[发明专利]多晶硅还原炉高压启动装置

说明书

技术领域

本发明涉及西门子法生产多晶硅的装置，具体涉及该装置的高压启动装置，用于硅棒击穿、预加热阶段。 

背景技术

西门子法生产多晶硅，是将硅棒加热至适合晶体生长的温度，在硅棒上不断生长新的晶体，获得产品。常温下，多晶硅的电阻率很大，可视为绝缘体。要将其加热，必须先施高电压击穿，使之成为电阻率较低的导体，才能通过电流加热。多晶硅具有非线性电阻特性(如图1所示，图1中：T是升温曲线，I是电流曲线，U是电压曲线)，在130℃时，其电阻特性由正温度系数转化为负温度系数，在硅棒加热升温过程中，所需电功率变化幅度很大，因此，加热装置的变压器副边配有倒级开关，通过及时倒级、改变硅棒上的电压来控制加热速率。 

但是，现有的多晶硅还原炉控制系统比较简陋，没有设置硅棒击穿、预加热阶段的自动控制功能，而是通过人工观察硅棒颜色，凭经验判断硅棒温度，人工操作倒级开关，对操作人员的技能要求很高，一旦判断有误，倒级不及时，电流突然增大，硅棒表面温度过高，将影响后续晶体成长，严重时还会将硅棒烧断。 

另外，用倒级开关只能实现加热功率有级调节，调节精度很低，实际升温曲线呈梯度变化，与设计的理论升温曲线误差很大，在一个梯度区间内，仍存在硅棒瞬时超温的现象。 

发明内容

本发明的目的，是提供一种多晶硅还原炉高压启动装置，用该装置替代人工操作，自动控制硅棒击穿、预加热过程的升温速率，该装置对硅棒加热功率无级连续调节，精度高，不会发生瞬时超温的现象。 

本发明的技术解决方案是： 

一种多晶硅还原炉高压启动装置，包括顺序连接的饱和电抗器、变压器、倒级开关；以及 

变压器原边电压检测装置、变压器原边电流检测装置、硅棒电流检测装置；以及 

中央控制器，所述变压器原边电压检测装置、变压器原边电流检测装置、硅棒电流检测装置的输出信号送入中央控制器，由中央控制器处理后，向饱和电抗器、倒级开关输出控制信号；该中央控制器具有如下功能模块： 

数据采集模块，用于采集检测信号数据； 

饱和电抗器控制模块，用于控制饱和电抗器的电感值； 

倒级开关控制模块，用于控制倒级开关的分接位置； 

存储模块，用于存储检测信号数据、硅棒加热温度数学模型、控制信号数据； 

计算模块，用于将检测数据与硅棒加热温度数学模型进行比较，计算控制信号的值； 

输出模块，用于将控制信号输送到各被控对象的控制模块。 

所述饱和电抗器前置有手动开关。 

本装置的有益技术效果： 

本装置成功地实现了硅棒击穿、预加热过程的自动控制，降低了对操作人员的技能要求，该装置对硅棒加热功率无级连续调节，升温速率控制精度很高，可确保硅棒安全，并利于后序晶体成长。 

附图说明

图1是硅棒的温度特性图 

图2是本装置的结构框图 

图3是本装置的电路图 

图4是本装置中央控制器的结构框图 

图5是本装置的工作流程图 

具体实施方式

参见图2至图4：本装置包括顺序链接的饱和电抗器2、变压器3、倒级开关4，倒级开关4连接硅棒5，饱和电抗器2前置有手动开关1，以便在自动控制系统故障时，进行手动控制。 

本装置的信号检测装置包括变压器原边电流检测装置6、变压器原边电压检测装置7、硅棒电流检测装置8。 

本装置的中央控制器具有饱和电抗器控制模块13、倒级开关控制模块14、数据采集模块11、存储模块10、计算模块9、输出模块12。存储模块10存储有硅棒加热数学模型。 

本装置的工作原理是，变压器原边电压信号、变压器原边电流信号、硅棒电流信号由数据采集模块11采集，送入存储模块10存储，计算模块9将信号数据与硅棒加热数学模型数据进行比较运算，得出各被控对象的控制信号数据，由输出模块12分别送入饱和电抗器控制模块13、倒级开关控制模块14。饱和电抗器控制模块13控制饱和电抗器的偏置电压，调节其电抗值，从而调节变压器原边电压。倒级开关控制模块14控制倒级开关执行器，通过执行器改变倒级开关的分接位置，从而调节变压器副边电压。 

本装置的工作流程见图5：装置上电启动后，判断系统是否超时，是则初始化系统变量，否则高压启动开始，饱和电抗器、变压器投入运行，判断饱和电抗器控制电压是否达到下一电压等级，否则调节饱和电抗器控制电压，是则进一步判断高压启动是否结束，否则倒级开关倒入下一电压等级，是则 高压启动结束，装置断电关闭。 

参见图3：多晶硅还原炉通常有四根硅棒，可以分成两组，由两套启动装置同时加热，两套启动装置设计成联体结构，用一个中央控制器控制。同一组的两根硅棒串联，其中一根用短路器短接，当另一根硅棒击穿并加热结束后，断开短路器，再加热该硅棒。所有硅棒加热结束后，本装置关闭，切换到常规控制装置控制，投入正常生产。