一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空氣凈化器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器及其控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和人們環(huán)境意識的加強(qiáng)，空氣質(zhì)量己成為全世界關(guān)注的 焦點(diǎn)。尤其在最近，全國各大城市公布的PM值都在2. 0以上，甚至超過了 2. 5,這將會(huì)直接 威脅到我們的生命與健康。
[0003] 作為人們居住的室內(nèi)環(huán)境，同樣地受到大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，不僅如此，更受到室 內(nèi)具體環(huán)境的直接影響，但其污染因素越來越不明顯，情況也不容樂觀。室內(nèi)空氣污染主要 是由于各種原因?qū)е率覂?nèi)空氣有害物質(zhì)超標(biāo)，因而影響人體健康狀況，隨著污染程度的加 劇，人體會(huì)產(chǎn)生亞健康狀態(tài)。家具問題、建筑問題、裝飾裝修問題等都已經(jīng)成為室內(nèi)環(huán)境污 染的三大主要問題。
[0004] 隨著空氣有害物質(zhì)的種類和數(shù)量的不斷增加，國內(nèi)外對空氣凈化器產(chǎn)品的不斷研 制和生產(chǎn)，越來越多的室內(nèi)空氣凈化器產(chǎn)品走向市場，按照凈化原理可分為：機(jī)械過濾式 與吸附式凈化器、靜電式凈化器、負(fù)離子空氣凈化器。其技術(shù)特點(diǎn)如下：
[0005] 機(jī)械過濾式與吸附式空氣凈化器，是通過風(fēng)機(jī)換氣加壓，空氣逐層透過過濾材料， 主要凈化了顆粒狀污染物，凈化效果根據(jù)設(shè)計(jì)的過濾材料和性質(zhì)決定，當(dāng)然局限性很大，不 能徹底過濾有害化學(xué)物質(zhì)和殺菌作用。
[0006] 靜電式空氣凈化器，是一種通過靜電使空氣中污染物帶電，然后用集塵裝置捕集 吸附了帶電粒子的空氣塵埃，達(dá)到凈化空氣目的。但是這種凈化器不僅成本和運(yùn)行費(fèi)用較 高還會(huì)造成二次污染。
[0007] 負(fù)離子發(fā)生器利用自身產(chǎn)生的負(fù)離子實(shí)現(xiàn)對空氣的凈化?？諝獾闹饕煞质堑?氧，通常氮、氧分子電性能呈中性，所帶正、負(fù)電荷相等?？諝庳?fù)離子是指空氣中帶負(fù)電荷的 分子或原子。但當(dāng)空氣分子電離產(chǎn)生的電子和氧分子結(jié)合后，即可形成化學(xué)性質(zhì)活潑的負(fù) 氧離子。負(fù)氧離子在未和其他物質(zhì)發(fā)生快速反應(yīng)前，可通過呼吸、神經(jīng)和血液系統(tǒng)作用于人 體，改善肺功能、促進(jìn)新陳代謝、增強(qiáng)抗病能力、改善睡眠、殺滅病毒和細(xì)菌、得到清新空氣、 消煙除塵，改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況。而且它的副作用較小，殺菌效果明顯，得到了廣泛的 認(rèn)同。而目前市場上常見的負(fù)離子發(fā)生器均由模擬器件搭建構(gòu)成，該種負(fù)離子發(fā)生器雖然 具有電路簡單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在故障率偏高、溫漂嚴(yán)重、常常因?yàn)闇厣^高 導(dǎo)致離子發(fā)生器失效等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電路結(jié)構(gòu) 簡單、設(shè)計(jì)新穎合理、工作可靠性高、功能完備、故障率低、可維護(hù)性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)的數(shù)字化 負(fù)離子發(fā)生器。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特 征在于：包括用于將24V直流電源輸出的24V直流電壓變換為-6. 5kV~-llkv的直流負(fù)高 壓的功率變換電路、用于對功率變換電路進(jìn)行控制的主控制器和用于為數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生 器中各用電電路供電的電壓轉(zhuǎn)換電路，以及保護(hù)電路和用于將所述功率變換電路輸出的直 流負(fù)高壓信號反饋給主控制器的負(fù)高壓反饋電路；所述功率變換電路由依次連接的LC半 橋諧振電路、壓電陶瓷變壓器和二倍壓電路組成，所述LC半橋諧振電路與24V直流電源的 輸出端連接；所述保護(hù)電路包括與LC半橋諧振電路的電流信號采樣端連接且用于對壓電 陶瓷變壓器過流進(jìn)行保護(hù)的過流保護(hù)電路和用于對壓電陶瓷變壓器過熱進(jìn)行保護(hù)的過熱 保護(hù)電路；所述負(fù)高壓反饋電路由依次連接的分壓電路、半波整流電路和電壓限幅電路組 成，所述分壓電路的輸入端與二倍壓電路的輸出端連接；所述過流保護(hù)電路的輸出端與主 控制器的輸入端相接，所述主控制器的輸入端還接有A/D轉(zhuǎn)換電路，所述過熱保護(hù)電路的 輸出端和電壓限幅電路的輸出端均與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸 入端還接有用于給定所述功率變換電路輸出的直流負(fù)高壓大小的電壓給定電路；所述主控 制器的輸出端接有驅(qū)動(dòng)電路，所述LC半橋諧振電路與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接；所述電壓轉(zhuǎn) 換電路包括用于將24V直流電源輸出的24V直流電壓轉(zhuǎn)換為5V的5V電壓轉(zhuǎn)換電路、用于 將5V電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的5V直流電壓轉(zhuǎn)換為3. 