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专利名称：环保用双芯片控制的高频软稳电源、自适应方法及除尘器

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411223164.0

专利申请（专利权）人：秦皇岛市桑格电气控制设备有限公司
权利人地址：河北省秦皇岛市海港区南大寺

专利发明（设计）人：李春祥,张凡振,李珣

专利摘要：本发明涉及环保用双芯片控制的高频软稳电源、自适应方法及除尘器，该发明采用以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值，通过对输出电压电流实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制等步骤，实现对电源功率输出精确控制的高频软稳电源装置。该电源装置主要用于电除尘设备中，与现有技术相比，本电源装置能够大幅度提高电除尘设备的除尘效率，降低能耗，环保效果显著。

主权利要求：
1.一种环保用双芯片控制的高频软稳电源，包括双逆变电路、DSP脉冲控制器、DSP电源控制器、高频变压器，其特征为：三相交流电经整流滤波后与双逆变电路输入端连接，所述双逆变电路的输出端与高频变压器的输入端连接；
所述DSP脉冲控制器产生PWM脉冲给双驱动电路控制所述双逆变电路中开关管的关断；
所述双逆变电路与检测电路连接后分别与DSP脉冲控制器、DSP电源控制器连接；
所述DSP电源控制器与所述DSP脉冲控制器双向通信；所述高频变压器通过取样电路与DSP电源控制器电连接；
所述DSP电源控制器根据除尘器电场电流电压信号的变化来判断电场工况，采用以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制过程；
所述Δu/Δi拐点电压与电流比值的确定方法为：（1）使用测试设备在不同负载条件下收集静电除尘器供电电源的电压（u）和电流（i）数据；收集的数据覆盖从空载到满载的各种负载点，以便全面反映电源的工作特性，得到高频软稳电源在不同负载条件下的电压?电流（U?I）特性曲线；
（2）通过数据拟合来估算模型参数，通过模型拟合，对拟合后的模型进行求导，得到电压对电流的导数，即Δu/Δi；通过导数的变化趋势，找到导数值发生显著变化的点，该点即为Δu/Δi的拐点，（3）使用导数阈值法、拐点检测算法来自动识别和定位拐点。
2.根据权利要求1所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：所述双逆变电路包括逆变电路Ⅰ和逆变电路Ⅱ，所述逆变电路Ⅰ和逆变电路Ⅱ的输出端分别与高频变压器（5）的输入端连接，经过两路逆变电路后将530v直流电压逆变为20KH?40KHZ高频交流，再经过高频变压器（5）升压并整流为所需直流高压。
3.根据权利要求1所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：所述双驱动电路包括驱动电路Ⅰ、驱动电路Ⅱ，所述驱动电路Ⅰ与逆变电路Ⅰ连接；所述驱动电路Ⅱ与逆变电路Ⅱ连接；所述DSP脉冲控制器发出的PWM脉冲通过驱动电路Ⅰ和驱动电路Ⅱ将脉冲信号放大后分别控制逆变电路Ⅰ和逆变电路Ⅱ中的IGBT模块。
4.根据权利要求3所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：所述逆变电路Ⅰ和逆变电路Ⅱ分别与电流检测电路连接，电流检测电路与DSP脉冲控制器连接；逆变电路Ⅰ与逆变电路Ⅱ的谐振电流通过电流检测电路的限幅、整形、放大后送到DSP脉冲控制器，DSP脉冲控制器通过检测谐振电流的过零点发出相应的PWM脉冲控制IGBT实现软开关。
5.根据权利要求3所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：还包括依次连接的总开关、电抗器、整流滤波电路，将输入的三相交流电压整流滤波为530v稳定直流电压，为后续电路提供稳定的供电。
6.根据权利要求1所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：还包括与DSP电源控制器连接的温度检测电路，通过检测各功率元件的温度对电源进行超温保护。
