JP5193086B2 - Discharge cell discharge circuit and discharge cell discharge circuit control system - Google Patents

Discharge cell discharge circuit and discharge cell discharge circuit control system Download PDF

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Description

本発明は、一定の間隔をおいた平板電極の片側、もしくは両側の電極を誘電体で覆った一対の平面電極に対し、交流電圧を印加した場合に起こる無声放電、誘電体バリア放電であって、特に、高濃度のオゾン発生装置やオゾン水製造装置等に用いられる放電セル放電回路及び放電セル放電回路制御システムに関するものである。   The present invention relates to a silent discharge and a dielectric barrier discharge that occur when an alternating voltage is applied to a pair of planar electrodes in which electrodes on one side or both sides of a flat plate electrode with a predetermined interval are covered with a dielectric. In particular, the present invention relates to a discharge cell discharge circuit and a discharge cell discharge circuit control system used in a high-concentration ozone generator, an ozone water production apparatus, and the like.

オゾンの生成技術において、無声放電又は沿面放電によるオゾンの発生方法及び装置があり、具体的には、高圧電極と接地電極とを両電極間に空隙部が形成されるように誘電体を介在させた放電セルを構成し、両電極間の空隙部に酸素ガスを流しつつ該両電極間に高電圧を印加することにより放電を起こし、高濃度のオゾンを生成させるオゾンの発生方法及び装置が開発され、使用されている。オゾンは有用な酸化殺菌剤として利用されているが、例えば半導体製造分野においても、幅広く利用されている。そして従来、前記オゾンを生成するための高電圧発生回路(放電セル放電回路)においても、オゾン発生量の向上を目的とした回路方式が提案されている。 In the ozone generation technology, there are methods and devices for generating ozone by silent discharge or creeping discharge. Specifically, a dielectric is interposed between the high-voltage electrode and the ground electrode so that a gap is formed between the two electrodes. Developed ozone generation method and device that constitutes a discharge cell and generates a high concentration of ozone by causing discharge by applying a high voltage between the electrodes while flowing oxygen gas through the gap between the electrodes Is being used. Ozone is used as a useful oxidative sterilizer, but is also widely used, for example, in the semiconductor manufacturing field. Conventionally, a circuit system for improving the amount of ozone generated has also been proposed in the high voltage generation circuit (discharge cell discharge circuit) for generating ozone.

図13は従来の直列共振方式による放電セル放電回路のオゾン生成回路を示すブロック図である。図13において、まずノード(R、S、T)より整流部(Ur)に供給された商用交流電力は全波整流され、直流が平滑コンデンサ(C10、C11)で平滑され直流電源となる。前記直流電源は、インバータ(Uj)に供給され、前記インバータ(Uj)の中点間に交流電圧が形成される。前記インバータ(Uj)で形成された交流電圧は、昇圧トランス(T10)により高電圧に変換(昇圧)され、インダクタ(L1)を介して誘電体を介在させた放電セル(Ds)に両電極間に印加される。このインダクタ(L1)を設ける第1の目的は、前記インバータ(Uj)上のスイッチング素子(Q10、Q11)に過渡的に流れる過大電流を抑制し、スイッチング素子(Q10、Q11)を保護するためである。またその第2の目的は、前記放電セル(Ds)は抵抗成分とツェナーダイオードと容量成分とを並列に接続した回路と等価と考えることができるので、インダクタ(L1)と前記放電セル(Ds)が持つ寄生容量(Cm)とから構成される共振部の共振周波数で前記インバータ(Uj)を動作させるためである。 FIG. 13 is a block diagram showing an ozone generation circuit of a discharge cell discharge circuit according to a conventional series resonance system. In FIG. 13, first , commercial AC power supplied from the nodes (R, S, T) to the rectifier (Ur) is full-wave rectified, and the direct current is smoothed by the smoothing capacitors (C10, C11) to become a direct current power source. The DC power is supplied to the inverter (Uj), and an AC voltage is formed between the midpoints of the inverter (Uj). The alternating voltage formed by the inverter (Uj) is converted (boosted) into a high voltage by a step-up transformer (T10), and a discharge cell (Ds) having a dielectric interposed through an inductor (L1) is connected between both electrodes. To be applied. The first purpose of providing the inductor (L1) is to suppress excessive current flowing transiently to the switching elements (Q10, Q11) on the inverter (Uj ) and to protect the switching elements (Q10, Q11). is there. The second object is that the discharge cell (Ds) can be considered equivalent to a circuit in which a resistance component, a Zener diode, and a capacitance component are connected in parallel, so that the inductor (L1) and the discharge cell (Ds) This is because the inverter (Uj) is operated at the resonance frequency of the resonance part configured by the parasitic capacitance (Cm) of the inverter.

同調制御部(Us')は、前記放電セル(Ds)の両電極間の電圧と前記放電セル(Ds)への電流との各波形を取り込んで各位相信号を取り込み、両者の位相差を認識する機能を有している。例えば、LC回路で構成された共振部の電圧印加駆動の周波数を共振周波数で印加している場合、トランス(T10)の一次側の位相差はゼロ近傍となり、トランス(T10)の2次側であるLC回路の接続ノード電圧が最大になることは公知の事実である。例えば特許文献1においても、インバータの周波数を共振周波数と合わせることにより、高い電圧出力が得られることを紹介している。インバータとして高電圧、つまり前記放電セル(Ds)における電圧印加状態を最大にするために、前記トランス(T10)の電流と電圧の位相差をゼロにすべく、前記インバータ(Uj)を駆動する駆動回路(Gq10)に前記共振周波数と一致したパルス信号を伝送する。 The tuning control unit (Us ′) takes in each waveform of the voltage between the electrodes of the discharge cell (Ds) and the current to the discharge cell (Ds), takes in each phase signal, and recognizes the phase difference between them. It has a function to do. For example, when the frequency of the voltage application drive of the resonance unit configured by the LC circuit is applied at the resonance frequency, the phase difference on the primary side of the transformer (T10) is close to zero, and on the secondary side of the transformer (T10). It is a known fact that the connection node voltage of a certain LC circuit is maximized. For example, even in Patent Document 1, by Rukoto combined frequency of the inverter and the resonant frequency, it is introducing the high voltage output can be obtained. Drive that drives the inverter (Uj) in order to make the phase difference between the current and voltage of the transformer (T10) zero in order to maximize the high voltage as the inverter, that is, the voltage application state in the discharge cell (Ds). A pulse signal matching the resonance frequency is transmitted to the circuit (Gq10).

次に、図14は図13に示す直列共振方式によるオゾン生成回路における前記インバータ(Uj)上に配置された前記スイッチング素子(Q10、Q11)の動作説明図である。同図に示すように、前記インバータ(Uj)の前記スイッチング素子(Q10、Q11)の各々のDUTY比は略50%とし、前記スイッチング素子(Q10、Q11)各々のオン時間の間、つまり両スイッチング素子ともにオフとなる適当な極短い期間を設定した上でこれを交互に動作させるとともに、前記インバータ(Uj)の駆動周波数は、周波数変調を行うこととしている。   Next, FIG. 14 is an operation explanatory diagram of the switching elements (Q10, Q11) arranged on the inverter (Uj) in the series generation type ozone generation circuit shown in FIG. As shown in the figure, the DUTY ratio of each of the switching elements (Q10, Q11) of the inverter (Uj) is approximately 50%, and during the on-time of each of the switching elements (Q10, Q11), that is, both switching An appropriate extremely short period in which both elements are turned off is set and operated alternately, and the drive frequency of the inverter (Uj) is subjected to frequency modulation.

特に、オゾン発生用の放電セルにおいて、共振作用による高電圧の印加時、オゾン生成が高効率で行われることが一般的に知られており、その際は放電セル(Ds)の持つ前記寄生容量(Cm)成分と前記放電セル(Ds)に直列に接続された前記インダクタ(L1)とで構成された共振部のもつ共振周波数を利用してインバータ(Uj)を共振周波数で駆動し高電圧を印加することが好適である。そして、同時にインバータ(Uj)のスイッチング素子(Q10、Q11)に流れる電流がゼロの時にスイッチングを行うゼロ電流スイッチングを達成し、スイッチングロスを低減して電源としての効率も改善することが好適である。 In particular, it is generally known that ozone generation is performed with high efficiency when a high voltage is applied by a resonance action in a discharge cell for generating ozone. In this case, the parasitic capacitance of the discharge cell (Ds) is known. The inverter (Uj) is driven at the resonance frequency by using the resonance frequency of the resonance part composed of the (Cm) component and the inductor (L1) connected in series to the discharge cell (Ds) to generate a high voltage. It is preferable to apply. At the same time, it is preferable to achieve zero current switching that performs switching when the current flowing through the switching elements (Q10, Q11) of the inverter (Uj) is zero, thereby reducing the switching loss and improving the efficiency as a power source. .

ここで図15を用いて前記スイッチング素子(Q10、Q11)が動作する駆動周波数について説明する。図15では横軸に周波数、縦軸に共振の鋭さ(Q)を表示する。前記したように、オゾン濃度を高く設定または調整する際は、前記共振周波数近傍で前記インバータ(Uj)を動作させるため、放電セル(Ds)に対し高い電圧を印加できることになり、非常に高いオゾン生成効率を得ることができる。そのため、前記放電セル(Ds)の特性から最も高いQが得られるべく予め予測的に算出された共振周波数(f0)で前記インバータ(Uj)を制御する方式としている。しかしながら、放電セル(Ds)の冷却条件の変化や、放電セル(Ds)の両電極間の空隙部を流れるガス流量による放電セル(Ds)の温度の変化や、放電による寿命劣化による電極間距離変化、放電セル(Ds)の容量成分の減少などにより周波数を一定としても共振周波数の変化が実際に生じるため常に最良の効率を達成できない欠点があった。 Here, the drive frequency at which the switching elements (Q10, Q11) operate will be described with reference to FIG. In FIG. 15, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents resonance sharpness (Q). As described above, when the ozone concentration is set or adjusted high, the inverter (Uj) is operated in the vicinity of the resonance frequency, so that a high voltage can be applied to the discharge cell (Ds) , which is very high. Ozone generation efficiency can be obtained. Therefore, the inverter (Uj) is controlled at the resonance frequency (f0) calculated in advance in order to obtain the highest Q from the characteristics of the discharge cell (Ds). However, the change in the cooling conditions of the discharge cell (Ds), the change in the temperature of the discharge cell (Ds) due to the gas flow rate through the gap between the electrodes of the discharge cell (Ds), and the inter-electrode distance due to the life deterioration due to the discharge. changes, since the resulting changes actually resonance frequency frequency due to a decrease in the capacitive component of the discharge cell (Ds) is constant, there is not always possible to achieve the best efficiency drawbacks.

また、オゾン生成量を調整する際において特にその生成量を減じたい場合における前記インバータ(Uj)駆動周波数前記共振周波数から外れた領域で運転を行うことにより、放電セル(Ds)の両電極間に低い電圧を印加する方式としている。したがってインバータ(Uj)のスイッチング素子(Q10、Q11)がゼロ電流スイッチングを達成できない欠点があった。まして、昇圧トランス(T10)に存在するリーケージインダクタンスによりノイズを発生しやすく、制御系の回路が誤作動を引き起こすリスクがあり、そのための対策を実施しなければならなかった。 Further, in the case of adjusting an ozone generation amount, in particular by carrying out the operation in a region where the inverter (Uj) is the driving frequency deviates from the resonance frequency when the desired reduced the generation amounts, both of the discharge cells (Ds) In this method , a low voltage is applied between the electrodes . Therefore, there is a drawback that the switching elements (Q10, Q11) of the inverter (Uj) cannot achieve zero current switching. In addition, the leakage inductance existing in the step-up transformer (T10) is likely to generate noise, and there is a risk that the control system circuit may malfunction, and countermeasures for that must be taken.

オゾン生成濃度を減少させたい場合は、本本式においては前記共振周波数(f0)から前記インバータ(Uj)の駆動周波数を離していき、放電セル(Ds)への印加電圧を落とす方法が試されている。その際は規定の周波数領域区間(Δf)の区間をもって共振周波数(f0)より離れた周波数で制御される。そのため本方式では、例えば、PLL(Phase Locked Loop)技術、つまり、基準周波数と、出力信号との周波数を一致させる電子回路を用いて入力信号と出力信号との位相差を検出し、VCO(電圧によって周波数を変化させる発振器)や回路のループを制御することで、正確に同期した周波数の信号を発信する方式を使った場合は、煩雑な回路構成になるばかりか、前記共振周波数(f0)から前記インバータ(Uj)の駆動周波数が外れるため、結果として、オゾン生成効率の面で効率低下を招く問題があった。さらに、駆動周波数が離れる方向としてより高い周波数を選択すれば、スイッチング周波数が高まるから、当然、スイッチング素子の発熱量も増加する問題があった。さらにスイッチングロスの観点から、電流と電圧の位相が一致していないため、例えば、電流が多く流れているときであってもスイッチング素子は遮断処理をしなければならず、所謂ハードスイッチングとなり、スイッチングロスを増大させるとともにノイズも増大させてしまう欠点があった。   In order to reduce the ozone generation concentration, in this formula, a method is attempted in which the drive frequency of the inverter (Uj) is separated from the resonance frequency (f0), and the voltage applied to the discharge cell (Ds) is reduced. Yes. In this case, the control is performed at a frequency separated from the resonance frequency (f0) with a predetermined frequency region interval (Δf). Therefore, in this method, for example, the phase difference between the input signal and the output signal is detected using a PLL (Phase Locked Loop) technique, that is, an electronic circuit that matches the frequency of the reference frequency and the output signal, and the VCO (voltage By using a method of transmitting a signal having a precisely synchronized frequency by controlling a circuit loop and a circuit loop, the circuit frequency becomes complicated, and the resonance frequency (f0) Since the drive frequency of the inverter (Uj) is deviated, there is a problem that the efficiency is lowered in terms of ozone generation efficiency. Furthermore, if a higher frequency is selected as the direction in which the drive frequency is separated, the switching frequency increases, so there is a problem that the amount of heat generated by the switching element naturally increases. Furthermore, from the viewpoint of switching loss, the phase of the current and voltage do not match. For example, even when a large amount of current is flowing, the switching element must be cut off, so-called hard switching is performed. There is a drawback that the loss is increased and the noise is also increased.

さらに本本式においては、前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振周波数(f0)とすることが最善である旨を前述したが、実際のところ、前記放電セル(Ds)への印加電圧が過剰に上昇してしまい、放電セル(Ds)を破壊してしまった。これは前述したように共振の鋭さ(Q)が大きいためであり、また同時に前記インバータ(Uj)への供給電力を制限する手段を持たないからであった。   Furthermore, in the present formula, it has been described that it is best to set the drive frequency of the inverter (Uj) to the resonance frequency (f0). However, in actuality, an excessive voltage is applied to the discharge cell (Ds). As a result, the discharge cell (Ds) was destroyed. This is because the sharpness (Q) of resonance is large as described above, and at the same time, there is no means for limiting the power supplied to the inverter (Uj).

さらに、前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記放電セル寄生容量(Cm)と前記インダクタ(L1)との共振周波数に合わせ一定とした場合においては、前記放電セル(Ds)はその寄生容量(Cm)自体にばらつきが存在しており、例えば前記放電セル(Ds)を交換した際、交換された放電セルによっては共振周波数が交換以前と同一とならず、所望の消費電力、所望のオゾン濃度が得られないという問題があった。 Further, when the drive frequency of the inverter (Uj) is constant according to the resonance frequency of the discharge cell parasitic capacitance (Cm) and the inductor (L1), the discharge cell (Ds) has its parasitic capacitance (Cm For example, when the discharge cell (Ds) is replaced, the resonance frequency may not be the same as that before the replacement depending on the replaced discharge cell, and the desired power consumption and the desired ozone concentration may be reduced. There was a problem that it could not be obtained.

さらに、一定の周波数でブリッジを駆動している場合において、例えば入力電源が単相50Hzの場合、平滑コンデンサ(C10、C11)には整流後の100Hzのリップルが存在しており、オゾン生成濃度においても、この100Hzのうねりが生じてしまい、極短い時間ではあるが規定された濃度が得られていない問題があった。そのため極端に大きな容量を持った電界コンデンサを用意する必要があり、大型化が避けられなかった。   Further, when the bridge is driven at a constant frequency, for example, when the input power source is single-phase 50 Hz, the smoothing capacitors (C10, C11) have a ripple of 100 Hz after rectification, and the ozone generation concentration However, this swell of 100 Hz occurred, and there was a problem that the specified concentration was not obtained although it was an extremely short time. For this reason, it is necessary to prepare an electric capacitor having an extremely large capacity, and an increase in size cannot be avoided.

特許文献3においては、放電セルの持つ寄生容量成分と放電セルと直列に接続されたトランスとトランスの漏れインダクタンスにて構成された共振部のもつ共振周波数を利用しインバータを共振周波数で駆動し、スイッチングロスを低減し、電源としての効率を上げるように制御するものが記載されているが、上記各問題については解決されていなかった。   In Patent Document 3, the inverter is driven at the resonance frequency using the resonance frequency of the resonance part formed by the parasitic capacitance component of the discharge cell, the transformer connected in series with the discharge cell, and the leakage inductance of the transformer, Although what controls to reduce switching loss and increase the efficiency as a power supply is described, the above-mentioned problems have not been solved.

また、特許文献4においては、インバータのスイッチング素子をDuty比50%にて共振周波数で駆動し、PDM(Pulse Density Modulation)方式を採用した方式が記載されているが、上記各問題については解決されていなかった。   Patent Document 4 describes a method in which a switching element of an inverter is driven at a resonance frequency with a duty ratio of 50% and adopts a PDM (Pulse Density Modulation) method, but the above problems are solved. It wasn't.

また特許文献2においては、商用交流電源の極性に応じて信号を出力し、商用交流電源の電圧の極性を利用する方法により商用電源周波数の変動を回避する方策が提案されているが、オゾン生成に必要なインバータの印加周波数は、概ね10kHz〜50kHz程度の高周波が必要であり、前記共振部によるオゾン生成の効率面から考えても上記各問題を解決する方策となりえなかった。   Patent Document 2 proposes a method of outputting a signal according to the polarity of the commercial AC power supply and avoiding fluctuations in the commercial power supply frequency by using the polarity of the voltage of the commercial AC power supply. The applied frequency of the inverter necessary for the inverter requires a high frequency of about 10 kHz to 50 kHz, and even if it is considered from the viewpoint of the efficiency of ozone generation by the resonance part, it cannot be a measure for solving the above problems.

図16は従来の他の放電セル放電回路のオゾン生成回路を示すブロック図である。また図17は図16に示すオゾン生成回路におけるスイッチング素子(Q10,Q11)の動作説明図である。図16における方式は、駆動周波数を一定とし、オン幅を可変とする、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、オゾン生成量を制御する方式である。図16に示す形態においては、前記したように共振周波数の電圧印加による動作時に非常に高いオゾン生成効率を得ることができるから、そのため前記放電セル(Ds)の持つ寄生容量(Cm)とインダクタ(L2)との関係から共振周波数を導き出し、並列共振方式にて駆動周波数を予め固定した方式として高電圧を放電セル(Ds)に印加している。そして、電力制御部(Us'')により前記放電セル(Ds)への電力及び前記放電セル(Ds)への電圧を管理しインバータ(Uj)を駆動する駆動部(Gq20)にフィードバックするものである。 FIG. 16 is a block diagram showing an ozone generation circuit of another conventional discharge cell discharge circuit. FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the switching elements (Q10, Q11) in the ozone generation circuit shown in FIG. The method in FIG. 16 is a method for controlling the ozone generation amount by performing PWM (Pulse Width Modulation) control in which the drive frequency is constant and the ON width is variable. In the embodiment shown in FIG. 16, since a very high ozone generation efficiency can be obtained during operation by applying a voltage at the resonance frequency as described above, therefore, the parasitic capacitance (Cm) and the inductor ( The resonance frequency is derived from the relationship with L2), and a high voltage is applied to the discharge cell (Ds) as a method in which the drive frequency is fixed in advance by the parallel resonance method. The power control unit (Us ″) manages the power to the discharge cell (Ds) and the voltage to the discharge cell (Ds) and feeds back to the drive unit (Gq20) that drives the inverter (Uj). is there.

図16におけるインバータ(Uj)上のスイッチング素子(Q20、21、22、23)における駆動タイミングは、図17に示すように、共振状態が得られる状態において周期(T1)を一定にして、オン時間(T2)が最大で概ね50%近くになるように設計されている。   As shown in FIG. 17, the drive timing of the switching elements (Q20, 21, 22, 23) on the inverter (Uj) in FIG. 16 is constant while the period (T1) is constant in the state where the resonance state is obtained. (T2) is designed to be approximately 50% at maximum.

しかしながら、前記放電セル(Ds)は温度や圧力の上昇に伴って放電セル(Ds)の放電電圧が上昇し、次第に放電セル(Ds)の寄生容量(Cm)成分が増加してしまうため、前記共振周波数も変化してしまい、その結果、前記インバータ(Uj)の駆動周波数が前記した共振周波数から外れてしまう問題があった。   However, in the discharge cell (Ds), the discharge voltage of the discharge cell (Ds) increases as the temperature and pressure increase, and the parasitic capacitance (Cm) component of the discharge cell (Ds) gradually increases. The resonance frequency also changes, and as a result, there is a problem that the drive frequency of the inverter (Uj) deviates from the resonance frequency.

また、オゾン生成濃度を減少させたい場合においては、PWMの前記オン時間(T2)を減少させる方式となる。抵抗をはじめとする一般的な負荷においては電流の増加とともにその分だけ電圧が上昇するが、放電セル(Ds)では独特な性質を持つ。具体的には前記オン時間(T2)を減少させた際は、前記放電セル(Ds)へのエネルギー量が減少し、前記放電セル(Ds)の温度が低下し、前記放電セル(Ds)の電圧が低下し、前記寄生容量(Cm)も減少し、結果として、同様にインバータ(Uj)の駆動周波数が共振周波数から大幅に外れてしまう問題があった。   When it is desired to decrease the ozone generation concentration, the PWM on-time (T2) is decreased. In a general load such as a resistor, the voltage increases as the current increases, but the discharge cell (Ds) has a unique property. Specifically, when the on-time (T2) is decreased, the amount of energy to the discharge cell (Ds) decreases, the temperature of the discharge cell (Ds) decreases, and the discharge cell (Ds) The voltage decreases and the parasitic capacitance (Cm) also decreases. As a result, similarly, there is a problem that the drive frequency of the inverter (Uj) is greatly deviated from the resonance frequency.

仮に共振状態を外れたスイッチングをしている場合において、スイッチング素子がオンとなる直前の状態は、スイッチング素子のドレイン端子−ソース端子両端に電圧が存在しているから、スイッチング素子の寄生容量に電荷が蓄積されており、スイッチング素子がオンとなる瞬間に、前記電荷がスイッチング素子を介しショート電流となり流れスイッチング素子のオン抵抗で熱となり消費される。一方、スイッチング素子がオフとなる直前の状態は、スイッチング素子のドレイン端子−ソース端子には電流が流れており、この時スイッチング素子をオフしてしまうためスイッチングロスが生じる。これらは不要な発熱となるとともに、ノイズ発生原因にもなりうる。またこの方式でも、前記図13の方式と同様に、放電セル(Ds)固有のばらつき(寄生容量(Cm)のばらつき)により、必ずしも適応した周波数が得られないため、その都度周波数の調整を行わなければならない欠点があった。 If switching is performed out of the resonance state, the state immediately before the switching element is turned on is that voltage is present at both ends of the drain terminal and the source terminal of the switching element. Is stored, and at the moment when the switching element is turned on, the charge flows through the switching element as a short-circuit current, and is consumed as heat by the on-resistance of the switching element. On the other hand, in the state immediately before the switching element is turned off, a current flows between the drain terminal and the source terminal of the switching element. At this time, the switching element is turned off, so that a switching loss occurs. These generate unnecessary heat and can cause noise. Also in this method, like the method of FIG. 13, the discharge cells (Ds) specific variation (variation in parasitic capacitance (Cm)), always for adaptation frequencies can not be obtained, perform adjustment of each time frequency There was a drawback that had to be.

さらに上述の図13,図16に示す従来の各例においては、オゾン発生効率の観点から共振周波数近傍で駆動すべきである要素があるにも関わらず、オゾン濃度を調整するためには前記インバータ(Uj)の駆動周波数を共振周波数から外してスイッチング素子をオンオフしなければならず、前記インバータ(Uj)のスイッチング素子に対しても不要なストレスを掛け、時としてスイッチング素子の破損に至るだけでなく、放電セル(Ds)の冷却条件の変化、放電セル(Ds)へのガス流量による放電セル(Ds)の温度の変化、放電による寿命劣化による電極間距離変化、放電セル(Ds)の容量成分の減少などによりインバータ(Uj)の駆動周波数を一定としても共振周波数の変化が実際に生じるため常に最良の効率を達成できない欠点があった。   Further, in each of the conventional examples shown in FIGS. 13 and 16, the inverter is used to adjust the ozone concentration, although there are elements that should be driven near the resonance frequency from the viewpoint of ozone generation efficiency. The drive frequency of (Uj) must be removed from the resonance frequency, and the switching element must be turned on and off. Unnecessary stress is applied to the switching element of the inverter (Uj), and sometimes the switching element is damaged. The change of the cooling condition of the discharge cell (Ds), the change of the temperature of the discharge cell (Ds) due to the gas flow rate to the discharge cell (Ds), the change of the interelectrode distance due to the life deterioration due to the discharge, the capacity of the discharge cell (Ds) Even if the drive frequency of the inverter (Uj) is kept constant due to a decrease in the components, etc., the resonance frequency actually changes, so that the best efficiency cannot always be achieved There is a drawback.

