本申請為2012年2月6日遞交的美國申請第13/367,369號的部分延續(xù)申請。美國申請第13/367,369號在此完全被以引用的方式并入本文中。

背景技術：

1.技術領域

本發(fā)明的實施例大體涉及電離風機。

2.背景技術

靜電荷中和器被設計以去除或最小化靜電荷累積。靜電荷中和器通過產(chǎn)生空氣離子且將那些離子傳遞到帶電目標來去除靜電荷。

一個具體種類的靜電荷中和器為電離風機。電離風機通常用電暈電極產(chǎn)生空氣離子，且使用風扇(或多個風扇)將空氣離子朝向感興趣的目標引導。

監(jiān)測或控制風機的性能利用兩個測量。

第一測量為平衡。當正空氣離子的數(shù)目等于負空氣離子的數(shù)目時，理想的平衡出現(xiàn)。在電荷板監(jiān)測器上，理想的讀數(shù)為零。實踐中，靜態(tài)中和器被控制在零周圍的小區(qū)間內(nèi)。舉例來說，可將靜態(tài)中和器的平衡規(guī)定為大致±0.2伏特。

第二測量為空氣離子電流。較高的空氣離子電流是有用的，因為可在較短時間周期中將靜電荷放電。較高的空氣離子電流與用電荷板監(jiān)測器測量的低放電時間相關。

技術實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的實施例中，提供一種自動平衡在雙極電暈放電中形成的電離的空氣流的方法。所述方法包括：提供具有連接到微脈沖的AC電源的至少一個離子發(fā)射極和參考電極的空氣移動裝置，和具有至少一個離子平衡監(jiān)測器和電暈放電調(diào)整控制的控制系統(tǒng)；產(chǎn)生短持續(xù)時間電離微脈沖的可變極性群組：其中所述微脈沖在兩個極性電壓的振幅和持續(xù)時間中主要地不對稱，且使至少一個極性電離脈沖的大小超過電暈閾值。

在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種用于自動平衡的電離風機的設備。所述設備包括：空氣移動裝置和至少一個離子發(fā)射極和參考電極，它們均連接到高電壓源；和離子平衡監(jiān)測器；其中所述高電壓源的變壓器、所述離子發(fā)射極和參考電極布置于AC電流電路的閉合環(huán)路中，且所述環(huán)路由高值敏感電阻器接地。

附圖簡述

將參看以下圖詳細地描述作為實例推薦的本公開的各種實施例，其中相似附圖標記標示相似元件，且在附圖中：

圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的電離風機的總覽圖的框圖。

圖1B為圖1A的風機的橫截面圖。

圖1C為根據(jù)本發(fā)明的實施例的電離風機中包括的傳感器的框圖。

圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1A的電離風機和來自風機的電離的空氣流的框圖。

圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實施例的電離風機中的系統(tǒng)的電氣框圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的反饋算法300的流程圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例的微脈沖產(chǎn)生器控制的微脈沖產(chǎn)生器算法的流程圖。

圖5A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在負脈沖串的形成期間的系統(tǒng)操作的流程圖。

圖5B為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在正脈沖串的形成期間的系統(tǒng)操作的流程圖。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在目前脈沖相位期間的系統(tǒng)操作的流程圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在傳感器輸入測量期間的系統(tǒng)操作的流程圖。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的實施例的微脈沖的波形圖。

圖9為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在平衡警報期間的系統(tǒng)操作的流程圖。

具體實施方式

在以下具體描述中，為了解釋的目的，闡述眾多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的各種實施例的透徹理解。所屬領域的一般技術人員將認識到，本發(fā)明的這些各種實施例只是說明性的且決不意圖是限制性的。本發(fā)明的其他實施例將易于浮現(xiàn)在受益于本文中的公開的這些技術人員的腦海里。

本發(fā)明的實施例可應用于許多類型的空氣電離器，它們被配置為(例如)電離棒、風機或內(nèi)嵌的電離裝置。

覆蓋面廣的電離風機需要高效的空氣電離與短放電時間和嚴格的離子平衡控制的組合。圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的電離風機100的總覽圖的框圖，而圖1B為圖1A的風機100沿著線A-A的橫截面圖。高效的空氣電離由在發(fā)射極點102的陣列(即，發(fā)射極點陣列102)與兩個參考電極104、105(圖示為上部參考電極104和下部參考電極105)之間形成的雙極電暈放電來實現(xiàn)。發(fā)射極點102被安裝于保護性格板106(即，通風道106)上，所述保護性格板106也同等地幫助加速電離空氣的流動。

