KR100966515B1 - Power supply device for manufacturing polysilicon - Google Patents

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류홍제
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한국전기연구원
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Abstract

PURPOSE: A power supplying apparatus for a poly-silicon manufacturing apparatus is provided to improve a quality of the poly-silicon by supplying a DC power of a high quality to a rod for depositing the silicon. CONSTITUTION: A power unit(100) applies a power source to a rod for depositing a silicon. A rectifier(200) rectifies the power applied from the power unit. The rectifier includes a plurality of diodes. A first switch unit(300) supplies the power rectified by the rectifier to the rod for depositing the silicon. A second switch unit(400) applies the power provided from the first switch unit to the rod for depositing the silicon. A controller controls the first switch unit and the second switch unit based on a size of a resistance formed in the rod for depositing the silicon.

Description

폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치{Power supply device for manufacturing polysilicon}Power supply device for manufacturing polysilicon

본 발명은 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 지멘스 공법을 이용하여 태양전지 등에 사용되는 폴리실리콘을 제조하는 제조장치에 전원을 공급하는 전원공급장치에 대한 것이다.The present invention relates to a power supply for a polysilicon manufacturing apparatus, and more particularly to a power supply for supplying power to a manufacturing apparatus for manufacturing polysilicon used for solar cells using the Siemens method.

최근 디지털시대의 반도체 수요를 비롯해 기후변화의 위기에 대비한 청정에너지로 태양전지 수요가 급증하고 이 태양전지를 만드는데 꼭 필요한 폴리실리콘에 대한 수요가 급증하고 있다.Recently, demand for semiconductors in the digital era and clean energy in preparation for the crisis of climate change have soared the demand for solar cells, and the demand for polysilicon necessary for making these solar cells has soared.

이러한 폴리실리콘을 만드는 제조방법은 크게 지멘스 공법, FBR(Fluidised Bed Reactor), 금속정련 공법 등으로 나뉜다.The manufacturing method of making such polysilicon is largely divided into Siemens method, FBR (Fluidised Bed Reactor), metal refining method and the like.

지멘스 공법은 1950년대 지멘스에 의해 개발돼 지금까지 세계적으로 가장 널리 사용되고 있으며 금속실리콘을 염소와 반응시켜 기체상태의 염화실란으로 만들거나 25도에서 증류시켜 삼염화실란 기체로 만들고 실리콘 로드와 염화실란 또는 삼염화실란을 반응시켜 폴리실리콘을 제조한다. 지멘스 공법은 폴리실리콘의 증착을 위해 실리콘 로드를 1100도 정도로 유지하여야 하고 이를 위해 실리콘 로드에 강한 전기를 가해야 하기 때문에 전기 사용량이 많은 것이 특징이다.The Siemens process was developed by Siemens in the 1950s and is the most widely used in the world so far. The metal silicon is reacted with chlorine to form gaseous chloride silane or distilled at 25 degrees to form trichlorosilane gas. The silanes are reacted to produce polysilicon. The Siemens method is characterized by a high amount of electricity because the silicon rod must be maintained at about 1100 degrees for the deposition of polysilicon, and a strong electric force must be applied to the silicon rod for this purpose.

FBR 공법은 스소가스가 흐르는 도가니에 실리콘 시드(seed)를 투입하고 염화실란이나 삼염화실란 등 실란가스를 주입하면 실리콘 시드가 낙하하면서 주변에 지름 1cm 가량의 동그란 구형 실리콘이 석출되는 방식으로 지멘스 공법보다 실리콘 석출속도가 빠르지만 품질이 떨어지는 단점이 있다.In the FBR method, silicon seed is injected into the crucible through which sso gas flows, and silane gas such as chloride silane or trichlorosilane is dropped, and the silicon seed falls, and round spherical silicon having a diameter of about 1 cm is deposited. Silicon precipitation rate is fast but quality is disadvantageous.

금속정련 공법은 순도 99%의 금속 실리콘을 정제용 도가니에 넣고 아르곤 가스나 수증기 등을 주입하고 가열해 불순물을 산화시키고 상부에 떠오른 찌꺼기를 제거해 고순도의 폴리실리콘을 얻는 방식으로 설비가 상대적으로 간단하고 유지비가 적게 들지만 불순물의 함유량이 상대적으로 높은 단점이 있다.The metal refining method is a relatively simple equipment that obtains high purity polysilicon by injecting 99% pure metal silicon into a refining crucible, injecting argon gas or water vapor, and heating it to oxidize impurities and remove residues on top. The maintenance cost is low, but the impurity content is relatively high.

폴리실리콘의 제조공법으로 가장 널리 쓰이는 지멘스 공법의 경우 실리콘 로드의 표면을 1100도로 유지하여야 하기 때문에 전기 사용량이 많고 실리콘의 석출정도에 따라 실리콘 로드에 공급되는 전류의 크기를 제어하여야 한다.In the Siemens method, which is the most widely used polysilicon manufacturing method, the surface of the silicon rod must be maintained at 1100 degrees. Therefore, the amount of electricity is used and the magnitude of the current supplied to the silicon rod must be controlled according to the degree of precipitation of the silicon.

종래 지멘스 공법을 이용한 폴리실리콘 제조장치에 전원을 공급하는 전원공급장치의 경우 전류의 크기를 조절하기 위해 다이리스터(SCR) 등의 스위치를 이용함에 따라 역률이 현저히 낮아 전력요금이 과도한 문제가 있고, 낮은 역률로 전원장치에 사용되는 변압기의 용량이 증대되고 로드에 공급되는 직류전류의 제어가 어렵고 전류 맥동이 커지는 문제점이 있었다.In the case of a power supply device for supplying power to a polysilicon manufacturing apparatus using the conventional Siemens method, the power factor is excessively low due to the low power factor due to the use of a switch such as a dyster (SCR) to adjust the magnitude of the current, The power factor of the transformer used in the power supply is increased at low power factor, and it is difficult to control the DC current supplied to the load and the current pulsation is large.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치의 제조원가를 낮추고, 고역률로 전력을 공급하여 전기료를 절감하며, 맥동이 적은 고품질의 직류전원을 폴리실리콘 제조장치에 공급함에 따라 폴리실리콘의 품질을 향상시키며, 공급되는 전류의 크기 제어가 용이한 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to reduce the manufacturing cost of the power supply for the polysilicon manufacturing apparatus, supply power at a high power factor to reduce the electricity bill, high-quality DC power supply with low pulsation By supplying the polysilicon manufacturing apparatus to improve the quality of the polysilicon, and to provide a power supply for the polysilicon manufacturing apparatus that can easily control the magnitude of the current supplied.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치는 실리콘 증착용 로드들을 포함하는 폴리실리콘 제조장치에 있어서, 상기 로드에 전원을 인가하는 전원부와, 상기 전원부에서 인가되는 전원을 정류하는 복수의 다이오드를 포함하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전원을 상기 로드에 공급하되, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변환하는 제1스위치부와, 상기 제1스위치부로부터 공급되는 전원을 상기 로드들로 인가하고 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변환하고 출력전류를 제어하는 제2스위치부와, 상기 로드들에 전원을 공급하는 상기 제1스위치부 및 제2스위치부를 포함하여 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a polysilicon manufacturing apparatus power supply apparatus of the present invention is a polysilicon manufacturing apparatus including rods for silicon deposition, comprising: a power supply unit for applying power to the rod and a power source applied from the power supply unit; A rectifying unit including a plurality of diodes for rectifying the power supply, a first switch unit for supplying power rectified by the rectifying unit to the rod, and converting an electrical connection method of the rectified power source; and a power supply supplied from the first switch unit Manufacturing a polysilicon including a second switch unit for applying the power to the rods, converting the electrical connection of the rods, and controlling an output current, and the first switch unit and the second switch unit for supplying power to the rods. And a control unit for controlling the power supply for the device.

또한, 상기 제2스위치부는 복수의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자롤 포함하여 이루어지고, 상기 복수의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위 치 소자를 이용하여 상기 로드들로 인가되는 전류의 크기를 조절한다.The second switch unit may include a plurality of forced current type power semiconductor switch elements, and the plurality of loads may be formed by using the plurality of forced current type power semiconductor switch elements. Adjust the amount of current applied.

