一种高频紫外线电源的功率控制方法及系统与流程

1.本发明涉及紫外线电源技术领域，特别涉及一种高频紫外线电源的功率控制方法及系统。


背景技术：

2.紫外线电源适用于氦气等惰性气体负载，惰性气体负载内置高压放电电极，高压电极与接地外壳之间通过陶瓷护套进行绝缘，并在高压电极尖端之间放电，将惰性气体电离，形成一种紫外线电源。紫外线电源可以用于医疗杀菌，餐饮行业消毒，地铁、高铁站、公交站台、学校等人群密集的公共场合杀菌消毒。
3.目前，业界有很多种紫外线电源的产品。通过相关研究，发现影响惰性气体点亮的因素有很多，比如气源气压、气源流量、聚合喷射喷嘴形式等。这些因素一旦被设定，就不可更改(聚合喷射喷嘴形式)或更改速率很慢(气源气压及气源流量)，无法满足不同情况下惰性气体点亮要求，同时，当电网电压、负载状态、惰性气体焰体等任意参数发生波动时，电源无法做出针对性的调节响应，导致输出惰性气体焰体发生同步波动，导致紫外线消杀效果变差，严重时甚至会烧毁设备。可见，等离子电源特性是影响惰性气体焰体的关键技术。国内已产品化应用的惰性气体电源使用开环半桥硬开关结构，电源的功率效率较低，输出功率不可控，稳定性差，故障率高，抗干扰能力弱，不适合大批量使用，难于满足稳定可控的材料表面处理需求；因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种通过对功率进行闭环控制，在输入电压波动时调节电力电子器件的开通和关断，实现输出功率不变的高频紫外线电源的功率控制方法。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种高频紫外线电源的功率控制方法，所述高频紫外线电源的功率控制方法包括以下步骤：
6.s1、采集紫外线电源的母线电流；
7.s2、在每个中断周期中，将母线电流乘以直流母线电压得到实际输出功率；
8.s3、将实际输出功率与给定功率做差得到功率偏差；
9.s4、根据得到的功率偏差计算得到输出频率；
10.s5、将输出频率限幅后作为pfm信号发生器的给定频率，所述pfm信号发生器根据给定频率生成对应频率的pfm信号，并输出给驱动电路，驱动电路接收pfm信号并输出相应的驱动脉冲以控制电力电子器件的开通与关断，从而调整紫外线电源的输出功率。
11.作为本发明的进一步改进，所述采集紫外线电源的母线电流，具体包括：通过采样电路采集紫外线电源的母线电流。
12.作为本发明的进一步改进，所述将母线电流乘以直流母线电压得到实际输出功率，具体包括：利用乘法器将母线电流乘以直流母线电压得到实际输出功率。
13.作为本发明的进一步改进，所述将实际输出功率与给定功率做差得到功率偏差，具体包括：通过加法器将实际输出功率与给定功率做差得到功率偏差。
14.作为本发明的进一步改进，所述根据得到的功率偏差计算得到输出频率，具体包括：根据得到的功率偏差利用功率闭环控制器计算得到输出频率。
15.作为本发明的进一步改进，所述将输出频率限幅后作为pfm信号发生器的给定频率，具体包括：通过限幅器将输出频率限幅后作为pfm信号发生器的给定频率。
16.本发明还提供了一种高频紫外线电源的功率控制系统，其包括：
17.采样电路，用于采集紫外线电源的母线电流；
18.乘法器，用于在每个中断周期中，将母线电流乘以直流母线电压得到实际输出功率；
19.加法器，将实际输出功率与给定功率做差得到功率偏差；
20.功率闭环控制器，所述功率闭环控制器根据得到的电压偏差得到输出频率；
21.限幅器，所述限幅器将输出频率限幅后作为pfm信号发生器的给定频率；
22.pfm信号发生器，所述pfm信号发生器根据给定频率生成对应频率的pfm信号，并输出给驱动电路，驱动电路接收pfm信号并输出相应的驱动脉冲以控制电力电子器件的开通与关断，从而调整紫外线电源的输出功率。
23.作为本发明的进一步改进，所述乘法器、加法器、功率闭环控制器、限幅器和pfm信号发生器集成于mcu。
24.作为本发明的进一步改进，所述功率闭环控制器为pid控制器、模糊控制器或模型预测控制器。
25.本发明还提供了一种高频紫外线电源，其包括上述任一所述的高频紫外线电源的功率控制系统。
26.本发明的有益效果：
27.本发明高频紫外线电源的功率控制方法及系统通过对功率进行闭环控制，在负载一致性较差时调节电力电子器件的开通和关断，实现输出功率不变，保证紫外线电源在负载一致性较差时正常工作。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
29.图1是本发明优选实施例中高频紫外线电源的功率控制系统的控制框图；