7.根据权利要求1所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：所述DSP电源控制器与通信接口电路连接，通过通信接口电路将电源的工作状态和工作数据传送至上位机，同时接收来自上位机的控制命令。
8.一种环保用双芯片控制的高频软稳电源自适应方法，该方法基于权利要求1?7任一所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：DSP电源控制器根据除尘器电场电流电压信号的变化来判电场工况，采用以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制过程，通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保火花放电发生在临界点以下，获得最佳电晕功率输出。
9.根据权利要求8所述的一种环保用双芯片控制的高频软稳电源自适应方法，其特征为：
通过实时监测电源的电压和电流值，计算当前Δu/Δi的比值；将计算得到的比值与预设的Δu/Δi比值参数进行比较，根据比较结果调整电源的功率输出；
DSP控制系统对输入的电压和电流数据进行处理，计算当前Δu/Δi的比值，将计算得到的比值与预设的Δu/Δi比值参数进行比较；
如果当前比值低于预设值，表明电源的功率输出过低，DSP控制系统将增加电源的输出功率；
如果当前比值高于预设值，表明电源的功率输出过高，可能接近或超过火花始发点，控制系统将减小电源的输出功率；
通过不断调整电源的功率输出，使Δu/Δi的比值维持在预设值附近，从而实现火花始发点以下临界值输出最佳电晕功率。
10.一种吸尘器，其特征为：包括权利要求1?7任一所述的环保用双芯片控制的高频软稳电源。 说明书 : 环保用双芯片控制的高频软稳电源、自适应方法及除尘器技术领域[0001] 本发明涉及一种电源及其自适应方法，尤其是涉及一种环保用双芯片控制的高频软稳电源及其自适应方法和应用于该方法的设备，属于电源控制领域。背景技术[0002] 电除尘设备是工业烟气处理中常用的设备，其通过高压电场的作用，使烟气中的粉尘颗：傻，并在电场力的作用下被吸附在集尘极上。然而，传统的电除尘设备供电电源输出电压电流的控制方式几乎都是采用输入除尘器的电流闪络、火花放电或短路后信号反馈方式控制电源输出功率，效率较低，能耗高。具体实例见：东南大学的论文《基于ARM+DSP处理器的电除尘器电源控制系统设计》第58页到60页，华北电力大学论文《高压高频静电除尘电源的研究》第31页，专利《高压脉冲电源装置》专利号CN202222165771.9。发明内容[0003] 为了解决现有技术中存在的不足，本发明公开一种环保用双芯片控制的高频软稳电源及自适应方法，其技术方案如下：以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制原理和控制过程。通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制等步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保电源功率输出在火花放电始发点（临界点）以下，除尘器运行获得最佳电晕功率。[0004] 通过DSP脉冲控制器、DSP电源控制器设计，两个CPU工作，实现快速计算、快速响应，避免因信号反馈滞后带来的除尘效率下降，其技术方案如下：[0005] 一种环保用双芯片控制的高频软稳电源，包括双逆变电路、DSP脉冲控制器、DSP电源控制器、高频变压器，其特征为：三相交流电经整流滤波后与双逆变电路输入端连接，所述双逆变电路的输出端与高频变压器的输入端连接；[0006] 所述DSP脉冲控制器产生PWM脉冲给双驱动电路控制所述双逆变电路中开关管的关断；[0007] 所述双逆变电路与检测电路连接后分别与DSP脉冲控制器、DSP电源控制器连接；[0008] 所述DSP电源控制器与所述DSP脉冲控制器双向通信；所述高频变压器通过取样电路与DSP电源控制器电连接。[0009] 本发明还公开一种环保用双芯片控制的高频软稳电源自适应方法，该方法基于上述的环保用双芯片控制的高频软稳电源。[0010] 本发明还公开一种吸尘器，其特征为，包括上述的环保用双芯片控制的高频软稳电源。[0011] 有益效果[0012] 1、以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出。