离子净化器及其的控制方法和装置与流程

本发明涉及家用电器技术领域，特别涉及一种离子净化器的控制方法、一种离子净化器的控制装置以及一种具有该控制装置的离子净化器。

背景技术：

目前，无耗材空气净化器上基本上是采用等离子净化技术，其原理是通过高压电源向离子发生器加载超高直流电压，使得流过离子发生器内的空气电离，空气中的杂质带电，再通过相反电压的集尘板吸附杂质，从而清洁空气。

根据上述原理，可以把离子发生器抽象为电容性负载，其中高压端为电容极，流入的空气为电介质。由此可知，在电极结构不变的情况下，空气的温度、相对湿度、气压、含杂量以及流速都会引起电容漏电流的变化，从而导致离子发生器功率波动，甚至在极端情况下会出现击穿、拉弧等现象，如果不作相应的处理，则很容易造成离子发生器损坏，空气净化效率降低，严重的情况下，可能会危害到用户的安全。

相关技术中，采用恒定占空比控制来驱动离子发生器。恒定占空比控制很容易实现，在稳定的环境下，恒定占空比控制能够维持恒定的高压输出和功率，但是，当空气介质发生变化，比如，相对湿度升高，会导致离子发生器漏电流加大，从而使输出功率增大，当相对湿度上升至一定程度后，离子发生器会出现击穿、拉弧等现象。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种离子净化器的控制方法，通过控制离子发生器恒功率运行来保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

本发明的另一个目的在于提出一种离子净化器的控制装置。

本发明的又一个目的在于提出一种离子净化器。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出的一种离子净化器的控制方法，所述离子净化器包括依次相连的整流模块、高压驱动模块和离子发生器，所述方法包括以下步骤：实时获取所述高压驱动模块的输入电流，并根据所述输入电流计算所述离子发生器的实时功率；获取所述离子发生器的目标设定功率；根据所述目标设定功率与所述实时功率之间的功率差值计算所述高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量；根据所述占空比调节量对所述驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对所述高压驱动模块进行控制，以使所述离子发生器恒功率运行。

根据本发明实施例的离子净化器的控制方法，首先，实时获取高压驱动模块的输入电流，并根据输入电流计算离子发生器的实时功率，然后，获取离子发生器的目标设定功率，并根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量，最后，根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，以使离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

根据本发明的一个实施例，可采用增量式PID算法计算所述高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量。

根据本发明的一个实施例，可通过串联在所述高压驱动模块的输入端的无感电阻和与所述无感电阻并联的放大电路获取所述高压驱动模块的输入电流。

根据本发明的一个实施例，所述高压驱动模块包括：变压器、开关管和倍压整流模块，其中，所述变压器的初级线圈与所述开关管串联后，并联在所述整流模块的输出端之间，所述变压器的次级线圈与所述倍压整流模块的输入端对应相连。

为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种离子净化器的控制装置，所述离子净化器包括依次相连的整流模块、高压驱动模块和离子发生器，所述装置包括：电流获取模块，用于实时获取所述高压驱动模块的输入电流；计算模块，用于根据所述输入电流计算所述离子发生器的实时功率；控制模块，所述控制模块与所述计算模块相连，所述控制模块用于获取所述离子发生器的目标设定功率，并根据所述目标设定功率与所述实时功率之间的功率差值计算所述高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量，以及根据所述占空比调节量对所述驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对所述高压驱动模块进行控制，以使所述离子发生器恒功率运行。

根据本发明实施例的离子净化器的控制装置，通过电流获取模块实时获取高压驱动模块的输入电流，计算模块根据输入电流计算离子发生器的实时功率，控制模块获取离子发生器的目标设定功率，并根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量，以及根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，以使离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块可采用增量式PID算法计算所述高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量。

根据本发明的一个实施例，所述电流获取模块可通过串联在所述高压驱动模块的输入端的无感电阻和与所述无感电阻并联的放大电路获取所述高压驱动模块的输入电流。

根据本发明的一个实施例，所述高压驱动模块包括：变压器、开关管和倍压整流模块，其中，所述变压器的初级线圈与所述开关管串联后，并联在所述整流模块的输出端之间，所述变压器的次级线圈与所述倍压整流模块的输入端对应相连。

此外，本发明的实施例还提出了一种离子净化器，其包括上述的控制装置。

本发明实施例的离子净化器，通过上述的控制装置控制离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的离子净化器的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的离子净化器的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的离子净化器的控制方法的流程图；