3V的3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和用于將3. 3V 電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的3. 3V直流電壓轉(zhuǎn)換為1. 5V的1. 5V電壓轉(zhuǎn)換電路，所述主控制器與 3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和1. 5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端均相接，所述過流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電 路、A/D轉(zhuǎn)換電路、電壓給定電路和驅(qū)動(dòng)電路均與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相接。
[0010] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述LC半橋諧振電路包括NMOS功 率管Q3、電感L1、非極性電容C3、非極性電容C4和非極性電容C5,所述NMOS功率管Q3的 柵極通過電阻R12與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相接，所述電感L1的一端與24V直流電源的輸出端 相接，所述NMOS功率管Q3的源極與電感L1的另一端、非極性電容C3的一端和非極性電容 C5的一端相接且為LC半橋諧振電路的輸出端，所述NMOS功率管Q3的漏極通過電阻R13 接地，所述NMOS功率管Q3的漏極與電阻R13的連接端為LC半橋諧振電路的電流信號采樣 端，所述非極性電容C3的另一端通過非極性電容C4接地，所述非極性電容C5的另一端接 地；所述壓電陶瓷變壓器為多層壓電陶瓷變壓器MPT1，所述多層壓電陶瓷變壓器MPT1的初 級壓電振子的一端與LC半橋諧振電路的輸出端相接，所述多層壓電陶瓷變壓器MPT1的初 級壓電振子的另一端接地，所述多層壓電陶瓷變壓器MPT1的次級壓電振子的一端為壓電 陶瓷變壓器的輸出端；所述二倍壓電路由二極管D1、二極管D2和非極性電容C6組成，所述 二極管D1的陽極和二極管D2的陰極均與壓電陶瓷變壓器的輸出端相接，所述二極管D1的 陰極接地，所述二極管D2的陽極為二倍壓電路的輸出端且通過非極性電容C6接地。
[0011] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述主控制器為FPGA芯片 EP2C5T144C8N。
[0012] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述A/D轉(zhuǎn)換電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換 芯片AD7862,所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7862的Verf引腳和VDD引腳均與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸 出端相接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7862的DB0引腳、DB1引腳、DB2引腳、DB3引腳、DB4引腳、 DB5引腳、DB6引腳、DB7引腳、DB8引腳、DB9引腳、DB10引腳和DB11引腳依次對應(yīng)與FPGA 芯片EP2C5T144C8N的第94引腳、第93引腳、第92引腳、第87引腳、第86引腳、第81引腳、 第80引腳、第79引腳、第76引腳、第75引腳、第74引腳和第73引腳相接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 芯片AD7862的CXWKSr引腳、BUSY引腳、RD引腳、CS引腳和A0引腳依次對應(yīng)與FPGA芯 片EP2C5T144C8N的第4引腳、第3引腳、第7引腳、第8引腳和第24引腳相接，所述模數(shù)轉(zhuǎn) 換芯片AD7862的VB1引腳與電壓限幅電路的輸出端相接且通過非極性電容C1接地，所述 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7862的VA1引腳與過熱保護(hù)電路的輸出端相接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7862 的VB2引腳與電壓給定電路的輸出端相接；所述電壓給定電路由滑動(dòng)變阻器VR1和非極性 電容C2組成，所述滑動(dòng)變阻器VR1的一端接5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端，所述滑動(dòng)變阻器 VR1的另一端接地，所述滑動(dòng)變阻器VR1的滑動(dòng)端為電壓給定電路的輸出端，且通過非極性 電容C2接地。