또한, 상기 제2스위치부는 상기 정류부에서 정류된 전원을 평활하게 하는 복수의 입력커패시터, 출력 전압의 맥동을 줄여 주는 복수의 출력 커패시터 및 출력전류를 평활화 하는 인덕터를 더 포함한다.The second switch unit may further include a plurality of input capacitors for smoothing the power rectified by the rectifier, a plurality of output capacitors for reducing the pulsation of the output voltage, and an inductor for smoothing the output current.

또한, 상기 복수의 커패시터 및 인덕터의 총 커패시턴스 및 인덕턴스는 상기 로드들의 전기적 접속방식에 연동되어 변경되는 것을 특징으로 한다.In addition, the total capacitance and inductance of the plurality of capacitors and inductors may be changed in conjunction with the electrical connection of the loads.

또한, 상기 제2스위치부는 상기 로드에 인가되는 전류의 프리휠링을 위한 복수의 다이오드를 더 포함하고, 상기 로드들의 전기적 접속방식에 연동되어 상기 다이오드들의 전기적 접속방식도 변경되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second switch unit further comprises a plurality of diodes for freewheeling of the current applied to the rod, characterized in that the electrical connection of the diodes in conjunction with the electrical connection of the rods is also changed.

또한, 상기 전원부는 입력 전류가 12펄스 형태로 구성된 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원을 공급하고, 상기 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원을 상보적으로 연결하는 상간변압기(Interphase Transformer)를 더 포함한다.In addition, the power supply unit supplies a three-phase Y-connected AC power and a three-phase delta-connected AC power having an input current of 12 pulses, and complement the three-phase Y-connected AC power and the three-phase delta-connected AC power. It further comprises an interphase transformer for connecting electrically.

또한, 상기 전원부와 정류부 사이에 마련되고, 상기 정류된 전원과 로드들의 전기적 접속방식의 변경 시 상기 정류부로 공급되는 전원을 차단하는 제3스위치부를 더 포함한다.The apparatus may further include a third switch unit disposed between the power supply unit and the rectifier unit to block power supplied to the rectifier unit when the rectified power source and the rod are changed in electrical connection.

또한, 상기 제어부는 출력 전류의 제어를 위해 상기 제 2 스위치부의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트에 PWM 신호를 인가하되, 각 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자의 게이트에 인가되는 PWM 신호의 위상을 Ts(스위칭 주기)/N(강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자의 수)만큼 지연 인가한다.In addition, the control unit applies a PWM signal to the gates of the forced current-type power semiconductor switch elements of the second switch unit for the control of the output current, each of the forced current-type power semiconductor switch elements The phase of the PWM signal applied to the gate of is delayed by Ts (switching period) / N (the number of forced current type semiconductor switch elements).

또한, 상기 제어부는 상기 제 2 스위치부의 의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 전기적 접속방식이 병렬접속인 경우 상기 PWM신호를 위상 지연 없이 인가한다.Further, the control unit applies the PWM signal without phase delay when the electrical connection method of the forced current type semiconductor switch elements of the second switch unit is a parallel connection.

또한, 상기 전원부와 정류부 사이에 마련되고, 상기 정류된 전원과 로드들의 전기적 접속방식의 변경 시 상기 정류부로 공급되는 전원을 차단하는 제3스위치부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부의 전기적 접속방식의 변경 시, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 차단한 후 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들을 off 시키고, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 상기 커패시터의 방전을 위해 일정 시간만큼 인가한 후 전기적 접속방식의 변경을 위해 상기 제 1스위치부 및 제 2스위치부를 제어하고, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 다시 인가한다.The apparatus may further include a third switch unit provided between the power supply unit and the rectifier unit to cut off the power supplied to the rectifier unit when the rectified power source and the rod are changed in electrical connection. The control unit may include the first switch unit and When the electrical connection method of the second switch unit is changed, the gate signals of the forced current type semiconductor switch elements are interrupted, and then the switches included in the first switch unit and the second switch unit are turned off, and the forced The gate signal of the current type power semiconductor switch elements is applied for a predetermined time to discharge the capacitor, and then the first switch unit and the second switch unit are controlled to change an electrical connection method, and the forced current The gate signals of the semiconductor power switch elements are applied again.

또한, 상기 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원에서 공급되는 각 상의 전류를 측정하는 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 각 상의 전류합이 소정치 이상인 경우 상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부를 제어하여 상기 로드들로 흐르는 전류를 차단한다.The apparatus may further include a measuring unit configured to measure a current of each phase supplied from the three-phase Y-connected AC power and the three-phase delta-connected AC power. In this case, the first switch unit and the second switch unit are controlled to cut off current flowing to the rods.

또한, 실리콘 증착용 로드들을 포함하는 폴리실리콘 제조장치에 있어서, 상기 로드에 전원을 인가하는 전원부와, 상기 전원부에서 인가되는 전원을 정류하는 적어도 2 이상의 다이오드를 포함하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전원을 상기 로드에 공급하되, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변환하는 제1스위치부와, 상기 제1스위치부로부터 공급되는 전원을 상기 로드들로 인가하고 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변환하되, 각 로드들로 인가되는 출력전류를 제어하는 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자, 상기 전력용 반도체 스위치 소자의 에미터단에 연결되는 다이오드 및 평활회로, 상기 다이오드, 평활회로 및 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변경하는 직병렬 스위치부를 포함하는 적어도 2 이상의 스위칭 모듈을 포함하는 제2스위치부와, 상기 로드들에 전원을 공급하는 상기 제1스위치부 및 제2스위치부를 포함하여 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제어하는 제어부를 포함한다.In addition, a polysilicon manufacturing apparatus comprising rods for silicon deposition, comprising: a rectifying unit including a power supply unit for applying power to the rod, at least two diodes for rectifying power applied from the power supply unit, and rectified by the rectifying unit. Supplying power to the rod, the first switch unit for converting the electrical connection method of the rectified power, and the power supplied from the first switch unit to the rods and converts the electrical connection method of the rods, Forced current-type power semiconductor switch element for controlling the output current applied to each of the rods, diode and smoothing circuit connected to the emitter end of the power semiconductor switch element, the diode, smoothing circuit and the At least two switching modules including a serial-to-parallel switching unit for changing the electrical connection method Including second switch unit, wherein the first switch and the second switch unit for supplying power to said load and a controller for controlling the power supply for polysilicon production apparatus.

또한, 상기 직병렬 스위치부는 상기 다이오드, 평활회로의 전기적 접속방식을 변경하는 제1직병렬 스위치와 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변경하는 제2직병렬 스위치를 포함하여 이루어지되, 상기 제1직병렬 스위치는 동시 동작하는 2개의 스위치를 포함하며, 각각 상기 평활회로에 포함된 인덕터의 양단에 연결되고, 상기 제2직병렬 스위치는 상반 동작하는 2개의 스위치를 포함하고, 각각 상기 로드와 평활회로 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the serial-to-parallel switch unit includes a first series-parallel switch for changing the electrical connection of the diode and the smoothing circuit, and a second series-parallel switch for changing the electrical connection of the rods. The switch includes two switches operating simultaneously, each connected to both ends of an inductor included in the smoothing circuit, and the second series-parallel switch includes two switches operating in opposition, respectively, between the rod and the smoothing circuit. It is characterized in that connected to.

또한, 상기 제2직병렬 스위치의 상반 동작하는 2개의 스위치는 상기 로드들의 전기적 접속방식을 직렬 접속방식으로 연결하는 직렬 접속스위치와 개별 접속방식으로 연결하는 개별 접속스위치이며, on/off 상태가 상반되는 것을 특징으로 한다.In addition, the two switches operating in the opposite direction of the second series-parallel switch are a series connection switch for connecting the electrical connection method of the rods in a series connection method and a separate connection switch for connecting in an individual connection method, the on / off state is inverted It is characterized by.

또한, 상기 개별 접속스위치는 상기 평활회로에 포함된 커패시터의 양단에 각각 하나씩 연결되어 동시 동작하되, 상기 제2스위치부의 양 끝단에 위치하는 스위치 모듈의 개별 접속스위치는 상기 커패시터의 일단에 연결된 하나의 스위치만으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the individual connection switch is connected to each one of both ends of the capacitor included in the smoothing circuit to operate simultaneously, the individual connection switch of the switch module located at both ends of the second switch unit is connected to one end of the capacitor It is characterized by consisting of a switch only.

이상과 같은 구성의 본 발명은 기존의 SCR 소자를 이용한 구성방식에 비해 회로구성이 간단하고 고역률로 운전됨에 따라 입력 변압기의 용량을 줄일 수 있어 전원장치의 제조원가를 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the circuit configuration is simpler than the conventional method using the SCR element, and the capacity of the input transformer can be reduced by operating at a high power factor, thereby reducing the manufacturing cost of the power supply device. .

