CN109983642A - 平衡微脉冲电离风机的控制系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种平衡微脉冲电离风机的控制系统，该控制系统包括：微脉冲高电压AC(交流电)电源230，其被配置成产生短持续时间正极性电离脉冲801和短持续时间负极性电离脉冲802；离子平衡控制系统，其被配置成在电离脉冲之间的时间间隔内从远程电离电流返回传感器204或远程电离电压传感器101中的至少一个接收输出信号；以及微控制器201，其被配置成基于所述输出信号控制所述AC电源。

Description

平衡微脉冲电离风机的控制系统

相关申请案的交叉参考

本国际申请要求于2016年11月28日递交的美国专利申请第15/362,280号的优先权。美国专利申请第15/362,280号在此完全被以引用的方式并入本文中。

背景技术

1.技术领域

本发明的实施例大体涉及电离风机。

2.背景技术

静电荷中和器被设计以去除或最小化静电荷累积。静电荷中和器通过产生空气离子且将那些离子传递到带电目标来去除静电荷。

一个具体种类的静电荷中和器为电离风机。电离风机通常用电晕电极产生空气离子，且使用风扇(或多个风扇)将空气离子朝向感兴趣的目标引导。

监测或控制风机的性能利用两个测量。

第一测量为平衡。当正空气离子的数目等于负空气离子的数目时，理想的平衡出现。在电荷板监测器上，理想的读数为零。实践中，静态中和器被控制在零周围的小区间内。举例来说，可将静态中和器的平衡规定为大致±0.2伏特。

第二测量为空气离子电流。较高的空气离子电流是有用的，因为可在较短时间周期中将静电荷放电。较高的空气离子电流与用电荷板监测器测量的低放电时间相关。

发明内容

在本发明的实施例中，提供一种自动平衡在双极电晕放电中形成的电离的空气流的方法。所述方法包括：提供具有连接到微脉冲的AC电源的至少一个离子发射极和参考电极的空气移动装置，和具有至少一个离子平衡监测器和电晕放电调整控制的控制系统；产生短持续时间电离微脉冲的可变极性群组：其中所述微脉冲在两个极性电压的振幅和持续时间中主要地不对称，且使至少一个极性电离脉冲的大小超过电晕阈值。

在本发明的另一实施例中，提供一种用于自动平衡的电离风机的设备。所述设备包括：空气移动装置和至少一个离子发射极和参考电极，它们均连接到高电压源；和离子平衡监测器；其中所述高电压源的变压器、所述离子发射极和参考电极布置于AC电流电路的闭合环路中，且所述环路由高值敏感电阻器接地。

附图简述

将参看以下图详细地描述作为实例推荐的本公开的各种实施例，其中相似附图标记标示相似元件，且在附图中：

图1A为根据本发明的实施例的电离风机的总览图的框图。

图1B为图1A的风机的横截面图。

图1C为根据本发明的实施例的电离风机中包括的传感器的框图。

图2A为根据本发明的实施例的图1A的电离风机和来自风机的电离的空气流的框图。

图2B为根据本发明的实施例的电离风机中的系统的电气框图。

图3为根据本发明的实施例的反馈算法300的流程图。

图4为根据本发明的实施例的微脉冲产生器控制的微脉冲产生器算法的流程图。

图5A为根据本发明的实施例的在负脉冲串的形成期间的系统操作的流程图。

图5B为根据本发明的实施例的在正脉冲串的形成期间的系统操作的流程图。

图6为根据本发明的实施例的在目前脉冲相位期间的系统操作的流程图。

图7为根据本发明的实施例的在传感器输入测量期间的系统操作的流程图。

图8为根据本发明的实施例的微脉冲的波形图。

图9为根据本发明的实施例的在平衡警报期间的系统操作的流程图。

具体实施方式

在以下具体描述中，为了解释的目的，阐述众多具体细节以提供对本发明的各种实施例的透彻理解。所属领域的一般技术人员将认识到，本发明的这些各种实施例只是说明性的且决不意图是限制性的。本发明的其他实施例将易于浮现在受益于本文中的公开的这些技术人员的脑海里。

本发明的实施例可应用于许多类型的空气电离器，它们被配置为(例如)电离棒、风机或内嵌的电离装置。

覆盖面广的电离风机需要高效的空气电离与短放电时间和严格的离子平衡控制的组合。图1A为根据本发明的实施例的电离风机100的总览图的框图，而图1B为图1A的风机100沿着线A-A的横截面图。高效的空气电离由在发射极点102的阵列(即，发射极点阵列102)与两个参考电极104、105(图示为上部参考电极104和下部参考电极105)之间形成的双极电晕放电来实现。发射极点102被安装于保护性格板106(即，通风道106)上，所述保护性格板106也同等地帮助加速电离空气的流动。

风扇103(图1A)为在发射极点阵列102(离子发射极102)与两个参考电极104、105之间的空间130内提供高度可变空气流125的空气移动装置。通风道106集中空气流125且将空气流125分配在电晕放电的空间130中。电晕产生的正和负离子在电极102、104和105之间移动。空气流动125能够取得和带走由电晕放电形成的正和负离子中的仅相对小的部分。