風扇103(圖1A)為在發(fā)射極點陣列102(離子發(fā)射極102)與兩個參考電極104、105之間的空間130內(nèi)提供高度可變空氣流125的空氣移動裝置。通風道106集中空氣流125且將空氣流125分配在電暈放電的空間130中。電暈產(chǎn)生的正和負離子在電極102、104和105之間移動?？諝饬鲃?25能夠取得和帶走由電暈放電形成的正和負離子中的僅相對小的部分。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，迫使空氣125離開通風道(106)出口131，且空氣125通過空氣電離傳感器101。傳感器101的設計的一個實施例的細節(jié)展示于圖1C中。風扇(在圖1B中展示為框126)提供空氣125的流動。空氣電離電壓傳感器101具有在管道106的全寬上展開的百葉窗型薄介電板109。百葉窗板109引導來自管道106和上部電極104的電離的空氣流125b(電離的一股空氣125b)的一部分125a(或樣本125a)(同樣參見圖2A)，以使得傳感器101可感測且收集電離的空氣流125b的一部分125a中的離子電荷中的一些。收集的離子電荷接著形成控制信號250(圖2)，所述控制信號250由算法300(圖3)使用以平衡電離風機100中的離子。板109的頂部側(cè)132具有充當敏感性電極108的窄金屬條，且底部側(cè)133具有較寬的接地簡單電極110。此電極110通常被屏蔽，以使得空氣電離傳感器101與發(fā)射極點陣列102的高電場屏蔽開。電極108收集離子的電荷中的一些，從而導致與電離的空氣流125b中的離子平衡成比例的電壓/信號135(圖2A)。來自傳感器101的電壓/信號135由控制系統(tǒng)107(圖2中展示為系統(tǒng)200)使用以監(jiān)測和調(diào)整電離的空氣流125b中的離子平衡。此信號135還由信號250表示，所述信號250被輸入到如以下將進一步論述的采樣和保持電路205內(nèi)。離子平衡傳感器的其他配置(例如，呈浸沒在離子流中的傳導性格板或金屬網(wǎng)的形式)也可用于本發(fā)明的其他實施例中。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，使用離子電流傳感器204監(jiān)測電離流平衡。因此，本發(fā)明的一個實施例提供系統(tǒng)200(圖2)，其包括用于監(jiān)測電離的空氣流平衡的電離返回電流傳感器204。在本發(fā)明的另一實施例中，系統(tǒng)200包括用于監(jiān)測電離的空氣流平衡的空氣電離電壓傳感器101。

在本發(fā)明的又一實施例中，系統(tǒng)200包括雙傳感器，所述雙傳感器包括空氣電離電壓傳感器101和電離電流返回傳感器204，傳感器101和204兩者均被配置以用于監(jiān)測電離的空氣流平衡。

電離返回電流傳感器204包括電容器C2和電容器C1，以及電阻器R1和R2。電容器C2繞過電流檢測電路提供到接地的AC電流路徑。電阻器R2將離子電流轉(zhuǎn)換成電壓(Ii*R2)，且電阻器R1和R2與電容器C2形成低通濾波器以濾出由微脈沖形成的感應電流。從傳感器204流出的返回電流210被表示為I2。

流動到發(fā)射極點102的電流254為電流求和Σ(Ii(+),Ii(-),I2,Ic1,Ic2)，其中電流Ic1和Ic2分別為流過電容器C1和C2的電流。

圖2A示出在發(fā)射極102與參考電極104、105之間流動的離子電流220。來自管道106的空氣流125轉(zhuǎn)換電離的空氣流125b中的這兩個離子電流220的一部分，電離的空氣流125b移動到在風機100外的電荷中和目標。所述目標在圖1B中總體展示為塊127，它可相對于電離風機100被設置在不同的位置。

圖2B展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電離風機100中的系統(tǒng)200的電氣框圖。系統(tǒng)200包括離子電流傳感器204、微脈沖高電壓電力供應器230(微脈沖的AC電源230)(其由脈沖驅(qū)動器202和高電壓(HV)變壓器203形成)和電離風機的控制系統(tǒng)201。在實施例中，控制系統(tǒng)201為微控制器201。微控制器201接收來自電壓偏壓256的電力，電壓偏壓256可處于(例如)約3.3DC電壓下，且微控制器201在線路257處接地。

功率轉(zhuǎn)換器209可任選地用于系統(tǒng)200中以提供由系統(tǒng)200使用的各種電壓(例如，-12VDC、12VDC或3.3VDC)。功率轉(zhuǎn)換器209可將電壓源值258(例如，24VDC)轉(zhuǎn)換成各種電壓256以對微控制器201施加偏壓。

微脈沖高電壓電力供應器230具有由微控制器201控制的脈沖驅(qū)動器202。脈沖驅(qū)動器202連接到升階脈沖變壓器203。變壓器203產(chǎn)生短持續(xù)時間脈沖(微秒量級的)正和負極性，這些極性具有足以產(chǎn)生電暈放電的振幅。變壓器203的次級線圈對接地點相對浮動。變壓器203的高電壓端子250連接到發(fā)射極點陣列102，且變壓器203的低電壓端子251連接到參考電極104、105。

短持續(xù)時間高電壓AC脈沖(由高電壓電力供應器230產(chǎn)生)導致在電極102與104、105之間流動的顯著的電容性或位移電流Ic1和Ic2。舉例來說，電流Ic1在電極(發(fā)射極點)102與上部參考電極104之間流動，且電流Ic2在電極102與下部參考電極105之間流動。標記為Ii(+)和Ii(-)的相對小的正和負離子電暈電流離開此離子產(chǎn)生系統(tǒng)200進入風機100外的環(huán)境內(nèi)且向目標移動。

為了將電容性電流與離子電流分開，將離子產(chǎn)生系統(tǒng)200布置成用于標記為Ic1和Ic2的高頻AC電容性電流的閉環(huán)電路，因為變壓器203的次級線圈和電暈電極102、104和105實質(zhì)上相對于接地點浮動且離子電流Ii(+)和Ii(-)具有到接地點的返回路徑(和傳輸)。AC電流具有比傳輸?shù)浇拥攸c的這些AC電流顯著更低的電阻以在此環(huán)路內(nèi)部流通。