次にオゾン生成装置の制御システムの一例を簡略化して示すブロック図である図18を用いて、オゾン生成装置について説明する。前記装置は所望のオゾン濃度のオゾンガスを得るための装置であって前記説明した放電セル放電回路(PS)の他に酸素や冷却水や窒素などのユーティリティーの供給バルブ(V1、V2)やマスフローコントローラ(MFC1、MFC2)やオゾン検知器(Od)を初めとした機器、図中では省略するが圧力計や流量センサなど装置に必要な部品を具備しており、自動制御化が可能なように放電セル放電回路制御システム(以下「装置制御システム」という)(ES)を搭載している。そして、放電セル放電回路(PS)は放電セル(Ds)へ放電を行い、その際は酸素(O2)、および微量の窒素(N2)を添加して放電セル(Ds)内に供給する。前記放電セル(Ds)内に酸素(O2)が供給されれば、オゾン(O3)が生成される。 Next, the ozone generation device will be described with reference to FIG. 18, which is a simplified block diagram showing an example of the control system of the ozone generation device. The apparatus is an apparatus for obtaining ozone gas having a desired ozone concentration. In addition to the discharge cell discharge circuit (PS) described above, utility supply valves (V1, V2) such as oxygen, cooling water and nitrogen, and a mass flow controller are provided. Equipment such as (MFC1, MFC2) and ozone detector (Od), which are omitted in the figure, are equipped with necessary parts such as pressure gauges and flow sensors, and are discharged so that they can be controlled automatically A cell discharge circuit control system (hereinafter referred to as “device control system”) (ES) is mounted. The discharge cell discharge circuit (PS) discharges to the discharge cell (Ds), and in this case, oxygen (O 2 ) and a small amount of nitrogen (N 2 ) are added and supplied into the discharge cell (Ds). . If oxygen (O 2 ) is supplied into the discharge cell (Ds), ozone (O 3 ) is generated.

放電セル放電回路(PS)は、装置制御システム(ES)からの指令により制御される。特に、装置制御システム(ES)は放電セル放電回路(PS)に対し放電開始指令と放電電力量を操作することができる。例えば、放電セル放電回路(PS)をスレーブ、装置制御システム(ES)をマスターとすればマスターは4mA〜20mAの範囲での電流信号を出力し、スレーブは、スレーブ上のコントロール基板に実装した抵抗、例えば250オームの抵抗で受け1V〜5Vに変換した信号を受け取り放電セル(Ds)への電力投入量をフィードバック制御する。装置制御システム(ES)からの電流信号は、放電セル放電回路(PS)で定義したオゾン生成最低値とオゾン生成最大値の間を表現しているものである。   The discharge cell discharge circuit (PS) is controlled by a command from the device control system (ES). In particular, the device control system (ES) can operate the discharge start command and the discharge power amount for the discharge cell discharge circuit (PS). For example, if the discharge cell discharge circuit (PS) is a slave and the device control system (ES) is a master, the master outputs a current signal in the range of 4 mA to 20 mA, and the slave is a resistor mounted on the control board on the slave. For example, a signal converted into 1V to 5V is received by a resistor of 250 ohms, and the amount of power input to the discharge cells (Ds) is feedback-controlled. The current signal from the device control system (ES) expresses between the minimum ozone generation value and the maximum ozone generation value defined by the discharge cell discharge circuit (PS).

放電セル放電回路(PS)は、装置制御システム(ES)から得られた4mA〜20mAの信号を例えば1000分解能で検出して放電セル(Ds)への供給電力量を微妙に設定することが可能である。装置制御システム(ES)は発生したオゾン量をオゾンガス検知器(Od)を用いて監視しており、オゾン生成量が少なければ放電セル放電回路(PS)に対して前記指令値を増加させるし、オゾン生成量が多ければ放電セル放電回路(PS)に対して指令値を減少させている。   The discharge cell discharge circuit (PS) can detect the signal of 4 mA to 20 mA obtained from the device control system (ES) with, for example, 1000 resolution and finely set the amount of power supplied to the discharge cell (Ds). It is. The device control system (ES) monitors the generated ozone amount using an ozone gas detector (Od), and if the ozone generation amount is small, the command value is increased for the discharge cell discharge circuit (PS), If the amount of ozone generated is large, the command value is decreased with respect to the discharge cell discharge circuit (PS).

次に図19を用いて放電セル(DS)への電力投入量とオゾン濃度との関係について説明する。オゾン生成用の放電セル(Ds)に誘電体バリア放電(無声放電)を発生させるため電力を投入するとオゾンが発生する。放電セル放電回路(PS)がオゾン生成用放電セル(DS)に対して数kVの電圧を数十kHzの駆動周波数で印加すると、バリア放電が発生し、その中を酸素(O2)が通過する際に、分解されてラジカルとなって、オゾン(O3)として再結合する。放電セル放電回路(PS)に対して前記指令値を増加させれば前記放電セル(Ds)への投入電力量も増加することを説明したが、前記放電セル(Ds)に過剰な電力を投入した際は、生成したオゾン(O3)を破壊してしまい逆にオゾン濃度を減少させる現象が起きる欠点があった。これは、装置制御システム(ES)が単純な一方向のPID制御で、所望のオゾン濃度を得ようと放電セル放電回路(PS)を制御しているため、オゾン量を増加させるべく前記指令量を多くした場合はオゾン生成の最高効率点を経過しオゾン濃度が減少してしまう電力が放電セル(Ds)に投入されてしまうからである。 Next, the relationship between the amount of power input to the discharge cell (DS) and the ozone concentration will be described with reference to FIG. When power is supplied to generate a dielectric barrier discharge (silent discharge) in the discharge cell (Ds) for generating ozone, ozone is generated. When the discharge cell discharge circuit (PS) applies a voltage of several kV to the ozone generation discharge cell (DS) at a driving frequency of several tens of kHz, a barrier discharge is generated, and oxygen (O 2 ) passes therethrough. In doing so, it is decomposed into radicals and recombined as ozone (O 3 ). It has been explained that if the command value is increased for the discharge cell discharge circuit (PS), the amount of power supplied to the discharge cell (Ds) also increases. However, excessive power is supplied to the discharge cell (Ds). In this case, the generated ozone (O 3 ) is destroyed, and the ozone concentration is reduced. This is because the device control system (ES) controls the discharge cell discharge circuit (PS) so as to obtain a desired ozone concentration by simple one-way PID control. This is because the electric power that causes the ozone concentration to decrease after the maximum efficiency point of ozone generation is supplied to the discharge cell (Ds).

そのため、装置制御システム(ES)は、電力範囲(ΔW’)の範囲での電流信号を出力し、オゾン生成の最良点よりも低く、十分なマージンを確保した上での範囲で設定しなければならず、放電セル放電回路(PS)も最大の本来の定格出力電力より低くなるように最大の出力を都度、再設定する必要があった。そして何よりもオゾン生成用放電セル(Ds)にとって最大限のオゾン生成性能を引き出せる形態とは言えなかった。例えば、放電電源は使用している経時変化による劣化により放電セル(Ds)が持つ寄生容量の変化、連続的な使用時間に伴う温度変化、例えば放電セル(Ds)への冷却水供給流量による冷却条件の変化、酸素流量条件によるオゾン生成条件の変化により、一旦、オゾン生成濃度を調整設定したにも関わらず、数時間後にオゾン濃度が変わってしまう問題があった。   Therefore, the device control system (ES) outputs a current signal in the range of the power range (ΔW ′) and must be set within a range that is lower than the best point of ozone generation and secures a sufficient margin. In addition, it was necessary to reset the maximum output each time so that the discharge cell discharge circuit (PS) also became lower than the maximum original rated output power. Above all, the ozone generation discharge cell (Ds) could not be said to have the maximum ozone generation performance. For example, the discharge power supply is deteriorated due to a change with time, a change in parasitic capacitance of the discharge cell (Ds), a temperature change with continuous use time, for example, cooling by a cooling water supply flow rate to the discharge cell (Ds). Due to changes in conditions and changes in ozone generation conditions due to oxygen flow rate conditions, there was a problem that the ozone concentration changed after a few hours even though the ozone generation concentration was once adjusted and set.

また、放電セル放電回路(PS)からの放電セル(Ds)への出力を装置制御システム(ES)からの指令値で規定するにあたって、オゾン生成濃度の最高のポイントで調整したとしても前記要因により、最大のオゾン生成濃度が得られるとは限らない。何となればオゾン生成能力が減少に転ずる電力投入ポイント(WO)が逐次変化しているからである。   In addition, when the output from the discharge cell discharge circuit (PS) to the discharge cell (Ds) is defined by the command value from the device control system (ES), even if it is adjusted at the highest point of ozone generation concentration, The maximum ozone generation concentration is not always obtained. This is because the power input point (WO) at which the ozone generation capacity starts to decrease is gradually changing.

ここまで、放電セル(Ds)のオゾン生成能力を最大限に発揮するために、大きく別けて2つの欠点が存在することについて説明してきた。一つ目は、放電セル放電回路(PS)による放電セル(Ds)への電圧の印加方法であり、放電セル放電回路(PS)は放電セル(Ds)の共振周波数の変化によって、印加される電圧が時間や外乱と共に変化してしまい、常に最良の電圧を放電セル(Ds)に印加することができないことである。もう一つは、放電セル放電回路(PS)を制御するためオゾン量を増加させるべく装置制御システム(ES)からの指令値を増加した場合に、オゾン生成の最高効率点を経過しオゾン濃度が減少に転じてしまう電力が放電セル(Ds)に投入されてしまう欠点があったことである。   Up to this point, it has been explained that there are two main drawbacks in order to maximize the ozone generation capability of the discharge cell (Ds). The first is a method of applying a voltage to the discharge cell (Ds) by the discharge cell discharge circuit (PS). The discharge cell discharge circuit (PS) is applied by a change in the resonance frequency of the discharge cell (Ds). The voltage changes with time and disturbance, and the best voltage cannot always be applied to the discharge cell (Ds). The other is that when the command value from the device control system (ES) is increased to increase the amount of ozone in order to control the discharge cell discharge circuit (PS), the maximum ozone generation efficiency point passes and the ozone concentration This is because there is a drawback that the electric power that starts to decrease is input to the discharge cell (Ds).

特開2000−209873号公報JP 2000-209873 A 特開平11−243690号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-243690 特開平11−074057号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-074057 特開平06−141554号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-141554 特開2000−134943号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-134944

本発明は上記問題点に鑑みて発明されたものでありその目的は、一対の平板と誘電体で構成された高濃度のオゾンを生成する放電セルの放電セル放電回路において、周波数印加手段の駆動周波数を常に自動的に共振周波数近傍の状態としながらオゾン生成量の調整を可能とし、且つ安価に構成することができる放電セル放電回路を提供することにある。   The present invention was invented in view of the above problems, and its purpose is to drive a frequency application means in a discharge cell discharge circuit of a discharge cell that generates high-concentration ozone composed of a pair of flat plates and a dielectric. An object of the present invention is to provide a discharge cell discharge circuit capable of adjusting the amount of ozone generation while automatically setting the frequency in the vicinity of the resonance frequency, and being configured at a low cost.

また本発明の目的は、上記放電セル放電回路を外部から制御する際に、オゾン生成量を最大限まで調整可能とし、且つ安価に構成することができる放電セル放電回路制御システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a discharge cell discharge circuit control system that can adjust the ozone generation amount to the maximum when controlling the discharge cell discharge circuit from the outside and can be configured at a low cost. is there.

本願請求項1に記載の発明は、対となる放電板の間に誘電体を設置してなる放電セル(Ds)を放電させる放電セル放電回路であって、直流電力を供給する電力供給部(Uw)と、前記電力供給部(Uw)から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ(Uj)と、前記インバータ(Uj)で変換された交流電力を昇圧するトランス(Tr)と、前記トランス(Tr)の2次側に前記放電セル(Ds)と共振インダクタ(Lm)とを接続した閉ループを構成することで共振インダクタ(Lm)と前記放電セル(Ds)の寄生容量(Cm)とによって構成される共振部と、を具備し、さらに、前記共振部の共振周波数と前記インバータ(Uj)の駆動周波数とを同調させるようにインバータ(Uj)の駆動周波数を制御する同調制御部(Us)と、前記電力供給部(Uw)の出力電力を調整可変して規定の出力電力になるように制御する電力制御回路(Uwc)と、を具備し、前記同調制御部(Us)によるインバータ(Uj)の駆動周波数の制御と、前記電力制御回路(Uwc)による電力制御との2つの制御系によって放電を継続させ、前記同調制御部(Us)は、前記共振部に流れる電流位相検出手段(Ui)と、前記共振部の電圧位相検出手段(Uv)とに接続され、前記電流位相検出手段(Ui)で得た電流位相信号(Sfi)と前記電圧位相検出手段(Uv)で得た電圧位相信号(Sfv)とを比較して共振位相差信号(Sfr)を得る比較部(Uf)と、前記共振位相差信号(Sfr)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調させるように周波数制御信号(Sfg)の値を決定してインバータ(Uj)フィードバック制御する演算比較手段(Uz)とを有し、前記同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振位相差信号(Sfr)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記周波数制御信号(Sfg)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部をその共振周波数近傍で動作させることを特徴とする放電セル放電回路にある。 The invention described in claim 1 is a discharge cell discharge circuit for discharging a discharge cell (Ds) in which a dielectric is placed between a pair of discharge plates, and a power supply unit (Uw) for supplying DC power An inverter (Uj) that converts DC power supplied from the power supply unit (Uw) into AC power, a transformer (Tr) that boosts AC power converted by the inverter (Uj), and the transformer ( By configuring a closed loop in which the discharge cell (Ds) and the resonant inductor (Lm) are connected to the secondary side of Tr), the resonant inductor (Lm) and the parasitic capacitance (Cm) of the discharge cell (Ds) are configured. And a tuning control for controlling the drive frequency of the inverter (Uj) so as to tune the resonance frequency of the resonance unit and the drive frequency of the inverter (Uj). (Us), and a power control circuit (Uwc) that controls and adjusts the output power of the power supply unit (Uw) so that the output power becomes a specified output power. By the tuning control unit (Us) Discharging is continued by two control systems of control of the drive frequency of the inverter (Uj) and power control by the power control circuit (Uwc), and the tuning control unit (Us) detects a current phase flowing in the resonance unit. A current phase signal (Sfi) obtained by the current phase detection means (Ui) and the voltage phase detection means (Uv) connected to the means (Ui) and the voltage phase detection means (Uv) of the resonating unit; A comparison unit (Uf) that obtains a resonance phase difference signal (Sfr) by comparing the voltage phase signal (Sfv) and a drive frequency of the inverter (Uj) that receives the resonance phase difference signal (Sfr) Resonance frequency And an operation comparison means (Uz) for determining the value of the frequency control signal (Sfg) so as to be tuned to the inverter (Uj) and performing feedback control, and the tuning operation by the tuning control unit (Us) is the frequency control. The frequency control signal (Sfg) in a state where the signal (Sfg) starts from the upper limit frequency and performs a sweep operation toward the lower limit frequency and the resonance phase difference signal (Sfr) level obtains the best resonance state. And then performing a sweep operation in a range narrower than the range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency in the vicinity of the frequency control signal (Sfg) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit, The discharge cell discharge circuit is characterized in that the resonance part is operated in the vicinity of the resonance frequency .

本願請求項2に記載の発明は、前記同調制御部(Us)は、前記共振インダクタ(Lm)に印加される電圧を検出する電圧検出手段(Uv')に接続され、前記電圧検出手段(Uv')から得られる共振電圧信号(Su)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調させるように周波数制御信号(Sfg)の値を決定してインバータ(Uj)にフィードバック制御する演算比較手段(Uz)とを有することを特徴とする請求項1に記載の放電セル放電回路にある。 In the invention according to claim 2 , the tuning control unit (Us) is connected to voltage detecting means (Uv ′) for detecting a voltage applied to the resonant inductor (Lm), and the voltage detecting means (Uv) The value of the frequency control signal (Sfg) is determined so as to tune the drive frequency of the inverter (Uj) to the resonance frequency of the resonance unit in response to the resonance voltage signal (Su) obtained from '). 2. The discharge cell discharge circuit according to claim 1, further comprising an operation comparison means (Uz) for feedback control.

本願請求項3に記載の発明は、前記同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振電圧信号(Su)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記共振電圧信号(Su)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部を共振周波数近傍で動作させることを特徴とする請求項2に記載の放電セル放電回路にある。 According to the third aspect of the present invention, in the tuning operation by the tuning control unit (Us), the frequency control signal (Sfg) is swept from the upper limit frequency toward the lower limit frequency, and the resonance voltage The frequency control signal (Sfg) in a state where the signal (Su) level has obtained the best resonance state is stored, and thereafter, in the vicinity of the resonance voltage signal (Su) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit, 3. The discharge cell discharge circuit according to claim 2 , wherein the resonance unit is always operated near the resonance frequency by performing a sweep operation in a range narrower than a range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency. .

本願請求項4に記載の発明は、規定の電力を供給するための前記電力供給部(Uw)を制御する前記電力制御回路(Uwc)の制御周期(τx)と、前記周波数制御信号(Sfg)の値を決定して前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバック制御するように動作する前記演算比較手段(Uz)の制御周期(τz)とが、n:m(n≠m)の関係により時間的頻度差をもって制御されることを特徴とする請求項1乃至3の内の何れかに記載の放電セル放電回路にある。 The invention according to claim 4 is a control cycle (τx) of the power control circuit (Uwc) for controlling the power supply unit (Uw) for supplying specified power, and the frequency control signal (Sfg). And the control period (τz) of the operation comparison means (Uz) that operates so as to feedback-control the drive frequency of the inverter (Uj) by the relationship of n: m (n ≠ m) 4. The discharge cell discharge circuit according to claim 1 , wherein the discharge cell discharge circuit is controlled with a difference in frequency.

本願請求項5に記載の発明は、前記電力供給部(Uw)をフィードバック制御するように動作する前記電力制御回路(Uwc)と、前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバック制御するように動作する前記演算比較手段(Uz)とを、一つのマイクロコンピュータで構成したことを特徴とする請求項1乃至4の内の何れかに記載の放電セル放電回路にある。 The invention according to claim 5 of the present application operates to feedback control the drive frequency of the power control circuit (Uwc) that operates to feedback control the power supply unit (Uw) and the inverter (Uj). The discharge cell discharge circuit according to any one of claims 1 to 4 , wherein the operation comparison means (Uz) comprises a single microcomputer.

本願請求項6に記載の発明は、放電を開始する始動初期において前記同調制御部(Us)は前記インバータ(Uj)の駆動周波数を上限周波数から下限周波数に向けて掃引動作を行うとともに、前記電力制御回路(Uwc)は前記電力供給部(Uw)の出力電力(WO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電圧(VO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電流(IO)を低く設定して徐々に(5秒〜120秒間かけて)定格に移行していくことを特徴とする請求項1乃至5の内の何れかに記載の放電セル放電回路にある。 In the invention according to claim 6 of the present application, in the initial stage of starting discharge, the tuning control unit (Us) performs a sweep operation from the upper limit frequency to the lower limit frequency of the inverter (Uj), and performs the sweep operation. The control circuit (Uwc) outputs the output power (WO) of the power supply unit (Uw), the output voltage (VO) of the power supply unit (Uw), or the output current (IO) of the power supply unit (Uw). The discharge cell discharge circuit according to any one of claims 1 to 5 , wherein the voltage is gradually set (over 5 seconds to 120 seconds) and set to a rating.

本願請求項7に記載の発明は、放電を開始する始動初期以前において前記同調制御部(Us)は前記インバータ(Uj)の駆動周波数を上限周波数から下限周波数に向けて掃引動作を行い、前記インバータ(Uj)の駆動周波数を予め共振周波数近傍の値を検出し、この値を記憶し設定した後、放電開始を行い、さらに共振周波数への精度を高めることを持続することを特徴とする請求項1乃至5の内の何れかに記載の放電セル放電回路にある。 According to the seventh aspect of the present invention, the tuning control unit (Us) sweeps the drive frequency of the inverter (Uj) from the upper limit frequency to the lower limit frequency before the start of starting discharge, and the inverter detecting the advance value of the resonant frequency near the drive frequency of (Uj), claims after setting and storing this value, perform the firing, further characterized by sustained increase the accuracy of the resonant frequency The discharge cell discharge circuit according to any one of 1 to 5 .

本願請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の放電セル放電回路(PS)を外部から制御する放電セル放電回路制御システム(ES)であって、前記放電セル放電回路制御システム(ES)は、オゾン濃度を検出するオゾン検知器(Od)から入力信号(Ods)を入力するとともに、前記放電セル放電回路(PS)の電力供給部(Uw)の出力電力を外部から制御する出力信号(PSd)を前記電力制御回路(Uwc)に出力することでオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御回路(Up)を具備することを特徴とする放電セル放電回路制御システムにある。 The invention described in claim 8 is a discharge cell discharge circuit control system (ES) for controlling the discharge cell discharge circuit (PS) according to claim 1 from the outside, wherein the discharge cell discharge circuit control system (ES) ) Receives an input signal (Ods) from an ozone detector (Od) that detects the ozone concentration, and outputs an output signal for controlling the output power of the power supply unit (Uw) of the discharge cell discharge circuit (PS) from the outside. The discharge cell discharge circuit control system includes an ozone concentration control circuit (Up) that controls ozone concentration by outputting (PSd) to the power control circuit (Uwc).

本願請求項9に記載の発明は、前記オゾン濃度制御回路(Up)は、前記入力信号(Ods)によって得られたオゾン濃度が所望のオゾン濃度に達しない場合は前記出力信号(Psd)を増加し、前記入力信号(Ods)によって得られたオゾン濃度が所望のオゾン濃度より過剰な場合は前記出力信号(PSd)を減少させるようにフィードバック制御し、さらに前記出力信号(PSd)を増加しているにも関わらず前記入力信号(Osd)が減少に転じた際は操作変化量の符号を負とし、逆に前記出力信号(PSd)を減少しているにも関わらず前記入力信号(Osd)が減少に転じた際は操作変化量の符号を正とするフィードバック制御を行う制御系を具備していることを特徴とする請求項8に記載の放電セル放電回路制御システムにある。 According to the ninth aspect of the present invention, the ozone concentration control circuit (Up) increases the output signal (Psd) when the ozone concentration obtained by the input signal (Ods) does not reach a desired ozone concentration. When the ozone concentration obtained by the input signal (Ods) is higher than the desired ozone concentration, feedback control is performed so as to decrease the output signal (PSd), and the output signal (PSd) is further increased. However, when the input signal (Osd) starts to decrease, the sign of the operation change amount is negative, and conversely, the input signal (Osd) is decreased although the output signal (PSd) is decreased. discharge cells discharge circuit control system near of claim 8 but when turned to decrease, characterized in that it comprises a control system that performs feedback control for the sign of the operation amount of change is positive .

請求項1に記載の発明によれば、高濃度のオゾンを生成する放電セルの放電セル放電回路において、インバータ(Uj)への供給電力を制御することでオゾン濃度を制御し、同時にインバータ(Uj)の駆動周波数を常に自動的に共振部の共振周波数近傍の状態となるように制御するので、放電セル(Ds)が主放電中にあってオゾン濃度の調整が行なわれる場合であっても、最良のオゾン生成効率を享受することができ、且つ安価な放電セル放電回路を提供することができる。また、同調制御部(Us)は比較部(Uf)と、演算比較手段(Uz)とを有することにより、確実にインバータ(Uj)の駆動周波数の制御ができる。また、同調制御部(Us)による同調動作は、周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、共振位相差信号(Sfr)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、共振部の共振周波数に対する周波数制御信号(Sfg)近傍の、上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、共振部をその共振周波数近傍で動作させることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the discharge cell discharge circuit of the discharge cell that generates high-concentration ozone, the ozone concentration is controlled by controlling the power supplied to the inverter (Uj), and at the same time, the inverter (Uj ) Is always controlled automatically so as to be in the vicinity of the resonance frequency of the resonance part, so that even when the discharge cell (Ds) is in the main discharge and the ozone concentration is adjusted, It is possible to provide the best ozone generation efficiency and to provide an inexpensive discharge cell discharge circuit. Further, the tuning control unit (Us) includes the comparison unit (Uf) and the operation comparison unit (Uz), so that the drive frequency of the inverter (Uj) can be reliably controlled. In the tuning operation by the tuning control unit (Us), the frequency control signal (Sfg) is swept from the upper limit frequency to the lower limit frequency, and the resonance phase difference signal (Sfr) level is the best resonance state. The frequency control signal (Sfg) in the state obtained is stored, and after that, the frequency control signal (Sfg) in the vicinity of the resonance frequency of the resonance unit is swept in a range narrower than the range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency By performing the operation, it is possible to always operate the resonance unit in the vicinity of the resonance frequency.

