JP2014075233A - 高電圧出力装置、イオン発生装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】入力電圧等のばらつきにかかわらず、所望の電圧を得ることが可能な高電圧出力装置を提供する。
【解決手段】イオン発生装置（１００）は、トランス（１０２）と、入力電圧の１次側コイルへの入力をオンオフするスイッチング素子（１０６）と、２次側コイルの出力電圧を検出する検出器（１０４）と、検出器（１０４）の検出結果に基づいてスイッチング素子（１０６）のオンオフを制御する制御回路（１０５）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランスを用いて高電圧を取り出す高電圧出力装置、およびこれを用いたイオン発生装置に関する。またかかるイオン発生装置を用いた電子機器等に関する。

イオン発生装置は、健康改善や大気中の雑菌の排除、消臭、肌の保湿などの用途のために、大気中にマイナスイオン、プラスイオン、またその両方を発生するものが開発されている。そのようなイオン発生装置は、空気清浄機、エアーコンディショナ、加湿器または冷蔵庫など、多様な機器に搭載されている。更に、携帯できる小型なものや卓上タイプ、自動車向けなどのイオン発生装置などもある。

上記の様々な用途のため、必要なイオン発生装置に求められる機能も一様ではない。例えば、リビングにおける空気清浄機に搭載されるイオン発生装置では、高いイオン濃度でより高い効果が求められる。また、別の例として、自動車、携帯機器向けの用途で使用されるイオン発生装置では、電池で動作する必要があるが、ある程度限られた空間でしかイオンの放射をする必要がない。この場合、イオン濃度の高さよりも電池による駆動時間の長さ（実使用条件で１週間など）やサイズの縮小が求められる。すなわち、比較的長時間の使用に耐え得るように、電池の消耗をできるだけ抑制することが求められる。上記のように、それぞれの要求に応えるために種々の技術が提案されている。

図１４は、従来のイオン発生装置２００の要部を示すブロック図である。イオン発生装置２００は、入力電源２０１、トランス２０２、イオン発生器２０３、制御回路２０５およびスイッチング素子２０６を備えている。

このイオン発生装置２００において、イオン発生のための高電圧が、トランス２０２の２次側コイルに生成されるまでの過程は概ね以下のとおりである。

入力電源２０１はトランス２０２の１次側コイルに接続されている。スイッチング素子２０６は、制御回路２０５に接続されている。スイッチング素子２０６は、制御回路２０５からスイッチングパルスの制御信号が入力されると、入力された制御信号のパルス幅とパルス間インターバルに対応して、入力電源２０１の電圧のトランス２０２の１次側コイルへの入力をオンオフする。これに応じて、トランス２０２の２次側コイルには、トランス２０２の１次側コイルの電圧に対して、電磁誘導の原理により、昇圧された高電圧が生成される。

イオン発生装置２００と同様の構成は、例えば特許文献１に開示されている。

イオン発生装置の別の構成例を図１５の（ａ）および（ｂ）に示す。図１５の（ａ）および（ｂ）は、イオン発生器２０３の一端をＧＮＤ電位に接続した構成である。具体的には図１５の（ａ）に示すイオン発生装置２００ａでは、イオン発生器２０３の一端がＧＮＤ電位に接続され、トランス２０２の２次側コイルの一端が入力電源２０１に接続されている。図１５の（ｂ）に示すイオン発生装置２００ｂでは、イオン発生器２０３の一端がＧＮＤ電位に接続され、トランス２０２の２次側コイルの一端もＧＮＤ電位に接続されている。これらのイオン発生装置２００ａ・２００ｂのイオン発生原理は、図１４に示すイオン発生装置２００のイオン発生原理と同じである。

また、スイッチング素子２０６に入力される制御信号は、制御回路２０５において、入力電源２０１のパルス間インターバルに対してパルス幅が短くなるように生成される。これにより、イオン発生頻度を設定することで入力電源２０１を構成する電池の消耗を抑制している。

特開２００６−１７９３６３号公報（２００６年７月６日公開）

しかしながら、特許文献１では、単４乾電池２本にて１週間以上の持続放電を可能としながら、イオン発生電極の先端から２０ｃｍ離れた位置にて１万個／ｃｍ^３以上１０万個／ｃｍ^３以下、更に小形化の観点からは、５万個／ｃｍ^３以下のイオン発生量が得られると記載されている。このようなイオン発生量とするため、制御信号となるスイッチングパルス信号をトランスにより直接昇圧して、イオン発生用の高電圧を発生させている。よって、トランスによる昇圧以前の電圧が低く、トランスの昇圧比、すなわち巻数比を上げてイオン発生のための放電電圧を高くすることに対して制限を受ける。

また、特許文献１では、電池の消耗を抑制することで、連続稼働時間を延ばすことができることが記載されているものの、それに起因してイオン発生量が少ないことから、イオン発生装置と使用者との距離がある程度離れる場合の使用形態に対応できないという課題がある。これは、特許文献１の場合、イオン発生装置を使用者の身体に近接させて使用する形態を想定して、小型化に対応するためのものであり、トランスが大型化することによる装置自体の大型化に対応したものでないことにも起因する。