또한, 고역률로 전원을 공급함에 따라 전력요금을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can significantly reduce the power bill by supplying power at a high power factor.

또한, 출력전류가 독립적으로 제어되어 순환전류 등의 문제가 없어 제어가 용이해 지는 효과가 있다.In addition, since the output current is independently controlled, there is no problem such as a circulating current, thereby making it easy to control.

또한, 고품질의 직류전원을 로드에 공급함에 따라 제조되는 폴리실리콘의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can improve the quality of the polysilicon produced by supplying a high-quality DC power supply to the rod.

또한, 로드에 공급되는 전류의 크기 조절을 용이하게 할 수 있고 출력 전류의 맥동을 줄여 폴리실리콘의 품질을 향상 시키는 효과가 있다.In addition, it is possible to easily adjust the magnitude of the current supplied to the load and to reduce the pulsation of the output current has the effect of improving the quality of polysilicon.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a power supply device for a polysilicon manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 본 발명에 일실시예에 따른 전원공급장치의 개략적인 회로도이다.1 is a schematic block diagram of a power supply for a polysilicon manufacturing apparatus of the present invention, Figure 2 is a schematic circuit diagram of a power supply according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치는 실리콘 증착용 로드(10)를 포함하는 폴리실리콘 제조장치(1)에 전원을 공급하는 전원부(100)와 공급되는 전원을 정류하는 정류부(200)와 전원부(100)와 정류부(200) 사이에 마련되어 전원 및 로드들의 전기적 접속방식의 변경 시 정류부(200)로 인가되는 전원을 차단하는 제3스위치부(500)와 정류부(200)에서 정류된 전원을 인가받아 로드들(10)에 공급하되 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변경하는 제1스위치부(300)와 제1스위치부(300)에서 공급된 전원을 로드들(10)로 인가하고 로드들(10)의 전기적 접속방식을 변경하는 제2스위치부(400)와 로드들(10)에 형성되는 저항의 크기에 기초하여 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)를 포함하여 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제어하는 제어부(600)를 포함하여 이루어진다.The power supply device for a polysilicon manufacturing apparatus according to the present invention is a power supply unit 100 for supplying power to the polysilicon manufacturing apparatus 1 including the silicon deposition rod 10 and the rectifying unit 200 for rectifying the supplied power. And a power source rectified by the third switch unit 500 and the rectifier 200 provided between the power supply unit 100 and the rectifier 200 to cut off the power applied to the rectifier 200 when the electrical connection method of the power source and the loads is changed. Is supplied to the loads 10, but applies the power supplied from the first switch unit 300 and the first switch unit 300 for changing the electrical connection method of the rectified power to the rods 10 and the load The first switch unit 300 and the second switch unit 400 are included on the basis of the size of the resistance formed in the second switch unit 400 and the rods 10 for changing the electrical connection of the field 10. Including a control unit 600 for controlling the power supply for the polysilicon manufacturing apparatus Is done.

도 1에 도시된 폴리실리콘 제조장치(1)는 지멘스 공법을 이용한 제조장치로서 실리콘 증착용 로드(10)에 전원을 공급하여 로드(10)의 온도를 1100도 정도로 유지하고 실란가스를 주입하여 실리콘을 석출하는 장치이다.The polysilicon manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 is a manufacturing apparatus using the Siemens method and supplies power to the silicon deposition rod 10 to maintain the temperature of the rod 10 at about 1100 degrees and injects silane gas. It is a device that precipitates.

지멘스 공법을 이용한 폴리실리콘 제조장치(1)는 통상 10개 미만의 로드(이를 존이라고 하기도 한다.)를 묶어서 전원을 인가하고 수십에서 수백개의 로드를 포함하여 이루어진다. 로드들(10)은 실리콘의 석출이 이루어짐에 따라 저항이 변하게 되고 고품질의 폴리실리콘을 제조하기 위해서는 실리콘의 석출정도에 따라 전류를 적절히 조절 인가하여야 한다.The polysilicon manufacturing apparatus 1 using the Siemens method is usually bundled with less than 10 rods (sometimes referred to as zones) to apply power and include tens to hundreds of rods. The rods 10 have a resistance that changes as precipitation of silicon is made, and in order to manufacture high quality polysilicon, the current must be appropriately controlled according to the precipitation degree of silicon.

도 9는 실리콘의 석출이 진행됨에 따라 요구되는 전압, 전류의 그래프의 예인데 도 9의 그래프의 x축은 석출공정이 진행된 시간을 나타내고, y축은 전압 및 전류의 크기를 나타내고, 실선은 전류, 파선은 전압을 나타내는 그래프이다. 도 9를 참조하면 시간의 진행정도에 따라 거의 0부터 1800A가 넘는 전류가 필요하고 전압 또한, 약 1300V에서 200V까지 변동됨을 알 수 있다. 이렇게 지멘스 공법을 이용한 폴리실리콘 제조장치(1)는 인가되는 전류(전압)의 변동폭이 매우 크고 실리콘의 품질을 향상시키기 위해서는 정확한 전류(전압)의 인가가 필수적인 만큼 복수의 소자를 필요한 전류(전압)의 크기에 따라 적절하게 구성하는 것이 필요하다. 본 발명은 이러한 폴리실리콘 제조장치(1)에 적절한 전류를 인가하기 위해 안출된 것으로 본 발명은 전기적 접속방식을 효율적으로 변경하여 시간에 따라 필요한 전류를 폴리실리콘 제조장치(1)에 적절히 공급한다. 9 is an example of a graph of voltage and current required as the deposition of silicon proceeds. In the graph of FIG. 9, the x-axis represents the time of the precipitation process, the y-axis represents the magnitude of the voltage and current, and the solid line represents the current and the broken line. Is a graph showing the voltage. Referring to FIG. 9, it can be seen that a current of more than 0 to 1800A is required according to the progress of time, and the voltage also varies from about 1300V to 200V. As described above, the polysilicon manufacturing apparatus 1 using the Siemens method has a very large fluctuation range of the applied current (voltage), and in order to improve the quality of silicon, the application of a plurality of elements is required as the application of the correct current (voltage) is necessary. It is necessary to configure according to the size of. The present invention is devised to apply an appropriate current to such a polysilicon manufacturing apparatus (1), the present invention changes the electrical connection method efficiently to supply the polysilicon manufacturing apparatus (1) with the necessary current according to time.

정류부(200)는 전원부(100)에서 인가되는 전원을 정류하는 복수의 다이오드를 포함한다. 도 2를 참조하면 일 실시예로서 전원부(100)는 전력의 효율적인 사용을 위해 3상 델타결선형 교류전원과 3상 Y결선형 교류전원을 공급하고 정류부(200)는 각 교류전원을 정류하는 모듈타입으로 마련될 수 있다. 위와 같이 델타결선형 교류전원과 Y결선형 교류전원은 각각 정류부(200)에서 정류된 후 직접 공급되거나 상간변압부(700)를 통해 상보적으로 결합될 수 있다. 이러한 상보적 결합을 통해 하나의 방식으로 전달될 때에 비해 균일하고 안정적인 전원의 공급이 가능하게 된다. The rectifier 200 includes a plurality of diodes for rectifying the power applied from the power supply unit 100. Referring to FIG. 2, as an embodiment, the power supply unit 100 supplies three-phase delta-connected AC power and three-phase Y-connected AC power for efficient use of power, and the rectifier 200 rectifies each AC power. It may be provided in a type. As described above, the delta-connected AC power and the Y-connected AC power may be directly rectified by the rectifying unit 200 and then directly supplied or may be complementarily coupled through the inter-phase transformer 700. This complementary combination allows for a uniform and stable supply of power as compared to when delivered in one way.

도 2에서는 전원부(100)에서 공급되는 전원의 개수가 Y결선형과 델타결선형 이 각각 1개씩 총 2개로 도시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 폴리실리콘 제조장치의 크기에 따라 2개 이상의 전원을 포함할 수 있음은 물론이다.In FIG. 2, the number of power supplied from the power supply unit 100 is shown as two Y connected and one delta connected each, but the present invention is not limited thereto and includes two or more power sources according to the size of the polysilicon manufacturing apparatus. Of course you can.

