JP2014203608A - Power supply circuit, and ion generation device and electrical equipment using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply circuit of low power consumption.SOLUTION: In an ion generation device, when a drain-source voltage Vds of a transistor 4 is raised due to a voltage appeared at a primary coil 5a of a step-up transformer 5 after the transistor 4 makes a transition from an on state to an off state, a diode 13 and a Zener diode 14 are turned on, and then, a current I1 flows from the primary coil 5a to a capacitor 11 via the diodes 13 and 14. The current absorbed in the capacitor 11 is supplied to the primary coil 5a when the transistor 4 is turned on, and reused. Accordingly, power consumption can be reduced.

Description

この発明は電源回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関し、特に、昇圧トランスの1次巻線に直列接続されたスイッチング素子を備えた電源回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関する。   The present invention relates to a power supply circuit, an ion generator using the same, and an electric device, and more particularly, a power supply circuit including a switching element connected in series to a primary winding of a step-up transformer, an ion generator using the same, and It relates to electrical equipment.

近年、放電現象を利用してイオンを発生するイオン発生装置が実用化されている。イオン発生装置は、イオン発生素子を放電させるための直流高電圧を発生する電源回路を備えている。この電源回路は、1次巻線の一方端子が直流電源からの直流電圧を受ける昇圧トランスと、1次巻線の他方端子と基準電圧のラインとの間に接続され、交互にオン状態およびオフ状態にされるスイッチング素子と、トランスの2次巻線に現れる交流電圧に基づいて直流高電圧を生成する高電圧発生回路とを含む。   In recent years, ion generators that generate ions using a discharge phenomenon have been put into practical use. The ion generator includes a power supply circuit that generates a DC high voltage for discharging the ion generating element. This power supply circuit is connected between a step-up transformer in which one terminal of a primary winding receives a DC voltage from a DC power supply, the other terminal of the primary winding and a reference voltage line, and is alternately turned on and off. A switching element to be brought into a state, and a high voltage generation circuit for generating a DC high voltage based on an AC voltage appearing in the secondary winding of the transformer.

また、このような電源回路では、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に昇圧トランスの1次巻線の他方端子に電圧が発生するので、そのような電圧からスイッチング素子を保護する必要がある。スイッチング素子を保護する方法としては、抵抗素子とコンデンサの直列接続体をスイッチング素子または1次巻線に並列接続する方法や、ダイオードまたはバリスタを1次巻線に並列接続する方法がある(たとえば、特許文献1,2参照)。   In such a power supply circuit, since the voltage is generated at the other terminal of the primary winding of the step-up transformer after the switching element transitions from the on state to the off state, it is necessary to protect the switching element from such a voltage. is there. As a method for protecting the switching element, there are a method in which a series connection body of a resistance element and a capacitor is connected in parallel to the switching element or the primary winding, and a method in which a diode or a varistor is connected in parallel to the primary winding (for example, (See Patent Documents 1 and 2).

特開2012−89327号公報JP 2012-89327 A 特開2010−103262号公報JP 2010-103262 A

しかし、従来の保護方法では、昇圧トランスの1次巻線の他方端子に現れる電圧を無駄に捨てていたので、消費電力が大きくなるという問題があった(図5参照)。   However, in the conventional protection method, the voltage appearing at the other terminal of the primary winding of the step-up transformer is discarded wastefully, resulting in a problem that power consumption increases (see FIG. 5).

それゆえに、この発明の主たる目的は、低消費電力の電源回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a low power consumption power supply circuit, and an ion generator and an electric device using the power supply circuit.

この発明に係る電源回路は、1次巻線の一方端子が直流電源からの直流電圧を受ける昇圧トランスと、1次巻線の他方端子と基準電圧のラインとの間に接続され、交互にオン状態およびオフ状態にされるスイッチング素子と、トランスの2次巻線に現れる交流電圧に基づいて直流高電圧を生成する高電圧発生回路と、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に1次巻線の他方端子に現れる電圧からスイッチング素子を保護する保護回路と備えたものである。この保護回路は、一方端子が直流電源からの直流電圧を受け、他方端子が1次巻線の一方端子に接続された抵抗素子と、アノードが1次巻線の他方端子に接続された第1のダイオードと、カソードが第1のダイオードのカソードに接続され、アノードが抵抗素子の一方端子に接続されたツェナーダイオードとを含む。   The power supply circuit according to the present invention is connected between a step-up transformer that receives a DC voltage from a DC power supply at one terminal of the primary winding, the other terminal of the primary winding, and a reference voltage line, and is alternately turned on. A switching element that is turned on and off, a high-voltage generating circuit that generates a DC high voltage based on an AC voltage that appears in the secondary winding of the transformer, and a primary after the switching element transitions from the on state to the off state And a protection circuit for protecting the switching element from a voltage appearing at the other terminal of the winding. In this protection circuit, a first element in which one terminal receives a DC voltage from a DC power supply, the other terminal is connected to one terminal of the primary winding, and an anode is connected to the other terminal of the primary winding. And a Zener diode having a cathode connected to the cathode of the first diode and an anode connected to one terminal of the resistance element.

