KR20080071510A - 고전압 생성 회로, 이온 생성 디바이스 및 전기 장치 - Google Patents

고전압 생성 회로, 이온 생성 디바이스 및 전기 장치 Download PDF

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KR20080071510A
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

고전압 생성 회로는, DC 전원 (26) 으로부터 전달되는 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 고전압을 전달하는 부스팅부 (예를 들어, 트리거 코일 (22)), 부스팅부의 1 차 측에 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트 (예를 들어, MOS FET (23)), 및 스위칭 엘리먼트의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부 (24B) 를 포함한다.
이온 생성 디바이스

Description

고전압 생성 회로, 이온 생성 디바이스 및 전기 장치 {HIGH VOLTAGE GENERATING CIRCUIT, ION GENERATING DEVICE AND ELECTRICAL APPARATUS}
본 발명은 고전압을 생성하는 고전압 생성 회로, 실내 환경이 개선될 수 있도록 공간에 이온을 방출하는, 고전압 생성 회로를 갖는 이온 생성 디바이스, 및 이온 생성 디바이스를 갖춘 전기 장치에 관한 것이다. 전술한 전기 장치는, 예를 들어, 폐쇄 공간 (옥내, 건물의 방, 병원의 병실 또는 수술실, 차량 내부, 항공기 또는 배의 선실, 창고, 냉장고 내부 등) 에서 주로 사용되는, 공기 정화기, 제습기, 가습기, 공기 청정기, 냉장고, 팬히터, 전자레인지, 세탁건조기, 세정기, 살균기 등을 포함할 수도 있다.
일반적으로, 열악한 환풍의 사무실 또는 회의실과 같은 폐쇄된 방에 다수의 사람들이 있는 경우, 호흡으로 배출된 이산화탄소, 담배 연기, 먼지 등을 포함하는 공기 오염이 증가하여, 사람들을 편하게 하는 음이온이 공기중에서 감소될 수도 있다. 더 상세하게는, 담배 연기의 존재는 음이온을 통상 상태의 약 1/2 내지 1/5 까지 감소시킬 수도 있다. 따라서, 공기중에 음이온을 공급하기 위해 다양한 타입의 이온 생성 디바이스가 시중에 판매되고 있다.
그러나, 모든 종래의 이온 생성 디바이스는, DC 전압에 의해 음이온만을 생성하는 DC 고전압형이다. 따라서, 이러한 이온 생성 디바이스는 공기중에 음이온을 공급할 수는 있지만, 공기중의 부유 세균 등을 능동적으로 제거할 수 없다.
전술한 문제점을 감안하여, 본 출원인은, 양이온으로서 H+(H2O)m 및 음이온으로서 O2 -(H2O)n 를 공기중에 실질적으로 동량 생성하고, 이를 공기중의 부유 세균 등에 부착시켜, 그 때 생성되는 활성 과산화수소 (H2O2) 및/또는 수산기 라디칼 (·OH) 의 분해 작용에 의해 부유 세균이 제거될 수 있는 이온 생성 디바이스를 발명하였다 (예를 들어, 일본 공개 특허 공보 2003-47651 호 참조).
전술한 발명은 본 출원인에 의해 이미 실시되고 있다. 방전 전극이 세라믹 유전체의 외부에 배치되고 유도 전극이 그 세라믹 유전체의 내부에 배치되는 구성을 갖는 이온 생성 디바이스를 포함하는 실용적인 장치, 및 그 이온 생성 디바이스가 설비된 공기 청정기, 공기 정화기 등이 존재한다.
도 15 는 양이온으로서 H+(H2O)m 및 음이온으로서 O2 -(H2O)n (m 및 n 은 자연수) 를 실질적으로 동량으로 생성할 수 있는 이온 생성 디바이스의 종래의 예를 도시하는 회로도이다. 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스는, AC 임펄스 고전압을 생성하는 고전압 생성 회로, 및 그 고전압 생성 회로로부터 인가된 고전압을 방전함으로써 이온을 생성하는 방전부 X1 를 갖는다. 또한, 전술한 고전압 생성 회로는 저항 R1, 다이오드 D1, 커패시터 C1, 변압기 T1 및 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 을 포함한다.
도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스에서는, 상업적 AC 전원 E1 의 출력 전압이 저항 R1 에 의해 저하되고, 반파 정류로서 다이오드 D1 에 의해 정류되어 커패시터 C1 에 인가된다. 도 16a 에 도시된 커패시터 C1 의 단자 전압 E2 가 도 16a 에 도시된 소정의 임계값 VTH 까지 증가할 때까지 커패시터 C1 이 방전되는 경우, 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 이 턴온되어, 커패시터 C1 의 충전된 전압이 방전된다. 이러한 방전은, 변압기 T1 의 1 차 권선 L1 에 전류가 흐르게 하여, 2 차 권선 L2 에 에너지가 전달된다. 그 결과, 도 16b 에 도시된 AC 임펄스 고전압 E3 은 방전부 X1 에 인가된다. 그 직후, 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 이 턴오프되어, 커패시터 C1 의 충전이 재시작된다.
