CN103501914A - 微脉冲双极性电晕离子发生器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电中和方案，包括向离子发生器（10）的发射器（12）提供至少一个脉冲串对（18）。脉冲串对（18）设置成包括顺次交替的正脉冲串（30）和负脉冲串（32）。正脉冲串（30）包括电离正电压波形（64），而负脉冲串（32）包括电离负电压波形（84）。这些电离正、负电压波形（64、84）在离子发生器（10）的发射器（12）和参考电极（14）之间交替产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正、负离子（34、36）的离子云（40）。

Description

微脉冲双极性电晕离子发生器及方法

技术领域

本发明涉及一种用来减少或中和带电物体上正负静电荷的微脉冲双极性电晕离子发生器。更特别地，本发明涉及一种微脉冲双极性电晕离子发生器，其具有：离子平衡控制电路；火花电涌抑制器和电晕活动电路；较低速的发射器污染；较低的电晕副产物释放，例如臭氧，氮氧化物以及类似物；或者这些特征的任何组合。

背景技术

交流电晕离子发生器通常用于带电物体的静电荷中和。然而，这些离子发生器易于释放较高的电晕副产物，例如释放臭氧和氮氧化物进入空气中，以及易于受到周围环境对发射器的快速污染。发射器的污染降低了离子化效率而且可能影响离子平衡，同时臭氧是公知的健康危害物。因此，存在对具有较低速的发射器污染、较低的臭氧释放、离子平衡控制或者上述特征的任何组合的静电荷中和方案的需求。

发明内容

根据本发明的一个实施例，公开了一种静电荷中和方案，包括向离子发生器的发射器提供至少一个脉冲串对。脉冲串对设置成包括依次交替的正脉冲串和负脉冲串。正脉冲串包括电离正电压波形，而负脉冲串包括电离负电压波形。这些电离正、负电压波形在离子发生器的发射器和参考电极之间交替产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正、负离子的离子云。

本发明的多种可选择的实施例也被公开，包括：离子平衡控制电路，火花电涌抑制器和电晕活动电路，或者这些电路的任何组合。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的微脉冲双极性离子发生器的简化分解透视图；

图2是根据本发明另一个实施例的一系列脉冲串对的振荡器屏幕截屏，其中每个脉冲串对包括正脉冲串和负脉冲串；

图3A以框图的形式描述了根据本发明实施例的构成脉冲串对的正、负脉冲串随着时间（T）的次序；

图3B以框图的形式描述了根据本发明实施例的构成脉冲串对的负、正脉冲串随着时间（T）的次序；

图4A是根据本发明又一个实施例的作为脉冲串对一部分的正脉冲串的振荡器屏幕截图；

图4B是根据本发明又一个实施例的作为脉冲串对一部分的负脉冲串的振荡器屏幕截图；

图5A是根据本发明又一个实施例的微脉冲双极性电晕离子发生器的电路图；

图5B是图5A中所示的脉冲的示例性放大视图；

图6A示出了根据本发明又一个实施例的通过向发射器提供至少一个脉冲串对来通过电晕放电产生双极性离子的方法；以及

图6B示出了根据本发明可选实施例的可增加到上面图6A中公开的方法中的可任意选择的附加步骤。

具体实施方式

在下面的详细描述中，为了解释的目的，阐述了大量的具体细节来提供对本发明的多种实施例的全面理解。本领域普通技术人员应该明白，本发明的这些多种实施例仅仅是说明性的，而不是为了以任何方式进行限制。本领域技术人员受益于本发明公开的内容将会容易地想到本发明的其它实施例。

另外，为了清楚的目的，这里所描述的实施例的并非所有的常规特征都被示出或描述。本领域普通技术人员应该容易理解，在对任何这样的实施例的实际研制过程中，可能需要作出大量的具体实施决定来实现具体的设计目标。这些设计目标将会随着应用的不同而不同，以及随着研制者的不同而不同。而且，应该理解的是，这样的研制工作可能是复杂且耗时的，但尽管如此，这样的研制工作对于受益于本发明所公开内容的本领域普通技术人员来说也是常规的工程任务。

图1公开了一种微脉冲双极性电晕离子发生器10，其使用了：电离电极，命名为发射器12；导电元件或结构，用作参考电极14；电源16，设置成向发射器12提供至少一个电压交替的脉冲串对18；气源20，设置成提供气流22；离子平衡电路24，与命名为离子平衡电极的另一电极26电连接，并与公共参考总线29例如地线电连接；以及火花电涌抑制器和电晕活动电路28，连接到参考电极14和公共参考总线29。电源16与公共参考总线29电连接，并通过公共参考总线29与参考电极14电连接，并且与发射器12电连接。脉冲串对18被发射器12接收，并通过公共参考总线29被参考电极14接收。