通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制等步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保电源功率输出在火花放电始发点（临界点）以下，除尘器运行获得最佳电晕功率输出，由此可以有效避免除尘器反电晕的产生，保证除尘器达标排放。[0013] 2、通过DSP脉冲控制器、DSP电源控制器设计，两个CPU工作，实现快速计算、快速响应，避免因信号反馈滞后带来的除尘效率下降。附图说明[0014] 图1为本发明系统框图。具体实施方式[0015] 一种环保用双芯片控制的高频软稳电源自适应方法，该方法基于环保用双芯片控制的高频软稳电源，其特征为：DSP电源控制器根据除尘器电场电流电压信号的变化来判断电场工况，采用以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制过程，通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保火花放电发生在临界点以下，获得最佳电晕功率输出。[0016] 一、高频软稳电源的自适应性[0017] 以电源输出的Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源的功率输出，特别是在实现火花始发点以下临界值输出最佳电晕功率的控制过程中，控制原理和控制过程如下：[0018] 1.1、控制原理[0019] 1.1.1. Δu/Δi拐点电压与电流比值的确定：[0020] 首先，使用精密电力监测仪、高精度万用表、高精度电力分析仪等测试设备，在不同负载条件下收集静电除尘器供电电源的电压（u）和电流（i）数据。收集的数据覆盖从空载到满载的各种负载点，以便全面反映电源的工作特性，得到高频软稳电源在不同负载条件下的电压?电流（U?I）特性曲线。进一步，通过数据拟合来估算模型参数，通过模型拟合，对拟合后的模型进行求导，得到电压对电流的导数（即Δu/Δi）；通过导数的变化趋势，找到导数值发生显著变化的点，该点即为Δu/Δi的拐点，[0021] 进一步，使用导数阈值法、拐点检测算法来自动识别和定位拐点。[0022] 1.1.2.火花始发点与电晕功率的关系：[0023] 火花始发点是指火花放电开始发生的电压或电流条件。在电晕放电过程中，接近火花始发点的区域通常是电晕放电效果最佳的临界点。因此，需要精确控制电源的功率输出，确保电源功率输出在火花放电始发点（临界点）以下，以获得最佳电晕功率。[0024] 1.1.3.基于Δu/Δi比值参数的功率调整：[0025] 根据确定的Δu/Δi比值参数，设计相应的控制算法与策略。[0026] 进一步，通过实时监测电源的电压和电流值，计算当前Δu/Δi的比值。将计算得到的比值与预设的Δu/Δi比值参数进行比较，根据比较结果调整电源的功率输出。[0027] 1.2、控制过程[0028] 1.2.1.实时监测：[0029] 使用高精度电压电流传感器实时监测高频软稳电源的电压和电流值，将监测到的数据输入到控制系统中（DSP电源控制器）。[0030] 1.2.2.数据处理：[0031] 电源控制系统对输入的电压和电流数据进行处理，计算当前Δu/Δi的比值，将计算得到的比值与预设的Δu/Δi比值参数进行比较。[0032] 1.2.3.功率调整：[0033] 如果当前比值低于预设值，表明电源的功率输出过低，电源控制系统将增加电源的输出功率。[0034] 如果当前比值高于预设值，表明电源的功率输出过高，可能接近或超过火花始发点，电源控制系统将减小电源的输出功率。[0035] 通过不断调整电源的功率输出，使Δu/Δi的比值维持在预设值附近，从而实现火花始发点以下临界值输出最佳电晕功率。[0036] 1.2.4.反馈控制：[0037] 电源控制系统采用反馈控制策略，根据实时监测的电压和电流数据不断调整电源的功率输出，通过反馈控制，确保电源的输出功率始终保持在最佳状态，以实现除尘器高效、稳定的运行状态。[0038] 二、高频软稳电源结构[0039] 参见图1所示。双芯片控制的高频软稳电源装置包括总开关（1）、电抗器（2）、整流滤波电路（3）。上述电路依次连接，将输入的三相交流电压整流滤波为530v稳定直流电压，为后续电路提供稳定的供电。整流滤波电路（3）分别与逆变电路Ⅰ（4）输入端和逆变电路Ⅱ（9）输入端连接，逆变电路Ⅰ（4）和逆变电路Ⅱ（9）的输出端分别连接到高频变压器（5）的输入端，经过两路逆变电路将530v直流电压逆变为20KH?40KHZ高频交流，再经过高频变压器（5）升压并整流为所需直流高压。