CN112142011B - 一种臭氧发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种臭氧发生装置。本发明的臭氧发生装置，包括电压管理单元、制备量管理单元、前置驱动单元、功率驱动单元以及臭氧发生件；电压管理单元与制备量管理单元电连接，前置驱动单元电连接制备量管理单元和功率驱动单元，功率驱动单元与臭氧发生件电连接；电压管理单元将电路电压管理为恒定电压，制备量管理单元根据恒定电压向前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，前置驱动单元放大制备信号的幅度并将放大后的制备信号发送至功率驱动单元，功率驱动单元以与放大后的制备信号对应的工作功率驱动臭氧发生件制取臭氧。本发明的臭氧发生装置，能够在高压高频强电场下高效制备臭氧。

Description

一种臭氧发生装置
技术领域
本发明涉及臭氧制备技术领域，特别是涉及一种臭氧发生装置。
背景技术
臭氧是氧气的一种同素异形体，其具有强氧化性，可在较低温度下发生氧化反应，常用作强氧化剂、漂白剂、皮毛脱臭剂、空气净化剂、消毒杀菌剂、饮用水的消毒脱臭剂等。常用的制备臭氧的方法有光电法、电化学法、电晕放电法等。然而，目前很多用于制备臭氧的装置无法准确地监控臭氧的制备量，如果想快速制备大量的臭氧，就需要在高压高频强电场下制备臭氧，而在高压高频强电场下迅速制备臭氧是具有极大的技术挑战的。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种臭氧发生装置，其能够在高压高频强电场下高效制备臭氧。
一种臭氧发生装置，包括电压管理单元、制备量管理单元、前置驱动单元、功率驱动单元以及臭氧发生件；
所述电压管理单元与所述制备量管理单元电连接，所述前置驱动单元电连接所述制备量管理单元和所述功率驱动单元，所述功率驱动单元与所述臭氧发生件电连接；
所述电压管理单元将电路电压管理为恒定电压，所述制备量管理单元根据所述恒定电压向所述前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，所述前置驱动单元放大所述制备信号的幅度并将放大后的制备信号发送至所述功率驱动单元，所述功率驱动单元以与所述放大后的制备信号对应的工作功率驱动所述臭氧发生件制取臭氧。
本发明的臭氧发生装置，通过电压管理单元将电路电压管理为较高的恒定电压，在恒定电压下，制备量管理单元采用单片机逻辑程序控制，采用脉冲调宽的模式，调节制备量管理单元的占空比，不同的占空比对应不同的制备量，待选定占空比，即选定目标制备量时，制备量管理单元向前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，以提供稳定的信号源，通过前置驱动单元放大制备信号的幅度，功率驱动单元在合适的参数下提高工作功率，继而驱动臭氧发生件释放出臭氧。本发明的臭氧发生装置，在高压高频强电场下实现制备量可控的快速制备臭氧，整个制备过程电压恒定且可控，而且能够安全且高效地制备臭氧，释放的臭氧既可杀菌又可净化空气。
进一步优选地，所述电压管理单元包括电源保护单元和压降管理单元，所述电源保护单元与电源电连接，所述压降管理单元电连接所述电源保护单元和所述制备量管理单元，并将电源电压管理为恒定电压。
进一步优选地，所述电源包括外部电源和内部电源；所述电压管理单元还包括充电开关单元、充电管理单元、以及升压管理单元；
所述充电开关单元电连接所述电源保护单元和所述充电管理单元，所述升压管理单元电连接所述充电管理单元和所述制备量管理单元；
当所述电源保护单元与所述外部电源电连接时，所述充电开关单元闭合通电，所述充电管理单元将外部电源电压管理为充电电压，所述升压管理单元将所述充电电压管理为恒定电压，并将所述恒定电压输送至所述制备量管理单元。
进一步优选地，所述臭氧发生装置还包括电量取样单元，所述电量取样单元与所述制备量管理单元电连接，并采集所述制备量管理单元的实际工作电压，当所述实际工作电压小于电压下限阈值时，所述制备量管理单元进入待机状态。
进一步优选地，所述电量取样单元还与所述电压管理单元电连接，当在预设时间段内所述电压管理单元保持停止向所述制备量管理单元输送恒定电压时，即当所述电量取样单元采集的实际工作电压在所述预设时间段内保持小于所述电压下限阈值时，所述制备量管理单元由所述待机状态进入休眠状态。
