(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 207632921 U(45)授权公告日 2018.07.20
(21)申请号 201721559471.1(22)申请日 2017.11.21
(73)专利权人 四川蔚宇电气有限责任公司
地址 618000 四川省德阳市翠湖路295号1、
2栋(72)发明人 刘少德 唐来金 黄刚 (74)专利代理机构 四川力久律师事务所 51221
代理人 熊晓果 冯精恒(51)Int.Cl.
C30B 15/20(2006.01)C30B 15/00(2006.01)C30B 29/06(2006.01)H02M 7/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图7页
(54)实用新型名称
一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构
(57)摘要
本实用新型公开了一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其包括单晶炉和直流电源；其中，所示单晶炉包括：设置在第二层安装平面上方的晶体提升旋转机构、上炉室、隔离阀室、炉盖、以及下炉室，和设置在第二层安装平面下方的电极、坩埚提升旋转机构、基座、以及混凝土底座；其中，所述电极与坩埚提升旋转机构设置在基座内部；所述直流电源包括分体式设置的系统控制单元，以及依次连接的输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元；所述变压与输出整流单元上的电源输出极直接或间接连接至单晶炉的电极上。该安装结构能够降低连接导体上的电损耗，减少连接导体的用量，降低总体成本。
CN 207632921 UCN 207632921 U
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其特征在于，包括单晶炉和直流电源；其中，所示单晶炉包括：设置在第二层安装平面上方的晶体提升旋转机构、上炉室、隔离阀室、炉盖、以及下炉室，和设置在第二层安装平面下方的电极、坩埚提升旋转机构、基座、以及混凝土底座；其中，所述电极与坩埚提升旋转机构设置在基座内部；
所述直流电源为分体式结构，包括分体式设置的系统控制单元，以及依次连接的输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元；所述变压与输出整流单元上的电源输出极直接或间接连接至单晶炉的电极上。
2.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述系统控制单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元三者均设置在箱体中形成一体结构并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电极周边；
变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述系统控制单元与输入整流单元之间通过工频交流电缆连接。
3.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述系统控制单元和输入整流单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述逆变单元、变压与输出整流单元二者均设置在箱体中形成一体结构并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电极周边；
变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述输入整流单元与逆变单元之间通过高压电缆连接。
4.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述系统控制单元、输入整流单元和逆变单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述变压与输出整流单元设置在箱体中并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电极周边；
变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述逆变单元与输出整流单元之间通过高频同轴或高频屏蔽或用利兹线绕制的高频电缆连接。
5.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述系统控制单元包括断路器或者接触器以接通或断开与电网的连接，系统控制单元还包括控制电路板和继电器，以控制直流电源的整体输出；
输入整流单元经由系统控制单元的断路器或者接触器连接至电网，用于对电网工频交流电进行整流并输出高电压直流电至逆变单元；
逆变单元用于对高电压直流电进行逆变处理，并输出高频交流电至变压与输出整流单元；
变压与输出整流单元包括高频变压器、输出整流器件、以及连接至输出整流器件的电源输出极，其中高频变压器对逆变单元输出的高频交流电进行降压处理，输出整流器件整流后输出直流电，并经由电源输出极将电源输出至单晶炉的电极。
6.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述变压与输出整流单元中的电源输出极经由铜箔软连、铜排、铜管、水冷电缆、或者铜编织带连接至单晶炉的电极。
7.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述直流电源包括一组或者多组所述的分体式设置的系统控制单元，以及依次连接的输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流
2
CN 207632921 U
权 利 要 求 书
2/2页
单元。