また、請求項2に記載の発明によれば、同調制御部(Us)によるインバータ(Uj)の駆動周波数の制御が、簡単な構成で確実に行なえる。 According to the second aspect of the invention, the control of the drive frequency of the inverter (Uj) by the tuning control unit (Us) can be reliably performed with a simple configuration.

請求項3に記載の発明によれば、常に確実に共振部を共振周波数近傍で動作させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the resonance unit can always be operated in the vicinity of the resonance frequency with certainty.

請求項4に記載の発明によれば、安定性を欠くことなく放電セル放電回路を制御することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the discharge cell discharge circuit can be controlled without loss of stability.

請求項5に記載の発明によれば、安価で小型な制御システムを提供することができる。 According to the invention described in claim 5 , an inexpensive and small control system can be provided.

請求項6に記載の発明によれば、放電セル(Ds)の保護と寿命に貢献することができ、放電セル(Ds)の破壊防止に寄与しオゾン生成効率を高く保ちながら、安全に放電セル(Ds)を起動させることが可能になる。 According to the invention described in claim 6 , it is possible to contribute to the protection and life of the discharge cell (Ds), and to safely prevent the discharge cell while contributing to prevention of destruction of the discharge cell (Ds) and maintaining high ozone generation efficiency. (Ds) can be activated.

請求項7に記載の発明によれば、主放電開始前に共振周波数を検出しているため放電開始指令がオンとなってから素早くオゾン生成効率を高めることが可能であり、不要に長く共振周波数から外れてインバータ(Uj)を駆動する必要がないため放電回路の破壊リスク低減に寄与することが可能になる。 According to the invention described in claim 7 , since the resonance frequency is detected before the main discharge is started, it is possible to quickly increase the ozone generation efficiency after the discharge start command is turned on, and the resonance frequency is unnecessarily long. Since it is not necessary to drive the inverter (Uj) out of the range, it is possible to contribute to the reduction of the breakdown risk of the discharge circuit.

請求項8に記載の発明によれば、放電セル放電回路制御システム(ES)のオゾン濃度制御回路(Up)によって、放電セル放電回路(PS)を外部から制御してオゾン濃度を制御することができる。 According to the eighth aspect of the invention, the ozone concentration can be controlled by controlling the discharge cell discharge circuit (PS) from the outside by the ozone concentration control circuit (Up) of the discharge cell discharge circuit control system (ES). it can.

請求項9に記載の発明によれば、オゾン濃度制御回路(Up)によって、放電セル(Ds)に最適な電力を供給し、放電セル(Ds)が持つ最大の能力を発揮させることが可能になる。 According to the ninth aspect of the present invention, the ozone concentration control circuit (Up) can supply the optimum power to the discharge cell (Ds), and the maximum capacity of the discharge cell (Ds) can be exhibited. Become.

第一実施形態にかかる放電セル放電回路を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows the discharge cell discharge circuit concerning 1st embodiment. 電力供給部(Uw)と電力制御回路(Uwc)とを簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows an electric power supply part (Uw) and an electric power control circuit (Uwc). 電力供給部(Uw)における定電力制御に関する出力電圧、出力電流、出力電力の関係を簡略化して示す特性図である。It is a characteristic view which simplifies and shows the relationship of the output voltage regarding the constant power control in an electric power supply part (Uw), an output current, and output power. 同調制御部(Us)の回路の一例を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows an example of the circuit of a tuning control part (Us). 同調制御部(Us)の回路の他の例を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows the other example of the circuit of a tuning control part (Us). 同調制御部(Us)の演算比較手段(Uz)と周期駆動回路(Ug)とインバータ(Uj)の部分を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows the operation comparison means (Uz) of the tuning control part (Us), the period drive circuit (Ug), and the inverter (Uj). 図4の回路図を用いた場合の自動同調動作を説明するタイムチャート図である。FIG. 5 is a time chart illustrating an automatic tuning operation when the circuit diagram of FIG. 4 is used. 図4の回路図を用いた場合の自動同調動作を説明する動作フローチャート図である。FIG. 5 is an operation flowchart illustrating an automatic tuning operation when the circuit diagram of FIG. 4 is used. 共振部の周波数特性を示す図であり、上限周波数(Fmax)から下限周波数(Fmin)に向かってスイッチング周波数を掃引する理由を説明するための図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a resonance part, and is a figure for demonstrating the reason for sweeping a switching frequency from an upper limit frequency (Fmax) toward a lower limit frequency (Fmin). 実験波形を示す図である。It is a figure which shows an experimental waveform. 放電セル放電回路の制御動作を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the control action of a discharge cell discharge circuit. 放電セル放電回路の制御動作を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the control action of a discharge cell discharge circuit. 従来の放電セル放電回路のオゾン生成回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the ozone generation circuit of the conventional discharge cell discharge circuit. 図13に示すオゾン生成回路のスイッチング素子(Q10、Q11)の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the switching element (Q10, Q11) of the ozone generation circuit shown in FIG. 従来の放電セル放電回路を簡略化して示す周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure which simplifies and shows the conventional discharge cell discharge circuit. 従来の他の放電セル放電回路のオゾン生成回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the ozone generation circuit of the other conventional discharge cell discharge circuit. 図16に示すオゾン生成回路におけるスイッチング素子(Q10,Q11)の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the switching element (Q10, Q11) in the ozone generation circuit shown in FIG. オゾン生成装置の制御システムの一例を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows an example of the control system of an ozone production | generation apparatus. 放電セルへの電力投入量とオゾン濃度の関係を簡略化して示す特性図である。It is a characteristic view which simplifies and shows the relationship between the electric power input amount to a discharge cell, and ozone concentration. 第二実施形態にかかる放電セル放電回路(PS)を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows the discharge cell discharge circuit (PS) concerning 2nd embodiment. 同調制御部(Us)の回路の一例を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows an example of the circuit of a tuning control part (Us). 装置制御システム(ES)と放電セル放電回路(PS)とオゾン検知器(Od)の信号の取り合いの一例を簡略化して示すブロック図である。It is a block diagram which simplifies and shows an example of the interaction of the signal of an apparatus control system (ES), a discharge cell discharge circuit (PS), and an ozone detector (Od). 図22の回路図を用いた場合のオゾン制御回路(Up)による自動制御方法を説明するタイムチャート図である。It is a time chart figure explaining the automatic control method by the ozone control circuit (Up) at the time of using the circuit diagram of FIG. 放電セルへの電力投入量とオゾン濃度の関係を簡略化して示す特性図である。It is a characteristic view which simplifies and shows the relationship between the electric power input amount to a discharge cell, and ozone concentration. 図23で説明した出力信号(PSd)の増減方向が反転する処理を表した動作フロー図である。FIG. 24 is an operation flow diagram illustrating processing in which the increase / decrease direction of the output signal (PSd) described in FIG. 23 is reversed. 放電セル放電回路(PS)と装置制御システム(ES)とオゾン検知器(Od)を用いた制御ブロック線図である。It is a control block diagram using a discharge cell discharge circuit (PS), an apparatus control system (ES), and an ozone detector (Od).

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔放電セル放電回路の第一実施形態〕
図1は本発明の第一実施形態にかかる放電セル放電回路を簡略化して示すブロック図である。同図に示す放電セル放電回路において、放電セル(Ds)への電力の供給元となる商用交流電源、例えば3相電源は、ノード(R、S、T)より整流部(Ur)に接続される。前記整流部(Ur)は複数のダイオードを備えていて全波整流を行い、規定された電力を供給するための電力制御回路(Uwc)を備えた電力供給部(Uw)にてDC出力となって、平滑コンデンサ(C1、C2)に蓄えられる。インバータ(Uj)は、前記DC出力を交流化し、この交流電力は、昇圧トランス(Tr)を介して高電圧に変換され、前記昇圧トランス(Tr)の2次巻線側に配置されたインダクタ(Lm)を介して誘電体を介在させた放電セル(Ds)に印加される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment of Discharge Cell Discharge Circuit]
FIG. 1 is a simplified block diagram showing a discharge cell discharge circuit according to a first embodiment of the present invention. In the discharge cell discharge circuit shown in the figure, a commercial AC power source, for example, a three-phase power source, which is a power supply source to the discharge cell (Ds), is connected to a rectifier (Ur) from a node (R, S, T). The The rectifier unit (Ur) includes a plurality of diodes, performs full-wave rectification, and becomes a DC output in a power supply unit (Uw) including a power control circuit (Uwc) for supplying specified power. And stored in the smoothing capacitors (C1, C2). The inverter (Uj) converts the DC output into alternating current, and this alternating current power is converted into a high voltage via the step-up transformer (Tr), and an inductor (on the secondary winding side of the step-up transformer (Tr)) ( Lm) is applied to the discharge cell (Ds) with a dielectric interposed.

同調制御部(Us)は、前記放電セル(Ds)の交流電圧位相と前記放電セル(Ds)への交流電流位相とを取り込み、位相差信号を生成しこの位相差が最も少ない状態にすべく前記インバータ(Uj)を駆動する駆動回路(Ug)にパルス信号として駆動信号を出力しフィードバック制御を行う。   The tuning control unit (Us) takes in the AC voltage phase of the discharge cell (Ds) and the AC current phase to the discharge cell (Ds), generates a phase difference signal, and minimizes the phase difference. A drive signal is output as a pulse signal to a drive circuit (Ug) for driving the inverter (Uj) to perform feedback control.

インバータ(Uj)上に配置されたスイッチング素子(Q1、Q2)の動作について説明すると、スイッチング素子(Q1、Q2)の各々のDUTY比は略50%とし、前記スイッチング素子(Q1、Q2)各々のオン時間の間、つまり両スイッチング素子(Q1、Q2)ともにオフとなる適当な極短い期間を設定した上でこれを交互に動作させるとともに、前記インバータ(Uj)の駆動周波数は、後述する共振周波数に合うようにフィードバック機能を備えた周波数変調を行うこととしている。   The operation of the switching elements (Q1, Q2) disposed on the inverter (Uj) will be described. The DUTY ratio of each of the switching elements (Q1, Q2) is approximately 50%, and each of the switching elements (Q1, Q2) is An appropriate extremely short period during which the switching elements (Q1, Q2) are both turned off is set during the on-time, and this is alternately operated. The drive frequency of the inverter (Uj) is a resonance frequency described later. Frequency modulation with a feedback function is performed so as to meet the requirements.

ここで、オゾン濃度を調整する場合においては、前記電力供給部(Uw)を制御する前記電力制御回路(Uwc)が、前記インバータ(Uj)への供給電力を制御することによりオゾン濃度を制御する。   Here, when adjusting the ozone concentration, the power control circuit (Uwc) controlling the power supply unit (Uw) controls the ozone concentration by controlling the power supplied to the inverter (Uj). .

一方、前記インバータ(Uj)の駆動周波数は常時、放電セル(Ds)の寄生容量(Cm)成分とインダクタ(Lm)とで構成されるトランス(Tr)の2次側の共振部の共振周波数近傍となるように制御する。何となれば、オゾン発生用の放電セル(Ds)において、共振周波数での高電圧の印加時は、前記電力供給部(Uw)が必要最低限の供給電力で、電力放電セル(Ds)へ最も高い電圧を印加できることで、オゾン生成が高効率で行われるからである。従って放電セル(Ds)の持つ前記寄生容量(Cm)成分と前記放電セル(Ds)と直列に接続された前記インダクタ(Lm)とで構成された共振部のもつ共振周波数を利用し、その周波数で駆動して高電圧を印加することが好適である。   On the other hand, the drive frequency of the inverter (Uj) is always close to the resonance frequency of the resonance part on the secondary side of the transformer (Tr) composed of the parasitic capacitance (Cm) component of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm). Control to be In the discharge cell (Ds) for generating ozone, when the high voltage is applied at the resonance frequency, the power supply unit (Uw) is the least necessary supply power and the power discharge cell (Ds) This is because ozone can be generated with high efficiency by applying a high voltage. Therefore, the resonance frequency of the resonance part formed by the parasitic capacitance (Cm) component of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm) connected in series with the discharge cell (Ds) is used, and the frequency It is preferable that the high voltage is applied by driving.

以上のように、インバータ(Uj)への供給電力を制御することでオゾン濃度を制御し、同時にインバータ(Uj)の駆動周波数は常時放電セル(Ds)における共振周波数近傍となるように制御したので、放電セル(Ds)が主放電中にあって、オゾン濃度の調整が行われる場合であっても、最良のオゾン生成効率を享受することができる。   As described above, the ozone concentration is controlled by controlling the power supplied to the inverter (Uj), and at the same time, the drive frequency of the inverter (Uj) is controlled to be close to the resonance frequency in the discharge cell (Ds). Even when the discharge cell (Ds) is in the main discharge and the ozone concentration is adjusted, the best ozone generation efficiency can be enjoyed.

尚、本実施形態において前記インバータ(Uj)は、スイッチング素子(Q1,Q2)を2つ使ったハーフブリッジ式としているが、スイッチング素子をさらに2つ追加し、図16で示したフルブリッジ方式とした回路形態とし、駆動周波数を共振周波数とした上で対極にあるスイッチング素子をDuty比略50%で、ペアとして交互に動作する形態としても構わない。   In the present embodiment, the inverter (Uj) is a half-bridge type using two switching elements (Q1, Q2). However, two additional switching elements are added, and the full-bridge type shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration in which the switching elements at the counter electrode are alternately operated as a pair with a duty ratio of about 50% with the drive frequency as the resonance frequency.

尚、本実施形態において整流部(Ur)は、ダイオードによる整流回路を用いて説明しているが、力率改善回路であるPFCの技術や昇圧バックコンバータや倍電圧整流回路を用いて概ね300V〜400VのDC電圧を生成しても良く、入力電源に関しても3相電源に限定するものでなく、この部分における回路方式は本発明の本質とするところではない。   In this embodiment, the rectification unit (Ur) is described using a diode rectification circuit. However, the PFC technology, which is a power factor correction circuit, a step-up buck converter, and a voltage doubler rectification circuit are used. A DC voltage of 400 V may be generated, the input power supply is not limited to a three-phase power supply, and the circuit system in this part is not the essence of the present invention.

次に図2は、電力供給部(Uw)と電力制御回路(Uwc)とを簡略化して示すブロック図である。同図に示すようにこれらの回路は、電力供給部(Uw)の入力電圧(VI)を一定の出力電圧(VO)に変換するために用いられる回路であって、主スイッチング素子(Q20)とインダクタ(L20)と平滑コンデンサ(C21)とフライホイールダイオード(D20)を具備した降圧型DC−DCコンバータが用いられている。前記主スイッチング素子(Q20)の制御は規定周期でオンオフ制御を繰り返すPWM制御が一般的である。PWM制御における詳細な説明は省略するが、これを具現化する手段の一つとして、例えばμPC494やTL494を初めとするPWMコントローラ専用のICが広く知られている。   Next, FIG. 2 is a block diagram schematically showing the power supply unit (Uw) and the power control circuit (Uwc). As shown in the figure, these circuits are circuits that are used to convert the input voltage (VI) of the power supply unit (Uw) into a constant output voltage (VO), and the main switching element (Q20) and A step-down DC-DC converter including an inductor (L20), a smoothing capacitor (C21), and a flywheel diode (D20) is used. The control of the main switching element (Q20) is generally PWM control in which on / off control is repeated at a specified period. Although detailed description of PWM control is omitted, ICs dedicated to PWM controllers such as μPC494 and TL494 are widely known as one means for realizing this.

前記出力電圧(VO)は、図1に示す前記放電セル(Ds)の電圧と前記トランス(Tr)の巻き線比率によって概ね決定されるが、その時の前記放電セル(Ds)の状態、即ち放電セル(Ds)の内部圧力や温度により結果として前記出力電圧(VO)に影響が及ぼされる。つまり、前記出力電圧(VO)は負荷に依存して変動するため、前記出力電圧(VO)を測定して出力電流(IO)を制御し、出力電力を一定とする制御が試みられる。尚、前記電力供給部(Uw)自体に発生する不要な損失を低減するために部分共振型ソフトスイッチング技術を用いた方式を用いても構わないし、降圧型バックコンバータでの臨界制御方式を用いても構わないし、絶縁型のフライバックやフォワードコンバータでも構わない。   The output voltage (VO) is generally determined by the voltage of the discharge cell (Ds) and the winding ratio of the transformer (Tr) shown in FIG. 1, but the state of the discharge cell (Ds) at that time, that is, the discharge As a result, the output voltage (VO) is affected by the internal pressure and temperature of the cell (Ds). That is, since the output voltage (VO) varies depending on the load, the output voltage (VO) is measured and the output current (IO) is controlled to control the output power to be constant. In order to reduce unnecessary loss generated in the power supply unit (Uw) itself, a method using a partial resonance type soft switching technique may be used, or a critical control method in a step-down buck converter may be used. Alternatively, an insulated flyback or forward converter may be used.

所望の電力制御を行うために、前記電力制御回路(Uwc)は、出力電圧信号(Sv)と出力電流信号(Si)とを取り込む必要がある。ただし、出力電流信号(Si)は電流検出抵抗(R22)の抵抗値が小さいから、その両端に発生する電圧信号が非常に微弱な信号である。そのため、一度増幅器(A20)にて増幅した上で前記電力制御回路(Uwc)に取り込む必要がある。そして、外部からオゾン濃度を設定するための電力設定信号(Sw)を前記電力制御回路(Uwc)に取り込む。取得した前記出力電圧信号(Sv)と前記出力電流信号(Si)から現在の出力電力を求めることができる。尚ここでは、前記電力制御回路(Uwc)としてマイクロコンピュータ(MPU)を採用している。これらにより、前記電力制御回路(Uwc)は、下記する装置制御システム(ES)から所望された電力値(設定電力値)を設定する電力設定信号(Sw)を取り込んでいるため、実際の出力電力との大小を比較できる。例えば算出した実際の出力電力値が所望の設定電力値より小さければ、前記出力電流(IO)を増加すべく前記主スイッチング素子(Q20)のPWM信号のオン幅を大きくするように、前記電力制御回路(Uwc)は、前記主スイッチング素子(Q20)のドライブ回路(GQ20)にPWM信号を伝達する。また、逆の場合である所望の設定電力値より大きい場合においては、PWM信号のオン幅を小さくし前記出力電流(IO)を減少させる。このようにフィードバック制御を行うため、背景技術で述べた例えば、50Hzの整流リプルである100Hzの電力変動は大幅に減少し、放電セル(Ds)のオゾン濃度の変動はほぼ無視することでき、安定したオゾン生成が可能となる。またこれにより従来より小さい平滑コンデンサを採用する利点もある。このようにフィードバック制御を行うことで所望の電力を放電セル(Ds)に投入することが可能となる。   In order to perform desired power control, the power control circuit (Uwc) needs to capture an output voltage signal (Sv) and an output current signal (Si). However, since the output current signal (Si) has a small resistance value of the current detection resistor (R22), the voltage signal generated at both ends thereof is a very weak signal. For this reason, it is necessary to first amplify the signal by the amplifier (A20) and then take it into the power control circuit (Uwc). And the electric power setting signal (Sw) for setting ozone concentration from the outside is taken in into the said electric power control circuit (Uwc). The current output power can be obtained from the acquired output voltage signal (Sv) and the output current signal (Si). Here, a microcomputer (MPU) is adopted as the power control circuit (Uwc). As a result, the power control circuit (Uwc) fetches a power setting signal (Sw) for setting a desired power value (set power value) from the device control system (ES) described below, so that the actual output power Can be compared. For example, if the calculated actual output power value is smaller than a desired set power value, the power control is performed so as to increase the ON width of the PWM signal of the main switching element (Q20) in order to increase the output current (IO). The circuit (Uwc) transmits a PWM signal to the drive circuit (GQ20) of the main switching element (Q20). On the other hand, when the power value is larger than the desired set power value, which is the opposite case, the ON width of the PWM signal is reduced to reduce the output current (IO). Since feedback control is performed in this manner, for example, the power fluctuation at 100 Hz, which is the 50 Hz rectification ripple described in the background art, is greatly reduced, and the fluctuation of the ozone concentration in the discharge cell (Ds) can be almost ignored and is stable. Ozone generation is possible. This also has the advantage of using a smaller smoothing capacitor. By performing feedback control in this way, it is possible to input desired power to the discharge cell (Ds).

図3は、前記電力供給部(Uw)における定電力制御に関する出力電圧、出力電流、出力電力の関係を簡略化して示す特性図である。以下これらの関係について説明する。前記主スイッチング素子(Q20)の特性である絶対最大定格電流による破損の観点から、また、前記インダクタ(L20)における電流損による発熱の観点から、前記出力電流(IO)は有限の値にする必要があり、前記出力電流(IO)に最大制限電流値(Imax)を設けている。一方、安定的に前記出力電圧(VO)を出力できる最大制限電圧値も設定する。これは前記主スイッチング素子(Q20)のDuty比を制御する設計条件による最大オン幅に依存していることもあるが、出力電圧(VO)が不要に高く設定されれば、前記インバータ(Uj)上のスイッチング素子(Q1、Q2)を耐電圧が高いスイッチング素子に選定する必要があり、例えば図1におけるスイッチング素子(Q1、Q2)に例えばFETを採用した場合、耐圧の上昇とともにオン抵抗も増加するため、結果として不要に発熱を招くことになるからである。また、FETの選定という側面からも耐電圧が低いほうが選択肢が広がる利点があるからである。   FIG. 3 is a characteristic diagram showing a simplified relationship between output voltage, output current, and output power for constant power control in the power supply unit (Uw). These relationships will be described below. From the viewpoint of damage due to the absolute maximum rated current, which is a characteristic of the main switching element (Q20), and from the viewpoint of heat generation due to current loss in the inductor (L20), the output current (IO) needs to be a finite value. The output current (IO) has a maximum limit current value (Imax). On the other hand, a maximum limit voltage value that can stably output the output voltage (VO) is also set. This may depend on the maximum ON width according to the design condition for controlling the duty ratio of the main switching element (Q20). However, if the output voltage (VO) is set to be unnecessarily high, the inverter (Uj) The above switching elements (Q1, Q2) need to be selected as switching elements with a high withstand voltage. For example, when an FET is used as the switching element (Q1, Q2) in FIG. Therefore, as a result, unnecessarily heat is generated. In addition, from the aspect of selecting an FET, the lower the withstand voltage, there is an advantage that the options are expanded.

尚、図3における設定例としてのパラメータは以下の通りである。
V1:100V
V2:200V
Imax:4A
W0:400W
主として、前記放電セル(Ds)のばらつきや放電条件を十分加味し、通常使われる出力電力状態は、定電力範囲(WC)内に中心電圧付近となるように設定されるべきである。そして、オゾン濃度を変更する際は、定電力領域のライン(W0)が電力変調可変領域区(ΔW)内である、例えば電力ライン(W1)へシフトし、放電セル(Ds)に対しての電力供給量を制限するように働く。これにより、従来、消費電力が無管理状態であった部分においても前記インバータ(Uj)に依存することなく前記電力制御回路(Uwc)が独立して電力管理することで高効率なオゾン生成という利点を享受できる。すなわち、前記電力制御回路(Uwc)がオゾン濃度制御を行ったとしても、前記インバータ(Uj)は、常にオゾン生成に最適な共振作用による高電圧Sin波を印加し続けることができると言える。
Note that the parameters as setting examples in FIG. 3 are as follows.
V1: 100V
V2: 200V
Imax: 4A
W0: 400W
Mainly taking into account variations in the discharge cells (Ds) and discharge conditions, the normally used output power state should be set near the center voltage within the constant power range (WC). When changing the ozone concentration, the line (W0) in the constant power region is shifted to, for example, the power line (W1) in the power modulation variable region (ΔW), and the discharge cell (Ds) is changed. It works to limit the power supply. Thereby, the power control circuit (Uwc) independently manages power without depending on the inverter (Uj) even in a portion where the power consumption is in an unmanaged state in the past. Can be enjoyed. That is, even if the power control circuit (Uwc) performs ozone concentration control, it can be said that the inverter (Uj) can always continue to apply a high voltage Sin wave due to a resonance action optimal for ozone generation.

次に図4は同調制御部(Us)の回路の一例を簡略化して示すブロック図である。同図に示す同調制御部(Us)においては、前記放電セル(Ds)と前記インダクタ(Lm)とで構成される前記共振部に流れる電流位相検出手段(Ui)としてカレントトランスを用いて電流波形を検出し、前記共振部に流れる電圧位相検出手段(Uv)として昇圧トランスの3次巻き線を利用して電圧波形を検出している。以下その詳細について説明する。   Next, FIG. 4 is a block diagram showing a simplified example of the circuit of the tuning control unit (Us). In the tuning control unit (Us) shown in the figure, a current waveform is obtained by using a current transformer as current phase detection means (Ui) flowing in the resonance unit composed of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm). And a voltage waveform is detected using a tertiary winding of a step-up transformer as voltage phase detection means (Uv) flowing in the resonance part. The details will be described below.

