JP4329672B2 - Electrostatic atomizer - Google Patents
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Description
本発明は静電霧化装置、殊にナノサイズミストを発生させるための静電霧化装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic atomizer, and more particularly to an electrostatic atomizer for generating nano-size mist.
水が供給される放電電極と対向電極との間に高電圧を印加して放電させることで、放電電極が保持している水にレイリー分裂を生じさせて霧化させることでナノメータサイズの帯電微粒子水（ナノサイズミスト）を生成する静電霧化装置がある。 By applying a high voltage between the discharge electrode to which water is supplied and the counter electrode to cause discharge, nanometer-sized charged fine particles are generated by causing Rayleigh splitting in the water held by the discharge electrode and atomization. There are electrostatic atomizers that produce water (nanosize mist).
上記帯電微粒子水は、ラジカルを含んでいるとともに長寿命であって、空間内への拡散を大量に行うことができ、室内の壁面や衣服やカーテンなどに付着した悪臭成分などに効果的に作用し、無臭化することができるといった特徴を有している。 The above charged fine particle water contains radicals and has a long life, can be diffused in a large amount of space, and effectively acts on malodorous substances adhering to indoor walls, clothes, curtains, etc. However, it has a feature that it can be non-brominated.
しかし、水タンクに入れた水を毛細管現象によって放電電極に供給するものでは、水タンクへの水の補給を使用者に強いることになる。この手間を不要とするために空気を冷却することで水を生成する熱交換部を設けて、熱交換部で生成した水（結露水）を放電電極に送ることが考えられるが、この場合、熱交換部で結露水を生成してこの水を放電電極まで送るのに少なくとも数分程度の時間がかかってしまう。
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、水の補給の手間が不要である上にナノサイズミストの発生のための安定した放電状態を継続させることができる静電霧化装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and does not require the trouble of replenishing water and is capable of maintaining a stable discharge state for the generation of nano-size mist. An object of the present invention is to provide an atomizing device.
上記課題を解決するために本発明に係る静電霧化装置は、放電電極とこれに対向する対向電極並びに両電極間に高電圧を印加する高圧電源部を備えるとともに、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間の放電電流値に応じて上記冷却手段による放電電極の冷却度合を調整して前記放電電極上の結露水量を制御する制御手段とを備えていることに特徴を有している。放電電極を冷却することで静電霧化させるための水を放電電極上に結露水として生じるようにしたものであり、また放電電流値に応じて冷却手段によって生成される結露水量を制御することで、結露水の生成と放電による霧化とが継続してなされるようにしたものである。 In order to solve the above-described problems, an electrostatic atomizer according to the present invention includes a discharge electrode, a counter electrode opposed to the discharge electrode, and a high-voltage power supply unit that applies a high voltage between the two electrodes, and cools the discharge electrode. Cooling means for generating water on the discharge electrode portion based on the moisture in the air, and adjusting the degree of cooling of the discharge electrode by the cooling means in accordance with the discharge current value between the two electrodes , and condensation on the discharge electrode And a control means for controlling the amount of water . Water for electrostatic atomization is generated on the discharge electrode as condensed water by cooling the discharge electrode, and the amount of condensed water generated by the cooling means is controlled according to the discharge current value. Thus, generation of condensed water and atomization by discharge are continuously performed.
ここにおける制御手段は、放電電圧に応じて規定される放電電流値を基に上記冷却手段による放電電極の冷却度合を調整するものを好適に用いることができる。 As the control means, one that adjusts the cooling degree of the discharge electrode by the cooling means based on the discharge current value defined according to the discharge voltage can be suitably used.
上記制御手段は、測定した放電電流値と目標放電電流値との差及び放電電流値の時間的変化率に応じて制御を行うものや、放電電極の冷却温度に応じた補正を加えて制御を行うもの、更には放電電流が少ない時は冷却手段によって放電電極を更に冷却し、放電電流が多い時は放電電極の冷却を緩和する方向に冷却度合を制御するものであると、より適切な制御を行うことができる。
また制御手段は、上記両電極間の放電電流値が予め設定された下限値未満である時、放電電極上に結露水を生成することができる環境となるまで待機状態とするもの、上記両電極間の放電電流値が予め設定された上限値を越える時、冷却手段をオフとして結露水の生成を停止するもの、上記両電極間の放電電流値が予め設定された所定の値を越える時、放電を停止するものであることが好ましく、更には冷却手段による冷却度合の調整によっても放電電流値が変化しない時、または冷却を緩和しても放電電流値が増加する時、一定時間運転を停止する待機状態とするものを好適に用いることができる。
The control means performs control according to the difference between the measured discharge current value and the target discharge current value and the temporal change rate of the discharge current value, or adds correction according to the cooling temperature of the discharge electrode. When the discharge current is low, the discharge electrode is further cooled by the cooling means, and when the discharge current is high, the degree of cooling is controlled so as to reduce the cooling of the discharge electrode. It can be performed.
In addition, when the discharge current value between the two electrodes is less than a preset lower limit value, the control means is in a standby state until an environment in which condensed water can be generated on the discharge electrode, When the discharge current value between exceeds the preset upper limit value, the cooling means is turned off and the generation of condensed water is stopped, when the discharge current value between the two electrodes exceeds a preset predetermined value, It is preferable to stop the discharge, and furthermore, when the discharge current value does not change even by adjusting the cooling degree by the cooling means, or when the discharge current value increases even if cooling is eased, the operation is stopped for a certain period of time. What makes it the standby state to perform can be used suitably.
また、上記制御手段は運転開始初期の結露水が放電電極上に生成されていない期間だけ、放電電極の温度検出情報に基づくフィードバック制御を冷却手段に対して行うものが好ましく、この時の制御手段は放電電極の温度検出情報に基づくフィードバック制御の期間を放電電極の冷却温度に応じて決定するものや、運転開始初期の冷却手段の制御を環境温度あるいは環境湿度に基づいて設定された放電電極の冷却温度に応じたもので行うものを好適に用いることができる。 In addition, the control means preferably performs feedback control based on the temperature detection information of the discharge electrode for the cooling means only during a period in which condensed water at the initial stage of operation is not generated on the discharge electrode. Determines the period of feedback control based on the discharge electrode temperature detection information according to the discharge electrode cooling temperature, or controls the cooling means at the initial stage of operation of the discharge electrode set based on the environmental temperature or environmental humidity . What is performed according to the cooling temperature can be suitably used.
そして、放電電流を検出する放電電流検出回路には、放電回路に挿入された電流検出用の抵抗に流れる電流を加算回路にて基準の電流からの加算として出力電圧で取り出すものが好ましく、放電電圧を検出する放電電圧検出回路には放電電圧検出用の抵抗に流れる電流を加算回路にて基準の電流からの加算として出力電圧で取り出すものが好ましく、いずれのものも出力電圧にオフセット電圧を持たせたものとするのがよい。 The discharge current detection circuit for detecting the discharge current preferably takes out the current flowing through the current detection resistor inserted in the discharge circuit as an addition from the reference current by the addition circuit as an output voltage, and the discharge voltage The discharge voltage detection circuit for detecting the discharge voltage is preferably a circuit that takes out the current flowing through the discharge voltage detection resistor as an addition from the reference current by the adder circuit as the output voltage, and in either case, the output voltage has an offset voltage. It should be good.
高圧電源部における高圧発生手段は、自励式発振で昇圧を行うものであるとともに昇圧された電圧値を変化させる手段を備えたものが好適である。 The high-voltage generating means in the high-voltage power supply unit is preferably one that boosts by self-excited oscillation and that includes means for changing the boosted voltage value.
