17-3. 3V的第3引脚与5V电压转换电路的输出端相接， 且通过极性电容C9接地，所述芯片AMS111 7-3. 3V的第1引脚接地，所述芯片AMS111 7-3. 3V 的第2引脚为3. 3V电压转换电路的输出端，且通过极性电容C10接地；所述1. 5V电压转换 电路包括芯片AMS1117-1. 5V，所述芯片AMS1117-1. 5V的第3引脚与3. 3V电压转换电路的 输出端相接，所述芯片AMS1117-1. 5V的第1引脚接地，所述芯片AMS1117-1. 5V的第2引脚 为1. 5V电压转换电路的输出端，且通过极性电容C11接地。
[0018] 本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便、控制精度高的数字化负离子发生 器的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0019] 步骤一、参数设置：将预先测定的主控制器输出的频率与数字化负离子发生器输 出的电压的关系表存储在主控制器中，并设定主控制器对其输出的频率进行PID控制的比 例系数Kp、积分系数&、微分系数Kd和电压电压偏差阈值M，以及压电陶瓷变压器的电流设 定值Is、压电陶瓷变压器的温度设定值TJP电压上下偏差AU，且存储在主控制器中；
[0020] 步骤二、启动数字化负离子发生器：操作电压给定电路，输入电压设定值us给主控 制器，主控制器查询存储在其中的主控制器输出的频率与数字化负离子发生器输出的电压 的关系表，找到电压设定值Us对应的主控制器输出的频率f，并输出频率f给驱动电路，驱 动电路驱动LC半桥谐振电路工作，再经过压电陶瓷变压器变压、二倍压电路倍压后输出直 流负高压信号；而且，主控制器还根据公式U_=Us+ΔU计算得到电压上限值U_并存储， 还根据umin=Us_Δu计算得到电压上限值Umax并存储；
[0021] 步骤三、信号采集及存储：所述过热保护电路对压电陶瓷变压器的温度进行实时 检测并将检测到的信号输出给A/D转换电路，同时，所述过流保护电路对LC半桥谐振电路 的电流信号进行实时检测并将检测到的信号输出给主控制器，所述负高压反馈电路对所述 功率变换电路输出的直流负高压信号进行实时检测并将检测到的信号输出给A/D转换电 路，所述主控制器按周期t对过流保护电路检测到的LC半桥谐振电路的电流信号进行采 样，并按周期t对A/D转换电路进行模数转换得到的压电陶瓷变压器的温度信号和所述功 率变换电路输出的直流负高压反馈信号进行采样，且对当前采样时刻所述功率变换电路输 出的直流负高压反馈信号和当前前一次采样时刻所述功率变换电路输出的直流负高压反 馈信号进行存储；其中将当前采样时刻记为第k个采样时刻，将当前采样时刻所述功率变 换电路输出的直流负高压反馈信号记为U(k)，将当前前一次采样时刻记为第k-1个采样时 亥IJ，将当前前一次采样时刻所述功率变换电路输出的直流负高压反馈信号记为u(k-l)，k 为不小于2的正整数；
[0022] 步骤四、过流判断：所述主控制器比较第k个采样时刻LC半桥谐振电路的电流信 号I(k)与电流设定值Is，当I(k)彡13时，执行步骤五；否则，当I(k) >1 3时，主控制器输出 频率f(k) = 0 ;然后返回步骤三；
[0023] 步骤五、过热判断：所述主控制器比较第k个采样时刻压电陶瓷变压器的温度信 号T(k)与温度设定值Ts，当T(k)彡Ts时，执行步骤六；否则，当T(k)>τ3时，主控制器输出 频率f(k) = 0 ;然后返回步骤三；
