[发明专利]数字式大功率高频逆变直流电源控制器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够产生低电压大电流，且输出电压或电流均可调节的大功率高频逆变整流装置及其方法，为电镀，氧化，电解，电泳，冶炼，石英加热及提炼单晶硅等电化学处理提供高效稳定的直流电源。

背景技术

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。作为单晶生长过程中提供热源的主要设备-大功率单晶硅直流加热电源，也因此得到了更加广泛的应用，但同时也对单晶硅加热电源的实时性、智能性及可靠性提出了更高的要求。传统的大功率单晶硅直流加热电源主要采用变压器和可控硅降压，然后再通过整流获得低压大电流电源，传统的可控硅电源存在效率低、功率因数低、输出电压纹波大、稳定性较差等问题。本发明提出数字式大功率高频逆变直流电源控制器及其方法采用EDA技术，结合微处理控制和CPLD，利用微处理控制CPLD产生占空比、频率可调的方波信号来控制IGBT，使电源输出功率根据要求进行变化，输出功率的大小受微处理控制控制，并通过整流获得了低电压大电流直流电源，提高了电能转换效率，且电源具有较高功率因数和较高的效率，电源整体节能效果明显，其输出的能量可直接为单晶炉内的石墨加热器供热，控温精度高，可以满足单晶在生长阶段对温度的严格要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题如何利用EDA技术，提高电能转换效率，为单晶炉石墨加热器供热。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种数字式大功率高频逆变直流电源控制器及其方法，包括电流测量电路、电压测量电路、功率给定电路、过流保护电路、过热保护电路、缺相保护、键盘电路、微处理器、显示、CPLD、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、第五驱动电路、第六驱动电路、D/A转换电路、开关信号输出电路和电源电路；电流测量电路、电压测量电路和功率给定电路的输出端分别与微处理器的A/D口连接；过流保护电路、过热保护电路和缺相保护的输出端分别与微处理器的I/O口连接；键盘电路的输出端与微处理器的I/O口连接；显示输入端与微处理器的I/O口连接；开关信号输出电路的输入端与微处理器的I/O口连接；CPLD输入端与微处理器的I/O口连接；第一驱动电路(11)、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、第五驱动电路和第六驱动电路分别与CPLD的输出端连接；D/A转换电路与微处理器的I/O口连接；电源电路的电压输出端与微处理器的电源端连接。

第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、第五驱动电路和第六驱动电路均为H桥型电路，输出端分别控制各自主电路中的IGBT。

电流采集电路利用霍尔电流传感器采集总输出电流信号，电流采集电路1的输出信号为0-10VDC。

电压测量电路在直流输出端利用分压电阻采集总输出电压。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依本发明提出的一种数字式大功率高频逆变直流电源控制器的方法，包括进行如下步骤：

A、数字式大功率高频逆变直流电源控制器对单晶炉加热前，首先对微处理器的程序进行初始化；

B、经历过A步骤后，进行负载感知，当某路无负载或者负载短路时，应及时关断该路CPLD的输出信号；

C、通过微处理器对负载进行恒功率控制，在对单晶炉负载进行加热，若负载功率发生变化时，通过控制CPLD输出信号的占空比来调节输出功率，调节方法采用PID调节，微处理器不仅要完成电压、电流和功率信号的采集，还要完成过流、过热等信号的采集和保护输出控制。

CPLD同时输出6组独立的频率可调(7-12KHZ)、占空比(0-45％)可调方波信号。

借由上述技术方案，本发明具有积极的效果：(1)本发明的数字式大功率高频逆变直流电源控制器中，CPLD主要用于控制IGBT触发信号的产生，微处理器主要完成电压、电流和功率等模拟信号的采集，以及同时完成过流、过热等信号的采集和输出控制，CPLD可以输出6组独立的频率可调(7-12KHZ)、占空比(0-45％)可调方波信号，6组信号完全相同，并可以单独控制，便于当某一路主电路故障时，可以及时关断该路信号。(2)本发明的数字式大功率高频逆变直流电源控制器，占空比根据给定功率大小自动调整，功率给定采用0-10VDC电压，转换成0-5V电压信号，功率反馈信号采用0-10VDC电压信号，功率调整采用PID调节，可以精确地控制负载加热功率。(3)本发明的数字式大功率高频逆变直流电源控制器，由于采用全数字式控制，使功率输出控制更为简单，可靠性高。