CN103918146A

CN103918146A - 离子产生装置和电设备

Info

Publication number: CN103918146A
Application number: CN201280053574.4A
Authority: CN
Inventors: 伊达和治
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: JP2013098094A; JP5783604B2; CN103918146B; WO2013065479A1; US20140239837A1; US9099275B2

Abstract

一种离子产生装置包括：高电压产生电路；以及离子产生元件，从高电压产生电路输出的高电压或者基于从高电压产生电路输出的高电压产生的电压被提供给离子产生元件。高电压产生电路包括：电容器；高电压变压器，其将从连接到初级侧的电容器输出的电压升压而在次级侧输出高电压；开关元件，其连接到高电压变压器的初级侧，并且通过导通和断开间歇地传导高电压变压器的初级侧的电流；以及脉冲信号产生部，其产生用于控制开关元件的导通和断开的脉冲信号。脉冲信号产生部调节导通期间的脉冲宽度，使得脉冲信号的导通期间的脉冲宽度基本等于将高电压变压器的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间。

Description

离子产生装置和电设备

技术领域

本发明涉及能够通过向空间排放离子来改善室内环境的离子产生装置以及包括这种离子产生装置的电设备。上述电设备的例子包括空气调节器、去湿器、加湿器、空气净化器、电冰箱、暖风扇、微波炉、洗衣干燥机、真空吸尘器和消毒器，它们主要用在封闭的空间内(如住宅内、建筑物内的房间中、医院病房或手术室中、汽车内、飞机内、船内、仓库内或者电冰箱内)。

背景技术

利用放电现象的各种离子产生装置可商业获得。这些离子产生装置通常形成有：用于产生离子的离子产生元件；用于向该离子产生元件施加高电压的高电压变压器；用于驱动该高电压变压器的高电压产生电路；以及电源输入部，如连接器。

作为可商业获得的离子产生元件的例子，可能存在以金属线、具有锐角部的金属板、针状金属等作为放电电极并且以地电位的金属板、格网等作为感应电极(对电极)的离子产生元件，以及以金属线、具有锐角部的金属板、针状金属等作为放电电极并且使用地代替感应电极而不特别设置感应电极的离子产生元件。在这些离子产生元件中，空气起到绝缘体的作用。在这些离子产生元件中，当在放电电极和感应电极或地之间施加高电压时，在放电电极的锐角顶端发生电场集中，靠近该顶端的空气被击穿，从而获得放电现象，利用该结果产生离子。

专利文献1中公开了具有以上述方法产生离子的离子产生元件的离子产生装置的例子。专利文献1中公开的离子产生装置是包括具有针状金属的放电电极和与该放电电极对置的有孔的平板电极的装置，其将与电晕放电一起产生的正离子和负离子排出该装置。

专利文献2中公开了具有以上述方法产生离子的离子产生元件的离子产生装置的另一个例子。专利文献2中公开的离子产生装置是包括使用商业电源中的交流波形的高电压产生电路的装置。

专利文献3中公开了具有以上述方法产生离子的离子产生元件的离子产生装置的又一个例子。专利文献3中公开的离子产生装置是在高电压产生电路中使用驱动升压变压器的开关元件和输出用于控制该开关元件的导通和断开的脉冲信号的控制电路的装置，其可以使用微控制器(微计算机)作为控制电路。

专利文献4中公开了利用电晕放电产生臭氧的电晕放电装置的例子。专利文献4中公开的电晕放电产生装置是使用脉冲序列调制，如脉冲宽度调制(PWM)或脉冲位置调制(PPM)，利用中央处理单元(CPU)产生用于产生高电压的脉冲序列的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4503085号

专利文献2：日本专利3460021号

专利文献3：日本专利4489090号

专利文献4：JP-A-2008-171785

发明内容

上述专利文献1至4中公开的装置都包括使用高电压变压器的高电压产生电路。脉冲电流流过高电压变压器输入侧的初级绕组以在高电压变压器的输出侧的次级绕组产生高电压，这也是专利文献1至4以外的大量已知文献中公开的技术。