전술한 충전 및 방전이 반복되고, 따라서, 도 16b 에 도시된 AC 임펄스 고전압이 방전부 X1 에 반복적으로 인가된다. 이 경우, 방전부 X1 의 인근에 코로나 방전이 생성되어, 주변 공기가 이온화된다. 그 결과, 양의 전압이 인가되는 경우 H+(H2O)m 의 양이온이 생성되고, 음의 전압이 인가되는 경우 O2 -(H2O)n 의 음이온이 생성된다 (m 및 n 은 자연수). 따라서, 이 이온들 모두가 공기중의 부유 세균 등에 부착되는 것이 가능하여, 이 때 발생하는 활성 과산화수소 (H2O2) 의 분해 작용 또는 수산기 라디칼 (·OH) 합성 작용에 의해 부유 세균이 제거될 수 있다.
도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스가 공기중의 부유 세균 등을 능 동적으로 제거하여, 실내 환경이 더 쾌적하게 개선될 수 있음은 분명하다.
그러나, 도 15 에 도시된 전술한 종래의 이온 생성 디바이스는 다음과 같은 문제점을 갖는다. 종래의 이온 생성 디바이스는 입력 전원으로서 상업적 AC 전원 E1 을 사용하기 때문에, 높은 내전압 및 큰 커패시턴스를 갖는 커패시터 C1, 및 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 에 의한 커패시터 C1 의 충전과 방전 사이의 스위칭 및 커패시터 C1 내의 일시적 에너지 저장을 위한 높은 내전압 방전을 갖는 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 을 요구하며, 이것은 사이즈에서의 증가를 유발시킨다.
또한, 전술한 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스는, 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 의 소정의 임계값 VTH 및 변압기 T1 의 변압비가 방전부 X1 에 인가될 전압을 결정하기 때문에, 방전부 X1 에 인가될 전압을 조절할 수 없다. 따라서, 방전부 X1 은, 방전부 X1 의 내전압을 초과하는 전압이 방전부 X1 에 인가되는 경우 브레이크다운될 수도 있는 문제점을 갖는다.
또한, 전술한 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스는 방전부 X1 에 인가될 전압을 조절할 수 없으며, 이 전압은 반도체 스위칭 엘리먼트 S1 의 소정의 임계값 VTH 및 변압기 T1 의 변압비에 의해 결정된다. 따라서, 동일한 고전압 생성 회로로는, 방전부 X1 의 방전 시작 전압이 상이하도록 방전부 X1 이 상이한 재료 또는 형상을 갖는 경우를 지원할 수 없다.
또한, 전술한 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스는, 커패시터 C1 에 저장되는 방전 에너지가 일시적이기 때문에, 커패시터 C1 의 단위 시간당 방전 횟수, 즉, 이온의 생성량이 임의적으로 조절될 수 없는 문제점을 갖는다.
또한, 전술한 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스는 다음의 문제점을 갖는다. 방전부 X1 의 열화 또는 외부 물질의 부착 등에 기인하여 방전부 X1 의 커패시턴스가 증가하면, 고전압 생성 회로로부터의 출력 전압은 저하될 것이다 (도 17 참조). 이 출력 전압이 방전부 X1 의 방전 시작 전압 미만이 되는 경우, 방전이 중단될 수도 있고, 즉, 이온 생성이 중단될 수도 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 사이즈 감소될 수 있는 고전압 생성 회로, 이 고전압 생성 회로가 설비된 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스가 설비된 전기 장치를 제공하는 것이다.
또한, 제 2 목적은, 출력되는 고전압값을 조절할 수 있는 고전압 생성 회로, 방전부의 브레이크다운이 방지될 수 있도록 이 고전압 생성 회로가 설비된 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스가 설비된 전기 장치를 제공하는 것이다.
또한, 제 3 목적은, 출력되는 고전압값을 조절할 수 있는 고전압 생성 회로, 방전부의 방전 시작 전압에 따른 고전압 생성 회로의 사양에서의 변경이 필요없도록 이 고전압 생성 회로가 설비된 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스가 설비된 전기 장치를 제공하는 것이다.
또한, 제 4 목적은 출력되는 고전압의 생성 빈도를 조절할 수 있는 고전압 생성 회로, 이온의 생성량이 자유롭게 조절될 수 있도록 이 고전압 생성 회로가 설비된 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스가 설비된 전기 장치를 제공하는 것이다.
또한, 제 5 목적은, 출력되는 고전압값을 유지할 수 있는 고전압 생성 회로, 방전부의 커패시턴스값이 증가하는 경우에도 고전압 생성 회로로부터 출력되는 고전압값이 감소되도록 출력이 상수값으로 유지되게 조절할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비된 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스가 설비된 전기 장치를 제공하는 것이다.
