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【摘要】简要介绍多晶硅铸锭炉的工作原理，重点介绍多晶硅铸锭炉双电源加热控制方式，以及多晶铸锭炉双电源加热优势。
【关键词】多晶硅铸锭炉；保温板；加热器；功率单元；变压器
【中图分类号】TF063
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0181-01
多晶硅铸锭炉是用于生产多晶硅锭的主要设备，该设备用于生产多晶硅锭，是多晶电池光伏产业链的源头设备，目前主要的设备厂家有，美国GT公司、浙江晶盛机电、精工科技、以及京运通等，多晶设备国产化步伐的加快，也加速了行业成本的下降，同时新技术的引进、设备升级改造，双电源等控制方式的推出使得
1 多晶铸锭炉简介
1.1 工作原理
多晶硅铸锭炉控制原理简述如下：
通过工控机设置合理的工艺条件和预设定参数后，将信息送达SNAP智能控制器。把通过SiN涂布处理的坩埚里装入多晶硅料，并将其放置在具有作用的DS块上；闭合炉体及各阀门并抽真空。然后通过触发板调整可控硅来控制变压器输出3800A左右的电流加到加热器，并通过SNAP智能控制器，自动温度控制，加热若干小时后使的多晶硅料熔化。当多晶硅料完全熔化后，根据工艺设定要求，缓慢提升隔热笼高度，暴露出DS块，使能量可以藉辐射方式散发至炉体，再通过炉体中的冷却水将热量带走，DS块的温度下降会使硅溶液形成垂直的温度梯度，此温度梯度控制硅由底部开始凝固结晶。当所有硅料凝固结晶后，硅锭再经过热退火，供入惰性气体（氩气），控制冷却方式等步骤消除热应力，以避免铸块出现裂缝及减少差排的发生。冷却到规定温度后，开炉出料。
1.2 多晶硅铸锭炉的重要构成
炉体：多晶硅铸锭炉炉体主要由中空的不锈钢炉体，采用上下炉体两部分构成，冷却水在中空管路中，对于炉体内进行冷却，有些厂家铸锭炉采用底部气冷、或者利用百叶加水冷铜盘的方式增加了底部冷却，利于类单晶的实验项目。
热场：多晶硅铸锭炉由变压器、顶侧加热器、隔热笼保温层、ds块等部分构成，一些厂家加热系统，进行优化，顶测加热器分开控制。
真空系统：由真空泵组、真空管路、比例阀、闸板阀等构成
监测系统：测温热电偶、红外仪、压力计、流量计、泄露检测等
氩气：铸锭炉用氩气对于硅锭进行除杂、以及惰性环境的生成。质量流量控制器是有效控制氩气流量的通用器件。
2 多晶铸锭炉双电源加热
2.1 多晶铸锭炉电源加热简介
多晶铸锭炉加热系统主要由功率单元、可控硅、变压器、石墨加热器、铜电极、以及绝缘垫片构成。
普通的铸锭炉采用一套功率单元触发机构，铸锭炉通过设定的工艺控制方式，由PLC发送信号到功率单元，功率单元发送触发电压到可控硅控制器，通过控制可控硅控制器的导通和关断来控制主电源与变压器之间三相电的导通与关断，通过可控硅的三项电源经过变压器的电磁互感线圈后，再利用顶测双三角形加热方式，对顶部和侧部加热器同时进行加热控制。
加载到加热器上的三项电分别作用到6个铜电极上，（如图所示）然后电源瞬间加载到与铜电极相连的石墨电极上，利用三角型连接的加热器进行加热，通过绝缘瓦片将加热器与炉体绝缘，完成加热控制。
加热器：多晶铸锭炉加热器由顶部加热器和侧部加热器构成，加热器材质为高纯石墨，电阻级别为毫欧级。
绝缘机构：铸锭炉加热器和炉体绝缘是通过半圆形的一对瓦片和一对垫片组成，材料通常是高纯度氮化硼，通常绝缘效果在兆欧级以上。
2.2 双电源控制原理
双电源控制方式：双电源系统由两套独立的功率单元控制，能够根据设定要求通过触发板分开控制两条线路的导通与关断，两条线路经过对应的变压器后分别加载到顶部、侧部加热器上如图所示，顶部加热器为①③⑤三个电极控制，侧部加热器为②④⑥三个电极控制，从而实现了顶侧加热器分开的控制系统。
2.3 双电源控制优势
①更加的节能，双电源控制可以有效的减少侧部加热器长晶段加热时间，从而达到减少加热电力的目的，同时减少单位时间内冷却水带走的热量，从而间接地减少了动力制冷设备的负荷。
②更好的控制热场，双电源控制可以轻松实现顶侧加热器分开加热，通过调节顶侧系数来达到控制热场的目的。
③对于晶体生长有很大改进，双电源控制有利于在铸锭炉内部形成更均匀的垂直梯度，从而更好的控制长晶速率，使得长晶界面更加平缓，从而减少阴影、红区等不利因素。
④减轻主线路电流承载负荷，双电源控制可以有效的减少主线路电流叠加，从而减少线路负载量，对于母线、配电室有一定的保护作用。
⑤延长内部热场使用寿命，生长段调节顶侧系数后，减少侧部加热器对于相邻保温板的热接触，从而延长内部保温板热场使用寿命。
