CN113286408A - 一种高频交流等离子发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高频交流等离子发生器，包括高频交流电源和与之电性连接的等离子发生器本体，所述高频交流电源包括主电路和测量控制电路，所述测量控制电路包括隔离驱动电路、SPWM电压‑电压复合控制器、温度检测电路、湿度检测电路和风速检测电路；高频交流电源控制和调节性能好，具有消除谐波、调节和稳定输出电压、输出电压可调、频率连续可调等特点；所述等离子发生器产生的离子分布更均匀，总的离子量更大，并且不会出现聚集放电出现臭氧的情况，从而适合于人居环境的使用。
Description
技术领域
本发明涉及等离子发生器技术领域，特别是涉及一种高频交流等离子发生器。
背景技术
目前采用的室内空气污染的净化方法有通风换气式、过滤式、吸附式等，但在可处理污染物颗粒大小、处理效率、处理毒害气体及杀菌等方面，传统方法已无法满足要求。20世纪七八十年代起，等离子体在低温灭菌及污染治理等诸多领域的应用研究开始蓬勃发展。
现有的等离子发生器采用的平板或管状表面介质放电、碳素纤维放电及金属尖端电晕放电所产生等离子体的浓度过低且不均匀，易导致臭氧产生浓度过高，且现有的等离子体发生器受环境的影响较大，湿度、温度、风速等都会影响电离，若始终使用恒定的电压供电则很容易导致等离子体产出不稳定。
因此，亟需一种高频交流等离子发生器，能够解决现有常规等离子发生器无法稳定产出等离子体的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频交流等离子发生器，以解决上述现有常规等离子发生器无法稳定产出等离子体的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种高频交流等离子发生器，包括高频交流电源，所述高频交流电源的输入端外接市电，其输出端与等离子发生器本体电性连接；
其中，所述高频交流电源包括主电路和测量控制电路，所述测量控制电路包括隔离驱动电路、SPWM电压-电压复合控制器、温度检测电路、湿度检测电路和风速检测电路，所述SPWM电压-电压复合控制器与所述主电路并联，且所述SPWM电压-电压复合控制器还通过所述隔离驱动电路连接所述主电路，所述温度检测电路、所述湿度检测电路和所述风速检测电路均与所述SPWM电压-电压复合控制器连接；
所述等离子发生器本体包括绝缘板，所述绝缘板上平行设有第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和所述第二金属线相互交错设置，且所述第一金属线和所述第二金属线之间设有长条孔，所述第一金属线的上端连接有第一电极线，其下端悬空设置，所述第一电极线连接第一电极；所述第二金属线的下端连接有第二电极线，其上端悬空设置，所述第二电极线连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间与所述高频交流电源的输出端相接；所述绝缘板上还设有温度传感器、湿度传感器和风速传感器，所述温度传感器与所述温度检测电路相接，所述湿度传感器与所述湿度检测电路相接，所述风速传感器与所述风速检测电路相接。
优选地，所述主电路包括依次串联的单相桥式全控整流滤波电路、DC/AC高频逆变电路、LC滤波电路及高频升压电路，所述单相桥式全控整流滤波电路与市电相接，所述DC/AC高频逆变电路分别与所述隔离驱动电路和所述SPWM电压-电压复合控制器相接，所述高频升压电路与所述第一电极和所述第二电极相接。
优选地，所述高频升压电路输出的电压为1300～1700VAC、频率为25～45KHz。
优选地，所述SPWM电压-电压复合控制器由DC电压检测电路、集成SPWM芯片、AC测量电压及转换电路、变增益放大电路、PI调节器、电压给定器、正弦波发生器和归一换算电路组成；所述DC电压检测电路一端连接在所述单相桥式全控整流滤波电路和所述DC/AC高频逆变电路之间，所述DC电压检测电路另一端连接所述归一换算电路，所述AC测量电压及转换电路一端连接在所述DC/AC高频逆变电路和所述LC滤波电路之间，所述AC测量电压及转换电路另一端与所述电压给定器以及所述归一换算电路另一端同时连接所述PI调节器，所述PI调节器还分别连接所述正弦波发生器和所述变增益放大电路，所述变增益放大电路连接所述集成SPWM芯片，所述集成SPWM芯片通过所述隔离驱动电路连接所述DC/AC高频逆变电路。
优选地，所述绝缘板采用印刷电路板，所述第一电极线和所述第二电极线于所述印刷电路板上腐蚀得到。
优选地，所述第一金属线和所述第二金属线的线径为0.02～0.08mm，线长为15～17mm。
优选地，所述长条孔长16～19mm，宽1.5～3mm。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
(1)本发明提供的一种高频交流等离子发生器，所述高频交流电源包括主电路和测量控制电路，所述测量控制电路包括隔离驱动电路、SPWM电压-电压复合控制器、温度检测电路、湿度检测电路和风速检测电路，所述SPWM电压-电压复合控制器与所述主电路并联，且所述SPWM电压-电压复合控制器还通过所述隔离驱动电路连接所述主电路，所述温度检测电路、所述湿度检测电路和所述风速检测电路均与所述SPWM电压-电压复合控制器连接；控制和调节性能好，具有消除谐波、调节和稳定输出电压、输出电压可调、频率连续可调等特点。
