CN1128317C - 高效率易扩散空气负离子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无电源变压器电晕放电式或以含铯多元合金、含铯化合物作大面积电极的光电发射式高浓度无臭氧空气负离子发生器。该发生器的主电路是以交流恒流源作振荡管的含有稳Q电子陀螺的高Q值LC调谐振荡器。它具有很高的可靠性，能自动稳定输出高压。发生器使用安全，设有发射量实况指示，整机功耗约1W，振荡波形为等幅正弦波。全电路结构合理，容易制造，是一种性能先进的较理想的空气负离子发生器。

Description

高效率易扩散空气负离子发生器

本发明属于电子技术领域，尤其是涉及空气负离子发生器。

人类有一半以上时间生活在室内，必须不停地呼吸空气。除了温度、湿度、洁净度、气味等空气质量指标外，还有一种能给人以清新、舒适感觉，具有医疗保健与消烟除尘、除菌、除异味作用的被称为空气维生素的负氧离子，日益受到人们的重视，国内外厂商纷纷推出不同形式的负离子发生器，这些发生器有的功耗太大；有的输出高压太低，产生的负离子太少，不能满足实用需要；有的元器件多，结构复杂，而电路性能却很平常；有的工作噪音大，有的需电源变压器，有的输出高压随市电大幅度波动，负离子发射量不稳定；有的臭氧浓度高，有害身体健康；有的无发射量指示，用户不易判别负离子发射实况；针对上述问题，本发明研制出一种新颖的更为科学合理的空气负离子发生器。

本发明的目的在于提供一种空气负离子发生器，这是一种无电源变压器电晕放电式或以含铯多元合金、含铯化合物作大面积电极的光电发射式高浓度无臭氧空气负离子发生器，该发生器电路合理，功耗低，稳定性高，有发射实况指示，使用方便安全。

本发明所述的一种空气负离子发生器，该发生器的主电路是以小电流交流恒流源作振荡管的高Q值LC调谐振荡器，其振荡管BG₁的基极与电路的公共地之间，接有双向稳压与振荡指示单元SWY；振荡管BG₁的基极与电路的公共地之间，还接有正反馈绕组L₂、耦合电容C₃、双向稳压与振荡指示单元SWY的限流电阻R₃；耦合电容C₃、正反馈绕组L₂、限流电阻R₃以串联方式连接；振荡管BG₁的发射极与电路的公共地之间，接有电流负反馈电阻R₂与可调电阻W₁；电流负反馈电阻R₂与可调电阻W₁以串联方式连接；振荡管BG₁基极和发射极与电路的公共地之间的上述三条串联电路联合组成小电流交流恒流源的参数设定与控制回路；电流负反馈电阻R₂和可调电阻W₁所组成的串联电路，可以用半导体三极管BG₂的等效电阻代替。

该恒流源参数设定与控制回路，可灵活地应用于不同类型的BG₁，不同高低的电源电压E₁，无电源变压器或有电源变压器的各种振荡升压式负离子发生器中。

用来指示负离子发射实况的设置是由充放电定时电容C₅、辉光放电管NHO、放电限流负载电阻R₅所组成的锯齿波驰张振荡器；放电限流负载电阻R₅和辉光放电管NHO以串联方式连接；放电限流负载电阻R₅、辉光放电管NHO串联电路与充放电定时电容C₅以并联方式连接；放电限流负载电阻R₅、辉光放电管NHO、充放电定时电容C₅回路串联在高压电源E₂与电晕放电式或光电发射式负离子发射电极之间。