如图2所示，脉冲串对18包括顺次交替的正、负脉冲串30、32。上部虚线44代表正电晕阈值电压，例如4.5kV，下部虚线46代表负电晕阈值电压，例如（-）4.25kV。每个正脉冲串30设置成包括电离正电压波形，该电离正电压波形具有的最大正电压幅值超过用于通过电晕放电来产生正离子的电压阈值。类似地，负脉冲串32设置成包括电离负电压波形，该电离负电压波形具有的最大负电压幅值超过用于通过电晕放电来产生负离子的电压阈值。因此，这些各个电离正、负电压波形横跨发射器12和参考电极14之间的空间38交替产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正离子34和负离子36的离子云。

利用一系列连续的脉冲串对为至少一个发射器电极提供有效的双极性离子化，其中每个脉冲串对使用正、负脉冲串。根据吹过发射器的或者穿过发射器所提供的气体的流速，例如图1中的气流22和发射器12，可以调整脉冲串对的数目，以使得目标物体的静电荷中和或放电最大化。每个脉冲串18的重复率没有做任何限制。重复率能够根据期望的功率水平来调整，对于图2公开的实施例，重复率随着占空系数从0.1%到1%能被设置成每秒一到几千次。术语占空系数在此也可以被称作每个脉冲串时段例如脉冲串时段48脉冲串打开与脉冲串关闭的有效比。使用从0.1%到1%的占空系数产生非常短暂的电晕放电，降低臭氧释放以及发射器污染的速度。这里公开的本发明的多个实施例产生的臭氧释放浓度大约为10-15ppb，其低于其它使用高频高压交流电来通过电晕放电产生离子的已知类型的离子发生器的三到五倍。这里所公开的多个实施例也显著降低了离子发生器发射器的颗粒吸附速率，从而降低了发射器的污染速率。

脉冲串对18中的正脉冲串30、负脉冲串32的交替顺序没有作出任何限制。例如，在图3A中，脉冲串18设置成包括正脉冲串30后面跟随着负脉冲串32的交替序列。可替代地，如图3B所示，脉冲串18也可以设置成包括负脉冲串32后面跟随着正脉冲串30的交替序列。正离子34和负离子36在此也被总称为双极性离子云40。利用脉冲串对来产生双极性离子云的电晕离子发生器在此可被称为微脉冲双极性电晕离子发生器10。

发射器12可以通过环状导电金属丝来形成，但是环状发射器金属丝的使用没有任何限制。任何发射器形状，例如尖的电极或者其它等同物（未示出），都可以用来作为替代方式。发射器12可以由任何类型的电极材料来制成，只要其能以支持这里所描述的特征所要求的方式导电，包括通过电晕放电产生离子。因此，发射器12可以由多种材料的组合物来构成，其中的某些材料可以不是纯导电的，例如半导体、绝缘物或者这些材料的任意组合。

参考电极14以导电风扇防护罩的形式来实施，但是这种结构的使用并不是限制性的。例如，单独的不导电或导电的风扇防护罩可以与单独形成的参考电极组合使用。类似地，离子平衡电极26通过使用导电风扇防护罩来实施，但是这种结构的使用不是限制性的。作为可选择的实施例（未图示），单独的风扇防护罩可以与离子平衡电极26组合使用。离子平衡电极26可以通过使用具有导电或半导电的表面的任何电极来实施，并且可放置在双极性离子云40将要经过的位置，例如放置在目标位置42和通过电晕放电产生双极性离子云40的位置之间的位置。对于图1所示的具体实施例，大致在空间38内，通过电晕放电产生双极性离子云40。正、负脉冲串30、32可以可替换地分别被称作正、负微脉冲。

气源20可以用来增强正离子34和负离子36的混合，可用来增大正离子34和负离子36向位于目标位置42处的所选目标物（未示出）传送的范围，以增加目标位置42处的双极性离子云密度，或者两种作用都有。在所示出的实施例中的气源20是吹风机类型，采用旋转风扇来使空气或气体运动经过发射器12、参考电极14以及离子平衡电路26，例如气流22。此外，气源20的用途、类型以及放置位置并不是为了以任何方式限制本发明所公开的内容的范围和精神。例如，作为可选择的实施例，在图1中没有示出，气源20可以省去，或者如果使用气源20，将其放置在发射器12的前面，这样气体或空气可以先流过或者说被迫流过发射器12，然后流过参考电极14，并吹向目标位置42。