根据本发明的一个实施例，迫使空气125离开通风道(106)出口131，且空气125通过空气电离传感器101。传感器101的设计的一个实施例的细节展示于图1C中。风扇(在图1B中展示为框126)提供空气125的流动。空气电离电压传感器101具有在管道106的全宽上展开的百叶窗型薄介电板109。百叶窗板109引导来自管道106和上部电极104的电离的空气流125b(电离的一股空气125b)的一部分125a(或样本125a)(同样参见图2A)，以使得传感器101可感测且收集电离的空气流125b的一部分125a中的离子电荷中的一些。收集的离子电荷接着形成控制信号250(图2)，所述控制信号250由算法300(图3)使用以平衡电离风机100中的离子。板109的顶部侧132具有充当敏感性电极108的窄金属条，且底部侧133具有较宽的接地简单电极110。此电极110通常被屏蔽，以使得空气电离传感器101与发射极点阵列102的高电场屏蔽开。电极108收集离子的电荷中的一些，从而导致与电离的空气流125b中的离子平衡成比例的电压/信号135(图2A)。来自传感器101的电压/信号135由控制系统107(图2中展示为系统200)使用以监测和调整电离的空气流125b中的离子平衡。此信号135还由信号250表示，所述信号250被输入到如以下将进一步论述的采样和保持电路205内。离子平衡传感器的其他配置(例如，呈浸没在离子流中的传导性格板或金属网的形式)也可用于本发明的其他实施例中。

根据本发明的另一实施例，使用离子电流传感器204监测电离流平衡。因此，本发明的一个实施例提供系统200(图2)，其包括用于监测电离的空气流平衡的电离返回电流传感器204。在本发明的另一实施例中，系统200包括用于监测电离的空气流平衡的空气电离电压传感器101。

在本发明的又一实施例中，系统200包括双传感器，所述双传感器包括空气电离电压传感器101和电离电流返回传感器204，传感器101和204两者均被配置以用于监测电离的空气流平衡。

在一些示例中,所述电离电压传感器101和/或所述电离电流返回传感器204是直接有线连接到所述控制系统107的远程传感器。在一些其他示例中，所述电离电压传感器101和/或所述电离电流返回传感器204通过射频(RF)通信、蓝牙和/或用于任何其他无线通信方法被实现为远程无线传感器。远程传感器指的是位于所述电离风机100外部的所述传感器。所述示例电离风机100可以在所述电离风机100的所述控制系统107从有线和/或无线的远程电离电压传感器101和/或有线和/或无线的电离电流返回传感器204接收有源的(例如，有功的)和/或无源的(例如，无功的)反馈信号。

因为所述电离风机100可以用于多种应用或环境中，在所述应用或环境中，使用多个、或甚至大量(例如，数十，数百或更多的)电离风机100和无线电离电压传感器101和/或电离电流返回传感器204，在所述电离电压传感器101和/或电离电流返回传感器204的所述无线通信范围内，因此在一些示例中，所述电离电压传感器101和/或电离电流返回传感器204可单独寻址并且具有唯一标识符以实现传感器101、204到各个电离风机100的特定配对。

在所述电离电压传感器101和/或所述电离电流返回传感器204是远程传感器的示例中，示例控制系统107包括通信电路，所述通信电路用于从所述电离电压传感器101和/或所述电离电流返回传感器204接收所述有线和/或无线通信。

电离返回电流传感器204包括电容器C2和电容器C1，以及电阻器R1和R2。电容器C2绕过电流检测电路提供到接地的AC电流路径。电阻器R2将离子电流转换成电压(Ii*R2)，且电阻器R1和R2与电容器C2形成低通滤波器以滤出由微脉冲形成的感应电流。从传感器204流出的返回电流210被表示为I2。

流动到发射极点102的电流254为电流求和Σ(Ii(+),Ii(-),I2,Ic1,Ic2)，其中电流Ic1和Ic2分别为流过电容器C1和C2的电流。

图2A示出在发射极102与参考电极104、105之间流动的离子电流220。来自管道106的空气流125转换电离的空气流125b中的这两个离子电流220的一部分，电离的空气流125b移动到在风机100外的电荷中和目标。所述目标在图1B中总体展示为块127，它可相对于电离风机100被设置在不同的位置。

图2B展示根据本发明的实施例的电离风机100中的系统200的电气框图。系统200包括离子电流传感器204、微脉冲高电压电力供应器230(微脉冲的AC电源230)(其由脉冲驱动器202和高电压(HV)变压器203形成)和电离风机的控制系统201。在实施例中，控制系统201为微控制器201。微控制器201接收来自电压偏压256的电力，电压偏压256可处于(例如)约3.3DC电压下，且微控制器201在线路257处接地。

功率转换器209可任选地用于系统200中以提供由系统200使用的各种电压(例如，-12VDC、12VDC或3.3VDC)。功率转换器209可将电压源值258(例如，24VDC)转换成各种电压256以对微控制器201施加偏压。

微脉冲高电压电力供应器230具有由微控制器201控制的脉冲驱动器202。脉冲驱动器202连接到升阶脉冲变压器203。变压器203产生短持续时间脉冲(微秒量级的)正和负极性，这些极性具有足以产生电晕放电的振幅。变压器203的次级线圈对接地点相对浮动。变压器203的高电压端子250连接到发射极点阵列102，且变压器203的低电压端子251连接到参考电极104、105。