放電電圧を検出する放電電圧検出回路を備えるとともに、高圧電源部における高圧発生手段は上記放電電圧検出回路の検出出力がフィードバックされるものが好ましい。 It is preferable that a discharge voltage detection circuit for detecting the discharge voltage is provided, and that the high voltage generating means in the high voltage power supply unit feed back the detection output of the discharge voltage detection circuit.
更に高圧電源部における高圧発生手段は変調された高圧出力電圧を出力するものが好ましい。 Furthermore, the high voltage generating means in the high voltage power supply section preferably outputs a modulated high voltage output voltage.
本発明は、静電霧化させるための水を放電電極上に結露水として生じさせてこれを静電霧化するために、水の補給の手間が不要であるのはもちろん、ナノサイズミストの発生を素早く行うことができるものであり、しかも放電値電流値に応じて上記冷却手段による放電電極の冷却度合を調整して前記放電電極上の結露水量を制御することから、結露水の生成と放電による霧化とが継続して安定的になされるものである。 In the present invention, water for electrostatic atomization is generated on the discharge electrode as condensed water, and this is electrostatically atomized. Generation of condensed water on the discharge electrode by controlling the amount of condensed water on the discharge electrode by adjusting the degree of cooling of the discharge electrode by the cooling means according to the discharge current value. Atomization by electric discharge is continuously performed stably.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１に示すように、この静電霧化装置は、放電電極２とこの放電電極２の一端に所要の距離をおいて対向するとともに内周縁が実質的な電極として機能する対向電極３、これら両電極２，３間に放電用の高電圧を印加する高圧電源部４、上記放電電極２の他端が吸熱側に接続されて放電電極２を露点以下の温度に冷却する冷却手段としてのペルチェモジュール５、ペルチェモジュール用の電源部６０を内蔵している電源６、そして制御回路Ｃで構成されたもので、上記対向電極３は接地されており、放電時には放電電極２側に負もしくは正の高電圧（たとえば−４．６ｋＶ）が印加される。図中５０はペルチェモジュール５の放熱側に配された放熱フィン、５１はペルチェモジュール５の温度測定用のサーミスタ、８は環境温度湿度センサである。 Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, the electrostatic atomizer is configured to face a discharge electrode 2 and one end of the discharge electrode 2 at a predetermined distance. In addition, the counter electrode 3 whose inner peripheral edge functions as a substantial electrode, the high voltage power source 4 that applies a high voltage for discharge between the electrodes 2 and 3, and the other end of the discharge electrode 2 are connected to the heat absorption side. The counter electrode 3 comprises a Peltier module 5 as a cooling means for cooling the discharge electrode 2 to a temperature below the dew point, a power source 6 incorporating a power source 60 for the Peltier module, and a control circuit C. Is grounded, and a negative or positive high voltage (for example, −4.6 kV) is applied to the discharge electrode 2 side during discharge. In the figure, 50 is a heat dissipating fin disposed on the heat dissipating side of the Peltier module 5, 51 is a thermistor for measuring the temperature of the Peltier module 5, and 8 is an environmental temperature / humidity sensor.
上記高圧電源部４は図２にも示すように高圧発生回路４０と放電電圧検出回路４１と放電電流検出回路４２を備えたもので、検出された放電電圧Ｖｖ及び放電電流Ｖｉは上記制御回路Ｃに入力され、制御回路Ｃはこの放電電圧Ｖｖ及び放電電流Ｖｉを基にペルチェモジュール５の冷却度調整による結露水生成量の調整を行う。 As shown in FIG. 2, the high-voltage power supply unit 4 includes a high-voltage generation circuit 40, a discharge voltage detection circuit 41, and a discharge current detection circuit 42. The detected discharge voltage Vv and discharge current Vi are detected by the control circuit C. The control circuit C adjusts the amount of condensed water generated by adjusting the cooling degree of the Peltier module 5 based on the discharge voltage Vv and the discharge current Vi.
すなわち、放電電極２を冷却することで空気中の水分を放電電極２上に結露させた状態で放電電圧を放電電極２と対向電極３との間に印加する時、放電電極２上の水は図３に示すように対向電極３側に引っ張られてテーラーコーンと称される形状のものとなるとともに、そのテーラーコーンの先端においてレイリー分裂が生じてナノメータサイズの帯電微粒子水が生成されることで霧化がなされる。 That is, when the discharge voltage is applied between the discharge electrode 2 and the counter electrode 3 in a state where moisture in the air is condensed on the discharge electrode 2 by cooling the discharge electrode 2, the water on the discharge electrode 2 is As shown in FIG. 3, it is pulled toward the counter electrode 3 to have a shape called a tailor cone, and at the tip of the tailor cone, Rayleigh splitting occurs and nanometer-sized charged fine particle water is generated. Atomization is done.
この時、放電電圧が一定であれば、放電電極２上の水量が少なくなって図３(a)に示すようにテーラーコーンが小さくなれば放電電流も少なくなり、放電電極２上の水量が多くなって図３(c)に示すようにテーラーコーンが大きくなれば放電電流が増大する。ちなみに、−４．４ｋＶの放電電圧の印加時、図３(a)に示す状態では放電電流が３．０μＡ、図３(b)に示す状態では放電電流が６．０μＡ、図３(c)に示す状態では放電電流が９．０μＡであった。 At this time, if the discharge voltage is constant, the amount of water on the discharge electrode 2 decreases, and as shown in FIG. 3 (a), if the tailor cone becomes smaller, the discharge current also decreases, and the amount of water on the discharge electrode 2 increases. As shown in FIG. 3 (c), the discharge current increases as the tailor cone increases. Incidentally, when a discharge voltage of −4.4 kV is applied, the discharge current is 3.0 μA in the state shown in FIG. 3A, the discharge current is 6.0 μA in the state shown in FIG. 3B, and FIG. In the state shown in FIG. 2, the discharge current was 9.0 μA.
つまり、結露水の量にテーラーコーンの形状が関係しているとともにテーラーコーンの高さから放電電流も変化するわけであり、これ故に放電電流を測定することにより、テーラーコーンの高さ（結露水の量）を知ることができる。ここにおいて、放電電極２上の結露水の量が更に少なくなれば、放電電極２上の水と対向電極３間での放電ではなく、放電電極２と対向電極３との間で放電が生じてオゾンの発生などを招くことになる。逆に放電電極２上の水が更に多くなれば、対向電極３と水との距離が短くなり、短絡電流が流れて狙いの粒子径のミストが得られなくなる。 In other words, the shape of the tailor cone is related to the amount of condensed water, and the discharge current also changes from the height of the tailor cone. Therefore, by measuring the discharge current, the height of the tailor cone (condensed water) The amount). Here, if the amount of condensed water on the discharge electrode 2 is further reduced, a discharge occurs between the discharge electrode 2 and the counter electrode 3 instead of a discharge between the water on the discharge electrode 2 and the counter electrode 3. Ozone will be generated. Conversely, when the amount of water on the discharge electrode 2 is further increased, the distance between the counter electrode 3 and the water becomes short, a short-circuit current flows, and a mist having a target particle diameter cannot be obtained.
