[发明专利]节能型晶体生长高频电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种AC-DC高频电源装置，特别是一种节能型晶体生长高频电源装置。

背景技术

目前，单/多晶硅、蓝宝石等新型材料的制备通常采用直拉法在晶体炉中拉晶生长成型，其制备过程分为高温化料和等径拉晶两个阶段，这两个阶段都需要用一台大功率直流电源来为晶体炉加热，因此，电源效率的高低就成为晶体制备过程是否节能的关键。

现有用于晶体炉加热的直流电源主要分为两类，一类是可控硅整流电源，如中国专利200910059542，一类是高频电源，可控硅整流电源采用可控硅对工频整流的方式提供直流电，而高频电源则采用高频逆变方式将工频逆变成高频，再将高频整流和滤波变成直流而为负载供电，其中它通过负反馈控制环路控制输出相应占空比的脉宽调制信号，从而控制输入端传递到输出端的能量，保证输出电压始终跟随设置值而保持不变。高频电源与可控硅整流电源相比具有以下几个特点：1)高频变压器体积小，耗铜耗铁量小，成本低廉，符合绿色环保主潮流；2)效率比可控硅电源略高；3)输出波形质量好，有利于延长加热器寿命；4)功率因数高，无需无功补偿装置。因此，高频电源取代可控硅整流电源是必然趋势。

普通的高频电源常以额定输出电压满载荷的工作效率作为电源效率指标。但就晶体生长而言，需要电源满载负荷工作的高温化料时间只为4-5个小时，而需要电源半载负荷工作的等径拉晶时间却长达20-25个小时，因此，只衡量电源的满载效率显然是不够的，其半载负荷的工作效率也很重要的，但目前用于晶体炉加热的高频电源其满载荷的效率都能达到95％，而半载荷的效率只有80％左右，难以满足低碳节能的需要。

发明内容

本发明的目的是针对普通高频电源在半载荷工况效率低下的问题，提供一种节能型晶体生长高频电源装置，使其在半载荷工况下同样具有较高的工作效率，从而到达节能之目的。

根据高频电源在晶体生长二个阶段工作状态的实验观察，在高温化料阶段，它为全电压满载荷输出，并工作在大占空比逆变的条体下；而在等径拉晶阶段，电源为半电压半载荷输出，常工作在小占空比逆变的条件下。现有的理论和实验都证明：高频电源工作在大占空比条件下时的工作效率比小占空比工作效率高。因此，提高半电压输出时的占空比是改善半载荷工作效率的有效途径。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：

它具有一个由三相整流桥、输入端LC滤波器、高频逆变桥、高频变压器、高频整流器和输出端LC滤波器连接构成的主变换电路，它还具有一个反馈控制电路，该反馈控制电路包括一个电压误差运算电路和电流误差运算电路及占空比控制芯片，其改进之处是：所述的高频变压器是一个通过在其原边或副边绕组中增加中心抽头和变比变换开关而形成的一个可变变比高频变压器，在所述高频变压器中还增设占空比采集绕组，所述的占空比采集绕组与一个占空比检测电路的输入端相接，该占空比检测电路的输出端和一个占空比给定端一起接入一个占空比判定电路的输入端，所述占空比判定电路的输出端通过一个逻辑控制电路与所述变比变换开关的控制端相接。

本发明进一步改进的技术方案如下：

所述的占空比检测电路由整流桥、整形电路、D触发器和一个积分电路连接构成。

在所述的占空比检测电路和占空比判定电路之间设有一个滤波电路，所述占空比检测电路输出的检测信号u_d通过该滤波电路的滤波后送入所述的占空比判定电路。

通过上述技术方案可以看出，本发明将高频变压器改变成一个变比可变的高频变压器，并增加了占空比检测和比较判定电路。当电源工作在半载荷工况时，如果占空比检测电路测得占空比小于50％，则电源装置立即改变高频变压器的变比，并通过反馈控制电路的自动调节，使占空比重新达到50％以上。经检测，本发明在半载荷工况的工作效率提高到93％，达到了节能的目的。

附图说明

图1是本发明的原理方框图。

图2是实施例1的主变换电路原理图。

图3是实施例1的反馈控制电路原理图。

图4是实施例1的占空比检测电路原理图。

图5是实施例1的滤波电路、占空比判定电路和逻辑控制电路的原理图。

图6是实施例2的主变换电路原理图。

图7是实施例2的滤波电路、占空比判定电路和部分逻辑控制电路的原理图。

图8是实施例2的变比变换开关逻辑控制电路原理图之一。

图9是实施例2的变比变换开关逻辑控制电路原理图之二。

具体实施方式