(2)本发明提供的一种高频交流等离子发生器，所述等离子发生器本体包括绝缘板，所述绝缘板上平行设有第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和所述第二金属线相互交错设置，且所述第一金属线和所述第二金属线之间设有长条孔，所述第一金属线的上端连接有第一电极线，其下端悬空设置，所述第一电极线连接第一电极；所述第二金属线的下端连接有第二电极线，其上端悬空设置，所述第二电极线连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间与所述高频交流电源的输出端相接；所述绝缘板上还设有温度传感器、湿度传感器和风速传感器，所述温度传感器与所述温度检测电路相接，所述湿度传感器与所述湿度检测电路相接，所述风速传感器与所述风速检测电路相接，可根据环境变化自动调整电压，更加智能，等离子发生器本体产生的离子分布更均匀，总的离子量更大，并且不会出现聚集放电出现臭氧的情况，从而适合于人居环境的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种高频交流等离子发生器高频交流电源部分连接关系示意图；
图2为本发明提供的一种高频交流等离子发生器SPWM电压-电压复合控制器部分连接关系示意图；
图3为本发明提供的一种高频交流等离子发生器等离子发生器本体结构示意图；
图中：1：。主电路、101：单相桥式全控整流滤波电路、102：DC/AC高频逆变电路、103：LC滤波电路、104：高频升压电路、2：测量控制电路、201：隔离驱动电路、202：SPWM电压-电压复合控制器、2021：DC电压检测电路、2022：集成SPWM芯片、2023：AC测量电压及转换电路、2024：变增益放大电路、2025：PI调节器、2026：电压给定器、2027：正弦波发生器、2028：归一换算电路、203：温度检测电路、204：湿度检测电路、205：风速检测电路、3：绝缘板、4：第一金属线、5：第二金属线、6：长条孔、7：第一电极线、8：第一电极、9：第二电极线、10：第二电极、11：温度传感器、12：湿度传感器、13：风速传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高频交流等离子发生器，以解决现有常规等离子发生器无法稳定产出等离子体的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例提供一种高频交流等离子发生器，如图1-3所示，包括高频交流电源，高频交流电源的输入端外接市电，其输出端与等离子发生器本体电性连接；其中，高频交流电源包括主电路1和测量控制电路2，测量控制电路2包括隔离驱动电路201、SPWM电压-电压复合控制器202、温度检测电路203、湿度检测电路204和风速检测电路205，SPWM电压-电压复合控制器202与主电路1并联，且SPWM电压-电压复合控制器202还通过隔离驱动电路201连接主电路1，温度检测电路203、湿度检测电路204和风速检测电路205均与SPWM电压-电压复合控制器202连接；等离子发生器本体包括绝缘板3，绝缘板3上平行设有第一金属线4和第二金属线5，第一金属线4和第二金属线5相互交错设置，且第一金属线4和第二金属线5之间设有长条孔6，第一金属线4的上端连接有第一电极线7，其下端悬空设置，第一电极线7连接第一电极8；第二金属线5的下端连接有第二电极线9，其上端悬空设置，第二电极线9连接第二电极10，第一电极8和第二电极10之间与高频交流电源的输出端相接；绝缘板3上还设有温度传感器11、湿度传感器12和风速传感器13，温度传感器11与温度检测电路203相接，湿度传感器12与湿度检测电路204相接，风速传感器13与风速检测电路205相接。
具体地，主电路1包括依次串联的单相桥式全控整流滤波电路101、DC/AC高频逆变电路102、LC滤波电路103及高频升压电路104，单相桥式全控整流滤波电路101与市电相接，DC/AC高频逆变电路102分别与隔离驱动电路201和SPWM电压-电压复合控制器202相接，高频升压电路104与第一电极8和第二电极10相接。
进一步地，高频升压电路104输出的电压为1500VAC、频率为40KHz。
进一步地，SPWM电压-电压复合控制器202由DC电压检测电路2021、集成SPWM芯片2022、AC测量电压及转换电路2023、变增益放大电路2024、PI调节器2025、电压给定器2026、正弦波发生器2027和归一换算电路2028组成；DC电压检测电路2021一端连接在单相桥式全控整流滤波电路101和DC/AC高频逆变电路102之间，DC电压检测电路2021另一端连接归一换算电路2028，AC测量电压及转换电路2023一端连接在DC/AC高频逆变电路102和LC滤波电路103之间，AC测量电压及转换电路2023另一端与电压给定器2026以及归一换算电路2028另一端同时连接PI调节器2025，PI调节器2025还分别连接正弦波发生器2027和变增益放大电路2024，变增益放大电路2024连接集成SPWM芯片2022，集成SPWM芯片2022通过隔离驱动电路201连接DC/AC高频逆变电路102。