好ましくは、さらに、1次巻線の一方端子と基準電圧のラインとの間に接続された第1のコンデンサを備え、保護回路は、さらに、アノードが直流電源からの直流電圧を受け、カソードが抵抗素子の一方端子に接続された第1のダイオードと、抵抗素子の一方端子と基準電圧のラインとの間に接続された第2のコンデンサとを含む。   Preferably, the protection circuit further includes a first capacitor connected between one terminal of the primary winding and the reference voltage line, and the protection circuit further includes an anode receiving a DC voltage from a DC power source and a cathode A first diode connected to one terminal of the resistance element; and a second capacitor connected between the one terminal of the resistance element and a reference voltage line.

また好ましくは、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に1次巻線の他方端子に現れる電圧がスイッチング素子の耐圧以下になるように、ツェナーダイオードのツェナー電圧が設定されている。   Preferably, the Zener voltage of the Zener diode is set so that the voltage appearing at the other terminal of the primary winding after the switching element transitions from the on state to the off state is equal to or lower than the withstand voltage of the switching element.

また、この発明に係るイオン発生装置は、上記電源回路と、上記電源回路によって生成された直流高電圧によって駆動され、放電現象によってイオンを発生するイオン発生素子とを備えたものである。   An ion generating apparatus according to the present invention includes the power supply circuit and an ion generating element that is driven by a DC high voltage generated by the power supply circuit and generates ions by a discharge phenomenon.

また、この発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置を備えたものである。   An electric apparatus according to the present invention includes the above-described ion generator.

この発明に係る電源回路では、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に昇圧トランスの1次巻線に現れる電圧は第1のダイオードおよびツェナーダイオードを介して直流電源に吸収される。したがって、1次巻線の他方端子に現れる電圧を無駄に捨てることなく利用するので、消費電力の低減化を図ることができる。   In the power supply circuit according to the present invention, the voltage appearing in the primary winding of the step-up transformer after the switching element transitions from the on-state to the off-state is absorbed by the DC power supply via the first diode and the Zener diode. Therefore, since the voltage appearing at the other terminal of the primary winding is used without being wasted, power consumption can be reduced.

本発明の比較例1となるイオン発生装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the ion generator used as the comparative example 1 of this invention. 図1に示した制御信号CNTの波形を示すタイムチャートである。2 is a time chart showing a waveform of a control signal CNT shown in FIG. 1. 図1に示した昇圧トランスの2次巻線に現れる交流電圧の波形を示すタイムチャートである。2 is a time chart showing a waveform of an AC voltage appearing in a secondary winding of the step-up transformer shown in FIG. 1. 図1に示したNチャネルMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧の波形を示すタイムチャートである。2 is a time chart showing a waveform of a drain-source voltage of the N-channel MOS transistor shown in FIG. 本発明の比較例2となるイオン発生装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the ion generator used as the comparative example 2 of this invention. 本発明の一実施の形態となるイオン発生装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the ion generator used as one embodiment of this invention. 図6に示したNチャネルMOSトランジスタのドレイン−ソース間電圧の波形を示すタイムチャートである。7 is a time chart showing a waveform of a drain-source voltage of the N-channel MOS transistor shown in FIG. 6. 本発明の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of this invention. 本発明の効果を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the effect of this invention.

[比較例1]
本発明の比較例1となるイオン発生装置は、図1に示すように、DC/DCコンバータ1、マイクロコンピュータ2、コンデンサ3、NチャネルMOSトランジスタ(スイッチング素子)4、昇圧トランス5、高電圧発生回路6、正イオン発生素子7、および負イオン発生素子8を備える。イオン発生装置のうちのイオン発生素子7,8以外の部分は、電源回路を構成する。
[Comparative Example 1]
As shown in FIG. 1, an ion generator according to Comparative Example 1 of the present invention includes a DC / DC converter 1, a microcomputer 2, a capacitor 3, an N-channel MOS transistor (switching element) 4, a step-up transformer 5, a high voltage generator. A circuit 6, a positive ion generation element 7, and a negative ion generation element 8 are provided. Parts other than the ion generating elements 7 and 8 in the ion generating device constitute a power supply circuit.

