CN101006757A - 使用脉冲ac高压电源，具有空气容器的条型电晕放电静电消除器 - Google Patents

使用脉冲ac高压电源，具有空气容器的条型电晕放电静电消除器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于消除静电的装置，更具体地说，与施加到现有电晕放电静电消除器中的放电电极的电压为简单的AC高压或DC高压相比，在本发明中，施加与矩形脉冲型的信号耦合的脉冲AC高压，以及通过将空气容器定制到装置中和将常压的空气通过微小喷气嘴发送，本发明的装置能将离子移动到带电体。本发明的电晕放电静电消除器包括生成电晕放电的放电电极、由施加电压的放电电极感应离子生成的接地电极、生成AC脉冲高压和将其施加到放电电极的高压单元，以及控制AC脉冲高压的频率和占空比的控制器，其中，高压的频率范围是从1[Hz]到10[kHz]，以及该占空比控制在40～60[％]的范围。本发明的静电消除器能通过自由控制施加电压的频率和占空比来有效消除带电体的剩余静电，而与离带电体的距离无关。

Description

使用脉冲AC高压电源，具有空气容器的条型电晕放电静电消除器
技术领域
本发明涉及通过使用电晕放电，特别地，在将所生成的离子移动到带电体中，通过用微小喷气嘴，注入空气容器中的空气而移动离子的静电消除器。
背景技术
通常，在产生半导体、液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、有机EL、多层陶瓷电容器(MLCC)等等中，非常清洁的工作间是必要的。然而，特别是在印刷、展开和清洁它们的过程中，处理易于充电静电的大量高绝缘物质，此时，由于静电引起粘住诸如灰尘的异物，产生诸如产量下降、图形破坏和不良印刷的问题。
如上所述，在处理高绝缘物质的过程中，频繁地要求消除带电体的静电的需要，以及为消除该静电，广泛地使用电晕放电静电消除器。根据所施加的电压形式，即使用DC高压和AC高压，使用普通电晕放电静电消除器的方法能分成两种。AC高压电晕放电静电消除器主要使用普通频率(60Hz)和高频(10kHz～18kHz)，而DC高压电晕放电静电消除器使用DC高压(约±7kV)。
然而，AC高压形式适合于在离带电体短的距离(50mm～300mm)消除静电，但不适合于消除远离的带电体的静电。此外，使用高频适合于消除高速移动的带电体的静电，但也具有由于所产生的+离子和-离子的量不同，由静电消除器生成的+离子和-离子间不平衡的问题，因此，不能完全地消除剩余静电。
同时，DC高压形式安装在离带电体1,000mm以上的长距离，以及能消除该静电，因此，当安装距离远时主要使用它，但不适合于短距离的安装。
因此，急切地需要本发明的静电消除器，其适合于短和长距离，此外，能通过解决+离子和-离子量间的不平衡问题，更有效地消除带电体的剩余静电。
发明内容
技术问题
为改进所述DC高压和AC高压电晕放电静电消除器的缺陷，本发明目的在于提供一种静电消除器，使用脉冲AC高压形式，其中，安装空气容器以便更有效地在空气中注入在放电电极处生成的离子，以及能通过在放电电极的插口形成喷气嘴，以及尽可能远地发送所生成的离子，提高消除静电的效率。
技术方案
实现所述目的的本发明的静电消除器包括：
放电电极(10)，生成电晕放电；
接地电极(30)，从该电压施加放电电极感应离子生成；
高压生成单元(40)，生成AC脉冲高压和将该高压施加到放电电极(10)；以及
控制器(50)，控制AC脉冲高压的频率和占空比，其中，高压的频率范围为从1[Hz]到17[kHz]，以及该占空比控制在40～60[％]范围中。
此外，本发明的静电消除器最好进一步包括放电电极插口(20)，在其中形成喷气嘴(22)来注入常压的空气，以便在放电电极(10)生成的离子能发送到带电体；以及
空气容器，直接连接到所述放电电极插口以及将通过空气注入注入部分(61，62)注入注入的空气提供给所述喷气嘴。
有益效果
根据本发明的脉冲AC高压电晕放电静电消除器，由于能自由地设置根据所安装的距离的频率控制以及控制剩余静电的电压的占空比控制，因此充分地弥补弥补现有的DC和AC高压电晕放电静电消除器的缺陷以及能提高消除静电的效果。
