CN117767710A - 高频交流电源及其工作频率调节方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了高频交流电源及其工作频率调节方法、装置、设备及介质，该方法包括：控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为负载供电，按照预设调节周期采集高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及第一电容在当前调节周期的第二电压；计算负载在当前调节周期的平均功率；确定平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；基于第一谐振频率和第一软开关频率计算高频交流电源的目标工作频率；在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以目标工作频率运行为负载供电。本发明通过计算负载在当前调节周期的负载功率，以实现工作频率自动调节，可减少开关管的开关压力提高调节效率，维持负载的最佳工作状态。

Description

高频交流电源及其工作频率调节方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及高频交流电源及其工作频率调节方法、装置、设备及介质。

背景技术

目前行业内使用的高频高压电源或是等离子体电源等高频交流电源缺乏负载检测以及根据负载变化实现电源输出自调节的设计。更多使用的是一种开环控制或者是搭配使用昂贵且笨重的外部测量装置作为参考，人为的去调控电源输出。以空气净化器中臭氧发生器这种在实际运行过程中会不断变化的负载为例，当负载发生变化后，为了适应负载需求，需要调节电源中开关管的最佳工作频率也会随着发生变化，在相关技术中，只能依靠人工对电源的开关管工作频率进行调节，不仅响应速度无法满足负载变化的要求，调节准确性也受人工经验的影响难以保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高频交流电源及其工作频率调节方法、装置、设备及介质，以解决相关技术中高频交流电源需要依赖人工进行工作频率调节响应速度慢、准确性差的问题。

第一方面，本发明提供了一种高频交流电源工作频率调节方法，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述方法包括：

控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电，以使所述负载的负载功率达到所述负载的初始目标功率；

在所述高频交流电源为所述负载供电的过程中，按照预设调节周期采集所述高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及所述第一电容在当前调节周期的第二电压；

基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率；

基于所述负载的负载功率与所述负载和所述高频交流电源的谐振频率的第一关系以及所述负载功率与所述开关管的软开关频率的第二关系，确定所述平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；

基于所述第一谐振频率和所述第一软开关频率计算所述高频交流电源的目标工作频率；

在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以所述目标工作频率运行为所述负载供电。

本发明通过在高频交流电源与负载之间连接测量电容，在为所述负载供电的过程中，每个预设调节周期均通过采集负载电压和测量电容的电压来计算负载的平均功率，然后通过利用负载功率与谐振频率和开关管软开关频率的对应关系计算当前周期的谐振频率和软开关频率，并以此确定下一周期的运行频率，实现了高频交流电源的工作频率自动调节，电源的工作频率调节效率高，能满足负载需求，并且可以减少开关管的压力，有利于维持负载最佳工作状态，此外，仅通过设置测量电容即可实现，无需使用昂贵的外部测量装置，结构简单、成本低廉，为用户提供了良好的使用体验。

在一种可选的实施方式中，在控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电之前，所述方法还包括：

向所述高频交流电源输入端设置第一预设电压，控制所述开关管按照不同工作频率运行为所述负载供电，并采集所述高频交流电源的第一输出端在不同工作频率下对应的输出电压和输出电流；

基于所述输出电压的最大值对应的工作频率，确定所述高频交流电源与负载的初始谐振频率；

基于所述输出电压和所述输出电流的相位关系，确定所述开关管的初始软开关频率；

基于所述开关管的初始软开关频率和所述初始谐振频率确定所述高频交流电源的初始工作频率。

本发明通过以第一预设电压控制电源输出，避免负载被损坏，通过在负载运行起始阶段进行扫频的方式确定电源的初始工作频率，实现电源工作频率的初始调节，有利于后续电源为负载正常供电时，保障负载的工作性能，并且进一步减小后续电源工作频率调节的幅度，更有利于实现工作频率的精确调节，进一步提升电源工作频率的调节效率。