このためにここではある放電電圧の時の放電電流値から放電電極２上の水の量を推定し、この推定に基づき放電電極２を冷却する冷却手段であるペルチェモジュール５の冷却度調整による結露水生成量の調整を行うものであり、放電電流が少ない時はペルチェモジュール５の印加電圧を上昇させて放電電極２をさらに冷却して結露水を増加させ、放電電流が多い時は冷却度合を緩和させて結露水を減少させる方向へフィードバック制御することで、放電電極２上の結露水の量が常にナノサイズミストの発生に適した量となるようにしているものであり、この結果、放電によるナノサイズミストを発生させる静電霧化が途切れたりすることなく連続的になされるものである。 Therefore, here, the amount of water on the discharge electrode 2 is estimated from the discharge current value at a certain discharge voltage, and condensation is achieved by adjusting the cooling degree of the Peltier module 5 which is a cooling means for cooling the discharge electrode 2 based on this estimation. The amount of water generated is adjusted. When the discharge current is small, the applied voltage of the Peltier module 5 is increased to further cool the discharge electrode 2 to increase the amount of condensed water. When the discharge current is large, the degree of cooling is adjusted. The amount of condensed water on the discharge electrode 2 is always suitable for the generation of nano-size mist by performing feedback control in a direction to reduce the amount of condensed water by reducing it. Electrostatic atomization that generates nano-size mist due to is continuously performed without interruption.
ただし、放電電圧が変われば、適切な結露水量を表すことになる放電電流値も変化することから、表１に示すように放電電圧Ｖ(n)に応じた最適な放電電流ｉ(n)の範囲を規定し、検出される放電電流ｉ(n)値が上記範囲の中央値ｉ(n)typ付近を維持するようにペルチェモジュール５の印加電圧のデューティ制御を制御回路Ｃが行うようにしている。 However, if the discharge voltage changes, the discharge current value that represents an appropriate amount of condensed water also changes. Therefore, as shown in Table 1, the optimum discharge current i (n) corresponding to the discharge voltage V (n) The control circuit C controls the duty of the applied voltage of the Peltier module 5 so that the range is defined and the detected discharge current i (n) value is maintained near the median value i (n) typ of the above range. Yes.
また、放電電極２が冷えていない運転開始初期には放電電極２上に結露水が生成されていないことから、上記制御は放電電極２上に結露水が確保されてからのものとし、それまでは放電も行わずにペルチェモジュール５のみを動作させている。つまり、制御回路Ｃは運転開始に伴い、環境温度湿度センサ８で測定される環境温度及び湿度に応じた目標温度Ｔ（露点）を設定し、放電電極２の温度が上記目標温度Ｔを含む所要温度範囲（Ｔ＋１〜Ｔ−１）内に入るまではペルチェモジュール５をその最大能力で作動させる（図４中の区間イ）。そして放電電極２の温度が上記所要温度範囲の上限値Ｔ＋１まで下がれば、制御回路Ｃはペルチェモジュール５のデューティ制御による印加電圧制御を、放電電極２の温度フィードバックによる制御、つまりは周囲の温度及び湿度に応じて予め決定されたデューティ値とし、放電電極２の温度が上記所要温度範囲の下限値Ｔ−１を下回ればデューティを１段下げ、上限値Ｔ１を上回ればデューティを一段上げる制御を行う。そして上限値Ｔ＋１にまで達した時点から結露水が放電電極２上に形成されたと目される所定時間ｔ後に高圧電源部４を作動させて予め設定した所定の高電圧を放電電極２と対向電極３間に印加することで放電を開始すると同時にペルチェモジュール５の印加電圧制御を放電電極２の温度フィードバックによる制御から放電電流に基づくフィードバック制御に切り替える。 In addition, since the condensed water is not generated on the discharge electrode 2 at the beginning of the operation when the discharge electrode 2 is not cooled, the above control is performed after the condensed water is secured on the discharge electrode 2. Only operates the Peltier module 5 without discharging. That is, the control circuit C sets the target temperature T (dew point) according to the environmental temperature and humidity measured by the environmental temperature / humidity sensor 8 at the start of operation, and the temperature of the discharge electrode 2 is required to include the target temperature T. The Peltier module 5 is operated at its maximum capacity until it falls within the temperature range (T + 1 to T-1) (section a in FIG. 4). When the temperature of the discharge electrode 2 falls to the upper limit value T + 1 of the required temperature range, the control circuit C performs the applied voltage control by the duty control of the Peltier module 5, the control by the temperature feedback of the discharge electrode 2, that is, the ambient temperature and The duty is determined in advance according to the humidity, and if the temperature of the discharge electrode 2 falls below the lower limit value T-1 of the required temperature range, the duty is lowered by one step, and if the temperature exceeds the upper limit value T1, the duty is raised by one step. . Then, after a predetermined time t when the condensed water is formed on the discharge electrode 2 after reaching the upper limit value T + 1, the high-voltage power supply unit 4 is operated and a predetermined high voltage set in advance is applied to the discharge electrode 2 and the counter electrode. The voltage applied to the Peltier module 5 is switched from the control based on the temperature feedback of the discharge electrode 2 to the feedback control based on the discharge current.
なお、上記所要時間ｔは、電極冷却温度（冷却開始前の温度から目標温度を引いた値に相当）ΔＴに応じて変化させることが好ましい。電極冷却温度ΔＴが５℃以下であれば、きわめて結露しやすい状態であり、電極冷却温度ΔＴが１０℃以上であれば結露しにくい状態であることから、たとえば電極冷却温度ΔＴが５℃以下であれば、上記所要時間ｔを３０秒、電極冷却温度ΔＴが５〜１０℃であれば、上記所要時間ｔを６０秒、電極冷却温度ΔＴが１０℃以上であれば、上記所要時間ｔを９０秒とするのである。このような制御を行うことにより、放電開始時の放電電極２上に結露水を確実に確保することができるとともに、放電電極２上に多すぎる結露水が生じている事態を避けることができる。図５はこの点に関するフローチャートを示している。 The required time t is preferably changed according to the electrode cooling temperature (corresponding to a value obtained by subtracting the target temperature from the temperature before the start of cooling) ΔT. If the electrode cooling temperature ΔT is 5 ° C. or lower, it is extremely easy to condense, and if the electrode cooling temperature ΔT is 10 ° C. or higher, it is difficult to condense. For example, if the electrode cooling temperature ΔT is 5 ° C. or lower, If the required time t is 30 seconds and the electrode cooling temperature ΔT is 5 to 10 ° C., the required time t is 60 seconds, and if the electrode cooling temperature ΔT is 10 ° C. or more, the required time t is 90 °. Seconds. By performing such control, dew condensation water can be reliably ensured on the discharge electrode 2 at the start of discharge, and a situation in which too much dew condensation water is generated on the discharge electrode 2 can be avoided. FIG. 5 shows a flowchart relating to this point.
また、電極冷却温度ΔＴが例えば１０℃以下である場合、放電電極２をフルで冷却させなくても短い時間で目標温度に達する。またペルチェモジュール５におけるペルチェ素子は急激な電圧変化がストレスになるために寿命に影響してしまう。このために放電電極２の電極冷却温度ΔＴの値に応じて運転開始初期のデューティを変化させ、電極冷却温度ΔＴが小さい時にはその値に応じてデューティを低くするようにしてもよい。ペルチェ素子にかかる負荷が小さい駆動を行うことができる。ちなみにここで設定した区間イでのデューティは、電極冷却温度ΔＴに応じて予め設定されたデューティを考慮したものとしておく。図６にこの点のフローを示す。 Further, when the electrode cooling temperature ΔT is, for example, 10 ° C. or less, the target temperature is reached in a short time without the discharge electrode 2 being fully cooled. Further, the Peltier element in the Peltier module 5 affects the life because a sudden voltage change causes stress. For this purpose, the duty at the start of operation may be changed according to the value of the electrode cooling temperature ΔT of the discharge electrode 2, and when the electrode cooling temperature ΔT is small, the duty may be lowered according to the value. Driving with a small load on the Peltier element can be performed. Incidentally, it is assumed that the duty in the section A set here takes into account the duty set in advance according to the electrode cooling temperature ΔT. FIG. 6 shows the flow of this point.