8.根据权利要求1所述的安装结构，其特征在于，所述输入整流单元采用二极管、晶闸管、功率因数校正PFC模块或者多脉波集中整流电路，所述多脉波集中整流电路包括12脉波、18脉波、24脉波、36脉波或48脉波的整流电路，整流输出通过高压电缆再连接至各逆变单元上。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的安装结构，其特征在于，所述控制柜安装于单晶炉混凝土底座的旁边的地面上或单晶炉旁边所搭建的安装控制柜的钢平台或混凝土平台上。
10.根据权利要求5所述的安装结构，其特征在于，所述输出整流器件包括快恢复二极管、肖特基二极管、碳化硅二极管、以及MOS管中的一者或者多者。
3
CN 207632921 U
说 明 书
一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构
1/5页
技术领域
[0001]本实用新型涉及熔炼技术领域，尤其涉及一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构。
背景技术
[0002]单晶炉是生产单晶硅的主要设备，其主要用于在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中，通过石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法等技术生长无错位单晶的设备。单晶炉在正常工作时的电流为2kA～3kA左右，工作电压在35～60V左右。单晶炉的供电电源通常为低压大电流的直流电源，其供电特征为电压低、电流大、功率大、供电可靠性要求高。[0003]现有技术中，用于单晶炉供电的直流电源基本为一体式结构，通常安装在单晶炉混凝土底座旁边的地面上，或设置在单晶炉旁边所搭建的安装控制柜的钢平台或混凝土平台上，通过水冷电缆、铜排或铝排将直流电源的输出端连接至单晶炉的电极，以低压大电流的方式进行供电。例如图1所示的现有技术中单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构中，安装在混凝土底座1.9旁边的整体式直流电源2的输出端经若干根水冷电缆、铜排或铝排6连接至单晶炉1的电极1.6。
[0004]现行这种方式存在如下不足之处：第一，由于单晶炉运行电流很大(通常在几千安培)，单晶炉与为其供电的直流电源之间的连接导体(如水冷电缆、铜排或铝排)的截面积必须选择很大，方可满足载流需求。加之单晶炉与为其供电的直流电源之间存在一定距离，故连接导体成本较高。第二，连接导体上的电损耗(P＝I2R)与电流成正比，大电流长距离的传输导致连接导体本体消耗大量电能，传输损耗过高。实用新型内容
[0005]本实用新型的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，能够降低连接导体上的电损耗，减少连接导体的用量，降低总体成本。[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。[0007]一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其包括单晶炉和直流电源；[0008]其中，所示单晶炉包括：设置在第二层安装平面上方的晶体提升旋转机构、上炉室、隔离阀室、炉盖、以及下炉室，和设置在第二层安装平面下方的电极、坩埚提升旋转机构、基座、以及混凝土底座；其中，所述电极与坩埚提升旋转机构设置在基座内部；[0009]所述直流电源为分体式结构，包括分体式设置的系统控制单元，以及依次连接的输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元；所述变压与输出整流单元上的电源输出极直接或间接连接至单晶炉的电极上。[0010]优选的，所述系统控制单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元三者均设置在箱体中形成一体结构并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电
4
CN 207632921 U
说 明 书
2/5页
极周边；
[0011]变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述系统控制单元与输入整流单元之间通过电缆连接。[0012]优选的，所述系统控制单元和输入整流单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述逆变单元、变压与输出整流单元二者均设置在箱体中形成一体结构并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电极周边；
[0013]变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述输入整流单元与逆变单元之间通过电缆连接。[0014]优选的，所述系统控制单元、输入整流单元和逆变单元设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座的旁边，所述变压与输出整流单元设置在箱体中并将箱体固定在基座四周的外侧壁上，或者将箱体固定在单晶炉基座内部且位于单晶炉的电极周边；
[0015]变压与输出整流单元中的电源输出极分别直接或间接连接至单晶炉的电极；所述逆变单元与输出整流单元之间通过电缆连接。[0016]优选的，所述系统控制单元包括断路器或者接触器以接通或断开与电网的连接，系统控制单元还包括控制电路板和继电器，以控制直流电源的整体输出；[0017]输入整流单元经由系统控制单元的断路器或者接触器连接至电网，用于对电网工频交流电进行整流并输出高电压直流电至逆变单元；[0018]逆变单元用于对高电压直流电进行逆变处理，并输出高频交流电至变压与输出整流单元；
