提高单晶炉加热电源控制电路精度的研究

刘强633

/ q8 G# x6 ?+ `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
4 E& M5 n) |& W3 W, E( F; l* R16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
: H) Q2 f5 N0 g" z& K# N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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  ^5 c9 z, E5 u

1 引言
随着电子行业的飞速发展，更多以电子技术为依托
的领域开始加大对单晶硅的需求口]。作为单晶生长过
/ Q* J6 Y2 ~. V4 `' C2 Q) w程中提供热源的主要设备——大功率单晶硅直流加热
$ _( T$ `) }( o' m电源，也因此具有更加广泛的应用，但同时也对单晶硅
, R- _  _8 Z" Z4 j; b加热电源的实时性、智能性及可靠性的开发提出了更高
的要求。
区别于以往的纯模拟电路构成的大功率单晶炉直
流加热电源，在体积大、噪声高、无参数显示、无初值设
& ?  I; o) v* X: g8 Y+ ^; @" e7 o置的情况下，本文以ZLD一80直拉单晶硅炉的电源加
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。
& F  r5 f8 a& J2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
; t# q; i, V8 d) L5 _) {9 @功率loo kW，输出电压为o～75 V可调，输出电流为
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
: _6 g+ g: l4 H& f出、检测是实现高精度温度控制的有效途径，所以只有
! ^  u) t& Q/ a+ Y) p. b
# ^' _9 s. Q0 ^尽可能地使电源的输出精确才能满足单晶在生长阶段
) t  i& m3 a' r: S: v* o% J对温度的严格要求。
4 r. o2 `0 j! @! i3系统硬件构成
& O$ y0 k) D, _7 _. n4 H1 w3．1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、
* d! o6 u( }9 }0 j$ W' z  T' R" r+ E晶闸管、集成触发芯片TC787、熔断器、电压、电流互感
! k( j% m( A+ W- _- z- M5 B器和其他辅助设备与电路。微机控制单晶炉直流加热
0 p- T8 x5 M2 b/ D4 v电源是将三相工频交流电经过降压后，通过V1～V6这
- i4 J% @7 v$ I. ]/ Q- N6个大功率晶闸管构成的三相全控整流桥整流成电压
5 }+ n  T7 n) v2 ?' \  ]* z可调的脉动直流，再通过平波电抗器将脉动的直流滤波
变成光滑平稳的直流电供给单晶炉石墨加热器的。
- y& N" y4 C' w6 ?# u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
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
  [: H* b9 u. ?& C; UDAC0832，以及12位A／D转换芯片MAXl97，完成
. g- t2 g7 B' n( f5 H/ T% Z& L4 fRS 485通信的MAX 485等芯片，利用主CPU强大的
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
算处理。键盘／液晶显示电路则可以实现参数的预置、
在线修改及数据的实时显示、故障记录等功能，系统在
, r& S/ D+ I( M" b2 }8 e, Y


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