专利名称：用于单晶硅炉的高频电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电源模块，特别是一种用于单晶硅炉中的电源模块。
背景技术：
随着光伏产业的迅猛发展，对单晶硅的需求也随之增加，加之世界经济大环境的 影响，如何降低单晶硅的生产成本则成为亟待解决的问题，然而在单晶硅的生产过程中其 主要耗能设备则是单晶硅炉的电源，因此如何降低电源的能耗，成为节能的关键。目前，用于单晶硅炉中的电源主要有6脉波整流电源和12脉波双桥整流电源两 种。图4所示为6脉波整流电源的电路图，主要采用三相五柱干式整流变压器进行整流，一 次侧采用晶间管调压、二次侧采用二极管整流；其工作时整流变压器二次侧二极管的损耗 较大，输出波形的纹波系数大，如图5所示；由于单晶硅炉在化料与等径状态所消耗的时间 和功率差别较大，因此整流变压器大部分时间只以百分之七十的容量运行，功耗较大，利用 率较低。图6所示为12脉波双桥整流电源的电路图，主要采用整流变压器进行整流，并且 整流变压器采用双绕组输出，其二次侧采用双全控桥整流，由于输出电流纹波较大，必须增 加平衡电抗器对双绕组输出电流进行调整，调整后的输出波形如图7所示；虽然12脉波双 桥整流电源的输出波形较6脉波整流电源的输出波形谐波含量有所改善，但是需要增加补 偿装置。并且这两种传统的电源均采用了整流变压器，其体积较大，重量也相当重，大约在 1300 2000Kg之间，加工此种整流变压器需要消耗大量铜材、钢材；而且整流变压器多为 水冷式和风冷式，还需要消耗外界能源，不仅消耗较大，安装时还不方便，不利于批量生产。经理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反 比，当功率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积和重量将降至工频设计时的百分 之五到百分之十。因此如何寻找一种高频的电源用于单晶硅的生产则成为人们研究的方 向。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种体积较小，重量较轻，并且能耗较小、可靠 性较高的高频电源。为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是—种用于单晶硅炉的高频电源，包括主控电路、输入电抗器、三相整流桥、功率模 块以及滤波回路，其中主控电路，用于实时控制各个模块的工作状态；输入电抗器，与三相 输入交流电源连接，用于降低系统谐波；三相整流桥，其输入端与交流进线输入电抗器的输 出端连接，用于将输入的交流电源整流为直流电源，并将整流后的直流信号输出给功率模 块；功率模块，将直流信号经高频逆变器逆变为高频交流信号、然后经降压及整流后，输出 给滤波回路；滤波回路，用于将功率模块输出的直流信号进行滤波，然后输出。本实用新型的改进在于所述功率模块包括依次连接的RC滤波电路、移相全桥 ZVS-PWM变换器、高频降压变压器、以及整流单元。所述整流单元为快速二极管整流单元。其中移相全桥ZVS-PWM变换器将输入的直流信号逆变为高频交流信号，高频降压变压器用 于将高频高压交流信号降压至快速二极管整流单元的耐压范围内，快速二极管用于将高频 低压交流信号整流为直流信号。所述功率模块的改进在于所述功率模块至少为两块。 由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步在于本实用新型的输入端采用的平波电抗器，有效地降低了系统的谐波含量，有利于 电源工作的安全性及稳定性。采用的移相全桥ZVS-PWM变换器为软开关控制技术，能够在 零电压条件下导通或关断，在零电流条件下关断或导通，与硬开关相比其损耗较小，大大降 低了开关管的功率损耗，减少了电源的噪声污染和电磁干扰；采用此软开关技术电压变化 率和电流变化率都大为降低，能够消除相应的电磁干扰和射频干扰，提高了变换器的可靠 性和变换效率的同时，减小了变换器的体积和重量，从而保证了多套功率模块组成的高频 电源工作时既不互相影响，也不会对其他控制设备产生干扰。移相全桥ZVS-PWM变换器中 设置的IGBT逆变器工作频率在20kHz左右，IGBT逆变器的输入端采用了母线层叠技术，不 仅有效利用了空间，而且能够保证IGBT输入线路具有较高的输入阻抗和较低的导通压降， 减少电压尖峰对IGBT的损害，延长I GBT的使用寿命，降低系统噪音和电磁干扰，方便安装 和现场维护，增加了系统的可靠性。功率模块中的高频降压变压器，体积较小、重量较轻，只 有15kg左右，并且该变压器采用铁基纳米晶铁芯，具有高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫 顽力、低损耗和良好的温度稳定性等优点，因此使高频变压器具备了体积小、高效率、低激 磁功率等特点。