即，通过使用AC高压型但适当地控制所生成的离子量以及生成离子的速度，能有效地实现消除静电，以及能通过其中形成喷气嘴的放电电极插口，将所生成的离子有效地发送到位于远距离的带电体。
附图说明
图1示例说明根据本发明的静电消除器的整体结构。
图2示例说明根据本发明的其中形成喷气嘴的放电电极插口的详细结构。
图3示例说明用于生成脉冲AC高压的高压生成单元的电路的优选实施例。
图4示例说明控制根据本发明的静电消除器的控制器的结构的框图。
图5是表示根据本发明的控制器的操作原理的流程图。
图6示例说明根据现有技术的AC高压型生成的离子。
图7示例说明由根据本发明的脉冲型生成的离子。
具体实施方式
现在，参考附图，详细地说明本发明的静电消除器。
图1是根据本发明的静电消除器的结构图。如所示，本发明的静电消除器包括放电电极(10)、放电电极插口(20)、接地电极(30)、高压生成单元(40)、控制器(50)、空气容器(60)和保护电阻R。
其中，放电电极(10)具有生成电晕放电的功能，电晕放电生成+离子和-离子。
放电电极插口(20)保护放电电极(10)免于外部冲击，以及具有注入空气的喷气嘴(22)。喷气嘴(22)充当常压的空气通道，以便将放电电极(10)处所生成的离子移动到带电体。
在图2中示例说明放电电极插口(20)的详细结构。如所示，放电电极(10)插入放电电极插口(20)的内部的中心，以及以放电电极(10)为中心，具有通过放电电极插口(20)的圆柱形式的喷气嘴(22)形成在两侧。
在两侧上或沿放电电极(10)的周围，能形成多按情况需要的个喷气嘴(22)，为注入更有力的空气，直径需要小，最好为Φ1mm或更小，更好地，为约Φ0.3mm。
同时，通过注入常压的空气的空气容器(60)，供给通过所述喷气嘴(22)注入的空气。即，由于将空气注入部(61，62)的每一个连接到送风机(未示出)，溜之大吉的空气经常注入空气容器(60)，因此，由在放电电极插口(20)处形成的喷气嘴(22)注入的空气能保持常压。
构造图1所示的静电消除器，通过在空气容器的两侧形成的空气注入产中(61，62)，注入空气，以及能将空气注入部安装在空气容器(60)的仅一侧，或能安装在多个适当位置。
同时，电阻R连接到放电电极(10)，其稳定地产生电晕放电，以及通过降低电流量，当人体触及放电电极时，降低由电击引起的冲击。
接地电极(30)起由施加电压的放电电极(10)，感应离子生成的作用。
图3示例说明用于体现生成脉冲AC高压的高压生成单元(40)的电路的例子。图3中的电路的操作如下。在该实施例中，最好使输入电压为DC 24[V]以及振荡频率为18[KHz]。通过逆变变压器(T1，T2)，使输入电压升高到200[V]，以及通过倍压器(C1-C20，D1-D17)，使所升高的电信号转换成±7,000[V]的DC电压。通过齐纳二极管(ZNR0-2)，将该DC高压输出为双向矩形脉冲AC高压，以及将该输出信号施加到放电电极。
除此之外，根据本发明的高压生成单元(40)的电路包括反馈电路(R1，R2)，以便感测在逆变变压器的次级线圈产生的电压的异常。即，当因为系统异常，电流不流过变压器的次级线圈时，在放电电极不产生放电，以及电流流过电阻器以便电压降的反馈发生。此外，为防止高压泄漏，内部在真空条件下填充环氧树脂。
如上所述，本发明的高压单元包括升高输入电压的变压器，从所述变压器接收升高电压以及生成施加到放电电极的高压的倍压器以及将来自所述倍压器的高压转换成脉冲型的脉冲转换器。
此外，如上所述，高压单元可以进一步包括反馈电路，如果电流未流过所述变压器的次级线圈的问题出现，能通过使电流流过连接到次级线圈的接地电阻，获得电压降的反馈。
图4是表示控制本发明的静电消除器的控制器(50)的结构的框图。控制器(50)包括调整单元(52)，调整脉冲AC高压的频率和占空比、数据通信模块(54)，通过使用数据通信(RS-485)，从外部计算机确认控制器的状态、遥控信号接收模块(56)，遥控频率和占空比，以及LED控制器(58)，控制LED。55是遥控器和70是模拟反馈信号。设计通过使用微型处理器，控制脉冲AC高压的频率和占空比，以及将控制信号提供给高压生成单元(40)(H/V单元)。最好，从高压生成单元(40)输出的信号控制到1[Hz]～10[kHz]的范围中，以及占空比控制到40～60[％]范围中。由于通过使用微型处理器的频率和占空比的控制的技术特征是公知的，省略详细说明。
