提高单晶炉加热电源控制电路精度的研究

刘强633

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
16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
2 W7 U3 O1 Y* s' O# A) {& l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。
6 z( ~# i- D; v, R$ l+ v7 E1 w


  I# h( F: I9 K1 引言
) v) O+ i. T# t' l& f) n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
! i& T- X6 B9 C1 f; ?; V! y8 S程中提供热源的主要设备——大功率单晶硅直流加热
7 p0 |/ l/ e2 Z+ s0 i4 v, D) T电源，也因此具有更加广泛的应用，但同时也对单晶硅
' l7 o3 }6 T( x( C: q5 x+ j' F" q4 }加热电源的实时性、智能性及可靠性的开发提出了更高
3 L+ L) J! P! ~* m8 _的要求。
! s1 }% w- {7 w. e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
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。
2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
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
3 C/ X% D& I  d* |. t加热器供热，控温精度要求达到±0．5℃，而精确的输
/ d5 ]9 P6 l, P7 M! `出、检测是实现高精度温度控制的有效途径，所以只有

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。
3系统硬件构成
9 \& [# i! e, J3．1微机控制单晶炉直流加热电源硬件组成
# O, N, t) `. @3 o0 a电源的模拟电路部分主要包括大功率电力变压器、
+ s, \& ^2 _. E- @; P# h晶闸管、集成触发芯片TC787、熔断器、电压、电流互感
' E/ j% F/ K% g; L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
6个大功率晶闸管构成的三相全控整流桥整流成电压
! n% p1 e' ]0 \! D& t$ K- C可调的脉动直流，再通过平波电抗器将脉动的直流滤波
) ^, q2 |; z$ |) m( d1 t" C变成光滑平稳的直流电供给单晶炉石墨加热器的。
1 i! Q: {) _! [/ @2 ]; e7 b单晶炉的电气控制部分则是以80C196KB单片机
: V0 Q1 v! H2 B" H. q作为整个控制系统的控制核心，辅助扩展了用于存储预
3 i: c# ^" U, V% V$ f' j) n! V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
DAC0832，以及12位A／D转换芯片MAXl97，完成
. _, Y, {$ ]( t3 U9 ^RS 485通信的MAX 485等芯片，利用主CPU强大的
* ?) c( Q& M/ B1 C( ~" }逻辑运算功能和控制功能很好地协调与外设之间的工
, ?% d1 ^5 d( C; J, \. d, `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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