进一步地，可以如示出的那样使用风扇类型的气源，或者在可选择的实施例中，压缩气体或空气可以通过管道、导管、充气件或者喷嘴来提供，一组喷嘴设置在电离棒上，喷嘴围绕发射器的至少一部分，或者类似方式（未示出）。另外，气流22的组成可以是空气、氮气、其它气体或者这些气体的任意组合，只要适合于双极性离子云向目标区域42的传送。离子平衡电路24和离子平衡电极26可以用来平衡在通过电晕放电产生双极性离子云40过程中产生的离子电流。离子平衡电路24连接到离子平衡电极26、公共参考总线29以及电源16。离子平衡电路24产生信号31，该信号31被电源16接收并用来调整由脉冲串对18产生的正负电极的平衡。在工作过程中，离子平衡电路24通过测量流过离子平衡电极26的正负离子所形成的电压33来产生信号31。如果电压33为正值，则离子平衡电路24调整信号31，从而信号31使得电源16产生至少一个脉冲串对，例如脉冲串对18，该至少一个脉冲串对产生的负离子多于正离子。类似地，如果电压33为负值，则电源16产生至少一个脉冲串对，该至少一个脉冲串对产生的正离子多于负离子。火花电涌抑制器和电晕活动电路28连接到参考电极14和公共参考总线29，来分流当参考电极26和公共参考总线29之间出现电压火花时可能产生的电流（未示出）。火花电涌抑制器和电晕活动电路28还提供与微脉冲双极性电晕离子发生器10所产生的离子数量成比例闪烁的可视指示器。

在另一个可选择的实施例中，在图1中没有示出以避免使公开的内容过于复杂，火花电涌抑制器和电晕活动电路28，离子平衡电路24和离子平衡电极26，或者以上两者都可以从图1中所示的实施例中省略掉。在又一个可选择的实施例中（未示出），参考电极14可以直接连接到公共参考总线29。

图4A是根据本发明另一个实施例的作为脉冲串对的一部分的正极脉冲串60的振荡器屏幕截屏。在前面参照图2和图3A、3B公开的脉冲串对18可以设置成包括脉冲串60，该脉冲串60包括两个不对称的电压波形，例如非电离电压波形62和电离电压波形64，它们在时段68上依次出现。非电离电压波形62和电离电压波形64之后跟随着较小的负、正振荡69，负、正振荡69起因于用于产生脉冲串60的电源的电路谐振，其并不是为了对本发明进行任何限制。如下面在图5A中进一步公开的那样，可以通过使用衰减电路来减小或完全消除振荡69。

不对称电压波形中的至少一个波形，例如电离电压波形64，具有最大电压幅值70，其超过在微脉冲双极性电晕离子发生器的发射器和参考电极之间的空间内产生离子所需的电晕放电电压阈值，例如在上面参照图1分别公开的空间38、发射器12、参考电极14以及离子发生器10。电离电压波形64产生的这些离子具有和电离电压波形64所使用的电压相同的极性，在本实施例中示出的是正极性。产生正离子的电离电压波形在此也可称为“电离正电压波形”，例如电离电压波形64。术语“非对称电压波形”描述的是极性交替变化且具有不同的最大电压幅值的时序波形的电压调制轮廓，其中最大电压幅值之一超过通过电晕放电产生离子所需的电晕阈值。例如，非电离电压波形62的最大幅值72具有的极性（负）与电离波形64的最大幅值70具有的极性（正）相反。在本实施例中示出的非电离电压波形62出现在电离电压波形64之前，并且具有的最大幅值72不足以通过电晕放电来产生离子。具有不足以通过电晕放电来产生负离子的最大负电压幅值的非电离电压波形在此也可称作“非电离负电压波形”，比如非电离电压波形62。

包括电离正电压波形的脉冲串，例如图4A中的脉冲串60，在此被定义为“正脉冲串”，其中电离正电压波形是具有超过产生正离子所需的电晕放电电压阈值的最大正电压幅值的波形，例如电离波形64。类似地，包括电离负电压波形的脉冲串，例如图3B中的脉冲串80，在此被定义为“负脉冲串”，其中电离负电压波形是具有超过产生负离子所需的电晕放电电压阈值的最大负电压幅值的波形，例如图3B中的电离波形84。在电压交替变化的脉冲串对例如图3A或图3B中的脉冲串对18中，正、负脉冲串60、80的排列顺序没有任何限制。例如在图3B中，脉冲串对18具有始于负脉冲串32、后面跟随着正脉冲串30的脉冲串排列顺序。

利用非对称电压波形提供了一种产生离子的有效方法。双极性离子云在发射器12的附近区域内振荡，并能容易地通过施加的力，例如气流或叠加的电场，来进行移动。因为离子产生的时段是极其短的，因此电晕负产物例如臭氧和氮氧化物的释放被最小化并且发射器12的污染速度被降低。

