一种压电陶瓷负氧离子发生器的制作方法

1.本发明属于负离子发生器技术领域，主要应用于家用空气净化器、家用空调、冰箱、汽车空气净化、医用负氧离子辅助治疗设备等，具体是指一种集成反馈控制与频率可调的压电陶瓷负氧离子发生器。


背景技术：

2.由于现今空气污染越来越严重，空气中的颗粒物、微粒、粉尘、病毒越来越严重，严重影响人体健康。空气负离子又称负氧离子，是指获得1个或1个以上的电子带负电荷的氧气离子。研究表明，高浓度的负氧离子具有极佳的净化除尘的效果，能够有效的提高人体免疫力、有效的沉降空气尘埃、粉尘、细菌等，达到净化空气的目的。
3.负氧离子在强大的负电场作用下，迅速向周围空间扩散。负电荷在释放到周围空气过程中，能够快速迅速中和带正电荷的尘埃漂、细菌等飘浮物，使其变为中性物质，快速沉降颗粒物、粉尘、病毒。能够有效的改善人体睡眠质量、改善肺功能、有效降低血糖、增强抗病能力、负氧离子能够维持身体重要的自主神经功能平衡、能有效的治疗精神压力过大造成的失眠。
4.目前市面上大部分的负离子发生器，均采用高压包线圈产生瞬间直流高压，通过整流倍压以后，输出固定电压的负高压，通过放电针对空气放电，没有能量反馈安全控制电路。由于高压包线圈的结构和制作工艺问题，其绝缘电压大约只有1500v左右，高压线圈匝间容易发生击穿短路，但是需要得到空气负离子的电压，就需要3500v以上的电压，所以，高绕线匝数比的变压器在工作的时候容易发热并造成圈漏电点击穿。电压耦合的过程中，会产生高压击穿漏电现象，产生一定高压的交流电，通过整流二极管被释放到空气中，由于交流电对空气放电，就会产生臭氧衍生物，从而对人体和周围的电器设备造成电击危害，人体容易产生触电风险，且负离子发生器的功率不可控。