进一步优选地，所述臭氧发生装置还包括前置驱动开关，所述前置驱动开关电连接所述制备量管理单元和所述前置驱动单元，当所述制备量管理单元进入休眠状态时，所述前置驱动开关断开且停止通电。
进一步优选地，所述制备量管理单元设置有时间指示灯、制备量指示灯、工作指示灯、以及待机状态指示灯。
进一步优选地，所述功率驱动单元包括反馈子单元，所述反馈子单元电连接所述功率驱动单元和所述前置驱动单元，并将所述功率驱动单元的输出电流反馈至所述前置驱动单元，所述前置驱动单元根据所反馈的输出电流调整制备信号的幅度。
进一步优选地，所述前置驱动单元包括驱动芯片，所述驱动芯片的IN引脚和VCC引脚与所述制备量管理单元电连接，所述驱动芯片的OUTS引脚和OUTD引脚与所述功率驱动单元电连接，所述驱动芯片的SD引脚和GND引脚接地。
进一步优选地，所述功率驱动单元包括变压器，所述变压器的两个输入端分别与所述驱动芯片的OUTS引脚和OUTD引脚电连接，所述变压器与所述芯片的OUTD引脚电连接的输入端电连接有稳压二极管和NMOS管，所述变压器的两个输出端与所述臭氧发生件电连接。
相对于现有技术，本发明的臭氧发生装置，在高压高频强电场下实现制备量可控的快速制备臭氧，整个制备过程电压恒定且可控，而且能够安全且高效地制备臭氧，释放的臭氧既可杀菌又可净化空气；能够保护电源，又能够向电路提供稳定的电压；还具有充电放电的性能，大大提高本发明的臭氧发生装置的内部电源的使用寿命，又能提高本发明的臭氧发生装置的实用性；既能够预先放大制备信号的幅度继而驱动臭氧制备，又能通过负反馈调整制备信号的幅度，使输出恒定在合适范围，既能够提高制备过程的效率，又能保证整个臭氧发生装置的电路的安全性。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的臭氧发生装置的整体示意图。
图2是本发明的臭氧发生装置的压降管理单元和电源保护单元的实现电路示意图。
图3是本发明的臭氧发生装置的电量取样单元、充电开关单元、充电管理单元、以及升压管理单元的实现电路示意图。
图4是本发明的臭氧发生装置的制备量管理单元的实现电路示意图。
图5是本发明的臭氧发生装置的前置驱动开关、前置驱动单元、以及功率驱动单元的实现电路示意图。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明的臭氧发生装置，如图1所示，包括电压管理单元、制备量管理单元、前置驱动单元、功率驱动单元以及臭氧发生件；
所述电压管理单元与所述制备量管理单元电连接，所述前置驱动单元电连接所述制备量管理单元和所述功率驱动单元，所述功率驱动单元与所述臭氧发生件电连接；
所述电压管理单元将电路电压管理为恒定电压，所述制备量管理单元根据所述恒定电压向所述前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，所述前置驱动单元放大所述制备信号的幅度并将放大后的制备信号发送至所述功率驱动单元，所述功率驱动单元以与所述放大后的制备信号对应的工作功率驱动所述臭氧发生件制取臭氧。
本发明的臭氧发生装置，通过电压管理单元将电路电压管理为较高的恒定电压，该恒定电压优选为4.7V；在恒定电压下，制备量管理单元优选采用单片机逻辑程序控制，单片机逻辑程序控制的频率范围在20-40KHZ，采用脉冲调宽的模式，调节制备量管理单元的占空比，不同的占空比对应不同的制备量，具体地，单片机逻辑程序控制的频率优选为30KHZ，占空比的范围为1/3至5/6，具体地，最大占空比为667，对应的制备量为600mg/h，居中占空比为640，对应的制备量为500mg/h，最小占空比为625，对应的制备量为400mg/h；制备量管理单元为本发明的臭氧发生装置的使用提供定时及输出脉冲幅度控制，其占空比可通过人为改变，待选定占空比，即选定目标制备量时，制备量管理单元向前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，以提供稳定的信号源；由于从制备量管理单元输出的制备信号的幅度较小，如果直接驱动功率驱动单元，会使功率驱动单元消耗过大，因此先通过前置驱动单元放大制备信号的幅度；具体地，前置驱动单元会将制备信号的幅度放大至5V，频率为30KHZ，功率驱动单元中主要由高频变压器ET1在合适的参数下推动工作功率，放大制备信号经过Q3后，ET1将其幅度提升至3KV-3.5KV，然后通过ET1的HVOUT1/HVOUT2端输出高压至臭氧发生件，随即臭氧发生件释放出臭氧。