제1스위치부(300)는 위 정류부(200)에서 정류된 전원을 로드들(10)로 공급하되, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변환한다. 지멘스 공법의 경우 로드에 전원을 공급하여 로드의 온도를 일정하게 유지하고 이를 통해 실리콘을 석출하는 방식이고, 실리콘의 석출 정도에 따라 실리콘 로드의 저항치가 달라지게 되어 고품질의 폴리실리콘을 제조하기 위해서는 석출정도에 따라 전류의 크기를 조절하는 것이 필요하다. 하지만 실리콘의 석출정도에 따라 로드의 저항치가 수백 Ω에서 수 mΩ까지 변하고 전원부(100)의 용량에는 한계가 있으므로 로드에 적절한 전류를 공급할 수 있도록 제어하는 것이 지멘스 공법에서는 중요하다.The first switch unit 300 supplies the power rectified by the rectifier 200 to the loads 10 and converts the electrical connection method of the rectified power. In the case of the Siemens method, the rod is supplied with power to maintain a constant temperature of the rod and the silicon is precipitated through the rod, and the resistance of the silicon rod is changed according to the degree of precipitation of the silicon to produce high quality polysilicon. It is necessary to adjust the magnitude of the current according to the degree. However, since the resistance of the load varies from several hundred Ω to several mΩ and the capacity of the power supply unit 100 is limited depending on the degree of precipitation of silicon, it is important to control the supply of an appropriate current to the load in the Siemens method.

제1스위치부(300)는 공급할 수 있는 전원의 용량한계 및 로드에 형성되는 저항의 크기에 기초하여 정류부(200)에서 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변경한다. 즉, 로드에 형성되는 저항의 크기가 큰 경우 높은 전압이 필요하므로 정류된 전원을 직렬로 배열되도록 하여 각 로드에 걸리는 전압의 크기가 크도록 전원을 인가하고, 로드에 형성되는 저항의 크기가 작은 경우에는 낮은 전압 및 높은 전류가 필요하므로 정류된 전원을 병렬로 배열되도록 정류된 전원의 전기적 접속방식을 변경한다. 물론 도 2에 도시된 일 실시예와는 달리 전원의 개수가 많거나 각 전원의 용량이 작을 경우에는 각 전원이 개별적으로 각 존(수개 정도의 로드 그룹)에 공급되도록 하거나 정류된 전원을 직병렬로 변경하여 적절한 전류(전압)가 각 로드에 걸리도록 전원을 전기적 접속방식을 변경할 수 있음은 물론이다.The first switch unit 300 changes the electrical connection method of the power rectified by the rectifier 200 based on the capacity limit of the power that can be supplied and the size of the resistance formed in the rod. That is, if the resistance formed in the load is large, a high voltage is required, so that the rectified power supplies are arranged in series so that the power is applied to the large voltage applied to each load, and the resistance formed in the load is small. In this case, since low voltage and high current are required, the electrical connection method of the rectified power is changed to arrange the rectified power in parallel. Of course, unlike the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, when the number of power sources is large or the capacity of each power source is small, each power source is individually supplied to each zone (several load groups), or the rectified power source is serially paralleled. Of course, it is possible to change the electrical connection method of the power supply so that the appropriate current (voltage) is applied to each load.

제2스위치부(400)는 제1스위치부(300)로부터 공급되는 전원을 로드들(10)로 인가하고, 로드들(10)의 전기적 접속방식을 변환한다. 제2스위치부(400)는 복수의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자를 포함하여 이루어지고 이를 이용하여 로드들(10)에 인가되는 전류의 크기를 조절한다.The second switch unit 400 applies the power supplied from the first switch unit 300 to the rods 10 and converts the electrical connection method of the rods 10. The second switch unit 400 includes a plurality of forced current type power semiconductor switch elements and adjusts the magnitude of the current applied to the loads 10 by using the plurality of forced current type power semiconductor switch elements.

종래 전원공급장치의 경우 다이리스터(SCR) 등의 스위치를 이용함에 따라 정류와 전류의 크기조절을 동시에 할 수 있는 이점은 있었으나 다이리스터(SCR)의 특성 상 역률이 매우 나쁘고, 그에 따라 사용되는 변압기의 용량이 필요이상으로 커지고 공급되는 전원의 품질이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉, 다이리스터의 경우 게이트 트리거의 시점제어를 통해 인가되는 전류의 크기를 제어하므로 전압과 전류의 위상이 일정하지 않아 인가되는 전원의 역률이 나빠지게 된다.In the case of the conventional power supply device, the use of a switch such as a die thruster (SCR) has the advantage of simultaneously controlling the rectification and the magnitude of the current, but due to the characteristics of the die thruster (SCR), the power factor is very bad, and the transformer used accordingly There was a problem that the capacity of the larger than necessary and the quality of the power supply is falling. That is, in the case of the thyristors, since the magnitude of the applied current is controlled through the timing control of the gate trigger, the power factor of the applied power becomes worse because the phase of the voltage and the current is not constant.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 전원공급장치는 정류부(100)를 이용하여 교류전원을 정류하고 정류된 전원을 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자를 이용하여 크기를 조절하여 로드들(10)로 인가함에 따라 로드들(10)에 인가되는 전류의 크기 제어가 용이하고, 인가되는 전원에서 전류와 전압의 위상이 기본적으로 일치하므로 고역률로 전원을 인가할 수 있다. 또한 제2스위치부(400)에는 정류된 전원을 더욱 평활하게 하기 위해 복수의 커패시터 및 인덕터를 포함하며 로드들의 전기적 접속방식에 따라 총 커패시턴스 및 인덕턴스가 변경된다.In order to solve this problem, the power supply device of the present invention rectifies AC power using the rectifying unit 100 and adjusts the size of the rectified power by using a forced current type power semiconductor switch element to load the rods. As it is applied to the (10) it is easy to control the magnitude of the current applied to the loads 10, the phase of the current and the voltage in the applied power is basically matched, so that the power can be applied at a high power factor. In addition, the second switch unit 400 includes a plurality of capacitors and inductors to smooth the rectified power, and the total capacitance and inductance are changed according to the electrical connection of the loads.

즉, 정류된 전원을 평활하게 하기 위한 평활회로의 경우 반드시 제2스위치부(400)에 포함될 필요는 없지만 평활회로에 포함된 커패시터 및 인덕터의 용량은 로드의 전기적 접속방식에 따라 변하는 것이 효율적이므로 제2 스위치부(400)의 접속방식 변경과 연동되도록 구성하는 것이 바람직하고 이렇게 하는 것이 회로의 구성이 간단해진다. 즉 제어부(600)는 로드들로 공급되는 전류가 클 경우 흐르는 전류를 직류에 가깝게 평활화 하기 위해서는 커패시턴스가 커야하므로 제2스위치부(400)에 포함된 커패시터는 병렬연결 되도록 제어하고 전류용량을 고려하여 인덕터도 병렬연결 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 로드들로 공급되는 전류가 작을 경우 평활화를 위해 인덕턴스가 커야 하므로 제2스위치부(400)에 포함된 인덕터가 각 존에 개별 연결 되도록 제어한다.That is, the smoothing circuit for smoothing the rectified power supply does not necessarily need to be included in the second switch unit 400, but the capacity of the capacitor and the inductor included in the smoothing circuit is effectively changed according to the electrical connection method of the load. It is preferable to configure it so as to be interlocked with the change of the connection method of the 2 switch part 400, and this structure simplifies the structure of a circuit. That is, the controller 600 controls the capacitors included in the second switch unit 400 to be connected in parallel in order to smooth the current flowing close to the DC when the current supplied to the loads is large. It is desirable to control the inductor to be connected in parallel. In addition, when the current supplied to the loads is small, the inductance must be large for smoothing, so that the inductor included in the second switch unit 400 is controlled to be individually connected to each zone.

또한, 제2스위치부(400)는 커패시터에 충전된 에너지의 프리휠링을 위해 복수의 다이오드를 더 포함하며, 로드들로 공급되는 전류가 클수록 프리휠링되는 전류가 크므로 다이오드들이 병렬로 연결되도록 제어되고, 프리휠링되는 전류가 작은 경우 각 존(부하)가 독립적으로 제어되기 위하여 각 다이오드들이 각 커패시터와 인덕터가 개별적으로 연결되도록 제어된다. 이러한 다이오드의 제어는 제2스위치부(400)의 전기적 접속방식의 변경과 연동되어 일어나며 연동 제어를 위해 다이오드들이 제2스위치부(400)에 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the second switch unit 400 further includes a plurality of diodes for freewheeling of the energy charged in the capacitor, and the larger the current supplied to the rods, the greater the freewheeling current, so that the diodes are connected in parallel. When the freewheeling current is small, each diode is controlled so that each capacitor and inductor are individually connected so that each zone (load) is independently controlled. The control of the diode occurs in conjunction with the change of the electrical connection method of the second switch unit 400, it is preferable that the diode is included in the second switch unit 400 for the interlock control.