技术实现要素：

5.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种通过直流高压输出电压反馈检测，来调整pwm输出频率，防止人体触电风险的同时、高压端输出功率恒定，具有体积小，隔离电压高，安全可靠的优点，适用性更广的压电陶瓷负氧离子发生器，提高了负离子发生器的可靠性和稳定性。
6.本发明采取的技术方案如下：本发明一种压电陶瓷负氧离子发生器，包括负离子发生模块和外壳，所述外壳上设置有进风口与出风口，所述负离子发生模块设于外壳内，且所述负离子发生模块设于外壳的出风口处；所述负离子发生模块包括pcb控制板、压电陶瓷变压器和负离子输出碳刷，所述压电陶瓷变压器连接所述pcb控制板的输出端，所述压电陶瓷变压器用于将所述pcb控制板产生的交流电转变为直流高压，所述负离子输出碳刷通过导线连接所述压电陶瓷变压器的输出端，所述负离子输出碳刷将负离子对外输出至空气中。
7.作为优选方案，所述pcb控制板包括顶层板、中层板和底层板，所述顶层板为导电银浆层与陶瓷片压合，高绝缘的陶瓷片上烧结一根固定形状的导电银浆，通过过孔导电探针相连，所述中间板为中间导电层，且中间导电层为导电敷铜层，所述中间导电层为导线通过过孔接到底层板的焊盘位置处，所述底层板上设置有电阻分压电路，经过所述电阻分压电路实现电阻分压效果，将电流转换为电压，所述电压随着vin可变的电压信号vout，接到adc采样端口处。
8.其中，vout＝vin/(r1+r2)
×
r2可计算得到vout。
9.进一步地，所述pcb控制板上包含有muc、振荡电路、驱动电路、倍压电路、能量反馈电路；
10.所述振荡电路与muc连接，所述振荡电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路用于产生交变电压，所述驱动电路的输出端与压电陶瓷变压器连接，所述压电陶瓷变压器用于在驱动模块产生的交变电压作用下产生纯净正弦波，所述倍压电路的输入端与压电陶瓷变压器的输出端连接，所述能量反馈电路一端与振荡电路连接，所述能量反馈电路的另一端与倍压电路连接，所述倍压电路用于将所述压电陶瓷变压器的输出电压再次放大，并通过所述负离子输出碳刷将负离子对外输出至空气中。
11.进一步地，所述压电陶瓷变压器在对空气放电的时候，如果有导体靠近，电压会随着导体靠近发生电压变化，通过导电银浆上的电压也会变化。muc通过内部adc读到数据变化，达到一定阈值后，mcu会关闭pwm输出，从而保护靠近的人体避免被电击的危险。
12.进一步地，所述pcb控制板由顶层板、中层板和底层板压合而成，且所述pcb控制板采用沉金工艺制成。
13.优选方案中，所述负离子输出碳刷为导电碳刷。
14.本方案是一种压电陶瓷负氧离子发生器，主要用于解决现有技术中负离子发生器功率不可控，以及漏电的现象，采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
15.1、应用芯片sop封装技术，将mcu处理器与压电陶瓷变压器进行整体绑定封装。然后通过本方案设计的反馈磁条电路，反馈到mcu处理器的模数转换adc输入端口，进行直流高压输出电压反馈检测，来调整pwm输出频率。防止人体触电风险的同时持高压端输出功率恒定。具有体积小，隔离电压高，安全可靠的优点。因为隔离性能好，而不会产生正电荷聚集，提高了转换效率，并可以嵌入到任何家电应用产品中。
16.2、利用压电陶瓷材料的正、逆压电效应特性，通过对压电陶瓷体的电极和极化方向取向特点进行设计，利用逆压电效应使与输入端相连接的压电陶瓷体在电压作用下产生机械振动，再通过正压电效应使与输出端连接的压电陶瓷体产生电压，使用mcu通过输出可变频率的pwm波形驱动压电陶瓷变压器，产生一定频率的驱动正弦波，通过机械能转换成电能，然后经过高压硅堆整流倍压后输出到放电碳刷，对空气进行放电，压电陶瓷变压器有着高绝缘性和可靠性，以及零衰减特性。非常巧妙的解决了在产生负离子的同时，由于交流漏电产生的臭氧衍生物，提高了负离子发生器的可靠性和稳定性。
17.3、能量反馈电路的设计，在电离空气产生负离子的情况下，当人靠近放电端的时候，由于人体具有导电特性，高压输出端电压发生变化、反馈电路通过mcu读取电压来判断是否有导体靠近，能够快速的关断高压输出，有效的保护人身和设备安全。
附图说明
18.图1为本方案中负离子发生模块的结构示意图；
19.图2为本方案中压电陶瓷负氧离子发生器的原理示意图；
20.图3为本方案中压电陶瓷变压器驱动电路的电路示意图；
21.图4为本方案中pwm信号输出告诉光耦隔离的电路示意图；
22.图5为本方案中mcu的电路原理图。
23.其中，1、顶层板，2、中层板，3、底层板。
24.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
25.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。
26.如图1-5所示，本发明一种压电陶瓷负氧离子发生器，包括负离子发生模块和外壳，所述外壳上设置有进风口与出风口，所述负离子发生模块设于外壳内，且所述负离子发生模块设于外壳的出风口处；所述负离子发生模块包括pcb控制板、压电陶瓷变压器和负离子输出碳刷，所述压电陶瓷变压器连接所述pcb控制板的输出端，所述压电陶瓷变压器用于将所述pcb控制板产生的交流电转变为直流高压，所述负离子输出碳刷通过导线连接所述压电陶瓷变压器的输出端，所述负离子输出碳刷将负离子对外输出至空气中。
27.如图1所示，所述pcb控制板包括顶层板、中层板和底层板，所述顶层板为导电银浆层与陶瓷片压合，高绝缘的陶瓷片上烧结一根固定形状的导电银浆，通过过孔导电探针相连，所述中间板为中间导电层，且中间导电层为导电敷铜层，所述中间导电层为导线通过过孔接到底层板的焊盘位置处，所述底层板上设置有电阻分压电路，经过所述电阻分压电路实现电阻分压效果，将电流转换为电压，所述电压随着vin可变的电压信号vout，接到adc采样端口处。其中，所述pcb控制板由顶层板、中层板和底层板压合而成，且所述pcb控制板采用沉金工艺制成。
28.如图2-3所示，所述pcb控制板上包含有muc、振荡电路、驱动电路、倍压电路、能量反馈电路；
29.所述振荡电路与muc连接，所述振荡电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路用于产生交变电压，所述驱动电路的输出端与压电陶瓷变压器连接，所述压电陶瓷变压器用于在驱动模块产生的交变电压作用下产生纯净正弦波，所述倍压电路的输入端与压电陶瓷变压器的输出端连接，所述能量反馈电路一端与振荡电路连接，所述能量反馈电路的另一端与倍压电路连接，所述倍压电路用于将所述压电陶瓷变压器的输出电压再次放大，并通过所述负离子输出碳刷将负离子对外输出至空气中。
30.其中，vout＝vin/(r1+r2)
×
r2，根据输入电压、以及r1、r2的阻值可计算得到vout。
31.在实施例中，压电陶瓷变压器在对空气放电的时候，如果有导体靠近，电压会随着
导体靠近发生电压变化，通过导电银浆上的电压也会变化。
32.muc通过内部adc读到数据变化，达到一定阈值后，mcu会关闭pwm输出，从而保护靠近的人体避免被电击的危险。
33.如图3所示，本电路在上述的基础上还包括有延时驱动电路，延时启动电路由f1、r12、q2、q3、r20组成，当12v供电以后，由于压电陶瓷变压器内阻偏小，如果mcu的没有正常输出pwm控制波形，会造成启动电流过大，f1自恢复保险过热保护。通过mcu控制q3启动时间，来实现延时启动，mcu正常上电工作以后，先配置pwm输出，软件延时1.5s以后，再输出高电平，启动q3导通pmos管q2，给压电陶瓷变压器供电。这样就有效地避免因为上电瞬间电流过大对压电陶瓷损伤，延长使用寿命的同时，提高了整个电路的可靠性。能量反馈电路中高压反馈信号依次经过r14、d3、q4，后稳压在6.2v左右，保护开关三极管q4基极电压不会因为过电压损坏，当压电陶瓷片输出高电压后，q4导通，反馈点r11输出端feedback由高电平变成低电平，mcu读到这个电压，用来判断陶瓷片是否启动正常，如果不正常，mcu就会给q3基极一个低电平信号，关断压电陶瓷供电，保护整个电路。
34.如图4所示，pwm信号由mcu输出经过高速光耦u2后，直接驱动q1，q1驱动升压变压器t1，给压电陶瓷施加固定频率的正弦信号，让压电陶瓷片t2产生物理震动，从而实现机械能到电能转化，再通过正压电效应使与输出端连接的压电陶瓷体产生电压。用mcu处理器，通过输出可变频率的pwm波形驱动压电陶瓷变压器，产生一定频率的驱动正弦波，通过机械能转换成电能，然后经过高压硅堆整流倍压后输出到放电碳刷，对空气进行放电，压电陶瓷变压器有着高绝缘性和可靠性，以及零衰减特性，非常巧妙的解决了在产生负离子的同时，由于交流漏电产生的臭氧衍生物。提高了负离子发生器的可靠性和稳定性。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
37.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。