本发明的臭氧发生装置，在高压高频强电场下实现制备量可控的快速制备臭氧，整个制备过程电压恒定且可控，而且能够安全且高效地制备臭氧，释放的臭氧既可杀菌又可净化空气。
具体地，所述臭氧发生件包括臭氧发生器和/或臭氧片。
臭氧片，即臭氧发生片，也叫沿面放电陶瓷片，其是利用陶瓷绝缘介质表面上的沿面放电，产生低温等离子体来实现臭氧发生功能的器件。沿面放电陶瓷片的结构特点是电极分别布置在陶瓷基片的两边，在高频高电压强电场作用下，气体沿电介质表面发生脉冲电晕放电，产生等离子体，使氧分子在瞬间分解为单原子氧，单原子氧又迅速与氧结合成臭氧，即O2+O-＝O3。
进一步地，所述电压管理单元包括电源保护单元和压降管理单元，电源保护单元和压降管理单元的实现电路可如图2所示，所述电源保护单元与电源电连接，所述压降管理单元电连接所述电源保护单元和所述制备量管理单元，并将电源电压管理为恒定电压。
电源保护单元也可以称为极性保护及输入状态取样单元，其可避免用户在接上非标电源时可能由于极性和本设计不相符而引起的短路起火或者电路元器件冲击，从而损坏整机。在用户没有接上非标电源时，电源保护单元允许电路通电，以为整机提供安全且可靠的电压。由于在本实施例中为本发明的臭氧发生装置设置了较大的电源电压输入范围，具体为6V-24V，即6V-24V的直流电都可以输入至本发明的臭氧发生装置，而压降管理单元会将输入的电源电压恒定在5V，并将恒定电压提供给整机作为动能的能源。
进一步地，所述电源包括外部电源和内部电源。
内部电源可为干电池5#4/6V或锂电池，内部电源的供电方式只能选其一。
进一步地，所述电压管理单元还包括充电开关单元、充电管理单元、以及升压管理单元；
所述充电开关单元电连接所述电源保护单元和所述充电管理单元，所述升压管理单元电连接所述充电管理单元和所述制备量管理单元；
当所述电源保护单元与所述外部电源电连接时，所述充电开关单元闭合通电，所述充电管理单元将外部电源电压管理为充电电压，所述升压管理单元将所述充电电压管理为恒定电压，并将所述恒定电压输送至所述制备量管理单元。
在本实施例中，充电开关单元、充电管理单元、以及升压管理单元的实现电路可如图3所示，充电开关单元，在电源保护单元与外部电源电连接时，充电开关单元才闭合通电，允许外部电源电压进入充电管理单元，如果电源保护单元没有与外部电源电连接，本发明的臭氧发生装置的电路使用内部电源逆变的电压，内部电源逆变的电压禁止进入充电管理单元，以免造成电压倒灌。
更具体地，充电管理单元采用5V对3.7V的充电管理电路，因为使用的电压较低，其安全性能较高，再加上脉冲充电及涓流充电，能够大大延长内部电源的使用寿命，在充电管理单元中，决定内部电源的充电电流可由R20适当地决定，电流越大、充电时间越短。在本发明中，适当选取R20的阻值，使充电电流优选为180-200mA(具体地，当R20＝3K时，充电电流为180mA，当R20＝2.2K时，充电电流为200mA)，既能快速对内部电源进行充电，又能保证本发明的臭氧发生装置的使用安全性。
更具体地，因为本发明的臭氧发生装置的电路中使用5V为主能源，而充电管理单元管理后的电压为3.7V，所以需要升压管理单元对充电管理单元管理后的电压进行升压后，才能使本发明的臭氧发生装置的电路正常工作，本发明优选采用低能耗的电路工作，因为升压的电压越高，能源消耗越大，转换效率越低，所以在本发明中，升压管理单元仅仅将3.7V的电压提升至4.7V，这样既能保证电路的正常工作，也能将转换效率稳定在90％，还能延长内部电源的使用寿命。另外，当内部电源电压低于3.2V时，升压管理单元自动停止升压，本发明的臭氧发生装置的电路由于得不到正常的工作电压而停止工作。
另外，压降管理单元也可将恒定电压提供至充电管理单元。
进一步地，所述臭氧发生装置还包括电量取样单元，电量取样单元的实现电路可如图3所示，所述电量取样单元与所述制备量管理单元电连接，并采集所述制备量管理单元的实际工作电压，当所述实际工作电压小于电压下限阈值时，所述制备量管理单元进入待机状态。