DC/DCコンバータ1は、外部から与えられる電源電圧VCCに基づいて一定の直流電源電圧VDD(たとえば、20V)を生成する。コンデンサ3は、DC/DCコンバータ1の出力端子と基準電圧VSSのラインとの間に接続され、直流電源電圧VDDを平滑化および安定化させる。また、コンデンサ3は、昇圧トランス5に大きな電流を瞬間的に流すために設けられている。   The DC / DC converter 1 generates a constant DC power supply voltage VDD (for example, 20 V) based on a power supply voltage VCC given from the outside. Capacitor 3 is connected between the output terminal of DC / DC converter 1 and the line of reference voltage VSS, and smoothes and stabilizes DC power supply voltage VDD. Further, the capacitor 3 is provided in order to flow a large current through the step-up transformer 5 instantaneously.

昇圧トランス5は、1次巻線5aおよび2次巻線5bを含む。2次巻線5bの巻数は、1次巻線5aの巻数よりも大きい。1次巻線5aの一方端子は直流電源電圧VDDを受ける。NチャネルMOSトランジスタ4のドレインは1次巻線5aの他方端子に接続され、そのソースは基準電圧VSSのラインに接続される。NチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間の耐圧は、たとえば100Vである。   Step-up transformer 5 includes a primary winding 5a and a secondary winding 5b. The number of turns of the secondary winding 5b is larger than the number of turns of the primary winding 5a. One terminal of primary winding 5a receives DC power supply voltage VDD. The drain of N channel MOS transistor 4 is connected to the other terminal of primary winding 5a, and the source thereof is connected to the line of reference voltage VSS. The breakdown voltage between the drain and source of N channel MOS transistor 4 is, for example, 100V.

マイクロコンピュータ2は、外部から与えられる直流電源電圧VCCによって駆動され、制御信号CNTを生成してNチャネルMOSトランジスタ4のゲートに与える。制御信号CNTは、図2に示すように、所定の周期で交互に「H」レベルおよび「L」レベルにされる信号である。制御信号CNTのデューティ比は、マイクロコンピュータ2によって調整される。   The microcomputer 2 is driven by a DC power supply voltage VCC supplied from the outside, generates a control signal CNT, and supplies it to the gate of the N-channel MOS transistor 4. As shown in FIG. 2, the control signal CNT is a signal that is alternately set to the “H” level and the “L” level in a predetermined cycle. The duty ratio of the control signal CNT is adjusted by the microcomputer 2.

制御信号CNTが「H」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ4がオンし、DC/DCコンバータ1の出力端子から1次巻線5aおよびNチャネルMOSトランジスタ4を介して基準電圧VSSのラインに電流が流れる。制御信号CNTが「L」レベルにされると、NチャネルMOSトランジスタ4がオフする。   When control signal CNT is set to “H” level, N-channel MOS transistor 4 is turned on, and the line of reference voltage VSS from the output terminal of DC / DC converter 1 through primary winding 5 a and N-channel MOS transistor 4. Current flows through When control signal CNT is set to “L” level, N-channel MOS transistor 4 is turned off.

制御信号CNTが、「H」レベルにされる毎に、図3に示すように、トランス5の2次巻線5bにリンギングが発生する。すなわち、制御信号CNTが所定時間だけ「H」レベルに立ち上げられると、トランス5の2次巻線5bには正負に振動しながら徐々に減衰する交流電圧V2が発生する。   Each time the control signal CNT is set to the “H” level, as shown in FIG. 3, ringing occurs in the secondary winding 5 b of the transformer 5. That is, when the control signal CNT is raised to the “H” level for a predetermined time, an alternating voltage V2 that gradually attenuates while vibrating positively and negatively is generated in the secondary winding 5b of the transformer 5.

高電圧発生回路6は、交流電圧V2に基づいて正の直流高電圧VPおよび負の直流高電圧VNを生成する。たとえば、高電圧発生回路6は、2つのダイオードを含み、交流電圧V2のうちの正電圧のみを正イオン発生素子7に通過させ、交流電圧V2のうちの負電圧のみを負イオン発生素子8に通過させる。   The high voltage generation circuit 6 generates a positive DC high voltage VP and a negative DC high voltage VN based on the AC voltage V2. For example, the high voltage generation circuit 6 includes two diodes, passes only the positive voltage of the AC voltage V2 through the positive ion generation element 7, and passes only the negative voltage of the AC voltage V2 to the negative ion generation element 8. Let it pass.