전술한 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고전압 생성 회로는, DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 고전압을 전달하는 부스팅부, 이 부스팅부의 1 차 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트, 및 이 스위칭 엘리먼트의 온오프를 제어하는 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부를 포함한다. 이 구성에 따르면, DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압은 입력 전원으로서 상업적 AC 전원을 사용하지 않고 공급된다. 따라서, 스위칭 엘리먼트에는 높은 내전압 컴포넌트가 요구되지 않고, 방전 에너지의 일시적인 저장을 위한 큰 커패시턴스 및 높은 내전압을 갖는 커패시터를 제공할 필요가 없다. 이 때문에, 고전압 생성 회로는 크기가 감소될 수 있다. 그러나, DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압이 너무 크면, 스위칭 엘리먼트의 내전압을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압은 24 볼트 이하인 것이 바람직하다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 생성 회로에 관하여 전술한 제 2 목적 및 제 3 목적을 달성하기 위하여, 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호가 가변 펄스 폭을 갖는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 브레이크다운이 방지될 수 있다. 또한, 방전부의 방전 시작 전압에 따른 고전압 생성 회로의 사양을 변경할 필요가 없 어진다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 생성 회로들 각각에 관한 전술한 제 4 목적을 달성하기 위하여, 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호가 가변 펄스 간격을 갖는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압의 생성 빈도가 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부에 인가되는 고전압의 단위 시간당 생성 횟수, 즉, 방전부의 단위 시간당 방전 횟수가 조절될 수 있어서, 이온의 생성량이 조절될 수 있다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 생성 회로들 각각에 관한 전술한 제 5 목적을 달성하기 위하여, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압의 피크값에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및 이 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 포함하며, 이 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지되는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도 출력이 상수값으로 유지되도록 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 커패시턴스가 증가하여 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도, 출력이 상수값으로 유지되게 조절하는 것이 가능하다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 생성 회로들 각각에 관한 전술한 제 5 목적을 달성하기 위하여, 스위칭 엘리먼트와 부스팅부의 1 차 측 노드 전압의 피크값 에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및 이 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 포함하며, 이 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지되는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도 출력이 상수값으로 유지되도록 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 커패시턴스가 증가하여 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도, 출력이 상수값으로 유지되게 조절하는 것이 가능하다. 이러한 구성에서는 부스팅부의 2 차 측이 플로팅하는 것이 가능함을 유의해야 한다.
전술한 제 5 목적을 달성하기 위한 구성을 갖는 고전압 생성 회로에서는, 소정 주기 동안 피드백 전압이 항상 기준 전압보다 미만이면, 예를 들어, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭을 증가시키는 것이 바람직하다. 다른 방법으로, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압을 증가시키는 것이 가능하다.
부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압을 증가시키는 구성을 채택하는 경우, 예를 들어, 고전압 생성 회로가 초퍼형 (chopper type) 부스터 스위칭 조정기 (regulator) 를 포함하고, 부스터 스위칭 조정기의 출력 전압이 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압인 것이 바람직하다. 소정 주기 동안 피드백 전압이 항상 기준 전압 미만이면, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수를 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭을 증가시키는 구성을 채택하는 경우, 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭에 상한을 설정하는 것이 가능하고, 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭이 이 상한에 도달하는 경우 에러 출력을 생성하는 에러 출력부를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 관리가 수행될 수 있도록, 사용자는 방전부의 커패시턴스가 증가했음을 에러 출력으로부터 인식할 수 있다.
또한, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수를 증가시키는 구성을 채택하는 경우, 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수에 상한을 설정하는 것이 가능하고, 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수가 그 상한에 도달하는 경우 에러 출력을 생성하는 에러 출력부를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 관리가 수행될 수 있도록, 사용자는 방전부의 커패시턴스가 증가했음을 에러 출력으로부터 인식할 수 있다.
전력이 턴온되는 경우 전압 비교부가 동작하는 구성 또는 일정한 시간 간격에서만 전압 비교부가 동작하는 구성을 채택할 수 있다. 따라서, 전압 비교부의 전력 소모가 감소될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 고전압 회로 각각에서는, 예를 들어, 변압기 또는 트리거 코일이 부스팅부로서 사용될 수 있다. 스위칭 엘리먼트로서 MOS FET 또는 바이폴라 트랜지스터가 사용될 수 있다. 펄스 신호 생성부는 펄스 신호의 생성을 소프트웨어에 의해 제어하기 위한 마이크로컴퓨터일 수 있고, 또는 펄스 신호의 생성을 하드웨어에 의해 제어하기 위한 고객 특정 LSI 일 수 있다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 회로 각각에서는, 부스팅부가 펄스 신호 생성부로부터 전달된 펄스 신호 중 하나의 펄스에 대응하는 하나의 AC 임펄스 고전압을 전달하는 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 구성을 갖는 고전압 회로 각각에서는, 전술한 제 2 및 제 3 목적이 달성될 수 있도록, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달된 고전압값이 DC 전원으로부터 전달된 DC 전압값에 따라 변화하는 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이온 생성 디바이스는, 전술한 구성 중 임의의 하나를 갖는 고전압 생성 회로, 및 이 고전압 생성 회로로부터 고전압이 전달되는 방전부를 포함하며, 방전부는, 고전압 생성 회로로부터 전달된 고전압이 방전부에 인가되는 경우 이온을 생성한다.