[0019]变压与输出整流单元包括高频变压器、输出整流器件、以及连接至输出整流器件的电源输出极，其中高频变压器对逆变单元输出的高频交流电进行降压处理，输出整流器件整流后输出直流电，并经由电源输出极将电源输出至单晶炉的电极。[0020]优选的，所述变压与输出整流单元中的电源输出极经由铜箔软连、铜排、铜管、水冷电缆、或者铜编织带连接至单晶炉的电极。[0021]优选的，所述直流电源包括一组或者多组所述的分体式设置的系统控制单元，以及依次连接的输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元。[0022]优选的，所述输入整流单元采用二极管、晶闸管、功率因数校正PFC模块或者多脉波集中整流电路，所述多脉波集中整流电路包括12脉波、18脉波、24脉波、36脉波或48脉波的整流电路，整流输出通过高压电缆再连接至各逆变单元上。[0023]优选的，所述控制柜安装于单晶炉混凝土底座的旁边的地面上或单晶炉旁边所搭建的安装控制柜的钢平台或混凝土平台上。[0024]优选的，所述输出整流器件包括快恢复二极管、肖特基二极管、碳化硅二极管、以及MOS管中的一者或者多者。[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：[0026]通过采用分体式结构的直流电源，将系统控制单元，或者是系统控制单元、输入整流单元，或者是系统控制单元、输入整流单元、逆变单元就近设置在单晶炉混凝土底座旁边的地面上，或安装在单晶炉旁边所搭建的安装控制柜的钢平台或混凝土平台上，再将输入整流单元、逆变单元、变压与输出整流单元，或者是逆变单元、变压与输出整流单元，或者是
5
CN 207632921 U
说 明 书
3/5页
变压与输出整流单元放置在单晶炉炉底的电极周边或单晶炉基座四周的外侧壁上，就近连接至单晶炉电极端。带来的有益效果为：第一，提高了传输电压，降低了在连接导体上的电损耗；第二，缩短和大幅节省了连接导体(水冷电缆、铜排或铝排等)的用量，降低了总体成本；第三，只将变压与输出整流单元放置在单晶炉炉底的电极周边或单晶炉基座四周的外侧壁上的方式，更容易满足单晶炉电极端旁边空间狭小、温度高的环境要求，提升了电源的环境适应性。第四，直流电源可直接置于地面上，节省了安装直流电源平台的土建费用。附图说明
[0027]图1为现有技术中单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构示意图；[0028]图2为根据本实用新型实施例的直流电源的电气框图；[0029]图3为根据本实用新型实施例的单晶炉的结构示意图；
[0030]图4为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第一种安装结构示意图，[0031]图5为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第二种安装结构示意图，[0032]图6为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第三种安装结构示意图，[0033]图7为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第四种安装结构示意图；[0034]图8为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第五种安装结构示意图；[0035]图9为根据本实用新型实施例的直流电源与单晶炉的第六种安装结构示意图。具体实施方式
[0036]下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0037]图2示出了根据本实用新型一实施例的直流电源的电气框图，所示直流电源2包括采用分体式结构设置的系统控制单元2.1和依次连接的输入整流单元2.2、逆变单元2.3、以及变压与输出整流单元2.4；其中系统控制单元2.1与电网(例如，三相交流电3AC～)连接，并且系统控制单元2.1可以包括断路器(或接触器)以接通或断开与电网输入的连接。所述系统控制单元2.1还包括控制电路板和继电器等器件，从而控制直流电源2的整体输出。[0038]输入整流单元2.2经由系统控制单元的断路器(或接触器)连接至电网，用于对电网工频交流电进行整流并输出高电压直流电至逆变单元2.3。[0039]逆变单元2.3用于对高电压直流电进行逆变处理，并输出高频交流电至变压与输出整流单元2.4。
[0040]变压与输出整流单元2.4包括高频变压器、输出整流器件、以及连接至输出整流器件的电源输出极，其中高频变压器对逆变单元2.3输出的高频交流电进行降压处理，输出整流器件整流后输出直流电，并经由电源输出极将电源输出至单晶炉1的电极。其中，输出整流器件具体可以包括快恢复二极管、肖特基二极管、碳化硅二极管、以及MOS管(例如，碳化硅MOS管)中的一者或者多者。
[0041]图3示出了根据本实用新型一实施例的单晶炉的结构示意图。所示单晶炉主要包括：设置在第二层安装平面4(例如，钢平台或混凝土平台)上方的晶体提升旋转机构1.1、上炉室1.2、隔离阀室1.3、炉盖1.4、以及下炉室1.5，和设置在第二层安装平面4下方的电极
6
CN 207632921 U
说 明 书
4/5页
1.6、坩埚提升旋转机构1.7、基座1.8、以及混凝土底座1.9；其中，所述电极1.6与坩埚提升旋转机构1.7设置在基座1.8内部。[0042]图2所示直流电源中，系统控制单元2.1，或者系统控制单元2.1、输入整流单元2.2，或者系统控制单元2.1、输入整流单元2.2、逆变单元2.3设置在单晶炉1的近旁，可以设置在安装单晶炉1混凝土底座旁边的地面上，也可以设置在单晶炉1旁边所搭建的安装控制柜的钢平台或混凝土平台上。
[0043]图4示出了根据本实用新型实施例的第一种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其中直流电源2用于向单晶炉1供给低压大电流直流电(例如电流为2kA～3kA，电压为35～60V)。所述系统控制单元2.1设置在控制柜内并安装于单晶炉混凝土底座1.9的旁边(图中示意为设置在单晶炉混凝土底座的正面右侧，在其他实施例中也可以设置在单晶炉旁边搭建的用于安装控制柜的钢平台或混凝土平台上)，所述输入整流单元2.2、逆变单元2.3、变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉基座1.8四周的外侧壁上(图中示意为设置在单晶炉基座的正面右侧，例如输入整流单元2.2、逆变单元2.3、变压与输出整流单元2.4三者均设置在箱体中形成一体结构并将箱体固定在基座1.8四周的外侧壁上)，变压与输出整流单元2.4中的电源输出极分别直接或间接(如经铜管或铜排或铜箔软连接)连接至单晶炉1的电极1.6；所述系统控制单元2.1与输入整流单元2.2之间通过(例如工频50Hz的)工频交流电缆2.5连接。该安装结构进一步包括设置在第二层安装平面4上的开关控制器3，以对单晶炉和直流电源的工作状态进行控制，例如开关机、工作参数输入等。