与图4A中的脉冲串60相似，图4B中的脉冲串80设置成包括两个非对称电压波形，例如非电离电压波形82和电离电压波形84，它们在时段88上顺次出现。非对称电压波形中的至少一个波形，例如电离电压波形84，具有最大电压幅值90，其超过在微脉冲双极性电晕离子发生器的发射器和参考电极之间的空间内产生离子所需的电晕放电电压阈值，例如上面在图1中分别公开的空间38、发射器12、参考电极14以及微脉冲双极性电晕离子发生器10。

在非电离电压波形82和电离电压波形84之后跟随着的是较小的负、正振荡89。负、正振荡89的产生是由于用于产生脉冲串80的电源的电路谐振，并不是为了对本发明作出任何限制，振荡89是可以被减小或消除的。电离电压波形84产生的离子具有和电离电压波形84所使用的电压相同的极性，在示出的本实施例中是负极性。非电离电压波形82的最大幅值92具有的极性（正）与电离电压波形84的最大幅值90的极性（负）相反。非电离电压波形82的最大幅值92不足以通过电晕放电来产生离子。电离电压波形84在此也可被称作“电离负电压波形”，因为它能通过电晕放电产生负离子。而非电离波形82在此可被称作“非电离正电压波形”，因为它具有不足以通过电晕放电产生正离子的最大正电压幅值。

取决于所使用的电源配置，非电离电压波形例如非电离电压波形62或82的上升、下降转换速率小于后面的电离波形例如与相同脉冲串对相对应的电离波形64或84的上升、下降转换速率。根据本发明的一个实施例，非电离电压波形可以设置成周期在1微秒至24微秒之间，上升、下降转换速率各自在每微秒100V到1000V的范围内。电离电压波形例如电离电压波形64或84的上升、下降转换速率各自大约为每微秒1000至5000kV，电压波形的宽度在1到12微秒之间。另外，如同前面参照图2和图3A-3B所描述的正脉冲串30，图4A中的每个正脉冲串60产生正离子。类似地，如同前面参照图2和图3A-3B所描述的负脉冲串32，图4B中的每个负脉冲串80产生负离子。

图5A公开了一种微脉冲离子发生器120，其使用：金属丝发射器122；参考电极124；电源126，设置成提供至少一个交替电压脉冲串对128；气源130，设置成提供气流（未示出）；离子平衡电路132；离子平衡电极134；火花电涌抑制器电路和电晕活动电路136。电源126电连接于金属丝发射器122和公共参考总线例如地线139，并且被设置成在工作过程中向金属丝发射器122输出脉冲串对128。脉冲串对128包括一系列连续的脉冲串。在电压交替变化的脉冲串对128中的每个脉冲串的极性与另一个脉冲串的极性相反。在一个例子中，脉冲串对128以及它的成对的脉冲串可以分别设置成与之前描述的脉冲串对18、脉冲串60和脉冲串80具有相同的功能和特性。

发射器122、参考电极124以及气源130可以实施成与之前描述的发射器12、参考电极14以及气源20具有相同的结构和功能。电源126、离子平衡电路132、离子平衡电极134以及火花电涌抑制器136可以实施成与之前公开的电源16、离子平衡电路24、离子平衡电极26以及火花电涌抑制器和电晕活动电路28具有相同的各自功能，但在图5A中示出为具有具体的电路结构。

参见图5A和5B，电源126包括：定时器电路138，其产生一组低电压脉冲140，其中每个脉冲具有相当短的脉冲持续时间144；驱动电路142，它设置成接收成组的脉冲140；以及初级衰减电路146。驱动电路142包括D型触发器电路148，被命名为“双延迟电路”，它具有两个相反的输出端；切换电路150；以及晶体管152和154。在图5B中进一步示出了一组脉冲140。定时器电路138和驱动电路142在这里所公开的内容中被总称为脉冲驱动电路141。定时器电路138包括定时器IC155、二极管156、电阻器158、电容器160以及电阻器162。定时器IC155可以通过使用任何可配置的通用定时器来实施，例如型号为LMC555，它能从加利福尼亚州圣塔克拉拉的国家半导体（National Semiconductor of Santa Clara,California）购得。

定时器IC155是设置成通过时钟输出端163提供可配置的时钟信号的集成电路。在本实施例中，这些时钟信号被用作脉冲140。二极管156、电阻器158以及电容器160建立了脉冲140的脉冲持续时间144（见图4和图5B）。电阻器162和电容器160设置了每个脉冲140的重复率。重复率与脉冲周期143的倒数相等。在所示出的实施例中，二极管156可以采用代码为1N4248的二极管，而电阻器158、162和电容器160分别具有如下的参数：1500Ω、240kΩ和0.01μF（微法拉）。此处公开的LMC555的使用、定时器电路138的配置以及无源元件的值并不是为了对本发明作出任何限制。任何定时器电路138都可以使用，只要它能提供指定类型的脉冲，例如在此描述的脉冲140。使用n沟道MOSFET晶体管来实施晶体管152和154，但MOSFET型晶体管的使用并不是为了对本发明进行任何限制。术语低电压是适合于此处描述的这类半导体器件使用的任何电压。这类半导体器件的电压通常大小范围是5或12，正负都可以，虽然在此描述的本实施例中正的低电压5和12V都被采用。

