專利名稱：數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠產(chǎn)生低電壓大電流，且輸出電壓或電流均可調(diào)節(jié)的大功率高頻逆變整流裝置及其方法，為電鍍，氧化，電解，電泳，冶煉，石英加熱及提煉單晶硅等電化學(xué)處理提供高效穩(wěn)定的直流電源。
背景技術(shù)：
隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，更多以電子技術(shù)為依托的領(lǐng)域開始加大對單晶硅的需求。作為單晶生長過程中提供熱源的主要設(shè)備-大功率單晶硅直流加熱電源，也因此得到了更加廣泛的應(yīng)用，但同時也對單晶硅加熱電源的實時性、智能性及可靠性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的大功率單晶硅直流加熱電源主要采用變壓器和可控硅降壓，然后再通過整流獲得低壓大電流電源，傳統(tǒng)的可控硅電源存在效率低、功率因數(shù)低、輸出電壓紋波大、穩(wěn)定性較差等問題。本發(fā)明提出數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法采用EDA技 術(shù)，結(jié)合微處理控制和CPLD，利用微處理控制CPLD產(chǎn)生占空比、頻率可調(diào)的方波信號來控制IGBT，使電源輸出功率根據(jù)要求進行變化，輸出功率的大小受微處理控制控制，并通過整流獲得了低電壓大電流直流電源，提高了電能轉(zhuǎn)換效率，且電源具有較高功率因數(shù)和較高的效率，電源整體節(jié)能效果明顯，其輸出的能量可直接為單晶爐內(nèi)的石墨加熱器供熱，控溫精度高，可以滿足單晶在生長階段對溫度的嚴格要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題如何利用EDA技術(shù)，提高電能轉(zhuǎn)換效率，為單晶爐石墨加熱器供熱。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，包括電流測量電路、電壓測量電路、功率給定電路、過流保護電路、過熱保護電路、缺相保護、鍵盤電路、微處理器、顯示、CPLD、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第五驅(qū)動電路、第六驅(qū)動電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)信號輸出電路和電源電路；電流測量電路、電壓測量電路和功率給定電路的輸出端分別與微處理器的A/D 口連接；過流保護電路、過熱保護電路和缺相保護的輸出端分別與微處理器的I/O 口連接；鍵盤電路的輸出端與微處理器的I/O 口連接；顯示輸入端與微處理器的I/O 口連接；開關(guān)信號輸出電路的輸入端與微處理器的I/O 口連接；CPLD輸入端與微處理器的I/O 口連接；第一驅(qū)動電路(11)、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第五驅(qū)動電路和第六驅(qū)動電路分別與CPLD的輸出端連接；D/A轉(zhuǎn)換電路與微處理器的I/O 口連接；電源電路的電壓輸出端與微處理器的電源端連接。第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第五驅(qū)動電路和第六驅(qū)動電路均為H橋型電路，輸出端分別控制各自主電路中的IGBT。電流采集電路利用霍爾電流傳感器采集總輸出電流信號，電流采集電路I的輸出信號為0-10VDC。
電壓測量電路在直流輸出端利用分壓電阻采集總輸出電壓。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。依本發(fā)明提出的一種數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器的方法，包括進行如下步驟A、數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器對單晶爐加熱前，首先對微處理器的程序進行初始化；B、經(jīng)歷過A步驟后，進行負載感知，當(dāng)某路無負載或者負載短路時，應(yīng)及時關(guān)斷該路CPLD的輸出信號；C、通過微處理器對負載進行恒功率控制，在對單晶爐負載進行加熱，若負載功率發(fā)生變化時，通過控制CPLD輸出信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)方法采用PID調(diào)節(jié)，微處理器不僅要完成電壓、電流和功率信號的采集，還要完成過流、過熱等信號的采集和保護輸出控制。