なお、環境湿度は、外部センサーに寄らずに計測することが可能である。運転開始初期の放電電極２の冷却開始前に放電電極２と対向電極３間に高圧を印加して、この時の放電電流と放電電圧を計測することで電極間抵抗（＝放電電圧（Ｖ）／放電電流（Ａ））を測定するのである。この時点では放電電極２に水が生成されておらず、水がある時よりも電極２，３間の距離も離れているために、霧化が起こらないのはもちろん、微弱な放電電流しか流れないが、この時の電極間抵抗は、空気中の水分量と相関があるために、ここから湿度を推定するのである。この場合、湿度センサを省略することができる。 The environmental humidity can be measured without going to an external sensor. Before starting the cooling of the discharge electrode 2 at the start of operation, a high voltage is applied between the discharge electrode 2 and the counter electrode 3, and the discharge current and the discharge voltage at this time are measured, whereby the interelectrode resistance (= discharge voltage (V) / Discharge current (A)) is measured. At this time, since no water is generated in the discharge electrode 2 and the distance between the electrodes 2 and 3 is larger than when there is water, no atomization occurs, and only a weak discharge current flows. However, since the inter-electrode resistance at this time has a correlation with the amount of moisture in the air, the humidity is estimated from here. In this case, the humidity sensor can be omitted.
次に放電電流に基づくフィードバック制御の詳細について説明すると、上記放電開始から各回路が安定するまでの時間Δｔが経過した時点ｔａで制御回路Ｃは放電電圧検出回路４１と放電電流検出回路４２から放電電圧値及び放電電流値の取り込みを開始し、一定時間毎の平均値を演算して得られた放電電圧値によって上記表１に基づく放電電流制御の放電電流値上限ｉ(n)max、目標値（中央値）ｉ(n)typ、下限ｉ(n)minを取得し、測定された放電電流ｉ(n)値が目標値ｉ(n)typとなるようにペルチェモジュール５に加える印加電圧をデューティ制御でフィードバック制御するのであるが、ここではオーバーシュートを避けるために、図７に示すように、時刻ｔａにおいて取り込みを開始した放電電圧値及び放電電流値の平均値v(1)，ｉ(1)がΔｔ時間後の時刻ｔｂにおいて定まり、更に時刻ｔｂにおいて取り込みを開始した放電電圧値及び放電電流値の平均値v(2)，ｉ(2)がΔｔ時間後の時刻ｔｃにおいて定まる時、時刻ｔｂ−ｔｃ間の上記Δｔ時間内の放電電流値の差Δｉ(2)＝ｉ(2)−ｉ(1)を求めるとともに、時刻ｔｂでの放電電圧ｖ(1)と前記表１とから求めた時刻ｔｃでの目標放電電流中央値ｉtyp(1)と、時刻ｔｃでの放電電流値ｉ(2)との差Δｉd(2)とを求め、時刻ｔｂ−ｔｃ間でのペルチェモジュール５の印加電圧のデューティをＤ(2)とする時、このデューティＤ(2)から増分ΔＤ(2)を
ΔＤ(2)＝ａ×Δｉd(2)−ｂ×Δｉ(2)
（ａ，ｂはパラメータ）
で求めて、Ｄ(3)＝Ｄ(2)＋ΔＤ(2)を次の時刻ｔｃ−ｔｄ間でのペルチェモジュール５の印加電圧のデューティとするものであり、時間Δｔ毎に以降順次繰り返することで、つまりは
ΔＤ(n)＝ａ×Δｉｄ(n)−ｂ×Δｉ(n)
をΔｔ毎に求めて、それまでのデューティＤ(n-1)に加算して次のデューティＤ(n)を決定するのである。放電電流値ｉ(n)と目標放電電流中央値ｉtyp(n)との差分Δｉd(n)に加えて、放電電流値の差分Δｉ(n)を考慮することから、前者のみを考慮した場合に生じやすいオーバーシュートを避けることができる。なお、ここで言うデューティ値Ｄ(n)及び増分ΔＤ(n)は、デューティ０〜１００％を２５６分割して割りふったＤ０〜Ｄ255に対応させている。
Next, the feedback control based on the discharge current will be described in detail. The control circuit C discharges from the discharge voltage detection circuit 41 and the discharge current detection circuit 42 at the time ta when the time Δt from the start of the discharge to the stabilization of each circuit has elapsed. Start of taking in voltage value and discharge current value, discharge current value upper limit i (n) max of discharge current control based on Table 1 above, target value based on discharge voltage value obtained by calculating average value for every fixed time (Median) i (n) typ, lower limit i (n) min is acquired, and the applied voltage applied to the Peltier module 5 is set so that the measured discharge current i (n) value becomes the target value i (n) typ. Here, feedback control is performed by duty control. Here, in order to avoid overshoot, as shown in FIG. 7, the average value v (1), i ( 1) after Δt time When the average values v (2) and i (2) of the discharge voltage value and the discharge current value which have been taken in at time tb and started to be taken in at time tb are determined at time tc after Δt time, the above-mentioned time tb-tc The difference Δi (2) = i (2) −i (1) in the discharge current value within Δt time is obtained, and the target at time tc obtained from the discharge voltage v (1) at time tb and Table 1 above. The difference Δid (2) between the discharge current median value ityp (1) and the discharge current value i (2) at time tc is obtained, and the duty of the applied voltage of the Peltier module 5 between time tb-tc is D ( 2), the increment ΔD (2) from the duty D (2) is set to ΔD (2) = a × Δid (2) −b × Δi (2)
(A and b are parameters)
And D (3) = D (2) + ΔD (2) is used as the duty of the voltage applied to the Peltier module 5 during the next time tc-td, and is sequentially repeated every time Δt. In other words, ΔD (n) = a × Δid (n) −b × Δi (n)
Is calculated for each Δt and added to the previous duty D (n−1) to determine the next duty D (n). In addition to the difference Δid (n) between the discharge current value i (n) and the target discharge current median value ityp (n), the difference Δi (n) in the discharge current value is taken into account. Overshoot that tends to occur can be avoided. The duty value D (n) and the increment ΔD (n) referred to here correspond to D 0 to D 255 obtained by dividing the duty 0 to 100% by dividing into 256.
