本發(fā)明涉及電源技術領域，特別涉及一種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)。

背景技術：

目前，國內(nèi)多晶硅還原爐電源系統(tǒng)已經(jīng)打破了國外技術的壟斷，在原有多晶硅還原爐電源系統(tǒng)基礎上研制出了精度更高、穩(wěn)定性更好、硅材料生產(chǎn)成本更低的高性能多晶硅還原爐電源系統(tǒng)。

一種典型的多晶硅還原爐電源系統(tǒng)采用多層電源疊層控制技術，使每組功率回路接收4、5種電壓等級的電源，疊層輸出功率電源。多層電源疊層控制能夠有效提高還原電源效率、減小諧波。由于這種電源技術采用的是普通的交流電加熱硅棒，因而可以稱此種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)為工頻電源系統(tǒng)。

然而，由于工頻電源調(diào)功柜頻率較低，通常為50Hz或者60Hz，使得硅棒在加熱過程中，由于外層隔熱，硅棒內(nèi)部溫度比表面的溫度要高。硅棒的直徑越大，硅棒內(nèi)外的溫差也越大，當硅棒內(nèi)部溫度達到1414℃后，硅棒將熔毀。因此，工頻電源系統(tǒng)限制了硅棒的直徑以及多晶硅的產(chǎn)量，且生產(chǎn)能耗也較大。

因此，如何提高多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的適用性，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)，該多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的適用性較好。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)，包括工頻電源，所述工頻電源的輸出端連接于負載的兩端，還包括高頻電源和用于使所述高頻電源與所述工頻電源疊加的耦合諧振槽路，所述耦合諧振槽路設于所述高頻電源的輸出端，所述耦合諧振槽路的輸出端連接于所述負載的兩端。

優(yōu)選地，所述耦合諧振槽路中設有用于耦合的耦合高頻變壓器。

優(yōu)選地，所述高頻電源、所述耦合諧振槽路與所述工頻電源均連接于PLC控制器。

優(yōu)選地，所述高頻電源包括能夠自動跟蹤所述負載變化頻率的全數(shù)字化IGBT高頻控制器。

優(yōu)選地，所述耦合諧振槽路與所述負載之間設有用于在高壓擊穿硅芯時隔離所述高頻電源的隔離開關。

優(yōu)選地，所述高頻電源的控制電路板集成于高頻電源控制箱中，所述高頻電源控制箱包括金屬外殼且所述金屬外殼接地。

優(yōu)選地，所述高頻電源控制箱內(nèi)設有散熱風扇。

優(yōu)選地，所述高頻電源控制箱的門板為重復折邊結構，且所述高頻電源控制箱的內(nèi)部封板為絕緣板。

優(yōu)選地，所述高頻電源的出線母排為銅板或者銅管。

優(yōu)選地，所述出線母排的截面面積范圍為0.9A/mm²至1.1A/mm²。

本發(fā)明提供的多晶硅還原爐電源系統(tǒng)包括工頻電源、高頻電源和耦合諧振槽路。其中，工頻電源的輸出端連接于負載的兩端，耦合諧振槽路設置在高頻電源的輸出端，耦合諧振槽路的輸出端連接在負載的兩端，耦合諧振槽路可以實現(xiàn)高頻電源與低頻電源疊加的同時防止高頻電源影響工頻電源的正常工作。

此種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)中，高頻電源輸出與負載匹配并提供低阻抗通道，通過耦合諧振槽路實現(xiàn)高頻電源和工頻電源的疊加，使工頻電源與高頻電源并列疊加運行為同一負載供電，可以使負載在接受工頻和高頻兩種頻率的電源環(huán)境下生長。其中，工頻電源承擔維持硅棒溫度的大功率基本負荷，高頻電源主要作用于硅棒表面，使電流更多地集中在硅棒表面，硅棒表面可以維持較高的溫度，即在硅棒截面的電流分布中，工頻電流分布比較平均，高頻電流主要作用于硅棒表面。