系統(tǒng)200包含離子平衡監(jiān)測器，其通過在脈沖的AC電壓源230、所述離子發(fā)射極102和參考電極104或105之間布置閉合環(huán)路電流路徑提供來自脈沖的AC電流的分離離子對流電流。

另外，在微脈沖之間的時間周期期間，在系統(tǒng)200中執(zhí)行離子平衡監(jiān)測。另外，通過對正與負對流電流的差分信號求積分來執(zhí)行離子平衡監(jiān)測。

高電壓源230的變壓器203、離子發(fā)射極102和參考電極104或105被布置成用于AC電流電路的閉合環(huán)路，且閉合環(huán)路由高值敏感電阻器R2連接到接地點。

電荷守恒法則規(guī)定，當AC電壓源230的輸出(經(jīng)由變壓器203)浮動時，離子電流等于正Ii(+)與負Ii(-)離子電流的總和。這些電流Ii(+)和Ii(-)必須通過系統(tǒng)200中的返回電流傳感器204的電路返回。每一極性離子電流的量為：

Ii(+)＝Q(+)*N(+)*U且Ii(-)＝Q(-)*N(-).*U

其中Q為正或負離子的電荷，N為離子濃度，且U為空氣流速。如果正Ii(+)與負Ii(-)電流的絕對值相同，那么將達到離子平衡。業(yè)內(nèi)已知空氣離子的兩個極性攜帶大約相同量的電荷(等于一個電子)。因此，離子平衡的另一個條件是兩個極性離子的相等濃度。與對離子電流改變敏感的返回電流傳感器204(離子平衡監(jiān)測器204)相比，空氣電離電壓傳感器101(離子平衡監(jiān)測器101)對離子濃度的變化更敏感。因此，空氣電離電壓傳感器101(電容器傳感器101)的響應速度通常比電離返回電流傳感器204的響應更快。

由傳感器101檢測到的較大數(shù)目的正離子導致傳感器101產(chǎn)生被輸入到采樣和保持電路205(且由采樣和保持電路205處理)的正輸出電壓。由傳感器101檢測到的較大數(shù)目的負離子導致傳感器101產(chǎn)生被輸入到采樣和保持電路205(且由采樣和保持電路205處理)的負輸出電壓。相比之下，如以上類似地描述的，正Ii(+)和負Ii(-)的絕對值由傳感器204使用以輸出信號250，以供輸入到采樣和保持電路205內(nèi)以確定和達成電離風機100中的離子平衡。

在微脈沖串之間的時間，樣本信號215將閉合開關216，以使得放大器218連接到電容器C3，接著基于對輸入信號250的響應將電容器C3充電到某一值。

在空氣流內(nèi)浮動的離子電流由非常低的頻率表征，且可通過流過高兆歐電阻性電路R1和R2直至接地點來監(jiān)測。為了使電容性和寄生高頻電流的影響最小化，傳感器204具有包括C1和C2的兩個旁路電容性路徑。

電流Ii(+)和Ii(-)的差由傳感器204連續(xù)地測量。流過電阻性電路R1、R2的結(jié)果電流產(chǎn)生一電壓/信號，所述電壓/信號與離開風機的空氣流在時間上積分/求平均的離子平衡成比例。結(jié)果得到的電流被圖示為由求和Σ(Ii(+),Ii(-))表達的電流214。

通過測量電流傳感器204的電壓輸出，或通過測量電壓傳感器101的輸出，或通過測量來自空氣電離傳感器101和204的電壓，達成離子平衡監(jiān)測。為了清楚起見，電流傳感器204的電壓輸出和電壓傳感器101的電壓輸出各自在圖2中由同一信號250展示。該信號250被施加到采樣和保持電路205(采樣電路205)的輸入端，所述采樣和保持電路205經(jīng)由采樣信號215受微控制器201控制，所述采樣信號215打開開關216以觸發(fā)對信號250的采樣和保持操作。

在用于電暈系統(tǒng)的一些情況或?qū)嵤├校杀容^來自兩個傳感器101與204的診斷信號。這些診斷信號作為信號250被輸入到采樣和保持電路205。

然后，信號250在被施加到駐留于微控制器201內(nèi)部的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入端之前由低通濾波器206調(diào)節(jié)且由放大器207放大。采樣和保持電路205在脈沖時間之間對信號250進行采樣以使恢復的信號250中的噪音最小化。電容器C3在采樣時間之間保持最后的信號值。放大器207將信號250放大到對微控制器201更可用的電平，且來自放大器207的此放大的信號被圖示為平衡信號252。

微控制器201將平衡信號252與設定點信號253進行比較，所述設定點信號253是由平衡調(diào)整電位計208產(chǎn)生的參考信號。設定點信號253為可由電位計208調(diào)整的可變信號。

可調(diào)整設定點信號253以便補償電離風機100的不同環(huán)境。舉例來說，電離風機100的輸出端131(圖1B)附近的參考電平(接地點)可大致為零，而在電離目標附近的參考電平可不為零。舉例來說，如果電離目標的位置具有強的對地電位值，那么在所述位置處可能失去更多負離子。因此，可調(diào)整設定點信號253以便補償在電離目標的位置處的參考電平的非零值。在此情況下可減小設定點信號253，以使得微控制器201可驅(qū)動脈沖驅(qū)動器202控制HV變壓器230以產(chǎn)生HV輸出254，所述HV輸出254在發(fā)射極點102處產(chǎn)生更多正離子(因為較低的設定點值253被用作比較以導致更多正離子的產(chǎn)生)，以便補償在電離目標的位置處的負離子的損失。