正イオン発生素子7は、高電圧発生回路6からの正の直流高電圧VPによって駆動され、放電現象によって正イオンを発生する。負イオン発生素子8は、高電圧発生回路6からの負の直流高電圧VNによって駆動され、放電現象によって負イオンを発生する。   The positive ion generating element 7 is driven by the positive DC high voltage VP from the high voltage generating circuit 6 and generates positive ions by a discharge phenomenon. The negative ion generation element 8 is driven by the negative DC high voltage VN from the high voltage generation circuit 6 and generates negative ions by a discharge phenomenon.

正イオン発生素子7と負イオン発生素子8は、受ける直流高電圧の極性が異なるだけであり、同じ構成である。イオン発生素子7,8としては、たとえば、金属線、鋭角部を持った金属板、針形状の金属などを放電電極とし、大地電位の金属板やグリッドなどを誘導電極(対向電極)としたものがある。また、イオン発生素子7,8の他の例としては、金属線、鋭角部を持った金属板、針形状の金属などを放電電極とし、誘導電極の代わりに大地を用いて特に誘導電極を配置しないものがある。   The positive ion generation element 7 and the negative ion generation element 8 have the same configuration except that the polarity of the direct-current high voltage received is different. As the ion generating elements 7 and 8, for example, a metal wire, a metal plate having an acute angle portion, a needle-shaped metal or the like is used as a discharge electrode, and a ground potential metal plate or grid is used as an induction electrode (counter electrode). There is. Further, as other examples of the ion generating elements 7 and 8, a metal wire, a metal plate having an acute angle portion, a needle-shaped metal or the like is used as a discharge electrode, and an induction electrode is particularly arranged by using the ground instead of the induction electrode. There is something not to do.

イオン発生素子7,8では、空気が絶縁体の役割を果たす。また、イオン発生素子7,8では、放電電極と誘導電極の間(または放電電極と大地の間)に高電圧を印加すると、放電電極の鋭角形状の先端で電界集中が生じ、その先端の極近部分の空気が絶縁破壊し、放電現象によってイオンが発生する。   In the ion generating elements 7 and 8, air serves as an insulator. In addition, in the ion generating elements 7 and 8, when a high voltage is applied between the discharge electrode and the induction electrode (or between the discharge electrode and the ground), electric field concentration occurs at the acute-angled tip of the discharge electrode, and the pole at the tip is formed. Near air breaks down and ions are generated by the discharge phenomenon.

図4(a)はNチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間電圧Vds(V)の変化を示すタイムチャートであり、図4(b)は図4(a)の時刻t1前後の時間軸を拡大した図である。図4(a)(b)において、初期状態ではNチャネルMOSトランジスタ4はオフしており、Vdsは直流電源電圧VDD(20V)に一致しているものとする。   FIG. 4A is a time chart showing changes in the drain-source voltage Vds (V) of the N-channel MOS transistor 4, and FIG. 4B is an enlarged view of the time axis around time t1 in FIG. 4A. FIG. 4 (a) and 4 (b), it is assumed that the N-channel MOS transistor 4 is off in the initial state, and Vds is equal to the DC power supply voltage VDD (20V).

時刻t0において、NチャネルMOSトランジスタ4がオンされると、DC/DCコンバータ1の出力端子から昇圧トランス5の1次巻線5aおよびNチャネルMOSトランジスタ4を介して基準電圧VSSのラインに電流が流れ、1次巻線5aに電磁エネルギーが蓄えられる。このとき、Vdsは0Vになる。   When N channel MOS transistor 4 is turned on at time t0, current flows from the output terminal of DC / DC converter 1 to the line of reference voltage VSS via primary winding 5a of step-up transformer 5 and N channel MOS transistor 4. The electromagnetic energy is stored in the primary winding 5a. At this time, Vds becomes 0V.

時刻t1において、NチャネルMOSトランジスタ4がオフされると、1次巻線5aに蓄えられた電磁エネルギーにより、1次巻線5aの電流が流れ続けようとする。しかし、NチャネルMOSトランジスタ4がオフされるので、電流の行き場が無くなり、NチャネルMOSトランジスタ4のドレインにサージ電圧が発生する。VdsがNチャネルMOSトランジスタ4の耐圧(100V)を超えると、NチャネルMOSトランジスタ4は破損し、Vdsのピーク値は137Vとなった。   When the N-channel MOS transistor 4 is turned off at time t1, the current in the primary winding 5a tends to continue to flow due to the electromagnetic energy stored in the primary winding 5a. However, since N channel MOS transistor 4 is turned off, there is no current source and a surge voltage is generated at the drain of N channel MOS transistor 4. When Vds exceeded the breakdown voltage (100V) of the N-channel MOS transistor 4, the N-channel MOS transistor 4 was damaged, and the peak value of Vds was 137V.