在一种可选的实施方式中，通过如下公式计算所述目标工作频率或所述初始工作频率：

f_work＝f_ss+(f_res-f_ss)/4，

其中，f_work表示所述目标工作频率或所述初始工作频率，f_ss表示所述第一软开关频率或所述初始软开关频率，f_res表示所述第一谐振频率或所述初始谐振频率。

本发明通过按照工作频率的计算公式设定电源的工作频率，实现方式简便，数据处理量小，可进一步提高工作频率的调节效率。

在一种可选的实施方式中，所述基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率，包括：

基于所述第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的所述第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻所述第一电容积累的电荷及所述负载的负载电流；

在当前调节周期不同时刻所述第一电容积累的电荷及所述负载的负载电流计算所述负载在当前调节周期的平均功率。

本发明通过利用第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流的方式来计算负载的平均功率，无需依然外部测量设备，计算成本低。

在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：

对所述高频交流电源和所述负载进行负载特征测试；

基于所述测试结果得到所述负载的负载功率与所述负载和所述高频交流电源的谐振频率的第一关系以及所述负载功率与所述开关管的软开关频率的第二关系。

本发明通过对高频交流电源和所述负载进行负载特征测试得到负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系，为后续确定每个周期的谐振频率和软开关频率提供了准确的计算依据，可进一步提高电源工作频率的调节效率。

第二方面，本发明提供了一种高频交流电源工作频率调节装置，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述装置包括：

第一处理模块，用于控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电，以使所述负载的负载功率达到所述负载的初始目标功率；

第二处理模块，用于在所述高频交流电源为所述负载供电的过程中，按照预设调节周期采集所述高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及所述第一电容在当前调节周期的第二电压；

第三处理模块，用于基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率；

第四处理模块，用于基于所述负载和所述高频交流电源的谐振频率与所述负载的负载功率的第一关系以及所述开关管的软开关频率与所述负载的负载功率的第二关系，确定所述平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；

第五处理模块，用于基于所述第一谐振频率和所述第一软开关频率计算所述高频交流电源的目标工作频率；

第六处理模块，用于在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以所述目标工作频率运行为所述负载供电。

第三方面，本发明提供了一种高频交流电源，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述高频交流电源还包括：控制模块，所述控制模块包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式所述的高频交流电源工作频率调节方法。

本发明提供的高频交流电源，在现有高频交流电源的基础上仅需增加一个测量电容，即可通过软件的方式实现电源工作频率的自动调节，无需使用昂贵的外部测量装置，结构简单、降低了高频交流电源的成本，并且可减少开关管的开关压力提高调节效率，有利于维持负载最佳工作状态。

第四方面，本发明提供了一种电器设备，所述电器设备包括：第三方面所述的高频交流电源。

本发明提供的电器设备，通过设置本发明另一实施例的高频交流电源，可以实现电源工作频率的自动调节，无需使用昂贵的外部测量装置，结构简单、降低了电器设备的生产成本，并且可减少开关管的开关压力提高调节效率，有利于维持负载最佳工作状态，进一步提升了电器设备的性能，提高用户的使用体验。

在一种可选的实施方式中，所述电器设备为空气净化器或洗碗机，所述高频交流电源的负载为空气净化器或洗碗机中的臭氧发生器。

第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式所述的高频交流电源工作频率调节方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的高频交流电源的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的高频交流电源工作频率调节方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的高频交流电源工作频率调节方法的另一流程图；

