CN112671212A - 离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器，该方法包括：获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据；根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期；将振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数；开关管驱动参数用于对高压电源中的开关管进行驱动。将离子发生器的振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数以用作对高压电源中的开关管进行驱动，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，提高了离子发生器的运行可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及供电控制技术领域，特别是涉及一种离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器。
背景技术
随着科技的发展和社会的不断进步，越来越多的电器设备出现在人们的日常工作和生活中，人们对生活品质的要求也越来越高。空气净化器能够吸附、分解或转化各种空气污染物，有效提高空气清洁度，保障人们的生活质量。
静电式空气净化器的核心单元是离子发生器，离子发生器中通过高压电源输出高压给离子发生组件供电。传统的高压电源控制方法为电压反馈法，通过检测输出电压生成控制信号传输至可控硅开关，以使输出电压恒定。但离子发生器在工作过程中容易电磁干扰，存在运行可靠性低的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对传统的离子发生器运行可靠性低的问题，提供一种离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器，能达到有效提高离子发生器运行可靠性的效果。
一种离子发生器的电源驱动方法，包括：
获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据；
根据所述电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期；
将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数；所述开关管驱动参数用于对所述高压电源中的开关管进行驱动。
在其中一个实施例中，所述根据所述电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期，包括：
T1＝1/f
其中，T1为振荡周期，f为振荡频率，L为高压电源中变压器的次级电感，C为离子发生组件和高压电源中倍压电路的组合等效电容。
在其中一个实施例中，所述将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数，包括：将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数。
在其中一个实施例中，将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数之后，还包括：
根据所述开关管驱动参数控制所述高压电源中的开关管在驱动周期内的关断时间和导通时间。
在其中一个实施例中，所述根据所述开关管驱动参数控制所述高压电源中的开关管在驱动周期内的关断时间和导通时间之后，还包括：
获取所述高压电源的输出电压，并根据所述输出电压和预设的目标电压调节驱动周期内的导通时间。
一种离子发生器，包括高压电源、离子发生组件和控制器，所述高压电源连接所述离子发生组件和所述控制器，所述控制器用于根据上述的方法进行电源驱动。
在其中一个实施例中，所述高压电源包括电容、开关管、升压变压器和倍压电路，所述升压变压器的初级绕组一端连接外部电源端，另一端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端连接所述控制器，所述电容一端连接所述外部电源端，另一端接地；所述倍压电路连接所述升压变压器的次级绕组和所述离子发生组件。
在其中一个实施例中，所述倍压电路为倍压整流模块。
在其中一个实施例中，所述控制器为MCU(Micro Control Unit，微控制单元)。
一种空气净化器，包括上述的离子发生器。
上述离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器，通过获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据，根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期。将离子发生器的振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数以用作对高压电源中的开关管进行驱动，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，提高了离子发生器的运行可靠性。
附图说明
图1为一实施例中离子发生器的电源驱动方法的流程图；
图2为另一实施例中离子发生器的电源驱动方法的流程图；
图3为一实施例中离子发生器的结构框图；
图4为一实施例中离子发生器的结构原理图；
图5为一实施例中驱动周期内的关断时间偏小时开关管的电压波形图；
图6为一实施例中驱动周期内的关断时间偏大时开关管的电压波形图；
图7为一实施例中离子发生器的等效电路图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种离子发生器的电源驱动方法，包括：
步骤S110：获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据。