また、デューティの増加分ΔＤ(n)を求めるにあたり、それまでのデューティＤ(n-1)の値に応じた補正関数Ｆ{Ｄ(1)}を乗算するように、つまり
ΔＤ(n)＝（ａ×Δｉd(n)−ｂ×Δｉ(n))×Ｆ{Ｄ(n-1)}
とするようにしてもよい。この補正関数Ｆ{Ｄ(1)}は、それまでのデューティＤ(n-1)が低い時には小さい値を、デューティＤ(n-1)が高い時には大きい値を持つことで、デューティ全体の重み付けを行っているものであり、デューティが低い時には印加電圧も低くて電極冷却温度ΔＴも低い領域で水もできやすく、これ故にデューティの大幅な変化は結露水の余剰を生じやすくなるために、補正関数Ｆ{Ｄ(1)}はたとえば０．５として変化率を少なくし、逆にデューティが高い時は放電冷却温度ΔＴも高くて結露水ができにくい状態にあることから、補正関数Ｆ{Ｄ(1)}をたとえば２として変化率を大きくするのである。
Further, in obtaining the increase ΔD (n) of the duty, the correction function F {D (1)} corresponding to the value of the duty D (n−1) so far is multiplied, that is, ΔD (n) = (A * [Delta] id (n) -b * [Delta] i (n)) * F {D (n-1)}
You may make it. This correction function F {D (1)} has a small value when the previous duty D (n-1) is low, and a large value when the duty D (n-1) is high. When the duty is low, it is easy to produce water in the region where the applied voltage is low and the electrode cooling temperature ΔT is also low. Therefore, a large change in the duty tends to cause surplus of dew condensation. The function F {D (1)} is set to 0.5, for example, to reduce the rate of change. On the contrary, when the duty is high, the discharge cooling temperature ΔT is also high and it is difficult to form condensed water. (1)} is set to 2, for example, and the rate of change is increased.
以上の制御は、検出した放電電圧Ｖ(n)及び放電電流ｉ(n)が前記表１に示した範囲内にある場合で、次のような場合は異常有りと判断して異常処理を行うようにしてある。 The above control is performed when the detected discharge voltage V (n) and the discharge current i (n) are within the ranges shown in Table 1, and in the following cases, it is determined that there is an abnormality and the abnormality process is performed. It is like that.
まず検出される放電電圧Ｖ(n)が表１に示した範囲外である時、つまりは−４．１ｋＶ未満である時には、印加電圧が不足して正常な放電が維持できず、また−５．２ｋＶを超えている場合は、電界の集中が発生して正常な放電ができなくなることから、制御回路Ｃは放電異常と判断し、この旨をランプ等の報知手段を用いて使用者に知らせるとともに放電を停止する。 First, when the detected discharge voltage V (n) is outside the range shown in Table 1, that is, less than -4.1 kV, the applied voltage is insufficient and normal discharge cannot be maintained, and -5 If the voltage exceeds .2 kV, electric field concentration occurs and normal discharge cannot be performed. Therefore, the control circuit C determines that the discharge is abnormal, and informs the user of this by using a notification means such as a lamp. At the same time, the discharge is stopped.
また、検出された放電電圧Ｖ(n)に対応する放電電流値上限ｉ(n)maxを超える電流値ｉ(n)が検出された場合、及び放電電流値下限ｉ(n)min未満の電流値ｉ(n)が検出された場合、制御回路Ｃは次の処理を行う。 Also, when a current value i (n) exceeding the discharge current value upper limit i (n) max corresponding to the detected discharge voltage V (n) is detected, and a current less than the discharge current value lower limit i (n) min When the value i (n) is detected, the control circuit C performs the following process.
図８は放電電流値下限ｉ(n)min未満の電流値ｉ(n)が検出された場合のフローを示しており、この場合、放電電極２の温度（電極サーミスタ温度）Ｔｈが０℃を超えているか０℃以下であるかによって処理を振り分けて、前者であればデューティが最大でなければ元の制御フローに戻すものの、デューティが最大であれば放電電極２に水が生じていないと判断するとともに現在の環境で結露水を生成するのはペルチェモジュール５が能力不足していると判断して、環境が変化して電極目標温度が現状値よりも所定値Ｋだけ高くなるまで待機し、所定値Ｋだけ高くなった時点で元の制御フローに戻す。 FIG. 8 shows a flow when a current value i (n) less than the discharge current value lower limit i (n) min is detected. In this case, the temperature (electrode thermistor temperature) Th of the discharge electrode 2 is 0 ° C. If the duty is not maximum, the process returns to the original control flow, but if the duty is maximum, it is determined that water is not generated in the discharge electrode 2. At the same time, it is determined that the Peltier module 5 has insufficient capability to generate condensed water in the current environment, and waits until the environment changes and the electrode target temperature becomes higher by a predetermined value K than the current value. When it becomes higher by the predetermined value K, the original control flow is restored.
後者（Ｔｈ≦０℃）である時には、デューティを低下させて一定時間後に検出した放電電流値ｉ(n)が放電電流値下限ｉ(n)min以上になっておれば元の制御フローに戻し、放電電流値下限ｉ(n)minを下回っている状態が続いているならば、環境が変化して電極目標温度が現状値よりも所定値Ｋだけ高くなるまで待機し、所定値Ｋだけ高くなった時点で元の制御フローに戻す。ちなみに前者は放電電極２に水が結露していない状態が考えられ、後者は結露した水が放電電極２上で氷結している状態が考えられる。 In the latter case (Th ≦ 0 ° C.), if the discharge current value i (n) detected after a certain period of time with the duty decreased is equal to or greater than the discharge current value lower limit i (n) min, the original control flow is restored. If the discharge current value lower limit i (n) min continues to be below, the environment changes and the process waits until the electrode target temperature becomes higher by the predetermined value K than the current value, and increases by the predetermined value K. Return to the original control flow. Incidentally, the former may be in a state where water is not condensed on the discharge electrode 2, and the latter may be in a state where condensed water is frozen on the discharge electrode 2.
次に放電電流値上限ｉ(n)maxを超える電流値ｉ(n)が検出された場合であるが、これは放電電極２上に結露水が過剰に存在する場合が考えられるとともに、この状態では正常な静電霧化を持続することができないことから、この時にはペルチェモジュール５をオフとして、結露水の生成を停止する。図９は具体例を示しており、次回の検出電流値ｉ(n+1)が放電電流値上限ｉ(n+1)maxよりも大きく且つ予め設定してある上限値ｉMaxよりも大きい時には放電をただちに停止し、環境が変わって電極冷却目標温度が高くなった時点で通常の制御フローに戻る。これは放電電極２に水が結露していない状態でコロナ放電が生じている場合が想定されるからである。 Next, the current value i (n) exceeding the upper limit of the discharge current value i (n) max is detected. This may be caused by the presence of excessive dew condensation water on the discharge electrode 2. Then, since normal electrostatic atomization cannot be maintained, at this time, the Peltier module 5 is turned off and the generation of condensed water is stopped. FIG. 9 shows a specific example. When the next detected current value i (n + 1) is larger than the discharge current value upper limit i (n + 1) max and larger than the preset upper limit value iMax, the discharge is performed. Is immediately stopped, and when the environment changes and the electrode cooling target temperature rises, the normal control flow is resumed. This is because it is assumed that corona discharge occurs in the state where water is not condensed on the discharge electrode 2.
また、次回の検出電流値ｉ(n+1)が放電電流値上限ｉ(n+1)maxよりも大きく且つ上限値ｉMax以下である準危険領域である場合には、放電電極２の結露水が過多である場合が考えられるので、いったん放電を停止するとともにペルチェモジュール５のデューティを低下させ、次いで一定時間後に再度高圧を放電極２と対向電極３間に印加して放電を行わせてその時の放電電圧値と電流値を読み込み、この時の電流値が放電電流値上限ｉ(n)maxより低ければ、通常の制御フローに戻し、放電電流値上限ｉ(n)maxよりも大きく且つ上限値ｉMax以下である場合には、放電停止とデューティの低下とを再度行い、上限値ｉMaxを超える場合には放電を停止させ、環境が変わって電極冷却目標温度が高くなった時点で通常の制御フローに戻る。 If the next detected current value i (n + 1) is a quasi-risk region that is larger than the discharge current value upper limit i (n + 1) max and less than or equal to the upper limit value iMax, the condensed water of the discharge electrode 2 In this case, the discharge is stopped once and the duty of the Peltier module 5 is decreased, and then a high voltage is applied again between the discharge electrode 2 and the counter electrode 3 after a certain time to cause discharge. If the current value at this time is lower than the discharge current value upper limit i (n) max, the flow returns to the normal control flow, and is larger than the discharge current value upper limit i (n) max and the upper limit. When the value is less than iMax, the discharge is stopped and the duty is reduced again. When the upper limit is exceeded, the discharge is stopped. When the environment changes and the electrode cooling target temperature becomes high, normal control is performed. Return to flow.