图4是根据本发明实施例的第一电容的DBD等效电路示意图；

图5是根据本发明实施例的用于平均功率计算的李萨如图；

图6是根据本发明实施例的高频交流电源工作频率调节装置的结构示意图；

图7是本发明实施例的电器设备的结构示意图；

图8是本发明实施例的高频交流电源的控制模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

目前行业内使用的高频高压电源或是等离子体电源等高频交流电源缺乏负载检测以及根据负载变化实现电源输出自调节的设计。更多使用的是一种开环控制或者是搭配使用昂贵且笨重的外部测量装置作为参考，人为的去调控电源输出。以空气净化器中臭氧发生器这种在实际运行过程中会不断变化的负载为例，当负载发生变化后，为了适应负载需求，需要调节电源中开关管的最佳工作频率也会随着发生变化，在相关技术中，只能依靠人工对电源的开关管工作频率进行调节，不仅响应速度无法满足负载变化的要求，调节准确性也受人工经验的影响难以保证。

分析上述问题产生的原因在于等离子体负载阻抗时时变化，使用单一的恒压、恒流或恒功率反馈形式的话，该种电源无法保证等离子体的最终实现效果，例如等离子体活化水杀菌率，PH值等。总而言之，现有等离子体电源缺乏一种可靠的跟等离子体实现效果强相关的因素作为反馈量。因此，本发明实施例通过根据负载反馈的输出电压和李萨如方法评估的平均功率，实现负载的自我检测和自动调整高频交流电源最佳工作频率。进一步由于开关频率的自调节可最大限度地减少开关管如MOS管的开关压力并最大限度地提高整体效率。并且可以通过开/关周期(占空比条件)调节高频交流电源的输出电压，以根据所考虑的应用最大化等离子体功效。此外，还实现了实时评估提供放电的高压和平均功率，无需使用昂贵的外部测量装置，在节约成本的同时实现了自动化检测功能。

在本发明实施例中提供了一种高频交流电源，如图1所示，该高频交流电源包括：开关管100，用于调节高频交流电源的工作频率，其特征在于，高频交流电源的负载101的第一端与第一电容Cm串联后与高频交流电源的第一输出端连接接地，高频交流电源的第二输出端与负载101的第二端连接，高频交流电源还包括：控制模块102，控制模块102用于执行本发明另一实施例提供的高频交流电源工作频率调节方法，该控制模块102的具体工作原理及工作过程参见下文方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。

本发明提供的高频交流电源，在现有高频交流电源的基础上仅需增加一个测量电容，即可通过软件的方式实现电源工作频率的自动调节，无需使用昂贵的外部测量装置，结构简单、降低了高频交流电源的成本，并且可减少开关管的开关压力提高调节效率，有利于维持负载最佳工作状态。

示例性地，在本发明实施例中是以上述负载101为等离子体模块如臭氧发生器为例进行的说明，在实际应用中，该负载101还可以是其他在运行过程中负载阻抗发生变化的设备，本发明并不以此为限。

在一些可选的实施方式中，如图1所示，开关管100包括：第一受控开关Q1和第二受控开关Q2，上述高频交流电源还包括：升压变压器T、PWM控制环路103、板载分压器104和显示模块105，其中，

升压变压器T的原边侧的异名端端分别与第一受控开关Q1的第一端及外部直流电压信号VDC连接，第一同名端与外部直流电压信号VDC连接，第二同名端分别与第二受控开关Q2的第一端及外部直流电压信号VDC连接；

升压变压器T的副边侧的同名端与第一电容Cm的一端连接后接地，第一电容Cm的另一端与负载101的一端连接，负载101的另一端与升压变压器T的副边侧的异名端连接；

PWM控制环路103的第一输出端与第一受控开关Q1的控制端连接，第二输出端与第二受控开关Q2的控制端连接，输入端与控制模块102的控制信号输出端连接；

控制模块102的第一输入端通过板载分压器104与升压变压器T的异名端连接，第二输入端与第一电容Cm的另一端连接；

显示模块105与控制模块102数据输出端连接，用于显示第一电压、平均功率、目标工作频率及预设调节周期中的至少之一。

具体地，如图1所示，由Q1、Q2及升压变压器T构成高频交流电源的推挽式变换器。升压变压器T的每个初级绕组由7匝构成，次级绕组由1000匝构成。次级绕组采用硅橡胶灌封绝缘。的变换器的额定输入电压最高可达40V(图1中的VDC)，电流高达10A。选择这种直流电源类型是因为其坚固性、市场上的可用性以及安全性原因。