进一步地，所述电量取样单元还与所述电压管理单元电连接，当在预设时间段内所述电压管理单元保持停止向所述制备量管理单元输送恒定电压时，即当所述电量取样单元采集的实际工作电压在所述预设时间段内保持小于所述电压下限阈值时，所述制备量管理单元由所述待机状态进入休眠状态。
制备量管理单元在得到稳定的恒定电压后，正常工作，电量取样单元采集制备量管理单元的实际工作电压，本实施例中的电压下限阈值优选为3.2V，如果制备量管理单元的实际工作电压低于电压下限阈值(3.2V),制备量管理单元会由正常工作状态进入待机状态，当在预设时间段内电压管理单元保持停止向制备量管理单元输送恒定电压时，本实施例中的预设时间段为10秒钟，即当电量取样单元采集的实际工作电压在预设时间段(10秒)内保持小于电压下限阈值(3.2V)时，制备量管理单元会由待机状态进入休眠状态，而本发明的臭氧发生装置的电路处于静默状态，功耗只有20微安。
另外，当电路中没有使用充电放电功能时，R16要短接，反之开路。
进一步地，所述臭氧发生装置还包括前置驱动开关，所述前置驱动开关电连接所述制备量管理单元和所述前置驱动单元，当所述制备量管理单元进入休眠状态时，所述前置驱动开关断开且停止通电。
在本实施例中，制备量管理单元的实现电路可如图4所示，前置驱动开关、前置驱动单元、以及功率驱动单元的实现电路可如图5所示。
当制备量管理单元进入休眠状态，即本发明的臭氧发生装置的电路处于静默状态时，静态消耗会过大，因此，当制备量管理单元停止工作时，需要前置驱动开关断开，且断开对前置驱动单元的电压供给，反之，当制备量管理单元正常工作时，前置驱动开关闭合通电。
进一步地，所述制备量管理单元设置有时间指示灯、制备量指示灯、工作指示灯、以及待机状态指示灯。
具体地，制备量管理单元设有进行人机交互操作的3个按键，以及制备量管理单元还设有阵距扫描显示，其由少数IO口驱动比较多的LED做状态显示灯，状态显示灯包括时间指示灯、制备量指示灯(输出强度指示灯)、工作指示灯、以及待机状态指示灯，以更清晰明了地显示本发明的臭氧发生装置在制备臭氧过程中的各个状态。
进一步地，所述功率驱动单元包括反馈子单元，所述反馈子单元电连接所述功率驱动单元和所述前置驱动单元，并将所述功率驱动单元的输出电流反馈至所述前置驱动单元，所述前置驱动单元根据所反馈的输出电流调整制备信号的幅度。
具体地，所述前置驱动单元包括驱动芯片U4，所述驱动芯片U4的IN引脚和VCC引脚与所述制备量管理单元电连接，所述驱动芯片U4的OUTS引脚和OUTD引脚与所述功率驱动单元电连接，所述驱动芯片U4的SD引脚和GND引脚接地。
更具体地，所述功率驱动单元包括变压器ET1，所述变压器ET1的两个输入端分别与所述驱动芯片U4的OUTS引脚和OUTD引脚电连接，所述变压器ET1与所述芯片U4的OUTD引脚电连接的输入端电连接有稳压二极管和NMOS管，所述变压器ET1的两个输出端与所述臭氧发生件电连接。
本发明中的功率驱动单元可通过OUTD端口将功率驱动单元的输出电流反馈至前置驱动单元，前置驱动单元根据所反馈的输出电流调整制备信号的幅度，以将功率驱动单元的输出功率恒定在合适的范围内，强化电路的稳定性。
进一步地，前置驱动单元由图5中的R26/R27/R28/R29/C26/C16构成输出电流，当接收反馈后，再调整输出的工作功率，再驱动功率驱动单元。
进一步地，功率驱动单元中的L3/C5构建共模压制，起着高频压制的作用，减低高频辐射通过电源线泄露，间歇震荡减少功率部件的发热量；而C17是钳制二次三次谐波，如果失效，引发二次三次谐波。
另外，可以改变功率驱动单元中的ET1的参数，使本发明的功率驱动单元适于连接雾化片或离子电极等，例如连接离子除尘片，从而实现净化空气。
本发明的臭氧发生装置通过制备量管理单元、前置驱动单元和功率驱动单元配合成为高效率的高频电压转换器，其转换效率大于90％。在最强模式输出的条件下，温度变化恒定在安全范围内。