专利文献3的图5公开了流过升压变压器的初级绕组的电流的脉冲宽度(时间)被改变，从而可以改变升压变压器的次级输出电压。专利文献4的图5公开了流过变压器的初级绕组的电流的脉冲宽度被改变，从而可以根据该脉冲宽度改变输出电压波形的宽度。

然而，在实际中，从变压器的次级绕组输出的电压的频率基本由变压器的频率特性等确定；即使流过变压器的初级绕组的电流的脉冲宽度被改变，也不可能自由改变变压器的次级输出电压或者改变输出电压波形的宽度。

在上述专利文献1至3中，只公开了产生高电压脉冲的方法，而没有公开以低消耗电流有效产生高电压的方法。这可能是因为包括离子产生装置的传统电设备是有点大的设备，如空气净化器、空气调节器或者静电消除器，并且从商业电源线(如家用电源插座)提供电力。然而，在将来，当离子产生装置的尺寸被进一步减小以实现电池驱动时，减小消耗电流将是重要的。

在当前的可商业获得的离子产生装置中，由于包括高电压产生电路的离子产生电路块的功率消耗达到0.5瓦至几瓦，并因此功率消耗大，所以难以将其包含在电池驱动的便携式设备等中。

即使在上述专利文献4中，也只公开了产生高电压脉冲的方法而没有公开利用低消耗电流有效产生高电压的方法。这可能是因为在专利文献4的第10段中只公开了搭载到便携式设备中，而减小尺寸和重量仍是待解决的技术问题。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种减小功率消耗的离子产生装置以及包含这种离子产生装置的电设备。

解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种离子产生装置，包括：高电压产生电路；以及离子产生元件，从所述高电压产生电路输出的高电压或者基于从所述高电压产生电路输出的所述高电压产生的电压被提供给所述离子产生元件，其中所述高电压产生电路包括：电容器，其存储输入直流电压或者通过对所述输入直流电压进行DC/DC转换获得的电压；高电压变压器，其将从连接到初级侧的所述电容器输出的电压升压而在次级侧输出高电压；开关元件，其连接到所述高电压变压器的所述初级侧，并且通过导通和断开间歇地传导所述高电压变压器的所述初级侧的电流；以及脉冲信号产生部，其产生用于控制所述开关元件的所述导通和断开的脉冲信号，并且所述脉冲信号产生部调节导通期间的脉冲宽度，使得所述导通期间的所述脉冲宽度基本等于将所述高电压变压器的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间(第一配置)，在所述导通期间，所述脉冲信号使所述开关元件保持导通。

在该配置中，由于脉冲信号使开关元件保持导通的导通期间的脉冲宽度基本等于高电压变压器的正向操作时输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间，并因此可以连续使用高电压变压器的正向操作和回扫操作，所以可以减小电流消耗。

优选地，在第一配置的离子产生装置中，由所述脉冲信号产生部调节的所述导通期间的所述脉冲宽度可变(第二配置)。

在该配置中，可以与各种规格的高电压变压器相对应地减小功率消耗。

优选地，在第一或第二配置的离子产生装置中，所述开关元件直接由所述脉冲信号驱动(第三配置)。

在该配置中，由于不必在脉冲产生部和开关元件之间设置缓冲电路，所以有利于降低成本和尺寸。

优选地，在第一至第三配置中的任一个离子产生装置中，所述电容器存储所述输入直流电压(第四配置)。

在该配置中，由于不必提供对输入直流电压进行DC/DC转换的DC/DC转换器，所以有利于降低成本和尺寸。

优选地，在第一至第四配置中的任一个离子产生装置中，所述电容器是陶瓷电容器或薄膜电容器(第五配置)。

在该配置中，由于电容器的ESR(Equivalent Series Resistance：等效串联电阻)低，所以适合于短时间向高电压变压器的初级侧传导高电流的情况。

开关元件的例子可以包括MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、双极晶体管和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)。

脉冲信号产生部可以是利用软件控制脉冲信号产生的微控制器或者是利用硬件控制脉冲信号产生的专用电路。

根据本发明的电设备包括：上述配置中的任一个所述离子产生装置；以及排出部，其用于将由所述离子产生装置产生的离子排出到所述离子产生装置的外部。

发明效果

在本发明中，由于脉冲信号使开关元件保持导通的导通期间的脉冲宽度基本等于将高电压变压器的正向操作时输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间，并因此可以连续使用高电压变压器的正向操作和回扫操作，所以可以实现减小功率消耗的离子产生装置和包含这种离子产生装置的电设备。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的离子产生装置的示意性配置的图；