現(xiàn)在參見圖2和圖8。在本發(fā)明的實施例中，電離風機100可基于下列操作中的至少一個或多個操作實現(xiàn)電離風機中的離子平衡：(1)通過增大和/或減小正脈沖寬度值和/或負脈沖寬度值，(2)通過增加和/或減少正脈沖之間的時間和/或負脈沖之間的時間，和/或(3)通過增加和/或減少正脈沖和/或負脈沖的數(shù)目，如下文所描述的。微控制器201輸出正脈沖輸出815和負脈沖輸出816(圖2和圖8)，這些輸出815、816被驅(qū)動到脈沖驅(qū)動器202且控制脈沖驅(qū)動器202。響應于輸出815和816，變壓器230產(chǎn)生被施加到發(fā)射極點102的電離波形814(HV輸出814)，以便基于電離波形814產(chǎn)生一定量的正離子和一定量的負離子。

作為實例，如果傳感器101和/或傳感器204檢測到電離風機101中的離子不平衡，其中風機101中正離子的量超過負離子的量，那么進入到微控制器201內(nèi)的平衡信號252將指示此離子不平衡。微控制器201將延長負脈沖804的負脈沖寬度(持續(xù)時間)811。由于寬度811被延長，因此負微脈沖802的振幅增大。正微脈沖801和負微脈沖802為被驅(qū)動到發(fā)射極點102的高電壓輸出。負微脈沖802的增大的振幅將增加從發(fā)射極點102產(chǎn)生的負離子。電離波形814已產(chǎn)生短持續(xù)時間電離微脈沖801和802的可變極性群組。微脈沖801和802在兩個極性電壓的振幅和持續(xù)時間上主要地不對稱，且使至少一個極性電離脈沖的大小超過電暈閾值。

一旦對于負脈沖寬度811已達到最大脈沖寬度，如果風機100中正離子的量仍超過負離子的量，那么微控制器201將縮短正脈沖803的正脈沖寬度(持續(xù)時間)810。由于縮短了寬度810，因此減小了正微脈沖801的振幅。正微脈沖801的減小的振幅將減少從發(fā)射極點102產(chǎn)生的正離子。

作為附加或替代，如果風機100中正離子的量超過負離子的量，那么微控制器201將通過延長負周期813(負脈沖804之間的時間間隔)來延長負脈沖804之間的時間。由于延長了負周期813，因此負微脈沖802之間的時間也增加了。結(jié)果，延長的或較長的負周期813將增加負微脈沖802之間的時間，這進而將增加從發(fā)射極點102產(chǎn)生負離子的時間量。

一旦對于負周期已達到最小負周期，如果風機100中正離子的量仍超過負離子的量，那么微控制器201將通過縮短正周期812(正脈沖803之間的時間間隔)來縮短正脈沖803之間的時間。由于縮短了正周期812，因此正微脈沖801之間的時間也減少了。結(jié)果，縮短的或較短的正周期811將減少正微脈沖803之間的時間，這進而將減少從發(fā)射極點102產(chǎn)生正離子的時間量。

作為附加或替代，如果風機100中正離子的量超過負離子的量，那么微控制器201將增加負脈沖輸出816中的負脈沖804的數(shù)目。微控制器201具有負脈沖計數(shù)器，其可增大計數(shù)以便增加負脈沖輸出816中的負脈沖804的數(shù)目。由于負脈沖804的數(shù)目增加，因此在負脈沖輸出816中，負脈沖串增加，且這增加了HV輸出中的負微脈沖802的數(shù)目，所述HV輸出為被施加到發(fā)射極點102的電離波形814。

一旦已將最大數(shù)量個負脈沖加至負脈沖輸出816，如果風機100中正離子的量仍超過負離子的量，那么微控制器201將減少正脈沖輸出815中的正脈沖803的數(shù)目。微控制器201具有正脈沖計數(shù)器，其可減小計數(shù)以便減少正脈沖輸出815中的正脈沖803的數(shù)目。由于正脈沖803的數(shù)目減少，因此在正脈沖輸出815中的正脈沖串減少，且這減少了HV輸出中的正微脈沖801的數(shù)目，所述HV輸出為被施加到發(fā)射極點102的電離波形814。

以下實例涉及當風機中負離子的量超過正離子的量時達成風機100中的離子平衡。

如果傳感器101和/或傳感器204檢測到電離風機101中的離子不平衡，其中風機101中負離子的量超過正離子的量，那么進入到微控制器201內(nèi)的平衡信號252將指示此離子不平衡。微控制器201將延長正脈沖803的正脈沖寬度812。由于寬度810延長了，因此正微脈沖801的振幅增大。正微脈沖801的增大的振幅將增加從發(fā)射極點102產(chǎn)生的正離子。

一旦對于正脈沖寬度812已達到最大脈沖寬度，如果風機100中負離子的量仍超過正離子的量，那么微控制器201將縮短負脈沖804的負脈沖寬度811。由于縮短了寬度811，因此減小了負微脈沖802的振幅。負微脈沖802的減小的振幅將減少從發(fā)射極點102產(chǎn)生的負離子。