图4是根据本发明又一个实施例的离子净化器的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的增量式PID算法的示意图；以及

图6是根据本发明实施例的离子发生器的控制装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述本发明实施例的离子净化器的控制方法、离子净化器的控制装置以及具有该控制装置的离子净化器。

在本发明的实施例中，离子净化器可包括依次相连的整流模块、高压驱动模块和离子发生器。

具体而言，如图1所示，整流模块的输入端与交流市电相连，整流模块的输出端与高压驱动模块的输入端相连，高压驱动模块的输出端与离子发生器相连。在离子净化器上电工作时，交流市电经整流模块转换成低压直流电，高压驱动模块对该低压直流电进行转换，以输出高压直流电，驱动离子发生器工作。其中，高压直流电的大小主要与整流模块的输出电压、高压驱动模块的参数(如高低压变比、控制信号的占空比)有关。而当硬件电路确定后，例如，整流模块采用开关电源或者不可控整流电路，高压直流电的大小和离子发生器的功率仅与高压驱动模块的控制信号的占空比有关，占空比越高，高压直流电的电压越高，相应的离子发生器功率也会越高。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，高压驱动模块可包括：变压器、开关管和倍压整流模块，其中，变压器的初级线圈与开关管串联后，并联在整流模块的输出端之间，变压器的次级线圈与倍压整流模块的输入端对应相连。其中，开关管可以为三极管、IGBT、MOS管等，变压器可以为升压变压器。

具体而言，如图2所示，在离子净化器上电工作时，整流模块输出固定的低压直流电至变压器的初级线圈，同时，控制芯片(如MCU)输出控制信号(如PWM信号)至开关管，驱动开关管进行导通和关断，从而在变压器的初级线圈上产生交变电压，此时变压器的次级线圈将感应出脉动的高压电，然后经倍压整流模块进行转换，输出所需的高压直流电，以使离子发生器工作。其中，高压直流电的大小主要与整流模块的输出电压、变压器的变比、开关管控制信号的占空比、倍压整流模块的参数有关。而在硬件电路确定后，高压直流电的大小和离子发生器的功率仅与开关管的控制信号的占空比有关，占空比越高，高压直流电越大，相应的离子发生器的功率也会越高。

相关技术中，采用恒定占空比控制来驱动离子发生器，即，输出预设占空比的控制信号至开关管，以在倍压整流模块的输出端获得相应的高压直流电。在采用该方式时，稳定环境下能够维持恒定的高压输出和功率，但是当空气介质发生变化时，会引起电容漏电流变化，导致离子发生器功率波动，在极端情况下，会出现击穿、拉弧等现象，安全性比较低。

或者，采用恒定电压反馈控制来驱动离子发生器，即，通过多个耐高压大电阻串联分压，以推算出直流高压，然后通过反馈控制，实时调整控制信号的占空比，使得直流高压能够稳定输出。但由于分压电阻本身误差较大，使用过程中漂移较严重，而且电阻的电感量会引入外界干扰，因此电压采集本身就存在很大的不确定性，可靠性比较低。

为此，在本发明的实施例中，采用恒功率控制方式来驱动离子发生器。

图3是根据本发明实施例的离子净化器的控制方法的流程图。如图3所示，该离子净化器的控制方法可包括以下步骤：

S1，实时获取高压驱动模块的输入电流，并根据输入电流计算离子发生器的实时功率。

根据本发明的一个实施例，可通过串联在高压驱动模块的输入端的无感电阻和与无感电阻并联的放大电路获取高压驱动模块的输入电流。

具体而言，无感电阻是指感抗值非常小的电阻，其感抗值可以忽略不计，在进行电流采集时，不会引入外界干扰，采样精度高。无感电阻可以为金属膜电阻、绕线电阻等。

如图4所示，将无感电阻串联在整流模块的第一输出端与变压器的初级线圈的一端之间，当高压驱动模块的工作电流(输入电流)流过无感电阻时，在无感电阻两侧产生微小压降，放大电路将该微小压降放大，并连接至控制芯片的AD采样口，通过检测AD值，实时获取高压驱动模块的输入电流I。然后，将输入电流I与整流模块的输出端的低压直流电VDC相乘，即可得到离子发生器的实时功率。