さらに、イオン発生装置を机上に置く使用形態を考慮した場合は、イオン発生器からの距離が６０〜８０ｃｍの距離で、上記した程度のイオン発生量が求められ、また、イオン発生量に強弱をもたせるために、イオン発生頻度を広範囲に変更可能とすることも求められるが、このような使用にも対応できないという問題がある。

上記問題の解決するためには、低消費電力で高いイオン発生量を得ることが必要となる。特許文献１において、低消費電力で高いイオン発生量を得るには、スイッチング素子の制御信号のパルス幅が、トランスの２次側コイルの出力電圧の周期Ｔの約Ｔ／４〜Ｔ／２であることが望まれる。なぜならば、Ｔ／４以下ではスイッング素子オンのときの２次側コイルの出力電圧が最大になっておらず、十分にイオンが発生する電圧に達しない可能性あり、また、Ｔ／２を超えると、トランスに蓄えられるエネルギが減少し始めるため好ましくないからである。

しかし、トランスの２次側コイルの出力電圧は、トランスのインダクタ成分、イオン発生器の静電気容量成分などによって大きく影響される。一方、トランスのインダクタ成分、イオン発生器の静電気容量成分などはばらつきが多く、よって、制御信号のパルス幅を設定し難いという問題点があった。

また、上記問題の解決策として、イオンの発生量が適切であることも必要となる。多くのイオンを発生している状態は、２次側コイルの出力電圧が高くなっている状態でもある。携帯用途など電池駆動の機器を考慮すると、２次側コイルの出力電圧の余分な上昇は、電池の寿命が短くなるため不適切だからである。イオン発生量を適切な量にするためにも、２次側コイルの出力電圧を適切な値とする必要がある。よって、イオンの発生量も調整し難いという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、入力電圧等のばらつきにかかわらず、所望の電圧を得ることが可能な高電圧出力装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、１次側コイルへの入力電圧を増幅して、２次側コイルから増幅された電圧を出力するトランスと、前記入力電圧の前記１次側コイルへの入力をオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部とを備える高電圧出力装置であって、前記２次側コイルの出力電圧を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、入力電圧等のばらつきにかかわらず、所望の電圧を得ることが可能な高電圧出力装置を提供できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るイオン発生装置の構成を示すブロック図である。 上記イオン発生装置の具体的な構成例を示すブロック図である。 上記イオン発生装置の他の具体的な構成例を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来のイオン発生装置における制御回路の制御信号の波形と、トランスの２次側コイルの出力電圧波形との関係を示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るイオン発生装置の制御回路の制御信号の波形と、トランスの２次側コイルの出力電圧波形との関係を示すタイミング図である。 本発明の一実施形態に係るイオン発生装置の制御回路の制御信号の波形と、トランスの１次側コイルへの入力電流波形と、トランスの２次側コイルの出力電圧波形との関係を示すタイミング図である。 本発明の他の実施形態に係る制御回路の構成を示す回路図である。 上記制御回路の変形例を示す回路図である。 図８に示す制御回路の制御信号の波形と、検出器の検出電圧波形と、遅延回路の出力信号波形との関係を示すタイミング図である。 上記制御回路の他の変形例を示す回路図である。 図１０に示す制御回路の制御信号の波形と、検出器の検出電圧波形と、微分回路の出力電圧波形との関係を示すタイミング図である。 上記制御回路のさらに他の変形例を示す回路図である。 図１２に示す制御回路の制御信号の波形と、検出器の検出電圧波形と、微分回路の出力電圧波形と、放電検知回路の出力信号波形との関係を示すタイミング図である。 従来のイオン発生装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、従来の他のイオン発生装置の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、従来のさらに他のイオン発生装置の構成を示すブロック図である。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。

＜イオン発生装置１００の構成＞
図１は、本実施形態に係るイオン発生装置１００の構成を示すブロック図である。イオン発生装置１００は、入力電源１０１、トランス１０２、イオン発生器（イオン発生素子）１０３、検出器（検出部）１０４、制御回路（制御部）１０５およびスイッチング素子１０６を備えている。トランス１０２、検出器１０４、制御回路１０５およびスイッチング素子１０６は、本実施形態に係る高電圧出力装置を構成する。

入力電源１０１は、電池などの直流電源である。電池には乾電池や２次電池などが使用可能である。また、入力電源１０１とトランス１０２との間にコンバーターを設けることで、入力電源１０１として商用交流電源を用いることも可能である。

トランス１０２は、１次側コイルの一端が入力電源１０１に接続され、２次側コイルの両端がイオン発生器１０３に接続されている。これにより、入力電源１０１からの１次側コイルに入力された電圧が増幅され、増幅された電圧（減衰振動電圧）が２次側コイルからイオン発生器１０３に出力される。イオン発生器１０３は、トランス１０２から光電圧が印加されることによりイオンを発生する。

スイッチング素子１０６は、トランス１０２の１次側コイルの他端と接地電位（ＧＮＤ）との間に設けられており、入力電源１０１からの１次側コイルへの電圧の入力をオンオフする。

検出器１０４は、従来のイオン発生装置には設けられていない新規な構成である。検出器１０４は、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧を検出して、その検出結果を制御回路１０５に出力する。