双延迟电路148采用D型触发器的形式，该D型触发器具有两个彼此相反的输出端。双延迟电路148可以采用出自加利福尼亚州圣何塞的仙童半导体（Fairchild Semiconductor of San Jose，California）的型号为MM74C74的器件。双延迟电路148被配置成向切换电路150提供两个时钟信号。切换电路150可以采用公知的集成电路，该集成电路提供以所示出的方式布置的四个双输入端与门，例如采用型号为MC14081B的器件，它可以从亚利桑那州的菲利克斯半导体公司（Semiconductor Corporation ofPhoenix,Arizona）购得。

双延迟电路148和切换电路150在晶体管152和154之间交替切换各个脉冲140。驱动电路142接收每个脉冲140并将其发送给双延迟电路148的时钟输入端161和各个与门接收的输入端。双延迟电路148的第一输出端Q连接到两个与门的输入端165，双延迟电路148的第二输出端（反相的Q）连接到另两个与门的输入端167并引接到切换电路148的数据引脚。预置引脚和清零引脚与12V电源相连接。

在电源126工作期间，对于所产生的每个脉冲串，脉冲驱动电路141通过使得电流流过高压变压器166的初级线圈164的一半并持续选定的时间来进入充电状态。电流流过初级线圈164一半的持续时间通过脉冲140的脉冲持续时间144来设置并与脉冲140的脉冲持续时间144大约相等。双延迟电路148和切换电路150在晶体管152和154之间交替切换各个脉冲140。电源126产生正脉冲串的非对称波形，例如分别在图2或图4A中的正脉冲串30或60，当晶体管152的栅极在充电阶段接收到脉冲140时，导致电流从初级线圈164的中心抽头165流到初级线圈的末端169，这在初级线圈164的一半的两端产生较小的负电压波形，并在初级线圈164中以及在高压变压器166的空气空间和铁芯（如果包括的话）中储存能量。通过变压器166的匝数比，变压器166将这个小的负电压波形放大，然后在次级线圈170的两端产生放大的负电压波形。这个放大的负电压波形最后被金属丝发射器122接收，作为非电离负电压波形，形成正脉冲串的一部分，分别例如在图4A中的非电离负电压波形62和正脉冲串60。

当短脉冲140的持续时间144结束时，储存的能量产生大的正脉冲电压，例如当到达脉冲140的后沿145时，突然关闭晶体管152，在初级线圈164的两端产生大的正脉冲电压（未示出）。变压器166将这个大的正脉冲电压放大，并在次级线圈170的两端产生具有正极性的较大的放大电离波形。这个大的放大电压波形最后被金属丝发生器122接收，作为电离正电压波形，形成正脉冲串的一部分，分别例如在图4A中的电离正电压波形64和正脉冲串60。电离正电压波形64后面跟随着在不同极性间振荡的并且电压幅值随着时间减小的较小波形。这些跟随波形的电压幅值不会达到电离电压，因此是非电离电压波形。这些跟随的波形是由于电路谐振产生的，并且能通过使用初级衰减电路146来对它们进行控制、消除或减弱。

以与上面刚刚描述的正脉冲串的产生相类似的方式，电源126产生负脉冲串的非对称电压波形，例如图2中的脉冲串32或图4B中的脉冲串80。但是，当双延迟电路和切换电路150将脉冲140传送到晶体管154的栅极的时候，电源126产生负脉冲串的这些非对称波形，这导致脉冲驱动电路141进入充电状态。在这个充电阶段，晶体管154使得电流流过中心抽头165和初级线圈末端171并持续给定的时间。在图5A所示的实施例中，电流流过初级线圈164的这个给定的持续时间通过脉冲持续时间144来设置并且与脉冲持续时间144大约相等。

流过中心抽头165和初级线圈末端171的电流在初级线圈164一半的两端产生较小的负电压脉冲，并在初级线圈165中以及在高压变压器166的空气空间和铁芯（如果包括）中储存能量。在这个充电阶段流过以中心抽头165和初级线圈末端171为界的初级线圈164一半部分的电流方向与用于产生正脉冲串的流过以中心抽头165和初级线圈末端169为界的初级线圈164另一半部分的电流方向相反。而且，初级线圈164这两个半部分在相同的方向上缠绕。变压器166通过它的匝数比将这个小的负电压波形放大，并在次级线圈170的两端产生放大的正电压波形。此放大的正电压波形最后被金属丝发射器122接收，作为非对称电压波形的非电离波形，形成负脉冲串的一部分，分别例如在图4B中的非电离正电压波形82和负脉冲串80。