短持续时间高电压AC脉冲(由高电压电力供应器230产生)导致在电极102与104、105之间流动的显著的电容性或位移电流Ic1和Ic2。举例来说，电流Ic1在电极(发射极点)102与上部参考电极104之间流动，且电流Ic2在电极102与下部参考电极105之间流动。标记为Ii(+)和Ii(-)的相对小的正和负离子电晕电流离开此离子产生系统200进入风机100外的环境内且向目标移动。

为了将电容性电流与离子电流分开，将离子产生系统200布置成用于标记为Ic1和Ic2的高频AC电容性电流的闭环电路，因为变压器203的次级线圈和电晕电极102、104和105实质上相对于接地点浮动且离子电流Ii(+)和Ii(-)具有到接地点的返回路径(和传输)。AC电流具有比传输到接地点的这些AC电流显著更低的电阻以在此环路内部流通。

系统200包含离子平衡监测器，其通过在脉冲的AC电压源230、所述离子发射极102和参考电极104或105之间布置闭合环路电流路径提供来自脉冲的AC电流的分离离子对流电流。

另外，在微脉冲之间的时间周期期间，在系统200中执行离子平衡监测。另外，通过对正与负对流电流的差分信号求积分来执行离子平衡监测。

高电压源230的变压器203、离子发射极102和参考电极104或105被布置成用于AC电流电路的闭合环路，且闭合环路由高值敏感电阻器R2连接到接地点。

电荷守恒法则规定，当AC电压源230的输出(经由变压器203)浮动时，离子电流等于正Ii(+)与负Ii(-)离子电流的总和。这些电流Ii(+)和Ii(-)必须通过系统200中的返回电流传感器204的电路返回。每一极性离子电流的量为：

Ii(+)＝Q(+)*N(+)*U且Ii(-)＝Q(-)*N(-).*U

其中Q为正或负离子的电荷，N为离子浓度，且U为空气流速。如果正Ii(+)与负Ii(-)电流的绝对值相同，那么将达到离子平衡。业内已知空气离子的两个极性携带大约相同量的电荷(等于一个电子)。因此，离子平衡的另一个条件是两个极性离子的相等浓度。与对离子电流改变敏感的返回电流传感器204(离子平衡监测器204)相比，空气电离电压传感器101(离子平衡监测器101)对离子浓度的变化更敏感。因此，空气电离电压传感器101(电容器传感器101)的响应速度通常比电离返回电流传感器204的响应更快。

由传感器101检测到的较大数目的正离子导致传感器101产生被输入到采样和保持电路205(且由采样和保持电路205处理)的正输出电压。由传感器101检测到的较大数目的负离子导致传感器101产生被输入到采样和保持电路205(且由采样和保持电路205处理)的负输出电压。相比之下，如以上类似地描述的，正Ii(+)和负Ii(-)的绝对值由传感器204使用以输出信号250，以供输入到采样和保持电路205内以确定和达成电离风机100中的离子平衡。

在微脉冲串之间的时间，样本信号215将闭合开关216，以使得放大器218连接到电容器C3，接着基于对输入信号250的响应将电容器C3充电到某一值。

在空气流内浮动的离子电流由非常低的频率表征，且可通过流过高兆欧电阻性电路R1和R2直至接地点来监测。为了使电容性和寄生高频电流的影响最小化，传感器204具有包括C1和C2的两个旁路电容性路径。

电流Ii(+)和Ii(-)的差由传感器204连续地测量。流过电阻性电路R1、R2的结果电流产生一电压/信号，所述电压/信号与离开风机的空气流在时间上积分/求平均的离子平衡成比例。结果得到的电流被图示为由求和Σ(Ii(+),Ii(-))表达的电流214。

通过测量电流传感器204的电压输出，或通过测量电压传感器101的输出，或通过测量来自空气电离传感器101和204的电压，达成离子平衡监测。为了清楚起见，电流传感器204的电压输出和电压传感器101的电压输出各自在图2中由同一信号250展示。该信号250被施加到采样和保持电路205(采样电路205)的输入端，所述采样和保持电路205经由采样信号215受微控制器201控制，所述采样信号215打开开关216以触发对信号250的采样和保持操作。

在用于电晕系统的一些情况或实施例中，可比较来自两个传感器101与204的诊断信号。这些诊断信号作为信号250被输入到采样和保持电路205。

然后，信号250在被施加到驻留于微控制器201内部的模-数转换器(ADC)的输入端之前由低通滤波器206调节且由放大器207放大。采样和保持电路205在脉冲时间之间对信号250进行采样以使恢复的信号250中的噪音最小化。电容器C3在采样时间之间保持最后的信号值。放大器207将信号250放大到对微控制器201更可用的电平，且来自放大器207的此放大的信号被图示为平衡信号252。

微控制器201将平衡信号252与设定点信号253进行比较，所述设定点信号253是由平衡调整电位计208产生的参考信号。设定点信号253为可由电位计208调整的可变信号。

可调整设定点信号253以便补偿电离风机100的不同环境。举例来说，电离风机100的输出端131(图1B)附近的参考电平(接地点)可大致为零，而在电离目标附近的参考电平可不为零。举例来说，如果电离目标的位置具有强的对地电位值，那么在所述位置处可能失去更多负离子。因此，可调整设定点信号253以便补偿在电离目标的位置处的参考电平的非零值。在此情况下可减小设定点信号253，以使得微控制器201可驱动脉冲驱动器202控制HV变压器230以产生HV输出254，所述HV输出254在发射极点102处产生更多正离子(因为较低的设定点值253被用作比较以导致更多正离子的产生)，以便补偿在电离目标的位置处的负离子的损失。

