CN116111809A - 一种用于空气辉光放电的电源及空气辉光放电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于空气辉光放电的电源及空气辉光放电控制方法。所述电源包括：控制器，用于控制升压电路向匹配网络及交流升压电路输入电流；直流电压源，用于为升压电路供电；升压电路，用于通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点输入电流；零电压检测电路，用于检测第一输入端点处的第一电压或第二输入端点处的第二电压是否为零；匹配网络及交流升压电路，用于根据升压电路输入的电流进行升压操作以输出高压交变电流；能量泄放电路，用于控制流入匹配网络及交流升压电路的电流大小；输出电压采样电路，用于采集匹配网络及交流升压电路输出的电压峰值。可判断谐振频率是否稳定，获得更好的空气辉光放电效果。
Description
技术领域
本申请涉及电源技术领域，特别地涉及一种用于空气辉光放电的电源、空气辉光放电控制方法、装置、存储介质以及空气辉光放电控制设备。
背景技术
空气辉光放电是在两电极间加上交变的高压电，利用空气极性变化滞后于电极的特性，使空气击穿发生高频放电的现象。用于空气辉光放电的电源具备两个特点：(1)高压，电压需要很高，一般峰峰值可达到十几千伏以上；(2)交变，两电极的极性需产生变化。
针对现有的空气辉光放电电源，由于其放电的不稳定性导致电源的开关管容易损坏，而且其负载也会伴随有波动，进而会对负载造成较大的冲击。
发明内容
针对上述问题，本申请提出一种用于空气辉光放电的电源、空气辉光放电控制方法、存储介质以及空气辉光放电控制设备，至少解决了以下问题：如何实现频率追踪；开关管如何实现软开关；频率追踪时如何减少开关管损耗及减少冲击；为保证辉光放电效果，如何将高压峰值维持在合理的范围。
本申请的第一个方面，提供了一种用于空气辉光放电的电源，包括：
控制器，分别与升压电路、零电压检测电路、能量泄放电路以及输出电压采样电路电连接，用于控制所述升压电路依次通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点和第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流，以及在所述高压交变电流的电压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小；
直流电压源，与所述升压电路电连接，用于为所述升压电路供电；
升压电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于通过所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
零电压检测电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压或所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向所述控制器发送开关管切换信号；
匹配网络及交流升压电路，与所述能量泄放电路电连接，用于对所述升压电路输入的电流执行升压操作以输出高压交变电流；
能量泄放电路，用于控制流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内；
输出电压采样电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于采集所述匹配网络及交流升压电路输出的高压交变电流的电压峰值，并将所述电压峰值发送至所述控制器。
进一步的，所述控制器响应于所述开关管切换信号，执行的动作包括：
在所述第一电压为零的情况下控制第一开关管断开且控制第二开关管接通，以通过所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；以及
在所述第二电压为零的情况下控制所述第二开关管断开且控制所述第一开关管接通，以通过所述第一输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。
进一步的，所述升压电路包括：
第一差模电感，一端与所述直流电压源电连接、另一端与第一开关管串联，用于在所述第一开关管接通且第二开关管断开的情况下进行充电，以及在所述第二开关管接通且所述第一开关管断开的情况下进行放电；
第一开关管，一端分别与所述第一差模电感和所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第一放电指令控制所述第一差模电感通过所述第一输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
第二差模电感，一端与所述直流电压源电连接、另一端与所述第二开关管串联，用于在所述第二开关管接通且所述第一开关管断开的情况下进行充电，以及在所述第一开关管接通且所述第二开关管断开的情况下进行放电；
第二开关管，一端分别与所述第二差模电感和所述匹配网络及交流升压电路的第二输入端点电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第二放电指令控制所述第二差模电感通过所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。
进一步的，所述匹配网络及交流升压电路包括：
第一电容，与升压变压器的初级并联，用于根据所述升压电路依次向所述第一电容两端输入的电流在所述升压变压器的初级一侧生成交变电流；
升压变压器，用于对所述交变电流进行升压操作并通过所述升压变压器的次级输出高压交变电流。
进一步的，所述能量泄放电路包括：
第一能量泄放子电路，所述第一能量泄放子电路由第一电阻与第三电容并联形成，且所述第一能量泄放子电路一端与所述第一输入端点电连接；
第三开关管，与所述第一能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第一泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。
进一步的，所述能量泄放电路还包括：
第二能量泄放子电路，所述第二能量泄放子电路由第二电阻与第四电容并联形成，且所述第二能量泄放子电路一端与所述第二输入端点电连接；