可見，在工頻電源與高頻電源的作用下，硅棒內(nèi)外溫差梯度較小，硅棒內(nèi)外溫度分布更加均勻，可以防止硅芯熔化，減少硅芯機械應力，避免裂棒和系統(tǒng)停車，減少熱點，使硅棒能夠生長成的直徑更大一些，生產(chǎn)效率得到提高；此種復合電源能夠合理利用高頻電源的集膚效應，以較小的電流維持加熱溫度，有效降低能耗；高頻電源與工頻電源可以分別獨立進行控制，投退方便快捷。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例的電路圖；

圖3為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例中負載中的截面電流分布圖；

圖4為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例中高頻電源控制箱的結構示意圖。

圖1至圖4中，1為主變壓器，2為工頻電源，3為負載，31為工頻電流，32為高頻電流，4為耦合諧振槽路，41為耦合高頻變壓器，42為隔離開關，5為高頻電源，6為高頻電源控制箱，7為PLC控制器。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)，該多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的適用性較好。

請參考圖1至圖4，圖1為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例的結構示意圖；圖2為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例的電路圖；圖3為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例中負載中的電流分布圖；圖4為本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的具體實施例中高頻電源控制箱的結構示意圖。

本發(fā)明所提供多晶硅還原爐電源系統(tǒng)的一種具體實施例中，多晶硅還原爐電源系統(tǒng)包括工頻電源2、高頻電源5和耦合諧振槽路4。其中，工頻電源2的輸出端連接于負載3的兩端，耦合諧振槽路4設置在高頻電源5的輸出端，耦合諧振槽路4的輸出端連接在負載3的兩端，耦合諧振槽路4可以實現(xiàn)高頻電源5與低頻電源疊加，同時可以防止高頻電源5影響工頻電源2的正常工作。工頻電源2與高頻電源5可以均由主變壓器1供電。其中，本文中的負載3為多晶硅棒。

此種多晶硅還原爐電源系統(tǒng)中，高頻電源輸出與負載3匹配并提供低阻抗通道，通過耦合諧振槽路4實現(xiàn)高頻電源5和工頻電源2的疊加，使工頻電源2與高頻電源5并列疊加運行為同一負載3供電，可以使負載3在接受工頻和高頻兩種頻率的電源環(huán)境下生長。其中，工頻電源2承擔維持硅棒溫度的大功率基本負荷，高頻電源5主要作用于硅棒表面，使電流更多地集中在硅棒表面，硅棒表面可以維持較高的溫度，即在硅棒截面的電流分布中，工頻電流31分布比較平均，高頻電流32主要作用于硅棒表面。

可見，在工頻電源2與高頻電源5的作用下，硅棒內(nèi)外溫差梯度較小，硅棒內(nèi)外溫度分布更加均勻，可以防止硅芯熔化，減少硅芯機械應力，避免裂棒和系統(tǒng)停車，減少熱點，使硅棒能夠生長成的直徑更大一些，生產(chǎn)效率得到提高；此種復合電源能夠合理利用高頻電源5的集膚效應，以較小的電流維持加熱溫度，有效降低能耗；高頻電源5與工頻電源2可以分別獨立進行控制，投退方便快捷。

具體地，耦合諧振槽路4中設有耦合高頻變壓器41，以實現(xiàn)耦合。當然，耦合諧振槽路4中還可以連接有其他用于實現(xiàn)高頻電源5與工頻電源2疊加的部件。

一種優(yōu)選的使用方式中，先僅使工頻電源2正常運行，當硅棒生長到一定直徑后，投入高頻電源5，使負載3上同時得到兩種不同頻率的電流并繼續(xù)加熱生長。其中，工頻電源2和高頻電源5可以均采用脫鹽水進行冷卻。因多晶硅還原爐剛開始啟動時，硅棒直徑較細，硅棒內(nèi)外溫差不大，此時不需要對硅棒表面進行加熱即可滿足工藝要求，當硅棒生長到一定直徑后內(nèi)外溫差較大，投入高頻電源5，高頻電源5與工頻電源2疊加運行，以減小硅棒內(nèi)外的溫差。

上述實施例中的高頻電源5、耦合諧振槽路4與工頻電源2可以均連接于PLC控制器7，PLC控制器7具體可以設置于工頻電源2中的PLC自動控制柜中。通過PLC控制器7對工頻電源2進行控制，同時，PLC控制器7可以采集耦合諧振槽路參數(shù)并控制高頻電源5。通過PLC控制方便、編程簡單且抗干擾能力較強。當然，也可以采用其他控制器，或者設置單獨的控制柜進行控制。