[比較例2]
図5は、本発明の比較例2となるイオン発生装置の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図5を参照して、このイオン発生装置が図1のイオン発生装置と異なる点は、ツェナーダイオード9が追加されている点である。ツェナーダイオード9のアノードおよびカソードは、それぞれNチャネルMOSトランジスタ4のソースおよびドレインに接続される。ツェナーダイオード9のツェナー電圧Vz9は、たとえば30Vである。
[Comparative Example 2]
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a configuration of an ion generating apparatus serving as a comparative example 2 of the present invention, and is a figure to be compared with FIG. Referring to FIG. 5, the ion generator differs from the ion generator of FIG. 1 in that a Zener diode 9 is added. Zener diode 9 has its anode and cathode connected to the source and drain of N-channel MOS transistor 4, respectively. The Zener voltage Vz9 of the Zener diode 9 is, for example, 30V.

NチャネルMOSトランジスタ4がオン状態からオフ状態に遷移した後も昇圧トランス5の1次巻線5aに電流が流れ続けようとするが、行き場のない電流によってNチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。Vdsがツェナー電圧Vz9を超えると、図中の矢印で示すように、ツェナーダイオード9に電流が流れる。このため、VdsはVz9に維持され、NチャネルMOSトランジスタ4が破壊されるのを防止することができる。ただし、NチャネルMOSトランジスタ4のオフ時に1次巻線5aに現れる電圧は無駄に捨てられるので、イオン発生装置の消費電力は大きくなる。   Even after the N-channel MOS transistor 4 transitions from the ON state to the OFF state, a current continues to flow through the primary winding 5a of the step-up transformer 5, but the current between the drain and the source of the N-channel MOS transistor 4 due to a current that does not go The voltage Vds increases. When Vds exceeds the Zener voltage Vz9, a current flows through the Zener diode 9, as indicated by an arrow in the figure. For this reason, Vds is maintained at Vz9, and the N-channel MOS transistor 4 can be prevented from being destroyed. However, since the voltage appearing in the primary winding 5a when the N-channel MOS transistor 4 is turned off is wasted, the power consumption of the ion generator increases.

[実施の形態]
図6は、本発明の一実施の形態となるイオン発生装置の構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図6を参照して、このイオン発生装置が図1のイオン発生装置と異なる点は、ダイオード10,13、コンデンサ11、抵抗素子12、およびツェナーダイオード14が追加されている点である。
[Embodiment]
FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration of an ion generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and is a diagram to be compared with FIG. Referring to FIG. 6, the ion generator differs from the ion generator of FIG. 1 in that diodes 10 and 13, a capacitor 11, a resistance element 12, and a Zener diode 14 are added.

ダイオード10のアノードは、DC/DCコンバータ1の出力端子に接続される。コンデンサ11は、ダイオード10のカソードと基準電圧VSSのラインとの間に接続される。抵抗素子12の一方端子(ノードN1)はダイオード10のカソードに接続され、抵抗素子12の他方端子は昇圧トランス5の1次巻線5aの一方端子に接続される。ダイオード13のアノードは、1次巻線5aの他方端子(NチャネルMOSトランジスタ4のドレイン)に接続される。ツェナーダイオード14のカソードは、ダイオード13のカソードに接続される。ツェナーダイオード14のアノードは、抵抗素子12の一方端子(ダイオード10のカソード)に接続される。   The anode of the diode 10 is connected to the output terminal of the DC / DC converter 1. The capacitor 11 is connected between the cathode of the diode 10 and the reference voltage VSS line. One terminal (node N1) of resistance element 12 is connected to the cathode of diode 10, and the other terminal of resistance element 12 is connected to one terminal of primary winding 5a of step-up transformer 5. The anode of the diode 13 is connected to the other terminal (the drain of the N-channel MOS transistor 4) of the primary winding 5a. The cathode of the Zener diode 14 is connected to the cathode of the diode 13. The anode of the Zener diode 14 is connected to one terminal of the resistance element 12 (the cathode of the diode 10).

