JP6312632B2 - Power supply device and ion generator - Google Patents
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Description
本発明は、巻き線トランスに電圧を印加してパルス状の高電圧を発生する電源装置及びイオン生成装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and an ion generator that generate a pulsed high voltage by applying a voltage to a winding transformer.
例えば、特許文献１に開示されたイオン生成装置は、巻き線トランスに電圧を印加して交流の出力電圧を発生させる電源装置を備えている。 For example, the ion generator disclosed in Patent Document 1 includes a power supply device that generates an AC output voltage by applying a voltage to a winding transformer.
この種のイオン生成装置は、電源装置から出力された電圧をコロナ放電電極に印加することによって発生した空気イオンを、コロナ放電電極から除電対象物まで運搬して、除電対象物の除電を行う。 This type of ion generation apparatus carries out static elimination of a static elimination object by transporting air ions generated by applying a voltage output from a power supply device to the corona discharge electrode from the corona discharge electrode to the static elimination object.
空気イオンの運搬手段としては、送風による運搬が一般的であるが、除電対象物が送風によって飛散するため送風を行えない場合、あるいはクリーンルームのように送風量が制限される場合には、放電電極に印加された電圧により発生する電界を利用した空気イオンの運搬が必要となる。 As a means for transporting air ions, it is common to transport by air blowing, but when the discharge target is scattered by air blowing, it cannot be blown or when the amount of blown air is limited as in a clean room, the discharge electrode It is necessary to transport air ions using an electric field generated by a voltage applied to the.
上記のように無風状態又は送風量が制限されている状態で除電を行う場合には、電界を利用して空気イオンを一方向に加速させるため、電界の極性の時間変動を遅くする、すなわち放電電極に印加する電圧は低周波であることが求められる。 When static elimination is performed in a state where there is no wind or air flow is limited as described above, air ions are accelerated in one direction using an electric field, so the time variation of the polarity of the electric field is delayed, that is, discharge The voltage applied to the electrode is required to be low frequency.
一方、除電対象物が半導体装置である場合のように、除電対象物の電位変動の大きさを抑えたい場合には、生成される空気イオンの極性の切り替わりの周期を短くする必要がある。このような場合、印加電圧を高周波にすることが求められる。 On the other hand, when it is desired to suppress the magnitude of the potential fluctuation of the static elimination object as in the case where the static elimination object is a semiconductor device, it is necessary to shorten the polarity switching cycle of the generated air ions. In such a case, the applied voltage is required to be a high frequency.
しかしながら、巻き線トランスから出力される電圧の周波数は巻き線トランスの鉄心の断面積に依存するため、当該巻き線トランスから出力される電圧の周波数の範囲は限定されている。 However, since the frequency of the voltage output from the winding transformer depends on the cross-sectional area of the iron core of the winding transformer, the range of the frequency of the voltage output from the winding transformer is limited.
このような問題に鑑み、本発明は、幅広い範囲の周波数の出力電圧を出力することができる電源装置と、それを用いたイオン生成装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a power supply device that can output output voltages in a wide range of frequencies and an ion generation device using the power supply device.
本発明の電源装置は、
一次巻き線及び二次巻き線を有する巻き線トランスと、正極性の複数のパルス電圧からなる正極側パルス列及び負極性の複数のパルス電圧からなる負極側パルス列のうち少なくともいずれかのパルス列を前記一次巻き線に印加するパルス列出力回路とを含み、前記一次巻き線への前記パルス列の印加に応じて、正極性のパルス状電圧及び負極性のパルス状電圧のうち少なくともいずれかをトランス電圧として前記二次巻き線から出力するトランス電圧出力部と、
前記二次巻き線から出力されたトランス電圧のうち正極性のパルス状電圧を出力し、負極性のパルス状電圧を遮断する第１動作モードと、前記トランス電圧のうち正極性のパルス状電圧を遮断し、負極性のパルス状電圧を出力する第２動作モードとで切替え動作する周波数変換部と、
前記周波数変換部を前記第１動作モードで動作させる第１制御信号と前記第２動作モードで動作させる第２制御信号とを、所望の周波数に対応する周期で交互に前記周波数変換部に送出する制御部とを備え、
前記周波数変換部は、前記第１及び第２制御信号によりオン及びオフを切り替えられる第１及び第２スイッチ部を有し、
前記第１スイッチ部は、オフの状態では、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧を遮断し、オンの状態では、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧に対して抵抗として機能し、
前記第２スイッチ部は、オフの状態では、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧を遮断し、オンの状態では、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧に対して抵抗として機能し、
前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部は直列に接続され、
前記第１制御信号は、前記第１スイッチ部をオン、前記第２スイッチ部をオフにすることにより、前記周波数変換部を前記第１動作モードで動作させ、
前記第２制御信号は、前記第１スイッチ部をオフ、前記第２スイッチ部をオンにすることにより、前記周波数変換部を前記第２動作モードで動作させ、
前記第１スイッチ部は、前記第１制御信号に応じて発光し、前記第２制御信号では発光しない第１発光素子と、前記第１発光素子からの光を受けるとき、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧に対して抵抗として機能する第１受光素子とを含んで構成され、
前記第２スイッチ部は、前記第２制御信号に応じて発光し、前記第１制御信号では発光しない第２発光素子と、前記第２発光素子からの光を受けるとき、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧に対して抵抗として機能する第２受光素子とを含んで構成される。
The power supply device of the present invention is
A winding transformer having a primary winding and a secondary winding, and at least one of a positive pulse train composed of a plurality of positive pulse voltages and a negative pulse train composed of a plurality of negative pulse voltages. A pulse train output circuit for applying to the winding, and in accordance with the application of the pulse train to the primary winding, at least one of the positive pulse voltage and the negative pulse voltage is used as the transformer voltage. A transformer voltage output unit that outputs from the next winding;
A first operation mode in which a positive pulsed voltage of the transformer voltage output from the secondary winding is output and a negative pulsed voltage is cut off; and a positive pulsed voltage of the transformer voltage; A frequency conversion unit that performs a switching operation in a second operation mode that shuts off and outputs a negative pulsed voltage;
A first control signal for operating the frequency converter in the first operation mode and a second control signal for operating in the second operation mode are alternately sent to the frequency converter at a cycle corresponding to a desired frequency. A control unit ,
The frequency conversion unit includes first and second switch units that can be switched on and off by the first and second control signals.
The first switch unit outputs a negative voltage and cuts off a positive voltage in an off state, and outputs a negative voltage and acts as a resistance to the positive voltage in an on state. Function,
The second switch unit outputs a positive voltage and cuts off a negative voltage in an off state, and outputs a positive voltage and acts as a resistance to the negative voltage in an on state. Function,
The first switch part and the second switch part are connected in series,
The first control signal operates the frequency converter in the first operation mode by turning on the first switch and turning off the second switch.
The second control signal operates the frequency converter in the second operation mode by turning off the first switch and turning on the second switch.
The first switch unit emits light in response to the first control signal, and outputs a negative voltage when receiving light from the first light emitting element that does not emit light in response to the second control signal. And a first light receiving element that functions as a resistance to a positive voltage,
The second switch unit emits light in response to the second control signal, and outputs a positive voltage when receiving a second light emitting element that does not emit light in response to the first control signal and light from the second light emitting element. And a second light receiving element that functions as a resistance to a negative voltage .
本発明において、「電圧を遮断する」とは、電圧を全く出力しない状態（出力電圧がゼロである状態）だけでなく、出力電圧がほぼゼロと認められるほど低い状態をも意味する。 In the present invention, “cut off the voltage” means not only a state where no voltage is output (a state where the output voltage is zero) but also a state where the output voltage is low enough to be recognized as almost zero.
本発明の電源装置によれば、前記制御部から所望の周波数に対応する周期で交互に出力される第１制御信号と第２制御信号によって、周波数変換部の動作が所望の周波数に対応する周期で第１動作モード又は第２動作モードに切り替えられるので、周波数変換部から所望の周波数を有する正極性及び負極性のパルス状電圧が出力される。 According to the power supply device of the present invention, the operation of the frequency conversion unit corresponds to the desired frequency by the first control signal and the second control signal that are alternately output from the control unit at the cycle corresponding to the desired frequency. Thus, switching to the first operation mode or the second operation mode makes it possible to output positive and negative pulse voltages having a desired frequency from the frequency converter.
本発明によれば、上記の正極性及び負極性のパルス状電圧の周波数は、制御部から出力される２つの制御信号の周期で決定される。そして、その出力タイミングは、例えば制御部の動作を司るソフトウエアで任意に設定・変更可能であるから、電源装置は、従来の巻き線トランスの形態に依存した周波数に限定されることなく、幅広い範囲で任意に設定可能な周波数を有する電圧を出力することができる。 According to the present invention, the frequencies of the positive and negative pulse voltages are determined by the period of two control signals output from the control unit. And since the output timing can be arbitrarily set / changed by, for example, software for controlling the operation of the control unit, the power supply device is not limited to the frequency depending on the form of the conventional winding transformer, and has a wide range. A voltage having a frequency that can be arbitrarily set in the range can be output.
この電源装置によれば、第１制御信号が送出されると、正極性の電圧に対しては、第１スイッチ部が抵抗として機能し、第２スイッチ部が実質的に当該電圧を出力する。この結果、周波数変換部から正極性の電圧が出力される。一方、負極性の電圧に対しては、第２スイッチ部がこれを遮断する。 According to this power supply device, when the first control signal is transmitted, the first switch portion functions as a resistor and the second switch portion substantially outputs the voltage with respect to the positive voltage. As a result, a positive voltage is output from the frequency converter. On the other hand, the second switch unit cuts off the negative voltage.
従って、周波数変換部は、第１制御信号が送出されている間、正極性の電圧を出力し、負極性の電圧を遮断する第１動作モードで動作する。 Accordingly, the frequency converter operates in a first operation mode that outputs a positive voltage and cuts off a negative voltage while the first control signal is transmitted.
他方、第２制御信号が送出されると、負極性の電圧に対しては、第１スイッチ部が実質的に当該電圧を出力し、第２スイッチ部が抵抗として機能する。この結果、周波数変換部から負極性の電圧が出力される。一方、正極性の電圧に対しては、第１スイッチ部がこれを遮断する。 On the other hand, when the second control signal is sent, for the negative voltage, the first switch part substantially outputs the voltage, and the second switch part functions as a resistor. As a result, a negative voltage is output from the frequency converter. On the other hand, the first switch unit cuts off the positive voltage.
従って、周波数変換部は、第２制御信号が送出されている間、負極性の電圧を出力し、正極性の電圧を遮断する第２動作モードで動作する。 Therefore, the frequency conversion unit operates in a second operation mode in which a negative voltage is output and a positive voltage is cut off while the second control signal is transmitted.