功率模块中经高频降压变压器降压后的交流信号经整流单元输出时，采用 的快速二极管具有恢复速度快、管压降低和损耗小等特点。功率模块设置为两套以上，各个 独立的功率模块处于并联工作状态，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，即使其中 某个模块出现故障，其他模块会再平均分配负载电流，因此不但提高了设备的容量和大电 流输出的要求，而且只是通过增加相对于整个系统来说功率很小的冗余功率模块，便极大 地提高了系统稳定性，充分保证了设备的连续运行。综上所述，由上述技术特征构成的本实用新型具有以下优点1)体积小，重量轻；2)可靠性高高频电源的功率模块采用N+1冗余设计理念，一用N备，保证设备可 以连续运行；3)功率因数高功率因数不低于0. 98，降低线损、提高供配电变压器的利用率；4)损耗低、效率高转换效率可达92%，符合当前低碳社会要求；5)输出功率大最大直流输出电压60V，电流3000A，功率可到180kW ；6)纹波系数低纹波系数< 0. 2% ；7)控制精度高，可延长负载使用寿命；并且输出的波形为平滑直流波，保证了电 源工作的稳定性。
图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型功率模块的结构框图；图3为本实用新型的输出波形；[0023]图4为6脉波整流电源的原理图； 图5为6脉波整流电源的输出波形；图6为12脉波双桥整流电源原理图；图7为12脉波双桥整流电源的输出波形。其中AC.交流电源，DC.直流信号，SCR.晶闸管调压单元，D. 二极管整流单元， T.变压器。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细的说明。图1为一种用于单晶硅炉的高频电源，包括主控电路、输入电抗器、三相整流桥、 功率模块以及滤波回路，其中功率模块如图2所述包括依次连接的RC滤波电路、移相全桥 ZVS-PWM变换器、高频降压变压器、以及快速二极管整流单元。本实施例中功率模块为三套。本实用新型的电连接关系为输入电抗器、三相整流桥、功率模块以及滤波回路依 次电连接；主控电路分别与输入电抗器、三相整流桥、功率模块电连接，实时控制各个模块 的工作状态；滤波回路的电流信号反馈到主控电路，以便主控电路根据检测的电流信号作 出工作指令。本实用新型的工作原理为交流电源AC输入到输入电抗器，然后经三相整流桥， 整流后的直流信号输入到功率模块中，此时信号经过功率模块中的RC滤波电路进行滤波 后，经移相全桥ZVS-PWM变换器逆变为高频交流信号，高频交流信号经高频降压变压器降 压为快速二极管耐压范围内的高频低压交流信号，高频低压交流信号再经过快速二极管整 流单元进行整流，然后输出直流信号；此时的直流信号再经过滤波回路滤波输出平滑的直 流波，如图3所示。
权利要求一种用于单晶硅炉的高频电源，包括主控电路、三相整流桥和滤波回路，其特征在于还包括输入电抗器以及功率模块，其中主控电路，用于实时控制各个模块的工作状态；输入电抗器，与三相输入电源连接，用于降低系统谐波；三相整流桥，其输入端与输入电抗器的输出端连接，用于将输入的交流电源整流为直流电源，并将整流后的直流信号输出给功率模块；功率模块，将直流信号经高频逆变器逆变为高频交流信号、然后经降压及整流后，输出给滤波回路；滤波回路，用于将功率模块输出的直流信号进行滤波后输出。
2.根据权利要求1所述的用于单晶硅炉的高频电源，其特征在于所述功率模块包括 依次连接的RC滤波电路、移相全桥ZVS-PWM变换器、高频降压变压器、以及整流单元。
3.根据权利要求2所述的用于单晶硅炉的高频电源，其特征在于所述整流单元为快速二极管整流单元。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于单晶硅炉的高频电源，其特征在于所述功 率模块至少为两块。
专利摘要本实用新型公开了一种用于单晶硅炉的高频电源，包括主控电路、输入电抗器、三相整流桥、功率模块以及滤波回路，其中功率模块包括依次连接的RC滤波电路、移相全桥ZVS-PWM变换器、高频降压变压器、以及快速二极管整流单元。本实用新型具有体积小，重量轻，并且能耗小、可靠性高，用于单晶硅的生产，可大大降低成本。
文档编号H02M1/14GK201699603SQ20102022528
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者张小龙, 石新春, 郑庆红 申请人:保定三伊电力电子有限公司