また、放電電流に基づくペルチェモジュール５の印加電圧のフィードバック制御に際して、前述のようにデューティの増分ΔＤ(n)を（ａ×Δｉd(n)−ｂ×Δｉ(n))×Ｆ{Ｄ(n-1)}で求めている時、放電電流の時間Δｔ間の変化量Δｉ(n)が予め定めた一定値を越える時も、制御回路Ｃが異常が生じていると判断するようにしてある。放電電極２上に水がある状態で放電がなされている時には、放電電流が急激に大きく変化することはないことから、異常が生じていると判断するものであり、この場合も放電を停止（高圧電源部４をオフ）して環境が変わるまで待機状態とする。 Further, in the feedback control of the applied voltage of the Peltier module 5 based on the discharge current, the duty increment ΔD (n) is set to (a × Δid (n) −b × Δi (n)) × F {D (n -1)}, the control circuit C determines that an abnormality has occurred even when the change amount Δi (n) of the discharge current during the time Δt exceeds a predetermined value. . When the discharge is performed in a state where there is water on the discharge electrode 2, the discharge current does not change drastically and therefore, it is determined that an abnormality has occurred. In this case as well, the discharge is stopped ( The high-voltage power supply unit 4 is turned off) and kept in a standby state until the environment changes.
このほか、前述のようにペルチェモジュール５の印加電圧を変化させて結露水量を変化させているにもかかわらず、検出される放電電流値が変化しなかったり通常とは逆の方向に増減する場合も異常が生じていると制御回路Ｃが判断できるようにしている。この場合、デューティ値の変化分ΔＤ(n)の積算値をΣΔＤ（ΔＤの符号が変化した時点で積算リセット）、放電電流変化分Δｉ(n)の積算値をΣΔｉ、Ｘを定数とする時、放電電流ｉが１μＡ異常流れている状態において、ｉ≧1μＡ且つΣΔＤ≧Ｘ且つ−1＜ΣΔｉ＜1の時（ペルチェ入力電圧を上げているのにもかかわらず放電電流が変化しない時）は金属放電異常状態が考えられ、ｉ≧1μＡ且つΣΔＤ≧Ｘ且つΣΔｉ≦−1の時（ペルチェ入力電圧を上げているのにもかかわらず放電電流が減少する時）は、水の放電電極２への付き方が悪い状態が考えられ、ｉ≧1μＡ且つΣΔＤ≦−Ｘ且つ−1＜ΣΔｉ＜1の時（ペルチェ入力電圧を下げているのにもかかわらず放電電流が変化しない時）並びにｉ≧1μＡ且つΣΔＤ≦−Ｘ且つΣΔｉ≧1の時（ペルチェ入力電圧を下げているのにもかかわらず放電電流が増加する時）も、金属放電異常状態が考えられることから、制御回路Ｃは上記のいずれの場合も一定時間運転を停止して所要の待機状態を経た後、再度運転を開始する処理を行うようにしている。 In addition, the detected discharge current value does not change or increases or decreases in the direction opposite to normal even though the amount of condensed water is changed by changing the applied voltage of the Peltier module 5 as described above. The control circuit C can determine that an abnormality has occurred. In this case, when the integrated value of the change ΔD (n) of the duty value is ΣΔD (integration is reset when the sign of ΔD changes), and the integrated value of the discharge current change Δi (n) is ΣΔi and X is a constant When i ≧ 1 μA, ΣΔD ≧ X, and −1 <ΣΔi <1 in the state where the discharge current i is abnormally flowing (when the discharge current does not change even though the Peltier input voltage is raised) When a metal discharge abnormal state is considered and i ≧ 1 μA, ΣΔD ≧ X, and ΣΔi ≦ −1 (when the discharge current decreases despite increasing the Peltier input voltage), the water discharge electrode 2 is moved to. If i ≧ 1 μA, ΣΔD ≦ −X, and −1 <ΣΔi <1 (when the discharge current does not change despite decreasing the Peltier input voltage), and i ≧ 1 μA When 1 μA and ΣΔD ≦ −X and ΣΔi ≧ 1 (Peltier input voltage Since the metal discharge abnormal state can be considered even when the discharge current increases even though the control circuit C is operating, the control circuit C has stopped operating for a certain period of time and passed the required standby state in any of the above cases. Thereafter, a process for starting operation again is performed.
次に上記高圧放電部４の具体回路例を示す。図１０は放電電流検出回路４２の具体回路の一例を示しており、放電回路に電流検出用の抵抗Ｒ５を挿入して該抵抗Ｒ５に流れる電流を加算回路にて基準の電流からの加算として出力電圧Ｖｉで取り出すようにしたものである。図中のオペアンプＯＰは、電流検出用抵抗Ｒ５に流れる電流Ｉｄと抵抗Ｒ２に流れる電流ＩＲＥＦとの差が抵抗Ｒ１に流れるように動作する。このものでは抵抗Ｒ１の抵抗値により出力電圧Ｖｉの勾配が決定されるとともに、放電電流が正であっても負であっても放電電流の検出が可能である。ここでのオペアンプＯＰは積分回路により構成される汎用品の使用が可能であり高速の性能は必要としていない。 Next, a specific circuit example of the high-pressure discharge unit 4 will be shown. FIG. 10 shows an example of a specific circuit of the discharge current detection circuit 42. A current detection resistor R5 is inserted into the discharge circuit, and the current flowing through the resistor R5 is output as an addition from the reference current by the addition circuit. The voltage Vi is taken out. The operational amplifier OP in the figure operates such that the difference between the current Id flowing through the current detection resistor R5 and the current IREF flowing through the resistor R2 flows through the resistor R1. In this case, the gradient of the output voltage Vi is determined by the resistance value of the resistor R1, and the discharge current can be detected regardless of whether the discharge current is positive or negative. The operational amplifier OP here can use a general-purpose product constituted by an integration circuit, and does not require high-speed performance.
ちなみに出力電圧Ｖiは、
ＩＯＵＴ＝ＩＲＥＦ−Ｉｄ
Ｖｉ＝ＶＲＥＦ−Ｒ１×ＩＯＵＴ
で決定されるとともに、Ｉｄ＝０の時の出力電圧Ｖi0はＶＲＥＦ−Ｒ１×ＩＲＥＦで表されるオフセット電圧を有している。電流検出抵抗Ｒ５の値は放電回路抵抗が非常に大きいために放電電流に影響を与えない範囲で選定すればよく、図１１はＲ１＝１００ｋΩ、Ｖi0＝１．５（V）にした時の特性を示しており、１μＡを０．１Ｖの出力電圧に変換している。
By the way, the output voltage Vi is
IOUT = IREF−Id
Vi = VREF−R1 × IOUT
The output voltage Vi0 when Id = 0 has an offset voltage represented by VREF−R1 × IREF. The value of the current detection resistor R5 may be selected in a range that does not affect the discharge current because the discharge circuit resistance is very large. FIG. 11 shows the characteristics when R1 = 100 kΩ and Vi0 = 1.5 (V). 1 μA is converted to an output voltage of 0.1V.
