一种等离子体电源及其控制方法与流程

1.本发明涉及空气净化设备技术领域，尤其涉及一种等离子体电源及其控制方法。


背景技术：

2.等离子体技术在空气消毒杀菌领域的应用已经日趋成熟，具有很大的市场前景。大型公共场所的等离子体消杀设备要求极高：该设备必须具有90％以上的一次性通过净化效率，否则无法解决中央空调系统引起的交叉感染难题。在这种背景下，具有新型稠密网状和狭缝孔状的等离子体放电结构成为当前研究热点，例如，中国专利cn212910165u提供的一种绝缘介质表面布置金属电极的等离子放电装置，该等离子体放电装置能够实现“气流一次通过、病毒细菌高效杀灭”，但与之相匹配的新型等离子体空气消毒杀菌电源却发展缓慢，存在以下缺点：1.无法根据等离子体负载特性下进行自适应调谐；2.无法根据空气洁净程度进行智能模式切换。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子体电源及其控制方法以可根据等离子体负载特性及空气洁净程度进行自适应调整。
4.为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种等离子体电源，设于等离子体消杀设备中，所述等离子体消杀设备与市电电连接，所述等离子体消杀设备包括等离子体发生器及空气传感检测模块，所述等离子体电源分别与所述等离子体发生器及所述空气传感检测模块电连接，所述等离子体电源包括壳体、电源板、高压产生模块、数据采集模块及主控板，所述电源板设于所述壳体中，用于与市电电连接，以将市电转化为不同电压；所述高压产生模块设于所述壳体中且与所述等离子体发生器电连接，用于产生与所述等离子体发生器相匹配的高压波形，以控制所述等离子体发生器工作；所述数据采集模块设于所述壳体中，且分别与所述高压产生模块及等离子体发生器电连接，用于监测所述高压产生模块的输出电压和输出电流，并监测所述等离子体发生器的负载电容和等效电阻；所述主控板设于所述壳体中，且分别与所述空气传感检测模块、数据采集模块、电源板及高压产生模块，用于根据所述空气传感检测模块及数据采集模块的反馈控制所述高压产生模块工作。
5.其进一步技术方案为：所述壳体采用不锈钢板制得，所述不锈钢板的两表面均由内至外依序设有镀铜层、绝缘层及防腐涂层。
6.其进一步技术方案为：所述高压产生模块包括整流电路、逆变电路及升压电路，所述整流电路与所述主控板电连接，用于将交流电压变换为电压幅值可调的直流电压，所述逆变电路分别与所述整流电路及升压电路电连接，所述逆变电路用于将经所述整流电路变换后的电压幅值可调的直流电压通过开关器件转换为频率可调的交流电压后输出至所述升压电路，所述升压电路用于将所述逆变电路输出的电压通过变压器升压为正弦高压。
7.其进一步技术方案为：所述升压电路包括交流高压电路及纳秒脉冲高压电路，所
述逆变电路的输出端分别与所述交流高压电路及纳秒脉冲高压电路的输入端电连接，所述交流高压电路及纳秒脉冲高压电路的输出端分别与所述等离子体发生器电连接。
8.其进一步技术方案为：所述主控板通过一串行通信接口配合数据线与外部上位机电连接，以接收外部上位机的指令信号。
9.第二方面，本发明实施例还提供了一种等离子体电源的控制方法，包括以下步骤：空气传感检测模块采集获取空气的温度和湿度并反馈至主控板，数据采集模块监测等离子体发生器负载电容和等效电阻并反馈至主控板；空气传感检测模块检测有害气体的含量并反馈至主控板；主控板对接收到的反馈进行数据分析；主控板根据数据分析的结果控制调整高压产生模块的工作。
10.其进一步技术方案为：所述主控板根据数据分析的结果控制调整高压产生模块的工作的步骤具体包括：判断空气中的有害气体的含量是否高于标准值；若是，主控板控制高压产生模块主动升高电压，进入强工作模式；若否，主控板控制高压产生模块主动降低电压，进入弱工作模式。
11.本发明的有益技术效果在于：本发明等离子体电源通过设置壳体以及位于壳体内的电源板、主控板、高压产生模块及数据采集模块，通过电源板将市电转化为不同电压，通过数据采集模块实时采集监测高压产生模块的输出参数及等离子体发生器的放电参数并反馈至主控板，通过空气传感检测模块实时检测空气的温度和湿度以及空气中有害气体的含量并反馈至主控板，以通过主控板根据反馈的数据信息控制高压产生模块工作，使得等离子体电源可根据等离子体负载特性下进行自适应调频，始终保持与等离子体发生器的最佳匹配度，实现等离子体发生器的高效运行，并根据空气洁净程度进行智能模式的切换，以更好地净化空气，并可自动降低功耗，更加省电，有利于提升等离子体发生器的绝缘介质板等材料在高电压下的使用寿命，而且，结构简单，体积小，占用空间小。本发明等离子体电源的控制方法也具有上述功能。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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例，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。