CPLD同時輸出6組獨立的頻率可調(diào)(7-12KHZ)、占空比(0_45% )可調(diào)方波信號。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器中，CPLD主要用于控制IGBT觸發(fā)信號的產(chǎn)生，微處理器主要完成電壓、電流和功率等模擬信號的采集，以及同時完成過流、過熱等信號的采集和輸出控制，CPLD可以輸出6組獨立的頻率可調(diào)(7-12KHZ)、占空比(0-45% )可調(diào)方波信號，6組信號完全相同，并可以單獨控制，便于當(dāng)某一路主電路故障時，可以及時關(guān)斷該路信號。(2)本發(fā)明的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器，占空比根據(jù)給定功率大小自動調(diào)整，功率給定采用0-10VDC電壓，轉(zhuǎn)換成0-5V電壓信號，功率反饋信號采用0-10VDC電壓信號，功率調(diào)整采用PID調(diào)節(jié)，可以精確地控制負載加熱功率。(3)本發(fā)明的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器，由于采用全數(shù)字式控制，使功率輸出控制更為簡單，可靠性高。綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，具有控制精度高、控制簡單、可靠和成本低的優(yōu)點。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進，在技術(shù)上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的高頻逆變直流電源控制器具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。


圖I為實施例I的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器原理框圖。
具體實施例方式見圖I所示，本實施例的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，包括包括電流測量電路I、電壓測量電路2、功率給定電路3、過流保護電路4、過熱保護電路5、缺相保護6、鍵盤電路7、微處理器8、顯示9、CPLDlO、第一驅(qū)動電路11、第二驅(qū)動電路12、第三驅(qū)動電路13、第四驅(qū)動電路14、第五驅(qū)動電路15、第六驅(qū)動電路16、D/A轉(zhuǎn)換電路17、開關(guān)信號輸出電路18和電源電路19 ;電流測量電路I、電壓測量電路2和功率給定電路3的輸出端分別與微處理器8的A/D 口連接；過流保護電路4、過熱保護電路5和缺相保護6的輸出端分別與微處理器8的I/O 口連接；鍵盤電路7的輸出端與微處理器8的I/O 口連接；顯不9輸入端與微處理器8的I/O 口連接；開關(guān)信號輸出電路18的輸入端與微處理器8的I/O 口連接；CPLD10輸入端與微處理器8的I/O 口連接；第一驅(qū)動電路11、第二驅(qū)動電路12、第三驅(qū)動電路13、第四驅(qū)動電路14、第五驅(qū)動電路15和第六驅(qū)動電路16分別與CPLDlO的輸出端連接；D/A轉(zhuǎn)換電路17與微處理器8的I/O 口連接；電源電路19的電壓輸出端與微處理器8的電源端連接。第一驅(qū)動電路11、第二驅(qū)動電路12、第三驅(qū)動電路13、第四驅(qū)動電路14、第五驅(qū)動電路15和第六驅(qū)動電路16均為H橋型電路，輸出端分別控制各自主電路中的IGBT。電流采集電路I利用霍爾電流傳感器采集總輸出電流信號，電流采集電路I的輸出信號為0-10VDC。 電壓測量電路2在直流輸出端利用分壓電阻采集總輸出電壓。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。依本發(fā)明提出的一種數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器的方法，包括進行如下步驟D、數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器對單晶爐加熱前，首先對微處理器8的程序進行初始化；E、經(jīng)歷過A步驟后，進行負載感知，當(dāng)某路無負載或者負載短路時，應(yīng)及時關(guān)斷該路CPLDlO的輸出信號；F、通過微處理器8對負載進行恒功率控制，在對單晶爐負載進行加熱，若負載功率發(fā)生變化時，通過控制CPLDlO輸出信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)方法采用PID調(diào)節(jié)，微處理器8不僅要完成電壓、電流和功率信號的采集，還要完成過流、過熱等信號的采集和保護輸出控制。