图2是在使用N沟道MOS-FET的情况下图1中所示的离子产生装置的主要部分的示意图；

图3是示出高电压电路和离子产生元件的例子的图；

图4A是根据包括第一放电部和第二放电部的第一结构例子的离子产生元件的俯视图；

图4B是根据包括第一放电部和第二放电部的第一结构例子的离子产生元件的截面图；

图4C是根据包括第一放电部和第二放电部的第二结构例子的离子产生元件的平面图；

图4D是示出根据包括第一放电部和第二放电部的第二结构例子的离子产生元件的第二结构例子的主视图；

图4E是当从下侧观看根据第二结构例子的离子产生元件中包括的感应电极时的立体图；

图5是示出根据本发明该实施例的高电压变压器的脉冲信号和输出电压的测量值的时间图；

图6是示出比较例中高电压变压器的脉冲信号和输出电压的测量值的时间图；

图7是示出比较例中高电压变压器的脉冲信号和输出电压的测量值的时间图；以及

图8是示出根据本发明的电设备的示意性配置的图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。

图1中示出根据本发明该实施例的离子产生装置的示意性配置。图1中所示的根据本发明该实施例的离子产生装置包括高电压产生电路1、基于从高电压产生电路1输出的高电压产生提供给离子产生元件3的高电压的高电压电路2以及离子产生元件3。

高电压产生电路1包括：DC/DC转换器11，其对输入直流电压Vin进行DC/DC转换；电容器12，其存储从DC/DC转换器11输出的电压；高电压变压器13，其将从连接到初级侧的电容器12输出的电压升压，并且在次级侧输出高电压；开关元件14，其连接到高电压变压器13的初级侧，并且通过导通和断开间歇地传导高电压变压器13的初级侧的电流；微控制器15，其产生用于控制开关元件14的导通和断开的脉冲信号P1；以及缓冲电路16，其根据开关元件14的电压和电流的额定规格调节从设置于开关元件14和微控制器15之间的微控制器15输出的脉冲信号P1。使用输入直流电压Vin作为驱动电压来分别操作微控制器15和缓冲电路16。

在本实施例中，输入直流电压Vin被设定为大约10V。由于当输入直流电压Vin过高时，在DC/DC转换器11中使用的部件的尺寸增加，所以考虑到效率和尺寸，输入直流电压Vin优选为大约几十伏特。

根据使用的部件的特性和额定规格，DC/DC转换器11和缓冲电路16可以被省略。当DC/DC转换器11被省略时，电容器12存储输入直流电压Vin。当缓冲电路16被省略时，开关元件14直接由从微控制器15输出的脉冲信号P1驱动。

当高电压变压器通过脉冲驱动工作时，根据高电压变压器的特性，从几安培到几十安培的电流经常瞬间传导到高电压变压器的初级侧。在本实施例中，从大约15A到大约20A的电流传导几微秒。由于不可能短时间直接从DC/DC转换器11、作为输入直流电压Vin的电源采用的电池等传导这样高的电流，所以必须将该电流临时存储在电容器12中，并且将其从电容器12提供给高电压变压器13。由于如上所述，必须在短的时间将高电流从电容器12传导到高电压变压器13，所以优选使用ESR低的电容器作为电容器12。ESR低的电容器的例子包括陶瓷电容器和薄膜电容器。

如稍后详细描述的，由于在本发明中，使用高电压变压器的正向操作，所以优选使用具有适合于正向操作的特性，即，闭合磁路和高耦合率的特性的变压器作为高电压变压器13。

开关元件14的例子可以包括MOS-FET、双极晶体管和IGBT。优选使用频率特性符合要求并且导通电阻为100mΩ以下的开关元件作为开关元件14。由于当开关元件14从导通状态改变到截止状态时，高电压变压器13的回扫操作产生浪涌电压，所以优选使用连接到高电压变压器的初级侧的第一端子和连接到地的第二端子之间的耐电压性等于或大于浪涌电压(例如，100V以上)的开关元件作为开关元件14。