以上のように制御部から第１、第２の制御信号が所定の周期で送出されると、周波数変換部から正極性及び負極性の電圧が交互に出力されるので、電源装置は所望の周波数の電圧を出力することができる。 As described above, when the first and second control signals are sent from the control unit at a predetermined cycle, positive and negative voltages are alternately output from the frequency conversion unit. Can be output.
加えて、上記の電圧を出力する場合でも、少なくとも第１スイッチ部及び第２スイッチ部のいずれかが抵抗として機能するので、周波数変換部は、電気的に抵抗を有するものとなる。この結果、本装置では、例えば火花放電の抑制のために別途、電流制限抵抗を設ける必要がなく、装置の構成をより簡易にすることができる。 In addition, even when the above voltage is output, at least one of the first switch unit and the second switch unit functions as a resistor, so that the frequency conversion unit has an electrical resistance. As a result, in this apparatus, it is not necessary to provide a current limiting resistor separately for suppressing spark discharge, for example, and the structure of the apparatus can be simplified.
この電源装置によれば、第１制御信号が送出されている間、第１発光素子からの光を受けて、第１受光素子は、負極性の電圧を出力し、正極性の電圧に対して抵抗として機能する。このとき、第２発光素子は発光しないので、第２受光素子は、正極性の電圧を出力し、負極性の電圧を遮断する。 According to this power supply apparatus, while the first control signal is being transmitted, the first light receiving element receives light from the first light emitting element, and outputs a negative voltage, with respect to the positive voltage. Acts as a resistor. At this time, since the second light emitting element does not emit light, the second light receiving element outputs a positive voltage and blocks the negative voltage.
従って、第１制御信号が送出されている間、周波数変換部は、正極性の電圧を出力し、負極性の電圧を遮断する第１動作モードで動作する。 Therefore, while the first control signal is transmitted, the frequency conversion unit operates in a first operation mode that outputs a positive voltage and cuts off a negative voltage.
一方、第２制御信号が送出されている間、第２発光素子からの光を受けて、第２受光素子は、正極性の電圧を出力し、負極性の電圧に対して抵抗として機能する。このとき、第１発光素子は発光しないので、第１受光素子は、負極性の電圧を出力し、正極性の電圧を遮断する。 On the other hand, while the second control signal is being sent, the second light receiving element receives light from the second light emitting element, outputs a positive voltage, and functions as a resistance to the negative voltage. At this time, since the first light emitting element does not emit light, the first light receiving element outputs a negative voltage and cuts off the positive voltage.
従って、第２制御信号が送出されている間、周波数変換部は、負極性の電圧を出力し、正極性の電圧を遮断する第２動作モードで動作する。 Therefore, while the second control signal is transmitted, the frequency converter operates in a second operation mode that outputs a negative voltage and cuts off a positive voltage.
上記の通り、制御部から出力される２つの制御信号の周期で正極性及び負極性の電圧が交互に出力されるので、所望の周波数の電圧が出力される。 As described above, the positive and negative voltages are alternately output in the cycle of the two control signals output from the control unit, so that a voltage having a desired frequency is output.
また、スイッチ部とその動作を光によって切り替える切替部とが電気的に絶縁されているので、装置の回路構成をより簡易なものとすることができる。 Further, since the switch unit and the switching unit that switches its operation by light are electrically insulated, the circuit configuration of the device can be simplified.
本発明のイオン生成装置は、電源として、本発明の電源装置を搭載するものである。 The ion generating apparatus of the present invention is equipped with the power supply apparatus of the present invention as a power source.
これによれば、イオン生成装置の電源が、簡易な構成で幅広い範囲の出力電圧を出力可能なものとなるので、イオン発生装置の構成を簡素にできるとともに、印加される電圧の周波数を制御することができるので、汎用性が向上するという効果を奏する。 According to this, since the power source of the ion generator can output a wide range of output voltages with a simple configuration, the configuration of the ion generator can be simplified and the frequency of the applied voltage is controlled. Therefore, the versatility is improved.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の電源装置３を搭載したイオン生成装置１の回路構成の概略を示す。なお、本実施形態の電源装置３は、正極性のパルス状の高電圧（正極パルス出力）及び負極性のパルス状の高電圧（負極パルス出力）が交互に周期的に出力される交流電源装置である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an outline of a circuit configuration of an ion generator 1 equipped with a power supply device 3 according to the first embodiment of the present invention. In addition, the power supply device 3 of this embodiment is an AC power supply device in which a positive pulsed high voltage (positive pulse output) and a negative pulsed high voltage (negative pulse output) are alternately and periodically output. It is.
図１に示すように、イオン生成装置１は、放電電極２と、電源装置３とを備えている。 As shown in FIG. 1, the ion generation device 1 includes a discharge electrode 2 and a power supply device 3.
（放電電極の構成）
放電電極２は針状のものであり、その先端が尖鋭に形成されている。また、放電電極２の先端部近傍には、接地された対向電極２ａが配置されている。
(Configuration of discharge electrode)
The discharge electrode 2 is needle-shaped and has a sharp tip. In addition, a grounded counter electrode 2 a is disposed in the vicinity of the distal end portion of the discharge electrode 2.
なお、図１では電源装置３に接続された放電電極２が１つだけ示されているが、複数の放電電極が電源装置３の一端にケーブル等を介して接続されていてもよい。 Although only one discharge electrode 2 connected to the power supply device 3 is shown in FIG. 1, a plurality of discharge electrodes may be connected to one end of the power supply device 3 via a cable or the like.
（電源装置の構成）
電源装置３は、トランス電圧出力部４と、周波数変換部５ａと、制御部６とを備えている。
(Configuration of power supply)
The power supply device 3 includes a transformer voltage output unit 4, a frequency conversion unit 5 a, and a control unit 6.
トランス電圧出力部４は、図２に示すように、一次巻き線４１ａ及び二次巻き線４１ｂを有する巻き線トランス４１と、この巻き線トランス４１の一次巻き線４１ａに印加する複数のパルス電圧からなるパルス列を出力するパルス列出力回路４２とを備えている。 As shown in FIG. 2, the transformer voltage output unit 4 includes a winding transformer 41 having a primary winding 41a and a secondary winding 41b, and a plurality of pulse voltages applied to the primary winding 41a of the winding transformer 41. And a pulse train output circuit 42 for outputting a pulse train.
巻き線トランス４１の一次巻き線４１ａ及び二次巻き線４１ｂは、磁性材からなるコア（図示省略）に巻回されている。そして、二次巻き線４１ｂの一端には、周波数変換部５ａが接続され、他端は接地されている。 The primary winding 41a and the secondary winding 41b of the winding transformer 41 are wound around a core (not shown) made of a magnetic material. The frequency converter 5a is connected to one end of the secondary winding 41b, and the other end is grounded.
パルス列出力回路４２は、所謂Ｈブリッジ型の回路であり、第１のスイッチ素子４３ａ及び第２のスイッチ素子４３ｂを直列に接続してなる第１の直列回路４４と、第３のスイッチ素子４３ｃ及び第４のスイッチ素子４３ｄを直列に接続してなる第２の直列回路４５と、これらの直列回路４４，４５を並列に接続してなる並列回路４６に直流電圧を印加する直流電源４７とを備える。 The pulse train output circuit 42 is a so-called H-bridge type circuit, and includes a first series circuit 44 formed by connecting a first switch element 43a and a second switch element 43b in series, a third switch element 43c, A second series circuit 45 formed by connecting fourth switch elements 43d in series, and a DC power supply 47 that applies a DC voltage to a parallel circuit 46 formed by connecting these series circuits 44 and 45 in parallel are provided. .
各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄは、半導体スイッチ素子である。本実施形態では、第１及び第３のスイッチ素子４３ａ，４３ｃは、ｐチャネルＦＥＴにより構成され、第２及び第４のスイッチ素子４３ｂ，４３ｄは−ｎチャネルＦＥＴにより構成されている。そして、各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄは、それぞれの制御信号入力部であるゲートが制御部６に接続され（図示省略）、該制御部６から与えられる制御信号（トランス制御信号ＴＣ１〜ＴＣ４）に応じて、各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄのオン・オフ（ソース・ドレン間の導通・遮断）が制御されるようになっている。 Each switch element 43a-43d is a semiconductor switch element. In the present embodiment, the first and third switch elements 43a and 43c are constituted by p-channel FETs, and the second and fourth switch elements 43b and 43d are constituted by −n-channel FETs. Each of the switch elements 43a to 43d has a gate serving as a control signal input unit connected to the control unit 6 (not shown), and according to control signals (transformer control signals TC1 to TC4) supplied from the control unit 6. Thus, on / off of the switch elements 43a to 43d (conduction / interruption between the source and drain) is controlled.
なお、各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄを、スイッチングトランジスタにより構成してもよい。あるいは、ＦＥＴとスイッチングトランジスタとを混在させてもよい。例えば、スイッチ素子４３ａ〜４３ｄのうちのスイッチ素子４３ａ，４３ｃをＦＥＴにより構成し、スイッチ素子４３ｂ，４３ｄをスイッチングトランジスタにより構成してもよい。 In addition, you may comprise each switch element 43a-43d by a switching transistor. Or you may mix FET and a switching transistor. For example, the switch elements 43a and 43c among the switch elements 43a to 43d may be configured by FETs, and the switch elements 43b and 43d may be configured by switching transistors.
第１及び第２のスイッチ素子４３a，４３ｂを含む第１の直列回路４４のスイッチ素子４３ａ側の一端（スイッチ素子４３aのソース）と、第３及び第４のスイッチ素子４３ｃ，４３ｄを含む第２の直列回路４５のスイッチ素子４３ｃ側の一端（スイッチ素子４３ｃのソース）とが接続されると共に、第１の直列回路４４のスイッチ素子４３ｂ側の他端（スイッチ素子４３ｂのソース）と、第２の直列回路４５のスイッチ素子４３ｄ側の他端（スイッチ素子４３ｄのソース）とが接続されている。これにより、第１の直列回路４４と第２の直列回路４５とが並列に接続されて前記並列回路４６が構成されている。 One end of the first series circuit 44 including the first and second switch elements 43a and 43b on the switch element 43a side (source of the switch element 43a), and a second including the third and fourth switch elements 43c and 43d. One end of the series circuit 45 on the switch element 43c side (source of the switch element 43c) is connected, and the other end of the first series circuit 44 on the switch element 43b side (source of the switch element 43b) and the second The other end of the series circuit 45 on the switch element 43d side (source of the switch element 43d) is connected. As a result, the first series circuit 44 and the second series circuit 45 are connected in parallel to constitute the parallel circuit 46.