制御回路１０５は、スイッチング素子１０６の制御端子に接続されており、スイッチング素子１０６のオンオフを制御する。より具体的には、制御回路１０５は、検出器１０４から入力された上記の検出結果に基づいて、スイッチング素子１０６の制御端子に制御信号を出力することにより、スイッチング素子１０６のオンオフを制御する。

＜イオン発生装置１００の動作＞
次に、図１を参照してイオン発生装置１００の動作について説明する。スイッチング素子１０６がオンすると、入力電源１０１からの電圧が、トランス１０２の１次側コイルに入力され、トランス１０２の２次側コイルには、１次側コイルと２次側コイルとの巻数比に基づいた高電圧（減衰振動電圧）が発生する。そしてこの高電圧が２次側コイルから出力されてイオン発生器１０３に印加され、イオン発生器１０３の電極からイオンが発生する。

また、スイッチング素子１０６は制御回路１０５によってオフされると、トランス１０２に蓄えられているエネルギにより、引き続き２次側コイルに高電圧が発生する。これにより、イオン発生器１０３は継続してイオンを発生する。

制御回路１０５は、検出器１０４から入力された上記の検出結果に基づいて、スイッチング素子１０６のオンオフを制御する。すなわち、イオン発生装置１００では、２次側コイルの出力電圧に基づいて、スイッチング素子１０６がオンオフ制御される。なお、スイッチング素子１０６のオンオフ制御の具体例は、後述する。

＜検出器の具体例１＞
図２は、イオン発生装置１００の具体例に係るイオン発生装置１００ａの構成を示すブロック図である。イオン発生装置１００ａは、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧を検出する検出器として、検出器１０４ａを備えている。検出器１０４ａは、２つの分圧抵抗１０７ａ・１０７ｂを備えている。分圧抵抗１０７ａ・１０７ｂは、２次側コイルの両端の高電位側と低電位側（ＣＮＤ）との間に直列に接続されており、検出器１０４ａは、分圧抵抗１０７ａ・１０７ｂによって分圧された電圧（分圧出力電圧）を、制御回路１０５に出力する。

２次側コイルの出力電圧は２ｋＶ〜８ｋＶであるが、分圧抵抗１０７ａ・１０７ｂを設けることにより、制御回路１０５は、分圧された低電圧に基づいて、スイッチング素子１０６を制御することができる。

＜検出器の具体例２＞
図３は、イオン発生装置１００の他の具体例に係るイオン発生装置１００ｂの構成を示すブロック図である。イオン発生装置１００ｂは、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧を検出する検出器として、検出器１０４ｂを備えている。

図３に示すように、トランス１０２は、１次側に１次側コイル１０８を備え、２次側に２次側コイル１０９と補助コイル１１０とを備えている。２次側コイル１０９は、イオン発生器１０３に接続されており、補助コイル１１０が検出器１０４ｂを構成している。補助コイル１１０は、その巻数が２次側コイル１０９の巻数よりも小さく、一端が制御回路１０５に接続されており、他端が接地されている。

補助コイル１１０の巻数は、２次側コイル１０９の巻数よりも小さいので、制御回路１０５は、低電圧に基づいてスイッチング素子１０６を制御することができる。さらに、２次側コイル１０９の一端をＧＮＤとする必要がなくなるため、トランス１０２の設計の自由度が向上する。

＜スイッチング素子のオンオフ制御＞
次に、図４および図５を参照して、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧に基づくスイッチング素子１０６のオンオフ制御について説明する。

（従来のオンオフ制御）
まず、従来のイオン発生装置におけるスイッチング素子のオンオフ制御について説明する。図１４に示す従来のイオン発生装置２００では、スイッチング素子２０６は、タイマー制御などによりトランス２０２の２次側コイルの出力電圧とは無関係にオンオフ制御されていた。そのため、何らかの外因の影響を受け、トランス２０２の２次側コイルの出力電圧が変動した場合、所望の電圧が得られない場合があった。

図４の（ａ）および（ｂ）は、従来のイオン発生装置２００における制御回路２０５の制御信号の波形Ｗ１０１と、トランス２０２の２次側コイルの出力電圧波形Ｗ１０２との関係を示すタイミング図である。ここで、適切なイオン量を発生させるために必要な２次側コイルの出力電圧がＶｐであると仮定する。

制御回路２０５は、２次側コイルの出力電圧にかかわらず、スイッチング素子２０６を時刻Ｔ１でオンし、時刻Ｔ２でオフするように制御する。時刻Ｔ１・Ｔ２は、図４の（ａ）に示すように、標準状態における出力電圧波形Ｗ１０２のピークがＶｐとなるように設定されている。

しかしながら、入力電源２０１からの入力電圧が低下した場合、図４の（ｂ）に示すように、出力電圧がＶｐに達する前に、スイッチング素子２０６がオフされてしまうこととなる。そのため、従来構成では、イオン発生器２０３は十分なイオン量を発生する事ができない。同様に、トランス２０２として、リークインダクタが多いトランスを用いた場合も、適切なイオン量を発生させるために必要な電圧が得られない。

（本実施形態のオンオフ制御の具体例１）
そこで、本実施形態に係るイオン発生装置１００では、スイッチング素子１０６がオンされた後、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧が、イオン発生器１０３がイオンを発生させるために必要な電圧Ｖｐに達したときに、スイッチング素子１０６がオフされる。すなわち、制御回路１０５は、スイッチング素子１０６をオンした後、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧が電圧Ｖｐに達したときに、スイッチング素子１０６をオフする。