发生器可根据不同的应用需要，设置大面积光电发射电极GDF。

参见附图。

图1为本发明的基本电路图。

图2、图3为本发明适用于GDF电极的配套电路图。

本发明所述的空气负离子发生器的全电路工作过程如下：

220V市电经C₁限流，D₁-D₄桥式整流，C₂滤波后，得到空载电压E₁约为310V，带负载电压E₁约为290V。BG₁等组成变压器耦合自激振荡器，振荡电压经L₃绕组升压，BY单元倍压整流后，得到约9-16KV直流负高压E₂，E₂经安全限流电阻R₄，发射实况指示电路C₅、NHO、R₅后，传输至安全插孔CK。当CK插有发射电极插头FS时，由电晕放电或光电发射所产生的负离子向周围扩散。本发生器采用开放式单电极结构，由于主电路被封闭隔离在绝缘机壳内，只有负离子发射电极设置在机壳顶部，高压电源E₂的正极只能通过市电的中线或地线构成闭合回路，这时，地面、墙面、室内的物体与人体成为天然的能吸引负离子的正极。这样不仅避免大量的负离子被发生器自身所吸收，而且由于E₂正负电极之间的距离很远，电场强度大为减弱，紧贴FS针尖表面的空气电晕层所产生的自由电子为低能电子，其动能不足以形成臭氧，从而获得负离子浓度高、无臭氧的效果。

本电路发明原理概括如下：

恒流源参数设定与控制回路→小电流交流恒流源BG₁→BG₁的I_C几乎恒定不变→BG₁的等效内阻与动态电阻均很高→L₁C₄回路损耗小、Q值高→L₁C₄回路振荡强、消耗电源能量小。

激励波形正半周时，BG₁导通，为L₁C₄回路补充能量；激励波形负半周时，BG₁载止，其C、E极之间相当于开路，由于L₁绕组的电流不能突变，电感L₁所储存的电流向C₄充电，这时，BG₁C极反峰电压约为300～500V，最高可达电源电压E₁的二倍。振荡时，BG₁的导通角略小于180度，属于效率较高的乙类工作状态。

L₁C₄回路的谐振电容，除C₄外，还包括L₁自身的分布电容、高压绕组L₃对L₁的反射电容二部分，L₃绕组的反射电容往往占主导地位，不可低估，在实践中，即使省略C₄，也难以大幅度提高振荡频率。

对交流振荡而言，BG₁是并联在L₁C₄回路二端的，它对L₁C₄回路的振荡强度，会产生有害的损耗、削弱作用。很显然，提高BG₁的等效内阻与动态电阻，可以提高L₁C₄回路的Q值。由于BG₁的I_C几乎恒定不变，I_C流过L₁C₄回路的谐振阻抗R_N所产生的压降V_L1也几乎不变，从而实现市电电压大幅度波动时输出高压E₂的自动稳定；为了保持BG₁的很高的动态电阻，为了自动稳定输出高压E₂，当市电电压为正常的220V时，电路参数的设计，使BG₁在激励信号正半周时工作在V_CE约为50～100V左右的不饱和的放大区；当市电电压由220V大幅度下跌至180V时，由于E₁相应大幅度降低，而BG₁的I_C几乎恒定不变，迫使BG₁进入接近饱和或浅饱和区。由于BG₁通常工作在不饱和的放大区，BG₁发射极设置了很深的电流负反馈，L₁C₄回路的Q值高，选频作用好，高频寄生振荡被抑制，使L₁C₄回路获得了良好的正弦波；由于BG₁的内阻很高，发射极设置了与众不同的很深的电流负反馈，基极激励信号被双向稳压，使电路获得了不寻常的可靠性与稳定性，对各种意外电冲击具有很强的自我保护缓冲能力。电容C₅、辉光放电管NHO、电阻R₅组成用来指示负离子发射实况的锯齿波驰张振荡器。C₅一般取470～6800PF，经理论计算与实际测量，按图1所示参数，NHO每秒闪光一次，大约表示0.1微安负离子发射电流，即表示每秒钟大约发射6×10¹¹个负氧离子。(每秒钟发射6千亿个负氧离子)。使用中应避免C₅、NHO受潮与脏污，氖灯可选用起辉电压低、小体积、长寿命型号。NHO最好安装在发生器顶部，用透明塑料或有机玻璃加以防尘、防潮与封闭绝缘。

实施例1：

首先选择SWY，可选用一只正极朝上的正向压降约为1.7V左右的高亮度红色发光二极管D₅，与一只负极朝上的开关二级管D₆并联组成，如图2、图3所示。D₅将激励波形正半周削波稳压，兼作振荡状态指示。D₅削波、稳压、箝位时，因有电流通过而发光。D₅发光越亮，说明流过R₃的电流越大，L₂绕组激励电压越高，L₁C₄回路振荡越强。