现在参见图2和图8。在本发明的实施例中，电离风机100可基于下列操作中的至少一个或多个操作实现电离风机中的离子平衡：(1)通过增大和/或减小正脉冲宽度值和/或负脉冲宽度值，(2)通过增加和/或减少正脉冲之间的时间和/或负脉冲之间的时间，和/或(3)通过增加和/或减少正脉冲和/或负脉冲的数目，如下文所描述的。微控制器201输出正脉冲输出815和负脉冲输出816(图2和图8)，这些输出815、816被驱动到脉冲驱动器202且控制脉冲驱动器202。响应于输出815和816，变压器230产生被施加到发射极点102的电离波形814(HV输出814)，以便基于电离波形814产生一定量的正离子和一定量的负离子。

作为实例，如果传感器101和/或传感器204检测到电离风机100中的离子不平衡，其中风机100中正离子的量超过负离子的量，那么进入到微控制器201内的平衡信号252将指示此离子不平衡。微控制器201将延长负脉冲804的负脉冲宽度(持续时间)811。由于宽度811被延长，因此负微脉冲802的振幅增大。正微脉冲801和负微脉冲802为被驱动到发射极点102的高电压输出。负微脉冲802的增大的振幅将增加从发射极点102产生的负离子。电离波形814已产生短持续时间电离微脉冲801和802的可变极性群组。微脉冲801和802在两个极性电压的振幅和持续时间上主要地不对称，且使至少一个极性电离脉冲的大小超过电晕阈值。

一旦对于负脉冲宽度811已达到最大脉冲宽度，如果风机100中正离子的量仍超过负离子的量，那么微控制器201将缩短正脉冲803的正脉冲宽度(持续时间)810。由于缩短了宽度810，因此减小了正微脉冲801的振幅。正微脉冲801的减小的振幅将减少从发射极点102产生的正离子。

作为附加或替代，如果风机100中正离子的量超过负离子的量，那么微控制器201将通过延长负周期813(负脉冲804之间的时间间隔)来延长负脉冲804之间的时间。由于延长了负周期813，因此负微脉冲802之间的时间也增加了。结果，延长的或较长的负周期813将增加负微脉冲802之间的时间，这进而将增加从发射极点102产生负离子的时间量。

一旦对于负周期已达到最小负周期，如果风机100中正离子的量仍超过负离子的量，那么微控制器201将通过缩短正周期812(正脉冲803之间的时间间隔)来缩短正脉冲803之间的时间。由于缩短了正周期812，因此正微脉冲801之间的时间也减少了。结果，缩短的或较短的正周期811将减少正微脉冲803之间的时间，这进而将减少从发射极点102产生正离子的时间量。

作为附加或替代，如果风机100中正离子的量超过负离子的量，那么微控制器201将增加负脉冲输出816中的负脉冲804的数目。微控制器201具有负脉冲计数器，其可增大计数以便增加负脉冲输出816中的负脉冲804的数目。由于负脉冲804的数目增加，因此在负脉冲输出816中，负脉冲串增加，且这增加了HV输出中的负微脉冲802的数目，所述HV输出为被施加到发射极点102的电离波形814。

一旦已将最大数量个负脉冲加至负脉冲输出816，如果风机100中正离子的量仍超过负离子的量，那么微控制器201将减少正脉冲输出815中的正脉冲803的数目。微控制器201具有正脉冲计数器，其可减小计数以便减少正脉冲输出815中的正脉冲803的数目。由于正脉冲803的数目减少，因此在正脉冲输出815中的正脉冲串减少，且这减少了HV输出中的正微脉冲801的数目，所述HV输出为被施加到发射极点102的电离波形814。

以下实例涉及当风机中负离子的量超过正离子的量时达成风机100中的离子平衡。

如果传感器101和/或传感器204检测到电离风机101中的离子不平衡，其中风机101中负离子的量超过正离子的量，那么进入到微控制器201内的平衡信号252将指示此离子不平衡。微控制器201将延长正脉冲803的正脉冲宽度812。由于宽度810延长了，因此正微脉冲801的振幅增大。正微脉冲801的增大的振幅将增加从发射极点102产生的正离子。

一旦对于正脉冲宽度812已达到最大脉冲宽度，如果风机100中负离子的量仍超过正离子的量，那么微控制器201将缩短负脉冲804的负脉冲宽度811。由于缩短了宽度811，因此减小了负微脉冲802的振幅。负微脉冲802的减小的振幅将减少从发射极点102产生的负离子。

作为替代或附加，如果风机100中负离子的量仍超过正离子的量，那么微控制器201将通过延长正周期812来延长正脉冲803之间的时间。由于正周期812延长了，因此正微脉冲801之间的时间也增加了。结果，延长的或较长的正周期812将增加正微脉冲801之间的时间，这进而增加从发射极点102产生正离子的时间量。

一旦对于正周期812已达到最小正周期，如果风机100中负离子的量仍超过正离子的量，那么微控制器201将通过延长负周期813来延长负脉冲804之间的时间。由于延长了负周期813，因此负微脉冲802之间的时间也增加了。结果，延长的或较长的负周期813将增加负微脉冲802之间的时间，这进而减少从发射极点102产生负离子的时间量。