随着光伏产业链的不断调整，以及高效多晶电池的全面推广，淘汰、升级旧设备是必然趋势，多晶铸锭炉双电源控制加热必将成为行业内推广升级的主流，为渐冷的光伏行业注入一支强心剂。
【关键词】多晶硅铸锭炉；保温板；加热器；功率单元；变压器
【中图分类号】TF063
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0181-01
多晶硅铸锭炉是用于生产多晶硅锭的主要设备，该设备用于生产多晶硅锭，是多晶电池光伏产业链的源头设备，目前主要的设备厂家有，美国GT公司、浙江晶盛机电、精工科技、以及京运通等，多晶设备国产化步伐的加快，也加速了行业成本的下降，同时新技术的引进、设备升级改造，双电源等控制方式的推出使得
1 多晶铸锭炉简介
1.1 工作原理
多晶硅铸锭炉控制原理简述如下：
通过工控机设置合理的工艺条件和预设定参数后，将信息送达SNAP智能控制器。把通过SiN涂布处理的坩埚里装入多晶硅料，并将其放置在具有作用的DS块上；闭合炉体及各阀门并抽真空。然后通过触发板调整可控硅来控制变压器输出3800A左右的电流加到加热器，并通过SNAP智能控制器，自动温度控制，加热若干小时后使的多晶硅料熔化。当多晶硅料完全熔化后，根据工艺设定要求，缓慢提升隔热笼高度，暴露出DS块，使能量可以藉辐射方式散发至炉体，再通过炉体中的冷却水将热量带走，DS块的温度下降会使硅溶液形成垂直的温度梯度，此温度梯度控制硅由底部开始凝固结晶。当所有硅料凝固结晶后，硅锭再经过热退火，供入惰性气体（氩气），控制冷却方式等步骤消除热应力，以避免铸块出现裂缝及减少差排的发生。冷却到规定温度后，开炉出料。
1.2 多晶硅铸锭炉的重要构成
炉体：多晶硅铸锭炉炉体主要由中空的不锈钢炉体，采用上下炉体两部分构成，冷却水在中空管路中，对于炉体内进行冷却，有些厂家铸锭炉采用底部气冷、或者利用百叶加水冷铜盘的方式增加了底部冷却，利于类单晶的实验项目。
热场：多晶硅铸锭炉由变压器、顶侧加热器、隔热笼保温层、ds块等部分构成，一些厂家加热系统，进行优化，顶测加热器分开控制。
真空系统：由真空泵组、真空管路、比例阀、闸板阀等构成
监测系统：测温热电偶、红外仪、压力计、流量计、泄露检测等
氩气：铸锭炉用氩气对于硅锭进行除杂、以及惰性环境的生成。质量流量控制器是有效控制氩气流量的通用器件。
2 多晶铸锭炉双电源加热
2.1 多晶铸锭炉电源加热简介
多晶铸锭炉加热系统主要由功率单元、可控硅、变压器、石墨加热器、铜电极、以及绝缘垫片构成。
普通的铸锭炉采用一套功率单元触发机构，铸锭炉通过设定的工艺控制方式，由PLC发送信号到功率单元，功率单元发送触发电压到可控硅控制器，通过控制可控硅控制器的导通和关断来控制主电源与变压器之间三相电的导通与关断，通过可控硅的三项电源经过变压器的电磁互感线圈后，再利用顶测双三角形加热方式，对顶部和侧部加热器同时进行加热控制。
加载到加热器上的三项电分别作用到6个铜电极上，（如图所示）然后电源瞬间加载到与铜电极相连的石墨电极上，利用三角型连接的加热器进行加热，通过绝缘瓦片将加热器与炉体绝缘，完成加热控制。
加热器：多晶铸锭炉加热器由顶部加热器和侧部加热器构成，加热器材质为高纯石墨，电阻级别为毫欧级。
绝缘机构：铸锭炉加热器和炉体绝缘是通过半圆形的一对瓦片和一对垫片组成，材料通常是高纯度氮化硼，通常绝缘效果在兆欧级以上。
2.2 双电源控制原理
双电源控制方式：双电源系统由两套独立的功率单元控制，能够根据设定要求通过触发板分开控制两条线路的导通与关断，两条线路经过对应的变压器后分别加载到顶部、侧部加热器上如图所示，顶部加热器为①③⑤三个电极控制，侧部加热器为②④⑥三个电极控制，从而实现了顶侧加热器分开的控制系统。
2.3 双电源控制优势
①更加的节能，双电源控制可以有效的减少侧部加热器长晶段加热时间，从而达到减少加热电力的目的，同时减少单位时间内冷却水带走的热量，从而间接地减少了动力制冷设备的负荷。
②更好的控制热场，双电源控制可以轻松实现顶侧加热器分开加热，通过调节顶侧系数来达到控制热场的目的。
③对于晶体生长有很大改进，双电源控制有利于在铸锭炉内部形成更均匀的垂直梯度，从而更好的控制长晶速率，使得长晶界面更加平缓，从而减少阴影、红区等不利因素。
④减轻主线路电流承载负荷，双电源控制可以有效的减少主线路电流叠加，从而减少线路负载量，对于母线、配电室有一定的保护作用。
⑤延长内部热场使用寿命，生长段调节顶侧系数后，减少侧部加热器对于相邻保温板的热接触，从而延长内部保温板热场使用寿命。
随着光伏产业链的不断调整，以及高效多晶电池的全面推广，淘汰、升级旧设备是必然趋势，多晶铸锭炉双电源控制加热必将成为行业内推广升级的主流，为渐冷的光伏行业注入一支强心剂。