MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108206629A(43)申请公布日2018.06.26(21)申请号201810075447.3(22)申请日2018.01.26(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市金花南路5号(72)发明人焦尚彬张磊刘丁(74)专利代理机构北京国昊天诚知识产权代理有限公司11315代理人杨洲(51)Int.Cl.H02M3/157(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图7页(54)发明名称MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法(57)摘要本发明公开了MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法，针对MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁电源，将增量式控制与传统模糊滑模控制相结合，设计了基于增量式切换项的模糊滑模变结构控制方法。本发明利用滑模控制具有较强鲁棒性的优点，提高系统的动态性能；利用模糊控制对切换项系数进行实时调整，以减小滑模控制中存在的抖振；利用增量式切换项对输出占空比进行调整，以消除实际控制中存在的稳态误差并降低系统对噪声的灵敏度；在每个开关周期内对开关管的占空比进行补偿，动态地调整占空比的大小，在保证较大误差情况下趋近速度同时，保证了滑模面附近的误差精度，改善了系统的总体性能。CN108206629ACN108206629A权利要求书1/3页1.MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：开关电源功率部分主电路输入端接入交流电压，经过前级整流模块后，接入DC/DC模块，最后通过滤波处理后输出直流电流；步骤2：超导磁体等效为大电感负载，根据负载及各项参数建立模型；步骤3：根据步骤2中的模型设计模糊滑模控制器，确定切换函数s中的系数和控制律，得到闭环控制系统；步骤4：输出电流信号的隔离采集，采集步骤1输出的直流电流信号，作为反馈信号送给步骤3得到的模糊滑模控制器，将模糊滑模控制器求出控制量输出至PWM驱动器，通过隔离驱动电路控制MOSFET的开关；步骤5：模糊滑模控制器所得的控制量的变化通过隔离驱动电路改变BUCK电路中功率器件的占空比来调节输出电流的大小；当输出电流高于给定值时，减少周期内开通时间，减小占空比；当输出电流低于给定值时，增加周期内的开通时间，增大占空比，通过占空比保证电流的平稳输出。2.如权利要求1所述的MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法，其特征在于，其中步骤2中通过关键参数建立模型，具体参数包括：Vin为输入直流电压，L1为滤波电感，L2为负载电感，C为滤波电容，R为负载电阻，Io为输出电流，Iref为给定电流，d为占空比；具体按照以下步骤实施：输入占空比与输出电流的状态平均模型：建立误差状态方程：求得：3.如权利要求1所述的MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法，其特征在于，其中步骤3和步骤4根据步骤2中的模型设计模糊滑模控制器，确定切换函数s中的系数和系统控制率，得到控制系统，具体按照以下步骤实施：K1、K2、K3分别为误差、微分及二阶微分对滑模面的权值，定义切换函数为：2CN108206629A权利要求书2/3页由步骤2中的建立的模型代入上式得：确定参数为：得：等效控制项为：切换控制率取：dsw＝εsgn(s),ε＞0(9)；deq为等效控制项，dsw为滑模切换项，等效滑模控制率为：d＝deq+dsw(10)；改进后控制率为：其中：式(11)中w为比例项对等效控制量进行调节，切换项采用增量模式对误差进行补偿；滑模控制器采用等速趋近律，存在待确定参数ε，该参数是滑模切换项的系数，若参数ε固定，数值较大时，在滑模状态会产生较大抖振，而较小时会以较慢的速度趋近于平衡点，实际在控制过程中该参数应该是一个逐渐减小的量，即以较快的速度逼近给定值，到达预定值后能以较小的抖振幅值维持在滑动模态，因此，采用单输入单输出模糊控制器调整参数ε以满足控制要求，利用加权平均法对输出进行清晰化；定义一个Lyapounov函数3CN108206629A权利要求书3/3页式(4)中参数K1>>K2>>K3则有：s＝K1x1+K2x2+K3x3≈K1x1(14)；将式(11)带入式(4)中其中为累加项，则有稳定性得证。4CN108206629A说明书1/8页MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法技术领域[0001]本发明涉及超导励磁电源技术领域，尤其涉MCZ硅单晶炉用超导磁体励磁高频开关电源的控制方法。背景技术[0002]单晶硅被广泛应用于光伏电池及集成电路的制造。单晶硅的制造方法通常是将多晶硅在高温下融化，再用直拉法或区熔法从熔体中生长出棒状的单晶硅。由于成本及性能的原因，直拉(CZ)法单晶硅材料应用最广。[0003]在单晶炉外施加强磁场可以改变炉