図５の（ａ）および（ｂ）は、制御回路１０５の制御信号の波形Ｗ１と、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧波形Ｗ２との関係を示すタイミング図である。より詳細には、図５の（ａ）は、標準状態における波形Ｗ１・Ｗ２の関係を表しており、スイッチング素子１０６は時刻Ｔ１でオンし、２次側コイルの出力電圧が電圧Ｖｐに達する時刻Ｔ３でオフするように制御される。また、図５の（ｂ）は、入力電圧が低下した状態における波形Ｗ１・Ｗ２の関係を表しており、スイッチング素子１０６は時刻Ｔ１でオンし、２次側コイルの出力電圧が電圧Ｖｐに達する時刻Ｔ４（Ｔ４＞Ｔ３）でオフするように制御される。

図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、入力電圧にかかわらず、出力電圧がＶｐに達したときに、スイッチング素子１０６がオフされる。これにより、図５の（ｂ）に示すように、入力電圧が低下した場合であっても、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧はＶｐに達するので、イオン発生器１０３は十分なイオン量を発生する事ができる。よって、何らかの影響により、トランスの１次側コイルの入力電圧が変化した場合や、個体差のあるトランスを用いた場合であっても、安定したイオン発生が可能となる。

また、２次側コイルの出力電圧がイオン発生に可能な電圧になったときにスイッチング素子１０６をオフすることで、過不足の無い適切な量のイオンを発生させることができるとともに、トランス１０２の１次側コイルおよびスイッチング素子１０６に流れる電流を小さくすることができる。これにより、トランス１０２およびスイッチング素子１０６を構成する部品のサイズを小さくすることができる。さらに、安定制御が可能となることから、構成部品に無理な影響が生じず、製品の長寿命化が達成できる。

なお、制御回路１０５は、スイッチング素子１０６をオンした後、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧が、ピーク電圧（２次側コイルの最大出力電圧）に達したとき、あるいは、ピーク電圧付近に達したときに、スイッチング素子１０６をオフしてもよい。トランス１０２の２次側コイルの出力電圧がピーク電圧付近に達したときに、スイッチング素子１０６をオフする構成とした場合、２次側コイルの出力電圧が余分に上昇することを防止することができる。また、入力電源１０１が電池である場合、余分な電圧の上昇を抑えることで、電池の寿命を延ばすことができる。

（本実施形態のオンオフ制御の具体例２）
続いて、スイッチング素子１０６のオンオフ制御の他の具体例について説明する。本具体例では、図１に示すイオン発生装置１００において、制御回路１０５は、検出器１０４が検出する２次側コイルの出力電圧（以下、電圧ＶＡとする）が０Ｖになると同時に、スイッチング素子１０６をオフする。

図６は、制御回路１０５の制御信号の波形Ｗ１１と、トランス１０２の１次側コイルへの入力電流波形Ｗ１２と、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧波形Ｗ１３との関係を示すタイミング図である。同図に示すように、スイッチング素子１０６は、時刻Ｔ１でオンされた後、２次側コイルの出力電圧が０Ｖになった時刻Ｔ５においてオフされる。１次側コイルの入力電流波形Ｗ１２は、２次側コイルの出力電圧波形Ｗ１３と９０°の位相差があるため、２次側コイルの出力電圧が０Ｖとなるとき、１次側コイルの電流が最大となる。よって、トランス１０２に蓄えられるエネルギが最大となる時点で、スイッチング素子１０６をオフすることにより、イオン発生器１０３は高効率にイオンを発生することができる。

本具体例では、２次側コイルの出力電圧がピーク電圧となった時刻でスイッチング素子１０６をオフする前述の具体例１と比較して、単位時間当たりのスイッチング回数を減らすことができる。そのため、イオン発生の効率が向上する。

また、入力電圧や１次側コイルのインダクタンス値が変化した場合に、１次側コイルの電流の傾きが変化するため、１次側コイルの電流の最大値が変化し、それにより２次側コイルの出力電圧の変化することとなる。そのため、２次側コイルの出力電圧にかかわらずスイッチング素子を同じタイミングでオンオフ制御する従来構成では、イオン発生の効率にばらつきが生じる。

なお、本具体例において、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧が０Ｖになった後もスイッチング素子１０６をオンし続けた場合、トランス１０２からエネルギが放出されるため、エネルギ損失が発生し、イオン発生の効率が低下する。そのため、制御回路１０５は、スイッチング素子１０６をオンした後、２次側コイルの出力電圧が減少し始めてから０Ｖになるまでの間に、スイッチング素子１０６をオフすることが好ましい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図７〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、前記実施形態１に係るイオン発生装置１００の制御回路１０５の具体例について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（制御回路１０５ａの構成）
図７は、本実施形態に係る制御回路１０５ａの構成を示す回路図である。制御回路１０５ａは、コンパレータ１１１および制御信号生成回路１１２を備えている。

