CN108273174A - 功率调节方法、装置及呼吸机加湿器 - Google Patents

功率调节方法、装置及呼吸机加湿器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种功率调节方法、装置及呼吸机加湿器，属于电加热技术领域，解决了电源电压的兼容性，以及恒定功率驱动电阻性加热器件的问题。所述方法包括：获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。本发明实施例适用于电阻性加热器件的功率控制。

Description

功率调节方法、装置及呼吸机加湿器
技术领域
本发明涉及电加热技术领域，具体地涉及一种功率调节方法、装置及呼吸机加湿器。
背景技术
目前的电加热应用比较广泛，具有可随意控制加热温度、加热功率、加热时间等功能。对于呼吸机中的加湿器加热，是通过电阻性加热器件实现的，而要实现高效的加热目的，保持电阻性加热器件的恒定功率工作至关重要。
如图1所示为现有技术中通过电源直接供电给电阻性加热器件，电阻性加热器件遵从焦耳定律发热将电能转化为热能，提供给所需设备。但是目前的供电形式，对于电源电压要求严格，对于不同国家的供电机制输入的电源电压则无法实现恒定功率的目的。另外，随着电阻性加热器件的使用，其阻值会逐渐增大，导致加热功率衰减。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种功率调节方法、装置及呼吸机加湿器，解决了电源电压的兼容性，以及恒定功率驱动电阻性加热器件的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种功率调节方法，包括：获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
可选的，所述方法还包括：获取所述交流电源的周期。
可选的，所述获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率包括：在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流；根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。
可选的，所述利用预设功率与所述平均实时功率的差值确定所述电阻性加热器件的断路时间包括：根据TIi＝TIi-1+KI*P和TPi＝KP*P，i＝1,2,3,…N，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0；根据ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N，得到在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分。
可选的，所述方法还包括：接收预设功率，所述预设功率对应于多档位功率值中的一个。
相应的，本发明实施例还提供一种功率调节装置，包括：相互连接的电阻性加热器件和控制器，所述控制器，用于获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
可选的，所述控制器还用于获取所述交流电源的周期。
可选的，所述控制器还用于在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流；根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。
可选的，所述功率调节装置还包括双向晶闸管，连接在所述电阻性加热器件和所述控制器之间，所述控制器还用于根据TIi＝TIi-1+KI*P和TPi＝KP*P，i＝1,2,3,…N，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0；根据ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N，得到在第i次调节时所述电阻性加热器件所述交流电源的半个周期内的断路时间，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分；所述双向晶闸管，用于根据所述控制器得到的断路时间控制所述电阻性加热器件上电流的通断。
相应的，本发明实施例还提供一种呼吸机加湿器，包括所述的功率调节装置，其中所述电阻性加热器件用于向呼吸机加湿器加热。
通过上述技术方案，利用预设功率与所获取的平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间，在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。本发明实施例解决了电源电压的兼容性，以及恒定功率驱动电阻性加热器件的问题，实现了通过恒定功率控制电阻性加热器件加热。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是现有技术通过电源直接供电给电阻性加热器件的电路示意图；
图2是本发明实施例提供的一种功率调节方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的电阻性加热器件在交流电源的周期T内的通路时间和断路时间的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种功率调节方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种功率调节装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种功率调节装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的包括双向晶闸管和电阻性加热器件的部分电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图2是本发明实施例提供的一种功率调节方法的流程图。如图2所示，所示方法包括如下步骤：
201、获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；
202、利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及
203、在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
其中，由于不同国家存在不同机制的交流电源，因此可以预先获取所述交流电源的周期，例如，我国市电周期为20ms。
在获取所述电阻性加热器件在所述交流电源的一个周期内的平均实时功率时，根据功率等于电压与电流的乘积公式，在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流，根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。例如，在所述交流电源的一个周期内采集100次所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流，并根据每一次采集的电压和电流计算得到对应的实时功率，然后将100次的实时功率求取平均值，得到平均实时功率。
另外，利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间。其中，所述预设功率可以为预先获取的，例如，可以预先设定多档位功率值，所述预设功率对应于多档位功率值中的一个。通过多档位功率的选择，可以控制所述电阻性加热器件在不同功率下进行加热，得到不同的加热热度，实现灵活控制电阻性加热器件的功率。
对于所述电阻性加热器件的断路时间，可以利用PI调节算法得到，例如：
根据下面的公式(1)和(2)，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中i＝1,2,3,…N，
TIi＝TIi-1+KI*P (1)
TPi＝KP*P， (2)
其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0。
然后根据公式(3)得到在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，
ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N (3)
其中，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分。