作為替代或附加，如果風機100中負離子的量仍超過正離子的量，那么微控制器201將通過延長正周期812來延長正脈沖803之間的時間。由于正周期812延長了，因此正微脈沖801之間的時間也增加了。結(jié)果，延長的或較長的正周期812將增加正微脈沖801之間的時間，這進而增加從發(fā)射極點102產(chǎn)生正離子的時間量。

一旦對于正周期812已達到最小正周期，如果風機100中負離子的量仍超過正離子的量，那么微控制器201將通過延長負周期813來延長負脈沖804之間的時間。由于延長了負周期813，因此負微脈沖802之間的時間也增加了。結(jié)果，延長的或較長的負周期813將增加負微脈沖802之間的時間，這進而減少從發(fā)射極點102產(chǎn)生負離子的時間量。

作為替代或附加，如果風機100中負離子的量超過正離子的量，那么微控制器201將增加正脈沖輸出815中的正脈沖803的數(shù)目。微控制器201具有正脈沖計數(shù)器，其可增大計數(shù)以便增加正脈沖輸出815中的正脈沖803的數(shù)目。由于正脈沖803的數(shù)目增加，因此在正脈沖輸出815中的正脈沖串延長，且HV輸出中的正微脈沖801的數(shù)目增加，所述HV輸出為被施加到發(fā)射極點102的電離波形814。

一旦已將最大數(shù)量個正脈沖添加到正脈沖輸出815，如果風機100中負離子的量仍超過正離子的量，那么微控制器201將減少負脈沖輸出816中的負脈沖804的數(shù)目。微控制器201具有負脈沖計數(shù)器，其可減小計數(shù)以便減少負脈沖輸出816中的負脈沖804的數(shù)目。由于負脈沖804的數(shù)目減少，因此在負脈沖輸出816中，負脈沖串縮短，且在HV輸出中的負微脈沖802的數(shù)目減少，所述HV輸出為被施加到發(fā)射極點102的電離波形814。

如果離子不平衡(其反映在平衡電流值252中)與設定點253并不顯著不同，那么離子不平衡中的小調(diào)整可能足夠了，且微控制器201可調(diào)整脈沖寬度811和/或810以達成離子平衡。

如果離子不平衡(其反映在平衡電流值252中)與設定點253中等程度地不同，那么離子不平衡中的中等調(diào)整可能足夠了，且微控制器201可調(diào)整周期813和812以達成離子平衡。

如果離子不平衡(其反映在平衡電流值252中)與設定點253顯著不同，那么離子不平衡中的大調(diào)整可能足夠了，且微控制器201可分別在輸出815和816中添加正和/或負脈沖。

在本發(fā)明的又一實施例中，圖8中的微脈沖的至少一個極性的持續(xù)時間(脈沖寬度)比微脈沖之間的時間間隔至少短大約100倍。

在本發(fā)明的又一實施例中，圖8中的微脈沖以彼此緊隨的方式被布置成群組/脈沖串，且其中一個極性脈沖串包含大致2與16個之間的正電離脈沖，且在大致2與16個正電離脈沖之間包括負脈沖串，其中正與負脈沖串之間的時間間隔等于連續(xù)脈沖的周期的大約2倍。

圖3中的流程圖展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)200的反饋算法300。通過使用反饋算法300提供離子平衡控制的函數(shù)在電離循環(huán)結(jié)束時運行。此算法由(例如)圖2中的系統(tǒng)200執(zhí)行。在框301中，開始平衡控制反饋算法。

在框302、303、304和305中，執(zhí)行負脈沖寬度的控制值的計算。在框302中，通過從測量的離子平衡(平衡測量值(BalanceMeasurement))減去所要的離子平衡(設定點(SetPoint))來計算誤差值(誤差(Error))。在框303中，將誤差值乘以環(huán)路增益。在框304中，控制值的計算限于最小值或最大值，使得控制值受到限制且將不落在范圍之外。在框305中，將控制值加到最后一個負脈沖寬度值。

在框306、307、308和309中，遞增或遞減脈沖寬度。在框306中，將負脈沖寬度與最大值(MAX)比較。如果負脈沖寬度等于MAX，那么在框307中，遞減正脈沖寬度，且算法300繼續(xù)進行到框310。如果負脈沖寬度不等于MAX，那么算法300繼續(xù)進行到框308。

在框308中，將負脈沖寬度與最小值(MIN)比較。如果負脈沖寬度等于MIN，那么在框309中，遞減正脈沖寬度，且算法300繼續(xù)進行到框310。如果負脈沖寬度不等于MIN，那么算法300繼續(xù)進行到框310。當負脈沖寬度命中其控制極限時，正脈沖寬度的改變將以過沖平衡設定點的方式使平衡平移，從而迫使負脈沖到達其極限。

在框310、311、312和313中，當符合脈沖寬度極限時，遞增或遞減脈沖周期(周期(Rep-Rate))。在框310中，將正脈沖寬度與MAX比較且將負脈沖寬度與MIN比較。如果正脈沖寬度等于MAX且負脈沖寬度等于MIN，那么在框311中，交替地，遞增正脈沖周期(周期(Rep-Rate))或遞減負脈沖周期。算法300繼續(xù)進行到框314。如果正脈沖寬度不等于MAX且負脈沖寬度不等于MIN，那么算法300繼續(xù)進行到框312。