激励波形负半周时，C₃通过D₆构成快速放电通路。

为了使振荡波形更好更理想，图2、图3二款电路，可在D₅二端并联一只0.01微法左右的整形电容C₆。R₂取360Ω，W₁取220Ω。BG₁选用BU508A、D1431等高反压管。最好选用I_C1为2mA时，β值大于5的优质管。适当调整R₁的阻值，使BG₁的静态I_C1约为0.5mA，工作时，BG₁发射极电流峰值Iem约为4mA，有效值Ie约为1.5mA，测量发射极电阻R₂二端压降，即可求出有效值Ie。BG₁的Ic略小于Ie。

振荡变压器T₁最好采用小型E形磁芯制作，磁芯间隙要适当。图1电路的整机功耗，可做到少于0.5W。

L₁的电感量约为12～18mH，电路振荡频率约为20～50KHz。适当调整C₄的容量，使L₁C₄回路与高频寄生振荡实现三次或五次调谐，以利于改善振荡波形，使电路更容易起振。

电晕放电电极采用特制的很尖锐的φ0.20～0.35mm不锈钢短针灸针。为使负离子发射喷头玲珑小巧，FS一般只需一根针。

光电发射电极的负离子发射量与GDF的有效发射面积成正比，负高压E₂为GDF提供因光电发射而消耗的逸出电子，高压静电场的同性排斥作用，使光电子和氧分子结合生成的负氧离子向周围扩散。

实施例2：

图2电路将BG₂设计成动态等效电阻，代替R₂、W₁。E₃为取样电压，稳压管D₈将E₃的电压变量全部耦合至BG₂基极，直接控制、调节BG₂的内阻，从而使振荡管BG₁成为能适应多种负载的自动应变恒流源。BG₂应选用低频锗管。该实施例输出高压更为稳定，更容易起振，可以提供较大的负高压负载电流，适合作为GDF电极的配套电路。图2电路负高压E₂相对固定，不易调节。要改变E₂，需改变D₈的稳压值，或改变激励绕组L₂的匝数。

实施例3：

图3电路中的负高压E₂可在较大范围内连续调节，负载能力也较强，但电路稍复杂，除作为GDF电极的配套电路外，还可广泛应用于只需要微电流、小功率的，对高压的稳定度要求不很高的电子仪器、实验设备中。

Claims (3)

1.一种高效率、易扩散空气负离子发生器，该发生器的主电路是以小电流交流恒流源作振荡管的高Q值LC调谐振荡器，其特征在于振荡管(BG₁)的基极与电路的公共地之间，接有双向稳压与振荡指示单元(SWY)；振荡管(BG₁)的基极与电路的公共地之间，还接有正反馈绕组(L₂)、耦合电容(C₃)、双向稳压与振荡指示单元(SWY)的限流电阻(R₃)；耦合电容(C₃)、正反馈绕组(L₂)、限流电阻(R₃)以串联方式连接；振荡管(BG₁)的发射极与电路的公共地之间，接有电流负反馈电阻(R₂)与可调电阻(W₁)；电流负反馈电阻(R₂)与可调电阻(W₁)以串联方式连接；振荡管(BG₁)基极和发射极与电路的公共地之间的上述三条串联电路联合组成小电流交流恒流源的参数设定与控制回路；电流负反馈电阻(R₂)和可调电阻(W₁)所组成的串联电路，可以用半导体三极管(BG₂)的等效电阻代替。

2.根据权利要求1所述的高效率、易扩散空气负离子发生器，其特征在于用来指示负离子发射实况的设置是由充放电定时电容(C₅)、辉光放电管(NHO)、放电限流负载电阻(R₅)所组成的锯齿波驰张振荡器；放电限流负载电阻(R₅)和辉光放电管(NHO)以串联方式连接；放电限流负载电阻(R₅)、辉光放电管(NHO)串联电路与充放电定时电容(C₅)以并联方式连接；放电限流负载电阻(R₅)、辉光放电管(NHO)、充放电定时电容(C₅)回路串联在高压电源(E₂)与电晕放电式或光电发射式负离子发射电极之间。

3.根据权利要求1所述的高效率易扩散空气负离子发生器，其特征在于，发生器可根据不同的应用需要，设置大面积光电发射电极(GDF)。

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