제3스위치부(500)는 전원과 정류부(200) 사이에 마련되어 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)에서 전기적 접속방식의 변경이 있을 경우 정류부(200)로 인가되는 전원을 차단하는 기능을 수행한다. 또한 제3스위치부(500)는 커패시터로의 돌입전류를 제한하기 위해 저항과 스위치를 포함하는 회로부를 더 포함할 수 있다.The third switch unit 500 is provided between the power supply and the rectifier 200 to the power applied to the rectifier 200 when there is a change in the electrical connection method in the first switch unit 300 and the second switch unit 400. It performs the function of blocking. In addition, the third switch unit 500 may further include a circuit unit including a resistor and a switch to limit the inrush current to the capacitor.

제3스위치부(500)는 전기적 접속방식의 변경이 있는 경우 정류부(200)로 인가되는 전원을 차단하는데 차단 시 제3스위치부(500)의 부담을 줄이기 위해서 제어 부(600)는 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)에서 전기적 접속방식의 변경 시 제2스위치부(400)에 포함된 전력용 반도체 스위치 소자의 게이트 신호를 차단하여 출력 전류를 흐르지 않도록 한 후에 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)에 포함된 스위치를 off한다.The third switch unit 500 cuts off the power applied to the rectifying unit 200 when there is a change in the electrical connection method. In order to reduce the burden on the third switch unit 500, the control unit 600 switches the first switch. The first switch after blocking the gate signal of the power semiconductor switch element included in the second switch unit 400 to prevent the output current flows when the electrical connection method is changed in the unit 300 and the second switch unit 400. The switch included in the unit 300 and the second switch unit 400 is turned off.

이후 정류된 전류를 평활하게 하는 입력커패시터에 충전된 에너지를 방전하기 위하여 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 재개하여 입력커패시터 전압을 방전한 후 다시 게이트 신호를 차단하고 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)의 스위치를 제어하여 전기적 접속방식을 변경한다.Thereafter, in order to discharge the energy charged in the input capacitor to smooth the rectified current, the gate signal of the power semiconductor switch elements is restarted to discharge the input capacitor voltage, and then the gate signal is again cut off, and the first switch unit 300 and The electrical connection method is changed by controlling the switch of the second switch unit 400.

그 다음 제3스위치부(500)에 돌입전류 제한회로가 있는 경우 돌입전류 제한회로에 포함된 커패시터의 전압을 일정수준으로 재충전한 후에 돌입전류 제한 회로를 차단하고 제3스위치부(500)의 스위치를 on한 다음 제2스위치부(400)의 전력용 반도체 스위치소자의 게이트 신호를 다시 인가하다.If there is an inrush current limiting circuit in the third switch unit 500, after recharging the voltage of the capacitor included in the inrush current limiting circuit to a predetermined level, the inrush current limiting circuit is cut off and the switch of the third switch unit 500 is switched on. Turn on and apply the gate signal of the power semiconductor switch element of the second switch unit 400 again.

이러한 제어를 통해 제3스위치부(500)에 포함된 접속스위치를 저용량으로 구성할 수 있어 제조원가가 절감되는 효과가 있다.Through such control, the connection switch included in the third switch unit 500 can be configured with a low capacity, thereby reducing the manufacturing cost.

또한, 제어부(600)는 측정부(800)를 통해 입력 델타 및 와이 변압기를 흐르는 각 상의 전류를 측정하고 측정된 세 상의 전류의 합을 계산하여 일정치 이상인 경우 실리콘 로드의 절단 및 무너짐에 의한 지락으로 판단하여 제1스위치부(300) 및 제2스위치부(400)의 회로를 차단하도록 제어한다.In addition, the control unit 600 measures the current of each phase flowing through the input delta and the wye transformer through the measuring unit 800 and calculates the sum of the measured currents of the three phases. The control is determined to block the circuits of the first switch unit 300 and the second switch unit 400.

제어부(600)는 폴리실리콘 제조장치용 전원장치를 전반적으로 제어한다. 로드들(10)에 적절한 전류를 공급하기 위해 제1스위치부(300), 제2스위치부(400) 및 제3스위치부의 전기적 접속방식을 변경하고 전원장치에 부속된 제반장치를 제어한다. 특히 제어부(600)는 로드들(10)에 적절한 전류를 인가하기 위해 PWM신호를 이용하여 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 제어하는데 PWM신호에 의한 제어에 의해 발생할 수 있는 입력전류의 맥동을 저감할 수 있도록 각 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 Ts(스위칭 주기)/N(강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자의 수)만큼 위상 지연 운전한다.The controller 600 controls the overall power supply for the polysilicon manufacturing apparatus. In order to supply an appropriate current to the rods 10, the electrical connection method of the first switch unit 300, the second switch unit 400, and the third switch unit is changed, and various devices attached to the power supply unit are controlled. In particular, the control unit 600 controls the gate signal of the forced current type semiconductor switch elements by using the PWM signal to apply an appropriate current to the loads 10 can be generated by the control by the PWM signal. In order to reduce the pulsation of the input current, a phase delay operation of the gate signals of the respective power semiconductor switch elements is performed by Ts (switching period) / N (the number of forced current type semiconductor switch elements).

도 7은 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들에 인가되는 PWM신호의 타이밍차트이고 도 8a, 8b는 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들이 각 존에 개별 연결되었을 경우 위상지연 운전 유무에 따른 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a timing chart of a PWM signal applied to forced current type power semiconductor switch elements, and FIGS. 8A and 8B are cases in which forced current type power semiconductor switch elements are individually connected to respective zones. This is a graph showing the waveform of the input current with or without phase delay operation.

도 8a의 그래프는 위상지연 운전이 없는 경우의 전류파형을 나타내는 그래프의 예로서 전류의 맥동이 0A~1100A까지 변동되어 변동폭이 매우 큼을 알 수 있다. 도 8b의 그래프는 본 발명에 따른 위상지연 운전을 하는 경우로서 전류의 맥동이 50A~400A까지 변동됨을 알 수 있고 위상지연 운전이 없는 경우에 비해 변동폭이 현저히 작아지고 높은 주파수의 맥동을 가짐을 알 수 있다. 이러한 위상지연 운전을 통해 입력단의 고조파 저감을 위한 필터 설계시 비용 및 용량을 작게 할 수 있다.The graph of FIG. 8A is an example of a graph showing a current waveform when there is no phase delay operation, and it can be seen that the pulsation of the current fluctuates from 0A to 1100A so that the fluctuation range is very large. The graph of FIG. 8B shows that the pulsation of the current varies as much as 50A to 400A as the phase delay operation according to the present invention. Can be. This phase delay operation can reduce the cost and capacity when designing a filter for reducing harmonics at the input stage.

도 3a~6a, 3b~6b는 3개의 존으로 구성되는 제조장치에 대한 실시예인 도 2의전원공급장치의 제1 내지 제4동작상태를 나타내는 회로도 및 등가회로도이다.3A to 6A and 3B to 6B are circuit diagrams and equivalent circuit diagrams showing first to fourth operating states of the power supply device of FIG. 2, which is an embodiment of a manufacturing apparatus composed of three zones.

도 3a를 참조하면 제1스위치부(300)에 포함된 MC3 스위치가 ON되고 MC4, MC5가 OFF되어 정류부(200)에서 정류된 전원의 전기적 접속방식이 직렬로 변경되고, 제2스위치부(400)에 포함된 MC7, MC8, MC12, MC13이 OFF, MC9, MC9/10, MC10/11, MC11이 ON으로 제어되어 로드들이 병렬(각 존에는 개별적으로)로 연결된 경우이다. 도 3b에 도시된 도 3a의 등가회로를 참조하면 로드에 형성되는 저항의 크기가 커 로드의 전기적 접속방식을 병렬로, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 직렬로 하여 각 로드에 흐르는 전류의 크기가 충분하도록 제어된다.Referring to FIG. 3A, the MC3 switch included in the first switch unit 300 is turned on, the MC4 and MC5 are turned off, and the electrical connection method of the power rectified by the rectifier 200 is changed in series and the second switch unit 400 is connected. MC7, MC8, MC12, and MC13 included in) are OFF, MC9, MC9 / 10, MC10 / 11, and MC11 are controlled as ON, so that the loads are connected in parallel (individually in each zone). Referring to the equivalent circuit of FIG. 3A shown in FIG. 3B, the resistance formed in the rod is large, and the electrical connection method of the load is in parallel, and the electrical current flowing in each load is made in series with the electrical connection method of the rectified power source. It is controlled enough.