そして、この並列回路４６のスイッチ素子４３ａ，４３ｃ側の一端が、直流電圧（例えば２４Ｖ）を出力する直流電源４７の正極に接続されている。また、並列回路４６のスイッチ素子４３ｂ，４３ｄ側の他端は接地されている。なお、直流電源４７の負極は接地されており、並列回路４６のスイッチ素子４３ｂ，４３ｄ側の他端に導通している。これにより、直流電源４７から並列回路４６に直流電圧が印加されるようになっている。 One end of the parallel circuit 46 on the switch elements 43a and 43c side is connected to a positive electrode of a DC power supply 47 that outputs a DC voltage (for example, 24V). The other end of the parallel circuit 46 on the switch elements 43b and 43d side is grounded. Note that the negative electrode of the DC power supply 47 is grounded and is electrically connected to the other end of the parallel circuit 46 on the switch elements 43b and 43d side. As a result, a DC voltage is applied from the DC power supply 47 to the parallel circuit 46.
第１の直列回路４４の両スイッチ素子４３ａ，４３ｂの間の出力部４４ａと、第２の直列回路４５の両スイッチ素子４３ｃ，４３ｄの間の出力部４５ａとが、パルス列出力回路４２の一対の出力部４４ａ，４５ａとなっており、この出力部４４ａ，４５ａに、前記巻き線トランス４１の一次巻き線４１ａの両端がそれぞれ接続されている。 An output unit 44 a between both switch elements 43 a and 43 b of the first series circuit 44 and an output unit 45 a between both switch elements 43 c and 43 d of the second series circuit 45 are a pair of pulse train output circuits 42. Both ends of the primary winding 41a of the winding transformer 41 are connected to the output units 44a and 45a, respectively.
なお、本実施形態では、パルス列出力回路４２の出力部４４ａ，４５ａから巻き線トランス４１の一次巻き線４１ａに印加させる電圧に関し、出力部４４ａ側が出力部４５ａ側に対して正の電位となる電圧の極性を正極性、出力部４５ａ側が出力部４４ａ側に対して正の電位となる電圧の極性を負極性と定義する。この場合、本実施形態では、一次巻き線４１ａに正極性の電圧が印加されたときに、二次巻き線４１ｂに放電電極２側が正極性となる高電圧が発生し、一次巻き線４１ａに負極性の電圧が印加されたときに、二次巻き線４１ｂに放電電極２側が負極性となる高電圧が発生するようになっている。 In the present embodiment, regarding the voltage applied from the output units 44a and 45a of the pulse train output circuit 42 to the primary winding 41a of the winding transformer 41, the voltage at which the output unit 44a has a positive potential with respect to the output unit 45a side. Is positive, and the polarity of the voltage at which the output unit 45a side is positive with respect to the output unit 44a side is defined as negative polarity. In this case, in this embodiment, when a positive voltage is applied to the primary winding 41a, a high voltage is generated in the secondary winding 41b so that the discharge electrode 2 side is positive, and a negative voltage is generated in the primary winding 41a. When a negative voltage is applied, a high voltage is generated in the secondary winding 41b so that the discharge electrode 2 side is negative.
（周波数変換部の構成）
次に、図３を参照して、周波数変換部５ａの構成を説明する。
(Configuration of frequency converter)
Next, the configuration of the frequency conversion unit 5a will be described with reference to FIG.
周波数変換部５ａは、トランス電圧出力部４から出力されたトランス電圧Ｖｉｎを入力電圧とし、制御部６からの制御信号に応じて、当該入力電圧のうち、正極性又は負極性のうち所定の極性の電圧を出力電圧（周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ）として放電電極２に出力し、正極性又は負極性のうち所定の極性の電圧を遮断するように機能する。 The frequency conversion unit 5a uses the transformer voltage Vin output from the transformer voltage output unit 4 as an input voltage, and in accordance with a control signal from the control unit 6, the input voltage has a predetermined polarity of positive polarity or negative polarity. Is output to the discharge electrode 2 as an output voltage (frequency converted voltage Vout), and functions to block a voltage having a predetermined polarity of positive polarity or negative polarity.
この機能を実現するため、周波数変換部５ａは、第１フォトダイオード５１ａ（第１受光素子）と、第２フォトダイオード５１ｂ（第２受光素子）と、第１フォトダイオード５１ａに向けて発光する第１発光素子５２ａ、５３ａと、第２フォトダイオード５１ｂに向けて発光する第２発光素子５２ｂ、５３ｂと、第１発光素子５２ａ、５３ａ及び第２発光素子５２ｂ、５３ｂとそれぞれ接続された第１電源５４ａ、第２電源５４ｂ、第１抵抗５５ａ、第２抵抗５５ｂ、第５スイッチ素子５６ａ、第６スイッチ素子５６ｂとを備える。 In order to realize this function, the frequency converter 5a emits light toward the first photodiode 51a (first light receiving element), the second photodiode 51b (second light receiving element), and the first photodiode 51a. 1st light emitting element 52a, 53a, 2nd light emitting element 52b, 53b light-emitted toward the 2nd photodiode 51b, and the 1st power supply connected to 1st light emitting element 52a, 53a and 2nd light emitting element 52b, 53b, respectively 54a, a second power supply 54b, a first resistor 55a, a second resistor 55b, a fifth switch element 56a, and a sixth switch element 56b.
本実施形態では、第１フォトダイオード５１ａと、第１フォトダイオード５１ａに向けて発光する第１発光素子５２ａ、５３ａと、第１発光素子５２ａ、５３ａと接続された第１電源５４ａ、第１抵抗５５ａ及び第５スイッチ素子５６ａとで、「第２スイッチ部」を構成している。 In the present embodiment, the first photodiode 51a, the first light emitting elements 52a and 53a that emit light toward the first photodiode 51a, the first power source 54a connected to the first light emitting elements 52a and 53a, and the first resistor. 55a and the fifth switch element 56a constitute a “second switch section”.
また、第２フォトダイオード５１ｂと、第２フォトダイオード５１ｂに向けて発光する第２発光素子５２ｂ、５３ｂと、第２発光素子５２ｂ、５３ｂと接続された第２電源５４ｂ、第２抵抗５５ｂ及び第６スイッチ素子５６ｂとで、「第１スイッチ部」を構成している。 The second photodiode 51b, the second light emitting elements 52b and 53b that emit light toward the second photodiode 51b, the second power source 54b connected to the second light emitting elements 52b and 53b, the second resistor 55b, and the second resistor The six switch elements 56b constitute a “first switch section”.
第１フォトダイオード５１ａは、受光状況に応じて漏れ電流（ｐチャネルからｎチャネルへの電流）に対する抵抗値を変化させる受光素子（いわゆるオプトダイオードも含む。）である。 The first photodiode 51a is a light receiving element (including a so-called opto-diode) that changes a resistance value against a leakage current (current from the p-channel to the n-channel) according to a light receiving state.
すなわち、第１フォトダイオード５１ａは、受光していないときには、順方向の電流を流し、漏れ電流を遮断するように機能し、一定の受光状態では、順方向の電流及び漏れ電流の両方を流すように機能する。 That is, the first photodiode 51a functions to flow a forward current and cut off a leakage current when it is not receiving light, and to flow both a forward current and a leakage current in a constant light receiving state. To work.
本実施形態では、第１フォトダイオード５１ａの順方向の電流は正極性の電流（第１電流）であり、第１フォトダイオード５１ａの漏れ電流は負極性の電流（第２電流）である。 In the present embodiment, the forward current of the first photodiode 51a is a positive current (first current), and the leakage current of the first photodiode 51a is a negative current (second current).
第１フォトダイオード５１ａは、アノードがトランス電圧出力部４の二次側に接続され、カソードが第１フォトダイオード５１ａとは逆向きの第２フォトダイオード５１ｂに接続されている。なお、第１フォトダイオード５１ａは、他の素子５２ａ〜５６ａとは電気的に絶縁されている。 The first photodiode 51a has an anode connected to the secondary side of the transformer voltage output unit 4, and a cathode connected to the second photodiode 51b facing away from the first photodiode 51a. The first photodiode 51a is electrically insulated from the other elements 52a to 56a.
各素子５２ａ〜５６ａは、第１電源５４ａからみて、第１発光素子５２ａ、５３ａ、第１抵抗５５ａ、及び第５スイッチ素子５６ａの順で直列に接続されている。第５スイッチ素子５６ａの他端は、接地されている。 The respective elements 52a to 56a are connected in series in the order of the first light emitting elements 52a and 53a, the first resistor 55a, and the fifth switch element 56a when viewed from the first power supply 54a. The other end of the fifth switch element 56a is grounded.
第１発光素子５２ａ、５３ａは、たとえばＬＥＤ等の発光機能を有する半導体素子で構成され、第１フォトダイオード５１ａに向けて発光するように配置されている。 The first light emitting elements 52a and 53a are formed of a semiconductor element having a light emitting function such as an LED, for example, and are arranged to emit light toward the first photodiode 51a.
第５スイッチ素子５６ａがオン状態である場合、第１発光素子５２ａ、５３ａに通電し、第１発光素子５２ａ、５３ａは発光する。第５スイッチ素子５６ａがオフ状態である場合、第１発光素子５２ａ、５３ａには通電せず、第１発光素子５２ａ、５３ａは発光しない。 When the fifth switch element 56a is in the ON state, the first light emitting elements 52a and 53a are energized, and the first light emitting elements 52a and 53a emit light. When the fifth switch element 56a is in the off state, the first light emitting elements 52a and 53a are not energized, and the first light emitting elements 52a and 53a do not emit light.
第２フォトダイオード５１ｂは、第１フォトダイオード５１ａと同様に受光状況に応じて漏れ電流に対する抵抗値を変化させる半導体素子である。 Similar to the first photodiode 51a, the second photodiode 51b is a semiconductor element that changes the resistance value with respect to the leakage current in accordance with the light reception state.
ここで、第２フォトダイオード５１ｂは、第１フォトダイオード５１ａと逆向きに接続されているため、第２フォトダイオード５１ｂは、第２フォトダイオード５１ｂの受光部が受光していない場合、第１電流とは異なる電流（第２電流）を流し、第１電流を遮断するように機能し、第２フォトダイオード５１ｂの受光部が所定態様の受光をしている場合、第１電流及び第２電流を流すように機能する。 Here, since the second photodiode 51b is connected in the opposite direction to the first photodiode 51a, the second photodiode 51b has a first current when the light receiving portion of the second photodiode 51b is not receiving light. When the light receiving unit of the second photodiode 51b receives light in a predetermined manner, the first current and the second current are changed. It functions to flow.
第２フォトダイオード５１ｂは、その一端が前述したように第１フォトダイオード５１ａと接続され、その他端が放電電極２に接続されている。 The second photodiode 51b has one end connected to the first photodiode 51a as described above and the other end connected to the discharge electrode 2.
また、第２フォトダイオード５１ｂは、各素子５２ｂ〜５６ｂとは電気的に絶縁されている。 The second photodiode 51b is electrically insulated from the elements 52b to 56b.
