全数控型制备晶体的加热电源系统研究
发布时间：2022-01-19 16:54
单晶硅生长炉加热电源是单晶硅制备系统中至关重要的组成部分之一,属于输出电压低、输出电流大的大功率电源。可控硅电源能满足一般晶体制备对加热电源的需求,但存在体积大、动态响应慢、电源效率低、谐波污染严重等不足。因此,在满足工业生产的前提下,对制备晶体的加热电源系统进行研究是有必要的。首先,本文对比分析了单模块大功率电源结构、单控制器下多电源模块并联结构和多控制器下的多电源模块并联结构,可知多控制器下的多模块并联结构能从源头解决电源模块并联均流问题,具有均流特性好、系统可靠性高等特点。进而确定了以三相不控整流电路、零电压移相全桥电路、高频变压器、全波整流电路等组成电源模块功率电路结构。其次,本文介绍了电源模块功率电路中各电路的工作方式,详细分析了零电压移相全桥电路的工作过程、软开关的实现条件和副边占空比丢失现象及解决方案,并对主要功率器件进行参数计算与选型。最终,在PSIM环境中搭建电源模块的仿真系统,验证了器件参数的正确性和电流电压双闭环PID控制算法的有效性;设计了基于STM32F334微处理器的数字电源控制器并编写控制程序,搭建180kW+60kW全数控型制备晶体的加热电源样机,对电路...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１硅片年出货量统计??Ｆｉｇ?１－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｃｈｉｐ?ａｎｎｕａｌ?ｓｈｉｐｍｅｎｔｓ??
高压工频交流电首先经过整流变压器降为低压工频交流电，接着通过可控硅组??成的工频整流电路转化为低压直流电，最后通过低通滤波电路滤除高频噪声后输??出理想的直流电能，如图１－２所示。受可控硅器件控制特性的影响，电源在工作过??程中处于工频工作状态，导致整流变压器、输出滤波电路体积及重量大、电源动态??响应慢、转换效率较低。??交流输入?低压交流电?低压直流电?直流输出??—ｆ?１整流变压器｜?？｜｜工频整流??？输出滤波｜￣＾??驱动信号??驱动电路??１控制信号??—ａｗｗ?输出采样???？辅助供电??？控制电路?＾???±?１５Ｖ，?＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－２可控硅电源系统框图??Ｆｉｇ?１－２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＣＲ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??随着电力电子技术的高速发展和国家对绿色电源的逐渐重视，以ＩＧＢＴ、??ＭＯＳＦＥＴ等开关器件为核心的开关电源以更高效、更节能、更绿色的姿态逐渐侵??蚀着大功率工业电源市场中可控硅电源的份额，开关电源系统框图如图１－３所示。??交流输入?工频脉动的直流电?高频高压交流电高频低压交流电?直流输出??奉?－输入整流及?？高細谈变??？油銮变ＦＦ器?＾输出整流及?參．??工频滤波?咼频逆及?＾功军变压器?高频滤波??驱动信号??驱动电路??１控制信号??＿＾纖，－冶输出采样???？辅助供电??？控制电路?????±１５Ｖ，＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－３开关电源系统框图??Ｆｉｇ?１－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＭＰＳ?ｓｙｓｔｅｍ
高压工频交流电首先经过整流变压器降为低压工频交流电，接着通过可控硅组??成的工频整流电路转化为低压直流电，最后通过低通滤波电路滤除高频噪声后输??出理想的直流电能，如图１－２所示。受可控硅器件控制特性的影响，电源在工作过??程中处于工频工作状态，导致整流变压器、输出滤波电路体积及重量大、电源动态??响应慢、转换效率较低。??交流输入?低压交流电?低压直流电?直流输出??—ｆ?１整流变压器｜?？｜｜工频整流??？输出滤波｜￣＾??驱动信号??驱动电路??１控制信号??—ａｗｗ?输出采样???？辅助供电??？控制电路?＾???±?１５Ｖ，?＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－２可控硅电源系统框图??Ｆｉｇ?１－２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＣＲ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??随着电力电子技术的高速发展和国家对绿色电源的逐渐重视，以ＩＧＢＴ、??