作为替代或附加，如果风机100中负离子的量超过正离子的量，那么微控制器201将增加正脉冲输出815中的正脉冲803的数目。微控制器201具有正脉冲计数器，其可增大计数以便增加正脉冲输出815中的正脉冲803的数目。由于正脉冲803的数目增加，因此在正脉冲输出815中的正脉冲串延长，且HV输出中的正微脉冲801的数目增加，所述HV输出为被施加到发射极点102的电离波形814。

一旦已将最大数量个正脉冲添加到正脉冲输出815，如果风机100中负离子的量仍超过正离子的量，那么微控制器201将减少负脉冲输出816中的负脉冲804的数目。微控制器201具有负脉冲计数器，其可减小计数以便减少负脉冲输出816中的负脉冲804的数目。由于负脉冲804的数目减少，因此在负脉冲输出816中，负脉冲串缩短，且在HV输出中的负微脉冲802的数目减少，所述HV输出为被施加到发射极点102的电离波形814。

如果离子不平衡(其反映在平衡电流值252中)与设定点253并不显著不同，那么离子不平衡中的小调整可能足够了，且微控制器201可调整脉冲宽度811和/或810以达成离子平衡。

如果离子不平衡(其反映在平衡电流值252中)与设定点253中等程度地不同，那么离子不平衡中的中等调整可能足够了，且微控制器201可调整周期813和812以达成离子平衡。

如果离子不平衡(其反映在平衡电流值252中)与设定点253显著不同，那么离子不平衡中的大调整可能足够了，且微控制器201可分别在输出815和816中添加正和/或负脉冲。

在本发明的又一实施例中，图8中的微脉冲的至少一个极性的持续时间(脉冲宽度)比微脉冲之间的时间间隔至少短大约100倍。

在本发明的又一实施例中，图8中的微脉冲以彼此紧随的方式被布置成群组/脉冲串，且其中一个极性脉冲串包含大致2与16个之间的正电离脉冲，且在大致2与16个正电离脉冲之间包括负脉冲串，其中正与负脉冲串之间的时间间隔等于连续脉冲的周期的大约2倍。

图3中的流程图展示根据本发明的实施例的系统200的反馈算法300。通过使用反馈算法300提供离子平衡控制的函数在电离循环结束时运行。此算法由(例如)图2中的系统200执行。在框301中，开始平衡控制反馈算法。

在框302、303、304和305中，执行负脉冲宽度的控制值的计算。在框302中，通过从测量的离子平衡(平衡测量值(BalanceMeasurement))减去所要的离子平衡(设定点(SetPoint))来计算误差值(误差(Error))。在框303中，将误差值乘以环路增益。在框304中，控制值的计算限于最小值或最大值，使得控制值受到限制且将不落在范围之外。在框305中，将控制值加到最后一个负脉冲宽度值。

在框306、307、308和309中，递增或递减脉冲宽度。在框306中，将负脉冲宽度与最大值(MAX)比较。如果负脉冲宽度等于MAX，那么在框307中，递减正脉冲宽度，且算法300继续进行到框310。如果负脉冲宽度不等于MAX，那么算法300继续进行到框308。

在框308中，将负脉冲宽度与最小值(MIN)比较。如果负脉冲宽度等于MIN，那么在框309中，递减正脉冲宽度，且算法300继续进行到框310。如果负脉冲宽度不等于MIN，那么算法300继续进行到框310。当负脉冲宽度命中其控制极限时，正脉冲宽度的改变将以过冲平衡设定点的方式使平衡平移，从而迫使负脉冲到达其极限。

在框310、311、312和313中，当符合脉冲宽度极限时，递增或递减脉冲周期(周期(Rep-Rate))。在框310中，将正脉冲宽度与MAX比较且将负脉冲宽度与MIN比较。如果正脉冲宽度等于MAX且负脉冲宽度等于MIN，那么在框311中，交替地，递增正脉冲周期(周期(Rep-Rate))或递减负脉冲周期。算法300继续进行到框314。如果正脉冲宽度不等于MAX且负脉冲宽度不等于MIN，那么算法300继续进行到框312。

在框312中，将正脉冲宽度与MIN比较且将负脉冲宽度与MAX比较。如果正脉冲宽度等于MIN且负脉冲宽度等于MAX，那么在框313中，交替地，递减正脉冲周期(周期(Rep-Rate))或递增负脉冲周期。算法300继续进行到框314。如果正脉冲宽度不等于MIN且负脉冲宽度不等于MAX，那么算法300继续进行到框314。

当平衡靠近设定点时，使用正和负脉冲宽度控制。随着发射极点老化或随着环境规定，正和负脉冲宽度控制将不具有所述范围，且将“命中”控制极限(在其最大值为正且在其最小值为负(或反之亦然))。当此发生时，算法改变正或负周期，从而有效地增加或减少正或负离子产生的工作时间量，且使平衡朝向设定点平移。

