專(zhuān)利名稱(chēng)：多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種為多晶鑄錠爐提供一種調(diào)功電路。
背景技術(shù)：
多晶硅是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石，95%以上的半導(dǎo)體器件和99%以上的集成電路(IC)以及90%的太陽(yáng)能電池芯片都是由硅材料(含單晶硅和多晶硅)制造的。 多晶硅按照硅的用途分為太陽(yáng)能級(jí)硅(SG)，主要用于太陽(yáng)能電池芯片的生產(chǎn)制造；電子級(jí)硅(EG)主要用于半導(dǎo)體芯片制造。多晶硅市場(chǎng)需求經(jīng)歷了由“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)”向“光伏產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)”的轉(zhuǎn)變，后者造就了多晶硅行業(yè)景氣在2004年的向上拐點(diǎn)。2006年，在全球范圍內(nèi)多晶硅產(chǎn)量中，電子級(jí)占近55%。太陽(yáng)能級(jí)占45%多。隨著太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽(yáng)能電池芯片對(duì)多晶硅需求量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體多晶硅的發(fā)展(太陽(yáng)能遞增速度2位數(shù)以上，半導(dǎo)體芯片5%左右)，太陽(yáng)能多晶硅的需求量已經(jīng)大幅度超過(guò)電子級(jí)多晶硅用量。當(dāng)前，晶體硅材料(包括多晶硅和單晶硅)是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在90%以上，而且在當(dāng)今相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流材料。我國(guó)多晶硅市場(chǎng)需求旺盛，生產(chǎn)原料石英石儲(chǔ)量豐富。2000年以來(lái)，我國(guó)每年的工業(yè)硅產(chǎn)量都達(dá)到40萬(wàn)t以上，約占世界工業(yè)硅總產(chǎn)量的1/3，年出口量超過(guò)30萬(wàn) t。目前我國(guó)的工業(yè)硅產(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位?！白鳛橐粋€(gè)將走入千家萬(wàn)戶的基礎(chǔ)能源材料，利用的又是地球上任何一個(gè)地方都有的陽(yáng)光，多晶硅必然存在一個(gè)更清潔和成本更低的生產(chǎn)方式”。而這個(gè)“更清潔、更低成本”的方法就是物理法，也叫冶金法，國(guó)際上叫UMG0關(guān)于物理法和化學(xué)法的區(qū)別，凡是在工藝中硅材料本身發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)的，就叫作化學(xué)法，凡是硅在整個(gè)處理過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，就叫作物理法。目前無(wú)論是半導(dǎo)體還是光伏應(yīng)用，現(xiàn)在世界上75 %的多晶硅都是采用西門(mén)子法生產(chǎn)的，如果考慮到循環(huán)硫化床法其實(shí)也是西門(mén)子法的變種，可以說(shuō)直到2010年包括西門(mén)子法在內(nèi)的化學(xué)法所生產(chǎn)的多晶硅仍將占到99 %，剩下的那1 %就是物理法生產(chǎn)的多晶硅， 這小小的1 %能夠從“其它”的方法獨(dú)立地脫穎而出，被單獨(dú)標(biāo)示出來(lái)，是因?yàn)槲锢矸ㄓ性S多好處，同樣規(guī)模的多晶硅生產(chǎn)，物理法的投資只是西門(mén)子法的1/5，生產(chǎn)成本只是其1/2，而且整個(gè)過(guò)程沒(méi)有環(huán)境污染?！耙环矫嬉苯鸱ǘ嗑Ч璧奶攸c(diǎn)契合時(shí)下多晶硅行業(yè)節(jié)能減排的要求，另外企業(yè)運(yùn)用冶金法能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，目前冶金法的轉(zhuǎn)化效率接近改良西門(mén)子法，并且還有很大的提升空間，這兩種技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)將是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程?！倍嗑Ч栉锢矸ㄌ岽婕夹g(shù)是一種用物理過(guò)程提純多晶硅的方法，它采用等離子體融解爐去除硅錠中的硼雜質(zhì)，再經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束熔解爐中去除磷和碳雜質(zhì)，直接生成太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。