专利名称：多晶硅还原炉高压启动装置的制作方法
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l中T是升温曲线，I是
电流曲线，U是电压曲线)，在13(TC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。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，包括顺序链接的饱和电抗器、变压 器、倒级开关及它们的检测装置和中央控制器，所述检测装置包括变压器原 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；所述中央 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
、1'/- r m
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。
图l是硅棒的温度特性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
具体实施例方式
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ll、存储模块IO、计算模块9、输出模块12。存储模块IO 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。
权利要求
1. 一种多晶硅还原炉高压启动装置，其特征在于，包括顺序链接的饱和电抗器、变压器、倒级开关及它们的检测装置和中央控制器，所述检测装置包括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；所述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，用于将检测信号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。
2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉高压启动装置，其特征在于，所 述饱和电抗器前置有手动开关。
全文摘要
一种多晶硅还原炉高压启动装置，用于西门子法生产多晶硅的硅棒击穿、预加热阶段，包括饱和电抗器、变压器、倒级开关及检测装置和中央控制器，检测装置包括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；中央控制器包括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等；计算模块，用于将检测信号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。该装置自动控制硅棒击穿、预加热过程的升温速率，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。
文档编号C01B33/021GK101428801SQ200810147870
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月13日 优先权日2008年12月13日
发明者丁国江, 熊向杰, 肖扬华, 凯 雷, 雷建明 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司