第四开关管，与所述第二能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第二泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。
进一步的，通过调整所述第三开关管或所述第四开关管的泄放占空比以控制流入匹配网络及交流升压电路的电流大小；
其中，所述第三开关管的泄放占空比包括：所述第三开关管接通时间与第一开关管断开时间之比；所述第四开关管的泄放占空比包括：所述第四开关管接通时间与第二开关管断开时间之比。
进一步的，所述零电压检测电路包括：
第一零电压检测电路，与所述第一输入端点电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压为零的情况下，发出第一开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作；
第二零电压检测电路，与所述第二输入端点电连接，用于在检测到所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，发出第二开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作。
本申请的第二个方面，提供了一种空气辉光放电控制方法，基于上述的用于空气辉光放电的电源实现，所述方法包括：
在通过零电压检测电路检测到匹配网络及交流升压电路中的第一输入端点处的第一电压或第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向控制器发送开关管切换信号；
所述控制器响应于所述开关管切换信号，控制升压电路依次通过所述第一输入端点和所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流；
通过输出电压采样电路检测所述高压交变电流的高压峰值；
在所述高压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内。
进一步的，还包括：
控制第一开关管断开及第二开关管接通；
在开关持续时长内且追踪计数值小于预设阈值的情况下，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号；
在未检测到发送第一开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在所述追踪计数值不小于预设阈值的情况下，判定谐振频率不稳定。
进一步的，在所述在开关持续时长内，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号之后，还包括：
在检测到已发送第一开关管切换信号的情况下，记录当前发送第一开关管切换信号时间与前次发送第二开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通。
进一步的，还包括：
在谐振频率不稳定的情况下，调大所述能量泄放电路中的第三开关管和/或第四开关管的泄放占空比，以减小流入所述匹配网络及交流升压电路的电流。
进一步的，还包括：
在所述追踪计数值小于预设阈值的情况下，在更新后的开关持续时长内检测第二零电压检测电路是否向所述控制器发送第二开关管切换信号；
在未检测到发送第二开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在检测到已发送第二开关管切换信号的情况下，记录当前发送第二开关管切换信号时间与前次发送第一开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通。
本申请的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储的计算机程序，可被一个或多个处理器执行，用以实现如上所述的方法。
本申请的第四个方面，提供了一种空气辉光放电控制设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述存储器和所述一个或多个处理器之间互相通信连接，该计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上所述的方法。
与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点或有益效果：
1、高压峰值可控且可通过零电压信号自主追踪谐振频率，在频率稳定的情况下，根据高压电路的反馈调整泄放占空比，将高压的峰值稳定下来并维持在合理的范围，进而获得更好的空气辉光放电效果；
2、可判断谐振频率是否稳定，在不稳定时降低输入到匹配网络的能量，以减少冲击进而保护负载及电路器件，当恢复稳定时恢复到正常辉光放电的状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，对于所属领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请中的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种用于空气辉光放电的电源的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种用于空气辉光放电的电源的电路结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种空气辉光放电控制方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种第一输入端点或第二输入端点的电压波形图；
图5为本申请实施例提供的一种通过零电压信号追踪谐振频率的流程图；
图6为本申请实施例提供的另一种空气辉光放电控制方法的流程图；
图7为本申请实施例提供的一种空气辉光放电控制设备的连接框图；
附图标记：
图2中，1-第一差模电感，2-第二差模电感，3-第一开关管，4-第二开关管，5-升压变压器，6-第一输入端点，7-第二输入端点，8-第一电容，9-第一电阻，10-第三电容，11-第三开关管，12-第二电阻，13-第四电容，14-第四开关管。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突的前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本申请的保护范围之内。