进一步地，如图1所示，上述高频交流电源还包括：缓冲电路，该缓冲电路具体包括无极性第二电容C1、第三电容C2，第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1及第二二极管D2。第一二极管D1及第二二极管D2的作用是限制换相期间的MOS管过压。

示例性地，上述板载分压器104具体由20个高压电阻和一个测量电阻串联而成。每个高压电阻的额定值为2MΩ，单个电阻可在3kV电压下工作。测量电阻一端与高压电阻串联，一端接地端子。额定电阻为1.5kΩ，100V。每个高压电阻并联一个高压电容器，220pF，3kV。测量电阻并联一个15pF、100V电容器。

如图1所示的高频交流电源的拓扑输入电压范围为36V以下，即安全特低电压。在安全特低电压输入，保证了家用电器的使用要求和电气安全。

示例性地，上述控制模块102为MCU，具体由MCU主芯片和外围电路构成。MCU主芯片用于调节开关频率并对两个信号v_out和V_Cm(Cm两端的电压)进行采样。MCU主芯片要求能够检测采样率频率高达500kHz的模拟信号。就最大输出频率为60kHz而言，根据奈奎斯特-香农采样定理，500kHz采样率可保证对四次谐波以上的信号进行正确采样。

示例性地，上述PWM控制环路103使用TL494芯片及外围电路构成。也可以使用其他的半桥驱动芯片，芯片要求能够输出两个50％占空比一下的方波信号，且两者之间存有死区。

在本实施例中提供了一种高频交流电源工作频率调节方法，可用于如图1所示的高频交流电源的控制模块102，如MCU、单片机等，图2是根据本发明实施例的高频交流电源工作频率调节方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为负载供电，以使负载的负载功率达到负载的初始目标功率。

其中，该初始工作频率为事先确定的开关管的工作频率，可以选择高频交流电源的默认工作频率，或者开关管对应的电压和电流过零点的频率即软开关频率，还可以通过根据所连接负载的特性选取合适的工作频率，本发明并不以此为限。上述初始目标功率为负载设定的运行初始功率，该初始目标功率为固定值，与负载本身的型号和工作要求有关，在此不再进行赘述。

步骤S202，在高频交流电源为负载供电的过程中，按照预设调节周期采集高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及第一电容在当前调节周期的第二电压。

其中，该预设调节周期可根据负载的响应速度要求和频率调节精度要求进行灵活的设置，示例性地，该预设调节周期可以是2s、5s等，本发明并不以此为限。以预设调节周期为2s为例，其表明每隔2s对高频交流电源的开关管的工作频率进行一次调整。

步骤S203，基于第一电容的电容值、第一电压和第二电压，计算负载在当前调节周期的平均功率。

具体地，由于负载功率与电流和电压相关，而电流可通过电容的电容值及电容两端电压计算得到，因此，可通过利用电容的电容值、电容两端的电压以及负载电压计算每个调节周期的平均功率，具体计算方式在此不做限定。

步骤S204，基于负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系，确定平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率。

具体地，上述第一关系和第二关系为事先对负载特性进行实验得到的负载功率与软开关频率即谐振频率的对应关系，在此不再进行赘述。

步骤S205，基于第一谐振频率和第一软开关频率计算高频交流电源的目标工作频率。

具体地，由于高频交流电源的工作频率选择是与开关管的软开关频率即负载与电源的谐振频率密切相关的，因此，可通过每一周期谐振频率和软开关频率来计算得到最佳的工作频率，以兼顾开关管和负载的性能需求。