まず回路用電源として例えば、20Vと5Vの2系統の電源を用意する。電圧信号及び電流信号を検出する電圧位相検出手段(Uv)及び電流位相検出手段(Ui)の巻き線部からの2本の線の片側は前記5Vラインに接続されている。電圧波形および電流波形の信号は、5Vを中心として所謂Sin波となり検出されており、コンパレータ(A40、A41)の電源を20Vラインに接続し、電圧波形または電流波形をコンパレータ入力端子に接続し、もう一方の入力端子を前記5Vラインに接続している。そのため、コンパレータ(A40、A41)からの出力はDUTY比50%の方形波となる。   First, for example, two power sources of 20V and 5V are prepared as circuit power sources. One side of two lines from the winding part of the voltage phase detection means (Uv) and current phase detection means (Ui) for detecting the voltage signal and the current signal is connected to the 5V line. The signal of the voltage waveform and the current waveform is detected as a so-called Sin wave centered on 5V, the power source of the comparator (A40, A41) is connected to the 20V line, the voltage waveform or the current waveform is connected to the comparator input terminal, The other input terminal is connected to the 5V line. Therefore, the output from the comparators (A40, A41) is a square wave with a DUTY ratio of 50%.

前記方形波に変換された電流位相信号(Sfi)と電圧位相信号(Sfv)は、両者とも0−5Vレベルの位相信号なので、両者を比較すればその位相差を計量できるから、比較部(Uf)として排他的論理和(Exclusive−OR)を利用して位相差量を計測することができる。   Since both the current phase signal (Sfi) and the voltage phase signal (Sfv) converted to the square wave are phase signals of 0-5V level, the phase difference can be measured by comparing the both, so that the comparison unit (Uf ) Can be used to measure the amount of phase difference using an exclusive OR (Exclusive-OR).

仮に位相差が存在する場合、例えば、前記コンパレータ(A40)からの前記電圧位相信号(Sfv)がLowレベル(0)、前記コンパレータ(A41)からの前記電流位相信号(Sfi)がHighレベル(1)となって前記排他的論理和の出力はHighレベル(1)となる。逆に位相差が存在しない場合、例えば、前記コンパレータ(A40)からの前記電圧位相信号(Sfv)がHighレベル(1)、前記コンパレータ(A41)からの前記電流位相信号(Sfi)がHighレベル(1)となって、前記排他的論理和の出力はLowレベル(0)となる。したがって位相差が大きければ大きいほど排他的論理和の出力は、時系列上でHighレベル(1)となる時間が多くなるため、CR回路(R45、C40)で平滑されてコンデンサ(C40)に蓄えられる電圧(Vsd)はアナログ量となって現在の位相差信号(Sfr)を表現することができる。   If there is a phase difference, for example, the voltage phase signal (Sfv) from the comparator (A40) is low level (0), and the current phase signal (Sfi) from the comparator (A41) is high level (1). ) And the output of the exclusive OR becomes High level (1). Conversely, when there is no phase difference, for example, the voltage phase signal (Sfv) from the comparator (A40) is at a high level (1), and the current phase signal (Sfi) from the comparator (A41) is at a high level ( 1), and the output of the exclusive OR becomes the low level (0). Therefore, the larger the phase difference is, the longer the time for the exclusive OR output to become High level (1) in time series is smoothed by the CR circuit (R45, C40) and stored in the capacitor (C40). The generated voltage (Vsd) can be expressed as an analog quantity to express the current phase difference signal (Sfr).

これにより演算比較手段(Uz)は、位相差信号の大小を検出することができ、もし前記共振部で共振状態である場合は、前記電圧位相信号(Sfv)と前記電流位相信号(Sfi)は同位相となるため、前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)は略ゼロになるように近づく。生成された前記位相差信号(Sfr)は演算比較手段(Uz)に入力されるが、演算比較手段(Uz)は、アナログ量をデジタル化することを前提にマイクロプロセッサーを用いているがアナログーデジタル変換器を一旦用いても良い。または、マイクロプロセッサーを用いずに、アナログ信号をそのまま制御回路として運用しても良い。   Thereby, the operation comparison means (Uz) can detect the magnitude of the phase difference signal. If the resonance unit is in the resonance state, the voltage phase signal (Sfv) and the current phase signal (Sfi) are Since the phase is the same, the voltage (Vsd) of the phase difference signal (Sfr) approaches to be substantially zero. The generated phase difference signal (Sfr) is input to the operation comparison means (Uz). The operation comparison means (Uz) uses a microprocessor on the premise that the analog quantity is digitized. A digital converter may be used once. Alternatively, an analog signal may be directly used as a control circuit without using a microprocessor.

図5は同調制御部(Us)の回路の他の例を簡略化して示すブロック図である。図4に示す回路では電圧波形と電流波形の位相を検出する方式を用いているが、図5に示す回路ではより簡略化された形態となっている。即ちこの同調制御部(Us)は、前記共振部の前記インダクタ(Lm)に印加される電圧を検出するため、インダクタ(Lm)の2次巻き線間の電圧を検出する電圧検出手段(Uv’)を具備している。仮に前記共振部が共振状態に近ければ、前記電圧検出手段(Uv’)で得た信号は略Sin波信号になるため前記インダクタ(Lm)の2次巻き線間に発生する電圧は最も振幅が大きい波形となる。この2次巻き線で発生した電圧は、ダイオード(D50、D51、D52、D53)により整流され、CR回路(R50、C50)で平滑されてコンデンサ(C50)に蓄えられる。コンデンサ(C50)に蓄えられる電圧(Vse)は、アナログ量となって現在の共振電圧信号(Su)を表現することができ、演算比較手段(Uz)に入力される。この例ではダイオード(D50、D51、D52、D53)による単純全波整流方式を用いているが、オペアンプなどで構成したピークホールド回路を用いても良い。   FIG. 5 is a simplified block diagram showing another example of the circuit of the tuning control unit (Us). The circuit shown in FIG. 4 uses a method of detecting the phase of the voltage waveform and the current waveform, but the circuit shown in FIG. 5 has a simplified form. That is, the tuning control unit (Us) detects a voltage applied to the inductor (Lm) of the resonance unit, and thus detects a voltage between secondary windings of the inductor (Lm). ). If the resonance part is close to the resonance state, the signal obtained by the voltage detection means (Uv ′) becomes a substantially sine wave signal, so that the voltage generated between the secondary windings of the inductor (Lm) has the largest amplitude. Large waveform. The voltage generated in the secondary winding is rectified by the diodes (D50, D51, D52, D53), smoothed by the CR circuit (R50, C50), and stored in the capacitor (C50). The voltage (Vse) stored in the capacitor (C50) can be expressed as an analog amount to represent the current resonance voltage signal (Su), and is input to the operation comparison means (Uz). In this example, a simple full-wave rectification method using diodes (D50, D51, D52, D53) is used, but a peak hold circuit constituted by an operational amplifier or the like may be used.

図6は同調制御部(Us)の演算比較手段(Uz)と周期駆動回路(Ug)とインバータ(Uj)の部分を簡略化して示すブロック図である。図4で説明した同調制御部(Us)の形態においては、前記位相差信号(Sfr)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調している条件、つまり前記位相差信号(Sfr)が最も小さい場合を共振条件として検出し、前記演算比較手段(Uz)は、周波数制御信号(Sfg)の値を決定する。そして前記インバータ(Uj)上の前記スイッチング素子(Q1、Q2)を駆動するゲート回路(Ug)に前記周波数制御信号(Sfg)を伝達し、前記スイッチング素子(Q1、Q2)を動作させる。この例では演算比較手段(Uz)としてマイクロコンピュータ(MPU)を使用しているが、マイクロコンピュータ(MPU)から直接に高い周波数の信号が出力できない場合はマイクロコンピュータ(MPU)からDA出力を行い、Vcoを介して前記周波数制御信号(Sfg)を生成しても良いし、PLLシンセサイザ等の技術を導入し具現化しても構わない。   FIG. 6 is a block diagram showing the operation comparison means (Uz), the period drive circuit (Ug) and the inverter (Uj) of the tuning control unit (Us) in a simplified manner. In the form of the tuning control unit (Us) described with reference to FIG. 4, the condition that the drive frequency of the inverter (Uj) is tuned to the resonance frequency of the resonance unit upon receiving the phase difference signal (Sfr), that is, the A case where the phase difference signal (Sfr) is the smallest is detected as a resonance condition, and the calculation comparison means (Uz) determines the value of the frequency control signal (Sfg). Then, the frequency control signal (Sfg) is transmitted to the gate circuit (Ug) that drives the switching elements (Q1, Q2) on the inverter (Uj) to operate the switching elements (Q1, Q2). In this example, a microcomputer (MPU) is used as the operation comparison means (Uz), but when a high frequency signal cannot be output directly from the microcomputer (MPU), DA output is performed from the microcomputer (MPU). The frequency control signal (Sfg) may be generated via Vco, or a technique such as a PLL synthesizer may be introduced and embodied.

図5で説明した同調制御部(Us)の形態の場合、前記共振電圧信号(Su)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調している条件、つまり前記共振電圧信号(Su)の前記電圧(Vse)が最も大きい場合を共振条件として検出し、前記演算比較手段(Uz)は、前記周波数制御信号(Sfg)の値を決定する。そして前記インバータ(Uj)上の前記スイッチング素子(Q1、Q2)を駆動する前記ゲート回路(Ug)に前記周波数制御信号(Sfg)を伝達し、前記スイッチング素子(Q1、Q2)を動作させる。   In the case of the tuning control unit (Us) described with reference to FIG. 5, the condition for receiving the resonance voltage signal (Su) and tuning the drive frequency of the inverter (Uj) to the resonance frequency of the resonance unit, that is, A case where the voltage (Vse) of the resonance voltage signal (Su) is the largest is detected as a resonance condition, and the calculation comparison means (Uz) determines the value of the frequency control signal (Sfg). Then, the frequency control signal (Sfg) is transmitted to the gate circuit (Ug) that drives the switching elements (Q1, Q2) on the inverter (Uj) to operate the switching elements (Q1, Q2).

尚、この実施形態にかかる高濃度オゾン生成用の放電セル放電回路の場合においては、概ね、前記周波数制御信号(Sfg)は10kHz〜40kHzの範囲で設定されるのが通常である。   In the case of the discharge cell discharge circuit for generating high-concentration ozone according to this embodiment, the frequency control signal (Sfg) is generally set in the range of 10 kHz to 40 kHz.

次に、常時共振周波数近傍で動作する自動同調動作を図4の回路図を用いた場合について、タイムチャート図である図7と、動作フローチャートである図8を用いて説明する。   Next, the automatic tuning operation that always operates in the vicinity of the resonance frequency will be described using the circuit diagram of FIG. 4 with reference to FIG. 7 that is a time chart and FIG. 8 that is an operation flowchart.

ここでまず図7のタイムチャートで説明する。前記周波数制御信号(Sfg)は、上限周波数(Fmax)から下限周波数(Fmin)に向かいスイッチング周波数を掃引する。初期時点で前記周波数制御信号(Sfg)は、上限周波数(Fmax)であるため、目標として共振周波数とは大きく離れているため前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)は大きい値となっている。   First, the time chart of FIG. 7 will be described. The frequency control signal (Sfg) sweeps the switching frequency from the upper limit frequency (Fmax) toward the lower limit frequency (Fmin). Since the frequency control signal (Sfg) is the upper limit frequency (Fmax) at the initial time, the voltage (Vsd) of the phase difference signal (Sfr) has a large value because it is far from the resonance frequency as a target. ing.

掃引動作を行い続ければ、一時的に前記共振周波数を通過することになるが、時点(t1)までの期間においては、前記共振周波数に近づいていくため、前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)が減少していくことを演算比較手段(Uz)が検知している。そして、前記周波数制御信号(Sfg)を下限周波数(Fmin)に向かい引き続いて掃引させれば、前記周波数制御信号(Sfg)は前記共振周波数から外れていき、前記電圧(Vsd)は増加する。演算比較手段(Uz)は、時点(t2)にて前記電圧(Vsd)が増加していることを検出し共振周波数を通過してしまったことを認識する。つまり、前記周波数制御信号(Sfg)は最適点よりもやや低い周波数であることから、次に、前記周波数制御信号(Sfg)を増加させる方向に動作させるべく制御を開始する。すると、時点(t3)までは、共振周波数に近づいていくため、前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)が減少していくことを演算比較手段(Uz)が検知し、前記周波数制御信号(Sfg)の増加を継続する。時点(t4)のおいては再度転じて減少させる。この一連の動作を繰り返すことで常に位相差信号電圧(Vsd)が小さくなる方向に制御され、範囲指定された周波数帯域(Δf)にて安定し、すなわち常に共振周波数に向かい続けることができる。   If the sweep operation is continued, the resonance frequency is temporarily passed. However, the voltage of the phase difference signal (Sfr) is approached to the resonance frequency in the period up to the time point (t1). The operation comparison means (Uz) detects that (Vsd) is decreasing. When the frequency control signal (Sfg) is swept toward the lower limit frequency (Fmin), the frequency control signal (Sfg) deviates from the resonance frequency, and the voltage (Vsd) increases. The operation comparison means (Uz) detects that the voltage (Vsd) has increased at the time (t2) and recognizes that it has passed the resonance frequency. That is, since the frequency control signal (Sfg) has a frequency slightly lower than the optimum point, the control is started to operate in the direction of increasing the frequency control signal (Sfg). Then, until the time point (t3), since the frequency approaches the resonance frequency, the operation comparison means (Uz) detects that the voltage (Vsd) of the phase difference signal (Sfr) decreases, and the frequency control The signal (Sfg) continues to increase. At the time (t4), it turns again and decreases. By repeating this series of operations, the phase difference signal voltage (Vsd) is always controlled to decrease, and is stable in the frequency band (Δf) specified in the range, that is, can always continue toward the resonance frequency.

次に、図7で説明した自動同調動作を実施するための演算比較手段(Uz)における処理方法を、図8の動作フロー図を用いて説明する。先ずブロック(B1)にて制御開始条件(CND1)がオンしている場合において、例えば電源運転中であるかどうかを判別し前記周波数制御信号(Sfg)の制御を行うもので、以降は制御開始条件(CND1)はオンであるものとして説明する。   Next, a processing method in the operation comparison means (Uz) for performing the automatic tuning operation described with reference to FIG. 7 will be described with reference to an operation flowchart of FIG. First, when the control start condition (CND1) is turned on in the block (B1), for example, it is determined whether or not the power supply is in operation, and the frequency control signal (Sfg) is controlled. The description will be made assuming that the condition (CND1) is on.

演算比較手段(Uz)のMPU(マイクロコンピュータ)は、ブロック(B2)にて前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)のデータを取得、所謂AD変換を行い最新の値(NOW_AD)を取得する。前記電圧位相信号(Sfv)と前記電流位相信号(Sfi)の位相差が無ければ前記電圧(Vsd)は極めて小さいはずであるため、ブロック(B3)にてAD変換された前記電圧(Vsd)が所定の設定値(k)より小さい場合は、前記周波数制御信号(Sfg)の出力量を更新する必要がないため、現在のブリッジの周波数を保持する。しかしながら、前記電圧(Vsd)が所定の設定値(k)より大きい場合は、ブロック(B4)にてAD変換された前記電圧(Vsd)と所定の設定値(m)とを比較する。つまり位相差の絶対値が、設定値(m)よりも大きい場合、前記周波数制御信号(Sfg)の周波数変調の操作量を大きくするべく以降はブロック(B7)で処理される。前記電圧(Vsd)が設定値(k)より大きく、設定値(m)より小さい範囲であれば、前記周波数制御信号(Sfg)の周波数変調の操作量を小さくするべく以降はブロック(B5)で処理される。この一連の処理を繰り返し、常に共振周波数近傍を保持させることを目的としている。   The MPU (microcomputer) of the operation comparison means (Uz) obtains the voltage (Vsd) data of the phase difference signal (Sfr) in the block (B2), performs so-called AD conversion, and obtains the latest value (NOW_AD). get. If there is no phase difference between the voltage phase signal (Sfv) and the current phase signal (Sfi), the voltage (Vsd) should be very small. Therefore, the voltage (Vsd) AD-converted in the block (B3) is If it is smaller than the predetermined set value (k), it is not necessary to update the output amount of the frequency control signal (Sfg), so the current frequency of the bridge is held. However, when the voltage (Vsd) is larger than the predetermined set value (k), the voltage (Vsd) AD-converted in the block (B4) is compared with the predetermined set value (m). That is, when the absolute value of the phase difference is larger than the set value (m), the block (B7) is processed thereafter to increase the amount of frequency modulation operation of the frequency control signal (Sfg). If the voltage (Vsd) is greater than the set value (k) and less than the set value (m), the block (B5) is used to reduce the frequency modulation operation amount of the frequency control signal (Sfg). It is processed. This series of processes is repeated to always keep the vicinity of the resonance frequency.

次に前記電圧(Vsd)が設定値(k)から設定値(m)の間の場合について説明する。図8の動作ルーチンは例えば10ms程度毎に実施されているとする場合、一つ前に実施した前記電圧(Vsd)のAD変換の値、つまり10ms前の本値を記憶しておくようブロック(B13)を配置する。したがって、ブロック(B5)は、前回の値(OLD_AD)と最新の値(NOW_AD)の比較が可能となり、仮に、OLD_AD<NOW_ADとなる場合は、前回に比して前記電圧(Vsd)は増加している方向であることを意味するので前記共振周波数から離れていると判断できる。この場合ブロック(B9)にて、前記周波数制御信号(Sfg)が現在増加方向であれば前記周波数制御信号(Sfg)を減少方向に、逆に前記周波数制御信号(Sfg)が現在減少方向であれば前記周波数制御信号(Sfg)を増加方向にするべく、逆方向、反転させる動作を行うための増減方向決定フラグ(F_ALLOW)を反転(Exclusive−OR)させる。これは図7で説明した例を用いれば、時点(t1)にて前記電圧(Vsd)が増加していることを検出し共振周波数を通過してしまったことを認識した際は前記周波数制御信号(Sfg)の増減を時点(t2)にて反転していた動作と同義である。   Next, the case where the voltage (Vsd) is between the set value (k) and the set value (m) will be described. If the operation routine of FIG. 8 is executed, for example, every about 10 ms, the value of the AD conversion of the voltage (Vsd) executed immediately before, that is, the main value 10 ms before is stored (block). B13) is arranged. Therefore, the block (B5) can compare the previous value (OLD_AD) with the latest value (NOW_AD). If OLD_AD <NOW_AD, the voltage (Vsd) increases compared to the previous value. This means that it is away from the resonance frequency. In this case, in the block (B9), if the frequency control signal (Sfg) is in the current increasing direction, the frequency control signal (Sfg) is in the decreasing direction, and conversely, the frequency control signal (Sfg) is in the current decreasing direction. For example, in order to increase the frequency control signal (Sfg), the increase / decrease direction determination flag (F_ALLOW) for performing the reverse and inversion operation is inverted (Exclusive-OR). If the example described with reference to FIG. 7 is used, when the voltage (Vsd) is detected to increase at the time (t1) and the resonance frequency is recognized, the frequency control signal is detected. This is synonymous with the operation in which the increase / decrease in (Sfg) is reversed at the time (t2).

そして増減方向決定フラグ(F_ALLOW)により前記周波数制御信号(Sfg)が減少方向となる場合はブロック(B12)にて現在の操作量に対し−1を増加させるし、現在増加方向となる場合はブロック(B11)にて現在の操作量に対し+1を増加させる。   Then, when the frequency control signal (Sfg) is in the decreasing direction by the increase / decrease direction determination flag (F_ALLOW), −1 is increased with respect to the current operation amount in the block (B12), and in the case of the current increasing direction, the block is In (B11), +1 is increased with respect to the current operation amount.

逆に、ブロック(B5)にてOLD_AD>NOW_ADとなる場合は、前回に比して前記電圧(Vsd)は減少している方向であることを意味するので前記周波数制御信号(Sfg)は前記共振周波数に近づいていると判断できるので、前回設定された増減方向決定フラグ(F_ALLOW)に従い、つまり増減方向決定フラグ(F_ALLOW)の反転処理を行うことなく、増減方向を維持する。   Conversely, when OLD_AD> NOW_AD in block (B5), it means that the voltage (Vsd) is decreasing compared to the previous time, so the frequency control signal (Sfg) is the resonance. Since it can be determined that the frequency is approaching, the increase / decrease direction is maintained according to the previously set increase / decrease direction determination flag (F_ALLOW), that is, without performing the inversion process of the increase / decrease direction determination flag (F_ALLOW).

尚、前記電圧(Vsd)値が設定値(k)から設定値(m)の間であれば、ここで説明した前記周波数制御信号(Sfg)の周波数変調の操作量を小さくするためブロック(B11、B12)では+1及び−1つづと小さい変化量で増減を行う。   If the voltage (Vsd) value is between the set value (k) and the set value (m), the block (B11) is used to reduce the operation amount of the frequency modulation of the frequency control signal (Sfg) described here. , B12), increase / decrease is performed with a small change amount of +1 and −1.

ブロック(B4)にて前記電圧(Vsd)値が設定値(m)より大きい、つまり前記位相差が大きいと判断された場合はブロック(B7)に移行する。ブロック(B7、B8、B10)の動作は前記ブロック(B5、B6、B9)と同意となるが、前記周波数制御信号(Sfg)の周波数変調の操作量を大きくするため、ブロック(B13,B14)では例えば+10及び−10ずつと大きい変化量で前記周波数制御信号(Sfg)量の増減を行う。   If it is determined in block (B4) that the voltage (Vsd) value is greater than the set value (m), that is, the phase difference is large, the process proceeds to block (B7). The operation of the block (B7, B8, B10) is the same as that of the block (B5, B6, B9), but the block (B13, B14) is used to increase the amount of frequency modulation operation of the frequency control signal (Sfg). Then, for example, the frequency control signal (Sfg) amount is increased or decreased by a large change amount of +10 and −10.

なおここでは周波数制御信号(Sfg)の増減の量として+10、−10,+1、−1と表記しているがこれは説明の便宜性からの設定値であり、実際はこの限りではなく、実際の値は実験を通して調整される値になる。   Here, the amount of increase / decrease in the frequency control signal (Sfg) is described as +10, −10, +1, −1, but this is a set value for convenience of explanation, and is not limited to this. The value will be adjusted throughout the experiment.

尚、本発明における実施形態の一つである高濃度オゾン生成用放電セルの場合においては、概ね、前記周波数制御信号(Sfg)は10kHz〜40kHzの範囲を4000分解能で制御、設定され、一方の位相差信号電圧(Vsd)は1000分解能で制御するのが通常であるが、その限りではない。   In the case of a discharge cell for generating high-concentration ozone which is one of the embodiments of the present invention, the frequency control signal (Sfg) is generally controlled and set with a resolution of 4000 in the range of 10 kHz to 40 kHz. The phase difference signal voltage (Vsd) is usually controlled with 1000 resolution, but this is not a limitation.

このようにフィードバックを常に行うことにより、常に共振周波数近傍での運転が行なえ、たとえ、前記放電セル(Ds)の圧力や温度が変化することで、前記放電セル(Ds)の放電電圧が変化したり、前記寄生容量(Cm)の容量値が変化したりして、共振周波数が変わったとしても、これに追従してインバータ(Uj)の駆動周波数も変化した共振周波数近傍に変化するので、最良のオゾン生成効率を常時満足できる。   By always performing feedback in this way, it is possible to always operate near the resonance frequency. For example, when the pressure or temperature of the discharge cell (Ds) changes, the discharge voltage of the discharge cell (Ds) changes. Even if the resonance frequency changes due to the change in the capacitance value of the parasitic capacitance (Cm), the drive frequency of the inverter (Uj) also changes in the vicinity of the change in the resonance frequency. The ozone generation efficiency can be always satisfied.

以上、図7,図8において説明したように、同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振位相差信号(Sfr)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記周波数制御信号(Sfg)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部をその共振周波数近傍で動作させるようにしている。なお図5を用いた場合は、前記同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振電圧信号(Su)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記共振電圧信号(Su)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部を共振周波数近傍で動作させることとなる。   As described above with reference to FIGS. 7 and 8, the tuning operation by the tuning control unit (Us) performs the sweep operation of the frequency control signal (Sfg) from the upper limit frequency toward the lower limit frequency. The frequency control signal (Sfg) in a state in which the resonance state having the best resonance phase difference signal (Sfr) level is obtained is stored, and then the vicinity of the frequency control signal (Sfg) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit By performing the sweep operation in a range narrower than the range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency, the resonance unit is always operated near the resonance frequency. When FIG. 5 is used, the tuning operation by the tuning control unit (Us) performs the sweep operation of the frequency control signal (Sfg) from the upper limit frequency to the lower limit frequency, and the resonance voltage signal. (Su) Stores the frequency control signal (Sfg) in a state where the resonance state having the best level is obtained, and then the upper limit in the vicinity of the resonance voltage signal (Su) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit. By performing the sweep operation in a range narrower than the range corresponding to the lower limit frequency from the frequency, the resonance unit is always operated in the vicinity of the resonance frequency.

図9は前記共振部の周波数特性を示す図であり、上限周波数(Fmax)から下限周波数(Fmin)に向かってスイッチング周波数を掃引する理由を説明するための図である。即ち図9にあるように、Qが一番高い部分が共振状態であり、このときの共振周波数(f0)近傍を常に保持するようにつまりΔfに入るように周波数制御信号(Sfg)の周波数が制御される。   FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the resonating unit, for explaining the reason for sweeping the switching frequency from the upper limit frequency (Fmax) toward the lower limit frequency (Fmin). That is, as shown in FIG. 9, the portion with the highest Q is in the resonance state, and the frequency of the frequency control signal (Sfg) is set so as to always keep the vicinity of the resonance frequency (f0) at this time, that is, to enter Δf. Be controlled.