实施例一
本实施例提供一种用于空气辉光放电的电源，图1为本申请实施例提供的一种用于空气辉光放电的电源的结构示意图，如图1所示，本实施例的电源包括：
控制器，分别与升压电路、零电压检测电路、能量泄放电路以及输出电压采样电路电连接，用于控制所述升压电路依次通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点和第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流，以及在所述高压交变电流的电压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小；
直流电压源，与所述升压电路电连接，用于为所述升压电路供电；
升压电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于通过所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
零电压检测电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压或所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向所述控制器发送开关管切换信号；
匹配网络及交流升压电路，与所述能量泄放电路电连接，用于对所述升压电路输入的电流执行升压操作以输出高压交变电流；
能量泄放电路，用于控制流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内；
输出电压采样电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于采集所述匹配网络及交流升压电路输出的高压交变电流的电压峰值，并将所述电压峰值发送至所述控制器。
进一步的，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种用于空气辉光放电的电源的电路结构示意图。
在一些实施例中，所述升压电路包括：
第一差模电感1，一端与所述直流电压源电连接、另一端与第一开关管3串联，用于在所述第一开关管3接通且第二开关管4断开的情况下进行充电，以及在所述第二开关管4接通且所述第一开关管3断开的情况下进行放电；
第一开关管3，一端分别与所述第一差模电感1和所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点6电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第一放电指令控制所述第一差模电感1通过所述第一输入端点6向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
第二差模电感2，一端与所述直流电压源电连接、另一端与所述第二开关管4串联，用于在所述第二开关管4接通且所述第一开关管3断开的情况下进行充电，以及在所述第一开关管3接通且所述第二开关管4断开的情况下进行放电；
第二开关管4，一端分别与所述第二差模电感2和所述匹配网络及交流升压电路的第二输入端点7电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第二放电指令控制所述第二差模电感2通过所述第二输入端点7向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。在一些实施例中，所述控制器响应于所述开关管切换信号，执行的动作包括：
在所述第一电压为零的情况下控制第一开关管3关闭且控制第二开关管4接通，以通过所述第二输入端点7向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；以及
在所述第二电压为零的情况下控制所述第二开关管4关闭且控制所述第一开关管3接通，以通过所述第一输入端点6向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。
可选的，由控制器提供的驱动信号1可以控制第一开关管3，第一开关管3一端接地，另一端接第一差模电感1和匹配网络及交流升压电路的第一输入端点6；第一差模电感1另一端接直流电压源的输出。由控制器提供的驱动信号2可以控制第二开关管4，第二开关管4一端接地，另一端接第二差模电感2和匹配网络及交流升压电路的第二输入端点7；第二差模电感2另一端接直流电压源的输出。
可选的，第一开关管3、第二开关管4推挽工作，当第一开关管3接通到地、第二开关管4断开时，直流电压源的输出电压向第一差模电感1充能，第二差模电感2(上个周期充能)的能量以电流的方式从第二输入端点7进入匹配网络及交流升压电路。然后，第二开关管4接通到地、第一开关管3断开，直流电压源的输出电压向第二差模电感2充能，第一差模电感1(上个周期充能)的能量以电流的方式从第一输入端点6进入匹配网络及交流升压电路。如此交替工作，即可在升压变压器5初级形成交变电流，传递到升压变压器5次级去，经过升压后在升压变压器5次级形成交变的高压。流入匹配网络的能量可决定高压峰值的峰值。
所属领域技术人员可以理解的是，放电指令是在检测到第一输入端点6或第二输入端点7处的电压为零的的情况下由控制器生成并发出。
在一些实施例中，所述匹配网络及交流升压电路包括：
第一电容8，与升压变压器5的初级并联，用于根据所述升压电路依次向所述第一电容8两端输入的电流在所述升压变压器5的初级一侧生成交变电流；
升压变压器5，用于对所述交变电流进行升压操作并通过所述升压变压器5的次级输出高压交变电流。
可选的，第一电容8与升压变压器5初级并联形成匹配网络，升压变压器5次级接辉光放电电极。
由于驱动辉光放电电极的为高压电，所以使用升压变压器5做隔离，通过升压的方式获得高压。
可选的，将升压变压器5次级间的电压取出输入到输出电压采样电路，经过输出电压采样电路处理后获得电压采样信号，便将数据输入到控制器。
可选的，为了实现第一开关管3和第二开关管4的软开关，加入第一电容8，将升压变压器5次级的电压整成正弦波，以实现第一开关管3和第二开关管4的零电压开关。通过零电压检测电路检测第一输入端点6和第二输入端点7的电压，在第一输入端点6或第二输入端点7的电压变化为零时，对第一开关管3和第二开关管4进行关闭或接通状态的切换操作。