S2，获取离子发生器的目标设定功率。

S3，根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量。

S4，根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，以使离子发生器恒功率运行。

根据本发明的一个实施例，可采用增量式PID算法计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量。

具体而言，如图5所示，增量式PID算法的输入量为离子发生器的实时功率，输出量为驱动信号的占空比。由于离子发生器的实时功率与驱动信号的占空比成正比，当占空比增加时，离子发生器的功率也随之增加。

假设，D_k为第k次采样时刻占空比的输出值，根据PID算法的公式，可得第k次采样时刻占空比的输出值为：

其中，K_p为比例系数，T为采样周期，T_i为积分时间，D₀为开始进行PID控制时的初始占空比，T_d为微分时间，e_k为第k次采样时离子发生器的目标设定功率与实时功率之间的功率差值。

由上述公式(1)可得，在第k-1采样时刻输出的占空比为：

将上述公式(1)和公式(2)相减，即为增量式PID算法的计算公式：

将上述公式(3)进行调整，令可得：

ΔD＝Ae_k-Be_k-1+Ce_k-2 (4)

通过调整上述公式(4)中A、B、C的值，可获取占空比的调节量ΔD，根据ΔD对驱动信号的占空比进行调节，例如，当空气相对湿度增加时，则自动减小驱动信号的占空比，即D＇＝D-ΔD，然后，根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，使离子发生器的实时功率稳定在目标设定功率。

因此，根据本发明实施例的离子净化器的控制方法，能够根据功率波动值计算驱动信号的占空比调节量，并对驱动信号的占空比进行自动调节，使得离子发生器维持恒功率输出，有效避免了功率过高而导致击穿、拉弧等现象。

综上所述，根据本发明实施例的离子净化器的控制方法，首先，实时获取高压驱动模块的输入电流，并根据输入电流计算离子发生器的实时功率，然后，获取离子发生器的目标设定功率，并根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量，最后，根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，以使离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

图6是根据本发明实施例的离子净化器的控制装置的方框示意图。

在本发明的实施例中，如图1所示，离子净化器可包括依次相连的整流模块10、高压驱动模块20和离子发生器30。

具体而言，如图1所示，整流模块10的输入端与交流市电相连，整流模块10的输出端与高压驱动模块20的输入端相连，高压驱动模块20的输出端与离子发生器30相连。在离子净化器上电工作时，交流市电经整流模块10转换成低压直流电VDC，高压驱动模块20对该低压直流电VDC进行转换，以输出高压直流电，驱动离子发生器30工作。其中，高压直流电的大小主要与整流模块10的输出电压、高压驱动模块20的参数(如高低压变比、控制信号的占空比)有关。而当硬件电路确定后，例如，整流模块10采用开关电源或者不可控整流电路，高压直流电的大小和离子发生器30的功率仅与高压驱动模块20的控制信号的占空比有关，占空比越高，高压直流电的电压越高，相应的离子发生器30功率也会越高。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，高压驱动模块20可包括：变压器21、开关管22和倍压整流模块23，其中，变压器21的初级线圈与开关管22串联后，并联在整流模块10的输出端之间，变压器21的次级线圈与倍压整流模块23的输入端对应相连。其中，开关管22可以为三极管、IGBT、MOS管等，变压器21可以为升压变压器。

具体而言，如图2所示，在离子净化器上电工作时，整流模块10输出固定的低压直流电至变压器21的初级线圈，同时，控制芯片(如MCU)输出控制信号(如PWM信号)至开关管22，驱动开关管22进行导通和关断，从而在变压器21的初级线圈上产生交变电压，此时变压器21的次级线圈将感应出脉动的高压电，然后经倍压整流模块23进行转换，输出所需的高压直流电，以使离子发生器30工作。其中，高压直流电的大小主要与整流模块10的输出电压、变压器21的变比、开关管22控制信号的占空比、倍压整流模块23的参数有关。而在硬件电路确定后，高压直流电的大小和离子发生器30的功率仅与开关管22的控制信号的占空比有关，占空比越高，高压直流电越大，相应的离子发生器30的功率也会越高。

相关技术中，采用恒定占空比控制来驱动离子发生器30，即输出预设占空比的控制信号至开关管22，以在倍压整流模块23的输出端获取相应的高压直流电。在采取该方式时，稳定环境下能够维持恒定的高压输出和功率，但是当空气介质发生变化时，会引起电容漏电流变化，导致离子发生器30功率波动，在极端情况下，会出现击穿、拉弧等现象，安全性比较低。