在框314、315、316和317中，当符合脉冲宽度极限时，脉冲周期(周期(Rep-Rate))递增或递减。在框314中，将正脉冲周期与最小脉冲周期值(最小周期(MIN-Rep-Rate))比较且将负脉冲周期与最大脉冲周期值(最大周期(MAX-Rep-Rate))比较。如果正脉冲周期等于MIN-Rep-Rate且负脉冲周期等于MAX-Rep-Rate，那么在框315中，通过不工作时间计数将一个负脉冲平移到正脉冲，且算法300则继续进行到框318，在框318中，平衡控制反馈算法300结束。不工作时间计数是当电离波形关闭时。不工作时间是脉冲的负与正和正与负群组(或脉冲串)之间的时间，且此处被定义为等于具有正或负周期的脉冲持续时间的计数。

如果正脉冲周期不等于MIN-Rep-Rate且负脉冲周期不等于MAX-Rep-Rate，那么算法300继续进行到框316。

在框316中，将正脉冲周期与MAX-Rep-Rate比较且将负脉冲周期与MIN-Rep-Rate比较。如果正脉冲周期等于MAX-Rep-Rate且负脉冲周期等于MIN-Rep-Rate，那么在框317中，通过不工作时间计数将一个正脉冲平移到负脉冲，且算法300则继续进行到框318，在框318中，平衡控制反馈算法300结束。如果正脉冲周期不等于MAX-Rep-Rate且负脉冲周期不等于MIN-Rep-Rate，那么算法300继续进行到框318，在框318中，算法300结束。

当周期控制命中极限时，那么算法触发下一个调整控制等级。

将微脉冲从正脉冲群组平移到负脉冲群组的不工作时间脉冲群组，这使平衡在负方向上平移。相反地，将微脉冲从负脉冲群组平移到正脉冲群组的不工作时间脉冲群组，这使平衡在正方向上平移。使用不工作时间群组减少了这种效果，且因此提供更精细的控制。

图4中的流程图展示微脉冲产生器控制的算法400。驱动脉冲和高电压输出的波形示出于图8的图中。此算法400由(例如)图2中的系统200执行。在框401中，开始定时器1(Timer1)的中断服务例程。用于微脉冲产生器的算法400(例如)每隔0.1毫秒运行。

在框402中，递减微脉冲周期计数器。此计数器为Timer1的周期除法器计数器。Timer1为按0.1ms运行的主环路计时器和脉冲控制计时器。Timer1接通HVPS输出，因此开始微脉冲，而定时器0(Timer0)断开HVPS，从而结束微脉冲。因此，Timer1设定周期且触发模拟到数字转换，Timer0设定微脉冲宽度。

在框403中，如果微脉冲周期计数器等于2，那么执行比较。换句话说，执行测试以确定从下一个微脉冲的开始周期除法器计数是否为计数值2。框403中的步骤将使ADC(在微控制器201中)与紧处于下一个微脉冲传输之前的时间同步。如果微脉冲周期计数器等于2，那么将采样和保持电路205设定到采样模式，如框404中所展示。在框405中，微控制器201中的ADC读取来自采样和保持电路205的传感器输入信号。

如果微脉冲周期计数器不等于2，那么算法400继续进行到框406。

框404和405开始且执行模-数转换以准许微控制器201测量从采样和保持电路205接收的模拟输入。

当启用采样和保持电路205时，通常在于框403处在一个微脉冲出现之前大约0.2毫秒，其中微脉冲803和804分别具有脉冲宽度810和811，信号250(图2)则在被施加到驻留于微控制器201内部的模-数转换器(ADC)的输入端之前由低通滤波器206调节且由放大器207放大。就在采样和保持电路205启用(框404)采样和保持操作之后，向ADC发信号以开始转换(框405)。平衡信号的所得采样率通常为约1.0毫秒，且与微脉冲周期(rep-rate)同步。然而，实际采样率随着周期812、813(图8)变化而变化(如框310、311、312、313中展示的)，但将始终保持与微脉冲周期812、813同步。

根据此实施例，在下一个微脉冲之前信号采样的方法允许系统200忽略噪声和(电容性耦合的)电流浪涌且有利地避免破坏离子平衡测量值。

在框406中，执行测试以确定Timer1的周期除法器计数器是否已开始下一个微脉冲。如果微脉冲周期计数器等于零，那么执行比较。如果微脉冲周期计数器不等于零，那么算法400继续进行到框412。如果微脉冲周期计数器等于零，那么算法400继续进行到框417。

在框417中，从数据寄存器重新加载微脉冲周期计数器。这将针对下一个脉冲(微脉冲)的开始重新加载时间间隔。算法400接着继续进行到框408。

框408、409和410提供确定是开始新脉冲相位还是继续当前脉冲相位的步骤。

在框408中，如果微脉冲计数器等于零(0)，那么执行比较。

如果是这样，那么算法400继续进行到要求下一个脉冲相位的框410，且算法400继续进行到框411。

如果不是这样，那么算法400继续进行到要求继续目前脉冲相位的框409。

在框411中，起动Timer0(微脉冲宽度计数器)。Timer0控制微脉冲宽度，如下参考框414到417所论述的。

在框412中，使得所有系统中断。在框413中，结束Timer1的中断服务例程。

当Timer0时间届满时，基于框414到417控制实际微脉冲宽度。在框414中，起动Timer0的中断服务例程。在框415中，将正微脉冲驱动设定到关(即，断开正微脉冲)。在框416中，将负微脉冲驱动设定到关(即，断开负微脉冲)。在框417中，结束Timer0的中断服务例程。