各素子５２ｂ〜５６ｂは、第２電源５４ｂからみて、第２発光素子５２ｂ、５３ｂ、第２抵抗５５ｂ、及び第６スイッチ素子５６ｂの順で直列に接続されている。第６スイッチ素子５６ｂの他端は、接地されている。 The respective elements 52b to 56b are connected in series in the order of the second light emitting elements 52b and 53b, the second resistor 55b, and the sixth switch element 56b as viewed from the second power supply 54b. The other end of the sixth switch element 56b is grounded.
第２発光素子５２ｂ、５３ｂは、たとえばＬＥＤ等の発光機能を有する半導体素子で構成され、第２フォトダイオード５１ｂに向けて発光するように配置されている。 The second light emitting elements 52b and 53b are formed of a semiconductor element having a light emitting function such as an LED, for example, and are arranged to emit light toward the second photodiode 51b.
第６スイッチ素子５６ｂがオン状態である場合、第２発光素子５２ｂ、５３ｂに通電し、第２発光素子５２ｂ、５３ｂが発光する。第６スイッチ素子５６ｂがオフ状態である場合、第２発光素子５２ｂ、５３ｂには通電せず、第２発光素子５２ｂ、５３ｂは発光しない。 When the sixth switch element 56b is in the ON state, the second light emitting elements 52b and 53b are energized, and the second light emitting elements 52b and 53b emit light. When the sixth switch element 56b is in the off state, the second light emitting elements 52b and 53b are not energized, and the second light emitting elements 52b and 53b do not emit light.
（制御部の構成）
制御部６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路などから構成されるものである。本実施形態では、制御部６は、あらかじめＲＯＭに記憶保持されたプログラムや外部からあらかじめ入力されたデータなどに基づいて、各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄ、５６ａ、５６ｂのゲートにオン・オフ信号（矩形波信号）を出力し、そのオン・オフ信号により、各スイッチ素子４３ａ〜４３ｄ、５６ａ、５６ｂのオン・オフ制御を行なう。
(Configuration of control unit)
The control unit 6 includes a CPU, a RAM, a ROM, an interface circuit, etc. (not shown). In the present embodiment, the control unit 6 uses an on / off signal (rectangular) to the gates of the switch elements 43a to 43d, 56a, and 56b based on a program stored in the ROM in advance or data input in advance from the outside. Wave signal) is output, and on / off control of each switch element 43a-43d, 56a, 56b is performed by the on / off signal.
また、放電電極２と並列に容量素子７が設けられている。容量素子７は、一端が周波数変換部５ａに接続され、他端が接地されている。容量素子７は、整流作用を得るのに十分な静電容量（たとえば 数ｐＦ〜数百ｐＦ程度の静電容量）を有するキャパシタ等により構成される。なお、配線に発生する浮遊容量が十分大きい場合には、容量素子７を省略してもよい。 In addition, a capacitive element 7 is provided in parallel with the discharge electrode 2. One end of the capacitive element 7 is connected to the frequency converter 5a, and the other end is grounded. The capacitive element 7 is configured by a capacitor having a sufficient capacitance (for example, a capacitance of about several pF to several hundred pF) to obtain a rectifying action. Note that when the stray capacitance generated in the wiring is sufficiently large, the capacitor element 7 may be omitted.
（周波数変換部の動作モード）
次に、電源装置３の周波数変換部５ａの動作モードについて説明する。電源装置３の周波数変換部５ａは、第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの状態により、停止モード、第１動作モード、第２動作モード及び第３動作モードを遷移する。
(Operation mode of frequency converter)
Next, the operation mode of the frequency converter 5a of the power supply device 3 will be described. The frequency converter 5a of the power supply device 3 transitions between the stop mode, the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode according to the states of the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b.
第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂのいずれもがオフ状態である場合、周波数変換部５ａは、停止モードとなる。停止モードの場合、トランス電圧Ｖｉｎが入力されても、第１フォトダイオード５１ａが第１電流のみを流すが、第２フォトダイオード５１ｂで第１電流が遮断されるため、全体として、第１電流及び第２電流のいずれもが流れない。 When both the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b are in the off state, the frequency conversion unit 5a is in the stop mode. In the stop mode, even if the transformer voltage Vin is input, the first photodiode 51a passes only the first current, but the first photodiode is cut off by the second photodiode 51b. None of the second current flows.
第５スイッチ素子５６ａがオフ状態である一方、第６スイッチ素子５６ｂがオン状態である場合、周波数変換部５ａは、第１動作モードで動作する。第１動作モードの場合、トランス電圧Ｖｉｎが入力されると、第１電流が第１フォトダイオード５１ａ及び第２フォトダイオード５１ｂを流れ、第１電流の極性（正極性）の電圧が出力される。第２電流は第１フォトダイオード５１ａにおいて遮断される。 When the fifth switch element 56a is in the off state and the sixth switch element 56b is in the on state, the frequency conversion unit 5a operates in the first operation mode. In the first operation mode, when the transformer voltage Vin is input, the first current flows through the first photodiode 51a and the second photodiode 51b, and the voltage of the polarity (positive polarity) of the first current is output. The second current is interrupted in the first photodiode 51a.
第５スイッチ素子５６ａがオン状態である一方、第６スイッチ素子５６ｂがオフ状態である場合、周波数変換部５ａは、第２動作モードで動作する。第２動作モードの場合、トランス電圧Ｖｉｎが入力されると、第２電流が第１フォトダイオード５１ａ及び第２フォトダイオード５１ｂを流れ、第２電流の極性（負極性）の電圧が出力される。第１電流は第２フォトダイオード５１ｂにおいて遮断される。 When the fifth switch element 56a is in the on state and the sixth switch element 56b is in the off state, the frequency conversion unit 5a operates in the second operation mode. In the second operation mode, when the transformer voltage Vin is input, the second current flows through the first photodiode 51a and the second photodiode 51b, and the voltage of the polarity (negative polarity) of the second current is output. The first current is interrupted at the second photodiode 51b.
第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの両方がオン状態である場合、周波数変換部５ａは、第３動作モードで動作する。第３動作モードの場合、トランス電圧Ｖｉｎが入力されると、第１電流及び第２電流のいずれもが第１フォトダイオード５１ａ及び第２フォトダイオード５１ｂを流れるので、トランス電圧Ｖｉｎと同一の正極性及び負極性の電圧が出力される。 When both the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b are in the on state, the frequency converter 5a operates in the third operation mode. In the third operation mode, when the transformer voltage Vin is input, since both the first current and the second current flow through the first photodiode 51a and the second photodiode 51b, the same positive polarity as the transformer voltage Vin. And a negative voltage is output.
（制御部の動作）
制御部６は、たとえば、特許文献１記載の制御と同様に、巻き線トランス４１の二次巻き線４１ｂに正極性の高電圧を発生させるための、第１のスイッチ素子４３ａをオンにする第１トランス制御信号ＴＣ１、第２のスイッチ素子４３ｂおよび第３のスイッチ素子４３ｃをオフにする第２トランス制御信号ＴＣ２および第３トランス制御信号ＴＣ３、並びに第４のスイッチ素子４３ｄのオン・オフを比較的高速で繰り返させる第４トランス制御信号ＴＣ４と、巻き線トランス４１の二次巻き線４１ｂに負極性の高電圧を発生させるための、第３のスイッチ素子４３ｃをオンにする第３トランス制御信号ＴＣ３、第１のスイッチ素子４３ａおよび第４のスイッチ素子４３ｄをオフにする第１トランス制御信号ＴＣ１及び第４トランス制御信号ＴＣ４、並びに第２のスイッチ素子４３ｂのオン・オフを比較的高速で繰り返させる第２トランス制御信号ＴＣ２とを所定の周期で交互にトランス電圧出力部４に出力する。
(Operation of control unit)
For example, as in the control described in Patent Document 1, the controller 6 turns on the first switch element 43a for generating a positive high voltage in the secondary winding 41b of the winding transformer 41. 1 transformer control signal TC1, second switch element 43b and third switch element 43c are turned off, second transformer control signal TC2 and third transformer control signal TC3, and fourth switch element 43d are compared on / off. Fourth transformer control signal TC4 to be repeated at a high speed and a third transformer control signal to turn on the third switch element 43c for generating a negative high voltage in the secondary winding 41b of the winding transformer 41 TC3, first transformer control signal TC1 and fourth transformer control signal T for turning off the first switch element 43a and the fourth switch element 43d 4, and outputs the transformer voltage output unit 4 and a second transformer control signal TC2 for repeated at relatively high speed on-off of the second switch element 43b alternately at a predetermined cycle.
また、制御部６は、周波数変換部５ａに対し、周波数変換部５ａを停止させる停止制御信号と、周波数変換部５ａを第１動作モードで動作させる第１制御信号と、周波数変換部５ａを第２動作モードで動作させる第２制御信号と、周波数変換部５ａを第３動作モードで動作させる第３制御信号とをユーザが行った設定に基づいて適宜出力する。 Further, the control unit 6 causes the frequency conversion unit 5a to stop the frequency conversion unit 5a, a first control signal to operate the frequency conversion unit 5a in the first operation mode, and the frequency conversion unit 5a. The second control signal for operating in the second operation mode and the third control signal for operating the frequency converter 5a in the third operation mode are output as appropriate based on the settings made by the user.
すなわち、制御部６は、電源装置３を動作させない場合、周波数変換部５ａに対し、停止制御信号（第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの両方をオフに制御する制御信号Ｓ１，Ｓ２からなる信号）を出力する。 That is, when the power supply device 3 is not operated, the control unit 6 sends a stop control signal (from the control signals S1 and S2 for controlling both the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b to off) to the frequency conversion unit 5a. Output).
周波数変換部５ａは、停止制御信号を受信すると、第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの両方をオフにする。 When receiving the stop control signal, the frequency conversion unit 5a turns off both the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b.
また、制御部６は、電源装置３の出力電圧（周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ）の周波数をユーザにより設定された周波数とする場合、周波数変換部５ａに対し、第１制御信号（第５スイッチ素子５６ａをオフに制御する制御信号Ｓ１及び第６スイッチ素子５６ｂをオンにする制御信号Ｓ２からなる信号）と、第２制御信号（第５スイッチ素子５６ａをオンに制御する制御信号Ｓ１及び第６スイッチ素子５６ｂをオフにする制御信号Ｓ２からなる信号）とを前記周波数に対応する周期で交互に切り替えて出力する。 When the frequency of the output voltage (frequency-converted voltage Vout) of the power supply device 3 is set to a frequency set by the user, the control unit 6 sends a first control signal (fifth switch element 56a) to the frequency conversion unit 5a. And a second control signal (control signal S1 and sixth switch element for controlling the fifth switch element 56a to be turned on) and a second control signal (signal comprising the control signal S2 for turning on the sixth switch element 56b). And a signal composed of a control signal S2 for turning off 56b) are alternately switched at a cycle corresponding to the frequency and output.
ユーザは、たとえば、制御部６に接続された入力パネル等の入力インターフェースを介して周波数を変更する。 For example, the user changes the frequency via an input interface such as an input panel connected to the control unit 6.