步骤S206，在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以目标工作频率运行为负载供电。

本发明通过在高频交流电源与负载之间连接测量电容，在为所述负载供电的过程中，每个预设调节周期均通过采集负载电压和测量电容的电压来计算负载的平均功率，然后通过利用负载功率与谐振频率和开关管软开关频率的对应关系计算当前周期的谐振频率和软开关频率，并以此确定下一周期的运行频率，实现了高频交流电源的工作频率自动调节，电源的工作频率调节效率高，能满足负载需求，并且可以减少开关管的压力，有利于维持负载最佳工作状态，此外，仅通过设置测量电容即可实现，无需使用昂贵的外部测量装置，结构简单、成本低廉，为用户提供了良好的使用体验。

在本实施例中提供了一种高频交流电源工作频率调节方法，可用于如图1所示的高频交流电源的控制模块102，如MCU、单片机等，图3是根据本发明实施例的高频交流电源工作频率调节方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S301，向高频交流电源输入端设置第一预设电压，控制开关管按照不同工作频率运行为负载供电，并采集高频交流电源的第一输出端在不同工作频率下对应的输出电压和输出电流。

具体地，该第一预设电压为根据负载正常工作所需电压设置的一个较小的电压值，以避免损坏负载，示例性地，在本发明实施例中是以第一预设电压为1V为例进行的说明，仅以此为例，本发明并不以此为限。

步骤S302，基于输出电压的最大值对应的工作频率，确定高频交流电源与负载的初始谐振频率。

具体地，通过对不同工作频率下的输出电压进行从大到小的排序，将输出电压最大值对应的工作频率确定为初始谐振频率。

步骤S303，基于输出电压和输出电流的相位关系，确定开关管的初始软开关频率。

具体地，通过统计输出电压与输出电流同相时间，计算开关管的初始软开关频率，也就是开关管电压和电流过零点的频率。

步骤S304，基于开关管的初始软开关频率和初始谐振频率确定高频交流电源的初始工作频率。

具体地，关于初始工作频率的具体计算方式与目标工作频率计算方式类似，具体可参见下文关于目标工作频率的相关描述，此处不再进行赘述。

本发明通过以第一预设电压控制电源输出，避免负载被损坏，通过在负载运行起始阶段进行扫频的方式确定电源的初始工作频率，实现电源工作频率的初始调节，有利于后续电源为负载正常供电时，保障负载的工作性能，并且进一步减小后续电源工作频率调节的幅度，更有利于实现工作频率的精确调节，进一步提升电源工作频率的调节效率。

步骤S305，控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为负载供电，以使负载的负载功率达到负载的初始目标功率。详细内容参见如图2所示步骤S201的相关描述，在此不再进行赘述。

步骤S306，在高频交流电源为负载供电的过程中，按照预设调节周期采集高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及第一电容在当前调节周期的第二电压。详细内容参见如图2所示步骤S202的相关描述，在此不再进行赘述。

步骤S307，基于第一电容的电容值、第一电压和第二电压，计算负载在当前调节周期的平均功率。

具体地，上述步骤S307包括：

步骤a1，基于第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流。

步骤a2，在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流计算负载在当前调节周期的平均功率。

本发明通过利用第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流的方式来计算负载的平均功率，无需依然外部测量设备，计算成本低。

示例性地，可以采用李萨如法计算上述平均功率，该方法需要分别测量高压信号v_out值和电荷值测量。v_out值通过MCU进行电容补偿和采样的板载分压器进行检测。如图1和图4所示，电荷值测量是通过插入与负载串联的第一电容C_m来完成的。需要说明的是，在图4中，H.V.指的是高频高压电源，负载指的是类似臭氧发生器一样的装置结构，C.d指的是负载的介质层的等效电容，Cgas指的是负载的空气间隙的等效电容，Cm指的是与负载串联的测量电容，该等效电路的原理是电容串联分压，Cm的电压与负载相位相同，Cm电压一般为负载电压的1/1000。Swp、Rp、Cp三者串联等效于等离子体负载，Swp在有等离子体时闭合，Rp和Cp指的是等离子体等效阻抗。该第一电容C_m必须比等离子体模块即上述负载的等效电容高几个数量级，以便其对放电间隙电压的影响可以忽略不计。因此，在本发明实施例中选择了10nF的值。第一电容C_m积累的电荷Q_m可以用电容电压值V_Cm表示，具体如公式(1)所示：