또한, 전술한 구성을 갖는 이온 생성 디바이스에 관하여 전술한 제 2 및 제 3 목적을 달성하기 위해, 고전압 생성 회로로부터 전달된 고전압값이 조절될 수 있 도록, 고전압 생성 회로에 제공되는 펄스 신호 생성부로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭이 조절되는 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 구성을 갖는 이온 생성 디바이스 각각에 관하여 전술한 제 4 목적을 달성하기 위해, 이온의 생성량이 제어될 수 있도록, 고전압 생성 회로에 제공되는 펄스 신호 생성부로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 간격이 조절되는 구성을 채택하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 구성을 갖는 이온 생성 디바이스 각각에서는, 고전압 생성 회로에 제공되는 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달된 고전압을 양의 전압으로 정류하는 제 1 정류부 (예를 들어, 다이오드), 및 고전압 생성 회로에 제공되는 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달된 고전압을 음의 전압으로 정류하는 제 2 정류부 (예를 들어, 다이오드) 가 고전압 생성 회로에 제공되고, 방전부는, 제 1 정류부로부터의 양의 전압이 인가되는 제 1 방전부, 및 제 2 정류부로부터의 음의 전압이 인가되는 제 2 방전부를 갖는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 양의 전압이 인가되는 제 1 방전부는 양이온을 생성하여 이를 공기중에 발산시킬 수 있고, 음의 전압이 인가되는 제 2 방전부는 음이온을 생성하여 이를 공기중에 발산시킬 수 있다. 즉, 양이온 및 음이온 모두가 개별적으로 발산된다. 따라서, 생성된 양이온 및 음이온이 방전부의 전극 근처에서 서로 상쇄되어 소멸되는 것이 방지되어, 생성된 양이온 및 음이온이 공기중에 효과적으로 균형있게 발산될 수 있다.
또한, 전술한 구성을 갖는 이온 생성 디바이스 각각에서는, 부유 세균 등이 제거될 수 있도록, 방전부가 양이온 및 음이온 모두를 생성하는 것이 바람직하고, 양이온은 H+(H2O)m 이고 음이온은 O2 -(H2O)n (m, n 은 자연수) 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기 장치는 전술한 구성 중 임의의 하나를 갖는 이온 생성 디바이스, 및 이 이온 생성 디바이스에 의해 생성된 이온을 공기중으로 전달하는 전달부를 포함한다.
본 발명에 따르면, DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압은 입력 전원으로서 상업적 AC 전원을 사용하지 않고 공급된다. 따라서, 스위칭 엘리먼트에는 높은 내전압 컴포넌트가 요구되지 않고, 방전 에너지의 일시적인 저장을 위한 큰 커패시턴스 및 높은 내전압을 갖는 커패시터를 제공할 필요가 없다. 이 때문에, 고전압 생성 회로는 크기가 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 브레이크다운이 방지될 수 있다. 또한, 방전부의 방전 시작 전압에 따른 고전압 생성 회로의 사양을 변경할 필요가 없어진다.
또한, 본 발명에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압의 생성 빈도가 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부에 인가되는 고전압의 단위 시간당 생성 횟수, 즉, 방전부의 단위 시간당 방전 횟수가 조절될 수 있어서, 이온의 생성량이 조절될 수 있다.
이 구성에 따르면, 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도 출력이 상수값으로 유지되도록 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명이 이 이온 생성 디바이스에 적용되면, 방전부의 커패시턴스가 증가하여 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 저하되는 경우에도, 출력이 상수값으로 유지되게 조절하는 것이 가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태들을 설명한다. 도 1 은 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다. 도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 방전부를 갖는 이온 생성 엘리먼트 (11), 및 이 방전부에 고전압을 인가하기 위한 고전압 생성 회로 (100) 를 포함한다. 고전압 생성 회로 (100) 는, 2 차 측에 접속되는 방전부에 고전압을 공급하기 위한 배터리와 같은 DC 전원 (16) 으로부터 공급되는 DC 전압을 부스팅하기 위한 부스팅부 (12), 부스팅부 (12) 의 1 차 측에 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하기 위한 스위칭 엘리먼트 (13), 스위칭 엘리먼트 (13) 의 온오프를 제어하는 펄스 신호를 생성하기 위한 펄스 신호 생성부 (15), 및 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격을 조절하기 위한 타이머 (14) 를 포함한다. 또한, 고전압 생성 회로 (100) 로부터 전달된 고전압값을 조절하는 것, 및 고전압 생성 회로 (100) 로부터 전달된 고전압의 생성 빈도를 조절하는 것이 불필요하면, 펄스 신호 생성부 (15) 에 의해 생성된 펄스 신호의 파형을 고정시키도록 타이머 (14) 를 제거하는 것이 바람직하다.
도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스는 입력 전원으로서 상업적 AC 전원을 사 용하지 않으며, DC 전원 (16) 으로부터 전달된 DC 전압이 고전압 생성 회로 (100) 에 공급된다. 따라서, 스위칭 엘리먼트 (13) 는 높은 내전압 컴포넌트일 것이 요구되지 않고, 방전 에너지를 일시적으로 저장하기 위한 큰 커패시턴스 및 높은 내전압을 갖는 커패시터를 제공할 필요가 없다. 이 때문에, 고전압 생성 회로 (100) 는 사이즈가 감소될 수 있다. 그러나, DC 전원 (16) 으로부터 전달된 DC 전압이 너무 크면, 스위칭 엘리먼트 (13) 의 내전압을 증가시킬 필요가 있다. 따라서, DC 전원 (16) 으로부터 전달된 DC 전압은 24 볼트 이하인 것이 바람직하다.
도 2 는 도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 회로도이다. 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 방전부를 갖는 이온 생성 엘리먼트 (21) 및 방전부에 고전압을 인가하기 위한 고전압 생성 회로 (200) 를 포함한다. 고전압 생성 회로 (200) 는, DC 전원 (26) 으로부터 공급된 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 접속되는 방전부에 고전압을 전달하는 부스팅부로서 트리거 코일 (22), 트리거 코일 (22) 의 1 차 측에 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트로서 MOS FET (23), 및 MOS FET (23) 의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부 (24B) 와 이 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격을 조절하는 타이머 (24A) 를 갖는 프로세싱 유닛 (24) 을 포함한다. 프로세싱 유닛 (24) 의 일예로서, 펄스 신호의 생성, 및 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절을 소프트웨어에 의해 제어하는 마이크로컴퓨터, 또는 펄스 신호의 생성, 및 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절을 하드웨어에 의해 제어하는 고객 특정 LSI 가 존재한다.
