情況下可以提供 在例如從0至2500 V的高電壓範圍內的電壓。
在一種用於按西門子法生產多晶矽的工藝中，具有最初高電阻的矽種棒(也稱做細矽棒或hair pins)被最初受高電壓驅策的電流通流。在細矽棒加熱一定程度後，電阻突然下降。按白話說就是，細矽棒著火了。在著火之後可以減小電壓。
流過細矽棒的電流將細矽棒加熱到一個用於按西門子法氣相沉積所需的溫度。通過氣相沉積，矽凝聚在細矽棒上，由此其直徑增加並且形成矽棒。隨著矽棒直徑的逐漸增加，用於流過矽棒的電流的電阻下降。因此在氣相沉積工藝過程中，在矽棒上的電壓進一步減小。結果還表明，在氣相沉積工藝中，在開始時，在細矽棒著火之前，必須由電源裝置提供最高電壓，而在工藝結束時，必須提供最低電壓。
根據工藝的工作方式並且根據反應器，不同的最初電壓是需要的或有利的。
直到現在，電源裝置通常這樣設計，以致由第一變壓器可提供的次級額定電壓等於所需的最大電壓。這可能需要特殊匹配的變壓器和與額定電壓匹配的功率調整器。兩者使電源裝置的製造變得費事而昂貴。
在這裡開始闡述本發明。
本發明要解決的問題在於，這樣改進一種開始所述類 型的電源裝置，使得電源裝置或至少電源裝置的重要部件的標準化成為可能。
根據本發明，這一問題通過這樣的方式得以解決，即電路裝置在第一變壓器的次級側上具有一個用於將電壓升高超過額定電壓的機構。
通過用於升高電壓的機構設置用於將在電源裝置的輸出端的電壓升高超過第一變壓器的額定電壓或超過在第一變壓器上分接的電壓的機構，能夠實現即使在電源裝置的期望的額定電壓超過第一變壓器的額定電壓時也能使用第一變壓器。因此，第一變壓器也可以用於那些在其中迄今需要使用一個額外的具有更高額定電壓的變壓器的電源裝置。
優選的是，用於升高電壓的機構是一個可接通的第二變壓器。該第二變壓器的接通可以通過一些開關或功率調整器實現。為了接通，也可以設置與第一變壓器的用於次級側外線電位的抽頭連接的功率調整器。
特別有利的是，第二變壓器是一個自耦變壓器。
第二變壓器的一個中間抽頭可以與第一變壓器的第一抽頭連接，也就是與用於相對於第一變壓器的次級側零線電位最高的次級側外線電位的抽頭連接。所述連接可以在中間連接一個功率調整器或一個開關情況下進行，利用功率調整器或開關可以接通作為用於升高電壓的機構的自耦變壓器。
在自耦變壓器的一個變壓器線圈的第一端的抽頭可以 與第一變壓器的一個抽頭連接，優選與第一變壓器的用於第二高次級側外線電位的抽頭連接。所述連接可以在中間連接一個功率調整器或一個開關情況下進行，利用功率調整器或開關可以接通作為用於升高電壓的機構的自耦變壓器。
在自耦變壓器的變壓器線圈的第二端的抽頭可以與輸出端的第一接頭連接。所述連接可以在中間連接一個功率調整器或一個開關情況下進行，利用功率調整器或開關可以接通作為用於升高電壓的機構的自耦變壓器。
在本發明電源裝置中使用的功率調整器可以涉及閘流電晶體。使用的開關可以涉及由整流閥構成的開關，特別是由閘流電晶體、GTO、IGBT或其他構成的開關。有利的是，開關是雙向開關。
根據本發明的電路裝置的在圖1和圖2中所示的電路圖包括一個第一變壓器T1、兩個與第一變壓器T1的次級側抽頭連接的功率調整器V1、V2、一個兩級的電壓順序控制器(未詳細示出)和一個用於升高電壓的機構T2，利用電壓順序控制器控制所述兩個功率調整器V1和V2，經由一些雙向開關或功率調整器可以接通用於升高電壓的機構。
第一變壓器T1和兩個功率調整器V1、V2以已知的方式和方法相互連接。第一變壓器T1在次級側具有三個抽頭，其中在兩個抽頭上都提供一個次級側外線電位，而在第三 抽頭上提供一個次級側零線電位。兩個用於外線電位的抽頭經由功率調整器V1、V2與一個第一接頭即本發明電路裝置的一個輸出端的外線接頭連接。用於零線電位的抽頭與一個第二接頭即輸出端的一個零線接頭連接。三個電阻作為負載與輸出端連接，這些電阻例如可以涉及矽棒或細矽棒，它們設置在一個用於通過按西門子法化學氣相沉積生產多晶矽的反應器中。
功率調整器V1、V2可以通過電壓順序控制器以已知的方式和方法進行控制，以便在0 V和第一變壓器T1的額定電壓之間調節各任意電壓。
為了在電源裝置的輸出端提供比第一變壓器T1的額定電壓更高的電壓，通過變壓器在額定工作狀態施加在其中一個用於次級側外線電位的第一抽頭上的額定電壓設定用於升高電壓的機構T2，它們在兩個實施例中通過一個第二變壓器構成。該第二變壓器涉及一種自耦變壓器T2。
兩個在圖1和2中示出的實施例的不同之處在於自耦變壓器T2是如何接入到或可接通到另外的電路裝置中。
在第一實施例中，自耦變壓器T2的變壓器線圈的一個中間抽頭經由一個由兩個反並聯連接的閘流電晶體構成的雙向開關VB1與第一變壓器T1的第一抽頭也就是用於相對於次級側零線電位最高外線電位的抽頭連接。相反在自耦變壓器T2的變壓器線圈的一個第一端的抽頭與第一變壓器的具有相對於次級側零線電位第二高外線電位的抽頭連接。