例如，当使用频率特性满足要求并且漏极-源极耐电压性高的N沟道MOS-FET作为开关元件14时，如图2中所示，该N沟道MOS-FET的漏极连接到高电压变压器13的初级绕组，并且该N沟道MOS-FET的源极连接到地。由于在漏极-源极耐电压性高的N沟道MOS-FET中，其栅极驱动电压通常也高，所以当不能直接利用微控制器15的端子电压驱动N沟道MOS-FET时，如本实施例中，必须在微控制器15和用作开关元件14的N沟道MOS-FET之间设置缓冲电路16(见图1)。作为缓冲电路16的例子，可以是双电源电平转换器。

当N沟道MOS-FET被用作开关元件14时，当提供给该N沟道MOS-FET的脉冲信号为高电平时，N沟道MOS-FET导通，实现漏极-源极导通，并且电流传导到高电压变压器13的初级侧，而当施加到该N沟道MOS-FET的栅极的脉冲信号为低电平时，该N沟道MOS-FET截止，实现漏极-源极中断，并且电流不传导到高电压变压器13的初级侧。通过导通和断开高电压变压器13的初级侧的电流，高电压被输出到高电压变压器13的次级侧。

尽管在本实施例中，使用利用软件控制脉冲信号P1的产生的微控制器15作为产生用于控制开关元件14的导通和断开的脉冲信号P1的脉冲信号产生部，但是可以使用利用硬件控制脉冲信号P1的产生的专用电路代替微控制器15。

尽管在本实施例中，在高电压产生电路1和离子产生元件3之间设置高电压电路2，但是例如只有一个放电部的离子产生元件可以直接连接到高电压变压器13的次级绕组而不设置高电压电路2。

下面参照图3描述高电压电路2和离子产生元件3的例子。在图3中所示的例子中，高电压电路2包括整流二极管21和22，并且离子产生元件3包括第一放电部的第一放电电极31A和第一感应电极31B以及第二放电部的第一放电电极32A和第一感应电极32B。整流二极管21的阴极和整流二极管22的阳极连接到高电压变压器13的次级绕组，整流二极管21的阳极电连接到离子产生元件3中的第一放电部的第一放电电极31A，并且整流二极管22的阴极电连接到离子产生元件3中的第二放电部的第二放电电极32A。离子产生元件3中的第一放电部的第一感应电极31B和第二放电部的第二感应电极32B连接到地。

在此，在图4A和图4B中示出根据包括第一放电部和第二放电部的第一结构例子的离子产生元件。图4A是根据第一结构例子的离子产生元件的俯视图；图4B是沿着根据第一结构例子的离子产生元件的线X-X取得的截面图。

图4A和图4B中所示的根据第一结构例子的离子产生元件包括：第一放电部(第一放电电极31A、第一感应电极31B、放电电极接触点31C、感应电极接触点31D、连接端子31E和31F以及连接路径31G和31H)；第二放电部(第二放电电极32A、第二感应电极32B、放电电极接触点32C、感应电极接触点32D、连接端子32E和32F以及连接路径32G和32H)；介电构件33(上介电构件33A和下介电构件33B)；以及涂层34。

通过粘合基本上以长方体形状形成的上介电构件33A和下介电构件33B形成介电构件33。如果选择无机材料作为介电构件33的材料，则可以使用陶瓷，如高纯度的氧化铝、结晶玻璃、镁橄榄石或滑石。如果选择有机材料作为介电构件33的材料，则优选树脂，如耐氧化性优良的聚酰亚胺或玻璃纤维环氧树脂。然而，考虑到耐腐蚀性，优选地选择无机材料作为介电构件33的材料；此外，考虑到稍后描述的电极的成型性或形成容易性，优选利用陶瓷进行该成型。由于希望第一放电电极31A和第一感应电极31B之间的绝缘电阻与第二放电电极32A和第二感应电极32B之间的绝缘电阻一致，所以更优选地，介电构件33的材料几乎没有密度变化并且具有一致的绝缘率。可以采用近似长方体以外的形状(如圆板状、椭圆板状或者多边形板状)作为介电构件33的形状；此外，介电构件33可以形成为圆柱形状，但是考虑到生产率，如本配置的例子中那样，介电构件33优选形成为平板形状(包括圆板或长方体)。