DC 전원 (25) 의 양의 전극은 프로세싱 유닛 (24) 의 전원 단자에 접속된다. DC 전원 (26) 의 양의 전극은 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 의 일단 및 2 차 권선 L2 의 일단에 접속된다. DC 전원 (25) 의 음의 전극, DC 전원 (26) 의 음의 전극, 및 프로세싱 유닛 (24) 의 GND 단자는 접지된다. 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 의 타단은 MOS FET (23) 의 드레인 단자에 접속된다. MOS FET (23) 의 소스 단자는 접지된다. MOS FET (23) 의 게이트 단자는 프로세싱 유닛 (24) 의 펄스 신호 출력 단자에 접속된다. 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선의 타단은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 접속된다. 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 유도 전극은 접지된다.
여기서, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 구성예가 도 3a 및 도 3b 에 도시된다. 도 3a 는 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 평면도이고, 도 3b 는 라인 X-X 를 따라 절단된 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트는 유전체 (27; 상부 유전체 (27A) 및 하부 유전체 (27B)), 방전부 (방전 전극 (28A), 유도 전극 (28B), 방전 전극 콘택트 (28C), 유도 전극 콘택트 (28D), 접속 단자 (28E 및 28F) 및 접속 채널 (28G 및 28H) 및 코팅층 (29) 을 포함한다.
유전체 (27) 는, 서로 접착된 실질적인 직사각형 형상을 갖는 상부 유전체 (27A) 및 하부 유전체 (27B) 를 포함한다. 유전체 (27) 재료로서 무기 재료가 선택되면, 고순도 알루미나, 유리 세라믹, 포스터라이트 (forsterite), 스테타이트 (steatite) 등과 같은 세라믹을 사용할 수 있다. 또한, 유전체 (27) 재료로서 유기 재료가 선택되면, 산화 저항에서 우수한 폴리이미드, 유리 에폭시 등과 같은 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 내부식성의 면을 고려하면, 유전체 (27) 재료로서 무기 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이 전극 형성의 성형성 및 용이성을 고려하면, 유전체 (27) 를 형성하는데 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 방전 전극 (28A) 과 유도 전극 (28B) 사이의 절연 저항이 균일한 것이 바람직하기 때문에, 유전체 (27) 재료는 밀도의 적은 변동성 및 균일한 절연 팩터를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 (27) 의 형상은 실질적인 직사각형 형상 이외의 형상 (예를 들어, 디스크 형상, 타원 형상, 다각형판 형상 등) 또는 실린더 형상일 수도 있다. 그러나, 생산성을 고려하면, 본 구성예와 같은 판형 형상 (디스크 형상 및 직사각형 형상 포함) 을 채택하는 것이 바람직하다.
방전 전극 (28A) 은 상부 유전체 (27A) 의 표면 상에서 상부 유전체 (27A) 와 일체로 형성된다. 방전 전극 (28A) 의 재료로서, 재료가 전기 방전에 의해 용융되거나 변형되지 않는다는 조건하에, 예를 들어, 텅스텐과 같은 전기 도전성을 갖는 임의의 재료가 제한없이 사용될 수 있다.
또한, 유도 전극 (28B) 은 상부 유전체 (27A) 를 통해 방전 전극 (28A) 에 평행하게 배치된다. 이러한 배열은, 방전 전극 (28A) 과 유도 전극 (28B) 사이의 거리 (이하, 전극간 거리라고 함) 를 일정하게 할 수 있어서, 방전 전극과 유도 전극 사이의 절연 저항이 균등화될 수 있다. 따라서, 이온이 적절하게 생성될 수 있도록 방전 상태가 안정화될 수 있다. 또한, 유전체 (27) 가 실린더 형상을 가지면, 전극간 거리가 일정할 수 있도록, 방전 전극 (28A) 을 실린더의 외부 표면 상에 배치하고, 유도 전극 (28B) 을 샤프트와 같이 배치하는 것이 바람직하다. 재료가 전기 방전에 의해 용융되거나 변형되지 않는다는 조건 하에서, 방전 전극 (28A) 과 유사하게 유도 전극 (28B) 재료로서, 전기 도전성을 갖는, 예를 들어, 텅스텐과 같은 임의의 재료가 제한없이 사용될 수 있다.
방전 전극 콘택트 (28C) 는, 방전 전극 (28A) 과 동일한 표면에 (즉, 상부 유전체 (27A) 의 표면 상에) 형성된 접속 단자 (28E), 및 접속 채널 (28G) 을 통해 방전 전극 (28A) 에 전기적으로 접속된다. 따라서, 방전 전극 (28A) 은, 방전 전극 콘택트 (28C) 를 납 와이어 (구리 와이어, 알루미늄 와이어 등) 의 일단에 접속시키고, 납 와이어의 타단을 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 의 타단에 접속시킴으로써, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에 전기적으로 접속된다.