多晶硅還原爐電氣系統(tǒng)的核心是大功率調(diào)壓器，調(diào)壓器所帶負(fù)載是多晶硅棒串聯(lián)而成的純電阻負(fù)載，調(diào)壓器的作用是實(shí)際上是對(duì)負(fù)載電阻進(jìn)行加熱，并且保持硅棒表面溫度恒定(一般1080°C)，硅棒串聯(lián)而成的電阻是一個(gè)變化的電阻首先硅棒溫度從常溫上升到1000°C，Φ 8直徑硅芯電阻從幾百千歐下降到幾十歐；其次保持硅棒表面溫度1080°C，硅棒直徑從Φ8增加到Φ 150，硅棒電阻從幾十歐下降到幾十毫歐，可見(jiàn)硅棒電阻大范圍變動(dòng)引起調(diào)壓器輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍增大，按照實(shí)際工作的性質(zhì)，調(diào)壓器分為硅棒溫度從常溫加熱到1000°C的預(yù)熱調(diào)壓器和硅棒直徑從Φ 8增加到最終直徑并且始終保持硅棒表面溫度1080°C的還原調(diào)壓器。針對(duì)這類(lèi)設(shè)備本發(fā)明設(shè)計(jì)一套多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器可以有效解決上述問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題如何對(duì)多晶硅鑄錠爐在不同加熱階段對(duì)功率不同需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅鑄錠爐加熱電阻進(jìn)行有效調(diào)節(jié)功率的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，包括第一電流互感器、第二電流互感器、第三電流互感器、第一電流電壓變換電路、第二電流電壓變換電路、第三電流電壓變換電路、鍵盤(pán)電路、電源電路、控制信號(hào)輸入電路、微處理器、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路、第一可控硅組、第二可控硅組、第三可控硅組、溫度測(cè)量電路、顯示電路和報(bào)警電路組成；其特征在于第一電流互感器、第二電流互感器、第三電流互感器的一次端分別穿到對(duì)應(yīng)相被測(cè)回路中，第一電流互感器、第二電流互感器、第三電流互感器的二次端分別與第一電流電壓變換電路、第二電流電壓變換電路、 第三電流電壓變換電路的輸入端連接；第一電流電壓變換電路、第二電流電壓變換電路、第三電流電壓變換電路的輸出端分別與微處理器的A/D 口連接；第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路的輸入端分別與微處理器的三個(gè)I/O 口連接。第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路的輸處端分別與第一可控硅組、第二可控硅組、第三可控硅組的輸入端連接；第一可控硅組、第二可控硅組、第三可控硅組的輸出端分別與外接負(fù)載的輸入端連接； 鍵盤(pán)電路、控制信號(hào)輸入電路、顯示電路和報(bào)警電路分別與微處理器的I/O 口連接；溫度測(cè)量電路與微處理器的A/D 口連接；電源電路與微處理器的電源端連接。第一電流互感器、第二電流互感器、第三電流互感器采用穿心式電流互感器，變比根據(jù)被測(cè)電流不同選擇不同變比，分別為25A/0. 1Α、50Α/0. 1Α、75Α/0. 1AU00A/0. ΙΑ、 150Α/0. 1Α、200Α/0. 1Α、300Α/0. ΙΑ。第一電流電壓變換電路、第二電流電壓變換電路、第三電流電壓變換電路分別由 10歐姆2W電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓信號(hào)，再通過(guò)肖特基二極管整流、電容濾波后獲得直流電壓信號(hào)送給微處理器處理。第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路由光耦作為驅(qū)動(dòng)，光耦選用M0C3052。第一可控硅組、第二可控硅組、第三可控硅組選用反并聯(lián)可控硅或MTC系列可控硅模塊。溫度測(cè)量電路用于測(cè)量可控硅散熱片的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)由報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本實(shí)用新型具有積極的效果(1)本實(shí)用新型的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器中，可以根據(jù)控制要求自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出正弦波的占空比，占空比的比例可以從10%-90%自行設(shè)定，滿足不同場(chǎng)合對(duì)功率的要求。(2)本實(shí)用新型的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，占空比的調(diào)整方式是采用通過(guò)幾個(gè)正弦波波形，然后關(guān)斷幾個(gè)正弦波波形的方式來(lái)減少平均功率，與傳統(tǒng)斬波方式調(diào)節(jié)輸出功率相比具有明顯減少電網(wǎng)污染的功能。(3)本實(shí)用新型的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，由于有效減少諧波具有明顯節(jié)能效果。