第一放电电极31A和第二放电电极32A形成在上介电构件33A的上表面，与上介电构件33A一体地形成。作为第一放电电极31A和第二放电电极32A的材料，可以使用诸如钨等材料，没有任何具体限制，只要它不会通过放电而发生变形如熔化即可。

第一感应电极31B和第二感应电极32B设置为隔着上介电构件33A平行于第一放电电极31A和第二放电电极32A。由于以这种结构可以使彼此相对的放电电极和感应电极之间的距离恒定(下文中称为电极到电极的距离)，所以使得放电电极和感应电极之间的绝缘电阻一致，并且放电状态稳定，结果可以产生所期望的离子。当介电构件33形成为圆柱形状时，第一放电电极31A和第二放电电极32A设置于该圆柱的外圆周表面，并且第一感应电极31B和第二感应电极32B形成为杆状，从而可以使电极到电极的距离恒定。作为第一感应电极31B和第二感应电极32B的材料，与第一放电电极31A和第二放电电极32A一样，可以使用诸如钨等材料，没有任何具体限制，只要它不会通过放电而发生变形如熔化即可。

放电电极接触点31C通过与第一放电电极31A和连接路径31G设置于同一形成表面(即，上介电构件33A的表面)上的连接端子31E与第一放电电极31A电连续。因此，优选地，导线(如铜线或铝线)的一端连接到放电电极接触点31C，导线的另一端连接到整流二极管21的阳极(见图3)。

放电电极接触点32C通过与第二放电电极32A和连接路径32G设置于同一形成表面(即，上介电构件33A的表面)上的连接端子32E与第二放电电极32A电连续。因此，优选地，导线(如铜线或铝线)的一端连接到放电电极接触点32C，导线的另一端连接到整流二极管22的阴极(见图3)。

感应电极接触点31D通过与第一感应电极31B和连接路径31H设置于同一形成表面(即，下介电构件33B的表面)上的连接端子31F与第一感应电极31B电连续。因此，优选地，导线(如铜线或铝线)的一端连接到感应电极接触点31D，导线的另一端连接到地。

感应电极接触点32D通过与第二感应电极32B和连接路径32H设置于同一形成表面(即，下介电构件33B的表面)上的连接端子32F与第二感应电极32B电连续。因此，优选地，导线(如铜线或铝线)的一端连接到感应电极接触点32D，导线的另一端连接到地。

在图4A和图4B中所示的根据第一结构例子的离子产生元件中，第一放电电极31A和第二放电电极32A具有锐角部，电场集中在该部，因此局部产生放电。通过该放电，在第二放电部产生作为正离子的H⁺(H₂O)_m(m是自然数)，在第一放电部产生作为负离子的O₂ ^-(H₂O)_n(n是自然数)。

在图4C和图4D中示出根据包括第一放电部和第二放电部的第二结构例子的离子产生元件。图4C是根据第二结构例子的离子产生元件的平面图；图4D是根据第二结构例子的离子产生元件的主视图。图4C和图4D中所示的根据第二结构例子的离子产生元件包括基板301、感应电极302和303以及针电极304和305，并且其中包含高电压电路2的二极管21和22(见图3)。

基板301是矩形印刷基板。感应电极302和303每个形成为单独部件；感应电极302安装在基板301的表面上的一个端部(该图左侧的端部)，感应电极303安装在基板301的表面上的另一个端部(该图右侧的端部)。

图4E是当从下侧观看感应电极302时的立体图。在图4E中，感应电极302由整块金属板形成。在感应电极302的平板部310的中心，形成圆形通孔311。通孔311的直径例如是9mm。通孔311是用于将通过电晕放电产生的离子排出到外部的开口部。通孔311的圆周部是通过利用诸如冲压处理等方法相对于平板部310弯曲该金属板获得的弯曲部312。弯曲部312使通孔311的圆周部的厚度(例如，1.6mm)大于平板部310的厚度(例如，0.6mm)。