유도 전극 콘택트 (28D) 는, 유도 전극 (28B) 과 동일한 표면 상에 (즉, 하부 유전체 (27B) 의 표면 상에) 형성된 접속 단자 (28F), 및 접속 채널 (28H) 을 통해 유도 전극 (28B) 에 전기적으로 접속된다. 따라서, 유도 전극 (28B) 은, 유도 전극 콘택트 (28D) 를 납 와이어 (구리 와이어, 알루미늄 와이어 등) 의 일단에 접속시키고, 납 와이어의 타단을 접지시킴으로써, GND 전위로 설정될 수 있다.
또한, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트에서는, 국부 방전이 생성될 수 있도록, 방전 전극 (28A) 이 전계를 집중시키는 예각부를 갖는다.
다음으로, 도 2 를 다시 참조하여, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 동 작을 설명한다. 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 MOS FET (23) 이 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달된 펄스 신호에 의해 일시적으로 턴온되는 경우, 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 에 전류가 흐른다. 그 후, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 가 상호 유도에 의해 권선비에 따라 고전압을 생성하여, 이 고전압이 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 인가된다. 그 후, 프로세싱 유닛 (24) 의 타이머 (24A) 에 의해 제어되는 시간 간격에서 다음 펄스 신호가 전달될 때까지 MOS FET (23) 이 턴오프되어, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 고전압이 인가되지 않는다. 고전압을 생성하는 동작은 프로세싱 유닛 (24) 의 타이머 (24A) 에 의해 제어되는 시간 간격에서 전달되는 펄스 신호에 따라 반복된다.
도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에서 개별 부분의 전압은 도 4a 내지 도 4c 에 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 여기서, 도 4a 는 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압, 즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압의 파형을 도시하고, 도 4b 는 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호, 즉, MOS FET (23) 의 게이트 신호의 파형을 도시하고, 도 4c 는 트리거 코일 (22) 의 출력 전압의 파형을 도시한다.
도 4c 에 도시된 AC 임펄스 고전압은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 인가된다. 이 경우, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 인가되는 전압이 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전 시작 전압 ±VBD 에 도달 하면 (도 4c 참조), 주위 공기가 이온화되도록, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 표면 및 주변에서 코로나 방전이 생성된다. 양의 전압이 인가되는 경우 양이온 H+(H2O)m 이 생성되고, 음의 전압이 인가되는 경우 음이온 O2 -(H2O)n 이 생성되기 때문에 (m 및 n 은 자연수), 양이온으로서의 H+(H2O)m 및 음이온으로서의 O2 -(H2O)n 이 실질적으로 동일한 양으로 생성된다 (m 및 n 은 자연수).
또한, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성된 고전압의 피크값은, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭 및 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가된 전압 중 하나 이상을 조절함으로써 임의로 조절될 수 있다. 따라서, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 브레이크다운이 방지될 수 있다. 또한, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 시작 전압에 따라 고전압 생성 회로의 사양을 변경할 필요가 없다. 또한, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 간격을 조절함으로써, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 인가되는 AC 임펄스 고전압의 단위 시간당 생성 횟수, 즉, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 단위 시간당 방전 횟수가 조절될 수 있다.
도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에서 표 1 에 도시된 바와 같이, ±1.5 킬로볼트에서 방전을 시작하는 이온 생성 엘리먼트 A, ±2.0 킬로볼트에서 방전을 시작하는 이온 생성 엘리먼트 B 및 ±3.0 킬로볼트에서 방전을 시작하는 이온 생성 엘리먼트 C 를 포함하는 3 가지 타입의 이온 생성 엘리먼트에 관하여, 본 발명에 따른 고전압 생성 회로 (200) 에 의해 방전이 생성되는 예를 설명한다.
이온 생성 엘리먼트 방전 시작 전압
A ±1.5 kV
B ±2.0 kV
C ±3.0 kV
표 1 에 나타낸 바와 같이, 상이한 방전 시작 전압값을 갖는 이온 생성 엘리먼트 (이온 생성 엘리먼트 A 및 이온 생성 엘리먼트 B) 의 방전을 수행하는 제 1 예를 설명한다. DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 5a 에 도시된 바와 같이 5 볼트로 가정하고, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭은 도 5b 에 도시된 제 1 펄스와 같이 0.5 마이크로초로 가정한다. 그 후, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 5c 에 도시된 제 1 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±1.6 킬로볼트가 되어, ±1.5 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 A 는 방전할 수 있다. 그러나, 이러한 조건하에서, ±2.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 B 는 방전할 수 없다. 따라서, DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 5a 에 도시된 바와 같이 5 볼트로 유지되며, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭은 도 5b 에 도시된 제 2 펄스와 같이 1.0 마이크로초로 증가된다. 이 경우, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 5c 에 도시된 제 2 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±2.1 킬로볼트로 증가하여, ±2.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 B 는 방전할 수 있다. 제 1 예에서 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭과 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 사이의 관계가 표 2 에 나타나 있다.
IGE DSV 펄스 폭 입력 전압 출력 전압
A ±1.5 kV 0.5 μsec 5 V ±1.6 kV
B ±2.0 kV 1.0 μsec 5 V ±2.1 kV
IGE : 이온 생성 엘리먼트
DSV : 방전 시작 전압
0.5 마이크로초 및 1.0 마이크로초의 펄스 폭값은 예시일 뿐이며, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압은 트리거 코일 (22) 의 권선 L1 및 L2 의 권선수, 및 MOS FET (23) 의 턴온 시간 등에 따라 변화함을 유의해야 한다. 즉, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은, 사용되는 컴포넌트에 따라 펄스 폭을 조절함으로써 임의로 제어될 수 있다.