ＭＯＳＦＥＴ等开关器件为核心的开关电源以更高效、更节能、更绿色的姿态逐渐侵??蚀着大功率工业电源市场中可控硅电源的份额，开关电源系统框图如图１－３所示。??交流输入?工频脉动的直流电?高频高压交流电高频低压交流电?直流输出??奉?－输入整流及?？高細谈变??？油銮变ＦＦ器?＾输出整流及?參．??工频滤波?咼频逆及?＾功军变压器?高频滤波??驱动信号??驱动电路??１控制信号??＿＾纖，－冶输出采样???？辅助供电??？控制电路?????±１５Ｖ，＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－３开关电源系统框图??Ｆｉｇ?１－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＭＰＳ?ｓｙｓｔｅｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]平均电流控制型移相全桥DC/DC变换器设计方法的研究[J]. 丁奇,杨海涛,刘聪. 电气工程学报. 2018(09)
[2]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[3]智能化数字电源的应用及其发展趋势探讨[J]. 任俊闯,陈春燕. 数字通信世界. 2017(02)
[4]意法半导体（ST）的先进碳化硅功率器件加快汽车电动化进程[J]. 微型机与应用. 2016(11)
[5]大容量高频变压器磁芯损耗特性分析及结构选择[J]. 赵波,张宁,李琳,刘海军. 磁性材料及器件. 2016(01)
[6]工业4.0基础上的组织沟通[J]. 吴斌. 现代工业经济和信息化. 2015(16)
[7]具有移相控制的ZVS全桥DC-DC斩波变换器[J]. 孙铁成,郭超,娜仁图亚,孙航,申宏伟. 电工技术学报. 2014(12)
[8]开关电源模块并联均流系统的研究[J]. 高玉峰,胡旭杰,陈涛,范艳成. 电源技术. 2011(02)
[9]单晶硅生产工艺中的关键技术[J]. 王金全. 电子工业专用设备. 2010(05)
[10]移相全桥变换器的建模与仿真[J]. 王海莉,吴延华. 通信电源技术. 2008(05)
硕士论文
[1]大功率移相全桥同步整流电源关键技术的研究[D]. 邓开元.北京交通大学 2017
[2]10000A/15V移相全桥软开关电解电源的研制[D]. 李金芝.北京交通大学 2011
[3]硅片软磨料砂轮的磨削性能研究[D]. 金钊.大连理工大学 2009
[4]高性能单晶硅炉加热电源的研究[D]. 李志君.北京交通大学 2010
[5]大功率并联型开关电源的研究[D]. 林志光.华北电力大学（河北） 2010
[6]单晶硅中氧和碳的分布及控制方法[D]. 胡波.湖南科技大学 2009
[7]脉冲电流测量的研究[D]. 张德会.华中科技大学 2007
[8]软开关电源设计与仿真研究[D]. 周志军.武汉大学 2004
本文编号：3597223
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１硅片年出货量统计??Ｆｉｇ?１－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｃｈｉｐ?ａｎｎｕａｌ?ｓｈｉｐｍｅｎｔｓ??
高压工频交流电首先经过整流变压器降为低压工频交流电，接着通过可控硅组??成的工频整流电路转化为低压直流电，最后通过低通滤波电路滤除高频噪声后输??出理想的直流电能，如图１－２所示。受可控硅器件控制特性的影响，电源在工作过??程中处于工频工作状态，导致整流变压器、输出滤波电路体积及重量大、电源动态??响应慢、转换效率较低。??交流输入?低压交流电?低压直流电?直流输出??—ｆ?１整流变压器｜?？｜｜工频整流??？输出滤波｜￣＾??驱动信号??驱动电路??１控制信号??—ａｗｗ?输出采样???？辅助供电??？控制电路?＾???±?１５Ｖ，?＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－２可控硅电源系统框图??Ｆｉｇ?１－２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＣＲ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??随着电力电子技术的高速发展和国家对绿色电源的逐渐重视，以ＩＧＢＴ、??ＭＯＳＦＥＴ等开关器件为核心的开关电源以更高效、更节能、更绿色的姿态逐渐侵??蚀着大功率工业电源市场中可控硅电源的份额，开关电源系统框图如图１－３所示。??交流输入?工频脉动的直流电?高频高压交流电高频低压交流电?直流输出??奉?－输入整流及?？高細谈变??？油銮变ＦＦ器?＾输出整流及?參．??工频滤波?咼频逆及?＾功军变压器?高频滤波??驱动信号??驱动电路??１控制信号??＿＾纖，－冶输出采样???？辅助供电??？控制电路?????±１５Ｖ，＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－３开关电源系统框图??Ｆｉｇ?１－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＭＰＳ?ｓｙｓｔｅｍ