在平板部310两端的每一端，设置通过相对于平板部310弯曲金属板的一部分获得的腿部313。每个腿部313包括在基板侧的支撑部314和在顶端侧的基板插入部315。从平板部310的表面观看时支撑部314的高度(例如，2.6mm)大于通孔311的圆周部的厚度(例如，1.6mm)。基板插入部315的宽度小于支撑部314的宽度(例如，4.5mm)。

接下来，回到图4C和图4D，描述根据第二结构例子的离子产生元件。感应电极302的两个基板插入部315插入形成在基板301的一个端部的两个通孔(未示出)中。这两个通孔在基板301的长度方向上排列。每个基板插入部315的顶端部焊接到基板301的后表面的电极。支撑部314的下端表面与基板1的表面接触。因此，平板部310设置为隔着预定的间隔平行于基板301的表面。

感应电极303具有与感应电极302相同的配置。感应电极303的两个基板插入部315插入形成在基板301的另一个端部的两个通孔(未示出)中。这两个通孔在基板301的长度方向上排列。每个基板插入部315的顶端部焊接到基板301的后表面的电极。支撑部314的下端表面与基板301的表面接触。因此，平板部310设置为隔着预定的间隔平行于基板301的表面。

感应电极302和303的总共四个基板插入部315在基板301的长度方向上排列。基板301的中心侧的两个基板插入部315通过基板301后表面的电极EL1彼此电连接。

如图4C和图4D中所示，需要防止感应电极302和303在被装配之后从基板301的轮廓线伸出，并且感应电极302和303的尺寸等于或小于基板301的宽度并且被限制为基板301的长度的一半以下。感应电极302和303的竖直和水平尺寸基本彼此相等，使得部件的形状最小化，以实现较低的成本和生产率的提高。

在基板301中，形成有感应电极302的通孔311的中心线穿过的通孔(未示出)，并且针电极304插入上述通孔。设置针电极304以产生正离子。针电极304的顶端从基板301的表面伸出，其底端从基板301的后表面伸出，其中部焊接到形成于基板301后表面的电极EL2。在从基板301的表面观看时，针电极304顶端的高度被设定在感应电极302的弯曲部312的下端高度和上端高度之间的范围内(例如，下端和上端之间的中间高度)。

此外，在基板301中，形成有感应电极302的通孔311的中心线穿过的通孔(未示出)，并且针电极305插入上述通孔。设置针电极305以产生负离子。针电极305的顶端从基板301的表面伸出，其底端从基板301的后表面伸出，其中部焊接到形成于基板301后表面的电极EL3。在从基板301的表面观看时，针电极305顶端的高度被设定在感应电极303的弯曲部312的下端高度和上端高度之间的范围内(例如，下端和上端之间的中间高度)。针电极304和305的顶端之间的距离被设定为预定值。

二极管22的阴极端子线22a焊接到电极EL2，并且电连接到针电极304。二极管22的阳极端子线22b焊接到基板301后表面的电极EL4。二极管21的阴极端子线21a焊接到电极EL4，并且电连接到二极管22的阳极端子线22b。二极管21的阳极端子线21b焊接到电极EL3，并且电连接到针电极305。

在基板301中，在多个位置处形成用于插入二极管21和22的主体部并且将高电压侧的电极EL2至EL4与基准电压侧的电极EL1分开的凹槽301a。用浇铸的树脂填充凹槽301a。

在图4C和图4D中所示的根据第二结构例子的离子产生元件中，电场集中在针电极304和305各自的顶端部，并因此局部产生放电。通过该放电，在针电极304产生作为正离子的H⁺(H₂O)_m(m是自然数)，在针电极305产生作为负离子的O₂ ^-(H₂O)_n(n是自然数)。

现在描述由微控制器15产生的脉冲信号P1。

高电压变压器13的基本操作包括在电流传导到初级侧时在次级侧输出高电压的正向操作和在初级侧的电流被停止时在次级侧输出高电压的回扫操作。

在传统的离子产生装置中，由高电压变压器通过正向操作和回扫操作中的一个产生高电压。而在本发明的离子产生装置中，由高电压变压器通过正向操作和回扫操作二者产生高电压，因此消耗电流显著减少。在本实施例中，为了由高电压变压器13通过正向操作和回扫操作二者产生高电压，脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度被调节为使得通过脉冲信号P1使开关元件14保持导通的导通期间的脉冲宽度基本等于将高电压变压器13的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间。由微控制器15调节的脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度可以优选改变为使得可以对应于各种规格的高电压变压器。

