提高单晶炉加热电源控制电路精度的研究

刘强633

5 |) T8 t1 \* T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
2 P7 L/ f; s5 B$ N2 z' C16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( L$ j6 q8 f) O$ ?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。
2 L* Y9 U. p2 q8 T5 l: q
2 ~* F2 Y# D; ]
. ~7 C* `4 B" r* l* b& ^. y
; _. x! Y+ [& D6 \- ]3 v7 r1 引言
随着电子行业的飞速发展，更多以电子技术为依托
& M8 P8 f5 p" W5 M的领域开始加大对单晶硅的需求口]。作为单晶生长过
* P  {  a3 s6 b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
# O) J1 ~3 i; Q4 Q% }' l9 P9 f# F, C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。
: a6 o/ z) G2 {+ y9 L6 s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
9 v1 _5 y/ [/ U. x1 l# \. t置的情况下，本文以ZLD一80直拉单晶硅炉的电源加
5 c* F+ |2 p0 N/ O" m# I热系统为例，介绍该系统数字化的硬件设计思想，以及
3 [7 ^) j$ }# F4 o+ S  Y本设计在提高整流移相触发控制精度上采用的新方法。
, i1 B; S4 R: ]9 ?  o2系统技术指标
$ c' K0 H( R) T; g5 U; c单晶炉加热电源是一种大功率直流电源，要求输出
6 h4 j0 U  {3 n9 e" H* i; W; Z! d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
4 t  `2 C9 m! j, L- k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
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' ]2 a7 \6 u6 F- n. D- h, C3 \+ a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。
- q* b$ j3 r0 q1 x: [2 r; Z2 l: }3系统硬件构成
- j; Q7 E0 i9 G% q3．1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、
" Y& i& v! r& |, u: L3 |5 @. P晶闸管、集成触发芯片TC787、熔断器、电压、电流互感
0 s3 Q: w* i1 b1 H% g器和其他辅助设备与电路。微机控制单晶炉直流加热
电源是将三相工频交流电经过降压后，通过V1～V6这
, x9 T8 i$ c  J/ l  c5 c6个大功率晶闸管构成的三相全控整流桥整流成电压
/ K/ y  ^# |, [& I! F9 g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。
. D, z  ?* j9 M6 r; R& p5 M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
6 K# a* A' r4 ^+ K4 o& i0 j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
5 s. j* Y& y) `$ K0 g4 I4 ~RS 485通信的MAX 485等芯片，利用主CPU强大的
4 K0 m5 Z1 W! \$ G逻辑运算功能和控制功能很好地协调与外设之间的工
. c. v+ q& C% l! p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

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