在框312中，將正脈沖寬度與MIN比較且將負脈沖寬度與MAX比較。如果正脈沖寬度等于MIN且負脈沖寬度等于MAX，那么在框313中，交替地，遞減正脈沖周期(周期(Rep-Rate))或遞增負脈沖周期。算法300繼續(xù)進行到框314。如果正脈沖寬度不等于MIN且負脈沖寬度不等于MAX，那么算法300繼續(xù)進行到框314。

當平衡靠近設定點時，使用正和負脈沖寬度控制。隨著發(fā)射極點老化或隨著環(huán)境規(guī)定，正和負脈沖寬度控制將不具有所述范圍，且將“命中”控制極限(在其最大值為正且在其最小值為負(或反之亦然))。當此發(fā)生時，算法改變正或負周期，從而有效地增加或減少正或負離子產(chǎn)生的工作時間量，且使平衡朝向設定點平移。

在框314、315、316和317中，當符合脈沖寬度極限時，脈沖周期(周期(Rep-Rate))遞增或遞減。在框314中，將正脈沖周期與最小脈沖周期值(最小周期(MIN-Rep-Rate))比較且將負脈沖周期與最大脈沖周期值(最大周期(MAX-Rep-Rate))比較。如果正脈沖周期等于MIN-Rep-Rate且負脈沖周期等于MAX-Rep-Rate，那么在框315中，通過不工作時間計數(shù)將一個負脈沖平移到正脈沖，且算法300則繼續(xù)進行到框318，在框318中，平衡控制反饋算法300結(jié)束。不工作時間計數(shù)是當電離波形關閉時。不工作時間是脈沖的負與正和正與負群組(或脈沖串)之間的時間，且此處被定義為等于具有正或負周期的脈沖持續(xù)時間的計數(shù)。

如果正脈沖周期不等于MIN-Rep-Rate且負脈沖周期不等于MAX-Rep-Rate，那么算法300繼續(xù)進行到框316。

在框316中，將正脈沖周期與MAX-Rep-Rate比較且將負脈沖周期與MIN-Rep-Rate比較。如果正脈沖周期等于MAX-Rep-Rate且負脈沖周期等于MIN-Rep-Rate，那么在框317中，通過不工作時間計數(shù)將一個正脈沖平移到負脈沖，且算法300則繼續(xù)進行到框318，在框318中，平衡控制反饋算法300結(jié)束。如果正脈沖周期不等于MAX-Rep-Rate且負脈沖周期不等于MIN-Rep-Rate，那么算法300繼續(xù)進行到框318，在框318中，算法300結(jié)束。

當周期控制命中極限時，那么算法觸發(fā)下一個調(diào)整控制等級。

將微脈沖從正脈沖群組平移到負脈沖群組的不工作時間脈沖群組，這使平衡在負方向上平移。相反地，將微脈沖從負脈沖群組平移到正脈沖群組的不工作時間脈沖群組，這使平衡在正方向上平移。使用不工作時間群組減少了這種效果，且因此提供更精細的控制。

圖4中的流程圖展示微脈沖產(chǎn)生器控制的算法400。驅(qū)動脈沖和高電壓輸出的波形示出于圖8的圖中。此算法400由(例如)圖2中的系統(tǒng)200執(zhí)行。在框401中，開始定時器1(Timer1)的中斷服務例程。用于微脈沖產(chǎn)生器的算法400(例如)每隔0.1毫秒運行。

在框402中，遞減微脈沖周期計數(shù)器。此計數(shù)器為Timer1的周期除法器計數(shù)器。Timer1為按0.1ms運行的主環(huán)路計時器和脈沖控制計時器。Timer1接通HVPS輸出，因此開始微脈沖，而定時器0(Timer0)斷開HVPS，從而結(jié)束微脈沖。因此，Timer1設定周期且觸發(fā)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，Timer0設定微脈沖寬度。

在框403中，如果微脈沖周期計數(shù)器等于2，那么執(zhí)行比較。換句話說，執(zhí)行測試以確定從下一個微脈沖的開始周期除法器計數(shù)是否為計數(shù)值2?？?03中的步驟將使ADC(在微控制器201中)與緊處于下一個微脈沖傳輸之前的時間同步。如果微脈沖周期計數(shù)器等于2，那么將采樣和保持電路205設定到采樣模式，如框404中所展示。在框405中，微控制器201中的ADC讀取來自采樣和保持電路205的傳感器輸入信號。

如果微脈沖周期計數(shù)器不等于2，那么算法400繼續(xù)進行到框406。

框404和405開始且執(zhí)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換以準許微控制器201測量從采樣和保持電路205接收的模擬輸入。

當啟用采樣和保持電路205時，通常在于框403處在一個微脈沖出現(xiàn)之前大約0.2毫秒，其中微脈沖803和804分別具有脈沖寬度810和811，信號250(圖2)則在被施加到駐留于微控制器201內(nèi)部的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入端之前由低通濾波器206調(diào)節(jié)且由放大器207放大。就在采樣和保持電路205啟用(框404)采樣和保持操作之后，向ADC發(fā)信號以開始轉(zhuǎn)換(框405)。平衡信號的所得采樣率通常為約1.0毫秒，且與微脈沖周期(rep-rate)同步。然而，實際采樣率隨著周期812、813(圖8)變化而變化(如框310、311、312、313中展示的)，但將始終保持與微脈沖周期812、813同步。