在图5中示出正向操作时输出电压频率的倒数为大约12000ns的高电压变压器被用作高电压变压器13时脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度和从高电压变压器13的次级侧输出的高电压的测量结果。在本实施例中，脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度为3000ns，其基本等于将高电压变压器13的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间。

另一方面，作为比较例，在图6中示出将脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度设定为基本等于将高电压变压器13的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以八分之一获得的时间的1500ns(比本实施例中短的时间)时的测量结果；在图7中示出将脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度设定为基本等于将高电压变压器13的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以二分之一获得的时间的6000ns(比本实施例中长的时间)时的测量结果。

在图5至图7中，脉冲信号P1的电压范围为2V/Div，从高电压变压器13的次级侧输出的高电压的电压范围为2000V/Div。在图5至图7中，图5(a)至图7(a)与图5(b)至图7(b)的不同之处仅在于时间范围不同；在图5(a)至图7(a)中，时间范围为4μs/Div，在图5(b)至图7(b)中，时间范围为20μs/Div。

在本实施例中，从高电压变压器13的次级侧输出的高电压为近似正弦曲线(见图5)，该电压被几乎无损耗地高效率升压。而在比较例中，在从高电压变压器13的次级侧输出的高电压中存在锐角部分和振荡(ringing)，因此其波形变形(见图6和图7)，结果发现产生大量损耗。

在表1中示出脉冲信号P1的导通期间的脉冲宽度、从高电压变压器13的次级侧输出的高电压、该离子产生装置的消耗电流以及每单位消耗电流(1mA)的输出电压之间的关系。在本实施例中，从高电压变压器13的次级侧输出的高电压为11920V(峰-峰值)，在比较例1中，从高电压变压器13的次级侧输出的高电压为9600V(峰-峰值)，在比较例2中，从高电压变压器13的次级侧输出的高电压为11200V(峰-峰值)，结果发现在本实施例中输出最大电压。此外，对于作为表示电压升压效率的指数的每单位消耗电流的输出电压，在本实施例中，示出2820V/mA的最大值，结果发现高电压变压器13以最大效率操作。

[表1]

下面参照图5描述上面讨论的在本实施例中高电压变压器13有效升压的原因。

脉冲信号P1从截止期间切换到导通期间，开关元件14从断开状态切换到导通状态，从而电流传导到高电压变压器13的初级侧。通过该电流，在高电压变压器13的次级侧激励高电压，并且输出电压升高。当高电压变压器13的次级侧的输出电压接近峰值电压时，脉冲信号P1从导通期间切换到截止期间，从而高电压变压器13的初级侧的电流中断。在此，脉冲信号P1的导通期间基本等于将高电压变压器13正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间。在脉冲信号P1的导通期间中，高电压变压器13进行正向操作。

在电流传导到高电压变压器13的初级侧的正向操作期间中，在高电压波形被输出到次级侧的同时，磁能存储在高电压变压器13的磁芯中。当高电压变压器13的初级侧的电流中断时，高电压变压器13进行将存储在高电压变压器13的磁芯中的磁能转换为电能的回扫操作，以在次级侧输出高电压。

如上所述，脉冲信号P1的导通期间基本等于将高电压变压器13正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间，因此可以连续使用高电压变压器13的正向操作和回扫操作，结果可以有效地将电压升压。这样，能够以少量的消耗电流获得高电压，结果可以减小功率消耗。因此，可以把以前只能搭载于利用商业电源输入电力的电设备中的离子产生装置做成能够由电池等驱动的便携式离子产生装置。

尽管专利文献3公开了使脉冲信号的导通期间较长，并由此增加升压部的输出电压的情况，但是如图7中所示，当脉冲信号的导通期间过长时，输出电压下降，同时消耗电流增加。尽管专利文献4公开了输出与脉冲信号的导通期间相对应的宽度的输出电压，但是如图7中所示，高电压变压器13的输出电压的频率恒定，与脉冲信号的导通期间无关。