圖1為實(shí)施例1的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
見(jiàn)圖1所示，本實(shí)施例的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，包括第一電流互感器1、 第二電流互感器2、第三電流互感器3、第一電流電壓變換電路4、第二電流電壓變換電路5、 第三電流電壓變換電路6、鍵盤(pán)電路7、電源電路8、控制信號(hào)輸入電路9、微處理器10、第一驅(qū)動(dòng)電路11、第二驅(qū)動(dòng)電路12、第三驅(qū)動(dòng)電路13、第一可控硅組14、第二可控硅組15、第三可控硅組16、溫度測(cè)量電路17、顯示電路18和報(bào)警電路19組成；其特征在于第一電流互感器1、第二電流互感器2、第三電流互感器3的一次端分別穿到對(duì)應(yīng)相被測(cè)回路中，第一電流互感器1、第二電流互感器2、第三電流互感器3的二次端分別與第一電流電壓變換電路 4、第二電流電壓變換電路5、第三電流電壓變換電路6的輸入端連接；第一電流電壓變換電路4、第二電流電壓變換電路5、第三電流電壓變換電路6的輸出端分別與微處理器10的A/ D 口連接；第一驅(qū)動(dòng)電路11、第二驅(qū)動(dòng)電路12、第三驅(qū)動(dòng)電路13的輸入端分別與微處理器 10的三個(gè)I/O 口連接。第一驅(qū)動(dòng)電路11、第二驅(qū)動(dòng)電路12、第三驅(qū)動(dòng)電路13的輸處端分別與第一可控硅組14、第二可控硅組15、第三可控硅組16的輸入端連接；第一可控硅組14、 第二可控硅組15、第三可控硅組16的輸出端分別與外接負(fù)載的輸入端連接；鍵盤(pán)電路7、控制信號(hào)輸入電路9、顯示電路18和報(bào)警電路19分別與微處理器10的I/O 口連接；溫度測(cè)量電路17與微處理器10的A/D 口連接；電源電路8與微處理器10的電源端連接。第一電流互感器1、第二電流互感器2、第三電流互感器3采用穿心式電流互感器， 變比根據(jù)被測(cè)電流不同選擇不同變比，分別為25A/0. 1Α、50Α/0. 1Α、75Α/0. 1AU00A/0. ΙΑ、 150Α/0. 1Α、200Α/0. 1Α、300Α/0. ΙΑ。第一電流電壓變換電路4、第二電流電壓變換電路5、第三電流電壓變換電路6分別由10歐姆2W電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓信號(hào)，再通過(guò)肖特基二極管整流、電容濾波后獲得直流電壓信號(hào)送給微處理器10處理。第一驅(qū)動(dòng)電路11、第二驅(qū)動(dòng)電路12、第三驅(qū)動(dòng)電路13由光耦作為驅(qū)動(dòng)，光耦選用 M0C3052。第一可控硅組14、第二可控硅組15、第三可控硅組16選用反并聯(lián)可控硅或MTC系列可控硅模塊，可控硅模塊電流可以為100Α、150Α、200Α等。溫度測(cè)量電路17用于測(cè)量可控硅散熱片的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)由報(bào)警電路19發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本實(shí)施例多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器的工作原理和過(guò)程如下多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器當(dāng)接收到控制信號(hào)輸入電路9的控制信息后，開(kāi)始工作，根據(jù)不同的控制信息多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器控制第一可控硅組14、第二可控硅組15、第三可控硅組16產(chǎn)生不同占空比的正弦波信號(hào)，由于負(fù)載為三相負(fù)載，所以需同時(shí)控制三路輸出，溫度測(cè)量電路17用于測(cè)量可控硅散熱片的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)由報(bào)警電路19發(fā)出報(bào)警信號(hào)，第一電流互感器1、第二電流互感器2、第三電流互感器3用于測(cè)定三相電流從而可以判斷負(fù)載是否過(guò)載，三相是否不平衡，以及了解可控硅實(shí)時(shí)工作電流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