上限から掃引を行なわなければ理由として、奇数次共振による共振モードが上げられる。これは下限周波数(Fmin)から上限周波数(Fmax)に向かって掃引した場合、例えば3次共振が発生しているところで、共振状態と認識してしまう恐れがあり、この場合は、最良の放電条件とは言えなくなるからである。そのため上限周波数(Fmax)より開始することが最適である。これら上記の制御シーケンスは煩雑となるためマイクロコンピュータを使って制御することが好適である。   The reason for not sweeping from the upper limit is that the resonance mode by odd-order resonance is raised. When this is swept from the lower limit frequency (Fmin) toward the upper limit frequency (Fmax), for example, there is a possibility that it is recognized as a resonance state when the third-order resonance is generated. This is because it cannot be said. Therefore, it is optimal to start from the upper limit frequency (Fmax). Since these control sequences are complicated, it is preferable to control them using a microcomputer.

また、放電セル(Ds)を負荷として本発明の回路形態である図1にて実施した際の実験波形である図10を用いて説明する。同図において、(a)は前記放電セル(Ds)両端への印加電圧波形、(b)は前記放電セル(Ds)への電流波形、(c)はトランス1次側の電圧波形、(d)はトランス1次側に流れる電流波形であり、波形より下記の通り結果が得られた。
インバータ周波数: 24.9kHz
放電セル出力電流: 0.9Arms
放電セル出力電圧: 4.8kVp―p
この実験例でのその他のパラメータとしては以下の通りである。
供給電力: 略200W
Lm: 11.5mH
放電セル: 荏原製作所製2Cells
Tr巻線比率: Pri:Sec/1:8
放電セルへの酸素供給量4L/M
放電セルへの窒素添加量32ccm
オゾン生成量:78ppm
Moreover, it demonstrates using FIG. 10 which is an experimental waveform at the time of implementing in FIG. 1 which is the circuit form of this invention by making a discharge cell (Ds) into a load. In the figure, (a) is a voltage waveform applied to both ends of the discharge cell (Ds), (b) is a current waveform to the discharge cell (Ds), (c) is a voltage waveform on the primary side of the transformer, (d ) Is a current waveform flowing on the primary side of the transformer, and the following results were obtained from the waveform.
Inverter frequency: 24.9 kHz
Discharge cell output current: 0.9 Arms
Discharge cell output voltage: 4.8 kVp-p
Other parameters in this experimental example are as follows.
Power supply: Approximately 200W
Lm: 11.5mH
Discharge cell: 2 Cells manufactured by Ebara Corporation
Tr winding ratio: Pri: Sec / 1: 8
Oxygen supply amount to discharge cell 4L / M
Nitrogen addition amount to discharge cell 32ccm
Ozone production amount: 78ppm

放電セル(Ds)両端への印加電圧波形(a)と前記放電セル(Ds)への電流波形(b)を見ると、前記放電セル(Ds)両端への印加電圧値が最大の時、前記放電セル(Ds)への電流値は0となっていることから共振条件が得られていることが理解できる。さらに、この共振状態を維持するため、前記スイッチング素子(Q1、Q2)が、前記放電セル(Ds)への電流値が0となった時点(ti)でインバート動作し本共振をアシストしていることがトランス1次側の電圧波形(c)から知ることができる。この時点(ti)、トランス1次側の電圧波形からインバータ(Uj)に流れる電流は略0となっており、ゼロ電圧(電流)スイッチングを達成し、スイッチング素子(Q1、Q2)に対してストレスを与えずに安定した動作波形が得られている。昇圧トランス(Tr)に存在するリーケージインダクタンスがあっても、そのL値を吸収した共振系となり、ノイズという観点からも改善された。   Looking at the voltage waveform (a) applied to both ends of the discharge cell (Ds) and the current waveform (b) to the discharge cell (Ds), when the voltage value applied to both ends of the discharge cell (Ds) is the maximum, Since the current value to the discharge cell (Ds) is 0, it can be understood that the resonance condition is obtained. Further, in order to maintain this resonance state, the switching element (Q1, Q2) performs an invert operation when the current value to the discharge cell (Ds) becomes 0 to assist this resonance. This can be understood from the voltage waveform (c) on the primary side of the transformer. At this time (ti), the current flowing through the inverter (Uj) from the voltage waveform on the primary side of the transformer is substantially zero, achieving zero voltage (current) switching, and stressing the switching elements (Q1, Q2). A stable operating waveform is obtained without giving Even if there is a leakage inductance present in the step-up transformer (Tr), the resonance system absorbs the L value, which is improved from the viewpoint of noise.

図13で説明したように、インバータ(Uj)の駆動周波数を無理に共振周波数(f0)に合わせれば、電力を制限する手段がないために過剰な電圧が放電セル(Ds)に印加されるため、不本意ながらインバータ(Uj)の駆動周波数を共振周波数(f0)から外して駆動していた。そのためトランス1次側の電圧波形とトランス1次側に流れる電流波形の位相が異なっており、力率の面でも最良とは言うことができなかった。   As described with reference to FIG. 13, if the drive frequency of the inverter (Uj) is forcibly matched with the resonance frequency (f0), an excessive voltage is applied to the discharge cell (Ds) because there is no means for limiting the power. Unfortunately, the drive frequency of the inverter (Uj) is removed from the resonance frequency (f0). Therefore, the phase of the voltage waveform on the primary side of the transformer is different from the phase of the current waveform flowing on the primary side of the transformer, and it cannot be said that the power factor is the best.

ここで電力を説明のため簡単に
W=V×I×cosφ
と表現すれば、インバータ(Uj)の駆動周波数を常時共振状態とした本発明では前記トランス1次側の電流及び電圧波形の位相が一致していることになるのでcosφ=1となるが、位相が異なっていればφが増加するため、cosφは1以下となる。その結果、同じ電力を出力する場合においては、位相が一致している条件に比してVとIを増加させなければならないことから、本来の電流値よりも大きいピーク値が必要となる。これは、例えばトランスにとっては、銅損が増加するばかりでなく、鉄損も増加するため、トランスの巻き線の径を増大させ、トランス自体のサイズもより大型化する方向になる。この問題からも本発明により最適の電圧と電流を供給するためトランスにとっても小型軽量化、コスト低減に寄与することが可能である。
Here, W = V × I × cos φ
In other words, in the present invention in which the drive frequency of the inverter (Uj) is always in a resonance state, the phase of the current and the voltage waveform on the primary side of the transformer coincide with each other, so cos φ = 1. If they are different, φ increases, so cos φ is 1 or less. As a result, in the case of outputting the same power, V and I must be increased compared to the condition where the phases are in agreement, so that a peak value larger than the original current value is required. For example, for a transformer, not only the copper loss increases but also the iron loss increases, so that the diameter of the winding of the transformer increases and the size of the transformer itself becomes larger. In view of this problem, since the present invention supplies the optimum voltage and current, the transformer can contribute to reduction in size and weight and cost.

以上説明したように、本実施形態によれば、本発明の主要な目的である、電力供給部(Uw)を使い安定した条件の元で同調制御部(Us)の動作により、必要最小限の投入電力で前記放電セル(Ds)の印加電圧が最高の効果が得られるため、常時、最良の効率でオゾン生成が可能になると共に、前記インバータ(Uj)上のスイッチング素子が不必要に共振外れを起こさないため前記インバータ(Uj)のスイッチング素子(Q1、Q2)のストレスが低減すること、さらには副次的効果として放射ノイズ及び伝導ノイズが抑制されることを可能とした。つまりは、従来に比して、少ない消費電力で同量のオゾンを生成することが可能となり、オゾン生成装置のランニングコストの低減さらには、省エネルギー、地球環境問題にも寄与するものであり、最良の形態での放電回路を提供することができた。   As described above, according to the present embodiment, the minimum necessary amount is obtained by the operation of the tuning control unit (Us) under the stable condition using the power supply unit (Uw), which is the main object of the present invention. Since the applied voltage of the discharge cell (Ds) can obtain the maximum effect with the input power, ozone can be generated at the best efficiency at all times, and the switching element on the inverter (Uj) is unnecessarily out of resonance. Therefore, the stress of the switching elements (Q1, Q2) of the inverter (Uj) can be reduced, and radiation noise and conduction noise can be suppressed as a secondary effect. In other words, it is possible to generate the same amount of ozone with less power consumption than before, reducing the running cost of the ozone generator, and also contributing to energy saving and global environmental problems. A discharge circuit in the form of can be provided.

さて、次に図2に記載の前記電力供給部(Uw)の制御を行う前記電力制御回路(Uwc)上のマイクロコンピュータ(MPU)と、図4〜図6記載の前記周波数制御信号(Sfg)を制御する前記演算比較手段(Uz)上のマイクロコンピュータ(MPU)とを一つのマイクロコンピュータ(MPU)で構成した場合について説明する。例えば、このマイクロコンピュータは16bitタイマを2本装備している8bit演算子であるマイクロコンピュータを使うことができる。1本目のタイマは前記電力制御回路(Uwc)のため、マイクロコンピュータよりPWM信号出力として使うことで、図2で説明したように定電力制御を行うべく図2記載の前記電力供給部(Uw)の前記出力電圧(VO)を測定して目標電流を決定しゲート回路(GQ20)にその信号を出力し電力制御を行うことができる。そして、もう一本のタイマは、方形波出力として使うことにより、例えば、図6で説明した前記演算比較手段(Uz)の前記周波数制御信号(Sfg)出力に割り当てられ、周波数可変とした信号出力を生成することが可能となり、前述した共振部の共振周波数制御を行うことができる。16bitクラスのタイマを使う理由としては、上記2つの制御を高い精度で制御することができるからである。   Now, a microcomputer (MPU) on the power control circuit (Uwc) for controlling the power supply unit (Uw) shown in FIG. 2, and the frequency control signal (Sfg) shown in FIGS. A case will be described in which the microcomputer (MPU) on the operation comparison means (Uz) for controlling the computer is constituted by one microcomputer (MPU). For example, this microcomputer can use a microcomputer which is an 8-bit operator equipped with two 16-bit timers. Since the first timer is the power control circuit (Uwc), the power supply unit (Uw) shown in FIG. 2 is used to perform constant power control as described in FIG. 2 by using it as a PWM signal output from a microcomputer. The output voltage (VO) is measured to determine the target current, and the signal is output to the gate circuit (GQ20) to perform power control. The other timer is used as a square wave output, for example, assigned to the frequency control signal (Sfg) output of the arithmetic comparison means (Uz) described in FIG. Can be generated, and the above-described resonance frequency control of the resonance unit can be performed. The reason for using the 16-bit class timer is that the above two controls can be controlled with high accuracy.

前記電力制御回路(Uwc)と前記演算比較手段(Uz)の機能の全部を、仮にソフトウエアを介在せずにハード回路だけで構成した場合は膨大な回路量となりコスト上の観点から非現実的であり、このため前記電力制御回路(Uwc)及び前記演算比較手段(Uz)の機能の全部またはその一部をマイクロコンピュータで実施することが好適である。当然、前記電力制御回路(Uwc)上のマイクロコンピュータ(MPU)と前記演算比較手段(Uz)上のマイクロコンピュータ(MPU)とを別々のマイクロコンピュータとしても構わないが、1つのマイクロコンユータとして統合することで、最終的に安価で小型な制御システムを提供することができる。さらに、デジタルシグナルプロセッサー(DSP)を用いた場合、特に、前記電力制御回路(Uwc)と前記電力供給部(Uw)における周辺回路をより一層簡略化し、省スペース化、低コスト化することが可能である。   If all the functions of the power control circuit (Uwc) and the operation comparison means (Uz) are configured with only hardware circuits without any software, the amount of circuits becomes enormous and unrealistic from the viewpoint of cost. For this reason, it is preferable that all or part of the functions of the power control circuit (Uwc) and the operation comparison means (Uz) are implemented by a microcomputer. Of course, the microcomputer (MPU) on the power control circuit (Uwc) and the microcomputer (MPU) on the operation comparison means (Uz) may be separate microcomputers, but they are integrated as one microcomputer. By doing so, an inexpensive and small control system can be finally provided. Further, when a digital signal processor (DSP) is used, it is possible to further simplify the peripheral circuits in the power control circuit (Uwc) and the power supply unit (Uw), and to save space and cost. It is.

次に図11を用いて、前記電力制御回路(Uwc)の制御と前記演算比較手段(Uz)の制御とを1つのマイクロコンピュータとして統合した、放電セル放電回路を制御するソフトウエア動作を概念的に現した動作フローチャートである図8を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。   Next, referring to FIG. 11, a software operation for controlling the discharge cell discharge circuit, in which the control of the power control circuit (Uwc) and the control of the calculation comparison means (Uz) are integrated as one microcomputer, is conceptually shown. A mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIG.

電源回路をデジタル処理にてフィードバックを行う際は制御フィードバック時間にばらつきが生じないよう定時的に前記電力制御と前記周波数制御信号(Sfg)制御を行う。そのためブロック(B20)は、タイマ(TIMER)が所望の時間(Lt)が経過する毎にブロック(B21)以降に進むように制限され、例えば、本ソフトウエアのループ(LOOP=Lt)は実験上から2msと設定されている。ブロック(B21)は、前述したように制御の必要なAD変換処理やデジタル入力の有無の処理など行う。   When the power supply circuit is fed back by digital processing, the power control and the frequency control signal (Sfg) control are performed regularly so that the control feedback time does not vary. Therefore, the block (B20) is limited so that the timer (TIMER) advances to the block (B21) and thereafter every time the desired time (Lt) elapses. For example, the loop (LOOP = Lt) of this software is experimentally determined. To 2 ms. As described above, the block (B21) performs AD conversion processing that requires control, processing for presence / absence of digital input, and the like.

これ以降の2重ループ制御について説明する。前述したように前記電力制御回路(Uwc)の制御と前記演算比較手段(Uz)上の制御機能とを実施するが、その各々の実施タイミングは必ずしも一致させる必要はない。   Subsequent double loop control will be described. As described above, the control of the power control circuit (Uwc) and the control function on the arithmetic comparison means (Uz) are performed, but the timings of the respective executions do not necessarily have to coincide.

前記電力制御回路(Uwc)の制御を実施するタイミングを計るためブロック(B22)にカウンター1(COUNTER1)を配置し所定の時間、例えば2msを設定、つまり設定値(N)は、N=1と設定でき、2ms毎に放電電源の出力電力のフィードバック制御をブロック(B23)で実施する。これにより前記電力制御回路(Uwc)は16ビットで表現した電流制限レベルを1LSBづつ増減しつつ、所望の出力電力値に安定させる。   A counter 1 (COUNTER1) is arranged in the block (B22) in order to measure the timing of controlling the power control circuit (Uwc), and a predetermined time, for example, 2 ms is set, that is, the set value (N) is N = 1. It can be set, and feedback control of the output power of the discharge power supply is performed in block (B23) every 2 ms. Thus, the power control circuit (Uwc) stabilizes the desired output power value while increasing or decreasing the current limit level expressed by 16 bits by 1 LSB.

同様に前記演算比較手段(Uz)の制御を実施するタイミングを計るためブロック(B24)にカウンター2(COUNTER2)を配置し所定の時間、例えば10msを設定、つまり設定値(M)は、M=5と設定でき、10ms毎に前記周波数制御信号(Sfg)制御をブロック(B25)で実施し、結果的にインバータ(Uj)の発振周波数を変調させる。例えば前記ブロック(B25)の詳細は説明した図8で処理される一連の動作を意味している。   Similarly, a counter 2 (COUNTER2) is arranged in the block (B24) and a predetermined time, for example, 10 ms is set in order to measure the timing for executing the control of the operation comparison means (Uz). That is, the set value (M) is M = The frequency control signal (Sfg) control is performed in the block (B25) every 10 ms, and as a result, the oscillation frequency of the inverter (Uj) is modulated. For example, the details of the block (B25) mean a series of operations processed in FIG.

この2重ループ制御が必要な理由を以下に記す。即ち、本装置の使用状態において電力指令値は常に一定ではないこと、発生させるオゾン量を変調させる場合がある為であること、その為電力指令とインバータ(Uj)の周波数指令をそれぞれ制御する必要があるが電力指令値を変化させると共振周波数も変化する為それぞれの制御周期(τx,τz)に時間差を設ける事が必要であること、が挙げられる。そして前記共振周波数は、何よりも放電セル(Ds)は投入される電力に依存してその共振周波数が変化してしまうことから、インバータ(Uj)の制御周期より電力制御周期の方が早い方が好適であり、つまりM>Nである条件が最適である。しかしながらM>Nの条件が極大すると、周波数変調に遅れが出て共振周波数を外れてしまい、必要な電力が投入されなくなり、前記電力制御回路(Uwc)は、前記電力供給部(Uw)が電力を投入すべく出力電圧を上昇すべく制御し、その後に周波数変調により共振周波数とが一致し、上昇させ過ぎた出力電圧で電力が投入され過剰な電力が投入されてしまうことを繰り返す異常発信のような状況が懸念される。そのため、制御的に異常発振など安定性を欠くことなく制御できるよう、実験的に導き出された値では、N:M=1:5の値で具体的条件が得られた。   The reason why this double loop control is necessary will be described below. That is, the power command value is not always constant in the usage state of this apparatus, and the amount of ozone to be generated may be modulated. Therefore, it is necessary to control the power command and the frequency command of the inverter (Uj), respectively. However, when the power command value is changed, the resonance frequency also changes, so that it is necessary to provide a time difference in each control cycle (τx, τz). Since the resonance frequency of the discharge cell (Ds) changes depending on the input electric power, the power control cycle is faster than the control cycle of the inverter (Uj). Conditions that are preferred, i.e., M> N are optimal. However, if the condition of M> N is maximized, the frequency modulation will be delayed and the resonance frequency will be deviated, so that the necessary power will not be input, and the power control circuit (Uwc) Control to increase the output voltage to turn on the power, and then the resonance frequency matches with the frequency modulation, power is turned on with the output voltage being raised too much, and excessive power is turned on repeatedly. Such a situation is a concern. Therefore, specific conditions were obtained with the values of N: M = 1: 5 from the experimentally derived values so that control can be performed without loss of stability such as abnormal oscillation.

即ちこの実施形態では、規定の電力を供給するための前記電力供給部(Uw)を制御する前記電力制御回路(Uwc)の制御周期(τx)と、前記周波数制御信号(Sfg)の値を決定して前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバック制御するように動作する前記演算比較手段(Uz)の制御周期(τz)とが、n:m(n≠m、特にn<m)の関係により時間的頻度差をもって制御されている。   That is, in this embodiment, the control period (τx) of the power control circuit (Uwc) for controlling the power supply unit (Uw) for supplying specified power and the value of the frequency control signal (Sfg) are determined. Then, the control period (τz) of the arithmetic comparison means (Uz) that operates so as to feedback control the drive frequency of the inverter (Uj) depends on the relationship of n: m (n ≠ m, especially n <m). It is controlled with a temporal frequency difference.

次に、前記電力供給部(Uw)の出力部である前記出力電流(IO)、前記出力電力(WO)におけるタイムチャートである図12を用いて前記放電セル(Ds)への電力投入シーケンスについて説明する。前記放電セル(Ds)の放電初期状態に対しては、前記放電セル(Ds)に急激な温度上昇や、前記放電セル(Ds)への過剰な供給電力のオーバーシュートや前記放電セル(Ds)に印加される電流または電圧波形が規定以上の突出状態となることを避けるべく制御されることが好適である。ここでは、図12に従い以下のように制御を行うことにしている。
・時点(tA)にて放電を開始する。
・最大電流上限値を徐々に0から最大制限電流値(Imax)へ制御する。
・最大電流上限値が最大制限電流値(Imax)に到達するまでの時点(tB)を規定する。
・時点(tC)以降は定電力領域で通常の運転状態に入る。
Next, with reference to FIG. 12 which is a time chart of the output current (IO), which is an output unit of the power supply unit (Uw), and the output power (WO), a sequence of power supply to the discharge cells (Ds) will be described. explain. With respect to the initial discharge state of the discharge cell (Ds), the discharge cell (Ds) suddenly rises in temperature, excessive overpower is supplied to the discharge cell (Ds), or the discharge cell (Ds). It is preferable that the current or voltage waveform applied to is controlled to avoid a protruding state exceeding a specified value. Here, control is performed as follows according to FIG.
-Discharge starts at time (tA).
-Gradually control the maximum current upper limit value from 0 to the maximum limit current value (Imax).
The time point (tB) until the maximum current upper limit value reaches the maximum limit current value (Imax) is defined.
-After the time (tC), the normal operation state is entered in the constant power region.

ここでは、前記時間(tB)は放電開始より略60秒と設定して前記出力電流(IO)の最大電流上限値を徐々に緩和していく方式であるが前記電力供給部(Uw)の前記出力電圧(VO)を序所に上げるようにしていく方式としても良く、また設定する時間(tB−tA)は任意に設定して良く、例えば5秒〜120秒間としても良い。すなわち、前記時点(tA)から前記時点(tB)への移行期間において前記電力供給部(Uw)の出力を徐々に立ち上げる所謂ソフトスタート機能によって放電セル(Ds)の保護と寿命に貢献することができ、時として発生する放電セル(Ds)の破壊防止に寄与しオゾン生成効率を高く保ちながら安全に放電セル(Ds)を起動させることが可能である。これらは、例えば、前記電力制御回路(Uwc)上のマイクロコンピュータにおけるソフウエアで簡単に実現することができる。このソフトスタート方式は前述してきた本発明の主目的が前提となって初めて実現できるものであり前記電力供給部(Uw)を配置した本発明の利点を享受できるものと言える。   Here, the time (tB) is set to approximately 60 seconds from the start of discharge, and the maximum current upper limit value of the output current (IO) is gradually relaxed, but the power supply unit (Uw) The output voltage (VO) may be increased in the beginning, and the set time (tB-tA) may be arbitrarily set, for example, 5 seconds to 120 seconds. That is, the so-called soft start function that gradually raises the output of the power supply unit (Uw) in the transition period from the time point (tA) to the time point (tB) contributes to protection and life of the discharge cell (Ds). Therefore, it is possible to start up the discharge cell (Ds) safely while contributing to the prevention of destruction of the discharge cell (Ds) that is sometimes generated and maintaining high ozone generation efficiency. These can be easily realized by software in a microcomputer on the power control circuit (Uwc), for example. This soft start method can be realized only on the premise of the main object of the present invention described above, and it can be said that the soft start method can enjoy the advantages of the present invention in which the power supply unit (Uw) is arranged.

即ちこの実施形態では、放電を開始する始動初期において前記同調制御部(Us)は前記インバータ(Uj)の駆動周波数を上限周波数から下限周波数に向けて掃引動作を行うとともに、前記電力制御回路(Uwc)は前記電力供給部(Uw)の出力電力(WO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電圧(VO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電流(IO)を低く設定して徐々に定格に移行していくこととしている。   That is, in this embodiment, the tuning control unit (Us) performs a sweep operation from the upper limit frequency to the lower limit frequency in the initial stage of starting the discharge, and also performs the power control circuit (Uwc). ) Sets the output power (WO) of the power supply unit (Uw), the output voltage (VO) of the power supply unit (Uw), or the output current (IO) of the power supply unit (Uw) low. Then, we are going to gradually shift to the rating.

なお例えば共振インダクタ(Lm)の電圧信号を見て、それが前記放電セル(Ds)を破壊してしまうような電圧値以上である場合は、例え位相差があったとしても、インバータ周波数掃引動作の周波数を下げて、あえて共振からずらし、放電セル(Ds)への印加電圧を下げて、放電セル(Ds)への過剰電圧印加からの保護手段としても良い。   Note that, for example, when the voltage signal of the resonant inductor (Lm) is looked at and exceeds a voltage value that would destroy the discharge cell (Ds), even if there is a phase difference, the inverter frequency sweep operation The frequency may be lowered to deviate from resonance, and the applied voltage to the discharge cell (Ds) may be lowered to protect the device from overvoltage application to the discharge cell (Ds).

