CN111683448A - 一种等离子体发生器及等离子体灭菌器 - Google Patents

一种等离子体发生器及等离子体灭菌器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种等离子体发生器，具有电极、控制模块及电池，电极在交流电压作用下形成变化的电场，用于电离工作；控制模块用于控制生成所述电极所需要的交流电压；电池用于给控制模块供电，满足控制模块运行及生成所述的交流电压。本发明采用电池供电，方便移动使用；由控制模块的微处理器产生驱动信号驱动场效应管，再由场效应管驱动升压变压器，输出的驱动信号频率稳定，精度高；使得整个电路简单化，从而减少很多元件；可在同一块电路板上集成布置，达到电路小型化的功效；优化了驱动电路，达同时提升工作精度、可靠性，适合推广利用，尤其是适合局部小范围的杀菌，制作成等离子体灭菌器，用于人体或动物表皮的杀菌，方便、实用。

Description

一种等离子体发生器及等离子体灭菌器
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，尤其是涉及等离子体发生器及其应用的技术领域。
背景技术
目前市场上应用的等离子体发生电路都是通过将市电通过降压变压器降压或者通过开关稳压电源降压给电路板供电；升压变压器的工作电压也是通过市电的降压得到，整体设计复杂，体积大，对于移动使用不方便。
传统的变压器驱动电路是由专用的PWM芯片产生脉冲波驱动场效应管，再由场效应管驱动变压器进行工作，PWM芯片的输出频率由外部的电阻和电容电路决定，精度差，容易受温度的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体发生器，以及采用该等离子体发生器的等离子体灭菌器，优化驱动电路，达到小型化，同时提升工作精度、可靠性。
为达到上述目的，本发明提供的一种等离子体发生器，其至少具有：
电极，该电极在交流电压作用下形成变化的电场，用于电离工作；
控制模块，该控制模块用于控制生成所述电极所需要的交流电压；
电池，该电池用于给控制模块供电，满足控制模块运行及生成所述的交流电压。
上述方案进一步是，所述电极连接在控制模块提供的升压变压器的次级线圈，该升压变压器的初级线圈分成上部分和下部分，且上部分和下部分分别给予驱动而获得交替流过该升压变压器的电流。
上述方案进一步是，所述控制模块是基于微处理器U8构建，该微处理器U8输出驱动信号驱动升压变压器工作，以此生成所述电极所需要的交流电压；所述升压变压器的初级线圈通过电池升压电路连接电池。
上述方案进一步是，所述微处理器U8的输出通过变压器驱动电路驱动升压变压器工作，该变压器驱动电路包括功率场效应管Q6及功率场效应管Q7；功率场效应管Q6和功率场效应管Q7组成半桥驱动的电路形式驱动升压变压器，微处理器U8输出的驱动信号给予功率场效应管Q6和功率场效应管Q7交替导通，使升压变压器的初级线圈上部分和下部分交替流过电流。
上述方案进一步是，所述电池升压电路包括升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1、肖特基二极管D1、数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2；其中，所述升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1及肖特基二极管D1组成了升压主回路；数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2组成了电压反馈回路；数字电位器芯片U3通过端口/CS和端口U/D与微处理器U8进行通信，数字电位器芯片U3通过从微处理器U8获得的指令来改变输出电阻的大小，从而使升压主控芯片U1的FB端口的电压产生变化，升压主控芯片U1根据FB端口的电压变化来改变EXT端口的PWM输出，从而改变升压主回路的电压输出。
上述方案进一步是，所述电池与电池升压电路之间还嵌设有过流保护电路，该过流保护电路包括电流传感器U7、电压基准U5及电压比较器U2；所述电压基准U5产生2.5V的基准电压，为电压比较器U2提供一个参考电压；所述电流传感器U7测量工作电流：当有电流通过电流传感器U7时，电流传感器U7的OUT端口产生一个电压信号，该电压信号被送到电压比较器U2的同相输入端以及被送到微处理器U8；电压比较器U2的反相端接2.5V的基准电压，同相端接电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号，当电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号大于基准电压时，电压比较器的输出端口从高电平变为低电平，从而使开关管Q1关闭，以此切断电池与电池升压电路的导通。