コンパレータ１１１は、検出器１０４の出力電圧を基準電圧と比較し、比較結果を示す信号を制御信号生成回路１１２に出力する。具体的には、コンパレータ１１１の非反転入力端子（＋端子）には、検出器１０４の出力電圧（例えば、図２に示すトランスからの分圧出力電圧、または、図３に示す補助コイル１１０の出力電圧）が入力され、コンパレータ１１１の反転入力端子（−端子）には、基準電圧が入力される。コンパレータ１１１は、検出器１０４からの出力電圧が基準電圧より高い場合、制御信号生成回路１１２にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。

例えば、上述の「オンオフ制御の具体例１」のようにスイッチング素子１０６を制御する場合、基準電圧は、適切なイオン量を発生させるために必要な２次側コイルの出力電圧Ｖｐに規定値を乗じた値（例えば１Ｖ〜３Ｖ）に設定される。当該規定値は、検出器が図２に示す検出器１０４ａである場合、分圧抵抗１０７ａ・１０７ｂの分圧比であり、検出器が図３に示す検出器１０４ｂである場合、２次側コイル１０９および補助コイル１１０の巻数比である。また、制御信号生成回路１１２は、スイッチング素子１０６をオンオフ制御する制御信号を時刻Ｔ１でＨｉｇｈレベルにするとともに、コンパレータ１１１から受信した比較結果を示す信号がＨｉｇｈレベルになるタイミングで当該制御信号をＬｏｗレベルにする。これにより、制御回路１０５ａは、図５の（ａ）および（ｂ）に示す波形Ｗ１を有する制御信号を出力する。

また、上述の「オンオフ制御の具体例２」のようにスイッチング素子１０６を制御する場合、基準電圧を０Ｖ〜数１００ｍＶ程度の低い電圧に設定する。また、制御信号生成回路１１２は、スイッチング素子１０６をオンオフ制御する制御信号を時刻Ｔ１でＨｉｇｈレベルにするとともに、コンパレータ１１１から受信した比較結果を示す信号がＬｏｗレベルになるタイミングで当該制御信号をＬｏｗレベルにする。これにより、制御回路１０５ａは、図６に示す波形Ｗ１１を有する制御信号を出力する。

（変形例１）
上記の基準電圧は、通常の結合率を有するトランスの出力電圧に基づいて設定されている。そのため、トランス１０２の結合率が通常よりも低い場合、検出器１０４が検出する電圧が基準電圧に達しない可能性がある。また、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧は、正弦波の形状をとるため、ピーク電圧付近では変化が小さく、当該出力電圧がピークに達するタイミングの検出は難しい。そこで、本変形例では、遅延回路を設けることにより、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧がピーク付近になるタイミングで、スイッチング素子１０６をオフする構成について説明する。

図８は、本実施形態の変形例１に係る制御回路１０５ｂの構成を示す回路図である。制御回路１０５ｂは、コンパレータ１１１および制御信号生成回路１１２に加え、遅延回路１１３をさらに備えている。遅延回路１１３は、制御信号生成回路１１２がコンパレータ１１１から比較結果を受信するタイミングを規定時間遅延させる。

上記構成により、コンパレータ１１１がＨｉｇｈレベルの信号を出力した場合、既定時間後に、当該Ｈｉｇｈレベルの信号が制御信号生成回路１１２に入力される。これにより、検出器１０４からの出力電圧が基準電圧より高くなったタイミングの既定時間後に、スイッチング素子１０６はオフに制御される。

ここで、本実施例では、コンパレータ１１１に入力される基準電圧を、図７に示す制御回路１０５ａのコンパレータ１１１に入力される基準電圧よりも低い電圧（電圧Ｖｐａとする）に設定する。

図９は、制御回路１０５ｂの制御信号の波形Ｗ２１と、検出器１０４の検出電圧波形Ｗ２２と、遅延回路１１３の出力信号波形Ｗ２３との関係を示すタイミング図である。

制御信号生成回路１１２は、スイッチング素子１０６をオンオフ制御する制御信号を時刻Ｔ１でＨｉｇｈレベルにする。これにより、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧が上昇するが、コンパレータ１１１に入力される基準電圧Ｖｐａが低く設定されているため、２次側コイルの出力電圧がピークに達する前の時刻Ｔ６に、コンパレータ１１１はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。遅延回路１１３は、当該Ｈｉｇｈレベルの信号を時間Ｔｒだけ遅延させて、時刻Ｔ７に制御信号生成回路１１２に出力する。これにより、時刻Ｔ７にスイッチング素子１０６はオフされる。

この時間Ｔｒは、トランス１０２が通常の結合率を有する場合に、検出器１０４の検出電圧がピークに達する時刻と、基準電圧Ｖｐａに達する時刻との差に等しくなるように設定される。これにより、スイッチング素子１０６は、２次側コイルの出力電圧がピークに達するタイミングでオフされる。また、トランス１０２の結合率が通常より低い場合であっても、検出器１０４の検出電圧は基準電圧Ｖｐａよりも上回るため、２次側コイルの出力電圧がピーク電圧付近になっているタイミングで、スイッチング素子１０６をオフすることができる。

（変形例２）
続いて、制御回路の他の変形例について説明する。図１０は、本実施形態の変形例２に係る制御回路１０５ｃの構成を示す回路図である。制御回路１０５ｃは、コンパレータ１１１、制御信号生成回路１１２および微分回路１１４を備えている。