다음으로, 표 1 에 나타낸 바와 같이 상이한 방전 시작 전압값을 갖는 이온 생성 엘리먼트 (이온 생성 엘리먼트 A 및 이온 생성 엘리먼트 B) 의 방전을 수행하는 제 2 예를 설명한다. DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 6a 에 도시된 바와 같이 5 볼트로 가정하고, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭은 도 6b 에 도시된 제 1 펄스와 같이 0.5 마이크로초로 가정한다. 그 후, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 6c 에 도시된 제 1 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±1.6 킬로볼트가 되어, ±1.5 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 A 는 방전할 수 있다. 그러나, 이러한 조건 하에서, ±2.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 B 는 방전할 수 없다. 따라서, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 신호 폭은 도 6b 에 도시된 바와 같이 0.5 마이크로초로 유지되며, DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 6a 에 도시된 바와 같이 10 볼트로 증가된다. 이 경우, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 6c 에 도시된 제 2 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±2.1 킬로볼트로 증가하여, ±2.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 B 가 방전할 수 있다. 제 2 예에서, DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 로 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 과 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 표 3 에 나타나 있다.
IGE DSV 펄스 폭 입력 전압 출력 전압
A ±1.5 kV 0.5 μsec 5 V ±1.6 kV
B ±2.0 kV 0.5 μsec 10 V ±2.1 kV
IGE : 이온 생성 엘리먼트
DSV : 방전 시작 전압
DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 로 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 으로서의 값 5 볼트 및 10 볼트, 및 펄스 폭으로서의 값 0.5 마이크로초는 예시일 뿐이며, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압은, 트리거 코일 (22) 의 권선 L1 및 L2 의 권선수, 및 MOS FET (23) 의 턴온 시간 등에 따라 변화된다. 즉, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은, 사용되는 컴포넌트에 따라 트리거 코일 (22) 의 입력 전압 및 펄스 폭을 조절함으로써 임의로 제어될 수 있다.
다음으로, 표 1 에 나타낸 바와 같이 상이한 방전 시작 전압값을 갖는 이온 생성 엘리먼트 (이온 생성 엘리먼트 A 및 이온 생성 엘리먼트 C) 의 방전을 수행하는 제 3 예를 설명한다. DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 7a 에 도시된 바와 같이 5 볼트로 가정하고, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭은 도 7b 에 도시된 제 1 펄스와 같이 0.5 마이크로초로 가정한다. 그 후, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 7c 에 도시된 제 1 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±1.6 킬로볼트가 되어, ±1.5 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 A 는 방전할 수 있다. 그러나, 이러한 조건 하에서, ±3.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 C 는 방전할 수 없다. 따라서, DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 은 도 7a 에 도시된 바와 같이 10 볼트로 증가되며, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭은 도 7b 에 도시된 제 2 펄스와 같이 1.0 마이크로초로 증가된다. 그 후, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은 도 7c 에 도시된 제 2 AC 임펄스 고전압과 같이 피크값으로서 ±3.1 킬로볼트로 증가되어, ±3.0 킬로볼트의 방전 시작 전압을 갖는 이온 생성 엘리먼트 C 는 방전할 수 있다. 제 3 예에서, DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 과, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭 및 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 사이의 관계가 표 4 에 나타나 있다.
IGE DSV 펄스 폭 입력 전압 출력 전압
A ±1.5 kV 0.5 μsec 5 V ±1.6 kV
C ±3.0 kV 1.0 μsec 10 V ±3.1 kV
IGE : 이온 생성 엘리먼트
DSV : 방전 시작 전압
DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 로 인가되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 입력 전압) 으로서의 값 5 볼트 및 10 볼트, 및 펄스 폭으로서의 값 0.5 마이크로초 및 1.0 마이크로초는 예시일 뿐이며, 트리거 코일 (22) 의 출력 전압은, 트리거 코일 (22) 의 권선 L1 및 L2 의 권선수, 및 MOS FET (23) 의 턴온 시간 등에 따라 변화된다. 즉, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 은, 사용되는 컴포넌트에 따라 트리거 코일 (22) 의 입력 전압 및 펄스 폭을 조절함으로써 임의로 제어될 수 있다.
다음으로, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 이온의 생성양이 증가되는 예를 설명한다. 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 간격이, 도 8b 에 도시된 제 1 펄스와 제 2 펄스 사이의 간격으로서 2 밀리초로부터 제 2 펄스 내지 제 3 펄스 사이의 간격으로서 1 밀리초로 감소되면, 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에서 생성되는 전압 (트리거 코일 (22) 의 출력 전압) 의 주파수는, 도 8c 에 도시된 제 1 및 제 2 AC 임펄스 고전압의 주파수로서 500 Hz 로부터 제 2 및 제 3 AC 임펄스 고전압의 주파수로서 1 kHz 까지 증가한다. 즉, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부에서의 방전 횟수가 2 배가 되어, 이온의 생성량 또한 이론상 2 배가 된다.
또한, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에서 부스팅부의 1 차 측에서 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하기 위한 스위칭 엘리먼트로서 MOS FET (23) 이 사용되지만, 도 9 에 도시된 구성을 갖도록 MOS FET (23) 대신에 바이폴라 트랜지스터를 사용하여, 동일한 효과를 획득할 수 있는 것이 가능하다.