在一些实施例中，所述能量泄放电路包括：
第一能量泄放子电路，所述第一能量泄放子电路由第一电阻9与第三电容10并联形成，且所述第一能量泄放子电路一端与所述第一输入端点6电连接；
第三开关管11，与所述第一能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第一泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。
在一些实施例中，所述能量泄放电路还包括：
第二能量泄放子电路，所述第二能量泄放子电路由第二电阻12与第四电容13并联形成，且所述第二能量泄放子电路一端与所述第二输入端点7电连接；
第四开关管14，与所述第二能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第二泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。在一些实施例中，通过调整所述第三开关管11或所述第四开关管14的泄放占空比以控制流入匹配网络及交流升压电路的电流大小；
其中，所述第三开关管11的泄放占空比包括：所述第三开关管11接通时间与第一开关管3断开时间之比；所述第四开关管14的泄放占空比包括：所述第四开关管14接通时间与第二开关管4断开时间之比。
可选的，第三电容10与第一电阻9并联组成第一能量泄放子电路，并且一端接匹配网络及交流升压电路的第一输入端点6，一端接第三开关管的一端，第三开关管11的另一端接地，第三开关管11受控制器提供的驱动信号3控制；第四电容13与第二电阻12并联组成第二能量泄放子电路，并且一端接匹配网络及交流升压电路的第二输入端点7，一端接第四开关管14的一端，第四开关管14的另一端接地，第四开关管14受控制器提供的驱动信号4控制。
可选的，在第四开关管14断开、第二开关管4接通时，第一差模电感1(上个周期充能)的能量以电流的方式从第一输入端点6进入匹配网络及交流升压电路，此时，如果接通第三开关管11，则会有一部分能量流入能量泄放电路，从而减少流入匹配网络及交流升压电路的能量。定义第三开关管11接通时间比上第一开关管3断开时间为第三开关管11的泄放占空比。调整第三开关管11的泄放占空比可以控制流入匹配网络及交流升压电路的能量。同理，调整第四开关管14的泄放占空比亦可以控制流入匹配网络及交流升压电路的能量。调整将高压通过输出电压采样电路处理后获得电压采样信号，输入到控制器以取高压峰值的大小，当高压峰值偏低时，减小泄放占空比，加大进入匹配网络及交流升压电路的能量；当高压峰值偏高时，增大泄放占空比，减小进入匹配网络及交流升压电路的能量，进而将高压峰值维持在合理的范围。
需要说明的是，预设条件包括高压峰值(高压交变电流的电压峰值)大于预设最大值和高压峰值小于预设最小值，其中预设最大值和预设最小值以及高压峰值的预设范围均可根据实际需求进行设定，具体此处不做特殊限定。
所属领域技术人员可以理解的是，前文所述的泄放指令是在检测到输出的高压交变电流的高压峰值偏高或偏低的情况下由控制器生成并发出。
在一些实施例中，所述零电压检测电路包括：
第一零电压检测电路，与所述第一输入端点6电连接，用于在检测到所述第一输入端点6处的第一电压为零的情况下，发出第一开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作；
第二零电压检测电路，与所述第二输入端点7电连接，用于在检测到所述第二输入端点7处的第二电压为零的情况下，发出第二开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作。
可选的，匹配网络及交流升压电路的第一输入端点6的电压输入到第一零电压检测电路，在第一输入端点6电压变为零时，产生第一零电压信号，并反馈到控制器；匹配网络及交流升压电路的第二输入端点7的电压输入到第一零电压检测电路，在第二输入端点7电压变为零时，产生第一零电压信号，并反馈到控制器。控制器控制升压电路中的第一开关管和第二开关管依次向匹配网络及交流升压电路输入电流。
可选的，在发出第一开关管切换信号的情况下，控制器控制第一开关管3接通及第二开关管4断开；在发出第二开关管切换信号的情况下，控制器控制第二开关管4接通及第一开关管3断开。
在一些可能的情形下，本实施例中所述的开关管包括开关三极管。
需要说明的是，输出电压采样电路包括高压采样电路。
进一步需要说明的是，本实施例中电阻和电容以及电感的参数可根据实际需求进行选择，具体此处不做特殊限定。
所属领域技术人员可以理解，图1和图2中示出的结构并不构成对本申请实施例电源的限定，可以包括比图示更多或更少的模块/单元，或者组合某些模块/单元，或者不同的模块/单元布置。
本实施例提供的用于空气辉光放电的电源包括：控制器，分别与升压电路、零电压检测电路、能量泄放电路以及输出电压采样电路电连接，用于控制所述升压电路依次通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点和第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流，以及在所述高压交变电流的电压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小；直流电压源，与所述升压电路电连接，用于为所述升压电路供电；升压电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于通过所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；零电压检测电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压或所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向所述控制器发送开关管切换信号；匹配网络及交流升压电路，与所述能量泄放电路电连接，用于对所述升压电路输入的电流执行升压操作以输出高压交变电流；能量泄放电路，用于控制流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内；输出电压采样电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于采集所述匹配网络及交流升压电路输出的高压交变电流的电压峰值，并将所述电压峰值发送至所述控制器。高压峰值可控且可通过零电压信号自主追踪谐振频率，在频率稳定的情况下，根据高压电路的反馈调整泄放占空比，将高压的峰值稳定下来并维持在合理的范围，进而获得更好的空气辉光放电效果；可判断谐振频率是否稳定，在不稳定时降低输入到匹配网络的能量，以减少冲击进而保护负载及电路器件，当恢复稳定时恢复到正常辉光放电的状态。