其中，离子发生器包括高压电源和离子发生组件，通过控制器连接高压电源内部开关管，控制器通过参数设置PPG(Programme Pulse Generator，可编程脉冲发生器)输出驱动信号控制开关管的通断，使得高压电源对接入的电压进行处理得到高压输出至离子发生组件进行供电。高压电源的输出高压的具体幅值并不唯一，可根据实际需求选择，只需能满足离子发生组件正常工作即可。具体地，用户可预先通过控制器的数据接口导入高压电源和离子发生组件的电路结构数据，以便后续计算离子发生器的振荡周期。电路结构数据可包括电路的元器件、连接关系以及元器件的参数等，例如元器件的参数可包括电容的容值、电阻的阻值等。
步骤S120：根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期。
控制器在接收到高压电源和离子发生组件的电路结构数据之后，根据电路结构数据分析高压电源的等效电路结构，进而结合离子发生组件的等效元件参数分析离子发生器的振荡频率，确定离子发生器的振荡周期。此外，也可以是直接将高压电源和离子发生组件的相关等效元件参数作为电路结构数据导入控制器，控制器可直接根据导入的等效元件参数分析离子发生器的振荡频率。
在一个实施例中，步骤S120，包括：
T1＝1/f
其中，T1为振荡周期，f为振荡频率，L为高压电源中变压器的次级电感，C为离子发生组件和高压电源中倍压电路的组合等效电容。
步骤S130：将振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数。
其中，开关管驱动参数用于对高压电源中的开关管进行驱动。在计算得到离子发生器的振荡周期后，将振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数，作为控制器输出至驱动信号的依据。具体地，驱动周期内的导通时间可以是结合目标输出电压选择一固定值。此外，驱动周期内的导通时间也可以是先选择较小的时长，然后根据实际输出电压逐步增大。
在一个实施例中，步骤S130包括：将振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数。其中，初始时长可选择一足够小的数字，以保证高压电源的输出高压不出现过冲。在启动高压电源后，再结合实际输出电压与目标输出电压的差值逐步增大驱动周期内的导通时间，直至输出高压满足要求为止。
上述离子发生器的电源驱动方法，通过获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据，根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期。将离子发生器的振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数以用作对高压电源中的开关管进行驱动，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，提高了离子发生器的运行可靠性。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S130中将振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数之后，该方法还包括步骤S140：根据开关管驱动参数控制高压电源中的开关管在驱动周期内的关断时间和导通时间。
在完成对开关管驱动参数的设置后，控制器根据确定的驱动参数控制输出的驱动信号，从而控制高压电源中开关管在每个驱动周期内的关断时间和导通时间，以使高压电源稳定可靠运行。
进一步地，在一个实施例中，继续参照图2，步骤S140之后，该方法还包括步骤S150：获取高压电源的输出电压，并根据输出电压和预设的目标电压调节驱动周期内的导通时间。
在将离子发生器的振荡周期作为关断时间，并以较小的导通时间控制开关管的通断，以使高压电源开始工作输出高压后，控制器还可通过采集高压电源的输出电压，并根据实际输出电压和目标电压逐步增加开关管在驱动周期内的导通时间，提高输出电压直至输出高压与预设的目标电压的差值在允许范围内。
在一个实施例中，如图3所示，还提供了一种离子发生器，包括高压电源110、离子发生组件120和控制器130，高压电源110连接离子发生组件120和控制器130，控制器130用于根据上述的方法进行电源驱动。其中，高压电源110对接入的电压进行处理得到高压输出至离子发生组件120进行供电。高压电源110输出高压的具体幅值并不唯一，可根据实际需求选择，只需能满足离子发生组件120正常工作即可。
进一步地，在一个实施例中，如图4所示，高压电源110包括电容、开关管、升压变压器和倍压电路，升压变压器的初级绕组一端连接外部电源端，另一端连接开关管的第一端，开关管的第二端接地，开关管的控制端连接控制器130，电容一端连接外部电源端，另一端接地；倍压电路连接升压变压器的次级绕组和离子发生组件130。控制器130的类型也不唯一，具体可选择MCU。其中，外部电源端接入外部电压VDC，倍压电路具体可为倍压整流模块，对升压变压器的次级绕组输出的交流电进行升压整流，得到直流高压输出至离子发生组件130。开关管的类型也不是唯一的，具体地，开关管可以是三极管或MOS管。
上述离子发生器，通过获取高压电源110和离子发生组件120的电路结构数据，根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期。将离子发生器的振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数以用作对高压电源110中的开关管进行驱动，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，提高了离子发生器的运行可靠性。
在一个实施例中，还提供了一种空气净化器，包括上述的离子发生器。空气净化器具体为静电式空气净化器。
上述空气净化器，通过获取高压电源110和离子发生组件120的电路结构数据，根据电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期。将离子发生器的振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数以用作对高压电源110中的开关管进行驱动，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，提高了离子发生器的运行可靠性。