上述方案进一步是，所述微处理器U8的型号是STC15F2K60S2，在微处理器U8的外围还设有按键部分、显示部分及电池管理电路，电池管理电路包括充电管理芯片U4及温度传感器NTC_R1；充电管理芯片U4通过通信端口跟微处理器U8进行通信，通信内容包括：从微处理器U8获取充电电流的限制，充电电压的限制，放电电压的限制，电池温度的限制；通信内容还包括向微处理器U8提供电池的电压数据；温度传感器NTC_R1是贴装在电池表面，当电池温度发生变化时，温度传感器NTC_R1的电阻值也会发生相应的变化，充电管理芯片U4根据温度传感器NTC_R1的电阻值变化情况来判断电池的温度。
上述方案进一步是，所述电极是由导电的材料在表面上覆盖一层绝缘材料而制成。
上述方案进一步是，所述升压变压器为小型高频变压器，且是经过在真空环境中进行封胶工艺处理的变压器。
为达到上述目的，本发明提供的一种等离子体灭菌器，该等离子体灭菌器包括上述的等离子体发生器，适合用于人体或动物表皮的杀菌。
本发明放弃外部变压器供电，采用电池供电，方便移动使用；放弃由专用PWM发生电路驱动升压变压器的方法，由控制模块的微处理器产生驱动信号驱动场效应管，再由场效应管驱动升压变压器，输出的驱动信号频率稳定，精度高；使得整个电路简单化，从而减少很多元件；可在同一块电路板上集成布置，达到电路小型化的功效；优化了驱动电路，达同时提升工作精度、可靠性，适合推广利用，尤其是适合局部小范围的杀菌，制作成等离子体灭菌器，用于人体或动物表皮的杀菌，方便、实用。
附图说明
图1为本发明的方框原理图；
图2为本发明其一实施例的电路图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参阅图1、2所示，本发明提出的一种等离子体发生器，其至少具有电极1、控制模块及电池2。该电极1在交流电压作用下形成变化的电场，用于电离工作；该控制模块用于控制生成所述电极所需要的交流电压；该电池2用于给控制模块供电，满足控制模块运行及生成所述的交流电压。电池供电，不仅方便移动实施，而且放弃外部变压器供电，极大简化电路设计，利于产品小型化设计。
本实施例中，所述的控制模块优选包括有微处理器U8、升压变压器3及变压器驱动电路4；控制模块是基于微处理器U8构建，优选微处理器U8的型号是STC15F2K60S2。所述电极1连接在控制模块提供的升压变压器3的次级线圈，而升压变压器3的初级线圈通过电池升压电路5连接电池2，且升压变压器3的初级线圈分成上部分和下部分，且上部分和下部分分别给予驱动而获得交替流过该升压变压器的电流，由此升压变压器3的次级线圈上产生一个很高的交流电压，输出到电极1上形成变化的电场，用于电离工作，当电极靠近人体表皮时，表皮附近的空气就被电离，形成等离子体。所述电池升压电路5包括升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1、肖特基二极管D1、数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2；其中，升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1及肖特基二极管D1组成了升压主回路，将电池输出的电压升高到一定值。数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2组成了电压反馈回路，配合微处理器U8协调控制升压主回路工作。数字电位器芯片U3通过端口/CS和端口U/D与微处理器U8进行通信，数字电位器芯片U3通过从微处理器U8获得的指令来改变输出电阻的大小，从而使升压主控芯片U1的FB端口的电压产生变化，升压主控芯片U1根据FB端口的电压变化来改变EXT端口的PWM输出，从而改变升压主回路的电压输出；本实例的电池升压电路输出电压变化范围是5.1V—14V。
参阅图1、2所示，本实施例中，所述微处理器U8直接输出驱动信号驱动升压变压器工作，以此生成所述电极所需要的交流电压，优选地，微处理器通过编程产生高频率方波，以此驱动升压变压器工作。具体是，所述微处理器U8的输出通过变压器驱动电路4驱动升压变压器3工作，变压器驱动电路4包括有功率场效应管Q6、功率场效应管Q7；该功率场效应管Q6和功率场效应管Q7组成半桥驱动的电路形式驱动升压变压器，功率场效应管Q6的驱动信号PWM1由微处理器U8的P0.7端口输出，功率场效应管Q7的驱动信号PWM2由微处理器U8的P0.6端口输出；当PWM1为高电平且PWM2为低电平时，功率场效应管Q6导通，功率场效应管Q7关闭，电流经升压变压器3的初级线圈的上部分回到负极；当PWM2为高电平且PWM1为低电平时，功率场效应管Q7导通，功率场效应管Q6关闭，电流经升压变压器3的初级线圈的下部分回到负极，这样升压变压器3的初级线圈的上部分和下部分获得交替流过该升压变压器的电流，由此升压变压器3的次级线圈上产生一个很高的交流电压。本实施例优选地，初级线圈的上部分和下部分参数一致，经过上述交替驱动，升压变压器3把电池升压电路5的输出电压升高到电极的工作电压。