实施例二
本实施例提供一种空气辉光放电控制方法，图3为本申请实施例提供的一种空气辉光放电控制方法的流程图，如图3所示，本实施例的方法包括：
步骤S310、在通过零电压检测电路检测到匹配网络及交流升压电路中的第一输入端点处的第一电压或第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向控制器发送开关管切换信号；
步骤S320、所述控制器响应于所述开关管切换信号，控制升压电路依次通过所述第一输入端点和所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流；
步骤S330、通过输出电压采样电路检测所述高压交变电流的高压峰值；
步骤S340、在所述高压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内。
在一些实施例中，还包括：
控制第一开关管断开及第二开关管接通；
在开关持续时长内且追踪计数值小于预设阈值的情况下，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号；
在未检测到发送第一开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在所述追踪计数值不小于预设阈值的情况下，判定谐振频率不稳定。
在一些实施例中，在所述在开关持续时长内，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号之后，还包括：
在检测到已发送第一开关管切换信号的情况下，记录当前发送第一开关管切换信号时间与前次发送第二开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通。
在一些实施例中，还包括：
在谐振频率不稳定的情况下，调大所述能量泄放电路中的第三开关管和/或第四开关管的泄放占空比，以减小流入所述匹配网络及交流升压电路的电流。
在一些实施例中，还包括：
在所述追踪计数值小于预设阈值的情况下，在更新后的开关持续时长内检测第二零电压检测电路是否向所述控制器发送第二开关管切换信号；
在未检测到发送第二开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在检测到已发送第二开关管切换信号的情况下，记录当前发送第二开关管切换信号时间与前次发送第一开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通。
可选的，空气辉光放电由于其放电的不稳定性，其负载会有所波动，从而影响到升压变压器次级的电压正弦波的频率，因此需要进行频率跟踪。加入第一电容，第一输入端点或第二输入端点的电压波形如图4所示。利用第一输入端点或第二输入端点到达零点压的时间区别进行频率跟踪及频率谐振稳定判断。
一种可选的频率追踪方法可参考图5。由图4可知，假设开关持续时间(图4中的tb)大于本次到达零电压(图4中的ta)时，开关仍可软开关，而开关持续时间(图4中的tb)大于本次到达零电压(图4中的tc)时，不能实现软开关。在频率稳定时，连续不能软开关的次数是有限的，对电路冲击较小，频率跟踪时开关损耗较小；而频率波动很大时，连续不能软开关的次数很多，此时判定为谐振不稳，对电路冲击较大，频率跟踪时开关损耗较大，为了减小对电路冲击及损耗，给定一个较大的泄放占空比，将升压变压器初级、次级电压降低。
需要说明的是，对所述追踪计数值执行自增操作包括对追踪计数值执行加1操作；将开关持续时长增加一个时间单位包括将开关持续时长增加0.2ms，具体可根据实际情况或实际需求设定一个时间单位的具体值。
进一步需要说明的是，预设阈值可根据实际需求或实际情况进行设定，具体此处不做特殊限定。
举例说明，例如稳定时半周期时间波动为2ms左右，单位时间设定为0.2ms(具体值亦应根据实际情况而定)，则追踪计数值一般不会超过10。追踪计数上限可设为20(预设阈值)，则当追踪计数到达上限，则说明频率波动已超过4ms，说明频率已严重波动，则判为谐振不稳定。
进一步地，为了获得较好的空气辉光放电效果，高压的峰值维持在一个较高的稳定值为宜，所以在频率稳定的情况下，根据高压电路的反馈调整泄放占空比，将高压的峰值稳定下来，整体工作流程可如图6所示。
借助于本实施例所提供的空气辉光放电控制方法，高压峰值可控且可通过零电压信号自主追踪谐振频率，在频率稳定的情况下，根据高压电路的反馈调整泄放占空比，将高压的峰值稳定下来并维持在合理的范围，进而获得更好的空气辉光放电效果。具体的：在通过零电压检测电路检测到匹配网络及交流升压电路中的第一输入端点处的第一电压或第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向控制器发送开关管切换信号；所述控制器响应于所述开关管切换信号，控制升压电路依次通过所述第一输入端点和所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流；通过输出电压采样电路检测所述高压交变电流的高压峰值；在所述高压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内。可判断谐振频率是否稳定，在不稳定时降低输入到匹配网络的能量，以减少冲击进而保护负载及电路器件，当恢复稳定时恢复到正常辉光放电的状态。
实施例三
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以实现如前述方法实施例中的方法步骤，本实施例在此不再重复赘述。