[0040] DSP脉冲控制器（12）分别与驱动电路Ⅰ（7）和驱动电路Ⅱ（8）连接，驱动电路Ⅰ（7）与逆变电路Ⅰ（4）连接，驱动电路Ⅱ（8）与逆变电路Ⅱ（9）连接，DSP控制器发出的PWM脉冲通过驱动电路Ⅰ（7）和驱动电路Ⅱ（8）将脉冲信号放大后分别控制逆变电路Ⅰ（4）和逆变电路Ⅱ（9）中的IGBT模块。逆变电路Ⅰ（4）和逆变电路Ⅱ（9）分别与电路检测电路（10）连接，电流检测电路（10）与DSP脉冲控制器（12）连接，逆变电路Ⅰ（4）与逆变电路Ⅱ（9）的谐振电流通过电流检测电路（10）限幅、整形、放大后送到DSP脉冲控制器（12），DSP脉冲控制器（12）通过检测谐振电流的过零点发出相应的PWM脉冲控制IGBT实现软开关。[0041] DSP电源控制器（13）与取样电路（11）连接，取样电路（11）与高频变压器（5）连接。高频变压器（5）输出的电流电压经过取样电路（11）的限幅、放大、滤波、隔离后送到DSP电源控制器（13），DSP电源控制器（13）根据电流电压信号的变化来判断除尘器电场的工况，以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值，调整电源的功率输出。温度检测电路（6）与DSP电源控制器（13）连接，通过检测各功率元件的温度对电源进行超温保护。DSP电源控制器（13）与通信接口电路（14）连接，通过通信接口电路（14）把电源的工作状态和工作数据传送至上位机，同时接收来自上位机的控制命令。[0042] 工作原理：[0043] 交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，DSP脉冲控制器通过检测谐振电流的过零点发出相应的PWM脉冲使逆变回路工作在电流连续模式状态下，以控制IGBT实现软开关将直流转换为高频交流，最后经高频变压器升压整流，高频变压器输出的电流电压经过取样电路的限幅、放大、滤波、隔离后送到DSP电源控制器，DSP电源控制器根据电流电压信号的变化来判断除尘器电场的工况。以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制原理和控制过程。通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制等步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保电源功率输出在火花放电始发点（临界点）以下，以获得最佳电晕功率。[0044] Δu/Δi比值：是一个在电路和物理系统分析中非常重要的比值。它描述了电压变化与电流变化之间的关系，工作状态下在一点上的电压变化与其所引起的电流变化的比值。[0045] 最佳电晕功率输出和最佳电流值:[0046] 除尘器运行中，当电源给除尘器输入的电压到一定值（临界值），有一个相对应的电流值，这种保持除尘器运行状况良好又不放电的电源输出功率就是最佳电晕功率输出；此时输出的电流值就是最佳电流值。[0047] 临界值：临界值是指物体从一种物理状态转变到另外一种物理状态时，某一物理量所要满足的条件，相当于数学中常说的驻点．因此利用临界状态求解物理量的最大值与最小值。数学驻点又称为平稳点、稳定点或临界点是函数的一阶导数为零，即在“这一点”函数的输出值停止增加或减少。[0048] 拐点电压：电流增加，电压变化幅度变。褪撬墓盏。即电流从线性区到饱和区的拐弯处所对应的点就是拐点电压。[0049] 以上本发明公开了一种环保用双芯片控制的高频软稳电源自适应方法，其特征为：以Δu/Δi拐点电压与电流比值为参数值调整高频软稳电源功率输出的控制原理和控制过程。通过实时监测、数据处理、功率调整和反馈控制等步骤，实现对电源功率输出的精确控制，从而确保火花放电发生在临界点以下，获得最佳电晕功率输出。[0050] 通过DSP脉冲控制器、DSP电源控制器设计，两个CPU工作，实现快速计算、快速响应，避免因信号反馈滞后带来的电压、电流过量输出。[0051] 本发明与现有电源技术的不同点：现有电源技术采用电源输入除尘器电场的电流闪络、短路或火花放电后信号反馈方式控制电源输出功率。[0052] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

专利地区：河北

专利申请日期：2024-09-03

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN118739863B