도 4a를 참조하면 도 3a에 비해 제1스위치부(400)에 포함된 MC4, MC5가 ON되고, MC3가 OFF로 되어 정류된 전원의 전기적 접속방식이 병렬로 변경되고, 제2스위치부(400)의 상태는 동일하여 로드의 저항의 크기가 도 3a에 비해 작아진 경우이다.Referring to FIG. 4A, compared to FIG. 3A, MC4 and MC5 included in the first switch unit 400 are turned on, MC3 is turned off, and the electrical connection method of the rectified power source is changed in parallel, and the second switch unit 400 is connected. ) Is the same, and the resistance of the rod is smaller than that of FIG. 3A.

도 5a는 로드의 저항의 크기가 낮아져 로드들(10)의 전기적 접속방식을 직렬로 하고 정류된 전원의 경우 도 3a와 같이 직렬로 연결한 경우로서 저항의 크기가 도 4a보다 작아진 경우에 적절한 전류를 공급하기 위한 동작상태이다.FIG. 5A shows a case in which the resistance of the load is lowered, so that the electrical connection of the loads 10 is connected in series and the rectified power supply is connected in series as shown in FIG. 3A. It is an operating state for supplying current.

도 6a의 경우 도 5a보다 저항의 크기가 작은 경우로서 로드들(10)의 전기적 접속방식을 직렬로, 정류된 전원의 전기적 접속방식도 병렬로 연결한 경우이다.In the case of FIG. 6A, the resistance is smaller than that of FIG. 5A, and the electrical connection of the loads 10 is connected in series and the electrical connection of the rectified power is also connected in parallel.

도 3a~6a, 3b~6b의 경우 폴리실리콘 제조장치의 존이 3개로 구성된 경우를 예시로 설명한 것으로서 폴리실리콘 제조장치의 크기에 따라 전원을 공급할 존은 2개 이상의 어떤 접속방식으로도 구성될 수 있고, 그에 따라 제2스위치부(400)의 회로 구성도 각 존에 적절한 전류를 공급하도록 도 3a~6a, 3b~6b의 예시와는 달리 구성될 수 있다.3A to 6A and 3B to 6B illustrate an example in which three zones of a polysilicon manufacturing device are configured as an example, and a zone to supply power according to the size of the polysilicon manufacturing device may be configured by any two or more connection methods. Accordingly, the circuit configuration of the second switch unit 400 may be configured differently from the examples of FIGS. 3A to 6A and 3B to 6B to supply an appropriate current to each zone.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 개략적인 회로도이고, 도 11은 n개의 스위치 모듈이 연결된 회로도이고, 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 동작모드를 나타내는 등가회로도이다.10 is a schematic circuit diagram according to a second embodiment of the present invention, FIG. 11 is a circuit diagram connected with n switch modules, and FIG. 12 is an equivalent circuit diagram showing an operation mode according to the second embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 본 발명의 제2실시예는 제1실시예와 유사하게 전원부(100), 정류부(200), 제1스위치부(300), 제어부(600)를 포함하고, 제1스위치부(300)로부터 공급되는 전원을 로드들(10)로 인가하고 로드들(10)의 전기적 접속방식을 변환하되, 각 로드들로 인가되는 출력전류를 제어하는 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자(IGBTn,), 전력용 반도체 스위치 소자(IGBTn,)의 에미터단에 연결되는 다이오드(Dioden,) 및 평활회로(420), 상기 다이오드, 평활회로 및 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변경하는 직병렬 스위치부(470)를 포함하는 복수의 스위칭 모듈(410)을 포함하는 제2스위치부를 포함하여 이루어진다.The second embodiment of the present invention illustrated in FIG. 10 includes a power supply unit 100, a rectifying unit 200, a first switch unit 300, and a control unit 600 similarly to the first embodiment. Forced current-type power semiconductor for applying the power supplied from the 300 to the loads 10 and converts the electrical connection method of the loads 10, the output current applied to each load The diode (Dioden) and the smoothing circuit 420 connected to the emitter terminal of the switch element (IGBTn), the power semiconductor switch element (IGBTn), and the electrical connection method of the diode, the smoothing circuit and the rods are changed. The second switch unit includes a plurality of switching modules 410 including the parallel switch unit 470.

스위칭 모듈(410)은 폴리실리콘 제조장치(1)의 크기에 따라 인가되는 전류의 크기도 변동되는바 전원장치의 확장성을 강화하기 위해 마련된 구성이다.The switching module 410 is a configuration provided to enhance the expandability of the power supply device as the magnitude of the applied current varies according to the size of the polysilicon manufacturing device 1.

스위칭 모듈(410)에 포함된 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자(IGBTn,)는 제1실시예와 동일하게 제어부(600)의 제어에 의해 로드들(10)로 흐르는 전류를 제어한다.The forced current type semiconductor switch element IGBTn included in the switching module 410 controls the current flowing to the loads 10 under the control of the controller 600 as in the first embodiment. do.

평활회로(420)도 제1실시예와 마찬가지로 정류부로부터 인가되는 전류를 DC와 가깝게 평활화 하고, 전압의 맥동을 줄이는 역할을 수행하며, 커패시터(Cn,)와 인덕터(Ln,)를 포함하여 이루어진다.Similar to the first embodiment, the smoothing circuit 420 smoothes the current applied from the rectifier to DC, reduces the pulsation of the voltage, and includes a capacitor Cn and an inductor Ln.

직병렬 스위치부(470)는 다이오드(Dioden,) 및 평활회로(420)의 전기적 접속방식을 변경하는 제1직병렬 스위치(430)와 로드들(10)의 전기적 접속방식을 변경하 는 제2직병렬 스위치(440)를 포함하여 이루어진다.The serial / parallel switch unit 470 changes the electrical connection between the first parallel switch 430 and the rods 10 to change the electrical connection between the diode and the smoothing circuit 420. It includes a parallel switch 440.

제1직병렬 스위치(430)는 폴리실리콘 제조장치(1)에 필요한 전류의 크기가 달라짐에 따라 전류를 평활하게 하는데 필요한 커패시턴스 및 인덕턴스가 변하고, 프리휠링되는 전류의 크기가 달라지는 만큼 흐르는 전류의 크기에 대응하여 제2스위치부(400)에 포함된 스위칭 모듈(410)의 커패시터, 인덕터, 다이오드의 접속방식을 변경한다. 도 12를 참조하면 STEP #1, 2와 같이 로드들에 개별적으로 접속되기도 하고, STEP #3, 4와 같이 병렬로 접속되기도 하고, STEP #5, 6과 같이 직병렬로 접속되기도 한다. 위와 같이 필요한 전류의 크기에 따라 적절한 용량을 확보하기 위해 제1직병렬 스위치(430)는 평활회로(420)의 인덕터(Ln,) 양단(A, B)에 연결되어 동시에 동작하는 2개의 스위치(431, 433)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이런 구성을 통해 스위칭 모듈의 확장을 용이하게 하고 효율적으로 커패시턴스 등 용량을 인가되는 전류에 맞도록 변경할 수 있다.The first serial parallel switch 430 changes the capacitance and inductance required to smooth the current as the magnitude of the current required for the polysilicon manufacturing apparatus 1 changes, and the magnitude of the current flowing as the magnitude of the freewheeled current changes. Correspondingly, a connection method of a capacitor, an inductor, and a diode of the switching module 410 included in the second switch unit 400 is changed. Referring to FIG. 12, the rods may be individually connected to the rods as in STEP # 1, 2, the parallel rods may be connected as in STEP # 3, 4, or may be connected in parallel as STEP # 5, 6. In order to secure an appropriate capacity according to the amount of current required as described above, the first series-parallel switch 430 is connected to both ends A and B of the inductor Ln of the smoothing circuit 420 and simultaneously operates two switches ( 431 and 433). This configuration facilitates the expansion of the switching module and effectively changes the capacitance, such as capacitance, to match the applied current.