上述PI调节算法本身为闭环调节，例如，在第1次调节时，通过公式(1)和(2)得到了第1次调节时得到的积分部分和比例部分，然后代入公式(3)得到了第1次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间t1，则所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间为t1，而通路时间则为所述交流电源的半个周期与t1的差值。如图3所示，为所述电阻性加热器件在所述交流电源的周期T内的通路时间和断路时间，其中，t1＝t3，t2＝t4，t1和t3为所述电阻性加热器件在所述交流电源的周期内的断路时间，t2和t4为所述电阻性加热器件在所述交流电源的周期内的通路时间。所述电阻性加热器件在上述通路时间工作后，再次获取所述电阻性加热器件的平均实时功率，若是所述平均实时功率与所述预设功率仍不一致，还需要通过上述公式(1)-(3)得到第2次调节时的断路时间，继续调节所述电阻性加热器件的断路时间，如此循环的调节所述电阻性加热器件的断路时间，从而得到不同的平均实时功率，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率，达到恒定功率，即所述预设功率，控制所述电阻性加热器件。
图4是本发明实施例提供的一种功率调节方法的流程图。如图4所示，所示方法包括如下步骤：
401、获取交流电源的周期；
402、接收预设功率；
403、采集预定次数的电阻性加热器件两端的电压；
404、采集预定次数的所述电阻性加热器件的电流；
405、计算所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率；
406、利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；
407、根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
通过上述对电阻性加热器件的控制，兼顾了交流电源的电压和周期，即可以兼容不同国家的供电机制，而且通过恒定功率控制所述电阻性加热器件，实现高效加热的目的。
相应的，图5是本发明实施例提供的一种功率调节装置的结构示意图。如图5所示，所述装置包括相互连接的电阻性加热器件51和控制器52，其中，所述控制器52，用于获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
可选的，所述控制器还用于获取所述交流电源的周期。
可选的，所述控制器还用于在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流；根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。
可选的，如图6所示，所述功率调节装置还包括双向晶闸管53，连接在所述电阻性加热器件51和所述控制器52之间，所述控制器还用于根据TIi＝TIi-1+KI*P和TPi＝KP*P，i＝1,2,3,…N，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0；根据ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N，得到在第i次调节时所述电阻性加热器件所述交流电源的半个周期内的断路时间，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分；所述双向晶闸管53，用于根据所述控制器52得到的断路时间控制所述电阻性加热器件上电流的通断。
如图7所示，为包括所述双向晶闸管Q2和所述电阻性加热器件J3的部分电路示意图。其中，Heat_Ctrl是所述控制器输出端，通过Q3和Q6升高电流，达到Q2工作所需电流。
根据双向晶闸管的性能特点，Q2的门极G只有打开J3的功能，不能关闭J3，本发明实施例中利用交流电源过零的特点实现Q2的关闭。在如图3所示的交流电源半个周期结束时，即达到c点时，负载电流将通过零点，此时Q2断开，恢复到截止状态，即Q2在t1与t3时间段内是截止状态，在t2和t4时间段通过门极G使Q2呈导通状态，并在半个周期结束前降低门级电压，使电源可以在零点时自动恢复到截止状态。
本发明实施例利用双向晶闸管的特性，通过控制电阻性加热器件在交流电源的周期内的断路时间，使得所述电阻性加热器件的平均实时功率恒定为所述预设功率。
另外，所述控制器还用于接收预设功率，所述预设功率对应于多档位功率值中的一个。
有关本发明提供的上述功率调节装置的具体细节及有益效果，可参阅上述针对本发明提供的上述功率调节方法的描述，此处不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种呼吸机加湿器，包括根据上述所述的功率调节装置，其中所述电阻性加热器件用于向呼吸机加湿器加热。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种功率调节方法，其特征在于，包括：
获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；
利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及
在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
2.根据权利要求1所述的功率调节方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述交流电源的周期。
3.根据权利要求1所述的功率调节方法，其特征在于，所述获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率包括：
在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流；
根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。
4.根据权利要求1所述的功率调节方法，其特征在于，所述利用预设功率与所述平均实时功率的差值确定所述电阻性加热器件的断路时间包括：
根据TIi＝TIi-1+KI*P和TPi＝KP*P，i＝1,2,3,…N，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0；
根据ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N，得到在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分。
5.根据权利要求1所述的功率调节方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收预设功率，所述预设功率对应于多档位功率值中的一个。
6.一种功率调节装置，其特征在于，包括：相互连接的电阻性加热器件和控制器，
所述控制器，用于获取电阻性加热器件在交流电源的一个周期内的平均实时功率；利用预设功率与所述平均实时功率的差值，确定所述电阻性加热器件的断路时间；以及在所述交流电源的下一个周期内根据所述断路时间，控制所述电阻性加热器件工作，直到将所述电阻性加热器件的所述平均实时功率调节为所述预设功率。
7.根据权利要求6所述的功率调节装置，其特征在于，所述控制器还用于获取所述交流电源的周期。
8.根据权利要求6所述的功率调节装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述交流电源的一个周期内，采集预定次数的所述电阻性加热器件两端的电压和对应的电流；根据所采集的预定次数的电压和电流，得到所述电阻性加热器件在所述预定次数下的平均实时功率。
9.根据权利要求6所述的功率调节装置，其特征在于，所述功率调节装置还包括双向晶闸管，连接在所述电阻性加热器件和所述控制器之间，
所述控制器还用于根据TIi＝TIi-1+KI*P和TPi＝KP*P，i＝1,2,3,…N，分别得到PI调节算法中的积分部分和比例部分，其中，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分，TIi-1为第i-1次调节时得到的积分部分，KI为积分系数，KP为比例系数，P为预设功率与所述平均实时功率的差值，其中TI0＝0；根据ti＝TIi+TPi，i＝1,2,3,…N，得到在第i次调节时所述电阻性加热器件所述交流电源的半个周期内的断路时间，ti为在第i次调节时所述电阻性加热器件在所述交流电源的半个周期内的断路时间，TIi为第i次调节时得到的积分部分，TPi为第i次调节时得到的比例部分；
所述双向晶闸管，用于根据所述控制器得到的断路时间控制所述电阻性加热器件上电流的通断。
10.一种呼吸机加湿器，其特征在于，包括根据权利要求6-9任一项所述的功率调节装置，其中所述电阻性加热器件用于向呼吸机加湿器加热。
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