Q_m＝C_mV_Cm(1)

考虑到负载的电流i_out，计算公式如公式(2)所示：

因此，负载的平均功率可P的计算如公式(3)所示：

计算李萨如图中v_out-Q_m曲线所包围的面积。就可以得到多个周期平均传递到放电的能量，示例性地，李萨如图形如图5所示，在图5中A和B指的是等离子体的充电和放电阶段。

步骤S308，基于负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系，确定平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率。

具体地，上述步骤S308具体包括：

步骤b1，对高频交流电源和负载进行负载特征测试。

具体地，可以通过向高频交流电源输入较小输入电压如1V，分别以开关管的软开关频率和负载与高频交流电源的谐振频率为自变量，统计不同软开关频率对应的负载功率以及不同的谐振频率对应的负载功率。

步骤b2，基于测试结果得到负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系。

具体地，通过对上述统计的同软开关频率对应的负载功率以及不同的谐振频率对应的负载功率进行数据拟合如线性拟合或非线性拟合等数据处理，得到上述负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系，具体数据处理方式为现有技术，本发明并不以此为限。

本发明通过对高频交流电源和所述负载进行负载特征测试得到负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系，为后续确定每个周期的谐振频率和软开关频率提供了准确的计算依据，可进一步提高电源工作频率的调节效率。

步骤S309，基于第一谐振频率和第一软开关频率计算高频交流电源的目标工作频率。

具体地，通过如下公式计算上述目标工作频率或上述初始工作频率：

f_work＝f_ss+(f_res-f_ss)/4(4)

其中，f_work表示目标工作频率或初始工作频率，f_ss表示第一软开关频率或初始软开关频率，f_res表示第一谐振频率或初始谐振频率。

本发明通过按照工作频率的计算公式设定电源的工作频率，实现方式简便，数据处理量小，可进一步提高工作频率的调节效率。

步骤S310，在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以目标工作频率运行为负载供电。详细内容参见如图2所示步骤S206的相关描述，在此不再进行赘述。

下面将结合具体应用示例，对本发明实施例提供的高频交流电源及其工作频率调节方法的工作原理及工作过程进行详细的说明。

如图1所示的高频交流电源以下简称为电源，在MOS管的开关频率低于软开关频率时，输出的电压谐波含量较高，而接近或高于软开关频率时，输出的电压谐波含量较少。因此当负载即等离子体模块连接到电源输出端时，MCU会执行5s的频率扫描并测量对应于每个频率的输出电压和输出电流。对于每个频率，都会计算输出电压的最大值以及相应的信号快速傅立叶变换(FFT)。所有频率的最大电压的最大值对应于谐振频率；基于输出电压与输出电流同相的时间计算出软开关频率，即MOS管电压和电流过零点的频率。执行5s的频率扫描输入直流电压将设置为小于1V，低输入直流电压保证了有限的高电压值，避免了等离子体模块损坏。

在此过程之后，软开关频率和谐振频率已知，MCU通过等式上述公式(4)计算确定初始工作频率。

在这个初始自调节程序之后，电源的直流输入增加以达到负载所设定的初始目标功率。MCU测量获得的输出电压v_out并对Q_m充电。由此，计算出提供给放电的平均功率即负载的平均功率。大约5ms用于评估平均功率，其中2ms用于采样过程，3ms用于计算。因此，可以准实时评估最重要的放电参数，并可以利用最佳频率和工作电压。

进一步地，MCU通过改变连接到TL494集成电路的振荡器频率引脚的数字电位器的值来改变开关管的工作频率。工作频率、最大输出电压、平均功率以及输出调制的开关时间间隔等主要信息可在上述显示模块如板载显示屏上或直接在PC显示器上查看。

