CN107147308B - 高电压产生电路 - Google Patents

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Abstract

一种高电压产生电路，该高电压产生电路配备有AC电源、正极高电压产生电路、和负极高电压产生电路。相位转换器转换从AC电源供应的AC电压的相位，相位转换器布置在AC电源和正极高电压产生电路之间，或者布置在AC电源和负极高电压产生电路之间。

Description

高电压产生电路
技术领域
本发明涉及一种高电压产生电路，特别地，涉及一种用在离子发生器中的高电压产生电路。
背景技术
通常，已经公知一种用于将正负脉冲的高电压施加于负载的高电压电源(参考日本平开专利公报No.09-172787)。高电压电源配备有多个切换元件，其中，使得电压值和频率能够变化，从而在高电压电源被用在静电消除器中的情况下消除静电消除的不均匀性。
进一步，公知一种静电消除装置，该静电消除装置中，独立地控制施加于电极工具的电压的频率以及正极和负极电压的幅度(参考日本平开专利公报No.2000-058290)。这种静电消除装置包括：第一开关，第一开关打开和闭合当正极高电压被施加于电极工具时形成的第一电力供应路线；和第二开关，第二开关打开和闭合当负极高电压被施加于电极工具时形成的第二电力供应路线。
发明内容
上文引用的专利公报中公开的装置需要通过多个切换元件切换正负极，不可避免产生切换噪音。进一步，关于消耗的电流的大小或者电流量，尚有改善的空间。
考虑到这些问题，设计了本发明，本发明的目的是实现一种高电压产生电路，该高电压产生电路通过简单的构造产生正极和负极高电压，而不需要使用切换元件切换极性。进一步，本发明的另一个目的是提供一种高电压产生电路，该高电压产生电路消耗尽可能少的电流。
根据本发明的高电压产生电路是用于将正脉冲高电压和负脉冲高电压交替地施加于负载的高电压产生电路，其特征在于AC电源、正极高电压产生电路、和负极高电压产生电路。此外，相位转换器布置在AC电源和正极高电压产生电路之间，或布置在AC电源和负极高电压产生电路之间，该相位转换器被构造成转换从AC电源供应的AC电压的相位。
根据上述高电压产生电路，使用用于切换极性的切换元件被视为不必要，并且能够实现高电压产生电路，该高电压产生电路能够使得通过简单的构造而产生正极和负极高电压。进一步，在这种情况下，消耗电流能够尽可能地减少。
在上述高电压产生电路中，优选地，操作相位转换器以反相从AC电源供应的AC电压的相位。依据此特征，能够有效且交替地连续施加正脉冲高电压和负脉冲高电压。
在上述高电压产生电路中，优选地，正极高电压产生电路和负极高电压产生电路中的每一个包括变压器和倍压整流电路。依据此特征，能够使得正极高电压产生电路和负极高电压产生电路的结构简单。
在这种情况下，优选地，变压器驱动电路分别布置在AC电源和正极高电压产生电路之间，以及AC电源和负极高电压产生电路之间，该变压器驱动电路被构造成调整电压电平。依据此特征，能够独立地控制正极高电压产生电路的输出电压和负极高电压产生电路的输出电压。
而且，优选地，两个阻抗元件串联连接在正极高电压产生电路的输出端子和负极高电压产生电路的输出端子之间，优选地，负载被连接到阻抗元件的相互连接端。依据此特征，能够容易地限制在负载中流动的电流值。
进一步，优选地，负载是离子发生器的放电电极。依据此特征，利用简单的电路构造，能够从放电电极交替地输出正极离子和负极离子。
依据根据本发明的高电压产生电路，能够实现高电压产生电路，该高电压产生电路通过简单的构造产生正极和负极高电压，并且能够降低切换噪音。此外，在这种情况下，消耗电流也能够尽可能地被减小，从而能够抑制产生的热量。