ツェナーダイオード14のツェナー電圧をVz14とし、NチャネルMOSトランジスタ4の耐圧をVbとすると、VDD+Vz14<VbとなるようにVz14が設定されている。また、ダイオード13を設けずにツェナーダイオード14だけを設けると、NチャネルMOSトランジスタ4をオンさせたときにツェナーダイオード14が順バイアス方向となり、ツェナーダイオード14およびNチャネルMOSトランジスタ4に大電流が流れてしまう。そこで、それを防止するためにダイオード13をツェナーダイオード14と逆方向に接続している。   When the Zener voltage of the Zener diode 14 is Vz14 and the breakdown voltage of the N-channel MOS transistor 4 is Vb, Vz14 is set to satisfy VDD + Vz14 <Vb. If only the Zener diode 14 is provided without providing the diode 13, the Zener diode 14 becomes forward biased when the N-channel MOS transistor 4 is turned on, and a large current flows through the Zener diode 14 and the N-channel MOS transistor 4. End up. Therefore, in order to prevent this, the diode 13 is connected to the Zener diode 14 in the opposite direction.

NチャネルMOSトランジスタ4がオンされた後にオフされると、昇圧トランス5の1次巻線5aに電流が流れ続けようとするが、行き場のない電流によってNチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間電圧Vdsが上昇する。Vdsがツェナー電圧Vz14を超えるとツェナーダイオード14がオンし、図中の矢印で示すように、1次巻線5aからダイオード13およびツェナーダイオード14を介してノードN1に電流I1が流れる。   When the N-channel MOS transistor 4 is turned off after being turned on, a current continues to flow through the primary winding 5a of the step-up transformer 5, but the drain-source voltage of the N-channel MOS transistor 4 is caused by a current that does not go. Vds rises. When Vds exceeds the Zener voltage Vz14, the Zener diode 14 is turned on, and a current I1 flows from the primary winding 5a to the node N1 through the diode 13 and the Zener diode 14 as indicated by an arrow in the figure.

この電流I1は、コンデンサ11と抵抗素子12に分流される。抵抗素子12の抵抗値は、コンデンサ11の内部抵抗値よりも十分に大きな値に設定されている。また、ダイオード10は、電流I1がDC/DCコンバータ10に逆流するのを防止する。このため、電流I1の大部分は、コンデンサ11に吸収されて蓄えられる。コンデンサ11に蓄えられた電流は、次にNチャネルMOSトランジスタ4がオンされたときに1次巻線5aに流されて再利用される。   This current I1 is shunted to the capacitor 11 and the resistance element 12. The resistance value of the resistance element 12 is set to a value sufficiently larger than the internal resistance value of the capacitor 11. The diode 10 prevents the current I1 from flowing back to the DC / DC converter 10. For this reason, most of the current I1 is absorbed and stored in the capacitor 11. The current stored in the capacitor 11 is passed through the primary winding 5a and reused when the N-channel MOS transistor 4 is next turned on.

このため、VdsはVDD+Vz14(<Vb)に維持され、NチャネルMOSトランジスタ4が破壊されるを防止することができる。また、1次巻線5aに発生した電流I1をコンデンサ11に蓄えて再利用するので、イオン発生装置の消費電力の低減化を図ることができる。   For this reason, Vds is maintained at VDD + Vz14 (<Vb), and the N-channel MOS transistor 4 can be prevented from being destroyed. In addition, since the current I1 generated in the primary winding 5a is stored in the capacitor 11 and reused, the power consumption of the ion generator can be reduced.

図7(a)はNチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間電圧Vds(V)の変化を示すタイムチャートであり、図7(b)は図7(a)の時刻t1前後の時間軸を拡大した図であり、図7(a)(b)は図4(a)(b)と対比される図である。図7(a)(b)において、初期状態ではNチャネルMOSトランジスタ4はオフしており、Vdsは直流電源電圧VDD(20V)に一致しているものとする。   FIG. 7A is a time chart showing changes in the drain-source voltage Vds (V) of the N-channel MOS transistor 4, and FIG. 7B is an enlarged view of the time axis around time t1 in FIG. 7A. FIGS. 7A and 7B are diagrams compared with FIGS. 4A and 4B. 7A and 7B, it is assumed that the N-channel MOS transistor 4 is off in the initial state and Vds is equal to the DC power supply voltage VDD (20 V).

時刻t0において、NチャネルMOSトランジスタ4がオンされると、DC/DCコンバータ1の出力端子から抵抗素子12、昇圧トランス5の1次巻線5a、およびNチャネルMOSトランジスタ4を介して基準電圧VSSのラインに電流が流れ、1次巻線5aに電磁エネルギーが蓄えられる。このとき、Vdsは0Vになる。   When N channel MOS transistor 4 is turned on at time t 0, reference voltage VSS is output from the output terminal of DC / DC converter 1 through resistance element 12, primary winding 5 a of step-up transformer 5, and N channel MOS transistor 4. Current flows through the first line, and electromagnetic energy is stored in the primary winding 5a. At this time, Vds becomes 0V.