[0044]图5示出了根据本实用新型实施例的第二种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其中直流电源2用于向单晶炉1供给低压大电流直流电。所述系统控制单元2.1设置在单晶炉混凝土底座1.9的旁边(图中示意为设置在单晶炉混凝土底座的正面右侧)，所述输入整流单元2.2、逆变单元2.3、变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉基座1.8内部且位于单晶炉的电极1.6的周边(例如，通过支架将容纳三者的箱体固定设置在靠近单晶炉电极位置处)，变压与输出整流单元2.4中的电源输出极分别直接(例如，箱体靠近单晶炉电极以使得输出电极与单晶炉电极接触连接)或间接(例如经铜管、铜排或铜箔软6连接)连接至单晶炉1的电极1.6；所述系统控制单元2.1与输入整流单元2.2之间通过工频交流电缆2.5连接。由于变压与输出整流单元2.4的电源输出极与单晶炉电极1.6的距离近一步缩短，因此可选用较短的连接导体向单晶炉电极1.6输送大电流直流电，从而可以使连接导体上损耗的电能进一步降低。对于单晶炉这种需要两层楼(例如，第二层安装平面4通常为二楼的地面或专门建筑的平台)高的车间来安装的大型设备而言，本实用新型实施例提供的近距离连接方式大幅缩短了直流电源输出极与单晶炉电极间的连接导体长度，节省了连接导电用量，降低了成本。
[0045]图6示出了根据本实用新型实施例的第三种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其中直流电源2用于向单晶炉1供给低压大电流直流电。所述系统控制单元2.1和输入整流单元2.2设置在单晶炉混凝土底座1.9的旁边(图中示意为设置在单晶炉混凝土底座的正面右侧)，所述逆变单元2.3、变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉基座1.8四周的外侧壁上(图中示意为设置在单晶炉基座的正面右侧)，变压与输出整流单元2.4中的电源输出极分别直接或间接(如经铜管或铜排或铜箔软6连接)连接至单晶炉1的电极1.6；所述输入整流单元2.2与逆变单元2.3之间通过高压电缆2.6连接。相对于图4所示的安装结构，这种安
7
CN 207632921 U
说 明 书
5/5页
装结构与高电压传输方式，除实现上述有益效果外，还提高了传输电电压、降低了传输电流，进而降低了传输的电损耗，同时还减小了设置于单晶炉基座外侧壁上的电源体积。[0046]图7示出了根据本实用新型实施例的第四种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，其中直流电源2用于向单晶炉1供给低压大电流直流电。所述系统控制单元2.1、输入整流单元2.2设置在单晶炉混凝土底座的旁边(图中示意为设置在单晶炉混凝土底座的正面右侧)，所述逆变单元2.3、变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉电极1.6的周边，变压与输出整流单元2.4中的电源输出极分别直接或间接(如经铜管或铜排或铜箔软连接6)连接至单晶炉1的电极1.6，所述输入整流单元2.2与逆变单元2.3之间通过高压电缆2.6连接。[0047]相对于图5所示的安装结构，这种设置结构与高电压传输方式，除实现上述有益效果外，还提高了传输电电压、降低了传输电流，进而降低了传输的电损耗，同时还减小了设置在单晶炉电极1.6周边的电源体积。
[0048]为进一步减小置于单晶炉炉壁电极旁边或单晶炉基座上的电源体积，增强直流电源的环境适应性，如图8、图9所示，本实用新型实施例提供的第五种和第六种单晶炉用直流电源与单晶炉的安装结构，所述系统控制单元2.1、输入整流单元2.2、逆变单元2.3设置在单晶炉混凝土底座的旁边(图中示意为设置在单晶炉混凝土底座的正面右侧)，图8中所示变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉基座1.8四周的外侧壁上，图9所示变压与输出整流单元2.4设置在单晶炉电极1.6的周边；变压与输出整流单元2.4中的电源输出极分别直接或间接(如经铜管或铜排或铜箔软连接)连接至单晶炉1的电极1.6，所述逆变单元2.3与变压与输出整流单元2.4之间通过高频同轴或高频屏蔽或用利兹线绕制的高频电缆2.7连接。这两种设置结构及传输方式，相对图4～图7的四种方案，除节约连接导体、降低电损耗外，还使单晶炉炉壁电极旁边或单晶炉基座上的电源体积更小，更容易满足单晶炉电极端旁边空间狭小的环境要求，同时变压与输出整流单元涉及的电子器件更少，也更适宜于单晶炉炉体旁温度高的环境要求。[0049]以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。
8
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
1/7页
图1
图2
9
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
2/7页
图3
10
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
3/7页
图4
图5
11
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
4/7页
图6
12
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
5/7页
图7
13
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
6/7页
图8
14
CN 207632921 U
说 明 书 附 图
7/7页
图9
15
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容