30.图2是本发明优选实施例中高频紫外线电源的硬件结构图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
32.实施例一
33.本发明优选实施例公开了一种高频紫外线电源的功率控制方法，包括以下步骤：
34.s1、采集紫外线电源的母线电流i
dc_avg
；具体地，通过采样电路采集紫外线电源的母线电流i
dc_avg
。其中，采样电路可由采样电阻、霍尔元件等实现，其具体结构和工作原理均为本领域的公知常识，在此不多赘述。
35.s2、在每个中断周期中，将母线电流i
dc_avg
乘以直流母线电压得到实际输出功率p_real；具体地，通过乘法器将母线电流i
dc_avg
乘以直流母线电压得到实际输出功率p_real。可选地，乘法器集成在mcu中，mcu与采样电路连接。
36.s3、将实际输出功率与给定功率做差得到功率偏差；具体地，通过加法器将实际输出功率p_real与给定功率p_ref做差得到功率偏差p_ek。可选地，加法器集成在mcu中。
37.s4、根据得到的功率偏差p_ek计算得到输出频率fre_out；具体地，根据得到的功率偏差p_ek利用功率闭环控制器计算得到输出频率fre_out。可选地，功率闭环控制器集成在mcu中。功率闭环控制器可为pid控制器、模糊控制器或模型预测控制器等。
38.s5、将输出频率fre_out限幅后作为pfm信号发生器的给定频率fre，所述pfm信号发生器根据给定频率fre生成对应频率的pfm信号，并输出给驱动电路，驱动电路接收pfm信号并输出相应的驱动脉冲以控制电力电子器件的开通与关断，从而调整紫外线电源的输出功率。具体地，通过限幅器将输出频率fre_out限幅后作为pfm信号发生器的给定频率fre。限幅器以及pfm信号发生器集成在mcu中。
39.本发明高频紫外线电源的功率控制方法及系统通过对功率进行闭环控制，在负载一致性较差时调节电力电子器件的开通和关断，实现输出功率不变，保证紫外线电源在负载一致性较差时正常工作。
40.实施例二
41.参照图1所示，本发明优选实施例还公开了一种高频紫外线电源的功率控制系统，其包括：
42.采样电路，采集紫外线电源的母线电流i
dc_avg
；其中，采样电路可由采样电阻、霍尔元件等实现，其具体结构和工作原理均为本领域的公知常识，在此不多赘述。
43.乘法器，用于在每个中断周期中，将母线电流i
dc_avg
乘以直流母线电压得到实际输出功率p_real；
44.加法器，用于将实际输出功率p_real与给定功率p_ref做差得到功率偏差p_ek；
45.功率闭环控制器，所述功率闭环控制器根据得到的功率偏差p_ek计算得到输出频率fre_out；可选地，所述功率闭环控制器为pid控制器、模糊控制器或模型预测控制器等。
46.限幅器，所述限幅器将输出频率fre_out限幅后作为所述pfm信号发生器的给定频率fre；
47.pfm信号发生器，所述pfm信号发生器根据给定频率fre生成对应频率的pfm信号，并输出给驱动电路，驱动电路接收pfm信号并输出相应的驱动信号以控制电力电子器件的开通与关断，从而调整紫外线电源的输出功率。
48.可选地，所述乘法器、加法器、功率闭环控制器、限幅器和pfm信号发生器集成于mcu。
49.本实施例中高频紫外线电源的功率控制系统用于实现前述的高频紫外线电源的功率控制方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的高频紫外线电源的功率控制方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展
开介绍。
50.另外，由于本实施例的高频紫外线电源的功率控制系统用于实现前述的高频紫外线电源的功率控制方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
51.实施例三
52.参照图2所示，本发明优选实施例中还公开了一种高频紫外线电源，其包括上述实施例中的高频紫外线电源的功率控制系统，该高频紫外线电源还包括主电路部分，主电路部分包括依次连接的逆变电路、谐振电路以及升压电路，控制电路包括采样电路、mcu以及驱动电路，逆变电路中包括受控的电力电子器件。本实施例中的高频紫外线电源用于产生222nm对人体伤害较小的远紫外线，由于包括了上述功率控制系统，保证了该高频紫外线电源在负载一致性较差的情况下仍能正常工作。
53.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。