此外，需要说明的是，在本发明实施例中是以如图1所示的基于推挽式变换器的高压高频等离子体电源为例进行的高频交流电源的工作频率调节说明，除了应用于该电源拓扑外，该控制逻辑还能够被应用于与该原理通用的其他电路拓扑，例如半桥，全桥等，本发明并不以此为限。

本发明实施例提供的高频交流电源及其工作频率调节方案的主要特点是其灵活性，能够可视化输出电压和馈送放电的平均功率，并根据所连接的负载自动检测和调整最佳工作频率，无需人工干预。

在本实施例中还提供了一种高频交流电源工作频率调节装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本发明实施例提供了一种高频交流电源工作频率调节装置，应用于如图1所示的控制模块102，如MCU、单片机等，如图6所示，该高频交流电源工作频率调节装置包括：

第一处理模块601，用于控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为负载供电，以使负载的负载功率达到负载的初始目标功率；

第二处理模块602，用于在高频交流电源为负载供电的过程中，按照预设调节周期采集高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及第一电容在当前调节周期的第二电压；

第三处理模块603，用于基于第一电容的电容值、第一电压和第二电压，计算负载在当前调节周期的平均功率；

第四处理模块604，用于基于负载和高频交流电源的谐振频率与负载的负载功率的第一关系以及开关管的软开关频率与负载的负载功率的第二关系，确定平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；

第五处理模块605，用于基于第一谐振频率和第一软开关频率计算高频交流电源的目标工作频率；

第六处理模块606，用于在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以目标工作频率运行为负载供电。

在一些可选的实施方式中，上述高频交流电源工作频率调节装置还包括：

第七处理模块，用于向高频交流电源输入端设置第一预设电压，控制开关管按照不同工作频率运行为负载供电，并采集高频交流电源的第一输出端在不同工作频率下对应的输出电压和输出电流；

第八处理模块，用于基于输出电压的最大值对应的工作频率，确定高频交流电源与负载的初始谐振频率；

第九处理模块，用于基于输出电压和输出电流的相位关系，确定开关管的初始软开关频率；

第十处理模块，用于基于开关管的初始软开关频率和初始谐振频率确定高频交流电源的初始工作频率。

在一些可选的实施方式中，通过如下公式计算目标工作频率或初始工作频率：

f_work＝f_ss+(f_res-f_ss)/4

其中，f_work表示目标工作频率或初始工作频率，f_ss表示第一软开关频率或初始软开关频率，f_res表示第一谐振频率或初始谐振频率。

在一些可选的实施方式中，上述第三处理模块603，包括：

第一处理单元，用于基于第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流；

第二处理单元，用于在当前调节周期不同时刻第一电容积累的电荷及负载的负载电流计算负载在当前调节周期的平均功率。

在一些可选的实施方式中，上述高频电源工作频率调节装置还包括：

测试模块，用于对高频交流电源和负载进行负载特征测试；

分析模块，用于基于测试结果得到负载的负载功率与负载和高频交流电源的谐振频率的第一关系以及负载功率与开关管的软开关频率的第二关系。

上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的温度调节设备控制装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

本发明实施例还提供了一种电器设备，如图7所示，该电器设备包括：本发明另一实施例提供的高频交流电源701。

具体地，该电器设备为空气净化器或洗碗机，高频交流电源的负载为空气净化器或洗碗机中的臭氧发生器，仅以此为例，本发明并不以此为限。

请参阅图8，图8是本发明可选实施例提供的高频交流电源中控制模块的结构示意图，如图8所示，该控制模块102包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图8中以一个处理器10为例。

处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。

存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。

该控制模块还包括通信接口30，用于该控制器与其他设备或通信网络通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种高频交流电源工作频率调节方法，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，其特征在于，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述方法包括：