其中，计算机可读存储介质还可单独包括计算机程序、数据文件、数据结构等，或者包括其组合。计算机可读存储介质或计算机程序可被计算机软件领域的技术人员具体设计和理解，或计算机可读存储介质对计算机软件领域的技术人员而言可以是公知和可用的。计算机可读存储介质的示例包括：磁性介质，例如硬盘、软盘和磁带；光学介质，例如，CDROM盘和DVD；磁光介质，例如，光盘；和硬件装置，具体被配置以存储和执行计算机程序，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存；或服务器、app应用商城等。计算机程序的示例包括机器代码(例如，由编译器产生的代码)和包含高级代码的文件，可由计算机通过使用解释器来执行高级代码。所描述的硬件装置可被配置为用作一个或多个软件模块，以执行以上描述的操作和方法，反之亦然。另外，计算机可读存储介质可分布在联网的计算机系统中，可以分散的方式存储和执行程序代码或计算机程序。
实施例四
本实施例还提供一种空气辉光放电控制设备，图7为本申请实施例提供的一种空气辉光放电控制设备的连接框图，如图7所示，该控制设备700可以包括：一个或多个处理器701，存储器702，多媒体组件703，输入/输出(I/O)接口704，以及通信组件705。
其中，一个或多个处理器701用于执行如前述方法实施例中的全部或部分步骤。存储器702用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。
一个或多个处理器701可以是专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如前述方法实施例中的方法。
存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
多媒体组件703可以包括屏幕和音频组件，该屏幕可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器或通过通信组件发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口704为一个或多个处理器701和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。
通信组件705用于该电子设备700与其他设备之间进行有线或无线通信。有线通信包括通过网口、串口等进行通信；无线通信包括：Wi-Fi、蓝牙、近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)、2G、3G、4G、5G，或它们中的一种或几种的组合。因此相应的该通信组件705可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
综上，本申请提供的一种用于空气辉光放电的电源、空气辉光放电控制方法、存储介质以及空气辉光放电控制设备。所述电源包括：控制器，分别与升压电路、零电压检测电路、能量泄放电路以及输出电压采样电路电连接，用于控制所述升压电路依次通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点和第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流，以及在所述高压交变电流的电压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小；直流电压源，与所述升压电路电连接，用于为所述升压电路供电；升压电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于通过所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；零电压检测电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压或所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向所述控制器发送开关管切换信号；匹配网络及交流升压电路，与所述能量泄放电路电连接，用于对所述升压电路输入的电流执行升压操作以输出高压交变电流；能量泄放电路，用于控制流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内；输出电压采样电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于采集所述匹配网络及交流升压电路输出的高压交变电流的电压峰值，并将所述电压峰值发送至所述控制器。高压峰值可控且可通过零电压信号自主追踪谐振频率，在频率稳定的情况下，根据高压电路的反馈调整泄放占空比，将高压的峰值稳定下来并维持在合理的范围，进而获得更好的空气辉光放电效果；可判断谐振频率是否稳定，在不稳定时降低输入到匹配网络的能量，以减少冲击进而保护负载及电路器件，当恢复稳定时恢复到正常辉光放电的状态。
另外应该理解到，在本申请所提供的实施例中所揭露的方法或系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的方法或系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的方法和装置的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、计算机程序段或计算机程序的一部分，模块、计算机程序段或计算机程序的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的计算机程序。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生，实际上也可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机程序的组合来实现。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、装置或者设备中还存在另外的相同要素；如果有描述到“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系；在本申请的描述中，除非另有说明，术语“多个”、“多”的含义是指至少两个；如果有描述到服务器，需要说明的是，服务器可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是能够提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器；在本申请中如果有描述到智能终端或移动设备，需要说明的是，智能终端或移动设备可以是手机、平板电脑、智能手表、上网本、可穿戴电子设备、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、增强现实技术设备(Augmented Reality，AR)、虚拟现实设备(Virtual Reality，VR)、智能电视、智能音响、个人计算机(Personal Computer，PC)等，但并不局限于此，本申请对智能终端或移动设备的具体形式不做特殊限定。
