一種自適應調節制氫發生裝置驅動電路的製作方法

2023-10-26 18:22:38

本實用新型涉及一種自適應調節制氫發生裝置驅動電路，屬於制氫技術領域。

背景技術：

氫水顧名思義即是含有氫氣的水，自從發現氫氣的醫學效應和生物學效應以來，近年來，國際醫學界和生物學界都在積極研究。其中具有代表性的研究者是日本東京大學的太田教授和上海第二軍醫大學的孫學軍教授。目前比較流行的觀點認為氫氣具有選擇性抗氧化作用；對生物體有害的自由基，氫氣能主動性選擇與其結合生成水。醫學界普遍認為自由基學說是疾病的和衰老的根本原因之一，氫氣選擇性中和有害自由基，為氧化損傷產生的疾病提供了一種治療方法，更重要的是對人體預防疾病的發生和衰老提供了一種預防措施，氫氣是所有元素中質量最輕的元素，常溫常壓下以氣體形式存在。人體利用氫氣的方法之一就是將氫氣溶入高純度的水中，藉助水為載體進入身體，在體內散發從而對人體因有害自由基產生的氧化起到一個還原作用。

現有技術中最常使用的的是電解水制氫，電解水制氫裝置核心部件——控制線路板通常採用DC-DC升\降壓電路為恆壓電源單元驅動電極片電解礦物質水溶液制氫。

在授權公告號為CN 103695957A的中國專利文獻中公開了一種具有智能控制功能的制氫裝置；包括控制電路、陽極電極和陰極電極，所述控制電路包括電源模塊、顯示模塊、電流檢測電路、驅動模塊、輸出電路、開關單元和控制器，所述陽極電機和陰極電極與輸出電路連接；但是該現有技術存在以下缺失：首先由於純淨水是弱導電液體，採用電解純水制氫，電解極片的驅動電壓要求較高（一般DC5V±0.5V）才能實現電解制氫；富含礦物質水溶液是強導電液體，採用電解富含礦物質水溶液制氫，電解極片的驅動電壓要求較低（一般2.0±0.5V）就能實現電解制氫。若採用DC-DC升\降壓電路驅動電極片電解制氫則會出現：

1、礦物質濃度不同的水在同等制氫過程中制氫量（氫濃度）不同；

2、電解礦物質濃度值差過大的水溶液，電解制氫裝置運行不穩定（電路中電流值因礦物質濃度值而變化）甚至燒毀（礦物質濃度值高電流值大）。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種自適應調節制氫發生裝置驅動電路，電解制氫設備在不同電解質濃度水溶液中運行穩定，制氫量一致。

本實用新型的技術方案如下：

一種自適應調節制氫發生裝置驅動電路，包括充電單元、電池單元、控制單元、恆壓電源單元、恆流電源單元、自適應電壓調節單元、制氫電極單元和TDS監測單元；所述充電單元一端接外部電源，另外一端輸出穩壓直流電源VCC；所述電池單元輸入端接充電單元，輸出端與控制單元連接；所述TDS監測單元採集水中的TDS值；所述TDS監測單元與恆流電源單元電信號連接並將採集到的水中的TDS值發送給控制單元MCU；所述制氫電極單元包括陰極J1和陽極J2；所述恆流電源單元提供所述制氫電極單元工作恆電流源；所述恆壓電源單元包括一集成運放電路，所述恆流電源單元包括一組合管電路，所述組合管電路包括N溝道的Q4和P溝道的Q10，Q4的G極與控制單元MCU的阻值採樣端連接，Q10的D極與恆壓電源單元的輸出端連接，恆壓電源單元的輸出端與恆流電源單元的VDD端連接，恆流電源單元的電流輸出端與制氫電極單元的陽極端連接，恆流電源單元的VP端通過控制MOS管Q12與制氫電極單元陽極端連接，制氫電極單元的陰、陽極分別接入恆流電源單元電路中並構成迴路；所述制氫電極單元的陰極端與恆壓電源單元的集成運放電路的反相輸入端相連構成負反饋放大電路，恆流電源單元的VP端的電壓信號經過負反饋放大電路放大後輸入到控制單元MCU的ADC採樣埠。

其中，所述自適應調節制氫發生裝置驅動電路還包括水位監測單元和按鍵單元，所述水位監測單元與控制單元電信號連接並將水位信號發送給控制單元；所述按鍵單元與控制單元電信號連接並控制控制單元的啟閉。

其中，所述自適應調節制氫發生裝置驅動電路還包括呼吸燈指示單元和蜂鳴器單元，所述呼吸燈指示單元與控制單元連接並控制呼吸燈顯示；所述控制單元與蜂鳴器單元連接並控制蜂鳴器單元報警。