[0024] 步骤六、反馈电压比对：首先，所述主控制器比较当前采样时刻所述功率变换电路 输出的直流负高压反馈信号U(k)与当前前一次采样时刻所述功率变换电路输出的直流负 高压反馈信号U(k-l)，得到当前采样时刻与当前前一次采样时刻的反馈电压偏差e(k)= U(k)-U(k-1);然后，所述主控制器比较当前采样时刻所述功率变换电路输出的直流负高压 反馈信号U(k)与电压上限值1]_，当U(k)多U_时，再比较当前采样时刻和当前前一次采样 时刻的反馈电压偏差e(k)与电压偏差阈值M，当|e(k) | 时，执行步骤七，当|e(k) | 时，执行步骤八；否则，当U(k)〈U_时，再比较当前采样时刻和当前前一次采样时刻的反馈 电压偏差e(k)与电压下限值1]_，当1](1〇>1]_时，执行步骤七，当U(k) <U_时，再比较当 前米样时刻与当前前一次米样时刻的反馈电压偏差e(k)与电压偏差阈值M，当|e(k) |多Μ 时，执行步骤八，当Ie(k)I〈Μ时，执行步骤七；
[0025] 步骤七、主控制器输出频率f(k)=f(k-Ι)，然后返回步骤三；其中，f(k-Ι)为主控 制器当前前一次采样时刻输出的频率；
[0026] 步骤八、主控制器输出频率f(k) =f(k-D+CoeGO+CieGi-D+QjeGd);然后返 回步骤三；其中，C。为比例放大折合系数且CQ= 1. 21^+1+!^，（^为积分放大折合系数且Ci =_(Kp+2Kd)，C2为微分放大折合系数且(：2=Kd;e(k_l)为当前前一次采样时刻与当前前两 次采样时刻的反馈电压偏差且e(l) =0,当k彡3时，e(k-l) =U(k-l)-U(k-2)，U(k-2)为 当前前两次采样时刻所述功率变换电路输出的直流负高压反馈信号；e(k_2)为当前前两 次采样时刻与当前前三次采样时刻的反馈电压偏差且e(0) =e(l) =0,当k>4时，e(k_2) =U(k-2)-U(k-3)，U(k-3)为当前前三次采样时刻所述功率变换电路输出的直流负高压反 馈信号。
[0027] 上述的一种数字化负离子发生器的控制方法，其特征在于：步骤一中所述预先测 定主控制器输出的频率与数字化负离子发生器输出的电压的关系表的具体过程为：
[0028] 步骤101、所述主控制器输出的频率f在65Hz~75Hz的范围内从65Hz开始以 0. 1Hz递增的方式变化，输出频率f给驱动电路，驱动电路驱动LC半桥谐振电路工作，再经 过压电陶瓷变压器变压、二倍压电路倍压后输出直流负高压信号；
[0029] 步骤102、所述负高压反馈电路对二倍压电路输出的直流负高压信号进行实时检 测并将检测到的信号输出给A/D转换电路，A/D转换电路对信号进行A/D转换后输出给主 控制器，主控制器分析处理得到数字化负离子发生器输出的电压；
[0030] 步骤103、所述主控制器记录主控制器输出的频率f与数字化负离子发生器输出 的电压的关系表。
[0031] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0032] 1、本发明数字化负离子发生器的电路结构简单，设计新颖合理，实现方便。
[0033] 2、本发明的数字化负离子发生器，利用压电陶瓷变压器作为主要的功率变换器， 其具有驱动电路简单、体积小、无电磁辐射等优点，克服了当前线绕式变压器负离子发生器 的电路结构较复杂、要求倍压级数较多，高频振荡电路对通讯、家用电路还会产生干扰、怕 短路，不安全，不稳定，还会引起燃烧等缺点。
[0034] 3、本发明采用FPGA(现场可编程门阵列）芯片作为主要核心控制单元，具有编程 简单、外围电路简单的优点。
[0035] 4、本发明的工作可靠性高，功能完备，具有过热、过流保护功能，确保了离子发生 器的可靠性和耐用性。
[0036] 5、本发明将数字增量式PID闭环控制技术应用于了负离子发生器中，该方法在处 理过程中不用对误差进行累加，具有运算量小、响应速度快的特点，能够有效的避免失控现 象的发生，实现了负离子发生器的快速响应性及动态稳定性，实现了负离子发生器的智能 控制，克服了传统模拟负离子发生器难于调试，一致性差、故障率高的缺点，提高了负离子 发生器的生产效率。