当短脉冲140的脉冲持续时间144结束时，储存的能量产生大的负脉冲电压，例如当到达脉冲140的后沿145时，突然关闭晶体管152，在初级线圈164的两端产生大的负脉冲电压（未示出）。变压器166将这个大的负脉冲电压放大，并在次级线圈170的两端产生具有负极性的较大的放大电离波形。这个大的放大电压波形最后被金属丝发生器122接收，作为非对称电压波形84的电离负电压波形，形成负脉冲串的一部分，分别例如图4B中的电离负电压波形84和负脉冲串80。电离负电压波形84后面跟随着在不同极性间振荡的且电压幅值随时间减小的较小波形。这些跟随波形的电压幅值不会达到电离电压，因此是非电离电压波形。这些跟随的波形是由于电路谐振而导致的，并且能够通过使用初级衰减电路146来对它们进行控制、消除或减弱。

高压变压器166被设置成次级线圈170与初级线圈164的匝数比在50：1到5000:1之间。当从电源输出端168测量时，并且当电源126按照本发明的范围和精神内的教导来构造时，晶体管154使得产生负脉冲串，而晶体管152使得产生正脉冲串，它们共同形成电压交替变化的脉冲串对，该脉冲串对最后被发射器122接收并通过地线137被参考电极124接收，通过电晕放电产生双极性离子云，例如图1中的双极性离子云40。这些正、负脉冲串具有和前面图4A-4B中公开的正、负脉冲串60、80相同的结构和功能，分别包括一组非对称波形，例如非电离电压波形62-64和电离电压波形82-84。

在电源输出端168产生的各个脉冲串的电离波形例如电离波形64或84的最大电压幅值，根据以下变量进行设置：

高压变压器166的匝数比；

高压变压器的初级线圈164的电感；

脉冲持续时间144；

电阻器176和电容器178之间节点174处的直流输入电压172；

初级衰减电路146，包括电阻器180和电容器182；以及

如果包括离子平衡电路132，则晶体管154和地线137之间的阻抗，在图5A所示的例子中为晶体管177的漏极和源极之间的电阻。

根据图5A所示的本发明的实施例：

高压变压器166的次级线圈与初级线圈的匝数比可在50:1到5000:1的范围内；

高压变压器初级线圈164的电感大约为48μΗ（微亨），每个半部分大约为14μΗ；

脉冲140的脉冲持续时间144可在1微秒至24微秒的范围内；

电阻器176和电容器178分别是1-100Ω和0.1pF（皮法拉）；以及

晶体管177漏极和源极之间的电阻可在大致005-10Ω的范围内。

初级线圈164的电感；初级衰减电路146的容性负载，其由电阻器180和电容器182确定；以及电源输出端168可见的容性负载，其在所示的例子中包括金属丝发射器122和参考电极124的容性负载；确定了顺次的非对称波形的波形形状，例如前面参照图4A-4B所论述的非电离和电离波形62-64或非电离和电离波形82-84。这些顺次非对称波形构成脉冲串例如脉冲串60或80，并通过电源126在电源输出端168提供。在图5A中，初级线圈164的电感可以在10-100μΗ的范围内进行选择，其负载电容可以在3-60pF的范围内进行选择。这里公开的电路元件的所有数值和型号都不是为了对这里公开的多个实施例作出限制。所使用的实际数值根据所设计的离子发生器的大小和类型而改变。

由电源126产生的脉冲串设置成具有较高的转换速率，并且正、负脉冲串通过电源126使用较小尺寸的高压变压器以重复顺次的方式产生，不包括使用放大器、整流器、加法模块或者这些部件的任意组合。每个脉冲串对的脉冲重复率可以根据以下因素进行调整：所使用的气流、含有需要中和的选定设备的目标位置的距离、目标位置处期望的离子浓度、或者这些因素的任意组合。

图5A中的离子平衡控制电路132包括晶体管177、离子平衡电极134、电阻器184、电阻器186、有时被称作电位计的可变电阻器188、以及电容器190。通过晶体管177、电容器190和电位器192，离子平衡控制电路132如图所示也连接到地线137。当离子流过电极134时，电阻器184和186在节点192处产生电压。这个电压被晶体管177的栅极接收，使得晶体管177改变其源极和漏极之间的电阻。少量的偏置电流通过电阻器192加到晶体管177的栅极来补偿晶体管177的导通偏置。电容器190过滤掉可能影响在节点192处产生的离子平衡信号的脉冲噪音，而电阻器188能够被设置成提供在离子平衡电极处或可能在目标物体或目标位置例如图1中的目标位置42处的离子流动平衡，例如归零。