13.图1为本发明实施例提供的等离子体电源的结构框图；
14.图2为本发明实施例提供的等离子体电源的具体应用的结构框图；
15.图3为本发明实施例提供的等离子体电源的控制方法的流程示意图；
16.图4为本发明实施例提供的等离子体电源的控制方法的子流程示意图。
具体实施方式
17.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。
18.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示
所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
19.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
20.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
21.请参阅图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的等离子体电源的结构框图，等离子体电源10设于等离子体消杀设备中，所述等离子体消杀设备与市电电连接，所述等离子体消杀设备包括等离子体发生器21及空气传感检测模块22，所述等离子体电源10分别与所述等离子体发生器21及所述空气传感检测模块22电连接，所述等离子体电源10包括壳体11、电源板12、高压产生模块14、数据采集模块15及主控板13，所述电源板12设于所述壳体11中，用于与市电电连接，以将市电转化为不同电压；所述高压产生模块14设于所述壳体11中且与所述等离子体发生器21电连接，用于产生与所述等离子体发生器21相匹配的高压波形，以控制所述等离子体发生器21工作；所述数据采集模块15设于所述壳体11中，且分别与所述高压产生模块14及等离子体发生器21电连接，用于监测所述高压产生模块14的输出电压和输出电流，并监测所述等离子体发生器21的负载电容和等效电阻；所述主控板13设于所述壳体11中，且分别与所述空气传感检测模块22、数据采集模块15、电源板12及高压产生模块14，用于根据所述空气传感检测模块22及数据采集模块15的反馈控制所述高压产生模块14工作。
22.其中，市电为220v交流电，所述高压产生模块14产生的高压波形可为直流高压、交流高压或脉冲高压等，在本实施例中，高压波形为交流正弦波高压。所述等离子体发生器21用于产生低温等离子体，以杀菌消毒，并去除有害的气体成分，所述等离子体发生器21的结构类型不限，包括但不局限于介质阻挡放电等离子体发生器21(容性负载)、电晕放电等离子体发生器21或射频发电等离子体发生器21等。由于环境湿度对等离子体发生器21的放电有较大的影响，如介质阻挡放电等离子体发生器21，当环境湿度发生变化时，等离子体发生器21的整体电容会随湿度变化。传统高压脉冲电源都是基于固定电容值负载设计变压器，等离子体发生器21的工作频率不变，一旦等离子体发生器21电容变化后，高压升压回路的谐振频率就会发生变化，则会偏离电路的预设频率，导致电路谐振频率与等离子体发生器21的实际工作频率不匹配，这种不匹配会导致高压升压电路的输出电压降低而无功功率增加，电源的效率减低，等离子体杀菌消毒的效能下降明显。主控板13通过数据采集模块15获取所述等离子体发生器21的电容值，并根据空气传感检测模块22采集获得的环境温度值和湿度值进行校正，以通过该电容值计算高压产生模块14的最佳谐振频率。所述数据采集模块15监测所述高压产生模块14的输出电压和输出电流，并监测所述等离子体发生器21的负载电容和等效电阻，以将采集得到的高压产生模块14的输出参数及等离子体发生器21的放电参数传输至主控板13，使得主控板13可根据反馈进行控制调节。主控板13根据获得的高压产生模块14的输出参数和等离子体发生器21的放电参数，结合空气传感检测模块22采集获得的环境温度值和湿度值通过主动数据分析，进行自动调频，将高压产生模块14的谐振频率调至与等离子体发生器21的实际工作频率相匹配，使得高压产生模块14和等离子体发