周波数変換部５ａは、第１制御信号を受信すると、第５スイッチ素子５６ａをオフに制御する一方、第６スイッチ素子５６ｂをオンにする第１動作モードで動作する。 When receiving the first control signal, the frequency converter 5a controls the fifth switch element 56a to be turned off, and operates in the first operation mode in which the sixth switch element 56b is turned on.
周波数変換部５ａは、第２制御信号を受信すると、第５スイッチ素子５６ａをオンに制御する一方、第６スイッチ素子５６ｂをオフにする第２動作モードで動作する。 When the frequency converter 5a receives the second control signal, the frequency converter 5a controls the fifth switch element 56a to be turned on, and operates in the second operation mode in which the sixth switch element 56b is turned off.
また、制御部６は、電源装置３の出力電圧（周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ）の周波数を最大とする場合、周波数変換部５ａに対し、第３制御信号（第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの両方をオンに制御する制御信号Ｓ１，Ｓ２）を出力する。 In addition, when the frequency of the output voltage (voltage converted voltage Vout) of the power supply device 3 is maximized, the control unit 6 sends the third control signal (the fifth switch element 56a and the sixth switch element) to the frequency conversion unit 5a. The control signals S1, S2) for controlling both of 56b to ON are output.
周波数変換部５ａは、第３制御信号を受信すると、第５スイッチ素子５６ａ及び第６スイッチ素子５６ｂの両方をオンにする第３動作モードで動作する。 When receiving the third control signal, the frequency conversion unit 5a operates in the third operation mode in which both the fifth switch element 56a and the sixth switch element 56b are turned on.
（第１実施形態の作用効果）
次に、図４〜図６を参照しながら、第１実施形態の作用効果について説明する。
(Operational effects of the first embodiment)
Next, the effect of 1st Embodiment is demonstrated, referring FIGS. 4-6.
まず、図４は、横軸を第１発光素子５２ａ、５３ａを流れる電流値（単位：ｍＡ）、左側の縦軸を第１フォトダイオード５１ａを流れる漏れ電流（逆方向の電流）の電流値（単位：μＡ）、右側の縦軸を第１フォトダイオード５１ａの抵抗値（単位：ＭΩ）、とするグラフである。 First, in FIG. 4, the horizontal axis represents the current value (unit: mA) flowing through the first light emitting elements 52a and 53a, and the left vertical axis represents the current value of the leakage current (reverse current) flowing through the first photodiode 51a (current in the reverse direction). It is a graph which makes the resistance value (unit: M (ohm)) of the 1st photodiode 51a the vertical axis | shaft on the right side for a unit: microampere.
図４における黒丸は、各第１発光素子５２ａ、５３ａに流した電流値に対する第１フォトダイオード５１ａを流れる漏れ電流（逆方向の電流）の実測された電流値を示し、一点鎖線は実測された電流値に基づいて導かれた第１フォトダイオード５１ａを流れる漏れ電流の電流値と第１発光素子５２ａ、５３ａを流れる電流値との関係を示す。 The black circles in FIG. 4 indicate the measured current values of the leakage current (current in the reverse direction) flowing through the first photodiode 51a with respect to the current values flowing through the first light emitting elements 52a and 53a, and the alternate long and short dash lines are measured. The relationship between the current value of the leakage current flowing through the first photodiode 51a derived based on the current value and the current value flowing through the first light emitting elements 52a and 53a is shown.
また、図４における黒三角は、各第１発光素子５２ａ、５３ａに流した電流値に対する、上記実測された電流値に基づいて算出された第１フォトダイオード５１ａの抵抗値を示し、二点鎖線は、当該抵抗値に基づいて導かれた第１フォトダイオード５１ａを抵抗値と第１発光素子５２ａ、５３ａを流れる電流値との関係を示す。 4 indicates the resistance value of the first photodiode 51a calculated on the basis of the actually measured current value with respect to the current value passed through each of the first light emitting elements 52a and 53a. Indicates the relationship between the resistance value of the first photodiode 51a derived based on the resistance value and the current value flowing through the first light emitting elements 52a and 53a.
図４から判るように、第１フォトダイオード５１ａを流れる漏れ電流の電流値は、第１発光素子５２ａ、５３ａを流れる電流値に正比例する。 As can be seen from FIG. 4, the current value of the leakage current flowing through the first photodiode 51a is directly proportional to the current value flowing through the first light emitting elements 52a and 53a.
また、図４から判るように、第１フォトダイオード５１ａの抵抗値は、第１発光素子５２ａ、５３ａを流れる電流値に反比例する。 As can be seen from FIG. 4, the resistance value of the first photodiode 51a is inversely proportional to the value of the current flowing through the first light emitting elements 52a and 53a.
すなわち、第１フォトダイオード５１ａは、第１発光素子を流れる電流によって抵抗の大きさを制御可能な可変抵抗として機能する。 That is, the first photodiode 51a functions as a variable resistor whose resistance can be controlled by the current flowing through the first light emitting element.
図５は、所定時間（１０ｍｓ）ごとに第１制御信号と第２制御信号とを切り替えた場合の、トランス電圧Ｖｉｎと周波数変換後電圧Ｖｏｕｔとの電圧波形を示すグラフである。図５は、横軸を時間（単位：ｍｓ）、縦軸を電圧（単位：ｋＶ）とするグラフであり、細線がトランス電圧Ｖｉｎ、太線が周波数変換後電圧Ｖｏｕｔを示す。 FIG. 5 is a graph showing voltage waveforms of the transformer voltage Vin and the frequency-converted voltage Vout when the first control signal and the second control signal are switched every predetermined time (10 ms). FIG. 5 is a graph in which the horizontal axis represents time (unit: ms) and the vertical axis represents voltage (unit: kV). The thin line represents the transformer voltage Vin, and the thick line represents the frequency-converted voltage Vout.
図５から、約７００Ｈｚの交流パルス電圧であるトランス電圧Ｖｉｎが、約５０Ｈｚの交流パルス電圧である周波数変換後電圧Ｖｏｕｔに変換されていることが判る。 From FIG. 5, it can be seen that the transformer voltage Vin, which is an AC pulse voltage of about 700 Hz, is converted into a voltage Vout after frequency conversion, which is an AC pulse voltage of about 50 Hz.
図６は、第３制御信号を出力した場合の、トランス電圧Ｖｉｎと周波数変換後電圧Ｖｏｕｔとの電圧波形を示すグラフである。図６は、横軸を時間（単位：ｍｓ）、縦軸を電圧（単位：ｋＶ）とするグラフであり、細線がトランス電圧Ｖｉｎ、太線が周波数変換後電圧Ｖｏｕｔを示す。 FIG. 6 is a graph showing voltage waveforms of the transformer voltage Vin and the frequency-converted voltage Vout when the third control signal is output. FIG. 6 is a graph in which the horizontal axis represents time (unit: ms) and the vertical axis represents voltage (unit: kV). The thin line represents the transformer voltage Vin, and the thick line represents the frequency-converted voltage Vout.
図６から、周波数変換後電圧Ｖｏｕｔの波形が、約２５０Ｈｚの交流パルス電圧であるトランス電圧Ｖｉｎとほぼ同じ波形となっていることが判る。 From FIG. 6, it can be seen that the waveform of the frequency-converted voltage Vout is substantially the same waveform as the transformer voltage Vin, which is an AC pulse voltage of about 250 Hz.
当該構成の電源装置３によれば、一方の電圧のみが出力される期間が所望の周波数に対応する周期分だけ継続するので、制御部６で生成する制御信号（第１制御信号及び第２制御信号）の切り替えタイミングを調節することにより、簡易な構成で幅広い範囲の周波数の周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ（出力電圧）を出力することができる。 According to the power supply device 3 having the configuration, the period in which only one voltage is output continues for a period corresponding to a desired frequency, and thus the control signal generated by the control unit 6 (the first control signal and the second control signal). By adjusting the switching timing of the signal), it is possible to output the frequency-converted voltage Vout (output voltage) having a wide range of frequencies with a simple configuration.
また、当該構成の電源装置３によれば、幅広い範囲の周波数の周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ（出力電圧）を出力することができるともに、第２抵抗値及び第４抵抗値のそれぞれがゼロよりも大きいので、たとえば火花放電等の抑制のために別途電流制限抵抗を設ける必要がない。この結果、装置の構成をより簡易な構成とすることができる。 Moreover, according to the power supply device 3 of the said structure, while being able to output the frequency-converted voltage Vout (output voltage) of the frequency of a wide range, each of 2nd resistance value and 4th resistance value is larger than zero. Therefore, for example, there is no need to provide a separate current limiting resistor for suppressing spark discharge or the like. As a result, the configuration of the apparatus can be simplified.
当該構成の電源装置３によれば、可変抵抗（第１フォトダイオード５１ａ及び第２フォトダイオード５１ｂ）を動作させるための構成（第１発光素子５２ａ、５３ａ及び第２発光素子５２ｂ、５３ｂ）とを電気的に絶縁させることができるので、装置の構成をより簡易な構成とすることができる。 According to the power supply device 3 of the said structure, the structure (1st light emitting element 52a, 53a and 2nd light emitting element 52b, 53b) for operating variable resistance (the 1st photodiode 51a and the 2nd photodiode 51b) is provided. Since it can be electrically insulated, the configuration of the apparatus can be simplified.
当該構成のイオン生成装置１によれば、電源装置３から出力される電圧を放電電極２に印加することにより、放電電極２からコロナ放電を発生させ、このコロナ放電によって空気イオンを生成する。 According to the ion generator 1 having the configuration, a voltage output from the power supply device 3 is applied to the discharge electrode 2 to generate a corona discharge from the discharge electrode 2 and generate air ions by the corona discharge.
このとき、簡易な構成で幅広い範囲の周波数変換後電圧Ｖｏｕｔ（出力電圧）を出力可能な電源装置３を使用することで、イオン生成装置１の構成を簡素にできるとともに、印加される電圧の周波数を制御することにより、汎用性が向上する。 At this time, the configuration of the ion generator 1 can be simplified and the frequency of the applied voltage can be simplified by using the power supply device 3 that can output the frequency converted voltage Vout (output voltage) in a wide range with a simple configuration. By controlling the above, versatility is improved.
（他の実施形態）
本実施形態のイオン生成装置１では、放電電極２を巻き線トランス４１の二次巻き線４１ｂの一端に直接的に接続したが、抵抗素子を介して二次巻き線４１ｂに接続してもよく、あるいは、容量素子を介して放電電極２を二次巻き線４１ｂに接続するようにしてもよい。
(Other embodiments)
In the ion generating apparatus 1 of the present embodiment, the discharge electrode 2 is directly connected to one end of the secondary winding 41b of the winding transformer 41, but may be connected to the secondary winding 41b via a resistance element. Alternatively, the discharge electrode 2 may be connected to the secondary winding 41b through a capacitive element.