为便于更好地理解离子发生器的电源驱动方法、离子发生器和空气净化器，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
离子发生器的高压电源中，当驱动开关管的驱动信号在驱动周期内的关断时间Toff(一个驱动周期内的关断时间)设计值较合理的情况下，开关管处于过零导通的状态。如图5所示，当Toff的设计值偏小，小于离子发生器的谐振周期时，可以看到，开关管会处于非过零导通的状态。图5中上部分波形为驱动信号，下部分波形为开关管的Vds电压波形。如图6所示，当Toff的设计值偏大，开关管不在最低点导通时，可以看到，开关管处于非过零导通的状态。
开关管的工作频率一般在几十KHz及以上，较高的开关频率会存在电压及电流的急剧变化即较大的电场(dv/dt)、磁场(di/dt)，从而产生电磁干扰，即开关管本身是EMI干扰源。当开关管处于非零电压开通时，干扰会增强。此外，开关管的功耗Pdsum包含开通损耗Pdon、导通损耗Pd和关断损耗Pdoff，具体地：
其中，Uon、Uoff为芯片开通、关断时的最高电压，f为实测的工作频率,Coss为开关管的漏极-源极电容。非过零开通时，Uon会增加导致Pdon，其他Pdoff、Pd不变时，功耗Pdsum增加。
因此，图5和图6中由于Toff设置不合理，开关管为非过零开通，存在电磁干扰源增强的风险。同时，也加大了开关管的损耗，增加了温升。若Toff设置较合理，电磁干扰、温升性能相对会有明显提升。
基于此，本申请提供了一种高压电源控制方案，通过合理地设置开关管的驱动Toff参数，避免开关管为非过零开通，降低电磁干扰风险，同时，也降低开关管的损耗，减小开关管的温升。
如图4所示，高压电源的电路结构主要包括：控制芯片MCU、开关管、高频升压变压器和倍压整流模块，通过该电路产生高压，然后输出至离子发生组件。MCU给定的PPG输出至开关管控制其导通或关断。升压变压器初级导通的信号经升压变压器升压后，输入交流信号至倍压整流模块，交流输入信号经过倍压整流模块整流后产生直流高压。其中，升压变压器的关键特征为初级匝数小于次级匝数，这样变压器的输出端电压幅值大于输入端电压幅值。
如附图7所示，为离子发生器的等效电路结构图。在开关管关断时，在升压变压器的次级，由变压器的次级电感Ls，倍压电路及离子发生组件组合的等效电容C，以及离子发生组件等形成的等效电阻R，形成LC振荡电路，振荡频率
在电路设计定型的情况下，驱动开关管的PPG的Toff的参数设置，可根据LC振荡周期T1＝1/f进行合理设置。同时，为保证在上电阶段输出电压不出现过冲，驱动PPG在初始值设置时，Ton设置的足够小，保证输出高压不出现过冲，避免因异常高压出现离子发生组件异常放电，导致异响、臭氧突增等异常。经过初始PPG设置后，根据输出高压的要求，可逐渐增大Ton,期间Toff保持不变，直至输出高压满足要求为止。
本申请提供的离子发生器，通过合适的驱动参数设置，使整体电路工作在合理的状态，从而降低了电磁干扰风险，同时降低开关管的温升。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种离子发生器的电源驱动方法，其特征在于，包括：
获取离子发生器中的高压电源和离子发生组件的电路结构数据；
根据所述电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期；
将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数；所述开关管驱动参数用于对所述高压电源中的开关管进行驱动。
2.根据权利要求1所述的离子发生器的电源驱动方法，其特征在于，所述根据所述电路结构数据计算得到离子发生器的振荡周期，包括：
T1＝1/f
其中，T1为振荡周期，f为振荡频率，L为高压电源中变压器的次级电感，C为离子发生组件和高压电源中倍压电路的组合等效电容。
3.根据权利要求1所述的离子发生器的电源驱动方法，其特征在于，所述将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，得到开关管驱动参数，包括：将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数。
4.根据权利要求3所述的离子发生器的电源驱动方法，其特征在于，将所述振荡周期作为驱动周期内的关断时间，将预设的初始时长作为驱动周期内的导通时间，得到开关管驱动参数之后，还包括：
根据所述开关管驱动参数控制所述高压电源中的开关管在驱动周期内的关断时间和导通时间。
5.根据权利要求4所述的离子发生器的电源驱动方法，其特征在于，所述根据所述开关管驱动参数控制所述高压电源中的开关管在驱动周期内的关断时间和导通时间之后，还包括：
获取所述高压电源的输出电压，并根据所述输出电压和预设的目标电压调节驱动周期内的导通时间。
6.一种离子发生器，其特征在于，包括高压电源、离子发生组件和控制器，所述高压电源连接所述离子发生组件和所述控制器，所述控制器用于根据权利要求1-5任意一项所述的方法进行电源驱动。
7.根据权利要求6所述的离子发生器，其特征在于，所述高压电源包括电容、开关管、升压变压器和倍压电路，所述升压变压器的初级绕组一端连接外部电源端，另一端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端连接所述控制器，所述电容一端连接所述外部电源端，另一端接地；所述倍压电路连接所述升压变压器的次级绕组和所述离子发生组件。
8.根据权利要求7所述的离子发生器，其特征在于，所述倍压电路为倍压整流模块。
9.根据权利要求6所述的离子发生器，其特征在于，所述控制器为MCU。
10.一种空气净化器，其特征在于，包括权利要求6-9任意一项所述的离子发生器。
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