次に、放電開始のタイミングについて説明する。前記インバータ(Uj)は位相変調を行うため、放電セルにとってインバータ(Uj)が最適な共振周波数となるまである一定の時間を要することが挙げられる。一般的に言って、放電開始のトリガーは放電回路の外部より、例えばフォトカプラ等を介して信号として与えられ、電力供給部(Uw)とインバータ(Uj)のインバータ動作がスタートするが、この信号入力以前から前記インバータ(Uj)のみを駆動させておく方式が提案される。当然、前記電力供給部(Uw)は、停止したままの状態であるため、給電そのものは停止しているが、例えば、制御を行うための制御電源からインバータ部や出力電圧信号(Sv)部から微弱な電気が流出しているため、この微弱な漏洩電流を源とし前記インバータ(Uj)を駆動する。これを元に電流位相信号(Sfi)、電圧位相信号(Sfv)は検出できるため、同調すべく周波数掃引動作を行えば、概ねの共振周波数を検出することができる。ただし、この程度では放電セル(Ds)が放電したり、オゾンを生成したりすることがない領域で試される。このように、放電開始のトリガーが入る以前にインバータ(Uj)の駆動周波数に目処を付けて運転している為、検出時間が省かれることにより、放電開始指令後は素早いオゾン生成の立ち上がりを期待できる。   Next, the discharge start timing will be described. Since the inverter (Uj) performs phase modulation, it can be mentioned that a certain time is required until the inverter (Uj) has an optimum resonance frequency for the discharge cell. Generally speaking, a trigger for starting discharge is given as a signal from the outside of the discharge circuit via, for example, a photocoupler and the inverter operation of the power supply unit (Uw) and the inverter (Uj) starts. A method is proposed in which only the inverter (Uj) is driven before input. Naturally, since the power supply unit (Uw) remains in a stopped state, the power supply itself is stopped. However, for example, from a control power source for performing control, from an inverter unit or an output voltage signal (Sv) unit Since weak electricity is flowing out, the inverter (Uj) is driven using this weak leakage current as a source. Based on this, the current phase signal (Sfi) and the voltage phase signal (Sfv) can be detected. Therefore, if a frequency sweep operation is performed to tune, an approximate resonance frequency can be detected. However, at this level, the discharge cell (Ds) is tested in a region where it does not discharge or generate ozone. As described above, since the operation is performed with the target driving frequency of the inverter (Uj) before the discharge start trigger is entered, the detection time can be omitted, so that a rapid rise in ozone generation is expected after the discharge start command. it can.

また、前記インバータ(Uj)は実際に電力が供給される以前から共振周波数近傍で運転をしているため、不要に長い時間、共振周波数から外れた状態で前記インバータ(Uj)を駆動する必要がなくなり、放電回路の破壊リスク低減に寄与することが可能になる。何となれば、インバータは始動初期からゼロ電流スイッチングとなるからである。   Further, since the inverter (Uj) has been operated near the resonance frequency before the power is actually supplied, it is necessary to drive the inverter (Uj) in a state of being out of the resonance frequency for an unnecessarily long time. It becomes possible to contribute to reducing the risk of destruction of the discharge circuit. This is because the inverter has zero current switching from the beginning of startup.

〔放電セル放電回路の第二実施形態〕
図20は本発明の第二実施形態にかかる放電セル放電回路を簡略化して示すブロック図である。なお以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一部分については同一符号を付している。図20に示す放電セル放電回路においても、放電セル(Ds)への電力の供給元となる商用交流電源、例えば3相電源は、ノード(R、S、T)より整流部(Ur)に接続される。前記整流部(Ur)は複数のダイオードを備えていて全波整流を行い、規定された電力を供給するための電力制御回路(Uwc)を備えた電力供給部(Uw)にてDC出力となる。当然のことながら電力供給部(Uw)は内部に平滑コンデンサを備えているものとする。インバータ(Uj)は、前記DC出力を交流化し、この交流電力は、昇圧トランス(Tr)を介して高電圧に変換され、前記昇圧トランス(Tr)の2次巻線側に配置されたインダクタ(Lm)を介してサファイア等の誘電体を介在させた放電セル(Ds)に印加される。
[Second Embodiment of Discharge Cell Discharge Circuit]
FIG. 20 is a simplified block diagram showing a discharge cell discharge circuit according to the second embodiment of the present invention. In the following description of the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the discharge cell discharge circuit shown in FIG. 20 as well, a commercial AC power source, for example, a three-phase power source, which is a power supply source to the discharge cell (Ds), is connected to the rectifier (Ur) from the nodes (R, S, T). Is done. The rectifier unit (Ur) includes a plurality of diodes, performs full-wave rectification, and becomes a DC output in a power supply unit (Uw) including a power control circuit (Uwc) for supplying specified power. . As a matter of course, the power supply unit (Uw) includes a smoothing capacitor inside. The inverter (Uj) converts the DC output into alternating current, and this alternating current power is converted into a high voltage via the step-up transformer (Tr), and an inductor (on the secondary winding side of the step-up transformer (Tr)) ( Lm) is applied to a discharge cell (Ds) with a dielectric such as sapphire interposed.

同調制御部(Us)は、前記放電セル(Ds)の交流電圧位相と前記放電セル(Ds)への交流電流位相とを取り込み、位相差信号を生成しこの位相差が最も少ない状態にすべく前記インバータ(Uj)を駆動する駆動回路(Ug)にパルス信号として駆動信号を出力しフィードバック制御を行う。交流電圧位相は前記昇圧トランス(Tr)に更に巻き線を追加しても良いが、本実施形態では、前記インバータ(Uj)を駆動する周波数制御信号(Sfg)を用いている。これは巻き線をわざわざ用意する必要もなく、且つ、前記昇圧トランス(Tr)に印可される位相信号と同意であるからである。また交流電流位相は前記昇圧トランス(Tr)に流れる電流とカレントトランスを用いて受けている。   The tuning control unit (Us) takes in the AC voltage phase of the discharge cell (Ds) and the AC current phase to the discharge cell (Ds), generates a phase difference signal, and minimizes the phase difference. A drive signal is output as a pulse signal to a drive circuit (Ug) for driving the inverter (Uj) to perform feedback control. As the AC voltage phase, a winding may be further added to the step-up transformer (Tr). In this embodiment, a frequency control signal (Sfg) for driving the inverter (Uj) is used. This is because it is not necessary to prepare windings and is in agreement with the phase signal applied to the step-up transformer (Tr). The alternating current phase is received using the current flowing in the step-up transformer (Tr) and the current transformer.

インバータ(Uj)上に配置されたスイッチング素子(Q1、Q2、Q3、Q4)の動作について説明すると、スイッチング素子(Q1、Q2)の各々のDUTY比は略50%とし、前記スイッチング素子(Q1、Q2)各々のオン時間の間、つまり両スイッチング素子(Q1、Q2)ともにオフとなる適当な極短い期間を設定した上でこれを交互に動作させる。本動作についてはスイッチング素子(Q3、Q4)についても同様である。フルブリッジインバータは、スイッチング素子(Q1、Q4)のペアとスイッチング素子(Q2、Q3)のペアの対角上に配置されたスイッチング素子が交互にオンオフ動作するものである。前記インバータ(Uj)の駆動周波数は、後述する共振周波数に合うようにフィードバック機能を備えた周波数変調を行うこととしている。   The operation of the switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) disposed on the inverter (Uj) will be described. The DUTY ratio of each of the switching elements (Q1, Q2) is approximately 50%, and the switching elements (Q1, Q2, Q2) During each ON time, that is, an appropriate extremely short period in which both switching elements (Q1, Q2) are OFF is set, and this is operated alternately. This operation is the same for the switching elements (Q3, Q4). In the full bridge inverter, switching elements arranged on the diagonals of a pair of switching elements (Q1, Q4) and a pair of switching elements (Q2, Q3) are alternately turned on and off. The drive frequency of the inverter (Uj) is subjected to frequency modulation having a feedback function so as to match a resonance frequency described later.

前記インバータ(Uj)の駆動周波数は常時、放電セル(Ds)の寄生容量(Cm)成分とインダクタ(Lm)とで構成されるトランス(Tr)の2次側の共振部の共振周波数近傍となるように制御する。何となれば、オゾン発生用の放電セル(Ds)において、共振周波数での高電圧の印加時は、前記電力供給部(Uw)が必要最低限の供給電力で、放電セル(Ds)へ最も高い電圧を印加できることで、オゾン生成が高効率で行われるからである。従って放電セル(Ds)の持つ前記寄生容量(Cm)成分と前記放電セル(Ds)と直列に接続された前記インダクタ(Lm)とで構成された共振部のもつ共振周波数を利用し、その周波数で駆動して高電圧を印加することが好適である。   The drive frequency of the inverter (Uj) is always near the resonance frequency of the secondary resonance unit of the transformer (Tr) composed of the parasitic capacitance (Cm) component of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm). To control. In the discharge cell (Ds) for generating ozone, when the high voltage is applied at the resonance frequency, the power supply unit (Uw) is the lowest supply power and the highest to the discharge cell (Ds). This is because ozone can be generated with high efficiency by applying a voltage. Therefore, the resonance frequency of the resonance part formed by the parasitic capacitance (Cm) component of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm) connected in series with the discharge cell (Ds) is used, and the frequency It is preferable that the high voltage is applied by driving.

以上のように、インバータ(Uj)への供給電力を制御することでオゾン濃度を制御し、同時にインバータ(Uj)の駆動周波数は常時放電セル(Ds)における共振周波数近傍となるように制御したので、放電セル(Ds)が主放電中にあって、オゾン濃度の調整が行われる場合であっても、最良のオゾン生成効率を享受することができる。   As described above, the ozone concentration is controlled by controlling the power supplied to the inverter (Uj), and at the same time, the drive frequency of the inverter (Uj) is controlled to be close to the resonance frequency in the discharge cell (Ds). Even when the discharge cell (Ds) is in the main discharge and the ozone concentration is adjusted, the best ozone generation efficiency can be enjoyed.

尚、本実施形態において前記インバータ(Uj)は、スイッチング素子(Q1、Q2、Q3、Q4)を4つ使ったフルブリッジ式としているが、スイッチング素子を2つ減らし、図13で示したハーフブリッジ方式とした回路形態とし、駆動周波数を共振周波数とした上で対極にあるスイッチング素子をDuty比略50%で、ペアとして交互に動作する形態としても構わない。   In the present embodiment, the inverter (Uj) is a full bridge type using four switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4). However, the number of switching elements is reduced to two, and the half bridge shown in FIG. It is possible to adopt a circuit form in which a switching frequency is set to a resonance frequency and the switching elements at the counter electrode are alternately operated as a pair with a duty ratio of about 50%.

尚、オゾン濃度を調整する場合においては、前記電力供給部(Uw)を制御する前記電力制御回路(Uwc)が、前記インバータ(Uj)への供給電力を制御することによりオゾン濃度を制御する。   When adjusting the ozone concentration, the power control circuit (Uwc) that controls the power supply unit (Uw) controls the ozone concentration by controlling the power supplied to the inverter (Uj).

本実施形態において整流部(Ur)は、ダイオードによる整流回路を用いて説明しているが、力率改善回路であるPFCの技術や昇圧バックコンバータや倍電圧整流回路を用いて概ね300V〜400VのDC電圧を生成しても良く、入力電源に関しても3相電源に限定するものでなく、この部分における回路方式は本発明の本質とするところではない。   In the present embodiment, the rectifier unit (Ur) is described using a rectifier circuit using a diode. However, the PFC technology, which is a power factor correction circuit, a step-up buck converter, and a voltage doubler rectifier circuit are used. A DC voltage may be generated, and the input power supply is not limited to a three-phase power supply, and the circuit system in this part is not the essence of the present invention.

本実施形態において、電力供給部(Uw)を用いた結果、電源の入力に対しては高調波が著しく低減する効果が得られた。従来の回路方式においては、ノード(R、S、T)より整流部(Ur)に接続され、コンデンサに接続されていた。このコンデンサは容量が大きい電解コンデンサが用いられていたこと、つまりコンデンサインプット形式であったことで高い高調波電流が入力電源ラインに流れていた。本実施形態では、電力供給部(Uw)にこれを抑制する機能を付加したものである。したがって入力電流のピーク値を小さくできたことから、本回路を接続せしめる電力設備の電源容量を低減できることになる。   In the present embodiment, as a result of using the power supply unit (Uw), the effect of significantly reducing the harmonics with respect to the input of the power source was obtained. In the conventional circuit system, the node (R, S, T) is connected to the rectification unit (Ur) and is connected to the capacitor. Since this capacitor was an electrolytic capacitor having a large capacity, that is, a capacitor input type, a high harmonic current was flowing in the input power supply line. In this embodiment, the function which suppresses this is added to the electric power supply part (Uw). Therefore, since the peak value of the input current can be reduced, the power supply capacity of the power equipment to which this circuit is connected can be reduced.

次に電力供給部(Uw)と電力制御回路(Uwc)の構成は前記図2を用いて説明した第一実施形態と同じなので、その説明は省略する。   Next, the configurations of the power supply unit (Uw) and the power control circuit (Uwc) are the same as those in the first embodiment described with reference to FIG.

次に図21は同調制御部(Us)の回路の一例を簡略化して示すブロック図である。同図に示す同調制御部(Us)においては、前記放電セル(Ds)と前記インダクタ(Lm)とで構成される前記共振部に流れる電流位相検出手段(Ui)としてカレントトランスを用いて電流波形を検出する。ここでは前記昇圧トランス(Tr)の1次側巻き線の電流を測定することを想定している。前記共振部に流れる電圧位相検出手段(Uv)として前記昇圧トランス(Tr)に電圧を印加している前記インバータ(Uj)を操作する周波数制御信号(Sfg)を利用し電圧波形を検出している。以下その詳細について説明する。   Next, FIG. 21 is a block diagram showing a simplified example of the circuit of the tuning control unit (Us). In the tuning control unit (Us) shown in the figure, a current waveform is obtained by using a current transformer as current phase detection means (Ui) flowing in the resonance unit composed of the discharge cell (Ds) and the inductor (Lm). Is detected. Here, it is assumed that the current of the primary winding of the step-up transformer (Tr) is measured. A voltage waveform is detected by using a frequency control signal (Sfg) for operating the inverter (Uj) applying a voltage to the step-up transformer (Tr) as a voltage phase detection means (Uv) flowing in the resonance unit. . The details will be described below.

まず回路用電源として例えば、20Vと5Vの2系統の電源を用意する。位相検出手段(Ui)の巻き線部からの2本の線の片側は前記5Vラインに接続されている。電流波形の信号は、5Vを中心として所謂Sin波となり検出されており、コンパレータ(A41)の電源を20Vラインに接続し、電圧波形または電流波形をコンパレータ入力端子に接続し、もう一方の入力端子を前記5Vラインに接続している。そのため、コンパレータ(A41)からの出力はDUTY比50%の方形波となり、電流位相信号(Sfi)が生成される。電圧位相検出手段(Uv)は、前記昇圧トランス(Tr)に電圧を印加している前記インバータ(Uj)を操作する周波数制御信号(Sfg)がマイクロコンピュータ(MPU)から出力されているため、この信号を電圧位相信号(Sfv)に利用している。ただし、周波数制御信号(Sfg)は周期駆動回路(Ug)を介して前記インバータ(Uj)を構成するスイッチング素子までに信号が伝達するまでに遅れ時間が存在するため、これを考慮し周波数制御信号(Sfg)を一旦、バッファ(Ub)で受けてCRの時定数回路(C41、R46)で遅らせた信号を電圧位相信号(Sfv)としている。   First, for example, two power sources of 20V and 5V are prepared as circuit power sources. One side of two wires from the winding part of the phase detection means (Ui) is connected to the 5V line. The signal of the current waveform is detected as a so-called Sin wave centered on 5V, the power source of the comparator (A41) is connected to the 20V line, the voltage waveform or the current waveform is connected to the comparator input terminal, and the other input terminal Is connected to the 5V line. Therefore, the output from the comparator (A41) is a square wave with a DUTY ratio of 50%, and a current phase signal (Sfi) is generated. The voltage phase detection means (Uv) outputs a frequency control signal (Sfg) for operating the inverter (Uj) applying a voltage to the step-up transformer (Tr) from the microcomputer (MPU). The signal is used for the voltage phase signal (Sfv). However, since the frequency control signal (Sfg) has a delay time until the signal is transmitted to the switching elements constituting the inverter (Uj) via the periodic drive circuit (Ug), the frequency control signal is taken into consideration. A signal (Sfg) once received by the buffer (Ub) and delayed by the CR time constant circuit (C41, R46) is used as a voltage phase signal (Sfv).

マイクロコンピュータ(MPU)は、後述するように前記インバータ(Uj)の出力電流と出力電圧の位相差を確認しつつ、前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバックするため、周波数制御信号(Sfg)をマイクロコンピュータ(MPU)から出力している。この実施形態にかかる高濃度オゾン生成用の放電セル放電回路の場合においては、概ね、前記周波数制御信号(Sfg)は10kHz〜40kHzの範囲で制御される方形波が出力されている。   As will be described later, the microcomputer (MPU) checks the phase difference between the output current and output voltage of the inverter (Uj) and feeds back the drive frequency of the inverter (Uj). Output from a microcomputer (MPU). In the case of the discharge cell discharge circuit for generating high-concentration ozone according to this embodiment, the frequency control signal (Sfg) is generally a square wave that is controlled in the range of 10 kHz to 40 kHz.

前記方形波に変換された電流位相信号(Sfi)と電圧位相信号(Sfv)は、両者とも0−5Vレベルの位相信号なので、両者を比較すればその位相差を計量できるから、比較部(Uf)として排他的論理和(Exclusive−OR)を利用して位相差量を計測することができる。   Since both the current phase signal (Sfi) and the voltage phase signal (Sfv) converted to the square wave are phase signals of 0-5V level, the phase difference can be measured by comparing the both, so that the comparison unit (Uf ) Can be used to measure the amount of phase difference using an exclusive OR (Exclusive-OR).

仮に位相差が存在する場合、例えば、前記電圧位相信号(Sfv)がLowレベル(0)、前記コンパレータ(A41)からの前記電流位相信号(Sfi)がHighレベル(1)となって前記排他的論理和の出力はHighレベル(1)となる。逆に位相差が存在しない場合、例えば、前記電圧位相信号(Sfv)がHighレベル(1)、前記コンパレータ(A41)からの前記電流位相信号(Sfi)がHighレベル(1)となって、前記排他的論理和の出力はLowレベル(0)となる。したがって位相差が大きければ大きいほど排他的論理和の出力は、時系列上でHighレベル(1)となる時間が多くなるため、CR回路(R45、C40)で平滑されてコンデンサ(C40)に蓄えられる電圧(Vsd)はアナログ量となって現在の位相差信号(Sfr)を電圧(Vsd)として表現することができる。   If there is a phase difference, for example, the voltage phase signal (Sfv) is at a low level (0), and the current phase signal (Sfi) from the comparator (A41) is at a high level (1). The output of the logical sum becomes a high level (1). Conversely, when there is no phase difference, for example, the voltage phase signal (Sfv) is at a high level (1), the current phase signal (Sfi) from the comparator (A41) is at a high level (1), and The output of the exclusive OR becomes Low level (0). Therefore, the larger the phase difference is, the longer the time for the exclusive OR output to become High level (1) in time series is smoothed by the CR circuit (R45, C40) and stored in the capacitor (C40). The obtained voltage (Vsd) becomes an analog quantity, and the current phase difference signal (Sfr) can be expressed as a voltage (Vsd).

これによりマイクロコンピュータ(MPU)は、位相差信号の大小を検出することができ、もし前記共振部で共振状態である場合は、前記電圧位相信号(Sfv)と前記電流位相信号(Sfi)は同位相となるため、前記位相差信号(Sfr)の前記電圧(Vsd)は略ゼロになるように近づく。生成された前記位相差信号(Sfr)はマイクロコンピュータ(MPU)に入力されるが、マイクロコンピュータ(MPU)は、アナログ量をデジタル化することを前提にマイクロプロセッサーを用いているがアナログーデジタル変換器を一旦用いても良い。または、マイクロプロセッサーを用いずに、アナログ信号をそのまま制御回路として運用しても良い。   Thereby, the microcomputer (MPU) can detect the magnitude of the phase difference signal. If the resonance unit is in the resonance state, the voltage phase signal (Sfv) and the current phase signal (Sfi) are the same. Since the phase is reached, the voltage (Vsd) of the phase difference signal (Sfr) approaches approximately zero. The generated phase difference signal (Sfr) is input to a microcomputer (MPU). The microcomputer (MPU) uses a microprocessor on the premise that the analog quantity is digitized, but analog-digital conversion is performed. A vessel may be used once. Alternatively, an analog signal may be directly used as a control circuit without using a microprocessor.

次に、常時共振周波数近傍で動作する自動同調動作を図21の回路図を用いた場合についてのタイムチャートや動作フローとこれにより享受できる利点については第一実施形態と同様であり、その説明は省略する。   Next, the automatic tuning operation that always operates in the vicinity of the resonance frequency is the same as in the first embodiment with respect to the time chart and operation flow when using the circuit diagram of FIG. Omitted.

これらのようにフィードバックを常に行うことにより、常に共振周波数近傍での運転が行なえ、たとえ、前記放電セル(Ds)の圧力や温度が変化することで、前記放電セル(Ds)の放電電圧が変化したり、前記寄生容量(Cm)の容量値が変化したりして、共振周波数が変わったとしても、これに追従してインバータ(Uj)の駆動周波数も変化した共振周波数近傍に変化するので、最良のオゾン生成効率を常時満足できる。   By always performing feedback as described above, it is possible to always operate in the vicinity of the resonance frequency, for example, the discharge voltage of the discharge cell (Ds) is changed by changing the pressure or temperature of the discharge cell (Ds). Even if the resonance frequency changes due to the change in the capacitance value of the parasitic capacitance (Cm), the drive frequency of the inverter (Uj) also changes in the vicinity of the changed resonance frequency. The best ozone generation efficiency can always be satisfied.

また、放電セル(Ds)を負荷として本発明の回路形態である図20にて実施した際の実験波形は、前記図10と同様であった。   Moreover, the experiment waveform when it implemented in FIG. 20 which is a circuit form of this invention by making a discharge cell (Ds) into a load was the same as that of the said FIG.

実際に本願出願人の放電セルを用いて実験を行った際の条件と得られたオゾン濃度を以下に記載する。
インバータ周波数: 略23kHz
インバータ出力電圧:略150V
インバータ出力電力:略110W
放電セル出力電圧: 略7.4kVp―p
放電セル: 荏原製作所製 0.5A−13型セル+コンデンサ負荷1nF
放電セルへの酸素供給量0.5L/M
放電セルへの窒素添加量4ccm
オゾン生成量:160g/Nm3
共振インダクタ:34mH
高圧トランス:1次13ターン/2次19ターン/フェライトコア
The conditions when the experiment was actually conducted using the discharge cell of the applicant of the present application and the obtained ozone concentration are described below.
Inverter frequency: Approximately 23 kHz
Inverter output voltage: about 150V
Inverter output power: about 110W
Discharge cell output voltage: about 7.4 kVp-p
Discharge cell: 0.5A-13 type cell + capacitor load 1nF manufactured by EBARA
Oxygen supply amount to discharge cell 0.5L / M
Amount of nitrogen added to the discharge cell 4ccm
Ozone generation amount: 160 g / Nm 3
Resonant inductor: 34mH
High-voltage transformer: primary 13 turns / secondary 19 turns / ferrite core

前記したコンデンサ負荷について記載しておく。前記コンデンサ負荷は、電気回路上は放電セルと並列に接続されるコンデンサである。共振周波数、つまり前記インバータ(Uj)の駆動周波数を23kHz程度とすべく設計目標にした場合、仮に前記コンデンサを挿入しない際は極端に大きなL値が必要な、且つコストやサイズの観点から製品上適さない共振インダクタ(Lm)となってしまう。この問題を鑑み、あえて安価で小型なコンデンサ負荷を放電セル(Ds)に並列に接続して前記寄生容量(Cm)を大きくすることで、共振インダクタ(Lm)を適切なサイズとすることができた。しかしながら、十分な寄生容量を持った放電セルを選択した場合においては前記コンデンサ負荷を付加する必要はない。   The above-described capacitor load will be described. The capacitor load is a capacitor connected in parallel with the discharge cell on the electric circuit. When the design target is to set the resonance frequency, that is, the drive frequency of the inverter (Uj) to about 23 kHz, an extremely large L value is required when the capacitor is not inserted, and the product is manufactured from the viewpoint of cost and size. It becomes an unsuitable resonance inductor (Lm). In view of this problem, the resonant inductor (Lm) can be appropriately sized by increasing the parasitic capacitance (Cm) by connecting an inexpensive and small capacitor load in parallel to the discharge cell (Ds). It was. However, when a discharge cell having sufficient parasitic capacitance is selected, it is not necessary to add the capacitor load.

さて、オゾン生成用放電セル(Ds)の特徴として、放電セル(Ds)に印加する電圧はサイン波で印加されているが、実際の放電が生じているときは、このサイン波の尖塔部分近辺となる。そのため、前記インバータ(Uj)の駆動周波数が高いほうがオゾン生成濃度は上昇する。仮に同じオゾン濃度を得るために前記駆動周波数を上げた場合は、放電セル(Ds)に印加する電圧をその分、低くできる利点がある。前記駆動周波数は共振インダクタ(Lm)とセルの寄生容量(Cm)との共振周波数(f0=1/(2π√(LC))で概ね確定し、その周波数で前記インバータ(Uj)を運転することになるから、前記共振インダクタ(Lm)の値を小さくして、共振周波数(f0)を上げれば放電セル(Ds)に印加する電圧を下げることもできる。したがって放電セル(Ds)への印加電圧を下げられるので前記放電セル(Ds)の誘電体バリアの絶縁破壊リスクが低減され、従来、稀に発生していたバリア破壊のリスクを低減することができる。前記0.5セルでは従来の回路方式ではインバータ(Uj)の駆動周波数が5kHzであったものを20kHz近辺で運転したことで実際に印加電圧を下げることに成功しており、同時に従来の回路方式に比べ、安定的に10%程度のオゾン生成濃度能力が向上したことが実験より確認された。   As a feature of the ozone generation discharge cell (Ds), the voltage applied to the discharge cell (Ds) is applied as a sine wave. When an actual discharge occurs, the vicinity of the sine wave of the sine wave It becomes. Therefore, the ozone generation concentration increases as the drive frequency of the inverter (Uj) is higher. If the drive frequency is increased to obtain the same ozone concentration, there is an advantage that the voltage applied to the discharge cell (Ds) can be lowered accordingly. The drive frequency is generally determined by the resonance frequency (f0 = 1 / (2π√ (LC)) between the resonance inductor (Lm) and the parasitic capacitance (Cm) of the cell, and the inverter (Uj) is operated at that frequency. Therefore, if the value of the resonant inductor (Lm) is decreased and the resonant frequency (f0) is increased, the voltage applied to the discharge cell (Ds) can be lowered, and thus the applied voltage to the discharge cell (Ds). Therefore, the dielectric breakdown risk of the dielectric barrier of the discharge cell (Ds) can be reduced, and the risk of barrier breakdown that has been rarely generated can be reduced. In the method, the drive frequency of the inverter (Uj) was 5 kHz, and it was succeeded in actually lowering the applied voltage by operating around 20 kHz. Base, it was stably improved about 10% ozone generation concentration ability has been confirmed from experiments.