生器21处在设定范围内的最佳值，从而在任何不同湿度环境下，等离子体发生器21均能产生高效稳定的低温等离子体。同时，所述空气传感检测模块22可设于等离子体消杀设备的出口及入口，以分别在等离子体消杀设备的出口及入口实时检测空气中有害气体的含量。所述空气传感检测模块22与主控板13电连接，以反馈空气质量相关的数据，如环境温度和湿度等基本参数以及甲醛和tvoc等有害气体的含量，空气传感检测模块22可将采集获得的空气质量数据转换为模拟信号或数字信号并实时传送至主控板13，使得主控板13还可根据反馈的空气质量相关数据进行控制调节，以辅助主控板13进行工作模式的选择，当有害气体含量高于标准值时，表明空气清洁程度较低，主控板13控制高压产生模块14升高输出电压，从而使得等离子体电源10自动升压而工作在强工作模式；当有害气体含量不高于标准值时，表明空气清洁程度较高，主控板13控制高压产生模块14降低输出电压，从而使得等离子体电源10自动降压而工作在弱工作模式即节能模式，节省能耗。所述等离子体电源10通过设置壳体11以及位于壳体11内的电源板12、主控板13、高压产生模块14及数据采集模块15，通过电源板12将市电转化为不同电压，通过数据采集模块15实时采集监测高压产生模块14的输出参数及等离子体发生器21的放电参数并反馈至主控板13，通过空气传感检测模块22实时检测空气的温度和湿度以及空气中有害气体的含量并反馈至主控板13，以通过主控板13根据反馈的数据信息控制高压产生模块14工作，使得等离子体电源10可根据等离子体负载特性下进行自适应调频，始终保持与等离子体发生器21的最佳匹配度，实现等离子体发生器21的高效运行，并根据空气洁净程度进行智能模式的切换，以更好地净化空气，并可自动降低功耗，更加省电，有利于提升等离子体发生器21的绝缘介质板等材料在高电压下的使用寿命，而且，结构简单，体积小，占用空间小。
23.具体地，所述壳体11可采用不锈钢板制得，所述不锈钢板的两表面均由内至外依序设有镀铜层、绝缘层及防腐涂层。通过于不锈钢板的表面由内至外依序设有镀铜层、绝缘层及防腐涂层，以使利用该不锈钢板制得的壳体11能有效屏蔽高压产生模块14产生的电磁辐射对等离子体消杀设备的内部器件所产生的干扰。
24.具体地，所述高压产生模块14包括整流电路141、逆变电路142及升压电路143，所述整流电路141与所述主控板13电连接，用于将交流电压变换为电压幅值可调的直流电压，所述逆变电路142分别与所述整流电路141及升压电路143电连接，所述逆变电路142用于将经所述整流电路141整流变换后的电压幅值可调的直流电压通过开关器件转换为频率可调的交流电压后输出至所述升压电路143，所述升压电路143用于将所述逆变电路142输出的电压通过变压器升压为正弦高压。其中，逆变电路142的开关器件可为开关管，高压产生模块14的输出波形的频率通过调节逆变电路142的开关管的工作频率实现。所述整流电路141可将交流电压即市电的220v交流电变换为0～300v的电压幅值可调的直流电压。所述逆变电路142可将整流电路141整流变换后的直流电压通过开关器件转换为5khz～20khz的频率可调的交流电压。升压电路143可将逆变电路142输出的0～300v的电压通过变压器升压为0～10kv的正弦高压。
25.具体地，所述升压电路143包括交流高压电路1431及纳秒脉冲高压电路1432，所述逆变电路142的输出端分别与所述交流高压电路1431的输入端及纳秒脉冲高压电路1432的输入端电连接，所述交流高压电路1431的输出端及纳秒脉冲高压电路1432的输出端分别与所述等离子体发生器21电连接，以避免只有交流高压电路1431时导致的放电起始电压高、
功耗高且臭氧产生量大的问题，通过纳秒脉冲高压电路1432可起到预电离作用，能够有效降低放电的起始电压，并且可产生更多高能电子，有助于杀菌消毒和气体处理，提高电子能量，提升消杀效果。其中，所述纳秒脉冲高压电路1432可采用现有技术的纳秒量级的脉冲高压电路，例如中国专利cn208094465u公开的一种具有纳秒量级上升沿和下降沿的脉冲高压电路，在此不再赘述。
26.具体地，所述主控板13通过一串行通信接口131配合数据线与外部上位机电连接，以接收外部上位机的指令信号，以对电源波形参数根据接收到的指令信号进行设置和调节，从而实现对电源波形参数进行手动设置和调节。其中，所述串行通信接口131可为rs232通信接口。