高压工频交流电首先经过整流变压器降为低压工频交流电，接着通过可控硅组??成的工频整流电路转化为低压直流电，最后通过低通滤波电路滤除高频噪声后输??出理想的直流电能，如图１－２所示。受可控硅器件控制特性的影响，电源在工作过??程中处于工频工作状态，导致整流变压器、输出滤波电路体积及重量大、电源动态??响应慢、转换效率较低。??交流输入?低压交流电?低压直流电?直流输出??—ｆ?１整流变压器｜?？｜｜工频整流??？输出滤波｜￣＾??驱动信号??驱动电路??１控制信号??—ａｗｗ?输出采样???？辅助供电??？控制电路?＾???±?１５Ｖ，?＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－２可控硅电源系统框图??Ｆｉｇ?１－２?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＣＲ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ??随着电力电子技术的高速发展和国家对绿色电源的逐渐重视，以ＩＧＢＴ、??ＭＯＳＦＥＴ等开关器件为核心的开关电源以更高效、更节能、更绿色的姿态逐渐侵??蚀着大功率工业电源市场中可控硅电源的份额，开关电源系统框图如图１－３所示。??交流输入?工频脉动的直流电?高频高压交流电高频低压交流电?直流输出??奉?－输入整流及?？高細谈变??？油銮变ＦＦ器?＾输出整流及?參．??工频滤波?咼频逆及?＾功军变压器?高频滤波??驱动信号??驱动电路??１控制信号??＿＾纖，－冶输出采样???？辅助供电??？控制电路?????±１５Ｖ，＋５Ｖ，?２４Ｖ．．．??图１－３开关电源系统框图??Ｆｉｇ?１－３?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＭＰＳ?ｓｙｓｔｅｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]平均电流控制型移相全桥DC/DC变换器设计方法的研究[J]. 丁奇,杨海涛,刘聪. 电气工程学报. 2018(09)
[2]增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研究[J]. 王祎晨. 工业控制计算机. 2018(05)
[3]智能化数字电源的应用及其发展趋势探讨[J]. 任俊闯,陈春燕. 数字通信世界. 2017(02)
[4]意法半导体（ST）的先进碳化硅功率器件加快汽车电动化进程[J]. 微型机与应用. 2016(11)
[5]大容量高频变压器磁芯损耗特性分析及结构选择[J]. 赵波,张宁,李琳,刘海军. 磁性材料及器件. 2016(01)
[6]工业4.0基础上的组织沟通[J]. 吴斌. 现代工业经济和信息化. 2015(16)
[7]具有移相控制的ZVS全桥DC-DC斩波变换器[J]. 孙铁成,郭超,娜仁图亚,孙航,申宏伟. 电工技术学报. 2014(12)
[8]开关电源模块并联均流系统的研究[J]. 高玉峰,胡旭杰,陈涛,范艳成. 电源技术. 2011(02)
[9]单晶硅生产工艺中的关键技术[J]. 王金全. 电子工业专用设备. 2010(05)
[10]移相全桥变换器的建模与仿真[J]. 王海莉,吴延华. 通信电源技术. 2008(05)
硕士论文
[1]大功率移相全桥同步整流电源关键技术的研究[D]. 邓开元.北京交通大学 2017
[2]10000A/15V移相全桥软开关电解电源的研制[D]. 李金芝.北京交通大学 2011
[3]硅片软磨料砂轮的磨削性能研究[D]. 金钊.大连理工大学 2009
[4]高性能单晶硅炉加热电源的研究[D]. 李志君.北京交通大学 2010
[5]大功率并联型开关电源的研究[D]. 林志光.华北电力大学（河北） 2010
[6]单晶硅中氧和碳的分布及控制方法[D]. 胡波.湖南科技大学 2009
[7]脉冲电流测量的研究[D]. 张德会.华中科技大学 2007
[8]软开关电源设计与仿真研究[D]. 周志军.武汉大学 2004
本文编号：3597223
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