以上説明したように、本実施形態によれば、電力供給部(Uw)を使い安定した条件の元で同調制御部(Us)の動作により、必要最小限の投入電力で前記放電セル(Ds)の印加電圧が最高の効果が得られるため、常時、最良の効率でオゾン生成が可能になると共に、前記インバータ(Uj)上のスイッチング素子が不必要に共振外れを起こさないため前記インバータ(Uj)のスイッチング素子(Q1、Q2、Q3、Q4)のストレスが低減すること、さらには副次的効果として放射ノイズ及び伝導ノイズが抑制されることを可能とした。つまりは、従来に比して、少ない消費電力で同量のオゾンを生成することが可能となり、オゾン生成装置のランニングコストの低減に寄与するものであり、最良の形態での放電回路を提供することができた。何よりも本発明の主要な目的である、外乱条件や時系列的な要因で前記共振周波数(f0)が変化したとしても前記放電セル(Ds)の能力を最大限に発揮することが可能となった。これにより第一の問題点であった前記共振周波数(f0)が変動し、前記放電セル(Ds)の能力を最大限に引き出せない課題は解決された。   As described above, according to the present embodiment, the discharge cell (Ds) is operated with the minimum input power by the operation of the tuning control unit (Us) under the stable condition using the power supply unit (Uw). Since the highest effect is obtained, the ozone can be generated at the best efficiency at all times, and the switching element on the inverter (Uj) does not unnecessarily lose resonance, so that the inverter (Uj) It is possible to reduce the stress of the switching elements (Q1, Q2, Q3, Q4) and to suppress radiation noise and conduction noise as a secondary effect. In other words, compared to the prior art, it is possible to generate the same amount of ozone with less power consumption, which contributes to reducing the running cost of the ozone generator, and provides a discharge circuit in the best mode. I was able to. Above all, even if the resonance frequency (f0) changes due to disturbance conditions or time-series factors, which is the main object of the present invention, it is possible to maximize the capability of the discharge cell (Ds). It was. As a result, the resonance frequency (f0), which was the first problem, fluctuated, and the problem that the capability of the discharge cell (Ds) could not be maximized was solved.

〔放電セル放電回路制御システムの実施形態〕
図22は放電セル放電回路制御システム(以下「装置制御システム」という)(ES)と放電セル放電回路(PS)とオゾン検知器(Od)の信号の取り合いの一例を簡略化して示すブロック図である。同図においてオゾン検知器(Od)からは、検出できるオゾン濃度の最大から最小を規定された電圧、または電流の範囲で信号出力をする。信号出力は、検出したオゾン濃度が電圧または電流レベルにスケーリング処理されて、検出したオゾン濃度に見合った信号をオゾン検知器(Od)がアナログ出力信号を生成し、つまりは装置制御システム(ES)が入力信号(Ods)として受け取る。一般的に言って、電流信号である場合は、電流信号は4mA〜20mAで表現されているから、装置制御システム(ES)は、一度、抵抗(R50)で受ける。抵抗(R50)は250Ωであり、抵抗(R50)の両端に発生する電圧は1V−5Vの電圧信号に変換して、バッファ(Ub)を介してオゾン濃度制御回路(Up)に取り込む。これによりオゾン濃度制御回路(Up)は現在のオゾン濃度を認識することができる。前記オゾン濃度制御回路(Up)には、プログラマブルロジックコントローラー(PLC)と呼ばれる、例えば三菱電機社製のシーケンサのアナログ入力ユニットを用いても良い。
[Embodiment of discharge cell discharge circuit control system]
FIG. 22 is a block diagram showing, in a simplified manner, an example of the relationship between discharge cell discharge circuit control system (hereinafter referred to as “apparatus control system”) (ES), discharge cell discharge circuit (PS), and ozone detector (Od). is there. In the figure, an ozone detector (Od) outputs a signal within a voltage or current range in which the maximum and minimum ozone concentrations that can be detected are defined. The detected ozone concentration is scaled to the voltage or current level, and the ozone detector (Od) generates an analog output signal corresponding to the detected ozone concentration, that is, the device control system (ES). Is received as an input signal (Ods). Generally speaking, in the case of a current signal, since the current signal is expressed by 4 mA to 20 mA, the device control system (ES) receives the resistance (R50) once. The resistance (R50) is 250Ω, and the voltage generated at both ends of the resistance (R50) is converted into a voltage signal of 1V-5V and taken into the ozone concentration control circuit (Up) via the buffer (Ub). As a result, the ozone concentration control circuit (Up) can recognize the current ozone concentration. For the ozone concentration control circuit (Up), a programmable logic controller (PLC), for example, an analog input unit of a sequencer manufactured by Mitsubishi Electric Corporation may be used.

一方、放電セル放電回路(PS)は、前記オゾン濃度制御回路(Up)からの指令に基づいて、放電セル(Ds)への投入電力を管理している。オゾン濃度制御回路(Up)からは、バッファ(Ub)を介して電流または電圧信号にて出力信号(PSd)を出力する。この場合は例えば、三菱電機社製のシーケンサのアナログ出力ユニットが用いられる。シーケンサを使用することで、そのインターフェイスとしてタッチパネルを使用してオゾン濃度のパラメータの変更もエンドユーザーが簡単に行えるシステムの構築が容易であり、その利点を享受できる。放電セル放電回路(PS)は、取得した前記した出力電圧信号(Sv)と前記出力電流信号(Si)から現在の出力電力を求めることができ、前記電力制御回路(Uwc)としてマイクロコンピュータ(MPU)を採用している。これらにより、前記電力制御回路(Uwc)は、装置制御システム(ES)から所望された電力値(設定電力値)を設定する出力信号(PSd)を電力設定信号(Sw)として取り込んでいるため、実際の出力電力との大小を比較でき、電力を任意に管理するフィードバック制御を行うことが可能となる。   On the other hand, the discharge cell discharge circuit (PS) manages the input power to the discharge cell (Ds) based on a command from the ozone concentration control circuit (Up). The ozone concentration control circuit (Up) outputs an output signal (PSd) as a current or voltage signal via the buffer (Ub). In this case, for example, an analog output unit of a sequencer manufactured by Mitsubishi Electric Corporation is used. By using a sequencer, it is easy to build a system that allows end users to easily change ozone concentration parameters using a touch panel as its interface, and enjoy its advantages. The discharge cell discharge circuit (PS) can obtain the current output power from the acquired output voltage signal (Sv) and the output current signal (Si), and the microcomputer (MPU) is used as the power control circuit (Uwc). ) Is adopted. As a result, the power control circuit (Uwc) takes in the output signal (PSd) for setting the desired power value (set power value) from the device control system (ES) as the power setting signal (Sw). Compared with the actual output power, it is possible to perform feedback control for arbitrarily managing the power.

本実施形態では、出力信号(PSd)を電流信号で表現しているが通信による制御、例えばRS422、232C、485を使い、前記電力制御回路(Uwc)への電力設定信号(Sw)へ書き込みを行う形式を用いても良い。この実施形態の放電セル放電回路(PS)では、RS422方式を採用した。これは所望のオゾン濃度、量が非常に多い場合、複数の放電セル(Ds)を用い、且つ複数の放電セル放電回路(PS)を用いて、大容量のオゾンを生成することがある。その場合は、RS422通信により装置制御システム(ES)は、複数の放電セル放電回路(PS)に対して個別に放電セル(Ds)への最適な投入電力の制御を各々行うことができるからである。その際は、放電セル放電回路(PS)及び装置制御システム(ES)にRS422のドライバーIC、例えば(SN75ALS181)などを双方に実装し、クロスオーバーケーブルで接続して、装置制御システム(ES)からコマンドを送信して、放電セル放電回路(PS)の電力設定信号(Sw)としてマイクロコンピュータ(MPU)上のメモリに上書きしていく方式を採用している。また、1対多の関係で通信を行うと言う点から、RS485を採用しても、同じ利点が得られる。このような通信方式を用いれば複数の放電セル放電回路(PS)を外部から制御する場合、シーケンサのアナログ出力チャンネルを複数点用意するより安価で且つ簡単に実現できるものである。   In this embodiment, the output signal (PSd) is expressed as a current signal, but control by communication, for example, using RS422, 232C, and 485, writing to the power setting signal (Sw) to the power control circuit (Uwc) is performed. The format to be used may be used. In the discharge cell discharge circuit (PS) of this embodiment, the RS422 system is adopted. When the desired ozone concentration and amount are very large, a large volume of ozone may be generated by using a plurality of discharge cells (Ds) and a plurality of discharge cell discharge circuits (PS). In that case, the device control system (ES) can individually control the optimum input power to the discharge cells (Ds) for the plurality of discharge cell discharge circuits (PS) by RS422 communication. is there. In that case, the driver IC of RS422, for example, (SN75ALS181) etc. is mounted on both the discharge cell discharge circuit (PS) and the device control system (ES), and connected with a crossover cable, from the device control system (ES) A method is employed in which a command is transmitted and the memory on the microcomputer (MPU) is overwritten as the power setting signal (Sw) of the discharge cell discharge circuit (PS). Moreover, even if RS485 is adopted from the point that it communicates by a one-to-many relationship, the same advantage is acquired. If such a communication system is used, when a plurality of discharge cell discharge circuits (PS) are controlled from the outside, it can be realized more inexpensively and more easily than preparing a plurality of analog output channels of a sequencer.

次に、オゾン生成濃度の最高点近傍で動作する自動制御動作を図22のブロック図を用いた場合について、タイムチャート図である図23を用いてその概念を説明する。前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)は、電力指令の下限設定値から上限(max)に向かい放電セル(Ds)への投入電力を増加する。初期時点で前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)は、下限近傍であるため、目標としての最大オゾン生成量とは大きく離れているためオゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)は小さい値となっている。   Next, the concept of automatic control operation that operates in the vicinity of the highest ozone generation concentration using the block diagram of FIG. 22 will be described with reference to FIG. 23 that is a time chart diagram. The output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) increases the input power to the discharge cell (Ds) from the lower limit set value of the power command toward the upper limit (max). Since the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is in the vicinity of the lower limit at the initial time point, it is far from the target maximum ozone generation amount, and therefore input from the ozone detector (Od). The signal (Ods) has a small value.

増加を行い続ければ、前述したように前記放電セル(Ds)の特性である最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)を一時的に通過することになるが、時点(t11)までの期間においては、最大のオゾン生成ポイントに近づき、オゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)が増加していることを認識する。そして、前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)を増加させれば、前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)は最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)を通過して、最良点を外れてしまい、オゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)は逆に減少する。オゾン濃度制御回路(Up)は時点(t12)にてオゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)が減少していることを検出し、前記電力投入ポイント(WO)を通過してしまったことを認識する。つまり、前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)は最適点よりもやや高い指令値であることから、次に、前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)を減少させる方向に動作させるべく制御を開始する。すると、時点(t13)までは、前記電力投入ポイントに近づいていくため、オゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)が増加していくことをオゾン濃度制御回路(Up)が検知し、時点(t14)にて逆に前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)を増加させる。この一連の動作を繰り返すことで常に最大のオゾン濃度が得られるように制御され、範囲指定された放電セル放電回路(PS)の電力帯域(ΔPSd)にて安定し、すなわち常に最大のオゾン濃度限界値に向かい続けることができる。   If the increase is continued, the power input point (WO), which is the maximum ozone generation point, which is the characteristic of the discharge cell (Ds), as described above, temporarily passes, but the period until the time (t11) , The maximum ozone generation point is approached, and it is recognized that the input signal (Ods) from the ozone detector (Od) is increasing. Then, if the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is increased, the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is a power input point which is the maximum ozone generation point. Passing through (WO), the best point is deviated, and the input signal (Ods) from the ozone detector (Od) decreases conversely. The ozone concentration control circuit (Up) has detected that the input signal (Ods) from the ozone detector (Od) is decreasing at the time (t12), and has passed the power input point (WO). Recognize that. That is, since the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is a command value slightly higher than the optimum point, the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is next. The control is started so as to operate in the direction of decreasing). Then, until the time point (t13), the ozone concentration control circuit (Up) detects that the input signal (Ods) from the ozone detector (Od) increases because it approaches the power input point, Conversely, at time (t14), the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) is increased. By repeating this series of operations, it is controlled so that the maximum ozone concentration is always obtained, and is stable in the power band (ΔPSd) of the discharge cell discharge circuit (PS) specified in the range, that is, always the maximum ozone concentration limit. You can continue to face the value.

このようにフィードバック制御を常に行うことにより、仮にその放電セル(Ds)が持つオゾン生成能力を限界以上まで要求された場合であっても、電力投入ポイント(WO)を超えてしまうことによりオゾン濃度が低くなってしまう問題を解決し、その放電セル(Ds)が持つ最大の能力を発揮させて、最大限度でのオゾン生成が行える。また最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)が変化してしまったとしても、これに追従して、最良のオゾン生成効率を常時満足できる。   By always performing feedback control in this way, even if the ozone generation capability of the discharge cell (Ds) is required to exceed the limit, the ozone concentration is exceeded by exceeding the power input point (WO). Is solved, the maximum capacity of the discharge cell (Ds) is exhibited, and ozone generation can be performed to the maximum extent. Even if the power input point (WO), which is the maximum ozone generation point, has changed, the best ozone generation efficiency can always be satisfied by following this.

別の言い方をすれば、装置制御システム(ES)は、最良ポイントを経過した電力を前記放電セル(Ds)に前記放電セル放電回路(PS)が投入していないかをオゾン濃度(Ods)を監視することにより判断し、過剰電力が投入されていると判断された場合は、電力をそれより減ずるよう上限値を随時決定することを特徴としている。前記装置制御システム(ES)からの前記放電セル放電回路(PS)への電力指令である出力信号(PSd)は、例えば4mA〜20mAに対応する放電セル放電回路(PS)の電力調整範囲は少し広めに設定し、実際には4mA〜16mAで調整され、ある時は4mA〜14mAの範囲で調製されることになる。例えば、定格出力200Wの放電セル放電回路(PS)である場合は10W〜140Wの範囲で調整作業を必要とせずに自動的に使われることになる。これは、例えば150ppmのオゾン濃度を所望した場合は、オゾン濃度が足りない場合は、出力信号(PSd)を最大の20mAまで出力をしたいところであるが、実際には出力信号(PSd)が14mAの時点で最大のオゾンを生成する電力ポイント(WO)を経過しており、出力信号(PSd)を14mA近辺で制御することで、オゾン濃度が足りていないとは言え、最大限の生成を行うことを目標としている。   In other words, the device control system (ES) determines whether or not the discharge cell discharge circuit (PS) is charged with the electric power that has passed the best point into the discharge cell (Ds) by using the ozone concentration (Ods). When it is determined by monitoring and it is determined that excessive power is being supplied, an upper limit value is determined as needed so as to reduce the power. The output signal (PSd), which is a power command from the device control system (ES) to the discharge cell discharge circuit (PS), has a little power adjustment range of the discharge cell discharge circuit (PS) corresponding to, for example, 4 mA to 20 mA. It is set to be wide, and is actually adjusted at 4 mA to 16 mA. In some cases, it is adjusted within the range of 4 mA to 14 mA. For example, in the case of a discharge cell discharge circuit (PS) with a rated output of 200 W, it is automatically used in the range of 10 W to 140 W without any adjustment work. For example, if an ozone concentration of 150 ppm is desired, and if the ozone concentration is insufficient, the output signal (PSd) is desired to be output up to a maximum of 20 mA, but the output signal (PSd) is actually 14 mA. The power point (WO) that generates the maximum ozone at the time has passed, and the output signal (PSd) is controlled at around 14 mA, so that maximum ozone generation is performed even though the ozone concentration is insufficient. The goal is.

図24を用いて放電セルへの電力投入量とオゾン濃度との関係について説明する。従来は測定器を用いて、最高のオゾン生成ポイントを確認し、出力信号(PSd)の上限(max‘)を微調整し固定していた。しかしながら本実施形態においては最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)が変化してしまったとしても、これに追従して、最大点を求めることができるため、上限(max)、つまり前記放電セル放電回路(PS)の定格出力電力の設定に関しては多少の無頓着でも良く、調整に関する手間が大幅に削減できる。しかしながら、制御の最大をオゾン生成濃度が最高点を少し超えたところに設定したとすれば、より前記出力信号(PSd)の分解能を有効に使うことができ好適である。その際は、前述したように外部的要因によりバラつきがあるため、少なくともこれを考慮して最大電力値を決定すべきである。   The relationship between the amount of power input to the discharge cell and the ozone concentration will be described with reference to FIG. Conventionally, the highest ozone generation point was confirmed using a measuring instrument, and the upper limit (max ′) of the output signal (PSd) was finely adjusted and fixed. However, in this embodiment, even if the power input point (WO), which is the maximum ozone generation point, has changed, the maximum point can be obtained following this, so the upper limit (max), that is, the discharge The setting of the rated output power of the cell discharge circuit (PS) may be a little careless, and the labor for adjustment can be greatly reduced. However, if the maximum control is set at a position where the ozone generation concentration slightly exceeds the maximum point, it is preferable because the resolution of the output signal (PSd) can be used more effectively. In that case, since there is a variation due to external factors as described above, the maximum power value should be determined in consideration of at least this.

次に、図22で説明したオゾン濃度制御回路(Up)の制御動作を実施するための演算処理方法の一部であって、図23で説明した前記出力信号(PSd)の増減方向が反転する処理を表した動作フロー図である図25を用いて説明する。先ずブロック(b1)にて制御開始条件(CND1)がオンしている場合において、例えば電源運転中であるかどうか、また例えば5秒ごとに処理をするためのタイマーフラグを判別する。前記放電セル放電回路(PS)へ電力の出力信号(PSd)が到達し、前記放電セル(Ds)が実際にオゾンを生成し、それをオゾン検知器(Od)が検知するため、全体の制御系としては遅れ系であると言える。そのため5秒などの適切な時間を設けた上で、前記出力信号(PSd)の制御を行うもので、以降は制御開始条件(CND1)はオンであるものとして説明する。   Next, it is a part of the arithmetic processing method for performing the control operation of the ozone concentration control circuit (Up) explained in FIG. 22, and the increase / decrease direction of the output signal (PSd) explained in FIG. 23 is reversed. The operation will be described with reference to FIG. First, when the control start condition (CND1) is turned on in the block (b1), for example, it is determined whether or not the power supply is operating, and for example, a timer flag for processing every 5 seconds. The power output signal (PSd) reaches the discharge cell discharge circuit (PS), and the discharge cell (Ds) actually generates ozone, which is detected by the ozone detector (Od). It can be said that the system is a delayed system. Therefore, it is assumed that the output signal (PSd) is controlled after providing an appropriate time such as 5 seconds, and that the control start condition (CND1) is on thereafter.

オゾン濃度制御回路(Up)のソフトウエアは、ブロック(b2)にて最新のオゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)のデータを取得、所謂AD変換を行い最新の値(NOW_AD)を取得する。次にブロック(b3)にて、最新の入力信号(Osd)が所望するオゾン濃度である値(k)の近辺(α)以内であるかを判別する。近辺でない場合、つまり現在のオゾン濃度が目標にまだ余地がある場合においては、ブロック(b4)にて前記入力信号(Ods)が前回の数秒前、例えば前記した5秒前に取得したオゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)のデータと比較する。ここで最新の入力信号(Ods)のデータの方が前回のデータよりも大きければオゾン濃度は増加傾向にあることを示している。しかしながらこの時点で、オゾンガス濃度が減少に転じている、即ち、数秒前の前記入力信号(Ods)のデータより最新の前記入力信号(Ods)が下回っていれば、前記出力信号(PSd)の増減方向を反転させる必要があるため最大のオゾンを生成する前記電力ポイント(W0)を経過していると判断してブロック(b5)にて増減フラグ(PS_ALLOW)を反転させる。最後にブロック(b6)において、このルーチンで取得した最新の入力データ(Ods)を次回数秒後の処理のため、変数(OLD_AD)に格納する。   The software of the ozone concentration control circuit (Up) acquires the latest input signal (Ods) data from the ozone detector (Od) in the block (b2), performs so-called AD conversion and obtains the latest value (NOW_AD). get. Next, in block (b3), it is determined whether or not the latest input signal (Osd) is within the vicinity (α) of the value (k) which is the desired ozone concentration. If the current ozone concentration is not in the vicinity, that is, if there is still room for the target, the ozone detector acquired in the block (b4) the input signal (Ods) a few seconds before the previous time, for example, the above-mentioned 5 seconds before Compare with the data of the input signal (Ods) from (Od). Here, if the data of the latest input signal (Ods) is larger than the previous data, it indicates that the ozone concentration tends to increase. However, if the ozone gas concentration starts to decrease at this point, that is, if the latest input signal (Ods) is lower than the data of the input signal (Ods) several seconds ago, the output signal (PSd) increases or decreases. Since it is necessary to reverse the direction, it is determined that the power point (W0) for generating the maximum ozone has elapsed, and the increase / decrease flag (PS_ALLOW) is reversed in block (b5). Finally, in block (b6), the latest input data (Ods) acquired by this routine is stored in a variable (OLD_AD) for processing after the next number of seconds.

この一連動作の中の増減方向を決定する増減フラグ(PS_ALLOW)は、出力信号(PSd)を反転させる動作を行うための動作であって、図23で説明した例を用いれば、時点(t12)での動作と同義である。   The increase / decrease flag (PS_ALLOW) for determining the increase / decrease direction in the series of operations is an operation for inverting the output signal (PSd). If the example described with reference to FIG. 23 is used, the time (t12) It is synonymous with the operation in

図23、図24、図25で説明した、オゾン濃度制御部(Up)による制御動作は、前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)を、下限から開始して上限に向かって増加し、オゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)レベルが最良を得た状態での前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)を記憶すると共に、その後、前記放電セル(Ds)の特性である最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)に対応する前記放電セル放電回路(PS)への前記出力信号(PSd)近傍の、前記上限から下限に対応する範囲よりも狭い範囲において自動調整を行うことで、オゾン濃度が逆に減少することなく、オゾン生成量を最大限まで得られるよう自動的に制御することが可能となる。その結果、最大オゾン発生点である電力投入ポイント(WO)が存在するために供給過剰な電力によるオゾン生成濃度の低下という第2の問題も解決された。   The control operation by the ozone concentration control unit (Up) described in FIGS. 23, 24, and 25 starts the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) from the lower limit to the upper limit. And the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) in a state where the input signal (Ods) level from the ozone detector (Od) has obtained the best, Corresponds to the lower limit from the upper limit in the vicinity of the output signal (PSd) to the discharge cell discharge circuit (PS) corresponding to the power input point (WO) which is the maximum ozone generation point which is the characteristic of the discharge cell (Ds). By performing automatic adjustment in a range narrower than the range, it is possible to automatically control the ozone generation amount to the maximum without reducing the ozone concentration. As a result, since the power input point (WO), which is the maximum ozone generation point, exists, the second problem of a decrease in ozone generation concentration due to excessive supply of electric power has been solved.

最後に、図26を用いて、前記放電セル放電回路(PS)と装置制御システム(ES)とオゾン検知器(Od)を用いた制御ブロック線図により、簡略化して制御方法の概念について説明する。本ブロック線図は、フィードバック制御ループを記載したものである。前記制御システムは、図25で説明した内容であり、装置制御システム(ES)のオゾン濃度制御回路(Up)はオゾン検知器(Od)からの入力信号(Ods)として、増減フラグをブロック(INVERTorNONINVERT)で決定し、その出力の正、負を決定する。   Finally, with reference to FIG. 26, the concept of the control method will be simplified and described with reference to a control block diagram using the discharge cell discharge circuit (PS), the device control system (ES), and the ozone detector (Od). . This block diagram describes a feedback control loop. The control system is the same as that described in FIG. 25, and the ozone concentration control circuit (Up) of the device control system (ES) blocks an increase / decrease flag as an input signal (Ods) from the ozone detector (Od). ) To determine whether the output is positive or negative.