權(quán)利要求1.多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，包括第一電流互感器(1)、第二電流互感器O)、第三電流互感器(3)、第一電流電壓變換電路G)、第二電流電壓變換電路(5)、第三電流電壓變換電路(6)、鍵盤(pán)電路(7)、電源電路(8)、控制信號(hào)輸入電路(9)、微處理器(10)、第一驅(qū)動(dòng)電路(11)、第二驅(qū)動(dòng)電路(12)、第三驅(qū)動(dòng)電路(13)、第一可控硅組(14)、第二可控硅組 (15)、第三可控硅組(16)、溫度測(cè)量電路(17)、顯示電路(18)和報(bào)警電路(19)組成；其特征在于第一電流互感器(1)、第二電流互感器( 、第三電流互感器C3)的一次端分別穿到對(duì)應(yīng)相被測(cè)回路中，第一電流互感器(1)、第二電流互感器O)、第三電流互感器C3)的二次端分別與第一電流電壓變換電路G)、第二電流電壓變換電路(5)、第三電流電壓變換電路 (6)的輸入端連接；第一電流電壓變換電路G)、第二電流電壓變換電路(5)、第三電流電壓變換電路(6)的輸出端分別與微處理器(10)的A/D 口連接；第一驅(qū)動(dòng)電路(11)、第二驅(qū)動(dòng)電路(12)、第三驅(qū)動(dòng)電路(1 的輸入端分別與微處理器(10)的三個(gè)I/O 口連接。第一驅(qū)動(dòng)電路(11)、第二驅(qū)動(dòng)電路(12)、第三驅(qū)動(dòng)電路(1 的輸處端分別與第一可控硅組(14)、 第二可控硅組(15)、第三可控硅組(16)的輸入端連接；第一可控硅組(14)、第二可控硅組 (15)、第三可控硅組(16)的輸出端分別與外接負(fù)載的輸入端連接；鍵盤(pán)電路(7)、控制信號(hào)輸入電路(9)、顯示電路(18)和報(bào)警電路(19)分別與微處理器(10)的I/O 口連接；溫度測(cè)量電路(17)與微處理器(10)的A/D 口連接；電源電路(8)與微處理器(10)的電源端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，其特征在于所述的第一電流互感器(1)、第二電流互感器O)、第三電流互感器C3)采用穿心式電流互感器，變比根據(jù)被測(cè)電流不同選擇不同變比，分別為25A/0. 1Α、50Α/0. 1Α、75Α/0. 1AU00A/0. ΙΑ、 150Α/0. 1Α、200Α/0. 1Α、300Α/0. ΙΑ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，其特征在于所述的第一電流電壓變換電路G)、第二電流電壓變換電路(5)、第三電流電壓變換電路(6)分別由10歐姆2W電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓信號(hào)，再通過(guò)肖特基二極管整流、電容濾波后獲得直流電壓信號(hào)送給微處理器(10)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，其特征在于所述的第一驅(qū)動(dòng)電路(11)、第二驅(qū)動(dòng)電路(12)、第三驅(qū)動(dòng)電路(13)由光耦作為驅(qū)動(dòng)，光耦選用M0C3052。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，其特征在于所述的第一可控硅組(14)、第二可控硅組(15)、第三可控硅組(16)選用反并聯(lián)可控硅或MTC系列可控硅模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多晶硅鑄錠爐調(diào)功電源控制器，包括第一電流互感器、第二電流互感器、第三電流互感器、第一電流電壓變換電路、第二電流電壓變換電路、第三電流電壓變換電路、鍵盤(pán)電路、電源電路、控制信號(hào)輸入電路、微處理器、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三驅(qū)動(dòng)電路、第一可控硅組、第二可控硅組、第三可控硅組、溫度測(cè)量電路、顯示電路和報(bào)警電路組成；可以根據(jù)控制要求自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出正弦波的占空比，占空比的比例可以從10％-90％自行設(shè)定，滿足不同場(chǎng)合對(duì)功率的要求，同時(shí)占空比的調(diào)整是采用通過(guò)幾個(gè)正弦波波形，然后關(guān)斷幾個(gè)正弦波波形的方式來(lái)減少平均功率，與傳統(tǒng)斬波方式調(diào)節(jié)輸出功率相比具有明顯減少電網(wǎng)污染的功能。
文檔編號(hào)C30B28/06GK202072803SQ20112016054
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者岳亞新, 黃磊 申請(qǐng)人:江蘇清能電源有限公司