参阅图1、2所示，本实施例中，所述电池2与电池升压电路5之间还嵌设有过流保护电路6，防止过流冲击，保护产品工作的稳定性、可靠性及安全性。该过流保护电路包括电流传感器U7、电压基准U5及电压比较器U2；所述电压基准U5产生2.5V的基准电压，为电压比较器U2提供一个参考电压。所述电流传感器U7测量整个系统的工作电流：当有电流通过电流传感器U7时，电流传感器U7的OUT端口产生一个电压信号，流过电流传感器U7的电流越大，电流传感器U7的OUT端口产生的电压信号越大；进一步地，这个电压信号被送到电压比较器U2的同相输入端以及还被送到微处理器U8的P1.5端口。电压比较器U2的反相端接2.5V的基准电压，同相端接电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号，当电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号大于基准电压时，电压比较器的输出端口从高电平变为低电平，从而使开关管Q1关闭；以此切断电池与电池升压电路的导通，给予保护。
参阅图1、2所示，本实施例中，在微处理器U8的外围还设有按键部分9、显示部分8及电池管理电路7，所述按键部分9中包含有按键S1和按键S2，按键部分9负责向微处理器U8传递用户的操作指令，达到人机交互，方便操作实施。所述显示部分8为LCD，负责显示工作模式、电池电压、电池电流、工作强度及工作时间等，给予数字化显示，方便使用者了解工作状况。电池管理电路7给电池的日常管理及保护，提升使用寿命。电池管理电路7主要包括充电管理芯片U4、温度传感器NTC_R1；该充电管理芯片U4通过通信端口（端口SCL，端口SDA，端口DIG_IO1，端口DIG_IO2，端口DIG_IO3，端口SYS_EN）跟微处理器U8进行通信，通信内容包括：从微处理器U8获取充电电流的限制，充电电压的限制，放电电压的限制，电池温度的限制；通信内容还包括向微处理器U8提供电池的电压数据。当插上充电器后，充电管理芯片U4根据设置好的充电参数对电池BT1进行充电，当电池电压达到设定值时，充电管理芯片U4关闭内部的充电开关，停止充电。温度传感器NTC_R1是贴装在电池2表面的，直接接触感测，灵敏度高，控制精准。当电池温度发生变化时，温度传感器NTC_R1的电阻值也会发生相应的变化，充电管理芯片U4根据温度传感器NTC_R1的电阻值变化情况来判断电池的温度，提升使用安全性及可靠性。
参阅图1、2所示，本发明中的电极1直接与升压变压器3的输出端连接，电路简化，制作成本低。升压变压器3的次级线圈上产生一个很高的交流电压直接输出到电极1上形成变化的电场，即可用于电离工作，当电极靠近人体表皮时，表皮附近的空气就被电离，形成等离子体，用于杀菌、净化及其他辅助工作等。本发明中优选电极1为外部覆盖一层绝缘材料的导电材料，电极只需要在导电材料上覆盖一层绝缘材料，极大的简化的电极的生产，方便电极制作成各种形状和各种尺寸。所述升压变压器3为小型高频变压器；为达到高升压比的目的，升压变压器的次级线圈匝数设计成远远高于初级线圈的匝数；为达到线圈内部不被高电压击穿的目的，升压变压器需作如下处理：在真空环境中，用绝缘胶将升压变压器完全密封起来。
附表：本实施例所用的零件型号规格如下：
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本发明所采用的变压器驱动电路直接使用微处理器编程产生方波驱动，省去了专用的PWM发生电路，简化了电路；所述电池升压电路5采用高效率的DC-DC升压电路，电路简单，易实施，且高效的DC-DC升压电路发热量很小，无需散热片，减小了体积，方便产品移动使用。
本发明根据上述的等离子体发生器，提出一种等离子体灭菌器，该等离子体灭菌器包括上述的等离子体发生器，由此制作的等离子体灭菌器结构简单，体形小，通过该等离子体发生器工作获得等离子体，适合局部小范围的杀菌，尤其适合用于人体或动物表皮的杀菌，产品小巧，方便移动使用，符合日常防护所需。
本发明放弃外部变压器供电，采用电池供电，方便移动使用；放弃由专用PWM发生电路驱动升压变压器的方法，由控制模块的微处理器产生驱动信号驱动场效应管，再由场效应管驱动升压变压器，输出的驱动信号频率稳定，精度高；使得整个电路简单化，从而减少很多元件；可在同一块电路板上集成布置，达到电路小型化的功效；优化了驱动电路，达同时提升工作精度、可靠性，适合推广利用，尤其是适合局部小范围的杀菌，制作成等离子体灭菌器，用于人体或动物表皮的杀菌，方便、实用。