举例而言，如果因为任何原因（周围环境的变化、发射器污染或腐蚀以及类似情况），微脉冲双极性电晕离子发生器120的离子流开始产生多于负离子的正离子，那么离子平衡电极134将获得正电荷。该正电荷产生流过电阻器184、186和188的电流，这增加节点192和晶体管177栅极的电压，并且减小晶体管177源极和漏极之间的电阻。晶体管177源极和漏极之间的电阻的减小增加了电源126产生的脉冲串对的负脉冲串的电离波形的最大电压幅值，例如图4B中的电离波形84和负脉冲串80。随着负脉冲串的电离波形的最大电压幅值的增加，趋向负离子的离子平衡随之增加。随着离子平衡趋向负离子，电极134获得的正电压134将开始降低，依次会降低节点192处的也就是晶体管177栅极接收的电压，直到在离子平衡电极134处产生的正电荷减少到足以使预选目标位置处的离子平衡恢复到接近零或者另一预选值为止。

类似地，如果穿过电极134的离子流产生负电压，那么节点192获得降低的电压或者甚至负电压，降低了晶体管177栅极接收到的电压，使得晶体管177的漏极和源极之间的电阻增加。这降低了负脉冲串的电离波形的最大电压幅值，依次降低负离子的生成，直到电极134处的电压或电荷增加到足够使预选目标位置处的离子平衡恢复到接近零或者另一预选值为止。

火花电涌抑制器和电晕活动电路136提供火花电涌抑制和电晕活动指示器的功能。二极管194和196以及电容器198提供火花电涌抑制功能。如果穿过参考电极124出现电压火花，则二极管194将任何导致的负电流通过地线137分流掉，因此保护晶体管200的基极。任何正火花电涌电流通过二极管196和电容器198被分流到地线137。

火花电涌抑制器和电晕活动电路136通过使用电极例如参考电极124接收来自金属丝发射器122的离子电流和来自诱生电晕噪声信号的任何电流来提供电晕活动指示器的功能，这些电流穿过将参考电极与金属丝发射器122隔开的空间流向参考电极124。这些电流通过感应器202被转换成电压，通过二极管196进行整流并通过电容器198进行滤波，它们共同在节点204和晶体管200的基极产生电压。节点204处电压的波动引起晶体管200集电极电压与节点204处电压近乎成比例地波动。电阻器206与集电极和12V直流正电压相连，用作下拉电阻器。LED208的正极与晶体管的集电极相连，而发光二极管（LED）208的负极接地。晶体管200的集电极电压的波动引发LED208随着微脉冲双极性离子发生器120产生的离子电流成函数关系地闪烁或波动。相结合地或作为一种选择，可通过微处理器或等同物（未示出）对晶体管200的集电极电压采样或将其用作中断信号210，以使得微处理器能够确定离子产生状态。

图6A示出了根据本发明另外一个实施例的通过向发射器提供至少一个脉冲串对来通过电晕放电产生双极性离子的方法。在220处，至少一个脉冲串对被提供给离子发生器的发射器，例如图1中的脉冲串对18、发射器12和离子发生器10。脉冲串对设置成包括依次交替的正脉冲串和负脉冲串，例如图2中的正脉冲串30和负脉冲串32。正脉冲串包括电离正电压波形，负脉冲串包括电离负电压波形。这些电离正、负电压波形在发射器和参考电极之间交替地产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正、负离子的离子云。

图6B示出了根据本发明可选实施例的可增加到上面图6A中公开的方法中的可任意选择的附加步骤。

在222处，对于脉冲串，在产生电离波形之前产生非电离电压波形。例如（未示出），对于正脉冲串，可在产生电离正波形之前产生非电离负电压波形，例如图4A中的正脉冲串60。类似地，对于负脉冲串，可在产生电离负波形之前产生非电离正电压波形，例如图4B中的负脉冲串80。

根据图6B中公开的本发明的另一个可选实施例，在224处，通过将能量储存在高压变压器的初级线圈中，在高压变压器的次级线圈上产生非电离电压波形，分别例如图5A中的次级线圈170、高压变压器166和初级线圈164。在226处，当能量电荷释放时，在这个初级线圈两端产生电压，在次级线圈两端产生电离电压波形。

虽然已经以具体实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不应该被解释为受这些实施例所限制。而且，本发明应该按照以下权利要求来进行解释。

Claims (20)