時刻t1において、NチャネルMOSトランジスタ4がオフされると、1次巻線5aに蓄えられた電磁エネルギーにより、1次巻線5aの電流が流れ続けようとする。しかし、NチャネルMOSトランジスタ4がオフされるので、電流の行き場が無くなり、NチャネルMOSトランジスタ4のドレインにサージ電圧が発生する。VdsがVDD+Vz14(=52V)を超えると、ダイオード13およびツェナーダイオード14がオンし、1次巻線5aからダイオード13およびツェナーダイオード14を介してコンデンサ11に電流I1が流れる。このため、Vdsのピーク値は52Vで飽和し、NチャネルMOSトランジスタ4は破壊されなかった。   When the N-channel MOS transistor 4 is turned off at time t1, the current in the primary winding 5a tends to continue to flow due to the electromagnetic energy stored in the primary winding 5a. However, since N channel MOS transistor 4 is turned off, there is no current source and a surge voltage is generated at the drain of N channel MOS transistor 4. When Vds exceeds VDD + Vz14 (= 52V), the diode 13 and the Zener diode 14 are turned on, and the current I1 flows from the primary winding 5a to the capacitor 11 via the diode 13 and the Zener diode 14. For this reason, the peak value of Vds was saturated at 52 V, and the N-channel MOS transistor 4 was not destroyed.

また、図8(a)〜(c)に示すように、比較例1,2のイオン発生装置にもダイオード10、コンデンサ11、および抵抗素子12を設け、比較例1、比較例2、および本願発明のイオン発生装置の各々において、消費電流とNチャネルMOSトランジスタ4のドレイン−ソース間電圧Vdsのピーク値を測定した。   Further, as shown in FIGS. 8A to 8C, the ion generators of Comparative Examples 1 and 2 are also provided with a diode 10, a capacitor 11, and a resistance element 12, and Comparative Examples 1 and 2 and the present application are provided. In each of the ion generators of the invention, the current consumption and the peak value of the drain-source voltage Vds of the N-channel MOS transistor 4 were measured.

ただし、直流電源電圧VDDを20Vとし、コンデンサ11として4.7μFのセラミックコンデンサを使用し、抵抗素子12の抵抗値を100Ωとし、ツェナーダイオード9,13のツェナー電圧Vzを30Vとし、NチャネルMOSトランジスタ4のソース−ドレイン間耐圧Vbを100Vとした。   However, the DC power supply voltage VDD is set to 20V, a 4.7 μF ceramic capacitor is used as the capacitor 11, the resistance value of the resistance element 12 is set to 100Ω, the Zener voltage Vz of the Zener diodes 9 and 13 is set to 30V, and the N-channel MOS transistor The source-drain breakdown voltage Vb of 4 was set to 100V.

図9は、測定結果を示す図である。図9の上段に示すように、比較例1、比較例2、および本願発明の消費電流はそれぞれ12.5mA、14.5mA、13.1mAであった。また、図9の下段に示すように、比較例1、比較例2、および本願発明のVdsのピーク値は136V、31V、52Vであった。   FIG. 9 is a diagram showing measurement results. As shown in the upper part of FIG. 9, the consumption currents of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the present invention were 12.5 mA, 14.5 mA, and 13.1 mA, respectively. Moreover, as shown in the lower part of FIG. 9, the peak values of Vds of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the present invention were 136V, 31V, and 52V.

比較例1では、消費電流は小さかったが、Vdsのピーク値がVbを超え、NチャネルMOSトランジスタ4が破壊された。比較例2では、Vdsのピーク値は最も小さな値になったが、消費電流が最も大きな値になった。本願発明では、VdsはVbの1/2程度に抑制され、消費電流は比較例2よりも小さかった。したがって、本願発明によれば、NチャネルMOSトランジスタ4が破壊されるのを防止することができ、かつ消費電流を最も小さくすることができた。   In Comparative Example 1, the current consumption was small, but the peak value of Vds exceeded Vb, and the N-channel MOS transistor 4 was destroyed. In Comparative Example 2, the peak value of Vds was the smallest value, but the current consumption was the largest value. In the present invention, Vds was suppressed to about ½ of Vb, and the current consumption was smaller than that of Comparative Example 2. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the N-channel MOS transistor 4 from being destroyed and to minimize the current consumption.