本发明的以上及其他目的、特征、和优势将从以下结合附图的描述中变得更加明显，其中，本发明的优选实施例通过示例性的示例示出。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的高电压产生电路的电路图；
图2是示出关于图1的高电压产生电路中施加于用于正极的变压器的一次侧的电压、施加于用于负极的变压器的一次侧的电压、和施加于放电电极的电压的电压波形的时间图；
图3是示出根据本发明的第二实施例的高电压产生电路的电路图；
图4是示出根据比较例的高电压产生电路的电路图；
图5是示出关于图4的高电压产生电路中施加于用于正极的变压器的一次侧的电压、施加于用于负极的变压器的一次侧的电压、和施加于放电电极的电压的电压波形的时间图；
图6A是关于图1的高电压产生电路中施加于用于正极的变压器的一次侧的电压和在用于正极的变压器的一次侧消耗电流的时间图；
图6B是关于图4的高电压产生电路中施加于用于正极的变压器的一次侧的电压和在用于正极的变压器的一次侧消耗电流的时间图；以及
图7是其中图6A的消耗电流和图6B的消耗电流彼此覆盖并且进行比较的时间图。
具体实施方式
下文将参考附图呈现和描述根据本发明的高电压产生电路的优选实施例。
参考图1，将给出关于根据第一实施例的高电压产生电路10的描述。高电压产生电路10用在离子发生器中，离子发生器从放电电极32(负载)输出正极离子和负极离子。如图1所示，高电压产生电路10配备有交流电源(AC电源)12、正极高电压产生电路14、负极高电压产生电路16、和相位转换器18等。
正极高电压产生电路14由用于正极的变压器20(在下文中也称为正极变压器20)和用于正极的倍压整流电路22(在下文中也称为正极倍压整流电路22)构成。正极变压器20的一次侧连接到AC电源12，正极变压器20的二次侧连接到正极倍压整流电路22。正极倍压整流电路22是称为考克罗夫-瓦耳顿(Cockcroft-Walton)电路的公知类电路，其由多个电容器和相同数目的二极管组合而成。本实施例的正极倍压整流电路22配备有四个电容器和四个二极管，获得了四倍于输入电压的直流电。
负极高电压产生电路16由用于负极的变压器24(在下文中也称为负极变压器24)和用于负极的倍压整流电路26(在下文中也称为负极倍压整流电路26)构成。负极变压器24的一次侧连接到AC电源12和相位转换器18的组合，负极变压器24的二次侧连接到负极倍压整流电路26。以与正极倍压整流电路22相同的方式，负极倍压整流电路26由多个电容器和相同数目的二极管组合而成。本实施例的负极倍压整流电路26配备有四个电容器和四个二极管。
AC电源12是单相AC电源，其供应具有预定电压值和预定频率的交流电压(AC电压)。相位转换器18用以将从AC电源12供应的AC电压的相位转换180度并且此后将AC电压施加于负极变压器24的一次侧，相位转换器18布置在AC电源12的一个端子和负极变压器24的一次侧的一个端子之间。因此，通过相位转换器18使得从AC电源12供应的AC电压的相位反相，并且被施加于负极变压器24的一次侧。
离子发生器配备有放电电极32，用于交替地产生正离子和负离子。限制电流值的两个电阻元件(阻抗元件)28、30串联连接在正极高电压产生电路14的输出端子34和负极高电压产生电路16的输出端子36之间。放电电极32连接到电阻元件28和电阻元件30之间的连接点38。依据此特征，正极高电压产生电路14的输出电压和负极高电压产生电路16的输出电压之间的差动电压经受分压，然后被施加于放电电极32。根据本实施例，两个电阻元件28和30的电阻值是相同的。
根据第一实施例的高电压产生电路10基本上如上所述构造。接下来，将参考图2在下文描述高电压产生电路10的操作。
来自AC电源12的AC电压被施加于正极变压器20的一次侧，同时通过相位转换器18使AC电压的相位反相，并且被施加于负极变压器24的一次侧。在图2的上部和中部中，相互并排地示出施加于正极变压器20的一次侧的电压波形和施加于负极变压器24的电压波形。