进一步地，绝缘板3采用印刷电路板，第一电极线7和第二电极线9于印刷电路板上腐蚀得到，不仅加工方便，而且能够有效阻绝灰尘的产生。
进一步地，第一金属线4和第二金属线5的线径为0.02mm，线长为16mm。
进一步地，长条孔6长16mm，宽2mm。
本发明提供的一种高频交流等离子发生器，其工作原理为：220V市电接入，经单相桥式全控整流滤波电路转变为电压可调节的直流电，该直流电输入到由SPWM电压-电压复合控制器控制的DC/AC高频逆变电路，经SPWM电压-电压复合控制器控制的DC/AC高频逆变电路变换成负载需要的交流电。对于DC/AC高频逆变电路，采用SPWM电压-电压复合控制器进行控制，利用集成SPWM芯片内部产生的三角波与由正弦波发生器输入的正弦调制波进行比较得到SPWM波形，由于此时三角波的幅值是不能够进行调节，故而将前馈电压的采样值按照电路的输入输出关系UO1＝KUIVc/Vr通过归一换算电路进行归一化换算后，与经由DC/AC高频逆变电路输入输出侧两端对应的DC电压检测电路和AC测量电压及转换电路得到的反馈电压，以及电压给定器的给定电压进行综合比较，经PI调节器后连接到变增益放大电路去调节正弦波的幅值，从而实现电压前馈和电压反馈控制，通过集成元件实现了电压-电压控制；集成SPWM芯片经由隔离驱动电路控制DC/AC高频逆变电路的输出，再经过LC滤波电路及高频升压电路，最终输出到第一电极和第二电极上，第一电极和第二电极接电后，第一金属线和第二金属线之间即可放电产生等离子体，由于长条孔的设置，等离子体只在长条孔内的空气中放电产生，大大提高了等离子体产生的浓度，温度传感器、湿度传感器和风速传感器能够将环境变量实时传送至温度检测电路、湿度检测电路和风速检测电路，使得输出的电压能够根据环境的变化而变化，大大提高了等离子体发生的稳定性。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种高频交流等离子发生器，其特征在于：包括高频交流电源，所述高频交流电源的输入端外接市电，其输出端与等离子发生器本体电性连接；
其中，所述高频交流电源包括主电路和测量控制电路，所述测量控制电路包括隔离驱动电路、SPWM电压-电压复合控制器、温度检测电路、湿度检测电路和风速检测电路，所述SPWM电压-电压复合控制器与所述主电路并联，且所述SPWM电压-电压复合控制器还通过所述隔离驱动电路连接所述主电路，所述温度检测电路、所述湿度检测电路和所述风速检测电路均与所述SPWM电压-电压复合控制器连接；
所述等离子发生器本体包括绝缘板，所述绝缘板上平行设有第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和所述第二金属线相互交错设置，且所述第一金属线和所述第二金属线之间设有长条孔，所述第一金属线的上端连接有第一电极线，其下端悬空设置，所述第一电极线连接第一电极；所述第二金属线的下端连接有第二电极线，其上端悬空设置，所述第二电极线连接第二电极，所述第一电极和所述第二电极之间与所述高频交流电源的输出端相接；所述绝缘板上还设有温度传感器、湿度传感器和风速传感器，所述温度传感器与所述温度检测电路相接，所述湿度传感器与所述湿度检测电路相接，所述风速传感器与所述风速检测电路相接；
所述绝缘板采用印刷电路板，所述第一电极线和所述第二电极线于所述印刷电路板上腐蚀得到。
2.根据权利要求1所述的高频交流等离子发生器，其特征在于：所述主电路包括依次串联的单相桥式全控整流滤波电路、DC/AC高频逆变电路、LC滤波电路及高频升压电路，所述单相桥式全控整流滤波电路与市电相接，所述DC/AC高频逆变电路分别与所述隔离驱动电路和所述SPWM电压-电压复合控制器相接，所述高频升压电路与所述第一电极和所述第二电极相接。
3.根据权利要求2所述的高频交流等离子发生器，其特征在于：所述高频升压电路输出的电压为1300～1700VAC、频率为25～45KHz。
4.根据权利要求2所述的高频交流等离子发生器，其特征在于：所述SPWM电压-电压复合控制器由DC电压检测电路、集成SPWM芯片、AC测量电压及转换电路、变增益放大电路、PI调节器、电压给定器、正弦波发生器和归一换算电路组成；所述DC电压检测电路一端连接在所述单相桥式全控整流滤波电路和所述DC/AC高频逆变电路之间，所述DC电压检测电路另一端连接所述归一换算电路，所述AC测量电压及转换电路一端连接在所述DC/AC高频逆变电路和所述LC滤波电路之间，所述AC测量电压及转换电路另一端与所述电压给定器以及所述归一换算电路另一端同时连接所述PI调节器，所述PI调节器还分别连接所述正弦波发生器和所述变增益放大电路，所述变增益放大电路连接所述集成SPWM芯片，所述集成SPWM芯片通过所述隔离驱动电路连接所述DC/AC高频逆变电路。
5.根据权利要求1所述的高频交流等离子发生器，其特征在于：所述第一金属线和所述第二金属线的线径为0.02～0.08mm，线长为15～17mm。
6.根据权利要求1所述的高频交流等离子发生器，其特征在于：所述长条孔长16～19mm，宽1.5～3mm。
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