27.请参阅图3所示，图3是本发明实施例提供的等离子体电源的控制方法的流程示意图，该等离子体电源的控制方法应用于上述的等离子体电源，包括以下步骤：
28.步骤s11、空气传感检测模块采集获取空气的温度和湿度并反馈至主控板，数据采集模块监测等离子体发生器负载电容和等效电阻并反馈至主控板；
29.步骤s12、空气传感检测模块检测有害气体的含量并反馈至主控板；
30.步骤s13、主控板对接收到的反馈进行数据分析；
31.步骤s14、主控板根据数据分析的结果控制调整高压产生模块的工作。
32.其中，主控板通过数据采集模块获取所述等离子体发生器的电容值，并根据空气传感检测模块采集获得的环境温度值和湿度值进行校正，以通过该电容值计算高压产生模块的最佳谐振频率。所述数据采集模块监测所述高压产生模块的输出电压和输出电流，并监测所述等离子体发生器的负载电容和等效电阻，以将采集得到的高压产生模块的输出参数及等离子体发生器的放电参数传输至主控板，使得主控板可根据反馈进行控制调节。主控板根据获得的高压产生模块的输出参数和等离子体发生器的放电参数，结合空气传感检测模块采集获得的环境温度值和湿度值通过主动数据分析，进行自动调频，将高压产生模块的谐振频率调至与等离子体发生器的实际工作频率相匹配，使得高压产生模块和等离子体发生器处在设定范围内的最佳值，从而在任何不同湿度环境下，等离子体发生器均能产生高效稳定的低温等离子体。同时，所述空气传感检测模块可设于等离子体消杀设备的出口及入口，以分别在等离子体消杀设备的出口及入口实时检测空气中有害气体的含量。所述空气传感检测模块与主控板电连接，以反馈空气质量相关的数据，如环境温度和湿度等基本参数以及甲醛和tvoc等有害气体的含量，空气传感检测模块可将采集获得的空气质量数据转换为模拟信号或数字信号并实时传送至主控板，使得主控板还可根据反馈的空气质量相关数据进行控制调节，以辅助主控板进行工作模式的选择，当有害气体含量高于标准值时，表明空气清洁程度较低，主控板控制高压产生模块升高输出电压，从而使得等离子体电源自动升压而工作在强工作模式；当有害气体含量不高于标准值时，表明空气清洁程度较高，主控板控制高压产生模块降低输出电压，从而使得等离子体电源自动降压而工作在弱工作模式即节能模式，节省能耗。所述等离子体电源的控制方法通过数据采集模块实时采集监测高压产生模块的输出参数及等离子体发生器的放电参数并反馈至主控板，通过空气传感检测模块实时检测空气的温度和湿度以及空气中有害气体的含量并反馈至主控板，以通过主控板根据反馈的数据信息控制高压产生模块工作，使得等离子体电源可根据等离子体负载特性下进行自适应调频，始终保持与等离子体发生器的最佳匹配度，实现等离子
体发生器的高效运行，并根据空气洁净程度进行智能模式的切换，以更好地净化空气，并可自动降低功耗，更加省电，有利于提升等离子体发生器的绝缘介质板等材料在高电压下的使用寿命。
33.结合图4，具体地，步骤s14可具体包括：
34.步骤s141、判断空气中的有害气体的含量是否高于标准值；
35.步骤s142、若是，主控板控制高压产生模块主动升高电压，进入强工作模式，以提高与等离子体电源电连接的等离子体发生器的工作电压，使得等离子体发生器可产生更多等离子体，提高等离子体浓度以提升消杀净化率。
36.步骤s143、若否，主控板控制高压产生模块主动降低电压，进入弱工作模式，以降低与等离子体电源电连接的等离子体发生器的工作电压，降低等离子体电源及等离子体发生器的能耗。
37.综上所述，本发明等离子体电源通过设置壳体以及位于壳体内的电源板、主控板、高压产生模块及数据采集模块，通过电源板将市电转化为不同电压，通过数据采集模块实时采集监测高压产生模块的输出参数及等离子体发生器的放电参数并反馈至主控板，通过空气传感检测模块实时检测空气的温度和湿度以及空气中有害气体的含量并反馈至主控板，以通过主控板根据反馈的数据信息控制高压产生模块工作，使得等离子体电源可根据等离子体负载特性下进行自适应调频，始终保持与等离子体发生器的最佳匹配度，实现等离子体发生器的高效运行，并根据空气洁净程度进行智能模式的切换，以更好地净化空气，并可自动降低功耗，更加省电，有利于提升等离子体发生器的绝缘介质板等材料在高电压下的使用寿命，而且，结构简单，体积小，占用空间小。本发明等离子体电源的控制方法也具有上述功能。
38.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。