[0037] 6、本发明数字化负离子发生器的控制方法的方法步骤简单，实现方便，控制精度 尚。
[0038] 7、本发明的可维护性强，能够应用于酒店、居家、办公室、医院等场所，美化环境， 净化空气，实用性强，便于推广使用。
[0039] 综上所述，本发明设计新颖合理，工作可靠性高，功能完备，故障率低，可维护性 强，实用性强，便于推广使用。
[0040] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明数字化负离子发生器的电路原理框图。
[0042] 图2为本发明功率变换电路的电路原理图。
[0043] 图3为本发明主控制器、A/D转换电路、电压给定电路和驱动电路的电路连接图。
[0044] 图4为本发明负高压反馈电路的电路原理图。
[0045] 图5为本发明过流保护电路的电路原理图。
[0046] 图6为本发明电压转换电路的电路原理图。
[0047]图7为本发明数字化负离子发生器的控制方法的方法流程框图。
[0048] 附图标记说明：
[0049] 1-主控制器； 2-LC半桥谐振电路；3-压电陶瓷变压器；
[0050] 4一二彳首压电路； 5-过流保护电路； 6-过热保护电路；
[0051] 7-分压电路； 8-半波整流电路； 9 一电压限幅电路；
[0052] 10-A/D转换电路； 11 一电压给定电路； 12-驱动电路；
[0053] 13-5V电压转换电路； 14一5V电压转换电路；
[0054] 15-L5V电压转换电路；16-24V直流电源。
【具体实施方式】
[0055] 如图1所示，本发明的数字化负离子发生器，包括用于将24V直流电源16输出的 24V直流电压变换为-6. 5kV~-llkV的直流负高压的功率变换电路、用于对功率变换电路 进行控制的主控制器1和用于为数字化负离子发生器中各用电电路供电的电压转换电路， 以及保护电路和用于将所述功率变换电路输出的直流负高压信号反馈给主控制器1的负 高压反馈电路；所述功率变换电路由依次连接的LC半桥谐振电路2、压电陶瓷变压器3和 二倍压电路4组成，所述LC半桥谐振电路2与24V直流电源16的输出端DV24V连接；所述 保护电路包括与LC半桥谐振电路2的电流信号采样端连接且用于对压电陶瓷变压器3过 流进行保护的过流保护电路5和用于对压电陶瓷变压器3过热进行保护的过热保护电路6 ; 所述负高压反馈电路由依次连接的分压电路7、半波整流电路8和电压限幅电路9组成，所 述分压电路7的输入端与二倍压电路4的输出端连接；所述过流保护电路5的输出端与主 控制器1的输入端相接，所述主控制器1的输入端还接有A/D转换电路10,所述过热保护电 路6的输出端和电压限幅电路9的输出端均与A/D转换电路10的输入端连接，所述A/D转 换电路10的输入端还接有用于给定所述功率变换电路输出的直流负高压大小的电压给定 电路11 ;所述主控制器1的输出端接有驱动电路12,所述LC半桥谐振电路2与驱动电路12 的输出端连接；所述电压转换电路包括用于将24V直流电源16输出的24V直流电压转换为 5V的5V电压转换电路13、用于将5V电压转换电路13输出的5V直流电压转换为3. 3V的 3. 3V电压转换电路14和用于将3. 3V电压转换电路14输出的3. 3V直流电压转换为1. 5V 的1. 5V电压转换电路15,所述主控制器1与3. 3V电压转换电路14和1. 5V电压转换电路 15的输出端均相接，所述过流保护电路5、过热保护电路6、A/D转换电路10、电压给定电路 11和驱动电路12均与5V电压转换电路13的输出端相接。
[0056] 如图2所示，本实施例中，所述LC半桥谐振电路2包括NM0S功率管Q3、电感L1、 非极性电容C3、非极性电