図１２は高圧電源部４における放電電圧検出回路４１の具体回路の一例を示している。この放電電圧検出回路４１は、上記放電電流検出回路４２とほぼ同様の回路構成を持つもので、電圧検出抵抗Ｒ６に流れる電流をＩｖ、抵抗Ｒ１０に流れる電流をＩＲＥＦ、放電電圧をＶｄとする時、出力電圧Ｖｖは
Ｉｖ＝Ｖｄ／Ｒ６
Ｖｖ＝Ｒ１０（ＩＲＥＦ−Ｉｖ）
で決定されるとともに、Ｖｄ＝０の時の出力電圧Ｖv0はＶＲＥＦ−Ｒ１０×ＩＲＥＦ
で表されるオフセット電圧を有している。このものにおいても、放電が正負のどちらであっても放電電圧Ｖｖを検出することができる。図１３はＲ６＝５００（ＭΩ）、Ｒ１０＝２５０（ｋΩ）、Ｖv0＝１．５（Ｖ）とした時の特性を示しており、０．５（Ｖ）／kＶの出力電圧Ｖｖに変換している。
FIG. 12 shows an example of a specific circuit of the discharge voltage detection circuit 41 in the high-voltage power supply unit 4. The discharge voltage detection circuit 41 has substantially the same circuit configuration as the discharge current detection circuit 42. When the current flowing through the voltage detection resistor R6 is Iv, the current flowing through the resistor R10 is IREF, and the discharge voltage is Vd. The output voltage Vv is Iv = Vd / R6
Vv = R10 (IREF-Iv)
The output voltage Vv0 when Vd = 0 is VREF−R10 × IREF.
It has an offset voltage represented by In this case, the discharge voltage Vv can be detected regardless of whether the discharge is positive or negative. FIG. 13 shows the characteristics when R6 = 500 (MΩ), R10 = 250 (kΩ), and Vv0 = 1.5 (V), which are converted into an output voltage Vv of 0.5 (V) / kV. ing.
上記放電電流検出回路４２及び放電電圧検出回路４１において、どちらの場合も放電電極２と対向電極３間に電圧を印加していない時、出力電圧Ｖｉ，Ｖｖに夫々オフセット電圧Ｖi0、Ｖv0が出力されるようにしているのは、回路部品のばらつきによる誤差を計測して補正することで計測誤差を低減させることができるからである。つまり、放電電流出力の勾配は抵抗Ｒ１にのみ依存し、放電電圧出力は抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ１０に依存し、オペアンプＯＰのオフセット電圧やオフセット電流、基準電圧ＶＲＥＦのばらつきは、高圧電圧を印加しない時に発生するオペアンプＯＰの電圧出力として出現することから、この電圧をあらかじめ測定することによって誤差が少ない放電電流及び放電電圧の計測が可能なものである。放電中においても一定時間毎に放電を停止させてこのオフセット電圧を計測することで、温度変化による温度ドリフトをキャンセルすることができる。 In the discharge current detection circuit 42 and the discharge voltage detection circuit 41, in both cases, when no voltage is applied between the discharge electrode 2 and the counter electrode 3, offset voltages Vi0 and Vv0 are output to the output voltages Vi and Vv, respectively. The reason is that the measurement error can be reduced by measuring and correcting the error due to the variation of the circuit components. In other words, the gradient of the discharge current output depends only on the resistor R1, the discharge voltage output depends on the resistors R6 and R10, and variations in the offset voltage, offset current, and reference voltage VREF of the operational amplifier OP are not applied when a high voltage is not applied. Since it appears as a voltage output of the generated operational amplifier OP, it is possible to measure the discharge current and the discharge voltage with little error by measuring this voltage in advance. Even during the discharge, the temperature drift due to the temperature change can be canceled by stopping the discharge at regular intervals and measuring the offset voltage.
図１４は高圧電源部４の高圧発生回路４０の具体例の一例を示しており、図中Ｌ１，Ｌ２は磁気結合された昇圧トランスのコイル、Ｑ１はスイッチングトランジスタ、Ｌ３は一次側の上記コイルＬ１に対してＱ１が発振を継続するように正帰還をかかる方向に接続されたインダクタンスである。電源Ｖ２が印加されると抵抗Ｒ１５を通してスイッチングトランジスタＱ１にベース電流が流れ、これによってスイッチングトランジスタＱ１にコレクタ電流が流れ始めると、インダクタンスＬ３にはスイッチングトランジスタＱ１にベース電流を流す方向に電圧が発生してスイッチングトランジスタＱ１が急激にオン状態になる。 FIG. 14 shows an example of a specific example of the high-voltage generating circuit 40 of the high-voltage power supply unit 4, in which L1 and L2 are coils of a step-up transformer magnetically coupled, Q1 is a switching transistor, and L3 is the coil L1 on the primary side. In contrast, Q1 is an inductance connected in such a direction that positive feedback is applied so as to continue oscillation. When the power supply V2 is applied, a base current flows to the switching transistor Q1 through the resistor R15. When a collector current starts to flow to the switching transistor Q1, a voltage is generated in the inductance L3 in a direction in which the base current flows to the switching transistor Q1. Thus, the switching transistor Q1 is suddenly turned on.
スイッチングトランジスタＱ１のエミッタ電流は抵抗Ｒ１２で検出されてトランジスタＱ２のベースに流れる電圧までスイッチングトランジスタＱ１のエミッタ電流が上昇すると、トランジスタＱ２がスイッチングトランジスタＱ１のベース電流を減少させる。これがきっかけとなってインダクタンスＬ３に反対方向の電圧が発生し、スイッチングトランジスタＱ１は急激にオフになる。これが繰り返されることで発振が継続する。 When the emitter current of the switching transistor Q1 is detected by the resistor R12 and the emitter current of the switching transistor Q1 rises to a voltage flowing through the base of the transistor Q2, the transistor Q2 decreases the base current of the switching transistor Q1. This triggers a voltage in the opposite direction in the inductance L3, and the switching transistor Q1 is suddenly turned off. Oscillation continues by repeating this.
二次側のコイルＬ２は一次側コイルＬ１の電圧を昇圧して実施例においては負の電圧を取出し、ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ３，Ｃ４で構成された倍電圧回路を通じて端子ＶＨに接続される放電電極２に供給する。端子Ｇは発振回路のグランドもしくは放電電流検出用の抵抗を介してグランドに接続される。コンデンサＣ８はスイッチングトランジスタＱ１のオン，オフをより高速にしてスイッチングロスを減少させるためのものである。 The secondary coil L2 boosts the voltage of the primary coil L1 to take out a negative voltage in the embodiment, and is connected to the terminal VH through a voltage doubler circuit constituted by diodes D1 and D2 and capacitors C3 and C4. Supply to the discharge electrode 2. The terminal G is connected to the ground of the oscillation circuit or a resistor for detecting a discharge current. The capacitor C8 is used to reduce the switching loss by making the switching transistor Q1 on and off faster.