また、本願発明のイオン発生装置は、空間にイオンを放出して室内環境を改善することができ、種々の電気機器に搭載することが可能である。電気機器に該当する例としては、主として閉空間(家屋内、ビル内の一室、病院の病室や手術室、車内、飛行機内、船内、倉庫内、冷蔵庫の庫内等)で使用される空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置などを挙げることができる。   Moreover, the ion generator of this invention can discharge | release ion to space, can improve indoor environment, and can be mounted in various electric equipment. Examples that apply to electrical equipment include air used mainly in closed spaces (houses, rooms in buildings, hospital rooms and operating rooms, cars, airplanes, ships, warehouses, refrigerators, etc.) A harmony machine, a dehumidifier, a humidifier, an air cleaner, a refrigerator, a fan heater, a microwave oven, a washing dryer, a vacuum cleaner, a sterilizer, etc. can be mentioned.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 DC/DCコンバータ、2 マイクロコンピュータ、3,11 コンデンサ、4 NチャネルMOSトランジスタ、5 昇圧トランス、5a 1次巻線、5b 2次巻線、6 高電圧発生回路、7 正イオン発生素子、8 負イオン発生素子、9,14 ツェナーダイオード、10,13 ダイオード。   1 DC / DC converter, 2 microcomputer, 3,11 capacitor, 4 N-channel MOS transistor, 5 step-up transformer, 5a primary winding, 5b secondary winding, 6 high voltage generation circuit, 7 positive ion generation element, 8 Negative ion generating element, 9,14 Zener diode, 10,13 diode.

Claims (5)

1次巻線の一方端子が直流電源からの直流電圧を受ける昇圧トランスと、
前記1次巻線の他方端子と基準電圧のラインとの間に接続され、交互にオン状態およびオフ状態にされるスイッチング素子と、
前記トランスの2次巻線に現れる交流電圧に基づいて直流高電圧を生成する高電圧発生回路と、
前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に前記1次巻線の他方端子に現れる電圧から前記スイッチング素子を保護する保護回路と備え、
前記保護回路は、
一方端子が前記直流電源からの直流電圧を受け、他方端子が前記1次巻線の一方端子に接続された抵抗素子と、
アノードが前記1次巻線の他方端子に接続された第1のダイオードと、
カソードが前記第1のダイオードのカソードに接続され、アノードが前記抵抗素子の一方端子に接続されたツェナーダイオードとを含む、電源回路。
A step-up transformer in which one terminal of the primary winding receives a DC voltage from a DC power supply;
A switching element connected between the other terminal of the primary winding and a reference voltage line and alternately turned on and off;
A high voltage generating circuit for generating a DC high voltage based on an AC voltage appearing in the secondary winding of the transformer;
A protection circuit for protecting the switching element from a voltage appearing at the other terminal of the primary winding after the switching element transitions from an on state to an off state;
The protection circuit is
A resistance element having one terminal receiving a DC voltage from the DC power supply and the other terminal connected to one terminal of the primary winding;
A first diode having an anode connected to the other terminal of the primary winding;
And a Zener diode having a cathode connected to the cathode of the first diode and an anode connected to one terminal of the resistance element.
さらに、前記1次巻線の一方端子と前記基準電圧のラインとの間に接続された第1のコンデンサを備え、
前記保護回路は、
さらに、アノードが前記直流電源からの直流電圧を受け、カソードが前記抵抗素子の一方端子に接続された第2のダイオードと、
前記抵抗素子の一方端子と前記基準電圧のラインとの間に接続された第2のコンデンサとを含む、請求項1に記載の電源回路。
And a first capacitor connected between one terminal of the primary winding and the reference voltage line;
The protection circuit is
A second diode having an anode receiving a DC voltage from the DC power source and a cathode connected to one terminal of the resistance element;
The power supply circuit according to claim 1, further comprising a second capacitor connected between one terminal of the resistance element and the reference voltage line.
前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に遷移した後に前記1次巻線の他方端子に現れる電圧が前記スイッチング素子の耐圧以下になるように、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧が設定されている、請求項1または請求項2に記載の電源回路。   The Zener voltage of the Zener diode is set so that a voltage appearing at the other terminal of the primary winding after the switching element transitions from an on state to an off state is equal to or lower than a withstand voltage of the switching element. The power supply circuit according to claim 1. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電源回路と、
前記電源回路によって生成された直流高電圧によって駆動され、放電現象によってイオンを発生するイオン発生素子とを備える、イオン発生装置。
The power supply circuit according to any one of claims 1 to 3,
An ion generation device comprising: an ion generation element that is driven by a high DC voltage generated by the power supply circuit and generates ions by a discharge phenomenon.
請求項4に記載のイオン発生装置を備える、電気機器。   An electric apparatus comprising the ion generator according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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