本實用新型具有如下有益效果：

1、本實用新型不同礦物質濃度的水溶液在同等制氫過程中制氫量（氫濃度）一致。

2、本實用新型電解礦物質濃度差過大的水溶液，電解制氫裝置運行穩定（礦物質濃度不同時電路中電流值保持一致）。

3、本實用新型純淨水、高硬度飲用水（礦物質濃度高的水，國標規定飲用水硬度小於450ppm）電解制氫裝置運行穩定，制氫量（氫濃度）一致。

4、本實用新型在不同的礦物質濃度水溶液電解過程中要求通過電極片的電流值恆定，電極片兩端的電壓值可隨水溶液中礦物質濃度值不同自適應調節。

附圖說明

圖1為本實用新型自適應調節制氫發生裝置驅動電路的整體電路圖；

圖2為本實用新型自適應調節制氫發生裝置驅動電路的工作原理示意圖；

圖3為本實用新型自適應調節制氫發生裝置驅動電路的恆壓電源單元的電路圖；

圖4為本實用新型自適應調節制氫發生裝置驅動電路的恆流電源單元的電路圖；

圖5為本實用新型自適應調節制氫發生裝置驅動電路的TDS監測單元的電路圖。

圖中附圖標記表示為：

1-充電單元、2-電池單元、3-控制單元、4-恆壓電源單元、5-恆流電源單元、6-自適應電壓調節單元、7-制氫電極單元、8-TDS監測單元、9-水位監測單元、10-按鍵單元、11-呼吸燈指示單元、12-蜂鳴器單元。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來對本實用新型進行詳細的說明。

參見圖1-5，一種自適應調節制氫發生裝置驅動電路，包括充電單元1、電池單元2、控制單元3、恆壓電源單元4、恆流電源單元5、自適應電壓調節單元6、制氫電極單元7和TDS監測單元8；所述充電單元1一端接外部電源，另外一端輸出穩壓直流電源VCC；所述電池單元2輸入端接充電單元1，輸出端與控制單元3連接；所述TDS監測單元8採集水中的TDS值；所述TDS監測單元8與恆流電源單元5電信號連接並將採集到的水中的TDS值發送給控制單元MCU；所述制氫電極單元7包括陰極J1和陽極J2；所述恆流電源單元5提供所述制氫電極單元7工作恆電流源；所述恆壓電源單元4包括一集成運放電路，所述恆流電源單元5 包括一組合管電路，所述組合管電路包括N溝道的Q4和P溝道的Q10，Q4的G極與控制單元MCU的阻值採樣端連接，Q10的D極與恆壓電源單元4的輸出端連接，恆壓電源單元4的輸出端與恆流電源單元5的VDD端連接，恆流電源單元5的電流輸出端與制氫電極單元7的陽極端連接，恆流電源單元5的VP端通過控制MOS管Q12與制氫電極單元7陽極端連接，制氫電極單元7的陰、陽極分別接入恆流電源單元5電路中並構成迴路；所述制氫電極單元7的陰極端與恆壓電源單元4的集成運放電路的反相輸入端相連構成負反饋放大電路，恆流電源單元5的VP端的電壓信號經過負反饋放大電路放大後輸入到控制單元MCU的ADC採樣埠。

其中，所述自適應調節制氫發生裝置驅動電路還包括水位監測單元9和按鍵單元10，所述水位監測單元9與控制單元3電信號連接並將水位信號發送給控制單元3；所述按鍵單元10與控制單元3電信號連接並控制控制單元3的啟閉。

其中，所述自適應調節制氫發生裝置驅動電路還包括呼吸燈指示單元11和蜂鳴器單元12，所述呼吸燈指示單元11與控制單元3連接並控制呼吸燈顯示；所述控制單元3與蜂鳴器單元12連接並控制蜂鳴器單元報警。

本實用新型的工作原理：

使用過程中，在控制單元3的控制下，當水中電解礦物質濃度值增高，極間電流增大，恆流電源單元5控制自適應電壓調節單元6降低制氫電極單元7電壓確保電流恆定；當水中電解礦物質濃度值降低，極間電流減小，恆流電源單元5控制自適應電壓調節單元6增加制氫電極單元7電壓確保電流恆定。

其中，恆流電源單元5中由N溝道的Q4與P溝道的Q10構成組合管電路，Q4的G極為組合管的控制極接控制單元3的I/O口，Q10的D極為組合管的漏極接恆壓電源單元4的4.5V輸出端，當I/O為高電平時，組合管導通，恆壓電源單元4的4.5V輸出端接入恆流電源單元5的電源埠，將恆流電源單元5的電流輸出端連接到制氫電極單元7的陽極端，同時，恆流電源單元5的電流輸入端通過控制MOS管Q12連接到制氫電極單元7陰極端，當Q12導通時，制氫電極單元7的陰、陽極分別接入恆流電源單元5電路中並構成迴路，制氫電極單元7開始電解水制氫，電流穩恆在200mA±10mA。

TDS監測單元8通過制氫電極單元7的陽極電壓經過水的傳導在陰極上感應出電壓值，不同的電解液有不同的電壓值，制氫電極單元7的陰極端與恆壓電源單元4的集成運放電路的反相輸入端相連構成負反饋放大電路，將制氫電極單元7陰極端的電壓信號放大後輸入到控制單元3的ADC採樣埠，通過ADC採樣埠得出的不同電壓值推算出水中TDS濃度值。

自適應電壓調節單元6根據水中TDS濃度值調節恆壓電源單元4輸出電壓：根據不同的TDS濃度值由控制單元3內部查表推算出對應PWM佔空比波形控制的電壓調節模塊Q4的G極，從而調整制氫電極單元7陰、陽極輸出的電壓值從而達到恆流電解要求。

按鍵單元10將控制信號傳輸至控制單元3控制整個系統的工作狀態，充電單元中1的電源提供系統運行所需電能，水位監測單元9將容器內水位高度數據輸出給控制單元3，控制單元3根據容器內水位情況調整系統工作狀態，呼吸指示燈單元11受控制單元3控制完成運行狀態指示。

以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。