根據(jù)此實施例，在下一個微脈沖之前信號采樣的方法允許系統(tǒng)200忽略噪聲和(電容性耦合的)電流浪涌且有利地避免破壞離子平衡測量值。

在框406中，執(zhí)行測試以確定Timer1的周期除法器計數(shù)器是否已開始下一個微脈沖。如果微脈沖周期計數(shù)器等于零，那么執(zhí)行比較。如果微脈沖周期計數(shù)器不等于零，那么算法400繼續(xù)進行到框412。如果微脈沖周期計數(shù)器等于零，那么算法400繼續(xù)進行到框417。

在框417中，從數(shù)據(jù)寄存器重新加載微脈沖周期計數(shù)器。這將針對下一個脈沖(微脈沖)的開始重新加載時間間隔。算法400接著繼續(xù)進行到框408。

框408、409和410提供確定是開始新脈沖相位還是繼續(xù)當前脈沖相位的步驟。

在框408中，如果微脈沖計數(shù)器等于零(0)，那么執(zhí)行比較。

如果是這樣，那么算法400繼續(xù)進行到要求下一個脈沖相位的框410，且算法400繼續(xù)進行到框411。

如果不是這樣，那么算法400繼續(xù)進行到要求繼續(xù)目前脈沖相位的框409。

在框411中，起動Timer0(微脈沖寬度計數(shù)器)。Timer0控制微脈沖寬度，如下參考框414到417所論述的。

在框412中，使得所有系統(tǒng)中斷。在框413中，結(jié)束Timer1的中斷服務例程。

當Timer0時間屆滿時，基于框414到417控制實際微脈沖寬度。在框414中，起動Timer0的中斷服務例程。在框415中，將正微脈沖驅(qū)動設定到關(即，斷開正微脈沖)。在框416中，將負微脈沖驅(qū)動設定到關(即，斷開負微脈沖)。在框417中，結(jié)束Timer0的中斷服務例程。

如還在圖400中的部分450中所示的，對于微脈沖驅(qū)動信號452，Timer0的持續(xù)時間等于微脈沖驅(qū)動信號452的微脈沖寬度454。微脈沖寬度454開始于脈沖上升邊沿456(其在Timer0的起動時被觸發(fā))且結(jié)束于脈沖下降邊沿458(其在Timer0的結(jié)束時被觸發(fā))。

對離子平衡傳感器輸入求平均的方法700的細節(jié)展示于圖7中的流程圖中。框701到706描述了采樣和保持電路205的操作和來自采樣和保持電路205的數(shù)據(jù)的ADC轉(zhuǎn)換。在ADC轉(zhuǎn)換701結(jié)束時，約0.1毫秒之后，停用采樣和保持電路205，從而防止噪聲和電流浪涌破壞平衡測量值。將所得測量值703和樣本計數(shù)器705加到先前的原始測量值總和704值，且保存它，等待進一步處理?？?07到716為用于對傳感器101和/或204的測量值求平均的求平均例程，且獲得離子平衡測量平均值，接著使用有限脈沖響應組合離子平衡測量平均值以將離子測量平均值與先前測量值714組合起來，從而產(chǎn)生在平衡控制環(huán)路中使用的最終平衡測量值。框714中的計算從先前的一系列傳感器輸入的測量值計算加權的平均值。在框715中，調(diào)用事件例程以基于框714中的計算對離子產(chǎn)生作出調(diào)整。

圖5A、圖5B和圖6中的流程圖說明在負和正極性脈沖串的形成期間的系統(tǒng)操作。離子循環(huán)531由以下各者組成：一系列正脈沖502、602，接著為不工作時間間隔503、603，接著為一系列負脈沖517、604，接著為不工作時間間隔518、605。當指定數(shù)目個電離循環(huán)已發(fā)生時708，計算離子平衡測量平均值709，且清除原始測量值總和710并清除樣本計數(shù)器值710、711。

現(xiàn)參照圖5A、圖5B和圖6。這些圖為分別根據(jù)本發(fā)明的實施例的在負脈沖串和正脈沖串的形成期間的系統(tǒng)操作的流程圖。在框501中，開始針對負脈沖串的下一個脈沖相位的例程。框502到515描述用于產(chǎn)生負脈沖系列和脈沖持續(xù)時間的不工作時間的步驟。框517到532描述用于產(chǎn)生正脈沖系列和脈沖持續(xù)時間的不工作時間的步驟?？?01到613描述用于產(chǎn)生下一個脈沖相位或如果目前脈沖相位繼續(xù)的步驟。

接著使用有限脈沖響應計算來組合平衡測量平均值以將平衡測量平均值與先前的測量值714組合起來，從而產(chǎn)生在平衡控制環(huán)路中使用的最終平衡測量值。

平衡控制環(huán)路301將平衡測量值與設定點值302比較，從而得到誤差值。誤差信號被乘以環(huán)路增益303，檢查是否超過范圍304/在范圍304之下，且加到目前負脈沖寬度值。

在微脈沖HV供應系統(tǒng)202、203中，驅(qū)動微脈沖的脈沖寬度改變所得高電壓(HV)波814、801、802的峰值振幅。在此情況下，改變負脈沖振幅以實現(xiàn)離子平衡的改變。如果誤差信號值大于零，那么上調(diào)負脈沖寬度，因此增大負HV脈沖振幅，結(jié)果，在負方向上改變平衡。相反地，如果平衡為負，那么下調(diào)負脈沖寬度，因此在正方向上改變平衡。