施加于正极变压器20的一次侧的AC电压在其二次侧处被变压，此后通过正极倍压整流电路22整流成正极脉冲高电压。施加于负极变压器24的一次侧的AC电压在其二次侧处被变压，此后通过负极倍压整流电路26被整流成负极脉冲高电压。
施加于负极变压器24的一次侧的AC电压的相位与施加于正极变压器20的一次侧的AC电压的相位具有反相关系，因此，正极脉冲高电压和负极脉冲高电压及时被准确地转换。更具体地，以连续的方式交替地产生正极脉冲高电压和负极脉冲高电压。施加于放电电极32的脉冲高电压的波形在图2的下部示出。
当产生正极脉冲高电压时，从放电电极32输出正极离子，而当产生负极脉冲高电压时，从放电电极32输出负极离子。正极离子和负极离子被喷射到目标物上，从而使目标物成为中性。
接下来，参考图3，将给出根据第二实施例的关于高电压产生电路15的描述。与根据上述第一实施例的高电压产生电路10中的构成元件相同的构成元件通过相同的参考标号标示，并省略这些特征的详细说明。
根据高电压产生电路15，用于正极的变压器驱动电路23(在下文中，称为正极变压器驱动电路23)配备有可变电压DC(直流)电源21，正极变压器驱动电路23布置在AC电源12和正极变压器20之间。从AC电源12供应的AC电压在其电压电平已经通过正极变压器驱动电路23调整之后，被施加于正极变压器20的一次侧。
进一步，用于负极的变压器驱动电路27(在下文中，也称为负极变压器驱动电路27)配备有相位转换器19和可变电压DC电源25，负极变压器驱动电路27布置在AC电源12和负极变压器24之间。从AC电源12供应的AC电压通过相位转换器19转换180度，而且其电压电平通过负极变压器驱动电路27被调整。此后，将AC电压施加于负极变压器24的一次侧。
依据根据第二实施例的高电压产生电路15，能够独立地控制施加于正极变压器20的一次侧的AC电压的电压电平和施加于负极变压器24的一次侧的AC电压的电压电平。因此，能够独立地控制正极高电压产生电路14的输出电压和负极高电压产生电路16的输出电压。
图4示出根据比较例的高电压产生电路40。高电压产生电路40配备有DC电源42。第一电子开关62布置在DC电源42和正极高电压产生电路44之间，第二电子开关64布置在DC电源42和负极高电压产生电路46之间。
以与本发明的每一个实施例中相同的方式，正极高电压产生电路44由正极变压器50和正极倍压整流电路52构成。以与本发明的每一个实施例中相同的方式，负极高电压产生电路46由负极变压器54和负极倍压整流电路56构成。进一步，由于两个电阻元件58、60串联连接在正极高电压产生电路44的输出端子和负极高电压产生电路46的输出端子之间，放电电极48连接到电阻元件58和电阻元件60之间的连接点，比较例与本发明的每一个实施例类似。
第一电子开关62和第二电子开关64以周期性的方式被交替地打开和关闭。结果，脉冲电压周期且交替地被施加于正极变压器50的一次侧和负极变压器54的一次侧。在图5的上部和中部，相互并排地示出施加于正极变压器50的一次侧的电压波形和施加于负极变压器54的一次侧的电压波形。在图5的下部示出施加于放电电极48的脉冲高电压的波形。
下文，参考图6A、图6B、和图7，在根据第一实施例的高电压产生电路10和比较例的高电压产生电路40之间的比较中，将描述消耗电流和产生的热量的差异。在第一实施例和比较例中，被施加于放电电极的脉冲高电压的大小和波形基本上都相同。进一步，在以下描述中，为了方便，仅通过与比较例比较的方式描述第一实施例。然而，第二实施例与比较例比较的情况基本上相同。
在图6A中，关于第一实施例，施加于正极变压器的一次侧的电压和在正极变压器的一次侧处的消耗电流对齐且竖直地排列。在图6B中，关于比较例，施加于正极变压器的一次侧的电压和在正极变压器的一次侧处的消耗电流对齐且竖直地排列。在图中，省略竖直轴线和水平轴线上的单位和刻度，然而，在第一实施例和比较例中，施加于变压器的一次侧的电压的峰-峰值都是10V。