控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电，以使所述负载的负载功率达到所述负载的初始目标功率；

在所述高频交流电源为所述负载供电的过程中，按照预设调节周期采集所述高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及所述第一电容在当前调节周期的第二电压；

基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率；

基于所述负载的负载功率与所述负载和所述高频交流电源的谐振频率的第一关系以及所述负载功率与所述开关管的软开关频率的第二关系，确定所述平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；

基于所述第一谐振频率和所述第一软开关频率计算所述高频交流电源的目标工作频率；

在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以所述目标工作频率运行为所述负载供电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电之前，所述方法还包括：

向所述高频交流电源输入端设置第一预设电压，控制所述开关管按照不同工作频率运行为所述负载供电，并采集所述高频交流电源的第一输出端在不同工作频率下对应的输出电压和输出电流；

基于所述输出电压的最大值对应的工作频率，确定所述高频交流电源与负载的初始谐振频率；

基于所述输出电压和所述输出电流的相位关系，确定所述开关管的初始软开关频率；

基于所述开关管的初始软开关频率和所述初始谐振频率确定所述高频交流电源的初始工作频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算所述目标工作频率或所述初始工作频率：

f_work＝f_ss+(f_res-f_ss)/4，

其中，f_work表示所述目标工作频率或所述初始工作频率，f_ss表示所述第一软开关频率或所述初始软开关频率，f_res表示所述第一谐振频率或所述初始谐振频率。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率，包括：

基于所述第一电容的电容值以及在当前调节周期不同时刻对应的所述第二电压，分别计算在当前调节周期不同时刻所述第一电容积累的电荷及所述负载的负载电流；

在当前调节周期不同时刻所述第一电容积累的电荷及所述负载的负载电流计算所述负载在当前调节周期的平均功率。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述高频交流电源和所述负载进行负载特征测试；

基于所述测试结果得到所述负载的负载功率与所述负载和所述高频交流电源的谐振频率的第一关系以及所述负载功率与所述开关管的软开关频率的第二关系。

6.一种高频交流电源工作频率调节装置，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，其特征在于，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述装置包括：

第一处理模块，用于控制高频交流电源的开关管以初始工作频率运行为所述负载供电，以使所述负载的负载功率达到所述负载的初始目标功率；

第二处理模块，用于在所述高频交流电源为所述负载供电的过程中，按照预设调节周期采集所述高频交流电源的第一输出端在当前调节周期的第一电压以及所述第一电容在当前调节周期的第二电压；

第三处理模块，用于基于所述第一电容的电容值、所述第一电压和所述第二电压，计算所述负载在当前调节周期的平均功率；

第四处理模块，用于基于所述负载和所述高频交流电源的谐振频率与所述负载的负载功率的第一关系以及所述开关管的软开关频率与所述负载的负载功率的第二关系，确定所述平均功率对应的第一谐振频率和第一软开关频率；

第五处理模块，用于基于所述第一谐振频率和所述第一软开关频率计算所述高频交流电源的目标工作频率；

第六处理模块，用于在下一调节周期，控制高频交流电源的开关管以所述目标工作频率运行为所述负载供电。

7.一种高频交流电源，其特征在于，所述高频交流电源包括：开关管，用于调节所述高频交流电源的工作频率，其特征在于，所述高频交流电源的负载的第一端与第一电容串联后与所述高频交流电源的第一输出端连接接地，所述高频交流电源的第二输出端与所述负载的第二端连接，所述高频交流电源还包括：控制模块，所述控制模块包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至5中任一项所述的高频交流电源工作频率调节方法。

8.一种电器设备，其特征在于，所述电器设备包括：如权利要求7所述的高频交流电源。

9.根据权利要求8所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备为空气净化器或洗碗机，所述高频交流电源的负载为空气净化器或洗碗机中的臭氧发生器。

10.一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上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至5中任一项所述的高频交流电源工作频率调节方法。