与此类似，本发明的静电消除器能转换施加到放电电极的电压信号的频率，如果带电体远，施加低频的信号，而如果带电体近，则施加高频的信号。
低频时，因为在放电电极处生成的+和-离子的每一带宽变宽，因此，由于排斥力，在离子的频带中彼此远离的时间变长，因此，容易使离子发送远，相反，在高频时，因为离子的带宽变得相对窄，因此，通过排斥力，使彼此远离的时间变短，因此，使离子发送远相对困难。
例如，在占空比为1的情况下，在1Hz的频率时，以0.5秒的间隔交替生成+离子和-离子，但是，在1kHz时，以0.005秒的间隔交替生成+离子和-离子。因此，由于在1Hz的低频时，生成0.5秒的离子带宽，但在1kHz的频率时，生成0.005秒，低频的带宽更宽以及每个周期生成的离子量在低频时更高，通过离子频带中的相同极性的离子的排斥，移动的时间在低频更长。
同时，与图6有关，现在示例说明在施加到放电电极的电压信号的一个周期时，+离子生成时间(t1)和-离子生成时间(t2)的比率，即占空比。通过控制占空比以便改进离子量的不平衡问题，可以自由地控制在放电电极生成的+和-离子量，以便能更有效地消除带电体的剩余静电。
尽管通过控制频率，根据在所述放电电极处生成的+和-离子的带宽的宽度，根据与带电体的距离，发送离子，以及在通过控制占空比，消除带电体的剩余静电的情况下，为生成更多+离子，将所述AC脉冲的+端的持续时间设置长，以便为生成更多-离子，将所述AC脉冲的-端的持续时间设置长。
图5是有关控制器(50)的操作的流程图。如果将AC脉冲高压施加到放电电极(10)以及通过输入所需脉冲AC电压的频率和占空比的值，开始操作，模拟信号(70)获得反馈以及确认高压的输出状态以及在输出电压变得低于设定电平的情况下，停止消除静电，振铃警铃。
频率和占空比的变化能设计成可受外部遥控器控制，在这种情况下，通过比较从遥控器输入的ID，当输入在每一BAR处设置的ID时，，安装在控制器(50)中的微型处理器改变频率和占空比，以及由用户任意设定的值存储在微型处理器的EEPROM中，因此，尽管电源断开，其仍保持不变，以及当接通下一电源时，不变地施加它。
同时，如果数据通信模块(54)，例如RS-485通信电路被安装在控制器(50)中，诸如操作、停止BAR以及改变设定值的工作能通过使用外部PC来完成，以及通过将多个BAR指定为一组，能快速地了解安装在工作区的静电消除器的状态。
安装在控制本发明的静电消除器的控制器中的微型处理器(PIC18F8520)的特性如下。
表1
程序存储器 128K字节 串行I/O(USART) 2
数据存储器 3840K字节 CCP(PWM) 5
EEPROM 1024K字节 欠压检测 是
操作速度 40MHz 定时器 5
I/O 52 系统中编程 是
ADC 12
作为优选实施例，输入的模拟电压转换成每1位0.019[V]，在AC脉冲高压的电压电平低于10[kVpp]的情况下，能设计成振铃报警。报警表示为前面的LED以及警铃等等，以及能用作UTP端的REPLAY的触点的输出。
本发明的静电消除器(100)采用脉冲AC型来弥补已经在现有的电晕放电静电消除器中使用的DC或AC型的缺陷，即，弥补与带电体的安装距离的限制，控制剩余静电的电压的困难，以及消除快速移动的带电体的静电的问题等等。
图6示例说明先前的AC高压型的电晕放电静电消除器生成的离子量，以及图7示例说明由根据本发明的脉冲AC高压形式的电晕放电静电消除器生成的离子量。在图6和7中包括+或-标记的区域对应于离子所生成的量。如所示，将+和-离子交替地提供给生成电晕放电的放电电极的矩形脉冲信号能在每单位时间获得最大离子量，因此，能最高程度地节省消除静电的时间。
在图7中，能自由地控制用于生成+离子(t1)和-离子(t2)的时间比，即占空比。因此，在带电体的剩余静电中，存在更多+离子的情况下，通过控制占空比，延长用于生成-离子的时间(t2)是令人满意的，以及在带电体的剩余静电中存在更多-离子的情况下，通过控制占空比，延长生成+离子的时间(t1)是令人满意的。因此，控制占空比能使消除带电体的剩余静电更有效。