微分回路１１４は、コンデンサと抵抗とから構成されており、検出器１０４の出力電圧を微分する。微分回路１１４によって微分された電圧信号は、コンパレータ１１１の＋入力端子に入力される。一方、コンパレータ１１１の−入力端子には、０Ｖの基準電圧が入力される。これにより、コンパレータ１１１は、微分回路１１４から入力される電圧が基準電圧よりも低くなった場合に、Ｌｏｗレベルの信号を制御信号生成回路１１２に出力する。

図１１は、制御回路１０５ｃの制御信号の波形Ｗ３１と、検出器１０４の検出電圧波形Ｗ３２と、微分回路１１４の出力電圧波形Ｗ３３との関係を示すタイミング図である。時刻Ｔ１においてスイッチング素子１０６がオンされると、検出器１０４の検出電圧が上昇するとともに、微分回路１１４の出力電圧も正の値をとる。その後、時刻Ｔ８において検出器１０４の検出電圧がピーク電圧に達すると、微分回路１１４の出力電圧は再び０Ｖとなる。このタイミングで、コンパレータ１１１はＬｏｗレベルの信号を出力し、制御信号生成回路１１２は、スイッチング素子１０６をオフに制御する制御信号を出力する。

前述のように、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧は、正弦波の形状をとるため、検出器１０４の検出電圧の傾きは、ピーク電圧付近では緩やかであり、当該出力電圧がピークに達するタイミングの検出は難しい。これに対し、本実施形態では、検出器１０４の検出電圧を微分することにより、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧がピークとなるタイミングで正確にスイッチング素子１０６をオフすることができる。すなわち、図５に示すようなスイッチング制御を実現することができる。

なお、コンパレータ１１１に入力される基準電圧は０Ｖに限定されず、０〜数１００ｍＶであってもよい。この場合も、トランス１０２の２次側コイルの出力電圧がピーク電圧付近になるタイミングで、スイッチング素子１０６をオフすることができる。

（変形例３）
続いて、制御回路のさらに他の変形例について説明する。図１２は、本実施形態の変形例３に係る制御回路１０５ｄの構成を示す回路図である。制御回路１０５ｄは、コンパレータ１１１、制御信号生成回路１１２、微分回路１１４、充電回路１１５および放電検知回路１１６を備えている。すなわち、制御回路１０５ｄは、変形例２に係る制御回路１０５ｃにおいて、充電回路１１５および放電検知回路１１６をさらに備えた構成である。

充電回路１１５は、コンパレータ１１１の出力端子に接続されているとともに、充電回路１１５と接地電位との間に、コンデンサ１１７が設けられている。コンパレータ１１１の出力信号がＨｉｇｈレベルになると、充電回路１１５は、コンパレータ１１１の出力信号がＬｏｗレベルになるまで、すなわち、検出器１０４の検出電圧がピークに達するまで、コンデンサ１１７に充電を行う。その後、充電回路１１５は、コンデンサ１１７に蓄えられた電荷を放電する。放電検知回路１１６は、コンデンサ１１７からの放電が終了した時点でＨｉｇｈレベルの信号を制御信号生成回路１１２に出力する。

図１３は、制御回路１０５ｃの制御信号の波形Ｗ４１と、検出器１０４の検出電圧波形Ｗ４２と、微分回路１１４の出力電圧波形Ｗ４３と、放電検知回路１１６の出力信号波形Ｗ４４との関係を示すタイミング図である。

時刻Ｔ１においてスイッチング素子１０６がオンされると、検出器１０４の検出電圧が上昇し、時刻Ｔ９において検出器１０４の検出電圧がピーク電圧に達すると、微分回路１１４の出力電圧は０Ｖとなる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ９の間に、コンデンサ１１７は充電される。その後、コンデンサ１１７からの放電が開始され、放電が終了する時刻Ｔ１０で、放電検知回路１１６の出力信号がＨｉｇｈレベルとなる。

ここで、コンデンサ１１７からの放電量は、コンデンサ１１７への充電量と等しいため、充電時間と放電時間とは等しくなる。すなわち、時刻Ｔ１と時刻Ｔ９との間の時間は、時刻Ｔ９と時刻Ｔ１０との間の時間に等しい。よって、制御信号生成回路１１２は、時刻Ｔ１でスイッチング素子１０６をオンするとともに、スイッチング素子１０６をオンしてから微分回路１１４の出力電圧が０Ｖよりも小さくなるまでの時間の２倍の時間が経過したときに、スイッチング素子１０６をオフする。

また、検出器１０４の検出電圧は正弦波であるため、検出電圧が０Ｖから上昇を開始してピーク電圧に達するまでの時間は、検出電圧がピーク電圧に達してから再び０Ｖになるまでの時間に等しい。そのため、時刻Ｔ１０は、検出器１０４の検出電圧が０Ｖになるタイミングと一致する。

したがって、制御回路１０５ｄは、トランスの２次側コイルの出力電圧が０Ｖとなるタイミングで、スイッチング素子１０６をオフすることができる。すなわち、図６に示すようなスイッチング制御を実現することができる。よって、イオン発生の効率を向上させることができる。