そして、このフラグを付加してフィードバック全体を制御することを特徴としている。フィードバックの関数としてはブロック(K1、K2/S、K3*S)にて目標とするオゾン濃度と現在のオゾン濃度の差である偏差の比例と積分と微分を表しており、K1、K2、K3は定数である。これら3つの要素を加味した上で、式(1/(S2+3S+1))と直列に処理される。尚ここでのSは変数であり制御式はラプラス変換から導き出されるものである。所謂PID(比例、積分、微分)制御であり、これは簡単に言えば、比例が現在のオゾン濃度値からの制御、積分は過去のオゾン濃度値からの制御、微分要素は未来の値を予測しての制御である。先に述べたように、前記装置制御システム(ES)からは前記放電セル放電回路(PS)へ電力の出力信号(PSd)が到達し、前記放電セル(Ds)が実際にオゾンを生成し、それをオゾン検知器(Od)が検知するため、全体の制御系としては、追従までの時間が掛かる遅れ系であるから、制御のタイミングが遅れてしまう。一般的に言って遅れが大きくなるほど,制御が不安定になる。しかしながら、それを補償するため微分要素を使い、安定的な制御が可能となった。(INVERTorNONINVERT)の増減フラグの決定は、正動作、逆動作を決定しているものである、例えば温度調節計のPID制御で言うところの「加熱動作」「冷却動作」を決定付けているものである。 This flag is added to control the entire feedback. As a feedback function, the block (K1, K2 / S, K3 * S) represents the proportionality, integral, and differentiation of the deviation, which is the difference between the target ozone concentration and the current ozone concentration, and K1, K2, K3 Is a constant. Taking these three factors into account, processing is performed in series with the equation (1 / (S 2 + 3S + 1)). Here, S is a variable, and the control expression is derived from Laplace transform. This is so-called PID (proportional, integral, derivative) control. In simple terms, proportional control is based on the current ozone concentration value, integral is control based on the past ozone concentration value, and differential elements predict future values. This is the control. As described above, an output signal (PSd) of power reaches the discharge cell discharge circuit (PS) from the device control system (ES), and the discharge cell (Ds) actually generates ozone, Since the ozone detector (Od) detects this, the entire control system is a delay system that takes time until follow-up, and therefore the control timing is delayed. Generally speaking, the greater the delay, the more unstable the control. However, stable compensation can be achieved by using differential elements to compensate for this. The determination of the increase / decrease flag of (INVERTorNONINVERT) determines the forward operation and the reverse operation. For example, the “heating operation” and “cooling operation” in the PID control of the temperature controller are determined. is there.

この装置制御システム(ES)から得られたフィードバックの解は操作量として、放電セル放電回路(PS)に送られる。この操作量は前記出力信号(PSd)であり、これは放電セル放電回路(PS)における前記電力制御回路(Uwc)に取り込む。そして、外部からオゾン濃度を設定するための電力設定信号(Sw)として採用され、所望の電力を前記放電セル(Ds)に供給するものである。その結果オゾンが生成され、オゾン検知器(Od)がそのオゾン濃度を検出し、そのアナログ量を前記装置制御システム(ES)が入力信号(Ods)として入力する。   The feedback solution obtained from the device control system (ES) is sent to the discharge cell discharge circuit (PS) as an operation amount. This manipulated variable is the output signal (PSd), which is taken into the power control circuit (Uwc) in the discharge cell discharge circuit (PS). And it employ | adopts as an electric power setting signal (Sw) for setting ozone concentration from the outside, and supplies desired electric power to the said discharge cell (Ds). As a result, ozone is generated, the ozone detector (Od) detects the ozone concentration, and the device control system (ES) inputs the analog amount as an input signal (Ods).

前記インバータ(Uj)の駆動周波数を制御する同調制御部(Us)である第1の制御部と、前記電力供給部(Uw)の出力電力を規定の出力電力になるように制御する電力制御回路(Uwc)である第2本制御部と、図26にて説明した前記オゾン濃度制御回路(Up)である第3の制御部をバランス良く組み合わせることで、常に確実に共振部を共振周波数近傍で安定動作でき、最良のオゾン生成効率を享受することができ、放電セル放電回路(PS)を制御し、放電セル(Ds)の破壊防止に寄与しオゾン生成効率を高く保ちながら、安全に放電セル(Ds)を起動させつつ、任意の条件で放電セル(Ds)が持つ最大の能力を発揮させることが可能になる。   A first control unit that is a tuning control unit (Us) that controls the drive frequency of the inverter (Uj), and a power control circuit that controls the output power of the power supply unit (Uw) to be a specified output power. By combining the second main control unit that is (Uwc) and the third control unit that is the ozone concentration control circuit (Up) described with reference to FIG. 26 in a well-balanced manner, the resonating unit is always reliably located near the resonance frequency. It can operate stably, enjoy the best ozone generation efficiency, control the discharge cell discharge circuit (PS), prevent destruction of the discharge cell (Ds), and keep the ozone generation efficiency high, safely discharge cell While activating (Ds), the maximum capability of the discharge cell (Ds) can be exhibited under any conditions.

最後に、発生したノイズを低減するための回路、例えばスナバー回路やそのためのセラミックコンデンサやインダクタを用いたノイズフィルタを含む回路や加熱保護素子やスイッチング素子を含む回路素子への保護回路については、本説明とは別で、必要に応じ前記した図に追加されるものである。また同時に、本発明にかかる放電セル放電回路の構成は、上記した回路方式及びタイミング図に限定するものではない。   Finally, the circuit for reducing the generated noise, such as a snubber circuit, a circuit including a noise filter using a ceramic capacitor and an inductor therefor, and a protection circuit for a circuit element including a heating protection element and a switching element, are Apart from the description, it is added to the above-mentioned figure as necessary. At the same time, the configuration of the discharge cell discharge circuit according to the present invention is not limited to the circuit method and timing diagram described above.

Ds 放電セル
Uw 電力供給部
Uj インバータ
Tr トランス
Lm 共振インダクタ
Cm 寄生容量
Us 同調制御部
Uwc 電力制御回路
Ui 電流位相検出手段
Uv 電圧位相検出手段
Sfi 電流位相信号
Sfv 電圧位相信号
Sfr 共振位相差信号
Uf 比較部
Sfg 周波数制御信号
Uz 演算比較手段
Uv’ 電圧検出手段
Su 共振電圧信号
τx 制御周期
τz 制御周期
WO 出力電力
VO 出力電圧
IO 出力電流
R、S、T ノード
Ur 整流部
C10、C11 平滑コンデンサ
T10 昇圧トランス
L1 インダクタ
Q10、Q11 スイッチング素子
Us’ 同調制御部
Gq10 駆動回路
f0 共振周波数
Δf 周波数領域区間
Q 共振の鋭さ
Gq20 駆動部
Q20、21、22、23 スイッチング素子
T1 周期
T2 オン時間
Ug 周期駆動回路
Q1、Q2 スイッチング素子
VI 入力電圧
Q20 主スイッチング素子
L20 インダクタ
C21 平滑コンデンサ
D20 ダイオード
Sv 出力電圧信号
Si 出力電流信号
R22 電流検出抵抗
A20 増幅器
Sw 電力設定信号
MPU マイクロコンピュータ
GQ20 ドライブ回路
Imax 最大制限電流値
WC 定電力範囲
W0 定電力領域のライン
ΔW 電力変調可変領域区
W1 電力ライン
A40、A41 コンパレータ
Exclusive−OR 排他的論理和
R45、C40 CR回路
C40 コンデンサ
Vsd 電圧
D50、D51、D52、D53 ダイオード
R50、C50 CR回路
C50 コンデンサ
Vse 電圧
Fmax 上限周波数
Fmin 下限周波数
t1 時点
t2 時点
t3 時点
Δf 周波数帯域
CND1 制御開始条件
B1〜B15 ブロック
B20〜B25 ブロック
k 設定値
m 設定値
OLD_AD 前回の値
NOW_AD 最新の値
F_ALLOW 増減方向決定フラグ
Exclusive−OR 反転
TIMER タイマ
Lt 所望の時間
COUNTER1 カウンター1
N 設定値
COUNTER2 カウンター2
M 設定値
tA 時点
tB 時点
tC 時点
PS 放電セル放電回路
ES 装置制御システム
Od オゾン検知器
Ods 入力信号
PSd 出力信号
Up オゾン濃度制御回路
2 酸素
3 オゾン
WO 電力投入ポイント
Ub バッファ
t11 時点
t12 時点
t13 時点
t14 時点
ΔPSd 電力帯域
max‘ 上限
b1〜b6 ブロック
K1 式
K2/S 式
K3*3 式
1/(S2+3S+1) 式
Ds Discharge cell Uw Power supply unit Uj Inverter Tr Transformer Lm Resonant inductor Cm Parasitic capacitance Us Tuning control unit Uwc Power control circuit Ui Current phase detection unit Uv Voltage phase detection unit Sfi Current phase signal Sfv Voltage phase signal Sfr Resonance phase difference signal Uf Comparison Section Sfg frequency control signal Uz operation comparison means Uv ′ voltage detection means Su resonance voltage signal τx control period τz control period WO output power VO output voltage IO output current R, S, T node Ur rectifier C10, C11 smoothing capacitor T10 step-up transformer L1 Inductors Q10, Q11 Switching element Us ′ Tuning control unit Gq10 Driving circuit f0 Resonance frequency Δf Frequency domain interval Q Resonance sharpness Gq20 Driving units Q20, 21, 22, 23 Switching element T1 Period T2 On time Ug Periodic driving circuits Q1, Q2 The Switching element VI Input voltage Q20 Main switching element L20 Inductor C21 Smoothing capacitor D20 Diode Sv Output voltage signal Si Output current signal R22 Current detection resistor A20 Amplifier Sw Power setting signal MPU Microcomputer GQ20 Drive circuit Imax Maximum limit current value WC Constant power range W0 Constant power region line ΔW Power modulation variable region W1 Power line A40, A41 Comparator Exclusive-OR Exclusive OR R45, C40 CR circuit C40 Capacitor Vsd Voltage D50, D51, D52, D53 Diode R50, C50 CR circuit C50 Capacitor Vse Voltage Fmax Upper limit frequency Fmin Lower limit frequency t1 Time point t2 Time point t3 Time point Δf Frequency band CND1 Control start conditions B1 to B15 Blocks B20 to B25 Block k Setting value m Setting value OLD_AD Previous value NOW_AD Latest value F_ALLOW Increase / decrease direction determination flag Exclusive-OR Reverse TIMER Timer Lt Desired time COUNTER1 Counter 1
N Setpoint COUNTER2 Counter 2
M Set value tA Time point tB Time point tC Time point PS Discharge cell discharge circuit ES Device control system Od Ozone detector Ods Input signal PSd Output signal Up Ozone concentration control circuit O 2 Oxygen O 3 Ozone WO Power input point Ub Buffer t11 Time point t12 Time point t13 Time t14 Time ΔPSd Power band max ′ Upper limit b1 to b6 Block K1 Formula K2 / S Formula K3 * 3 Formula 1 / (S 2 + 3S + 1) Formula

Claims (9)

対となる放電板の間に誘電体を設置してなる放電セル(Ds)を放電させる放電セル放電回路であって、
直流電力を供給する電力供給部(Uw)と、
前記電力供給部(Uw)から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ(Uj)と、
前記インバータ(Uj)で変換された交流電力を昇圧するトランス(Tr)と、
前記トランス(Tr)の2次側に前記放電セル(Ds)と共振インダクタ(Lm)とを接続した閉ループを構成することで共振インダクタ(Lm)と前記放電セル(Ds)の寄生容量(Cm)とによって構成される共振部と、を具備し、
さらに、前記共振部の共振周波数と前記インバータ(Uj)の駆動周波数とを同調させるようにインバータ(Uj)の駆動周波数を制御する同調制御部(Us)と、
前記電力供給部(Uw)の出力電力を調整可変して規定の出力電力になるように制御する電力制御回路(Uwc)と、を具備し、
前記同調制御部(Us)によるインバータ(Uj)の駆動周波数の制御と、前記電力制御回路(Uwc)による電力制御との2つの制御系によって放電を継続させ
前記同調制御部(Us)は、前記共振部に流れる電流位相検出手段(Ui)と、前記共振部の電圧位相検出手段(Uv)とに接続され、前記電流位相検出手段(Ui)で得た電流位相信号(Sfi)と前記電圧位相検出手段(Uv)で得た電圧位相信号(Sfv)とを比較して共振位相差信号(Sfr)を得る比較部(Uf)と、
前記共振位相差信号(Sfr)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調させるように周波数制御信号(Sfg)の値を決定してインバータ(Uj)フィードバック制御する演算比較手段(Uz)とを有し、
前記同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振位相差信号(Sfr)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記周波数制御信号(Sfg)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部をその共振周波数近傍で動作させることを特徴とする放電セル放電回路。
A discharge cell discharge circuit for discharging a discharge cell (Ds) in which a dielectric is placed between a pair of discharge plates,
A power supply unit (Uw) for supplying DC power;
An inverter (Uj) that converts DC power supplied from the power supply unit (Uw) into AC power;
A transformer (Tr) that boosts AC power converted by the inverter (Uj);
By forming a closed loop in which the discharge cell (Ds) and the resonant inductor (Lm) are connected to the secondary side of the transformer (Tr), the parasitic capacitance (Cm) of the resonant inductor (Lm) and the discharge cell (Ds) A resonating part constituted by:
Further, a tuning control unit (Us) that controls the drive frequency of the inverter (Uj) so as to tune the resonance frequency of the resonance unit and the drive frequency of the inverter (Uj);
A power control circuit (Uwc) that adjusts and controls the output power of the power supply unit (Uw) so as to become a specified output power, and
Discharging is continued by two control systems of control of the drive frequency of the inverter (Uj) by the tuning control unit (Us) and power control by the power control circuit (Uwc) ,
The tuning control unit (Us) is connected to a current phase detection unit (Ui) flowing in the resonance unit and a voltage phase detection unit (Uv) of the resonance unit, and obtained by the current phase detection unit (Ui). A comparator (Uf) that compares the current phase signal (Sfi) with the voltage phase signal (Sfv) obtained by the voltage phase detection means (Uv) to obtain a resonance phase difference signal (Sfr);
In response to the resonance phase difference signal (Sfr), the inverter (Uj) is feedback-controlled by determining the value of the frequency control signal (Sfg) so that the drive frequency of the inverter (Uj) is tuned to the resonance frequency of the resonance unit. An arithmetic comparison means (Uz),
In the tuning operation by the tuning control unit (Us), the frequency control signal (Sfg) is swept from the upper limit frequency to the lower limit frequency, and the resonance phase difference signal (Sfr) level is the best. The frequency control signal (Sfg) in a state where the state is obtained is stored, and thereafter, the range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency in the vicinity of the frequency control signal (Sfg) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit A discharge cell discharge circuit characterized in that, by performing a sweep operation in a narrower range, the resonance unit is always operated in the vicinity of the resonance frequency .
前記同調制御部(Us)は、前記共振インダクタ(Lm)に印加される電圧を検出する電圧検出手段(Uv')に接続され、前記電圧検出手段(Uv')から得られる共振電圧信号(Su)を受けて前記インバータ(Uj)の駆動周波数を前記共振部の共振周波数に同調させるように周波数制御信号(Sfg)の値を決定してインバータ(Uj)にフィードバック制御する演算比較手段(Uz)とを有することを特徴とする請求項1に記載の放電セル放電回路。   The tuning control unit (Us) is connected to voltage detection means (Uv ′) for detecting a voltage applied to the resonance inductor (Lm), and a resonance voltage signal (Su) obtained from the voltage detection means (Uv ′). ), The value of the frequency control signal (Sfg) is determined so that the drive frequency of the inverter (Uj) is tuned to the resonance frequency of the resonance unit, and feedback control is performed on the inverter (Uj). The discharge cell discharge circuit according to claim 1, comprising: 前記同調制御部(Us)による同調動作は、前記周波数制御信号(Sfg)を、上限周波数から開始して下限周波数に向かって掃引動作を行い、前記共振電圧信号(Su)レベルが最良の共振状態を得た状態での前記周波数制御信号(Sfg)を記憶すると共に、その後、前記共振部の共振周波数に対応する前記共振電圧信号(Su)近傍の、前記上限周波数から下限周波数に対応する範囲よりも狭い範囲において掃引動作を行うことで、常時、前記共振部を共振周波数近傍で動作させることを特徴とする請求項2に記載の放電セル放電回路。 In the tuning operation by the tuning control unit (Us), the frequency control signal (Sfg) is swept from the upper limit frequency to the lower limit frequency, and the resonance voltage signal (Su) level is the best resonance state. From the range corresponding to the lower limit frequency from the upper limit frequency in the vicinity of the resonance voltage signal (Su) corresponding to the resonance frequency of the resonance unit. 3. The discharge cell discharge circuit according to claim 2 , wherein the resonance unit is always operated near the resonance frequency by performing a sweep operation in a narrow range. 規定の電力を供給するための前記電力供給部(Uw)を制御する前記電力制御回路(Uwc)の制御周期(τx)と、前記周波数制御信号(Sfg)の値を決定して前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバック制御するように動作する前記演算比較手段(Uz)の制御周期(τz)とが、n:m(n≠m)の関係により時間的頻度差をもって制御されることを特徴とする請求項1乃至3の内の何れかに記載の放電セル放電回路。 A control cycle (τx) of the power control circuit (Uwc) for controlling the power supply unit (Uw) for supplying a predetermined power and a value of the frequency control signal (Sfg) are determined to determine the inverter (Uj And the control period (τz) of the operation comparison means (Uz) that operates so as to perform feedback control of the drive frequency of ()) is controlled with a temporal frequency difference according to the relationship of n: m (n ≠ m). The discharge cell discharge circuit according to any one of claims 1 to 3 . 前記電力供給部(Uw)をフィードバック制御するように動作する前記電力制御回路(Uwc)と、前記インバータ(Uj)の駆動周波数をフィードバック制御するように動作する前記演算比較手段(Uz)とを、一つのマイクロコンピュータで構成したことを特徴とする請求項1乃至4の内の何れかに記載の放電セル放電回路。 The power control circuit (Uwc) that operates to feedback control the power supply unit (Uw), and the operation comparison unit (Uz) that operates to feedback control the drive frequency of the inverter (Uj). 5. The discharge cell discharge circuit according to claim 1 , wherein the discharge cell discharge circuit is constituted by a single microcomputer. 放電を開始する始動初期において前記同調制御部(Us)は前記インバータ(Uj)の駆動周波数を上限周波数から下限周波数に向けて掃引動作を行うとともに、前記電力制御回路(Uwc)は前記電力供給部(Uw)の出力電力(WO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電圧(VO)、または、前記電力供給部(Uw)の出力電流(IO)を低く設定して徐々に定格に移行していくことを特徴とする請求項1乃至5の内の何れかに記載の放電セル放電回路。 The tuning control unit (Us) performs a sweeping operation from the upper limit frequency to the lower limit frequency in the initial stage of starting discharge, and the power control circuit (Uwc) is operated by the power supply unit. The output power (WO) of (Uw), the output voltage (VO) of the power supply unit (Uw), or the output current (IO) of the power supply unit (Uw) is set low and gradually rated. 6. The discharge cell discharge circuit according to claim 1 , wherein the discharge cell discharge circuit is shifted. 放電を開始する始動初期以前において前記同調制御部(Us)は前記インバータ(Uj)の駆動周波数を上限周波数から下限周波数に向けて掃引動作を行い、前記インバータ(Uj)の駆動周波数を予め共振周波数近傍の値を検出し、この値を記憶し設定した後、放電開始を行い、さらに共振周波数への精度を高めることを持続することを特徴とする請求項1乃至5の内の何れかに記載の放電セル放電回路。 Before the start of starting discharge, the tuning control unit (Us) performs a sweep operation with the drive frequency of the inverter (Uj) from the upper limit frequency to the lower limit frequency, and the drive frequency of the inverter (Uj) is set to the resonance frequency in advance. 6. The method according to claim 1 , further comprising: detecting a value in the vicinity, storing and setting the value, starting discharge, and further increasing accuracy to a resonance frequency. Discharge cell discharge circuit. 請求項1に記載の放電セル放電回路(PS)を外部から制御する放電セル放電回路制御システム(ES)であって、
前記放電セル放電回路制御システム(ES)は、オゾン濃度を検出するオゾン検知器(Od)から入力信号(Ods)を入力するとともに、前記放電セル放電回路(PS)の電力供給部(Uw)の出力電力を外部から制御する出力信号(PSd)を前記電力制御回路(Uwc)に出力することでオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御回路(Up)を具備することを特徴とする放電セル放電回路制御システム。
A discharge cell discharge circuit control system (ES) for controlling the discharge cell discharge circuit (PS) according to claim 1 from the outside,
The discharge cell discharge circuit control system (ES) receives an input signal (Ods) from an ozone detector (Od) that detects an ozone concentration, and also supplies power to a power supply unit (Uw) of the discharge cell discharge circuit (PS). Discharge cell discharge circuit control comprising an ozone concentration control circuit (Up) for controlling ozone concentration by outputting an output signal (PSd) for controlling output power from the outside to the power control circuit (Uwc) system.
前記オゾン濃度制御回路(Up)は、前記入力信号(Ods)によって得られたオゾン濃度が所望のオゾン濃度に達しない場合は前記出力信号(Psd)を増加し、
前記入力信号(Ods)によって得られたオゾン濃度が所望のオゾン濃度より過剰な場合は前記出力信号(PSd)を減少させるようにフィードバック制御し、
さらに前記出力信号(PSd)を増加しているにも関わらず前記入力信号(Osd)が減少に転じた際は操作変化量の符号を負とし、
逆に前記出力信号(PSd)を減少しているにも関わらず前記入力信号(Osd)が減少に転じた際は操作変化量の符号を正とするフィードバック制御を行う制御系を具備していることを特徴とする請求項8に記載の放電セル放電回路制御システム。
The ozone concentration control circuit (Up) increases the output signal (Psd) when the ozone concentration obtained by the input signal (Ods) does not reach a desired ozone concentration,
When the ozone concentration obtained by the input signal (Ods) is more than the desired ozone concentration, feedback control is performed so as to decrease the output signal (PSd),
Further, when the input signal (Osd) starts to decrease in spite of increasing the output signal (PSd), the sign of the operation change amount is negative,
Conversely, when the output signal (PSd) decreases, the control system performs feedback control in which the sign of the operation change amount is positive when the input signal (Osd) starts to decrease. The discharge cell discharge circuit control system according to claim 8 .
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150376006A1 (en) * 2012-07-06 2015-12-31 Pacific Ozone Technology, Inc. Ozone cell power supply apparatus and method
DE102015113025A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Ngk Insulators, Ltd. OZONE GENERATOR AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF AN ERROR OF THE OZONE GENERATOR
DE102015113024A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Ngk Insulators, Ltd. ozone generator
EP3932149B1 (en) 2019-02-25 2023-06-07 Primozone Production AB A low frequency ozone generator

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102052206B (en) * 2010-11-26 2012-10-03 胡斌 Energy saver of automobile engine
US8680777B2 (en) * 2012-03-27 2014-03-25 Mks Instruments, Inc. Versatile zero-voltage switch resonant inverter for industrial dielectric barrier discharge generator applications
JP5954662B2 (en) * 2012-09-12 2016-07-20 高周波熱錬株式会社 Power supply apparatus and power supply method
WO2014083623A1 (en) * 2012-11-28 2014-06-05 株式会社日立製作所 Plasma processing device
JP2014189455A (en) * 2013-03-27 2014-10-06 Toshiba Corp Electric power supply for an ozone generator and ozone generator
JP6135776B2 (en) * 2014-01-10 2017-05-31 株式会社村田製作所 High voltage power supply
JP2017149597A (en) * 2016-02-23 2017-08-31 株式会社東芝 Ozone generator and power supply device
JP6645385B2 (en) * 2016-08-30 2020-02-14 株式会社デンソー Gas reformer
JP6937177B2 (en) * 2017-06-22 2021-09-22 株式会社東芝 Ozone generator and power supply for ozone generator
JP7213168B2 (en) * 2019-11-12 2023-01-26 株式会社Soken resonant inverter device
GB202018200D0 (en) * 2020-11-19 2021-01-06 Daphne Tech Sa Circuit
GB2605212A (en) * 2021-07-16 2022-09-28 Daphne Tech Sa Apparatus and method for electron irradiation scrubbing

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6423589A (en) * 1987-07-20 1989-01-26 Mitsubishi Electric Corp Method and apparatus for controlling power supply for laser
JPH1174057A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Miura Co Ltd Power supply for silent discharge
JPH11171505A (en) * 1997-12-17 1999-06-29 Mitsubishi Electric Corp Ozonizer and equipment for treating chemical reaction using the same
JP3237614B2 (en) * 1998-06-19 2001-12-10 日本電気株式会社 Driving method and driving circuit for piezoelectric transformer
JP4444076B2 (en) * 2004-11-15 2010-03-31 株式会社東芝 Induction heating cooker

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150376006A1 (en) * 2012-07-06 2015-12-31 Pacific Ozone Technology, Inc. Ozone cell power supply apparatus and method
US10968101B2 (en) 2012-07-06 2021-04-06 Pacific Ozone Technology Inc Ozone cell power supply apparatus and method
DE102015113025A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Ngk Insulators, Ltd. OZONE GENERATOR AND METHOD FOR DIAGNOSIS OF AN ERROR OF THE OZONE GENERATOR
DE102015113024A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Ngk Insulators, Ltd. ozone generator
EP3932149B1 (en) 2019-02-25 2023-06-07 Primozone Production AB A low frequency ozone generator

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