通过控制脉冲AC的频率，能将到带电体的安装距离从短距离(50mm)延长到长距离(最大2,500mm)，以及通过控制脉冲AC的占空比，能将剩余静电的电压保持低于±10V到最大值。
此外，在将在电极附近生成的+和-离子发送到带电体附近的情况下，通过将干燥空气注入到空气容器(60)中以及通过在放电电极(10)附近的微小喷气嘴(22)注入它，充分地扩散空气中的离子。除通过使空气容器(60)的形状为圆锥以及可以使所述喷气嘴(22)的气压保持恒定外，能使所有微小喷气嘴(22)注入的空气量保持恒定。
工业适用性
由于这些特性，本发明的静电消除器也能适用在稳定地产生液晶显示器(LCD)，特别是适合热/冷板、光敏电阻涂层、沉积、曝光、装载/卸载机等等的工艺中。

Claims (10)

1.一种使用脉冲AC高压的电晕放电静电消除器，所述消除器包括：
放电电极，生成电晕放电；
接地电极，从所述电压施加放电电极感应离子生成；
高压单元，生成AC脉冲高压和将该高压施加到所述放电电极；以及
控制器，通过控制所述AC脉冲高压的频率和占空比，任意地控制在所述放电电极处生成的+离子和-离子的生成量，其中，
所述消除器的特征在于，通过根据在所述放电电极处生成的+和-离子的带宽的宽度来控制该频率，根据与带电体的距离，发送离子，以及在通过控制占空比来消除带电体的剩余静电的情况下，为生成更多+离子，设置所述AC脉冲的+端的持续时间长，以及为生成更多-离子，设置所述AC脉冲的-端的持续时间长，
来自所述高压单元的高压的频率范围为从1[Hz]到17[kHz]，以及该占空比控制在40～60[％]范围中。
2.如权利要求1所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述消除器进一步包括放电电极插口，在所述放电电极插口的中心，插入所述放电电极，以及其中形成喷气嘴来注入常压的空气，以便在所述放电电极生成的离子发送到带电体，以及
空气容器，直接连接到所述放电电极插口以及将通过该空气注入注入部分注入注入的空气供给所述喷气嘴。
3.如权利要求2所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述喷气嘴位于该放电电极四围至少一个，以及具有通过所述放电电极插口内部的圆柱的形状。
4.如权利要求3所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，具有圆柱形状的所述喷气嘴的直径不大于1mm。
5.如权利要求1所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，降低流过该放电电极的电流量的装置连接到所述放电电极。
6.如权利要求1所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述高压单元包括
变压器，升高输入电压；
倍压器，从所述变压器接收所升高的电压以及生成施加到该放电电极的高压；以及
脉冲转换器，将来自所述倍压器的高压转换成脉冲型。
7.如权利要求6所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述高压单元进一步包括反馈电路，如果电流不流过所述变压器的次级线圈，则通过使电流流过连接到该变压器的次级线圈的接地电阻，获得压降的反馈。
8.如权利要求1所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述控制器包括
调整单元，调整该脉冲AC高压的频率和占空比；以及
数据通信模块，通过使用数据通信，从外部计算机，确认所述控制器的状态。
9.如权利要求1或8所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述控制器进一步包括遥控信号接收模块，从外部控制所述控制器的操作。
10.如权利要求1所述的脉冲AC高压静电消除器，其特征在于，所述消除器用在生产热/冷板、光敏电阻涂层、沉积、曝光、加载/卸载机和摩擦的工艺的至少一个中。
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