1.一种用于在将发射器和参考电极隔开的空间内产生离子的装置，该装置包括：

发射器；

参考电极；

电源，设置成向所述发射器提供至少一个脉冲串对，所述脉冲串对包括顺次交替的正脉冲串和负脉冲串，并且所述正脉冲串包括电离正电压波形，所述负脉冲串包括电离负电压波形；

其中所述电离正电压波形和所述电离负电压波形在所述发射器和所述参考电极之间交替地产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正、负离子的离子云。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述正脉冲串还包括出现在所述电离正波形之前的第一非电离负电压波形。

3.根据权利要求2所述的装置，所述电源包括具有初级线圈和次级线圈的变压器，所述电源设置成通过在所述初级线圈上储存能量来在所述次级线圈上产生所述第一非电离负电压波形，并且设置成当所述能量释放时在所述初级线圈两端产生电压，导致在所述次级线圈的两端产生所述电离正波形。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述正脉冲串还包括第二非电离负电压波形，所述第二非电离负电压波形由所述电压所导致的电路谐振产生。

5.根据权利要求4所述的装置，还包括：

连接到所述变压器的衰减电路，设置成在所述电路谐振产生所述第二非电离负电压波形之后减少由所述电路谐振产生的非电离电压波形。

6.根据权利要求3所述的装置，还包括：

连接到所述变压器的衰减电路，设置成在产生所述电离正电压波形之后减少由所述电路谐振产生的非电离电压波形。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源包括初级线圈和次级线圈，所述电源设置成：通过在第一时段使得电流流过所述初级线圈的一部分并且在所述第一时段结束之后的第二时段使得另一电流流过所述初级线圈的另一部分，在所述次级线圈上交替产生所述正、负脉冲串。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一时段和所述第二时段相等。

9.根据权利要求1所述的装置：

所述电源包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈具有初级线圈第一末端、初级线圈第二末端和中心抽头，所述次级线圈电连接于所述发射器和所述参考电极；并且

所述电源设置成：通过交替地使得第一电流流过所述第一末端和所述中心抽头以及使得第二电流流过所述第二末端和所述中心抽头，在所述次级线圈上交替产生所述正、负脉冲串。

10.根据权利要求9所述的装置：

所述初级线圈和所述次级线圈是高压升压变压器的一部分，所述次级线圈包括电连接于所述发射器的次级线圈第一末端和电连接于所述参考电极的次级线圈第二末端；

所述正脉冲串还包括第一非电离负电压波形；

所述装置还包括脉冲驱动电路，设置成在一时段内产生所述第一电流和所述第二电流；以及

其中，在所述时段期间，在所述次级线圈上产生所述第一非电离负电压波形，当所述时段结束时，在所述次级线圈上产生所述电离正波形。

11.根据权利要求2所述的装置，所述第一非电离负波形设置成其上升转换速率和下降转换速率分别小于所述电离正波形的上升转换速率和下降转换速率。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源以每秒1至4000次范围内的重复率产生所述脉冲串对，所述脉冲串对具有从0.1%到1%的占空系数。

13.根据权利要求12所述的装置，还包括以下的任意组合：

气源，所述电源设置成具有与所述气源所引起的气体运动速度成函数关系的所述重复率；

离子平衡电路，所述电源对所述离子平衡电路作出响应，包括通过改变所述电离负电压波形的幅值来作出响应；以及

火花电涌抑制器和离子活动电路，电连接于所述参考电极和公共参考总线之间。

14.一种用于在将发射器和参考电极隔开的空间内产生离子的方法，该方法包括：

向所述发射器提供至少一个脉冲串对，所述脉冲串对包括顺次交替的正脉冲串和负脉冲串，所述正脉冲串包括电离正电压波形，所述负脉冲串包括电离负电压波形；

其中，所述电离正电压波形和所述电离负电压波形在所述发射器和所述参考电极之间产生电压梯度，通过电晕放电产生包括正、负离子的离子云。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在所述电离正波形产生之前产生第一非电离负电压波形。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

通过在高压变压器的初级线圈上储存能量来在所述变压器的次级线圈上产生所述第一非电离负电压波形，并且当所述能量释放时在所述初级线圈两端产生电压，这导致在所述次级线圈两端产生所述电离正电压波形。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述在所述初级线圈两端产生电压还导致在包括所述初级、次级线圈的电源内部的电路谐振，所述电路谐振导致产生所述第二非电离波形；所述正脉冲串还包括所述第二非电离负电压波形。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在所述第二非电离负电压波形产生之后，减小由所述电路谐振产生的非电离电压波形。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：

在所述电离正电压波形产生之后，减小由所述电路谐振产生的非电离电压波形。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

通过在第一时段使得电流流过变压器的初级线圈的一部分并且在所述第一时段结束之后的第二时段使得另一电流流过所述初级线圈的另一部分，在所述变压器的次级线圈上交替产生所述正、负脉冲串。

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