根据比较例，如参考字符C的区域中所示，存在一部分波形，其中当消耗电流的方向被改变到一个方向时瞬间显现波峰。进一步，如参考字符D的区域中所示，存在一部分波形，其中当消耗电流的方向被改变到另一个方向时瞬间显现波峰。与之相反地，根据第一实施例，从图中能够看到，没有呈现这些波形部分(参考参考字符A和B的区域)，因此抑制了噪音。在比较例中，在一个方向的消耗电流的最大值，即在参考字符C的区域中的消耗电流的最大值，是300mA，其大于第一实施例的在一个方向的消耗电流的最大值，即根据第一实施例的参考字符A的区域中的消耗电流的最大值。
在图7中，第一实施例和比较例的消耗电流彼此覆盖并且互相比较。实线表示根据第一实施例的消耗电流，而虚线表示根据比较例的消耗电流。在第一实施例中，施加于变压器的一次侧的电压按正弦曲线连续地变化，消耗电流小的时间段比在比较例中更加频繁地出现，在比较例中，施加于变压器的一次侧的电压是脉冲形态。因此，能够理解为，在第一实施例中，将消耗电流对时间求积分所得到的值即在消耗电流曲线和时间轴线之间形成的面积更小，相应地，在第一实施例中，通过变压器产生的热量更小。随着测量变压器附近的温度，根据比较例的温度是55℃，而根据第一实施例的温度是52℃。
依据根据本发明的实施例的高电压产生电路10、15，能够实现一种高电压产生电路，该高电压产生电路通过简单的构造产生正极和负极高电压，并且能够减少切换噪音。此外，在这种情况下，消耗电流能够尽可能地被减小，从而能够抑制产生的热量。
进一步，能够从离子发生器的放电电极32交替地输出正极离子和负极离子。
而且，依据根据第二实施例的高电压产生电路15，能够独立地控制正极高电压产生电路14的输出电压和负极高电压产生电路16的输出电压。
从AC电源12供应到正极变压器20和负极变压器24的AC电压并不局限于始终具有预定电压值和预定频率的电压，而能够是电压值和频率可变的电压。
根据本发明的高电压产生电路并不局限于上述实施例，在不偏离附加的权利要求所述的范围的情况下，显然能够采用各种修改或者附加构造。

Claims (5)

1.一种高电压产生电路，所述高电压产生电路用于将正脉冲高电压和负脉冲高电压交替地施加于负载(32)，其特征在于，所述高电压产生电路包含：
AC电源(12)；
正极高电压产生电路(14)；和
负极高电压产生电路(16)；
其中，相位转换器(18、19)被布置在所述AC电源(12)和所述正极高电压产生电路(14)之间，或者被布置在所述AC电源(12)和所述负极高电压产生电路(16)之间，所述相位转换器(18、19)被构造成转换从所述AC电源(12)供应的AC电压的相位；并且
其中，所述相位转换器(18、19)使所述AC电源(12)供应的所述AC电压的所述相位反相。
2.如权利要求1所述的高电压产生电路，其特征在于，其中，所述正极高电压产生电路(14)和所述负极高电压产生电路(16)中的每一个包含变压器(20、24)和倍压整流电路(22、26)。
3.如权利要求2所述的高电压产生电路，其特征在于，变压器驱动电路(23、27)分别被布置在所述AC电源(12)和所述正极高电压产生电路(14)之间，以及所述AC电源(12)和所述负极高电压产生电路(16)之间，所述变压器驱动电路(23、27)被构造成调整电压电平。
4.如权利要求1所述的高电压产生电路，其特征在于，两个阻抗元件(28、30)在所述正极高电压产生电路(14)的输出端子和所述负极高电压产生电路(16)的输出端子之间串联连接，所述负载(32)被连接至所述阻抗元件(28、30)的相互连接端。
5.如权利要求1所述的高电压产生电路，其特征在于，其中，所述负载(32)是离子发生器的放电电极。
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