ダイオードＤ３，Ｄ４とトランジスタＱ２のベース，エミッタの合計の電圧と抵抗Ｒ１２を流れる電流による電圧降下を比較させ、スイッチングトランジスタＱ１がオフするタイミングを決定させているために、抵抗Ｒ１２の値を変えることにより昇圧された発生電圧を変化させることができる。 Since the voltage drop due to the current flowing through the resistor R12 is compared with the total voltage of the bases and emitters of the diodes D3 and D4 and the transistor Q2, and the timing at which the switching transistor Q1 is turned off is determined, the value of the resistor R12 is changed. The generated voltage boosted by the step can be changed.
次に図中の端子ＣＯＮＴ１について説明する。上述のように抵抗Ｒ１２を変化させることで昇圧された高圧の電圧を変化することができるが、ダイオードＤ３、Ｄ４に発生する電圧は、端子ＣＯＮＴ１からの入力でトランジスタＱ４を動作させることにより下げることができる。すなわち端子ＣＯＮＴ１に電圧を加えることで昇圧電圧を制御することが可能なものとなっている。また抵抗Ｒ１２に流れるピーク電流を下げることができる。ダイオードＤ５はスイッチングトランジスタＱ１がオフする時にインダクタンスＬ３が発生するトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４にかかるベース、エミッタ間の逆バイアス電圧がかかることを防止する。 Next, the terminal CONT1 in the figure will be described. As described above, the boosted high voltage can be changed by changing the resistor R12, but the voltage generated in the diodes D3 and D4 is lowered by operating the transistor Q4 with the input from the terminal CONT1. Can do. That is, the boosted voltage can be controlled by applying a voltage to the terminal CONT1. Further, the peak current flowing through the resistor R12 can be reduced. The diode D5 prevents a reverse bias voltage between the base and the emitter applied to the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 that generate the inductance L3 when the switching transistor Q1 is turned off.
また、図１４中のトランジスタＱ３は抵抗Ｒ１６により常にオン状態にあることから、スイッチングトランジスタＱ１はその発振を停止しており、従って電源が接続されだけで高圧が発生するという感電事故を招きやすい状態を防いでおり、端子ＣＯＮＴ２介してトランジスタＱ３をオフ状態にすることで発振が開始される。 Further, since the transistor Q3 in FIG. 14 is always on by the resistor R16, the switching transistor Q1 has stopped oscillating, and therefore, an electric shock accident that a high voltage is generated only by connecting the power source is likely to occur. Oscillation is prevented, and oscillation is started by turning off the transistor Q3 via the terminal CONT2.
図１５は図１２に示した放電電圧検出回路４１と図１４に示した高圧発生回路４０とを結合させて、高圧の発生電圧のばらつきを少なくしたものを示している。すなわち、端子ＣＯＮＴ１と放電電圧検出回路４１の出力とを接続して放電電圧のモニタ出力を昇圧電圧の制御用のトランジスタＱ４のベースに抵抗Ｒ１７を介して接続している。トランジスタＱ４が動作して昇圧電圧が制御状態にある時、抵抗Ｒ１１にはトランジスタＱ４のベース−エミッタ間の電圧約０．７Ｖが発生しており、この時オペアンプＯＰの出力電圧Ｖｖは
Ｖｖ＝（１＋Ｒ１７／Ｒ１１）×０．７
の関係が成立している。従って、抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１１の関係を、希望の昇圧電圧をこの時のオペアンプＯＰの出力電圧になるように設定することで、困難であった高圧の昇圧電圧を精度よく発生させることができるようにしたものである。抵抗Ｒ１１，Ｒ１７のどちらかを可変抵抗にすることでより精度よく設定することができる。
FIG. 15 shows a combination of the discharge voltage detection circuit 41 shown in FIG. 12 and the high voltage generation circuit 40 shown in FIG. That is, the terminal CONT1 and the output of the discharge voltage detection circuit 41 are connected, and the monitor output of the discharge voltage is connected to the base of the transistor Q4 for controlling the boosted voltage via the resistor R17. When the transistor Q4 operates and the boosted voltage is in a controlled state, a voltage of about 0.7 V between the base and emitter of the transistor Q4 is generated in the resistor R11. At this time, the output voltage Vv of the operational amplifier OP is Vv = ( 1 + R17 / R11) × 0.7
The relationship is established. Therefore, by setting the relationship between the resistor R17 and the resistor R11 so that the desired boosted voltage becomes the output voltage of the operational amplifier OP at this time, it is possible to accurately generate a high voltage boosted voltage that has been difficult. It is a thing. By setting either one of the resistors R11 and R17 as a variable resistor, it can be set with higher accuracy.
ところで、安定した放電がなされている時はトリチェリパルスの発生が見られるとともに、この時の放電は一定周期での放電となるために耳障りに感じられる放電音が聞こえることがある。図１６は上記トリチェリパルスの周期的な放電をみだして放電音の周波数成分を分散させるために、高圧発生回路４０の端子ＣＯＮＴ１にトリチェリパルスの放電周期とは異なる周波数を入力することができるようにしたものである。図においてトランジスタＱ５，Ｑ６、抵抗Ｒ１８〜Ｒ２１、コンデンサＣ７，Ｃ８、ダイオードＤ６，Ｄ７、Ｄ８で構成されるマルチバイブレータＭＢのトランジスタＱ５のコレクタ出力を前記トランジスタＱ４のベースに抵抗Ｒ１７を介して加えることでトランジスタＱ４に変調をかけている。このために高圧発生回路４０が発生する高圧出力電圧にも変調がかかり、このために放電パルスの周波数がみだされて音圧が分散され、放電音が低減する。 By the way, when a stable discharge is performed, generation of a trichelle pulse is observed, and since the discharge at this time is a discharge with a constant period, a discharge sound that can be annoying may be heard. FIG. 16 shows that the frequency component of the discharge sound is dispersed by detecting the periodic discharge of the Trichelle pulse, so that a frequency different from the discharge cycle of the Tricherry pulse can be input to the terminal CONT1 of the high voltage generation circuit 40. It is a thing. In the figure, the collector output of the transistor Q5 of the multivibrator MB composed of transistors Q5 and Q6, resistors R18 to R21, capacitors C7 and C8, diodes D6, D7 and D8 is added to the base of the transistor Q4 via the resistor R17. Thus, the transistor Q4 is modulated. For this reason, the high voltage output voltage generated by the high voltage generation circuit 40 is also modulated. For this reason, the frequency of the discharge pulse is found, the sound pressure is dispersed, and the discharge sound is reduced.
図１７に示すように、マルチバイブレータＭＢで変調されるトランジスタＱ４のコレクタを発振用のスイッチングトランジスタＱ１のベースに接続することで、発振を断続的に停止させることで高圧の発生電圧に変調をかけるようにしてもよい。 As shown in FIG. 17, by connecting the collector of the transistor Q4 modulated by the multivibrator MB to the base of the switching transistor Q1 for oscillation, the oscillation is intermittently stopped to modulate the high voltage generated voltage. You may do it.
いずれにしても、高圧の発生電圧に変調をかける変調周波数はトリチェリパルスの放電周波数より低く設定することが好ましい。たとえば、放電周波数が１．５ｋＨｚである場合、変調周波数は６００Ｈｚとする。 In any case, the modulation frequency for modulating the high voltage generated voltage is preferably set lower than the discharge frequency of the trichelle pulse. For example, when the discharge frequency is 1.5 kHz, the modulation frequency is 600 Hz.
Ｃ 制御回路
２ 放電電極
３ 対向電極
４ 高圧電源部
C control circuit 2 discharge electrode 3 counter electrode 4 high voltage power supply
Claims (19)
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