最后需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“一个示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式进行结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例都是示例性的，所述的内容只是为了便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属技术领域内的技术人员，在不脱离本申请所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (15)
1.一种用于空气辉光放电的电源，其特征在于，包括：
控制器，分别与升压电路、零电压检测电路、能量泄放电路以及输出电压采样电路电连接，用于控制所述升压电路依次通过匹配网络及交流升压电路的第一输入端点和第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流，以及在所述高压交变电流的电压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小；
直流电压源，与所述升压电路电连接，用于为所述升压电路供电；
升压电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于通过所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点或第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
零电压检测电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压或所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向所述控制器发送开关管切换信号；
匹配网络及交流升压电路，与所述能量泄放电路电连接，用于对所述升压电路输入的电流执行升压操作以输出高压交变电流；
能量泄放电路，用于控制流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内；
输出电压采样电路，与所述匹配网络及交流升压电路电连接，用于采集所述匹配网络及交流升压电路输出的高压交变电流的电压峰值，并将所述电压峰值发送至所述控制器。
2.根据权利要求1所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述控制器响应于所述开关管切换信号，执行的动作包括：
在所述第一电压为零的情况下控制第一开关管断开且控制第二开关管接通，以通过所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；以及
在所述第二电压为零的情况下控制所述第二开关管断开且控制所述第一开关管接通，以通过所述第一输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。
3.根据权利要求1所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述升压电路包括：
第一差模电感，一端与所述直流电压源电连接、另一端与第一开关管串联，用于在所述第一开关管接通且第二开关管断开的情况下进行充电，以及在所述第二开关管接通且所述第一开关管断开的情况下进行放电；
第一开关管，一端分别与所述第一差模电感和所述匹配网络及交流升压电路的第一输入端点电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第一放电指令控制所述第一差模电感通过所述第一输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流；
第二差模电感，一端与所述直流电压源电连接、另一端与所述第二开关管串联，用于在所述第二开关管接通且所述第一开关管断开的情况下进行充电，以及在所述第一开关管接通且所述第二开关管断开的情况下进行放电；
第二开关管，一端分别与所述第二差模电感和所述匹配网络及交流升压电路的第二输入端点电连接、另一端接地，用于响应于所述控制器的第二放电指令控制所述第二差模电感通过所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流。
4.根据权利要求1所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述匹配网络及交流升压电路包括：
第一电容，与升压变压器的初级并联，用于根据所述升压电路依次向所述第一电容两端输入的电流在所述升压变压器的初级一侧生成交变电流；
升压变压器，用于对所述交变电流进行升压操作并通过所述升压变压器的次级输出高压交变电流。
5.根据权利要求1所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述能量泄放电路包括：
第一能量泄放子电路，所述第一能量泄放子电路由第一电阻与第三电容并联形成，且所述第一能量泄放子电路一端与所述第一输入端点电连接；
第三开关管，与所述第一能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第一泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。
6.根据权利要求5所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述能量泄放电路还包括：
第二能量泄放子电路，所述第二能量泄放子电路由第二电阻与第四电容并联形成，且所述第二能量泄放子电路一端与所述第二输入端点电连接；