相对于现有技术，本发明的臭氧发生装置，在高压高频强电场下实现制备量可控的快速制备臭氧，整个制备过程电压恒定且可控，而且能够安全且高效地制备臭氧，释放的臭氧既可杀菌又可净化空气；能够保护电源，又能够向电路提供稳定的电压；还具有充电放电的性能，大大提高本发明的臭氧发生装置的内部电源的使用寿命，又能提高本发明的臭氧发生装置的实用性；既能够预先放大制备信号的幅度继而驱动臭氧制备，又能通过负反馈调整制备信号的幅度，使输出恒定在合适范围，既能够提高制备过程的效率，又能保证整个臭氧发生装置的电路的安全性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种臭氧发生装置，其特征在于：
包括电压管理单元、制备量管理单元、前置驱动单元、功率驱动单元以及臭氧发生件；
所述电压管理单元与所述制备量管理单元电连接，所述前置驱动单元电连接所述制备量管理单元和所述功率驱动单元，所述功率驱动单元与所述臭氧发生件电连接；
所述电压管理单元将电路电压管理为恒定电压，所述制备量管理单元根据所述恒定电压向所述前置驱动单元发送与制备量对应的制备信号，所述前置驱动单元放大所述制备信号的幅度并将放大后的制备信号发送至所述功率驱动单元，所述功率驱动单元以与所述放大后的制备信号对应的工作功率驱动所述臭氧发生件制取臭氧；
所述电压管理单元包括电源保护单元和压降管理单元，所述电源保护单元与电源电连接，所述压降管理单元电连接所述电源保护单元和所述制备量管理单元，并将电源电压管理为恒定电压；
所述电源包括外部电源和内部电源；
所述电压管理单元还包括充电开关单元、充电管理单元、以及升压管理单元；
所述充电开关单元电连接所述电源保护单元和所述充电管理单元，所述升压管理单元电连接所述充电管理单元和所述制备量管理单元；
当所述电源保护单元与所述外部电源电连接时，所述充电开关单元闭合通电，所述充电管理单元将外部电源电压管理为充电电压，所述升压管理单元将所述充电电压管理为恒定电压，并将所述恒定电压输送至所述制备量管理单元。
2.根据权利要求1所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述臭氧发生装置还包括电量取样单元，所述电量取样单元与所述制备量管理单元电连接，并采集所述制备量管理单元的实际工作电压，当所述实际工作电压小于电压下限阈值时，所述制备量管理单元进入待机状态。
3.根据权利要求2所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述电量取样单元还与所述电压管理单元电连接，当在预设时间段内所述电压管理单元保持停止向所述制备量管理单元输送恒定电压时，即当所述电量取样单元采集的实际工作电压在所述预设时间段内保持小于所述电压下限阈值时，所述制备量管理单元由所述待机状态进入休眠状态。
4.根据权利要求3所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述臭氧发生装置还包括前置驱动开关，所述前置驱动开关电连接所述制备量管理单元和所述前置驱动单元，当所述制备量管理单元进入休眠状态时，所述前置驱动开关断开且停止通电。
5.根据权利要求4所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述制备量管理单元设置有时间指示灯、制备量指示灯、工作指示灯、以及待机状态指示灯。
6.根据权利要求1所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述功率驱动单元包括反馈子单元，所述反馈子单元电连接所述功率驱动单元和所述前置驱动单元，并将所述功率驱动单元的输出电流反馈至所述前置驱动单元，所述前置驱动单元根据所反馈的输出电流调整制备信号的幅度。
7.根据权利要求6所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述前置驱动单元包括驱动芯片，所述驱动芯片的IN引脚和VCC引脚与所述制备量管理单元电连接，所述驱动芯片的OUTS引脚和OUTD引脚与所述功率驱动单元电连接，所述驱动芯片的SD引脚和GND引脚接地。
8.根据权利要求7所述的臭氧发生装置，其特征在于：所述功率驱动单元包括变压器，所述变压器的两个输入端分别与所述驱动芯片的OUTS引脚和OUTD引脚电连接，所述变压器与所述芯片的OUTD引脚电连接的输入端电连接有稳压二极管和NMOS管，所述变压器的两个输出端与所述臭氧发生件电连接。
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