如还在图400中的部分450中所示的，对于微脉冲驱动信号452，Timer0的持续时间等于微脉冲驱动信号452的微脉冲宽度454。微脉冲宽度454开始于脉冲上升边沿456(其在Timer0的起动时被触发)且结束于脉冲下降边沿458(其在Timer0的结束时被触发)。

对离子平衡传感器输入求平均的方法700的细节展示于图7中的流程图中。框701到706描述了采样和保持电路205的操作和来自采样和保持电路205的数据的ADC转换。在ADC转换701结束时，约0.1毫秒之后，停用采样和保持电路205，从而防止噪声和电流浪涌破坏平衡测量值。将所得测量值703和样本计数器705加到先前的原始测量值总和704值，且保存它，等待进一步处理。框707到716为用于对传感器101和/或204的测量值求平均的求平均例程，且获得离子平衡测量平均值，接着使用有限脉冲响应组合离子平衡测量平均值以将离子测量平均值与先前测量值714组合起来，从而产生在平衡控制环路中使用的最终平衡测量值。框714中的计算从先前的一系列传感器输入的测量值计算加权的平均值。在框715中，调用事件例程以基于框714中的计算对离子产生作出调整。

图5A、图5B和图6中的流程图说明在负和正极性脉冲串的形成期间的系统操作。离子循环531由以下各者组成：一系列正脉冲502、602，接着为不工作时间间隔503、603，接着为一系列负脉冲517、604，接着为不工作时间间隔518、605。当指定数目个电离循环已发生时708，计算离子平衡测量平均值709，且清除原始测量值总和710并清除样本计数器值710、711。

现参照图5A、图5B和图6。这些图为分别根据本发明的实施例的在负脉冲串和正脉冲串的形成期间的系统操作的流程图。在框501中，开始针对负脉冲串的下一个脉冲相位的例程。框502到515描述用于产生负脉冲系列和脉冲持续时间的不工作时间的步骤。框517到532描述用于产生正脉冲系列和脉冲持续时间的不工作时间的步骤。框601到613描述用于产生下一个脉冲相位或如果目前脉冲相位继续的步骤。

接着使用有限脉冲响应计算来组合平衡测量平均值以将平衡测量平均值与先前的测量值714组合起来，从而产生在平衡控制环路中使用的最终平衡测量值。

平衡控制环路301将平衡测量值与设定点值302比较，从而得到误差值。误差信号被乘以环路增益303，检查是否超过范围304/在范围304之下，且加到目前负脉冲宽度值。

在微脉冲HV供应系统202、203中，驱动微脉冲的脉冲宽度改变所得高电压(HV)波814、801、802的峰值振幅。在此情况下，改变负脉冲振幅以实现离子平衡的改变。如果误差信号值大于零，那么上调负脉冲宽度，因此增大负HV脉冲振幅，结果，在负方向上改变平衡。相反地，如果平衡为负，那么下调负脉冲宽度，因此在正方向上改变平衡。

在负脉冲宽度的不断调整期间且当条件保证时，负脉冲宽度可命中其控制极限。在此情形下，针对正失衡下调307正脉冲宽度，或针对负失衡上调309正脉冲宽度，直到负脉冲宽度可再次恢复控制。使用负和正脉冲宽度控制的这种方法产生大约10V的平均平衡控制调整范围，其具有小于3V的稳定性。

根据另一实施例，在大的失衡条件下，例如，在电离风机起动时，大量的污染物累积或发射极随着其老化而锈蚀，负脉冲宽度和正脉冲宽度将达到其控制极限310、312。在此情形下，调整正脉冲周期和负脉冲周期311、313，以使平衡到达一个点，在该点，正脉冲宽度与负脉冲宽度再一次落在其相应的控制范围内。因此，对于大的正失衡条件，增大负脉冲周期313，从而导致平衡的负平移。如果条件仍存在，那么减小正脉冲周期313，从而也导致平衡的负平移。改变正/负周期313的此交替方法继续，直到负脉冲宽度与正脉冲宽度再一次落在其控制范围内。同样地，对于大的负失衡条件，增大正脉冲周期311，交替地，减小负脉冲周期311，从而导致平衡的正平移。这种操作如前述那样继续，直到负脉冲宽度与正脉冲宽度再一次落在其控制范围内。

在存在极端失衡条件的情况下，负/正脉冲宽度和正/负周期调整都可能已命中其相应的控制极限310、312、314、316，正脉冲计数和负脉冲计数将接着被改变以使平衡到一个点，在该点，正/负周期再一次落在其相应的控制范围内。因此，对于极端正失衡条件，正脉冲计数将减小317，且不工作时间脉冲计数317将增大一个脉冲计数，从而导致平衡的负改变。

如果条件仍存在，那么将减小不工作时间脉冲计数317，且负脉冲计数将增大317一个脉冲计数，从而导致平衡的进一步负改变。一个脉冲从负分组/串到正分组/串的这种平移继续，直到正/负周期再一次落在其控制范围内。同样地，对于极端负失衡条件，一个脉冲在某一时间将通过不工作时间脉冲计数从正脉冲315分组/串平移到负脉冲分组315，从而导致平衡的正改变，直到正/负周期再一次落在其控制范围内。

在并行过程中，将平衡测量值与设定点比较。如果确定平衡测量值在其指定范围外，所述指定范围对应于在距电离器1英尺处测量到的+/–15V的平均CPM(电荷板监测器)读数，那么电离器的控制系统将触发平衡警报。