また、本実施形態の電源装置３では、パルス列出力回路４２としてＨブリッジ型の回路を用いたが、これに代え、プッシュプル回路やハーフブリッジ回路等を使用することも可能である。 In the power supply device 3 of the present embodiment, an H-bridge type circuit is used as the pulse train output circuit 42. However, a push-pull circuit, a half-bridge circuit, or the like can be used instead.
本実施形態のイオン生成装置１では、制御部６がトランス電圧出力部４に信号を出力することによりトランス電圧出力部４の動作を制御したが、これに代え、トランス電圧出力部４を制御するための制御部を制御部６とは別個に設けられてもよい。 In the ion generator 1 of the present embodiment, the control unit 6 controls the operation of the transformer voltage output unit 4 by outputting a signal to the transformer voltage output unit 4, but instead controls the transformer voltage output unit 4. Therefore, the control unit may be provided separately from the control unit 6.
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態のイオン生成装置１について説明する。第１実施形態のイオン生成装置１と第２実施形態のイオン生成装置１とは、周波数変換部５の構成が相違する一方、他の構成は同一である。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIG. 7, the ion generator 1 of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The ion generating device 1 of the first embodiment and the ion generating device 1 of the second embodiment are different in the configuration of the frequency conversion unit 5, but the other configurations are the same.
図７に示すように、第２実施形態における周波数変換部５ｂは、第１実施形態の第１フォトダイオード５１ａと逆向きの第３フォトダイオード５１ｃと、第１実施形態の第２フォトダイオード５１ｂと逆向きの第４フォトダイオード５１ｄとが直列に接続されている。第３フォトダイオード５１ｃはその一端がトランス電圧出力部４に接続されている。また、第４フォトダイオード５１ｄはその一端が放電電極２に接続されている。 As shown in FIG. 7, the frequency converter 5b in the second embodiment includes a third photodiode 51c that is opposite to the first photodiode 51a in the first embodiment, and a second photodiode 51b in the first embodiment. A fourth photodiode 51d in the reverse direction is connected in series. One end of the third photodiode 51 c is connected to the transformer voltage output unit 4. The fourth photodiode 51d has one end connected to the discharge electrode 2.
（周波数変換部の動作）
周波数変換部５ｂは、第３フォトダイオード５１ｃ及び第４フォトダイオード５１ｄのいずれもがオフに設定されている場合、停止モードとなる。
(Operation of frequency converter)
The frequency converter 5b is in a stop mode when both the third photodiode 51c and the fourth photodiode 51d are set to off.
周波数変換部５ｃは、第３フォトダイオード５１ｃがオンに設定され、第４フォトダイオード５１ｄがオフに設定されている場合、第１動作モードとなる。 The frequency converter 5c is in the first operation mode when the third photodiode 51c is set on and the fourth photodiode 51d is set off.
周波数変換部５ｃは、第３フォトダイオード５１ｃがオフに設定され、第４フォトダイオード５１ｄがオンに設定されている場合、第２動作モードとなる。 The frequency converter 5c is in the second operation mode when the third photodiode 51c is set to off and the fourth photodiode 51d is set to on.
周波数変換部５ｃは、第３フォトダイオード５１ｃ及び第４フォトダイオード５１ｄのいずれもがオンに設定されている場合、第３動作モードとなる。 The frequency converter 5c enters the third operation mode when both the third photodiode 51c and the fourth photodiode 51d are set to ON.
停止モード、第１動作モード、第２動作モード、及び第３動作モードのそれぞれのモードにおける周波数変換部５ｂの出力は、第１実施形態の周波数変換部５ａの出力と同一またはほぼ同一である。 The output of the frequency conversion unit 5b in each of the stop mode, the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode is the same as or substantially the same as the output of the frequency conversion unit 5a of the first embodiment.
（制御部の動作）
制御部６は、周波数変換部５ｂを停止モードに維持する場合、第３フォトダイオード５１ｃ及び第４フォトダイオード５１ｄのそれぞれをオフにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。
(Operation of control unit)
When the frequency converter 5b is maintained in the stop mode, the controller 6 outputs control signals S1 and S2 that turn off each of the third photodiode 51c and the fourth photodiode 51d.
制御部６は、周波数変換部５ｂを第１動作モードで動作させる場合、第１制御信号として、第３フォトダイオード５１ｃをオンにする制御信号Ｓ１及び第４フォトダイオード５１ｄをオフにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5b is operated in the first operation mode, the control unit 6 uses the control signal S1 for turning on the third photodiode 51c and the control signal S2 for turning off the fourth photodiode 51d as the first control signals. Is output.
制御部６は、周波数変換部５ｂを第２動作モードで動作させる場合、第２制御信号として、第３フォトダイオード５１ｃをオフにする制御信号Ｓ１及び第４フォトダイオード５１ｄをオンにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5b is operated in the second operation mode, the control unit 6 uses the control signal S1 for turning off the third photodiode 51c and the control signal S2 for turning on the fourth photodiode 51d as the second control signals. Is output.
制御部６は、周波数変換部５ｂを第３動作モードで動作させる場合、第３フォトダイオード５１ｃ及び第４フォトダイオード５１ｄのそれぞれをオンにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5b is operated in the third operation mode, the controller 6 outputs control signals S1 and S2 that turn on the third photodiode 51c and the fourth photodiode 51d, respectively.
（第３実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態のイオン生成装置１について説明する。第１実施形態のイオン生成装置１と第３実施形態のイオン生成装置１とは、周波数変換部５の構成が相違する一方、他の構成は同一である。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 8, the ion generator 1 of 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The ion generating apparatus 1 of the first embodiment and the ion generating apparatus 1 of the third embodiment are different in the configuration of the frequency conversion unit 5, but the other configurations are the same.
（周波数変換部の構成）
周波数変換部５ｃは、直列に接続された第１ＦＥＦ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）部８１ａ（本発明の「第１スイッチ部」に相当する。）と、第２ＦＥＴ部８１ｂ（本発明の「第２スイッチ部」に相当する。）とを備える。
(Configuration of frequency converter)
The frequency converting unit 5c includes a first FEF (Field Effect Transistor) unit 81a (corresponding to a “first switch unit” of the present invention) and a second FET unit 81b (“second switch unit of the present invention) connected in series. ").).
第１ＦＥＴ部８１ａは、その一端がトランス電圧出力部４に直列に接続され、他端が第２ＦＥＴ部８１ｂに直列に接続されている。 The first FET unit 81a has one end connected in series to the transformer voltage output unit 4 and the other end connected in series to the second FET unit 81b.
第１ＦＥＴ部８１ａは、トランス電圧出力部４及び第２ＦＥＴ部８１ｂと直列に接続された複数の第１整流部８２ａ−ｎ（ｎ＝１，２、‥Ｎ）を備える。 The first FET unit 81a includes a plurality of first rectification units 82a-n (n = 1, 2,... N) connected in series with the transformer voltage output unit 4 and the second FET unit 81b.
第１整流部８２ａ−ｎはＦＥＴ８３ａ−ｎとＦＥＴ８３ａ−ｎのゲート及びソースに接続されたＦＥＴ２次巻き線８４ａ−ｎとを備える。 The first rectification unit 82a-n includes an FET 83a-n and an FET secondary winding 84a-n connected to the gate and source of the FET 83a-n.
第１ＦＥＴ部８１ａは、さらに、各ＦＥＴ２次巻き線８４ａ−ｎに対向し、互いに並列に接続された第１ＦＥＴ部１次巻き線８５ａ−ｎ（ｎ＝１，２、‥Ｎ）と、第１ＦＥＴ部１次巻き線８５ａ−ｎ（ｎ＝１，２、‥Ｎ）のそれぞれの一端側と接続された第１ＦＥＴ部駆動電圧８６ａと、他端側と接続された第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａとを備える。 The first FET section 81a further includes a first FET section primary winding 85a-n (n = 1, 2,... N) facing each FET secondary winding 84a-n and connected in parallel to each other, and the first FET. Each of the primary windings 85a-n (n = 1, 2,... N) of each of the primary FETs 85a-n, and a first FET switch 87a connected to the other end. .
第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａに制御部６からの制御信号Ｓ１，Ｓ２が入力されることにより、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａのオンとオフが切り換えられる。 When the control signals S1 and S2 from the control unit 6 are input to the first FET unit switch 87a, the first FET unit switch 87a is switched on and off.
第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオンとなった場合、各第１ＦＥＴ部１次巻き線８５ａ−ｎに同位の電圧が印加される。これに応じて、各第１ＦＥＴ部２次巻き線８４ａ−ｎに電流が流れるので、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのゲートに電圧が印加される。 When the first FET section switch 87a is turned on, an equivalent voltage is applied to each first FET section primary winding 85a-n. Accordingly, a current flows through each first FET section secondary winding 84a-n, so that a voltage is applied to the gate of each FET 83a-n.
これに応じて、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのドレン及びソース間へ電流が流れる。 In response to this, a current flows between the drain and source of each FET 83a-n.
なお、トランス電圧出力部４からは正極性及び負極性の電圧が交互に出力されるが、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオンとなり、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのゲートに電圧が印加されている場合、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのドレン及びソース間には両方向の電流が流れ、結果として正極性及び負極性の電圧が出力される。 The transformer voltage output unit 4 alternately outputs positive and negative voltages, but when the first FET unit switch 87a is turned on and a voltage is applied to the gate of each FET 83a-n, each FET 83a A current in both directions flows between the drain and the source of −n, and as a result, positive and negative voltages are output.
第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオフとなった場合、各第１ＦＥＴ部１次巻き線８５ａ−ｎには電圧が印加されない。このため、各第１ＦＥＴ部２次巻き線８４ａ−ｎには電流が流れないので、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのゲートには電圧が印加されない。 When the first FET section switch 87a is turned off, no voltage is applied to each first FET section primary winding 85a-n. For this reason, since no current flows through each first FET section secondary winding 84a-n, no voltage is applied to the gate of each FET 83a-n.
この結果、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオフとなった場合、各ＦＥＴ８３ａ−ｎのドレン及びソース間において、逆方向の電流（負極性の電流）は遮断され、順方向の電流（正極性の電流）のみが流れ、正極性の電圧が出力される。 As a result, when the first FET switch 87a is turned off, the reverse current (negative current) is cut off between the drain and source of each FET 83a-n, and the forward current (positive current). Only flows, and a positive voltage is output.
また、第１ＦＥＴ部８１ａが直列に接続されたＮ個の第１整流部８４ａ−ｎにより構成されていることにより、第１ＦＥＴ部８１ａは、一つの高耐圧ＦＥＴとして機能する。 In addition, since the first FET section 81a is configured by N first rectifying sections 84a-n connected in series, the first FET section 81a functions as one high breakdown voltage FET.
第２ＦＥＴ部８１ｂは、その一端が第１ＦＥＴ部８１ａに接続され、他端が放電電極２に接続されている。 The second FET portion 81b has one end connected to the first FET portion 81a and the other end connected to the discharge electrode 2.