第四开关管，与所述第二能量泄放子电路另一端串联后接地，用于响应于所述控制器的第二泄放指令减小通过所述升压电路向所述匹配网络及交流升压电路输入的电流。
7.根据权利要求6所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，
通过调整所述第三开关管或所述第四开关管的泄放占空比以控制流入匹配网络及交流升压电路的电流大小；
其中，所述第三开关管的泄放占空比包括：所述第三开关管接通时间与第一开关管断开时间之比；所述第四开关管的泄放占空比包括：所述第四开关管接通时间与第二开关管断开时间之比。
8.根据权利要求1所述的用于空气辉光放电的电源，其特征在于，所述零电压检测电路包括：
第一零电压检测电路，与所述第一输入端点电连接，用于在检测到所述第一输入端点处的第一电压为零的情况下，发出第一开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作；
第二零电压检测电路，与所述第二输入端点电连接，用于在检测到所述第二输入端点处的第二电压为零的情况下，发出第二开关管切换信号，以使所述控制器控制开关管执行切换操作。
9.一种空气辉光放电控制方法，其特征在于，基于权利要求1～8中任一项所述的用于空气辉光放电的电源实现，所述方法包括：
在通过零电压检测电路检测到匹配网络及交流升压电路中的第一输入端点处的第一电压或第二输入端点处的第二电压为零的情况下，向控制器发送开关管切换信号；
所述控制器响应于所述开关管切换信号，控制升压电路依次通过所述第一输入端点和所述第二输入端点向所述匹配网络及交流升压电路输入电流，以在所述匹配网络及交流升压电路中生成高压交变电流；
通过输出电压采样电路检测所述高压交变电流的高压峰值；
在所述高压峰值满足预设条件的情况下，控制能量泄放电路调整流入所述匹配网络及交流升压电路的电流大小，以使所述匹配网络及交流升压电路输出电压的高压峰值保持在预设范围内。
10.根据权利要求9所述的空气辉光放电控制方法，其特征在于，还包括：
控制第一开关管断开及第二开关管接通；
在开关持续时长内且追踪计数值小于预设阈值的情况下，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号；
在未检测到发送第一开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在所述追踪计数值不小于预设阈值的情况下，判定谐振频率不稳定。
11.根据权利要求10所述的空气辉光放电控制方法，其特征在于，在所述在开关持续时长内，检测第一零电压检测电路是否向所述控制器发送第一开关管切换信号之后，还包括：
在检测到已发送第一开关管切换信号的情况下，记录当前发送第一开关管切换信号时间与前次发送第二开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第二开关管断开及所述第一开关管接通。
12.根据权利要求10所述的空气辉光放电控制方法，其特征在于，还包括：
在谐振频率不稳定的情况下，调大所述能量泄放电路中的第三开关管和/或第四开关管的泄放占空比，以减小流入所述匹配网络及交流升压电路的电流。
13.根据权利要求11所述的空气辉光放电控制方法，其特征在于，还包括：
在所述追踪计数值小于预设阈值的情况下，在更新后的开关持续时长内检测第二零电压检测电路是否向所述控制器发送第二开关管切换信号；
在未检测到发送第二开关管切换信号的情况下，对所述追踪计数值执行自增操作并控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通，以及将开关持续时长增加一个时间单位得到更新后的开关持续时长；
在检测到已发送第二开关管切换信号的情况下，记录当前发送第二开关管切换信号时间与前次发送第一开关管切换信号时间之间的总时长，将所述总时长作为更新后的开关持续时长并将所述追踪计数值清零，以及控制所述第一开关管断开及所述第二开关管接通。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储的计算机程序，当被一个或多个处理器执行时，实现如权利要求9～13中任一项所述的方法。
15.一种空气辉光放电控制设备，其特征在于，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述存储器和所述一个或多个处理器之间互相通信连接，当所述计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，执行如权利要求9～13中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211584984.3A CN116111809A (zh) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | 一种用于空气辉光放电的电源及空气辉光放电控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211584984.3A CN116111809A (zh) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | 一种用于空气辉光放电的电源及空气辉光放电控制方法 |
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| CN116111809A true CN116111809A (zh) | 2023-05-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202211584984.3A Pending CN116111809A (zh) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | 一种用于空气辉光放电的电源及空气辉光放电控制方法 |
Country Status (1)
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-
2022
- 2022-12-09 CN CN202211584984.3A patent/CN116111809A/zh active Pending
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