在負脈沖寬度的不斷調(diào)整期間且當條件保證時，負脈沖寬度可命中其控制極限。在此情形下，針對正失衡下調(diào)307正脈沖寬度，或針對負失衡上調(diào)309正脈沖寬度，直到負脈沖寬度可再次恢復控制。使用負和正脈沖寬度控制的這種方法產(chǎn)生大約10V的平均平衡控制調(diào)整范圍，其具有小于3V的穩(wěn)定性。

根據(jù)另一實施例，在大的失衡條件下，例如，在電離風機起動時，大量的污染物累積或發(fā)射極隨著其老化而銹蝕，負脈沖寬度和正脈沖寬度將達到其控制極限310、312。在此情形下，調(diào)整正脈沖周期和負脈沖周期311、313，以使平衡到達一個點，在該點，正脈沖寬度與負脈沖寬度再一次落在其相應的控制范圍內(nèi)。因此，對于大的正失衡條件，增大負脈沖周期313，從而導致平衡的負平移。如果條件仍存在，那么減小正脈沖周期313，從而也導致平衡的負平移。改變正/負周期313的此交替方法繼續(xù)，直到負脈沖寬度與正脈沖寬度再一次落在其控制范圍內(nèi)。同樣地，對于大的負失衡條件，增大正脈沖周期311，交替地，減小負脈沖周期311，從而導致平衡的正平移。這種操作如前述那樣繼續(xù)，直到負脈沖寬度與正脈沖寬度再一次落在其控制范圍內(nèi)。

在存在極端失衡條件的情況下，負/正脈沖寬度和正/負周期調(diào)整都可能已命中其相應的控制極限310、312、314、316，正脈沖計數(shù)和負脈沖計數(shù)將接著被改變以使平衡到一個點，在該點，正/負周期再一次落在其相應的控制范圍內(nèi)。因此，對于極端正失衡條件，正脈沖計數(shù)將減小317，且不工作時間脈沖計數(shù)317將增大一個脈沖計數(shù)，從而導致平衡的負改變。

如果條件仍存在，那么將減小不工作時間脈沖計數(shù)317，且負脈沖計數(shù)將增大317一個脈沖計數(shù)，從而導致平衡的進一步負改變。一個脈沖從負分組/串到正分組/串的這種平移繼續(xù)，直到正/負周期再一次落在其控制范圍內(nèi)。同樣地，對于極端負失衡條件，一個脈沖在某一時間將通過不工作時間脈沖計數(shù)從正脈沖315分組/串平移到負脈沖分組315，從而導致平衡的正改變，直到正/負周期再一次落在其控制范圍內(nèi)。

在并行過程中，將平衡測量值與設定點比較。如果確定平衡測量值在其指定范圍外，所述指定范圍對應于在距電離器1英尺處測量到的+/–15V的平均CPM(電荷板監(jiān)測器)讀數(shù)，那么電離器的控制系統(tǒng)將觸發(fā)平衡警報。

在圖9中，示出用于提供反饋例程的方法，如果存在離子不平衡，那么所述反饋例程發(fā)起離子平衡警報?？?01到909執(zhí)行測量，將得到的測量值與閾值比較以確定平衡警報是否被發(fā)起?？?10到916確定平衡警報是否被發(fā)起。

在每隔5秒的定時間隔中，評估平衡測量903，當落在此范圍外時，使“1”移位到警報寄存器904內(nèi)，否則，使“0”移位到警報寄存器902內(nèi)。當警報寄存器含有值255(全“1”)時，宣告平衡測量處于警報狀態(tài)。同樣地，如果警報寄存器含有值0(全“0”)，那么宣告平衡測量不處于警報狀態(tài)。忽略警報寄存器非255或0的任何值，且警報的狀態(tài)不改變。這過濾警報通知，且防止偶發(fā)性的通知。作為副產(chǎn)物，通知延遲允許足夠的時間以使平衡控制系統(tǒng)從外部刺激恢復。

在于每一ADC轉(zhuǎn)換循環(huán)結(jié)束時運行的另一并行過程中，在圖9B中，約每隔1毫秒，監(jiān)測平衡控制系統(tǒng)。此例程910針對限制條件檢查正和負脈沖計數(shù)911、912。如上所述的，當存在失衡條件且正/負脈沖寬度和正/負周期處于其相應極限時，調(diào)整正和負脈沖計數(shù)。然而，在不能使平衡返回到規(guī)范條件且正/負脈沖計數(shù)已達到其調(diào)整極限911、912時，通過將警報寄存器設定到全“1”值913、設定警報標志914和設定兩個警報狀態(tài)位915來強加警報狀態(tài)。

以上論述的自動平衡控制的方法和技術不限于一個類型的電離風機。其可用于具有多種發(fā)射極電極的不同模型電離風機。自動系統(tǒng)的其他應用包括具有微脈沖高電壓電力供應器的電離棒的模型。

本發(fā)明的說明的實施例的以上描述(包括在摘要中描述的內(nèi)容)不希望為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式。雖然本發(fā)明的具體實施例和實例在本文中是為了說明性目的而描述，但如所屬領域的技術人員將認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種等效修改是可能的。

可按照以上詳述的描述對本發(fā)明進行這些修改。在隨附權利要求書中使用的術語不應被解釋為將本發(fā)明限制于在說明書和權利要求書中公開的具體實施例。相反地，本發(fā)明的范圍將全部由將根據(jù)權利要求書解釋的確立的教義來解釋的隨附權利要求書確定。