上述本发明的离子产生装置可以包含在电设备中。在包含本发明的离子产生装置的电设备中，如图8中所示，优选地，不仅包含本发明的离子产生装置101，而且还包含将本发明的离子产生装置101产生的离子排出到本发明的离子产生装置101之外的排出部(例如，风扇)102。在上述电设备中，不仅可以实现该设备的原始功能，而且可以通过从所包含的离子产生装置排出的正离子和负离子的作用使空气中的霉菌和细菌失去活性以减少它们的生长，结果可以使室内环境达到希望的大气状态。

本发明的离子产生装置不局限于基本等量地产生正离子和负离子的离子产生装置；例如，通过从图2中所示的高电压电路2去除整流二极管21并且从图2中所示的离子产生元件3去除包括第一放电电极31A和第一感应电极31B的第一放电部，离子产生装置可以只产生正离子。通过从高电压电路2去除整流二极管22并且从图2中所示的离子产生元件3去除包括第二放电电极32A和第二感应电极32B的第二放电部，离子产生装置可以只产生负离子。

产业应用

本发明的离子产生装置可以搭载于例如空气调节器、除湿器、加湿器、空气净化器、电冰箱、暖风扇、微波炉、洗衣干燥器、真空吸尘器和消毒器中。

附图标记列表

1高电压产生电路

2高电压电路

3离子产生装置

11DC/DC转换器

12电容器

13高电压变压器

14开关元件

15微控制器

16缓冲电路

21、22整流二极管

21a、22a阴极端子线

21b、22b阳极端子线

31A第一放电电极

31B第一感应电极

31C、32C放电电极接触点

31D、32D感应电极接触点

31E、31F、32E、32F连接端子

31G、31H、32G、32H连接路径

32A第二放电电极

32B第二感应电极

33介电构件

33A上介电构件

33B下介电构件

34涂层

101本发明的离子产生装置

102排出部

301基板

301a凹槽

302、303感应电极

304、305针电极

310平板部

311通孔

312弯曲部

313腿部

314支撑部

315基板插入部

EL1至EL4电极

Claims

1.一种离子产生装置，包括：

高电压产生电路；以及

离子产生元件，从所述高电压产生电路输出的高电压或者基于从所述高电压产生电路输出的所述高电压产生的电压被提供给所述离子产生元件，

其中所述高电压产生电路包括：

电容器，其存储输入直流电压或者通过对所述输入直流电压进行DC/DC转换获得的电压；

高电压变压器，其将从连接到初级侧的所述电容器输出的电压升压而在次级侧输出高电压；

开关元件，其连接到所述高电压变压器的所述初级侧，并且通过导通和断开间歇地传导所述高电压变压器的所述初级侧的电流；以及

脉冲信号产生部，其产生用于控制所述开关元件的所述导通和断开的脉冲信号，并且

所述脉冲信号产生部调节导通期间的脉冲宽度，使得所述导通期间的所述脉冲宽度基本等于将所述高电压变压器的正向操作时的输出电压频率的倒数乘以四分之一获得的时间，在所述导通期间，所述脉冲信号使所述开关元件保持导通。

2.根据权利要求1所述的离子产生电路，

其中由所述脉冲信号产生部调节的所述导通期间的所述脉冲宽度可变。

3.根据权利要求1或2所述的离子产生装置，

其中所述开关元件直接由所述脉冲信号驱动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子产生装置，

其中所述电容器存储所述输入直流电压。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子产生装置，

其中所述电容器是陶瓷电容器或薄膜电容器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子产生装置，

其中所述开关元件是MOS-FET。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的离子产生装置，

其中所述开关元件是双极晶体管。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的离子产生装置，

其中所述开关元件是IGBT。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的离子产生装置，

其中所述脉冲信号产生部是利用软件控制所述脉冲信号的产生的微控制器。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的离子产生装置，

其中所述脉冲信号产生部是利用硬件控制所述脉冲信号的产生的专用电路。

11.一种电设备，包括：

权利要求1至10中任一项所述的离子产生装置；以及

排出部，其用于将由所述离子产生装置产生的离子排出到所述离子产生装置的外部。