[0013] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)電路由對稱三極管Q1、 三極管Q2、電阻R1和電阻R2組成，所述對稱三極管Q1由NPN型上三極管Q1-1和PNP型下 三極管Q1-2組成；所述三極管Q2的基極為驅(qū)動(dòng)電路的輸入端且與FPGA芯片EP2C5T144C8N 的第9引腳相接，所述三極管Q2的集電極、NPN型上三極管Q1-1的基極和PNP型下三極管 Q1-2的基極均通過電阻R2與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相接，所述NPN型上三極管Q1-1的 集電極通過電阻R1與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相接，所述三極管Q2的發(fā)射極和PNP型下 三極管Q1-2的集電極均接地，所述NPN型上三極管Q1-1的發(fā)射極和PNP型下三極管Q1-2 的發(fā)射極相接且為驅(qū)動(dòng)電路的輸出端。
[0014] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述分壓電路由串聯(lián)的電阻R16 和電阻R17組成，所述電阻R16和電阻R17串聯(lián)后的一端為分壓電路的輸入端，另一端接 地；所述半波整流電路由二極管D5、二極管D6和非極性電容C13組成，所述二極管D5的陽 極和二極管D6的陰極均與電阻R16和電阻R17的連接端相接，所述二極管D6的陽極和非 極性電容C13的另一端均接地；所述電壓限幅電路由穩(wěn)壓二極管DZ3構(gòu)成，所述穩(wěn)壓二極管 DZ3的陰極與二極管D5的陰極相接且為電壓限幅電路的輸出端，所述穩(wěn)壓二極管DZ3的陽 極接地。
[0015] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述過流保護(hù)電路包括比較器 U8B、三極管Q1、與比較器U8B的同相輸入端相接的參考電壓電路和與比較器U8B的反相輸 入端相接的信號采集放大電路，所述參考電壓電路由電阻R19、電阻R20、穩(wěn)壓二極管DZ4和 非極性電容C14組成，所述電阻R19和電阻R20串聯(lián)后的一端與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端 相接，另一端接地，所述電阻R19和電阻R20的連接端為參考電壓電路的參考電壓輸出端， 所述穩(wěn)壓二極管DZ4的陰極和非極性電容C14的一端均與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相接， 所述穩(wěn)壓二極管DZ4的陽極和非極性電容C14的另一端均接地；所述信號采集放大電路由 運(yùn)算放大器U8A、電阻R21、電阻R22和非極性電容C15組成，所述運(yùn)算放大器U8A的同相輸 入端為電流信號輸入端且與LC半橋諧振電路的電流信號采樣端相接，所述運(yùn)算放大器U8A 的反相輸入端通過電阻R22接地，所述電阻R21和非極性電容C15并聯(lián)在運(yùn)算放大器U8A的 反相輸入端與輸出端之間，所述運(yùn)算放大器U8A的輸出端為信號采集放大電路的輸出端； 所述三極管Q1的基極與比較器U8B的輸出端相接，所述三極管Q1的集電極接地，所述三極 管Q1的發(fā)射極為過流保護(hù)電路的輸出端且通過電阻R18與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相 接；所述過熱保護(hù)電路由溫度傳感器MCP9701構(gòu)成。
[0016] 上述的一種數(shù)字化負(fù)離子發(fā)生器，其特征在于：所述5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括降壓開 關(guān)穩(wěn)壓器MCP16301、開關(guān)二極管D3、開關(guān)二極管D4、穩(wěn)壓二極管DZ1、穩(wěn)壓二極管DZ2和電 感L2,所述降壓開關(guān)穩(wěn)壓器MCP16301的第4引腳和第5引腳均通過保險(xiǎn)F1與開關(guān)二極管 D3的陰極相接，且通過極性電容C7接地；所述開關(guān)二極管D3的陽極和穩(wěn)壓二極管DZ1的陰 極均與24V直流電源的輸出端相接，所述穩(wěn)壓二極管DZ1的陽極接地，所述降壓開關(guān)穩(wěn)壓器 MCP16301的第1引腳與開關(guān)二極管D4的陰極相接，且通過非極性電容C12與穩(wěn)壓二極管 DZ2的陰極和電感L2的一端相接，所述穩(wěn)壓二極管DZ2的陽極接地，所述開關(guān)二極管D4的 陽極和電感L2的另一端相接且為5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端，且通過極性電容C8接地；所 述5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端與地之間接有串聯(lián)的電阻R14和電阻R15,所述降壓開關(guān)穩(wěn)壓 器MCP16301的第3引腳與電阻R14和電阻R15的連接端相接；所述3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路包括 芯片AMS1117-3. 3V，所述芯片AMS1117-3. 3V的第3引腳與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端相接， 且通過極性電容C9接地，所述芯片AMS1117-3. 3V的第1引腳接地，所述芯片AMS1117-3. 3V