普尔世电源在晶炉控制系统中的直流不间断冗余应用.docx
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1、普尔世电源在晶炉控制系统中的直流不间断冗余 应用摘要: 本案例中,普尔世直流电源和DC UPS冗余方案在单晶炉和 多晶炉控制系统中的成功应用使用户避免了严重的经济损失,并从繁琐的 人工日常监控中解放出来,获得了用户的高度认可与衷心赞誉。关键字: 普尔世,直流电源,DC UPS冗余方案,半导体材料一、行业现状当前太阳能的大规模应用推动光伏行业整体向前发展,同时,LED技 术又刮起了一股新能源节能风。随着砷化镓在光伏太阳能产业、光电子领 域、微电子领域以及军事电子领域的应用日益广泛,生产砷化镓晶棒的晶 炉控制系统愈发起到举足轻重的作用。在此基础上,如何保障对温度条件 要求苛刻的晶炉安全持续生产,如
2、何为整个控制系统选择合适又可靠的供 电配置显得至关重要。本案例中,普尔世直流电源和口 DC UPS冗余方案在单 晶炉和多晶炉控制系统中的成功应用使用户避免了严重的经济损失,并从 繁琐的人工日常监控中解放出来,获得了用户的高度认可与衷心赞誉。二、基于晶炉控制系统的方案1.问题描述本方案中,客户是以砷化镓、错等半导体材料的生产、销售为主营的 高科技企业。这些半导体材料是太阳能、LED、微电子等行业不可或缺的原 材料。单晶炉内晶体生长是整个生产中的最关键的工艺。每个砷化镓晶体 在炉内的生长周期长达46天,生长过程中炉内温度通过控制器调控以阶 梯方式增长。在此周期中,一旦对控制器的直流供电中断,控制器
3、的设定 温度就会复位到起始值,导致炉内实际温度与晶体生长所需温度无法匹配, 致使石英单晶炉或多晶炉内的温度发生不规则变化,进而可能导致晶炉中 正在生长的砷化镓晶体报废,甚至会引起炉内温度过高,使得石英炉体膨 胀而报废。其整个过程将造成砷化镓晶体、石英炉炉体、时间、电力以及 人工成本等近百万元的经济损失。客户曾经发生过几次停电事故,起因是 控制系统前端的AC UPS因本身质量问题而使输出供电中断,引起对控制 器的直流供电回路中断进而导致控制系统失控。AC UPS系统的体积大,输OutputAC UPSOuilpuCDC Power SupplyInputController出干扰强,故障率高等附
4、带缺点也为客户造成了很大的困扰。如图1为原 交流UPS供电方案。来源:大比特半导体器件网汽讪:|峪XN L PE 和U交肮摘入N L PE L图1交流如供电方案接线图F综上所述,用户原供电方案的问题可总结为:1)原方案只是针对市电断电有所准备,但是一旦AC UPS 本身发生故 障,会使其后单路连接的控制器的直流供电中断,进而导致全部控制系统 瘫痪;来源:大比特半导体器件网2)由于AC UPS很难做到绝对的零切换”,市电断电时,需要一定的 切换时间,而如果后续直流电源没有一定的缓冲能力,会造成对控制器的 供电不够稳定;来源:大比特半导体器件网3)如果AC UPS 的输出干扰无法被后续的直流电源有
5、效屏蔽,可能引 起控制器的错误关断或其它误动作;来源:大比特半导体器件网4)AC UP S附带的电池体积庞大,因此整个供电系统只能放置在晶炉柜 外,除了安装非常不方便,其内置风扇还会造成噪声污染。2.需求分析基于以上种种弊端,普尔世向用户建议在既有的双路交流输入的基础 上,使用稳定、高可靠性的直流电源和DC UP S,为相应负载提供稳定不间 断的输入。因为双路冗余DC UPS无论是在系统外市电缺失的情况下还是 其本身发生故障,都能够保证自动切换至电池为其后的电路供电,在本方 案中即为晶炉控制器供电,从而使控制器完成最后一次工作然后关机,并 按要求进行软硬件通讯,发送相应信号到上位机,方便工作人
6、员及时发现 和解决回路问题,以此来有效地保护炉体设备不受意外断电的影响。此外,客户还希望电源和DC UPS能够安装于专门的空间有限的晶炉 控制柜内,这就对冗余系统的体积也做了一定的要求。3. 方案确定目前普尔世电源给客户提供的产品包括CS10.244 、UB10.241 和YR2.DIODE 。CS10.244 是 输出为24V 的直流电源,最大额定负载为10A; UB10.241 为直流不间断电源,输出为10A,24V;YR2.DIODE 是双路10A 二极管冗余解耦模块,能够有效隔离冗余的电源,彻底避免输出回路间的 耦合,实现真正的冗余备用功能。电源,DC UPS,冗余模块三者构成了最 高
7、可靠性的直流回路。以下是普尔世电源产品,图2为CS10.244, 输出为 24V10A 电源,图 3 为 UB10.241 ,输出为 24V,10A DC UPS。图 2 CS10.244图 3 UB 10.241整个直流供电系统还需要配备两块铅酸电池(12V/12Ah),以及为DC UPS配备信号通讯系统。铅酸电池用来在主回路断电时为DC UPS供电;信 号通讯系统则用来告知客户在各个使用情况下的回路状态,以便对故障电 路做出第一时间报警。来源:大比特半导体器件网图4是普尔世为客户提供的解决方案接线图。图中绿灯亮则表示系 统主回路供电正常,DC UPS回路正常;红灯亮则表明直流UPS处于电池
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- 普尔 电源 控制系统 中的 直流 不间断 冗余 应用
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