제2직병렬 스위치(440)는 상반 동작하는 2개의 스위치(445, 448)를 포함하여 이루어지며, 로드들(10)의 전기적 접속방식을 변경한다. 예를 들어 로드들의 저항이 작을 경우 흐르는 전류가 많은 반면 저항은 작으므로 로드들(10)을 직렬로 변경하고, 저항이 클 경우 흐르는 전류가 작으므로 스위칭 모듈(410)과 개별 접속하도록 제어한다. 제2직병렬 스위치(440)는 로드(10)와 평활회로(420) 사이에 연결되며, 서로 상반되게 동작하는 2개의 스위치(445, 448)로 이루어질 수 있다. 직렬 접속스위치(448)는 로드들(10)을 직렬로 연결하며, 개별 접속스위치(445)는 로드들(10)을 개별 접속방식으로 연결한다. 직렬 접속스위치(448)와 개별 접속스위 치(445)는 어느 하나가 연결되면 다른 하나는 끊어지도록 즉, on/off 상태가 상반되도록 동작한다.The second series-parallel switch 440 includes two switches 445 and 448 which operate in opposite directions, and changes the electrical connection of the rods 10. For example, when the resistance of the rods is small, the current flows while the resistance is small, so that the loads 10 are changed in series, and when the resistance is large, the current flows are small, so that the controllers are individually connected to the switching module 410. The second series-parallel switch 440 is connected between the rod 10 and the smoothing circuit 420, it may be composed of two switches 445, 448 that operate opposite to each other. The series connection switch 448 connects the rods 10 in series, and the individual connection switch 445 connects the rods 10 in an individual connection manner. The serial connection switch 448 and the individual connection switch 445 operate so that one is disconnected when the other is connected, that is, the on / off state is reversed.

개별 접속스위치(445)는 개별접속을 위해 평활회로(420)에 포함된 커패시터(Cn,)의 양단(C, D)에 각각 하나씩 연결하여 동시 동작하도록 하는 것이 바람직하며, 제2스위치부(400)의 양 끝단에 위치하는 스위치 모듈(450a, 450b)의 개별 접속스위치(445)는 커패시터(Cn,)의 일단에 연결된 하나의 스위치만으로 이루어진다. 물론 직렬 접속스위치(448)도 마찬가지이다. 이는 끝단에 위치하여 다른 스위칭 모듈과 접속되지 않으므로 하나의 스위치만으로도 개별 접속 여부를 제어할 수 있기 때문이다.The individual connection switch 445 is preferably connected to each of the both ends (C, D) of the capacitor (Cn,) included in the smoothing circuit 420 for the individual connection, so as to operate simultaneously, the second switch unit 400 The individual connection switches 445 of the switch modules 450a and 450b located at both ends of the circuit) may include only one switch connected to one end of the capacitor Cn. Of course, the same applies to the serial connection switch 448. This is because it is located at the end and is not connected to another switching module, so it is possible to control whether individual connection is made with only one switch.

도 1은 본 발명의 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치의 개략적인 블록도이고,1 is a schematic block diagram of a power supply for a polysilicon manufacturing apparatus of the present invention,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전원공급장치의 개략적인 회로도이고,2 is a schematic circuit diagram of a power supply apparatus according to a first embodiment of the present invention,

도 3a, 3b는 도 2에 도시된 전원공급장치의 제1동작상태를 나타내는 회로도 및 등가회로도이고,3A and 3B are circuit diagrams and equivalent circuit diagrams showing a first operation state of the power supply device shown in FIG.

도 4a, 4b는 도 2에 도시된 전원공급장치의 제2동작상태를 나타내는 회로도 및 등가회로도이고,4A and 4B are circuit diagrams and equivalent circuit diagrams showing a second operation state of the power supply device shown in FIG.

도 5a, 5b는 도 2에 도시된 전원공급장치의 제3동작상태를 나타내는 회로도 및 등가회로도이고,5A and 5B are circuit diagrams and equivalent circuit diagrams showing a third operation state of the power supply device shown in FIG.

도 6a, 6b는 도 2에 도시된 전원공급장치의 제4동작상태를 나타내는 회로도 및 등가회로도이고,6A and 6B are circuit diagrams and equivalent circuit diagrams illustrating a fourth operation state of the power supply device shown in FIG.

도 7은 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들에 인가되는 PWM신호의 타이밍차트이고,7 is a timing chart of PWM signals applied to forced current type semiconductor switch elements,

도 8a, 8b는 위상지연 운전 유무에 따른 입력전류의 파형을 나타낸 그래프이고,8A and 8B are graphs showing waveforms of input current with and without phase delay operation,

도 9는 실리콘의 석출이 진행됨에 따라 요구되는 전압, 전류의 그래프이고9 is a graph of voltage and current required as the deposition of silicon proceeds.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 개략적인 회로도이고,10 is a schematic circuit diagram according to a second embodiment of the present invention,

도 11은 n개의 스위치 모듈이 연결된 회로도이고,11 is a circuit diagram in which n switch modules are connected;

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 동작모드를 나타내는 등가회로도이다.12 is an equivalent circuit diagram illustrating an operation mode according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

폴리실리콘 제조장치 : 1 로드 : 10Polysilicon Manufacturing Equipment: 1 Rod: 10

전원부 : 100 정류부 : 200Power Supply: 100 Rectifier: 200

제1스위치부 : 300 제2스위치부 : 4001st switch part: 300 2nd switch part: 400

제3스위치부 : 500Third switch part: 500

Claims (15)