上述各個實施例中，高頻電源5具體可以包括能夠自動跟蹤負載3變化頻率的全數(shù)字化IGBT高頻控制器，從而高頻電源5的頻率可以自動跟蹤負載3變化，并采用PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高頻功率自動遠程給定，控制方便。當然，高頻電源5的控制器設置不限于此。

由于硅芯在啟動初期需要高壓擊穿，而高頻元器件普遍耐壓不足，容易在高壓擊穿時損壞，在上述各個實施例中，耦合諧振槽路4與負載3之間可以設置隔離開關42，以便硅芯在高壓擊穿時，斷開隔離開關42，從而隔離高頻電源5，高壓擊穿之后轉(zhuǎn)為工頻電源2以低電壓運行，隔離開關42再閉合投運高頻電源5，以防止高頻電源5被高電壓所損壞。當然，耦合諧振槽路4與負載3之間也可以不設置隔離開關42。

上述各個實施例中，高頻電源5的控制電路板可以集成于高頻電源控制箱6中，高頻電源控制箱6包括金屬外殼且金屬外殼接地。由于在電氣環(huán)境里，電源的頻率越高，電磁干擾越大，因而，將高頻電源5的控制電路板集成于高頻電源控制箱6中，高頻電源控制箱6包括金屬外殼，并采用金屬外殼接地方式來屏蔽干擾，能夠有效解決電磁干擾問題。其中，高頻電源5的控制電路板包括高頻電源5的核心控制板、斬波IGBT驅(qū)動板、逆變IGBT驅(qū)動板以及其他電路板。當然，也可以通過控制核心電路板與負載3之間的距離或者其他方式來減少電磁干擾現(xiàn)象。

上述實施例中，高頻電源控制箱6內(nèi)可以設有散熱風扇，以保證高頻電源控制箱6中的各個部件在高頻電源5運行過程中散熱正常。

由于交變電流的頻率越高，渦流效應就越明顯，所以高頻電源控制箱6必須盡量避免渦流的產(chǎn)生，以避免高頻電源控制箱6運行時，與出線母排平行的門板加強筋出現(xiàn)溫升。在出線母排的周圍，結構上應該盡量避免加強筋和環(huán)形立柱結構的出現(xiàn)。優(yōu)選地，上述各個實施例中，高頻電源控制箱6的門板可以為重復折邊結構，以減小渦流效應。

上述各個實施例中，高頻電源控制箱6的內(nèi)部封板可以為絕緣板，例如黃蠟板、有機玻璃板等絕緣板，以進一步減渦流效應。當然，內(nèi)部封板的選用不限于上述各個實施例。

上述各個實施例中，高頻電源5的出線母排可以為銅板或者銅管，有利于將電流集中于導體表面。

上述各個實施例中，高頻電源5的出線母排截面面積范圍可以為0.9A/mm²至1.1A/mm²，例如1A/mm²，將出線母排的截面面積選為較大的規(guī)格，有利于集膚效應的發(fā)生。

另外，上述各個實施例中，高頻元器件都要做好冷卻處理。其中，高頻電源5中的高頻變壓器、諧振電容和全數(shù)字化IGBT高頻控制器需使用水冷散熱、電抗器及其他發(fā)熱元件可使用風冷散熱，以確保高頻電源5工作在適宜的溫度范圍內(nèi)。

上述各個實施例中，工頻電源2的輸出電壓范圍通常為0～2500V，輸出電流范圍通常為0～3000A。其中，工頻電源2可以包括多級電源調(diào)功柜、PLC自動控制柜、5種等級的工頻電源變壓器、依靠硅棒電壓自動進行檔位切換的調(diào)壓器等設備，工頻電源2的輸出波形為50或60Hz的正弦波。高頻電源5主要包括整流器、斬波器、逆變器、諧振電容、高頻變壓器、測控系統(tǒng)等設備，高頻電源5的輸出波形為高頻率正弦波。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對本發(fā)明所提供的多晶硅還原爐電源系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。