或者，采用恒定电压反馈控制来驱动离子发生器30，即，通过多个高压大电阻串联分压，以推算出直流高压电，然后通过反馈控制，实时调整控制信号的占空比，使得直流高压能够稳定输出。但由于分压电阻本身误差较大，使用过程中漂移较严重，而且电阻的电感量会引入外界干扰，因此电压采集本身就存在很大的不确定性，可靠性比较低。

为此，在本发明的实施例中，采用恒功率控制方式来驱动离子发生器30。

如图6所示，该离子净化器的控制装置可包括电流获取模块100、计算模块200和控制模块300。

其中，电流获取模块100用于实时获取高压驱动模块20的输入电流。计算模块200用于根据输入电流计算离子发生器30的实时功率。控制模块300与计算模块200相连，控制模块300用于获取离子发生器30的目标设定功率，并根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块20的驱动信号的占空比调节量，以及根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块20进行控制，以使离子发生器30恒功率运行。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，电流获取模块100可通过串联在高压驱动模块20的输入端的无感电阻41和与无感电阻41并联的放大电路42获取高压驱动模块20的输入电流。

具体而言，无感电阻41是指感抗值非常小的电阻，其感抗值可以忽略不计，在进行电流采集时，不会引入外界干扰，采样精度高。无感电阻41可以为金属膜、绕线电阻等。

如图4所示，将无感电阻41串联在整流模块10的第一输出端与变压器21的初级线圈的一端之间，当高压驱动模块20的工作电流(输入电流)流过无感电阻时，在无感电阻41两侧产生微小压降，放大电路42将该微小压降放大，并连接至控制芯片的AD采样口，通过检测AD值，实时获取高压驱动模块20的输入电流I。然后，通过计算模块200将输入电流I与整流模块10的输出端的低压直流电VDC相乘，即可得到离子发生器30的实时功率。然后根据离子发生器30的实时功率和目标设定功率之间的功率差值计算高压驱动模块20的驱动信号的占空比调节量，根据调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对开关管22进行驱动控制，被压整流模块23输出高压直流电，以使离子发生器30恒功率运行。

根据本发明的一个实施例，控制模块300可采用增量式PID算法计算高压驱动模块20的驱动信号的占空比调节量。

具体而言，如图5所示，增量式PID算法的输入量为离子发生器30的实时功率，输出量为驱动信号的占空比。由于离子发生器30的实时功率与驱动信号的占空比成正比，当占空比增加时，离子发生器30的功率也随之增加。

假设Dk为第k次采样时刻占空比的输出值，根据PID算法的公式，可得第k次采样时刻占空比的输出值为：

其中，K_p为比例系数，T为采样周期，T_i为积分时间，D₀为开始进行PID控制时的初始占空比，T_d为微分时间，e_k为第k次采样时离子发生器30的目标设定功率与实时功率之间的功率差值。

由上述公式(1)可得，在第k-1采样时刻输出的占空比为：

将上述公式(1)和公式(2)相减，即为增量式PID算法的计算公式：

将上述公式(3)进行调整，令可得：

ΔD＝Ae_k-Be_k-1+Ce_k-2 (4)

通过调整上述公式(4)中A、B、C的值，控制模块300可获取占空比的调节量ΔD，并根据ΔD对驱动信号的占空比进行调节，例如，当空气相对湿度增加时，则自动减小驱动信号的占空比，即D＇＝D-ΔD，然后，根据调节后的占空比对高压驱动模块20进行控制，使离子发生器30的实时功率稳定在目标设定功率。

因此，根据本发明实施例的离子净化器的控制装置，能够根据功率波动值计算驱动信号的占空比调节量，并对驱动信号的占空比进行自动调节，使得离子发生器维持恒功率输出，有效避免了功率过高而导致击穿、拉弧等现象。

根据本发明实施例的离子净化器的控制装置，通过电流获取模块实时获取高压驱动模块的输入电流，计算模块根据输入电流计算离子发生器的实时功率，控制模块获取离子发生器的目标设定功率，并根据目标设定功率与实时功率之间的功率差值计算高压驱动模块的驱动信号的占空比调节量，以及根据占空比调节量对驱动信号的占空比进行调节，并根据调节后的占空比对高压驱动模块进行控制，以使离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

此外，本发明的实施例还提出了一种离子净化器，其包括上述的控制装置。

本发明实施例的离子净化器，通过上述的控制装置，控制离子发生器恒功率运行，保证离子场的稳定输出，有效避免因功率过高导致离子发生器出现击穿、拉弧等现象。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。