실리콘 증착용 로드들을 포함하는 폴리실리콘 제조장치에 있어서,In the polysilicon manufacturing apparatus comprising rods for silicon deposition, 상기 로드에 전원을 인가하는 전원부와,A power supply unit for applying power to the load; 상기 전원부에서 인가되는 전원을 정류하는 복수의 다이오드를 포함하는 정류부와,A rectifying unit including a plurality of diodes for rectifying power applied from the power supply unit; 상기 정류부에서 정류된 전원을 상기 로드에 공급하되, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 직·병렬로 변환하는 제1스위치부와,A first switch unit for supplying the rectified power from the rectifying unit to the rod, and converting an electrical connection method of the rectified power into a serial / parallel; 상기 제1스위치부로부터 공급되는 전원을 상기 로드들로 인가하고 상기 로드들의 전기적 접속방식을 직·병렬로 변환하고 출력전류를 제어하는 제2스위치부와,A second switch unit for applying power supplied from the first switch unit to the rods, converting the electrical connection method of the rods in parallel and in parallel, and controlling an output current; 상기 로드들에 전원을 공급하는 상기 제1스위치부 및 제2스위치부를 포함하여 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제어하는 제어부를 포함하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.And a control unit for controlling a power supply device for a polysilicon manufacturing device including the first switch unit and a second switch unit for supplying power to the rods. 청구항 1에서,In claim 1, 상기 제2스위치부는 복수의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자롤 포함하여 이루어지고, 상기 복수의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자를 이용하여 상기 로드들로 인가되는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The second switch unit includes a plurality of forced current type power semiconductor switch elements, and a current applied to the rods using the plurality of forced current type power semiconductor switch elements. Power supply for the polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that for adjusting the size of the. 청구항 2에서,In claim 2, 상기 제2스위치부는 상기 정류부에서 정류된 전원을 평활하게 하는 복수의 입력커패시터, 출력 전압의 맥동을 줄여 주는 복수의 출력 커패시터 및 출력전류를 평활화 하는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The second switch unit further comprises a plurality of input capacitors for smoothing the power rectified by the rectifier, a plurality of output capacitors for reducing the pulsation of the output voltage, and an inductor for smoothing the output current. Power supply. 청구항 3에서,In claim 3, 상기 복수의 커패시터 및 인덕터의 총 커패시턴스 및 인덕턴스는 상기 로드들의 전기적 접속방식에 연동되어 변경되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The total capacitance and the inductance of the plurality of capacitors and inductors, the power supply for polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that changed in conjunction with the electrical connection of the rods. 청구항 3에서,In claim 3, 상기 제2스위치부는 상기 로드에 인가되는 전류의 프리휠링을 위한 복수의 다이오드를 더 포함하고,The second switch unit further includes a plurality of diodes for freewheeling of the current applied to the rod, 상기 로드들의 전기적 접속방식에 연동되어 상기 다이오드들의 전기적 접속방식도 변경되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The power supply for the polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that the electrical connection of the diodes is also changed in conjunction with the electrical connection of the rods. 청구항 1에서,In claim 1, 상기 전원부는 입력 전류가 12펄스 형태로 구성된 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원을 공급하고,The power supply unit supplies a three-phase Y-connected AC power and a three-phase delta-connected AC power having an input current of 12 pulses, 상기 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원을 상보적으로 연결하는 상간변압기(Interphase Transformer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.And an interphase transformer configured to complementarily connect the three-phase Y-connected AC power and the three-phase delta-connected AC power. 청구항 1에서,In claim 1, 상기 전원부와 정류부 사이에 마련되고,It is provided between the power supply and the rectifier, 상기 정류된 전원과 로드들의 전기적 접속방식의 변경 시 상기 정류부로 공급되는 전원을 차단하는 제3스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.And a third switch unit which cuts off the power supplied to the rectifying unit when the rectified power and the electrical connection of the loads are changed. 청구항 2에서,In claim 2, 상기 제어부는 출력 전류의 제어를 위해 상기 제 2 스위치부의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트에 PWM 신호를 인가하되,The control unit applies a PWM signal to the gates of the forced current-type power semiconductor switch elements of the second switch unit to control the output current, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들이 로드들에 개별 연결될 경우 각 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자의 게이트에 인가되는 PWM 신호의 위상을 Ts(스위칭 주기)/N(강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자의 수)만큼 지연 인가하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.When the forced current type semiconductor switch elements are individually connected to the loads, the phase of the PWM signal applied to the gate of each forced current type power semiconductor switch element is Ts (switching period) / N. A power supply device for a polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that a delay is applied by the number of forced current type semiconductor switch elements. 청구항 8에서,In claim 8, 상기 제어부는 상기 제 2 스위치부의 의 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 전기적 접속방식이 병렬접속인 경우 상기 PWM신호를 위상 지연 없이 인가하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The control unit applies the power supply for the polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that to apply the PWM signal without a phase delay when the electrical connection method of the forced current-type power semiconductor switch elements of the second switch unit is a parallel connection. Device. 청구항 3에서,In claim 3, 상기 전원부와 정류부 사이에 마련되고, 상기 정류된 전원과 로드들의 전기적 접속방식의 변경 시 상기 정류부로 공급되는 전원을 차단하는 제3스위치부를 더 포함하고,A third switch unit disposed between the power supply unit and the rectifying unit, and configured to cut off the power supplied to the rectifying unit when the rectified power supply and the rod are changed in electrical connection. 상기 제어부는 상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부의 전기적 접속방식의 변경 시,When the control unit changes the electrical connection of the first switch unit and the second switch unit, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 차단 한 후 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부에 포함된 스위치들을 off 시키고, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 상기 커패시터의 방전을 위해 일정 시간만큼 인가한 후 전기적 접속방식의 변경을 위해 상기 제 1스위치부 및 제 2스위치부를 제어하고, 상기 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자들의 게이트 신호를 다시 인가하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.After cutting off the gate signals of the forced current type semiconductor switch elements, the switches included in the first switch unit and the second switch unit are turned off, and the forced current type semiconductor switch elements The gate signal is applied for a predetermined time for discharging the capacitor, and then the first switch unit and the second switch unit are controlled to change an electrical connection method, and the forced current type power semiconductor switch elements are A power supply for a polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that for applying the gate signal again. 청구항 6에서,In claim 6, 상기 3상 Y결선형 교류전원과 3상 델타결선형 교류전원에서 공급되는 각 상의 전류를 측정하는 측정부를 더 포함하고,Further comprising a measuring unit for measuring the current of each phase supplied from the three-phase Y-connected AC power and three-phase delta-connected AC power, 상기 제어부는 상기 측정부에서 측정된 각 상의 전류합이 소정치 이상인 경우 상기 제 1 스위치부 및 제 2 스위치부를 제어하여 상기 로드들로 흐르는 전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The control unit controls the first switch unit and the second switch unit to cut off the current flowing to the rods when the current sum of each phase measured by the measuring unit is more than a predetermined value, the power supply for the polysilicon manufacturing apparatus Device. 실리콘 증착용 로드들을 포함하는 폴리실리콘 제조장치에 있어서,In the polysilicon manufacturing apparatus comprising rods for silicon deposition, 상기 로드에 전원을 인가하는 전원부와,A power supply unit for applying power to the load; 상기 전원부에서 인가되는 전원을 정류하는 적어도 2 이상의 다이오드를 포함하는 정류부와,A rectifier including at least two diodes for rectifying power applied from the power supply; 상기 정류부에서 정류된 전원을 상기 로드에 공급하되, 정류된 전원의 전기적 접속방식을 직·병렬로 변환하는 제1스위치부와,A first switch unit for supplying the rectified power from the rectifying unit to the rod, and converting an electrical connection method of the rectified power into a serial / parallel; 상기 제1스위치부로부터 공급되는 전원을 상기 로드들로 인가하고 상기 로드들의 전기적 접속방식을 직·병렬로 변환하되, 각 로드들로 인가되는 출력전류를 제어하는 강제 전류(轉流)형 전력용 반도체 스위치 소자, 상기 전력용 반도체 스위치 소자의 에미터단에 연결되는 다이오드 및 평활회로, 상기 다이오드, 평활회로 및 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변경하는 직병렬 스위치부를 포함하는 적어도 2 이상의 스위칭 모듈을 포함하는 제2스위치부와,Forced current type power for applying power supplied from the first switch unit to the rods and converting the electrical connection method of the rods in series and parallel, controlling the output current applied to each of the rods. And at least two switching modules including a semiconductor switch element, a diode and a smoothing circuit connected to an emitter end of the power semiconductor switch element, and a serial and parallel switch unit for changing an electrical connection method of the diode, the smoothing circuit and the rods. The second switch unit, 상기 로드들에 전원을 공급하는 상기 제1스위치부 및 제2스위치부를 포함하여 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치를 제어하는 제어부를 포함하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.And a control unit for controlling a power supply device for a polysilicon manufacturing device including the first switch unit and a second switch unit for supplying power to the rods. 청구항 12에서,In claim 12, 상기 직병렬 스위치부는 상기 다이오드, 평활회로의 전기적 접속방식을 변경하는 제1직병렬 스위치와 상기 로드들의 전기적 접속방식을 변경하는 제2직병렬 스위치를 포함하여 이루어지되,The serial-to-parallel switch unit includes a first serial parallel switch for changing an electrical connection method of the diode and a smoothing circuit and a second serial parallel switch for changing an electrical connection method of the rods. 상기 제1직병렬 스위치는 동시 동작하는 2개의 스위치를 포함하며, 각각 상기 평활회로에 포함된 인덕터의 양단에 연결되고,The first series-parallel switch includes two switches operating simultaneously, each connected to both ends of an inductor included in the smoothing circuit, 상기 제2직병렬 스위치는 상반 동작하는 2개의 스위치를 포함하고, 각각 상 기 로드와 평활회로 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The second series-parallel switch includes two switches that operate in opposition, and each of the power supply for the polysilicon manufacturing apparatus, characterized in that connected between the rod and the smoothing circuit. 청구항 13에서,In claim 13, 상기 제2직병렬 스위치의 상반 동작하는 2개의 스위치는 상기 로드들의 전기적 접속방식을 직렬 접속방식으로 연결하는 직렬 접속스위치와 개별 접속방식으로 연결하는 개별 접속스위치이며, on/off 상태가 상반되는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.Two switches operating in opposition to the second parallel switch are a series connection switch connecting the electrical connection method of the rods in a serial connection method and an individual connection switch connecting the individual connection methods, and the on / off states are opposite. A power supply for a polysilicon manufacturing device characterized in that. 청구항 14에서,In claim 14, 상기 개별 접속스위치는 상기 평활회로에 포함된 커패시터의 양단에 각각 하나씩 연결되어 동시 동작하되,The individual connection switch is connected to each one of both ends of the capacitor included in the smoothing circuit and operated simultaneously, 상기 제2스위치부의 양 끝단에 위치하는 스위치 모듈의 개별 접속스위치는 상기 커패시터의 일단에 연결된 하나의 스위치만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 제조장치용 전원공급장치.The individual connection switch of the switch module located at both ends of the second switch unit is a power supply for the polysilicon manufacturing device, characterized in that consisting of only one switch connected to one end of the capacitor.
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