在自耦變壓器T2的變壓器線圈的一個第二端的抽頭經由一個由兩個反並聯連接的閘流電晶體構成的功率調整器VB2與輸出端的外線接頭連接。
如果開關VB1和功率調整器VB2接通而功率調整器V1和V2斷開，則在輸出端產生一個電壓UL，該電壓等於由第一變壓器T1的次級電壓和在自耦變壓器T2的變壓器線圈的第二端與自耦變壓器T2的變壓器線圈的中間抽頭之間產生的電壓UB之和。通過功率調整器VB2的相位角控制，可以調節該電壓的高低。
相反，如果開關VB1或功率調整器VB2斷開，則可以經由功率調整器V1、V2以已知的方式和方法通過電壓順序控制器調節輸出電壓UL。
在第一實施例的一種變化方案中，閘流電晶體VB1可以用作功率調整器並且利用一個相位角控制器進行控制。自耦變壓器T2的變壓器線圈的第二端在這種情況下可以直接與輸出端的外線接頭連接。然後在電壓升高的情況下通過功率調整器VB1接通自耦變壓器T2並且調節輸出電壓。閘流電晶體VB2然後可以用作雙向開關或通過一個導線代替。
在第二實施例中，自耦變壓器T2的變壓器線圈的中間抽頭直接與第一變壓器T1的次級繞組的第一抽頭連接，也就是與用於相對於次級側零線電位最高外線電位的抽頭連接。在第二實施例中，在自耦變壓器T2的變壓器線圈的第一端的抽頭經由一個由兩個反並聯連接的閘流電晶體構成的雙向開關VB3與第一變壓器T1的具有相對於次級側零線 電位第二高外線電位的抽頭連接。在第二實施例中，在自耦變壓器T2的變壓器線圈的第二端的抽頭經由一個由兩個反並聯連接的閘流電晶體構成的雙向開關VB4與第一變壓器T1的次級繞組的第一抽頭也就是用於最高外線電位的抽頭連接。如果開關VB4和功率調整器V2斷開而功率調整器V1和開關VB3接通，則根據第二實施例，在電路裝置的輸出端產生一個電壓UL，該電壓等於第一變壓器T1的次級電壓和在自耦變壓器T2的變壓器線圈的第二抽頭與自耦變壓器T2的變壓器線圈的中間抽頭之間的電壓之和。經由功率調整器V1可以調節該輸出電壓的高低。
相反，如果開關VB4接通而開關VB3斷開，則根據第二實施例，電路裝置可以如傳統的具有電壓順序控制器的電路裝置那樣進行使用。
作為用於功率調整器或雙向開關的構件，也可以使用任何其他適合的構件，特別是大功率半導體構件，像例如IGBT。也可以使用接觸器或繼電器作為雙向開關。
V1‧‧‧功率調整器
V2‧‧‧功率調整器
T1‧‧‧第一變壓器
T2‧‧‧第二變壓器(自耦變壓器)
VB1‧‧‧雙向開關
VB3‧‧‧開關
VB4‧‧‧雙向開關
借助下面對兩個實施例的說明對本發明的其他特徵和優點進行詳細闡述。其中：圖1第一實施例的電路圖，和圖2第二實施例的電路圖。
T1‧‧‧第一變壓器
T2‧‧‧第二變壓器(自耦變壓器)
V1‧‧‧功率調整器
VB1‧‧‧雙向開關
VB2‧‧‧功率調整器
UB‧‧‧電壓
UL‧‧‧電壓

Claims (6)

  1. 一種電源裝置，包括一個具有至少兩個用於次級側外線電位的次級側抽頭和一個用於次級側零線電位的抽頭的第一變壓器(T1)和兩個功率調整器(V1、V2)，其中在第一變壓器的額定工作狀態在其中一個用於次級側外線電位的第一抽頭與用於次級側零線電位的抽頭之間產生一個額定電壓，用於次級側外線電位的抽頭經由所述功率調整器與電源裝置的一個輸出端的一個外線接頭連接，其特徵在於，電路裝置在第一變壓器(T1)的次級側上具有一個用於將電壓升高超過額定電壓的機構(T2)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源裝置，其特徵在於，用於升高電壓的機構(T2)是一個可接通的第二變壓器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源裝置，其特徵在於，第二變壓器是一個自耦變壓器(T2)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源裝置，其特徵在於，第二變壓器(T2)的一個中間抽頭必要時在中間連接一個功率調整器(VB1、VB2)或一個開關(VB1、VB2)情況下與第一變壓器的第一抽頭連接。
  5. 如申請專利範圍第3或第4項所述的電源裝置，其特徵在於，在自耦變壓器的一個變壓器線圈的第一端的抽頭必要時在中間連接一個功率調整器或一個開關情況下與第一變壓器的一個抽頭連接，優選與第一變壓器的用於第二高次級側外線電位的抽頭連接。
  6. 如申請專利範圍第3~5項中任一項所述的電源裝 置，其特徵在於，在自耦變壓器的變壓器線圈的第二端的抽頭必要時在中間連接一個功率調整器或一個開關情況下與輸出端的第一接頭連接。
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