〔まとめ〕
本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、１次側コイルへの入力電圧を増幅して、２次側コイルから増幅された電圧を出力するトランスと、前記入力電圧の前記１次側コイルへの入力をオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部とを備える高電圧出力装置であって、前記２次側コイルの出力電圧を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする。

上記構成によれば、トランスの２次側コイルの出力電圧の検出結果に応じて、スイッチング素子のオンオフが制御される。よって、トランスへの入力電圧のばらつきやトランスのインダクタ成分等のばらつきにより、トランスの２次側コイルの出力電圧が変動した場合であっても、当該変動に応じて、スイッチング素子がオンオフ制御される。よって、入力電圧のばらつきやトランスのインダクタ成分等のばらつきにかかわらず、所望の電圧を得ることができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記トランスは、２次側に補助コイルを有し、前記補助コイルの巻数は、前記２次側コイルの巻数よりも小さく、前記検出部は、前記補助コイルに発生する電圧を前記検出結果として前記制御部に出力する構成であってもよい。

上記構成によれば、補助コイルの巻数は、２次側コイルの巻数よりも小さいので、補助コイルに発生する電圧は、２次側コイルの出力電圧よりも低くなる。そのため、制御部は、２次側コイルの出力電圧より低い電圧に基づいて、スイッチング素子を制御することができる。また、トランスの２次側コイルの一端をＧＮＤとする必要がなくなるため、トランス設計の自由度が向上する。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記検出部は、前記出力電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗によって分圧された分圧出力電圧を前記検出結果として前記制御部に出力する構成であってもよい。

上記構成によれば、検出部の出力電圧は、２次側コイルの出力電圧よりも低くなる。そのため、制御部は、２次側コイルの出力電圧より低い電圧に基づいて、スイッチング素子を制御することができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記スイッチング素子をオンした後、前記出力電圧が、既定の電圧に達したときに、前記スイッチング素子をオフする構成であってもよい。

上記構成によれば、上記既定の電圧を、高電圧出力装置をイオン発生装置に適用した場合に、適切なイオン量を発生させるために必要な電圧に設定することにより、何らかの影響により、トランスの１次側コイルの入力電圧が変化した場合や、個体差のあるトランスを用いた場合であっても、安定したイオン発生が可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記出力電圧が前記２次側コイルの最大出力電圧に達したときに、前記スイッチング素子をオフする構成であってもよい。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記スイッチング素子をオンした後、前記出力電圧が減少し始めてから０Ｖになるまでの間に、前記スイッチング素子をオフする構成であってもよい。

上記構成によれば、トランスに蓄えられるエネルギが最大または最大付近となる時点で、スイッチング素子をオフできる。よって、高電圧出力装置をイオン発生装置に適用した場合に、効率よくイオンを発生させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記出力電圧が０Ｖになると同時に、前記スイッチング素子をオフする構成であってもよい。

上記構成によれば、トランスに蓄えられるエネルギが最大となる時点で、スイッチング素子がオフされるので、高電圧出力装置をイオン発生装置に適用した場合に、当該イオン発生装置は高効率にイオンを発生することができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記検出部の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記検出部の出力電圧が前記基準電圧よりも大きくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成する構成であってもよい。

上記構成によれば、例えば基準電圧を、適切なイオン量を発生させるために必要な２次側コイルの出力電圧に対応した値とすることにより、２次側コイルの出力電圧が適切なイオン量を発生させるために必要な電圧に達したときに、スイッチング素子がオフされる。これにより、何らかの影響により、トランスの１次側コイルの入力電圧が変化した場合や、個体差のあるトランスを用いた場合であっても、安定したイオン発生が可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記検出部の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記検出部の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成する構成であってもよい。

上記構成によれば、例えば基準電圧を０Ｖ程度に設定することにより、スイッチング素子がオンしてから２次側コイルの出力電圧が再び０Ｖ程度に低下したときに、スイッチング素子がオフされる。トランスに蓄えられるエネルギが最大または最大付近となる時点で、スイッチング素子をオフできる。よって、高電圧出力装置をイオン発生装置に適用した場合に、効率よくイオンを発生させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記制御信号生成部が前記比較結果を受信するタイミングを遅延させる遅延部をさらに備える構成であってもよい。

上記構成によれば、基準電圧を低く設定することにより、結合率が低いトランスを用いた場合であっても、２次側コイルの出力電圧が最大付近になっているタイミングで、スイッチング素子をオフすることができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記検出部の出力電圧を微分する微分回路と、前記微分回路の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記微分回路の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を前記スイッチング素子に出力する構成であってもよい。

上記構成によれば、検出部の出力電圧がピーク電圧になったときに、微分回路の出力電圧が０Ｖとなる。そのため、例えば基準電圧を０Ｖ程度とした場合に、２次側コイルの出力電圧が最大または最大付近となったときに、スイッチング素子をオフにすることができる。

さらに、本発明の一態様に係る高電圧出力装置は、前記制御部は、前記検出部の出力電圧を微分する微分回路と、前記微分回路の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオンしてから前記微分回路の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなるまでの時間の２倍の時間が経過したときに、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成する構成であってもよい。

