提高单晶炉加热电源控制电路精度的研究

刘强633

5 t7 N) g9 n" ^& Q) O/ j/ R摘要：对提高晶闹管移相触发控制电路精度的方法进行深入研究。该设计采用先进的数字化电源控制技术，即基于
16位单片机实现电源整流移相触发控制精度的提高。对3个主要功能电路的组成及其工作原理进行分析和仿真验证。结
果表明系统的控制精度得到提高，并能够实现对电源输出功率的实时自动调节。


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1 引言
) a# B1 F& j: N9 A随着电子行业的飞速发展，更多以电子技术为依托
; {, n/ G) L4 [: e& Y& K的领域开始加大对单晶硅的需求口]。作为单晶生长过
程中提供热源的主要设备——大功率单晶硅直流加热
电源，也因此具有更加广泛的应用，但同时也对单晶硅
加热电源的实时性、智能性及可靠性的开发提出了更高
8 T8 M0 U5 [/ s. N的要求。
区别于以往的纯模拟电路构成的大功率单晶炉直
3 m) `+ v) K( O5 y流加热电源，在体积大、噪声高、无参数显示、无初值设
置的情况下，本文以ZLD一80直拉单晶硅炉的电源加
: W; p- v/ Q" [7 z热系统为例，介绍该系统数字化的硬件设计思想，以及
本设计在提高整流移相触发控制精度上采用的新方法。
2 R) o6 _, j  Q2系统技术指标
单晶炉加热电源是一种大功率直流电源，要求输出
! M7 W1 G! q" y5 L5 ?功率loo kW，输出电压为o～75 V可调，输出电流为
- ?( ?0 I; F) h8 H: f) @o～3 000 A。其输出的能量可直接为单晶炉内的石墨
加热器供热，控温精度要求达到±0．5℃，而精确的输
出、检测是实现高精度温度控制的有效途径，所以只有
* X  p. P& o# Q$ J. f
尽可能地使电源的输出精确才能满足单晶在生长阶段
对温度的严格要求。
7 Z5 J( R3 W5 _% x' V& e' B3系统硬件构成
3．1微机控制单晶炉直流加热电源硬件组成
电源的模拟电路部分主要包括大功率电力变压器、
晶闸管、集成触发芯片TC787、熔断器、电压、电流互感
( l  j. q" |; Z/ I0 _器和其他辅助设备与电路。微机控制单晶炉直流加热
# \; [1 }! d0 H# R0 F- J  [) O电源是将三相工频交流电经过降压后，通过V1～V6这
2 f  F! ?* F% f$ M. Z. O6个大功率晶闸管构成的三相全控整流桥整流成电压
' M2 C+ w( V9 w- c' S* m可调的脉动直流，再通过平波电抗器将脉动的直流滤波
$ J- U) f) f3 z# k变成光滑平稳的直流电供给单晶炉石墨加热器的。
7 N( c! P+ L3 Y( S0 f& b; U9 J单晶炉的电气控制部分则是以80C196KB单片机
作为整个控制系统的控制核心，辅助扩展了用于存储预
4 R' U, |- ~) p0 L7 V5 }. `, r设工艺参数的2864E2PROM，2764ROM，6264RAM，可
编程逻辑阵列GALl6V8，8位D／A转换芯片
DAC0832，以及12位A／D转换芯片MAXl97，完成
7 d) T$ J+ R2 w0 ], v; ?RS 485通信的MAX 485等芯片，利用主CPU强大的
: w& I0 K* K' Z. L0 S2 F' F逻辑运算功能和控制功能很好地协调与外设之间的工
作、与上位机的通信，以及对检测到的各种电信号的运
) K- t0 i( q$ ?  M  V算处理。键盘／液晶显示电路则可以实现参数的预置、
+ I, \, {/ T& J" [; Y, B在线修改及数据的实时显示、故障记录等功能，系统在

* N3 e- F1 Q# M
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