第２ＦＥＴ部８１ｂは、その全体が第１ＦＥＴ部８１ａと逆方向に取り付けられている構成以外は、第１ＦＥＴ部８１ａと同一の構成を有する。 The second FET portion 81b has the same configuration as that of the first FET portion 81a except that the whole is attached in the opposite direction to the first FET portion 81a.
第２ＦＥＴ部８１ｂが取り付けられている方向が第１ＦＥＴ部８１ａと逆であるため、第２ＦＥＴ部８１ｂの順方向及び逆方向の極性は、それぞれ、第１ＦＥＴ部８１ａの順方向及び逆方向の極性のそれぞれと逆となる。 Since the direction in which the second FET unit 81b is attached is opposite to that of the first FET unit 81a, the forward and reverse polarities of the second FET unit 81b are respectively the forward and reverse polarities of the first FET unit 81a. Vice versa.
第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂがオンである場合、各ＦＥＴ８３ｂ−ｎのドレン及びソース間には両方向の電流が流れ、結果として正極性及び負極性の電圧が出力される。 When the second FET section switch 87b is on, a current in both directions flows between the drain and source of each FET 83b-n, and as a result, positive and negative voltages are output.
第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂがオフである場合、逆方向の電流（正極性の電流）は遮断され、順方向の電流（負極性の電流）のみが流れ、正極性の電圧が出力される。 When the second FET unit switch 87b is off, the reverse current (positive current) is cut off, and only the forward current (negative current) flows, and a positive voltage is output.
また、第２ＦＥＴ部８１ｂが直列に接続されたＮ個の第２整流部８４ｂ−ｎ（ｎ＝１，２，‥，Ｎ）により構成されていることにより、第２ＦＥＴ部８１ｂは、一つの高耐圧ＦＥＴとして機能する。 Further, since the second FET section 81b is configured by N second rectification sections 84b-n (n = 1, 2,..., N) connected in series, the second FET section 81b has one high height. Functions as a withstand voltage FET.
（周波数変換部の動作）
周波数変換部５ｃは、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａ及び第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂのいずれもがオフに設定されている場合、停止モードとなる。
(Operation of frequency converter)
The frequency conversion unit 5c is in the stop mode when both the first FET unit switch 87a and the second FET unit switch 87b are set to OFF.
周波数変換部５ｃは、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオフに設定され、第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂのオンに設定されている場合、第１動作モードとなる。 The frequency conversion unit 5c enters the first operation mode when the first FET unit switch 87a is set to OFF and the second FET unit switch 87b is set to ON.
周波数変換部５ｃは、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａがオンに設定され、第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂがオフに設定されている場合、第２動作モードとなる。 The frequency conversion unit 5c is in the second operation mode when the first FET unit switch 87a is set on and the second FET unit switch 87b is set off.
周波数変換部５ｃは、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａ及び第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂのいずれもがオンに設定されている場合、第３動作モードとなる。 The frequency conversion unit 5c enters the third operation mode when both the first FET unit switch 87a and the second FET unit switch 87b are set to ON.
停止モード、第１動作モード、第２動作モード、及び第３動作モードのそれぞれのモードにおける周波数変換部５ｃの動作は、第１実施形態の周波数変換部５ａの動作と同一である。 The operation of the frequency conversion unit 5c in each of the stop mode, the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode is the same as the operation of the frequency conversion unit 5a of the first embodiment.
（制御部の動作）
制御部６は、周波数変換部５ｃを停止モードに維持する場合、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａ及び第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂのそれぞれをオフにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。
(Operation of control unit)
The control unit 6 outputs control signals S1 and S2 for turning off the first FET unit switch 87a and the second FET unit switch 87b when the frequency conversion unit 5c is maintained in the stop mode.
制御部６は、周波数変換部５ｃを第１動作モードで動作させる場合、第１制御信号として、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａをオフにする制御信号Ｓ１及び第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂをオンにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency conversion unit 5c is operated in the first operation mode, the control unit 6 uses the control signal S1 for turning off the first FET unit switch 87a and the control signal S2 for turning on the second FET unit switch 87b as the first control signals. Is output.
制御部６は、周波数変換部５ｃを第２動作モードで動作させる場合、第２制御信号として、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａをオンにする制御信号Ｓ１、第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂをオフにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency conversion unit 5c is operated in the second operation mode, the control unit 6 uses the control signal S1 for turning on the first FET unit switch 87a and the control signal S2 for turning off the second FET unit switch 87b as the second control signals. Is output.
制御部６は、周波数変換部５ｃを第３動作モードで動作させる場合、第１ＦＥＴ部スイッチ８７ａ及び第２ＦＥＴ部スイッチ８７ｂのそれぞれをオンにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。 When the frequency conversion unit 5c is operated in the third operation mode, the control unit 6 outputs control signals S1 and S2 that turn on the first FET unit switch 87a and the second FET unit switch 87b, respectively.
（第４実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態のイオン生成装置１について説明する。第１実施形態のイオン生成装置１と第４実施形態のイオン生成装置１とは、周波数変換部５の構成が相違する一方、他の構成は同一である。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG. 9, the ion generator 1 of 4th Embodiment of this invention is demonstrated. The ion generating apparatus 1 of the first embodiment and the ion generating apparatus 1 of the fourth embodiment are different in the configuration of the frequency conversion unit 5, but the other configurations are the same.
（周波数変換部の構成）
周波数変換部５ｄは、直列に接続された第３ＦＥＴ部９１ａ（本発明の「第１スイッチ部」に相当する。）と、第４ＦＥＴ部９１ｂ（本発明の「第２スイッチ部」に相当する。）とを備える。
(Configuration of frequency converter)
The frequency conversion unit 5d corresponds to a third FET unit 91a (corresponding to a “first switch unit” of the present invention) and a fourth FET unit 91b (corresponding to a “second switch unit” of the present invention) connected in series. ).
第３ＦＥＴ部９１ａは、一端がトランス電圧出力部４と直列に接続され、他端が第４ＦＥＴ部９１ｂと直列に接続されている。 The third FET unit 91a has one end connected in series with the transformer voltage output unit 4 and the other end connected in series with the fourth FET unit 91b.
第３ＦＥＴ部９１ａは、直列に接続された第３整流部９２ａ−１〜９２ａ−Ｎを備える。 The third FET unit 91a includes third rectifying units 92a-1 to 92a-N connected in series.
詳細な図示は省略するが、第３整流部９２ａ−Ｎの一端がトランス電圧出力部４に接続され、他端が第３整流部９２ａ−Ｎ−１の一端に接続されている。第３整流部９２ａ−Ｎ−１の他端は第３整流部９２ａ−Ｎ−２の一端に接続されている。第３整流部９２ａ−Ｎ−２〜第３整流部９２ａ−２は第３整流部９２ａ−Ｎ−１と同様に構成されている。第３整流部９２ａ−１は、一端が第３整流部９２ａ−２に接続され、他端が第４ＦＥＴ部９１ｂと接続されている。 Although detailed illustration is omitted, one end of the third rectifier 92a-N is connected to the transformer voltage output unit 4, and the other end is connected to one end of the third rectifier 92a-N-1. The other end of the third rectification unit 92a-N-1 is connected to one end of the third rectification unit 92a-N-2. The third rectifier 92a-N-2 to the third rectifier 92a-2 are configured in the same manner as the third rectifier 92a-N-1. The third rectification unit 92a-1 has one end connected to the third rectification unit 92a-2 and the other end connected to the fourth FET unit 91b.
第３整流部９２ａ−１〜第３整流部９２ａ−Ｎは、それぞれ、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎを備える。 The third rectification units 92a-1 to 92a-N include FETs 93a-1 to 93a-N, respectively.
第３整流部９２ａ−１〜第３整流部９２ａ−Ｎは、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎのドレンとゲートとを接続する経路に、ドレン向きに接続されたショットキーバリアダイオード９４ａ−１−ｓ〜ダイオード９４ａ−Ｎ−ｓと、ゲート向きに接続されたダイオード９４ａ−１−ｄ〜ダイオード９４ａ−Ｎ−ｄとを備える。 The third rectification unit 92a-1 to third rectification unit 92a-N include Schottky barrier diodes 94a-1-s connected in the direction of the drain in a path connecting the drains and gates of the FETs 93a-1 to 93a-N. To a diode 94a-Ns and a diode 94a-1-d to a diode 94a-Nd connected in the gate direction.
第３整流部９２ａ−１を除く、第３整流部９２ａ−２〜第３整流部９２ａ−Ｎは、ＦＥＴ９３ａ−２〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎのゲートとソースとを接続する経路に、抵抗９５ａ−２〜抵抗９５ａ−Ｎを備える。 Except for the third rectifier 92a-1, the third rectifier 92a-2 to the third rectifier 92a-N are connected to the resistors 95a-2 to 95A-2 through paths connecting the gates and sources of the FETs 93a-2 to 93a-N. Resistors 95a-N are provided.
各ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎのゲートは並列に接続されている。隣接する各ＦＥＴ９３ａ−ｎ、ＦＥＴ９３ａ−ｎ＋１への分岐点の間には、ＦＥＴ９３ａ−ｎ＋１向きのダイオード９６ａ−ｍが直列に接続されている。 The gates of the FETs 93a-1 to 93a-N are connected in parallel. Between the branch points to the adjacent FETs 93a-n and 93a-n + 1, diodes 96a-m facing the FETs 93a-n + 1 are connected in series.
ＦＥＴ９３ａ−１のソース及びゲートには、電源９７ａにより駆動電圧が印加される。本実施形態では、ＦＥＴ９３ａ−１のソースは接地され、浮遊電圧が駆動電圧としてＦＥＴ９３ａ−１のソース及びゲートに印加される。 A drive voltage is applied to the source and gate of the FET 93a-1 by the power source 97a. In the present embodiment, the source of the FET 93a-1 is grounded, and a floating voltage is applied as a drive voltage to the source and gate of the FET 93a-1.
電源９７ａとＦＥＴ９３ａ−１のゲートとの間にはフォトダイオード９８ａが直列に接続されている。制御部６からの信号に応じて光をフォトダイオード９８ａに向けて発光するフォトカプラ９９ａが、フォトダイオード９８ａに対向して設けられている。 A photodiode 98a is connected in series between the power source 97a and the gate of the FET 93a-1. A photocoupler 99a that emits light toward the photodiode 98a in accordance with a signal from the control unit 6 is provided to face the photodiode 98a.
フォトカプラ９９ａに制御部６からの制御信号が入力されることにより、フォトカプラ９９ａのオン（発光状態）とオフ（停止状態）とが切り換えられる。 By inputting a control signal from the control unit 6 to the photocoupler 99a, the photocoupler 99a is switched on (light emitting state) and off (stopped state).