上記構成によれば、検出部の出力電圧がピーク電圧になったときに、微分回路の出力電圧が０Ｖとなる。そのため、例えば基準電圧を０Ｖ程度とした場合に、スイッチング素子をオンしてから微分回路の出力電圧が基準電圧よりも小さくなるまでの時間の２倍の時間が経過したタイミングは、２次側コイルの出力電圧が０Ｖ程度に低下するタイミングとほぼ一致する。そのため、トランスに蓄えられるエネルギが最大または最大付近となる時点で、スイッチング素子をオフできる。よって、高電圧出力装置をイオン発生装置に適用した場合に、効率よくイオンを発生させることができる。

さらに、本発明の一態様に係るイオン発生装置は、本発明の一態様に係る高電圧出力装置と、当該高電圧出力装置の出力電圧が印加されることによりイオンを発生するイオン発生素子とを備える。

さらに、本発明の一態様に係る電子機器は、本発明の一態様に係るイオン発生装置を備える。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る高電圧出力装置およびイオン発生装置は、空気清浄機、エアーコンディショナ、加湿器、冷蔵庫などの、あらゆる電子機器に適用可能である。

１００ イオン発生装置
１００ａ イオン発生装置
１００ｂ イオン発生装置
１０１ 入力電源
１０２ トランス
１０３ イオン発生器（イオン発生素子）
１０４ 検出器（検出部）
１０４ａ 検出器（検出部）
１０４ｂ 検出器（検出部）
１０５ 制御回路（制御部）
１０５ａ 制御回路（制御部）
１０５ｂ 制御回路（制御部）
１０５ｃ 制御回路（制御部）
１０５ｄ 制御回路（制御部）
１０６ スイッチング素子
１０７ａ 分圧抵抗
１０７ｂ 分圧抵抗
１０８ １次側コイル
１０９ ２次側コイル
１１０ 補助コイル
１１１ コンパレータ
１１２ 制御信号生成回路（制御信号生成部）
１１３ 遅延回路（遅延部）
１１４ 微分回路
１１５ 充電回路
１１６ 放電検知回路
１１７ コンデンサ
２００ イオン発生装置
２００ａ イオン発生装置
２００ｂ イオン発生装置
２０１ 入力電源
２０２ トランス
２０３ イオン発生器
２０５ 制御回路
２０６ スイッチング素子

Claims (14)

1. １次側コイルへの入力電圧を増幅して、２次側コイルから増幅された電圧を出力するトランスと、
   前記入力電圧の前記１次側コイルへの入力をオンオフするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部とを備える高電圧出力装置であって、
   前記２次側コイルの出力電圧を検出する検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする高電圧出力装置。
2. 前記トランスは、２次側に補助コイルを有し、
   前記補助コイルの巻数は、前記２次側コイルの巻数よりも小さく、
   前記検出部は、前記補助コイルに発生する電圧を前記検出結果として前記制御部に出力することを特徴とする請求項１に記載の高電圧出力装置。
3. 前記検出部は、前記出力電圧を分圧する分圧抵抗を備え、前記分圧抵抗によって分圧された分圧出力電圧を前記検出結果として前記制御部に出力することを特徴とする請求項１に記載の高電圧出力装置。
4. 前記制御部は、前記スイッチング素子をオンした後、前記出力電圧が、既定の電圧に達したときに、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の高電圧出力装置。
5. 前記制御部は、前記出力電圧が前記２次側コイルの最大出力電圧に達したときに、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項４に記載の高電圧出力装置。
6. 前記制御部は、前記スイッチング素子をオンした後、前記出力電圧が減少し始めてから０Ｖになるまでの間に、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の高電圧出力装置。
7. 前記制御部は、前記出力電圧が０Ｖになると同時に、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項６に記載の高電圧出力装置。
8. 前記制御部は、
   前記検出部の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
   前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記検出部の出力電圧が前記基準電圧よりも大きくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成することを特徴とする請求項４または５に記載の高電圧出力装置。
9. 前記制御部は、
   前記検出部の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
   前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記検出部の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成することを特徴とする請求項６または７に記載の高電圧出力装置。
10. 前記制御部は、
    前記制御信号生成部が前記比較結果を受信するタイミングを遅延させる遅延部をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の高電圧出力装置。
11. 前記制御部は、
    前記検出部の出力電圧を微分する微分回路と、
    前記微分回路の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、
    前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
    前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記微分回路の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合に、前記スイッチング素子をオフする制御信号を前記スイッチング素子に出力することを特徴とする請求項４または５に記載の高電圧出力装置。
12. 前記制御部は、
    前記検出部の出力電圧を微分する微分回路と、
    前記微分回路の出力電圧を基準電圧と比較するコンパレータと、
    前記コンパレータの比較結果を受信するとともに、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
    前記制御信号生成部は、既定のタイミングで前記スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオンしてから前記微分回路の出力電圧が前記基準電圧よりも小さくなるまでの時間の２倍の時間が経過したときに、前記スイッチング素子をオフする制御信号を生成することを特徴とする請求項６または７に記載の高電圧出力装置。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の高電圧出力装置と、
    当該高電圧出力装置の出力電圧が印加されることによりイオンを発生するイオン発生素子とを備えることを特徴とするイオン発生装置。
14. 請求項１３に記載のイオン発生装置を備えることを特徴とする電子機器。

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