当然，以上结合实施方式对本发明做了详细说明，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，因此，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种等离子体发生器，其特征在于，至少具有：
电极，该电极在交流电压作用下形成变化的电场，用于电离工作；
控制模块，该控制模块用于控制生成所述电极所需要的交流电压；
电池，该电池用于给控制模块供电，满足控制模块运行及生成所述的交流电压。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述电极连接在控制模块提供的升压变压器的次级线圈，该升压变压器的初级线圈分成上部分和下部分，且上部分和下部分分别给予驱动而获得交替流过该升压变压器的电流。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述控制模块是基于微处理器U8构建，该微处理器U8输出驱动信号驱动升压变压器工作，以此生成所述电极所需要的交流电压；所述升压变压器的初级线圈通过电池升压电路连接电池。
4.根据权利要求3所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述微处理器U8的输出通过变压器驱动电路驱动升压变压器工作，该变压器驱动电路包括功率场效应管Q6及功率场效应管Q7；功率场效应管Q6和功率场效应管Q7组成半桥驱动的电路形式驱动升压变压器，微处理器U8输出的驱动信号给予功率场效应管Q6和功率场效应管Q7交替导通，使升压变压器的初级线圈上部分和下部分交替流过电流。
5.根据权利要求3所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述电池升压电路包括升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1、肖特基二极管D1、数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2；其中，所述升压主控芯片U1、开关管Q8、电感L1及肖特基二极管D1组成了升压主回路；数字电位器芯片U3、电阻RF1及电阻RF2组成了电压反馈回路；数字电位器芯片U3通过端口/CS和端口U/D与微处理器U8进行通信，数字电位器芯片U3通过从微处理器U8获得的指令来改变输出电阻的大小，从而使升压主控芯片U1的FB端口的电压产生变化，升压主控芯片U1根据FB端口的电压变化来改变EXT端口的PWM输出，从而改变升压主回路的电压输出。
6.根据权利要求3所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述电池与电池升压电路之间还嵌设有过流保护电路，该过流保护电路包括电流传感器U7、电压基准U5及电压比较器U2；
所述电压基准U5产生2.5V的基准电压，为电压比较器U2提供一个参考电压；
所述电流传感器U7测量工作电流：当有电流通过电流传感器U7时，电流传感器U7的OUT端口产生一个电压信号，该电压信号被送到电压比较器U2的同相输入端以及被送到微处理器U8；
电压比较器U2的反相端接2.5V的基准电压，同相端接电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号，当电流传感器U7的OUT端口输出的电压信号大于基准电压时，电压比较器的输出端口从高电平变为低电平，从而使开关管Q1关闭，以此切断电池与电池升压电路的导通。
7.根据权利要求3所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述微处理器U8的型号是STC15F2K60S2，在微处理器U8的外围还设有按键部分、显示部分及电池管理电路，电池管理电路包括充电管理芯片U4及温度传感器NTC_R1；
充电管理芯片U4通过通信端口跟微处理器U8进行通信，通信内容包括：从微处理器U8获取充电电流的限制，充电电压的限制，放电电压的限制，电池温度的限制；通信内容还包括向微处理器U8提供电池的电压数据；
温度传感器NTC_R1是贴装在电池表面，当电池温度发生变化时，温度传感器NTC_R1的电阻值也会发生相应的变化，充电管理芯片U4根据温度传感器NTC_R1的电阻值变化情况来判断电池的温度。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述电极是由导电的材料在表面上覆盖一层绝缘材料而制成。
9.根据权利要求2所述的一种等离子体发生器，其特征在于，所述升压变压器为小型高频变压器，且是经过在真空环境中进行封胶工艺处理的变压器。
10.一种等离子体灭菌器，其特征在于：所述等离子体灭菌器包括权利要求1至9任意一项所述的等离子体发生器。
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