フォトカプラ９９ａのオン（発光状態）となると、フォトダイオード９８ａにおける受光に応じて、ＦＥＴ９３ａ−１のソース及びゲート間に駆動電圧が印加され、これに応じて、ＦＥＴ９３ａ−１の電圧降下が減少する。すると、隣接しているＦＥＴ９３ａ−２のゲート及びソース間に電位差が生じ、これに応じて、ＦＥＴ９３ａ−２の電圧降下が減少する。このような繰り返しにより、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎの全てにおいて電圧降下が発生し、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎに順方向及び逆方向の電流が流れる。 When the photocoupler 99a is turned on (light emitting state), a drive voltage is applied between the source and gate of the FET 93a-1 in response to light reception by the photodiode 98a, and the voltage drop of the FET 93a-1 is reduced accordingly. . Then, a potential difference is generated between the gate and the source of the adjacent FET 93a-2, and the voltage drop of the FET 93a-2 is reduced accordingly. By such repetition, a voltage drop occurs in all of the FETs 93a-1 to 93a-N, and forward and reverse currents flow through the FETs 93a-1 to 93a-N.
他方、フォトカプラ９９ａのオフ（停止状態）となると、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎのソース及びゲート間に駆動電圧が印加されず、ＦＥＴ９３ａ−１〜ＦＥＴ９３ａ−Ｎに逆方向の電流が流れなくなる。 On the other hand, when the photocoupler 99a is turned off (stopped), no driving voltage is applied between the source and gate of the FET 93a-1 to FET 93a-N, and current in the reverse direction does not flow through the FET 93a-1 to FET 93a-N.
また、第３ＦＥＴ部９１ａが直列に接続されたＮ個の第３整流部９２ａ−１〜９２ａ−Ｎにより構成されていることにより、第３ＦＥＴ部９１ａは、一つの高耐圧ＦＥＴとして機能する。 In addition, since the third FET section 91a is configured by N third rectifier sections 92a-1 to 92a-N connected in series, the third FET section 91a functions as one high breakdown voltage FET.
第４ＦＥＴ部９１ｂは、一端が第３ＦＥＴ部９１ａと直列に接続され、他端が放電電極２に直列に接続されている。 The fourth FET portion 91b has one end connected in series with the third FET portion 91a and the other end connected in series with the discharge electrode 2.
第４ＦＥＴ部９１ｂは、第３ＦＥＴ部９１ａと逆向きであることを除き、第３ＦＥＴ部９１ａと同様の構成を有する。 The fourth FET portion 91b has the same configuration as that of the third FET portion 91a except that the fourth FET portion 91b is opposite to the third FET portion 91a.
第４ＦＥＴ部９１ｂの向きが第３ＦＥＴ部９１ａと逆であるため、第４ＦＥＴ部９１ｂの順方向及び逆方向の極性は、それぞれ、第３ＦＥＴ部９１ａの順方向及び逆方向の極性のそれぞれと逆となる。 Since the direction of the fourth FET unit 91b is opposite to that of the third FET unit 91a, the forward and reverse polarities of the fourth FET unit 91b are opposite to the forward and reverse polarities of the third FET unit 91a, respectively. Become.
また、第４ＦＥＴ部９１ｂが直列に接続されたＮ個の第４整流部９２ｂ−１〜９２ｂ−Ｎにより構成されていることにより、第４ＦＥＴ部９１ｂは、一つの高耐圧ＦＥＴとして機能する。 In addition, since the fourth FET section 91b is configured by N fourth rectifying sections 92b-1 to 92b-N connected in series, the fourth FET section 91b functions as one high breakdown voltage FET.
（周波数変換部の動作）
周波数変換部５ｄは、フォトカプラ９９ａ及びフォトカプラ９９ｂのいずれもがオフ（停止状態）に設定されている場合、停止モードとなる。
(Operation of frequency converter)
The frequency converter 5d enters a stop mode when both the photocoupler 99a and the photocoupler 99b are set to off (stopped state).
周波数変換部５ｄは、フォトカプラ９９ａがオフ（停止状態）に設定され、フォトカプラ９９ｂのオン（発光状態）に設定されている場合、第１動作モードとなる。 The frequency converter 5d is in the first operation mode when the photocoupler 99a is set to off (stop state) and the photocoupler 99b is set to on (light emission state).
周波数変換部５ｄは、フォトカプラ９９ａがオン（発光状態）に設定され、フォトカプラ９９ｂがオフ（停止状態）に設定されている場合、第２動作モードとなる。 The frequency converter 5d enters the second operation mode when the photocoupler 99a is set to on (light emission state) and the photocoupler 99b is set to off (stop state).
周波数変換部５ｄは、フォトカプラ９９ａ及びフォトカプラ９９ｂのいずれもがオン（発光状態）に設定されている場合、第３動作モードとなる。 The frequency converter 5d enters the third operation mode when both the photocoupler 99a and the photocoupler 99b are set to ON (light emission state).
停止モード、第１動作モード、第２動作モード、及び第３動作モードのそれぞれのモードにおける周波数変換部５ｄの動作は、第１実施形態の周波数変換部５ａの動作と同一である。 The operation of the frequency converter 5d in each of the stop mode, the first operation mode, the second operation mode, and the third operation mode is the same as the operation of the frequency converter 5a of the first embodiment.
（制御部の動作）
制御部６は、周波数変換部５ｄを停止モードに維持する場合、フォトカプラ９９ａ及びフォトカプラ９９ｂのそれぞれをオフにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。
(Operation of control unit)
When maintaining the frequency converter 5d in the stop mode, the controller 6 outputs control signals S1 and S2 that turn off the photocoupler 99a and the photocoupler 99b, respectively.
制御部６は、周波数変換部５ｄを第１動作モードで動作させる場合、第１制御信号として、フォトカプラ９９ａをオフにする制御信号Ｓ１及びフォトカプラ９９ｂをオンにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5d is operated in the first operation mode, the controller 6 outputs a control signal S1 for turning off the photocoupler 99a and a control signal S2 for turning on the photocoupler 99b as the first control signals.
制御部６は、周波数変換部５ｄを第２動作モードで動作させる場合、第２制御信号として、フォトカプラ９９ａをオンにする制御信号Ｓ１及びフォトカプラ９９ｂをオフにする制御信号Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5d is operated in the second operation mode, the controller 6 outputs a control signal S1 for turning on the photocoupler 99a and a control signal S2 for turning off the photocoupler 99b as the second control signals.
制御部６は、周波数変換部５ｄを第３動作モードで動作させる場合、フォトカプラ９９ａ及びフォトカプラ９９ｂのそれぞれをオンにする制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。 When the frequency converter 5d is operated in the third operation mode, the controller 6 outputs control signals S1 and S2 that turn on the photocoupler 99a and the photocoupler 99b, respectively.
１‥イオン生成装置、２‥放電電極、３‥電源装置、４‥トランス電圧出力部、５‥周波数変換部、６‥制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion generator, 2 ... Discharge electrode, 3 ... Power supply device, 4 ... Transformer voltage output part, 5 ... Frequency conversion part, 6 ... Control part.
Claims (2)
前記二次巻き線から出力されたトランス電圧のうち正極性のパルス状電圧を出力し、負極性のパルス状電圧を遮断する第１動作モードと、前記トランス電圧のうち正極性のパルス状電圧を遮断し、負極性のパルス状電圧を出力する第２動作モードとで切替え動作する周波数変換部と、
前記周波数変換部を前記第１動作モードで動作させる第１制御信号と前記第２動作モードで動作させる第２制御信号とを、所望の周波数に対応する周期で交互に前記周波数変換部に送出する制御部とを備え、
前記周波数変換部は、前記第１及び第２制御信号によりオン及びオフを切り替えられる第１及び第２スイッチ部を有し、
前記第１スイッチ部は、オフの状態では、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧を遮断し、オンの状態では、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧に対して抵抗として機能し、
前記第２スイッチ部は、オフの状態では、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧を遮断し、オンの状態では、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧に対して抵抗として機能し、
前記第１スイッチ部と前記第２スイッチ部は直列に接続され、
前記第１制御信号は、前記第１スイッチ部をオン、前記第２スイッチ部をオフにすることにより、前記周波数変換部を前記第１動作モードで動作させ、
前記第２制御信号は、前記第１スイッチ部をオフ、前記第２スイッチ部をオンにすることにより、前記周波数変換部を前記第２動作モードで動作させ、
前記第１スイッチ部は、前記第１制御信号に応じて発光し、前記第２制御信号では発光しない第１発光素子と、前記第１発光素子からの光を受けるとき、負極性の電圧を出力しかつ正極性の電圧に対して抵抗として機能する第１受光素子とを含んで構成され、
前記第２スイッチ部は、前記第２制御信号に応じて発光し、前記第１制御信号では発光しない第２発光素子と、前記第２発光素子からの光を受けるとき、正極性の電圧を出力しかつ負極性の電圧に対して抵抗として機能する第２受光素子とを含んで構成されることを特徴とする電源装置。 A winding transformer having a primary winding and a secondary winding, and at least one of a positive pulse train composed of a plurality of positive pulse voltages and a negative pulse train composed of a plurality of negative pulse voltages. A pulse train output circuit for applying to the winding, and in accordance with the application of the pulse train to the primary winding, at least one of the positive pulse voltage and the negative pulse voltage is used as the transformer voltage. A transformer voltage output unit that outputs from the next winding;
A first operation mode in which a positive pulsed voltage of the transformer voltage output from the secondary winding is output and a negative pulsed voltage is cut off; and a positive pulsed voltage of the transformer voltage; A frequency conversion unit that performs a switching operation in a second operation mode that shuts off and outputs a negative pulsed voltage;
A first control signal for operating the frequency converter in the first operation mode and a second control signal for operating in the second operation mode are alternately sent to the frequency converter at a cycle corresponding to a desired frequency. A control unit ,
The frequency conversion unit includes first and second switch units that can be switched on and off by the first and second control signals.
The first switch unit outputs a negative voltage and cuts off a positive voltage in an off state, and outputs a negative voltage and acts as a resistance to the positive voltage in an on state. Function,
The second switch unit outputs a positive voltage and cuts off a negative voltage in an off state, and outputs a positive voltage and acts as a resistance to the negative voltage in an on state. Function,
The first switch part and the second switch part are connected in series,
The first control signal operates the frequency converter in the first operation mode by turning on the first switch and turning off the second switch.
The second control signal operates the frequency converter in the second operation mode by turning off the first switch and turning on the second switch.
The first switch unit emits light in response to the first control signal, and outputs a negative voltage when receiving light from the first light emitting element that does not emit light in response to the second control signal. And a first light receiving element that functions as a resistance to a positive voltage,
The second switch unit emits light in response to the second control signal, and outputs a positive voltage when receiving a second light emitting element that does not emit light in response to the first control signal and light from the second light emitting element. And a second light receiving element that functions as a resistance against a negative voltage .
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