在图9中，示出用于提供反馈例程的方法，如果存在离子不平衡，那么所述反馈例程发起离子平衡警报。框901到909执行测量，将得到的测量值与阈值比较以确定平衡警报是否被发起。框910到916确定平衡警报是否被发起。

在每隔5秒的定时间隔中，评估平衡测量903，当落在此范围外时，使“1”移位到警报寄存器904内，否则，使“0”移位到警报寄存器902内。当警报寄存器含有值255(全“1”)时，宣告平衡测量处于警报状态。同样地，如果警报寄存器含有值0(全“0”)，那么宣告平衡测量不处于警报状态。忽略警报寄存器非255或0的任何值，且警报的状态不改变。这过滤警报通知，且防止偶发性的通知。作为副产物，通知延迟允许足够的时间以使平衡控制系统从外部刺激恢复。

在于每一ADC转换循环结束时运行的另一并行过程中，在图9B中，约每隔1毫秒，监测平衡控制系统。此例程910针对限制条件检查正和负脉冲计数911、912。如上所述的，当存在失衡条件且正/负脉冲宽度和正/负周期处于其相应极限时，调整正和负脉冲计数。然而，在不能使平衡返回到规范条件且正/负脉冲计数已达到其调整极限911、912时，通过将警报寄存器设定到全“1”值913、设定警报标志914和设定两个警报状态位915来强加警报状态。

以上论述的自动平衡控制的方法和技术不限于一个类型的电离风机。其可用于具有多种发射极电极的不同模型电离风机。自动系统的其他应用包括具有微脉冲高电压电力供应器的电离棒的模型。

本发明的说明的实施例的以上描述(包括在摘要中描述的内容)不希望为详尽的或将本发明限于所公开的精确形式。虽然本发明的具体实施例和实例在本文中是为了说明性目的而描述，但如所属领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内，各种等效修改是可能的。

可按照以上详述的描述对本发明进行这些修改。在随附权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限制于在说明书和权利要求书中公开的具体实施例。相反地，本发明的范围将全部由将根据权利要求书解释的确立的教义来解释的随附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于自动平衡的电离风机的设备，包括：

离子平衡控制系统，所述离子平衡控制系统被配置为在电离脉冲之间的时间间隔内对来自远程电离电流返回传感器或远程电离电压传感器中的至少一个的输出信号进行采样和比较。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述离子平衡控制系统被配置为通过有线连接从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述离子平衡控制系统被配置为通过无线连接从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述离子平衡控制系统和所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个通过无线连接可单独寻址。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述离子平衡控制系统被配置为与所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个配对，以接收所述输出信号。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述离子平衡控制系统还被配置为比较来自所述远程电离电流返回传感器和所述远程电离电压传感器的所述输出信号。

7.一种平衡微脉冲电离风机的控制系统，所述控制系统包括：

微脉冲高电压AC(交流电)电源，所述微脉冲高电压AC(交流电)电源被配置为产生短持续时间正极性电离脉冲和短持续时间负极性电离脉冲；

离子平衡控制系统，所述离子平衡控制系统被配置为在所述电离脉冲之间的时间间隔内，从远程电离电流返回传感器或远程电离电压传感器中的至少一个接收输出信号；和

微控制器，所述微控制器被配置为基于所述输出信号控制所述AC电源。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述离子平衡控制系统被配置为通过有线连接从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号。

9.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述离子平衡控制系统被配置为通过无线连接从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述离子平衡控制系统和所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个通过无线连接可单独寻址。

11.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述离子平衡控制系统被配置为与所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个配对，以接收所述输出信号。

12.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述离子平衡控制系统还被配置为比较来自所述远程电离电流返回传感器和所述远程电离电压传感器的所述输出信号。

13.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述微控制器通过至少下列方法之一的实现离子平衡：

增加和/或减少所述电离脉冲的正脉冲宽度值和/或负脉冲宽度值；

增加和/或减少所述电离脉冲的正脉冲之间的时间和/或负脉冲之间的时间；或

增加和/或减少所述电离脉冲的正极性脉冲和/或负极性脉冲的数目。

14.一种提供对平衡微脉冲电离风机的控制的方法，所述方法包括：

产生短持续时间正极性电离脉冲和短持续时间负极性电离脉冲；

其中产生所述电离脉冲进一步包括：

在所述电离脉冲之间的时间间隔内从远程电离电流返回传感器或远程电离电压传感器中的至少一个接收输出信号；和

基于所述输出信号控制AC电源以产生所述电离脉冲。

15.根据权利要求14所述的方法，其中从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号包括通过有线连接接收所述输出信号。

16.根据权利要求14所述的方法，其中从所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个接收所述输出信号包括通过无线连接接收所述输出信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个通过无线连接可单独寻址。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括与所述远程电离电流返回传感器或所述远程电离电压传感器中的至少一个建立配对，以接收所述输出信号。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括比较来自所述远程电离电流返回传感器和所述远程电离电压传感器的所述输出信号。

20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括基于对至少下列之一的控制实现离子平衡：

增加和/或减少所述电离脉冲的正脉冲宽度值和/或负脉冲宽度值；

增加和/或减少所述电离脉冲的正脉冲之间的时间和/或负脉冲之间的时间；或

增加和/或减少所述电离脉冲的正极性脉冲和/或负极性脉冲的数目。