上述如此結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法的技術(shù)創(chuàng)新，對于現(xiàn)今同行業(yè)的技術(shù)人員來說均具有許多可取之處，而確實具有技術(shù)進步性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，其特征在于，包括電流測量電路(I)、電壓測量電路(2)、功率給定電路(3)、過流保護電路(4)、過熱保護電路(5)、缺相保護(6)、鍵盤電路(7)、微處理器(8)、顯示(9)、CPLD(IO)、第一驅(qū)動電路(11)、第二驅(qū)動電路(12)、第三驅(qū)動電路(13)、第四驅(qū)動電路(14)、第五驅(qū)動電路(15)、第六驅(qū)動電路(16)、D/A轉(zhuǎn)換電路(17)、開關(guān)信號輸出電路(18)和電源電路(19);電流測量電路(I)、電壓測量電路(2)和功率給定電路(3)的輸出端分別與微處理器(8)的A/D 口連接；過流保護電路⑷、過熱保護電路(5)和缺相保護(6)的輸出端分別與微處理器⑶的I/O 口連接；鍵盤電路(7)的輸出端與微處理器⑶的I/O 口連接；顯示(9)輸入端與微處理器⑶的I/O 口連接；開關(guān)信號輸出電路(18)的輸入端與微處理器⑶的I/O 口連接；CPLD(10)輸入端與微處理器(8)的I/O 口連接；第一驅(qū)動電路(11)、第二驅(qū)動電路(12)、第三驅(qū)動電路(13)、第四驅(qū)動電路(14)、第五驅(qū)動電路(15)和第六驅(qū)動電路(16)分別與CPLD(IO)的輸出端連接；D/A轉(zhuǎn)換電路(17)與微處理器⑶的I/O 口連接；電源電路(19)的電壓輸出端與微處理器(8)的電源端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，其特征在于，第一驅(qū)動電路(11)、第二驅(qū)動電路(12)、第三驅(qū)動電路(13)、第四驅(qū)動電路(14)、第五驅(qū)動電路(15)和第六驅(qū)動電路(16)均為H橋型電路，輸出端分別控制各自主電路中的IGBT。
3.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，其特征在于，電流采集電路(I)利用霍爾電流傳感器采集總輸出電流信號，電流采集電路(I)的輸出信號為0-10VDC。
4.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，其特征在于，電壓測量電路(2)在直流輸出端利用分壓電阻采集總輸出電壓。
5.一種數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器的方法，其特征在于，包括進行如下步驟 A、控制器對單晶爐加熱前，首先對微處理器(8)的程序進行初始化； B、經(jīng)歷過A步驟后，進行負載感知，當(dāng)某路無負載或者負載短路時，應(yīng)及時關(guān)斷該路CPLD(IO)的輸出信號； C、通過微處理器(8)對負載進行恒功率控制，在對單晶爐負載進行加熱，若負載功率發(fā)生變化時，通過控制CPLD(IO)輸出信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)方法采用PID調(diào)節(jié)，微處理器(8)不僅要完成電壓、電流和功率信號的采集，還要完成過流、過熱等信號的采集和保護輸出控制。
6.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，其特征在于，CPLD(IO)同時輸出6組獨立的頻率可調(diào)(7-12KHZ)、占空比可調(diào)(0-45%)方波信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字式大功率高頻逆變直流電源控制器及其方法，包括電流測量電路、電壓測量電路、功率給定電路、過流保護電路、過熱保護電路、缺相保護、鍵盤電路、微處理器、顯示、CPLD、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第五驅(qū)動電路、第六驅(qū)動電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)信號輸出電路和電源電路；本發(fā)明采用EDA技術(shù)，結(jié)合微處理控制和CPLD，利用微處理控制CPLD產(chǎn)生占空比、頻率可調(diào)的方波信號來控制IGBT，使電源輸出功率根據(jù)要求進行變化，輸出功率的大小受微處理控制控制，并通過整流獲得了低電壓大電流直流電源，其輸出的能量可直接為單晶爐石墨加熱器供熱，控溫精度高，可以滿足單晶在生長階段對溫度的嚴格要求。
文檔編號H02M3/24GK102969897SQ201110262829
公開日2013年3月13日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者岳亞新, 郭向陽 申請人:江蘇正強電氣有限公司