또한, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에서 부스팅부로서 트리거 코일 (22) 이 사용되지만, 도 10 에 도시된 구성을 갖는 트리거 코일 (22) 대신에 변압기를 사용하여, 동일한 효과를 획득할 수 있는 것이 가능하다. 이 경우, 변압기의 2 차 권선의 일단은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전 전극에 전기적으로 접속되며, 변압기의 2 차 권선의 타단은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 유도 전극에 전기적으로 접속된다.
또한, 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스는, 양이온과 음이온을 동일한 양만큼 생성하는 이온 생성 디바이스에 한정되지 않는다. 양이온만이 생성되도록, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 트리거 코일 (22) 의 2 차 측 상에 정류 다이오드가 도 11 에 도시된 바와 같이 배치되는 또 다른 구성을 채택할 수 있다. 다른 방법으로, 음이온만이 생성되도록, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 트리거 코일 (22) 의 2 차 측상에 정류 다이오드가 도 12 에 도시된 바와 같이 배치된 또 다른 구성을 채택할 수 있다. 도 11 및 도 12 에 도시된 이온 생성 디바이스는 부유 세균 등을 제거할 수는 없지만, 전술한 제 1 내지 제 4 목적을 달성할 수 있다.
또한, 도 4a 내지 4c, 도 5a 내지 5c, 도 6a 내지 6c, 도 7a 내지 7c, 및 도 8a 내지 8c 에서 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호 중 하나의 펄스에 대응하여 하나의 AC 임펄스 고전압이 생성되지만, 프로세싱 유닛 (24) 으로부터 전달되는 펄스 신호에서 복수의 펄스에 대응하여 하나의 AC 임펄스 고전압이 생성되는 또 다른 구성을 채택할 수 있다.
다음으로, 도 13 을 참조하여, 복수의 방전부가 설비된 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 구성예를 설명한다. 도 13 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 2 개의 방전부를 갖는 이온 생성 엘리먼트 (32), 및 방전부에 고전압을 인가하는 고전압 생성 회로를 포함한다. 도 13 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공되는 고전압 생성 회로는, 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공된 고전압 생성 회로 (200) 에 부가된 정류 다이오드 (30 및 31) 를 포함하는 구성을 갖는다. 정류 다이오드 (30) 의 애노드 및 정류 다이오드 (31) 의 캐소드는 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 에 접속되고, 정류 다이오드 (30) 의 캐소드는 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 1 방전부의 제 1 방전 전극 (33A) 에 전기적으로 접속되고, 정류 다이오드 (31) 의 애노드는 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 2 방전부의 제 2 방전 전극 (34A) 에 전기적으로 접속된다. 또한, 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 1 방전부의 제 1 유도 전극 (33B) 및 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 2 방전부의 제 2 유도 전극 (34B) 은 접지된다.
이러한 구성에 따르면, 양의 전압이 인가되는 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 1 방전부에 의해 양이온이 생성되어 공기중에 발산되며, 음이온이 인가되는 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 제 2 방전부에 의해 음이온이 생성되어 공기중에 발산된다. 즉, 양이온 및 음이온 모두가 개별적으로 발산된다. 따라서, 생성된 양이온 및 음이온이 이온 생성 엘리먼트의 전극 근처에서 서로 상쇄되어 소멸되는 것이 방지될 수 있어, 생성된 양이온 및 음이온이 공기중에 효과적으로 균형있게 발산될 수 있다.
여기서, 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 구성예가 도 14a 및 도 14b 에 도시되어 있다. 도 14a 는 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 평면도이고, 도 14b 는 라인 X-X 를 따라 절단된 이온 생성 엘리먼트 (32) 의 단면도이다.
도 14a 및 도 14b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트는 제 1 방전부 (제 1 방전 전극 (33A), 제 1 유도 전극 (33B), 방전 전극 콘택트 (33C), 유도 전극 콘택트 (33D), 접속 단자 (33E 및 33F), 및 접속 채널 (33G 및 33H)), 제 2 방전부 (제 2 방전 전극 (34A), 제 2 유도 전극 (34B), 방전 전극 콘택트 (34C), 유도 전극 콘택트 (34D), 접속 단자 (34E 및 34F), 및 접속 채널 (34G 및 34H)), 유전체 (35; 상부 유전체 (35A) 및 하부 유전체 (35B)) 및 코팅층 (36) 을 포함한다. 도 14a 및 도 14b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트는, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 2 개의 이온 생성 엘리먼트가 결합된 구성을 갖는다. 도 3a 및 도 3b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트의 구성은 이미 상세히 설명했으므로, 도 14a 및 도 14b 에 도시된 이온 생성 엘리먼트의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 전술한 제 5 목적을 달성할 수 있는 이온 생성 디바이스를 설명한다. 도 18 은 전술한 제 5 목적을 달성할 수 있는 이온 생성 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 회로도이다. 도 18 에서 부분들 중 도 2 에 도시된 부분들과 동일한 부분은 동일한 부호로 표시된다.
도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스에는, 전달된 고전압값의 피드백에 의해 출력 전압을 상수값으로 유지할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비되고, 방전부의 커패시턴스의 증가 때문에, 고전압 생성 회로로부터 전달된 고전압값이 감소되는 경우에도 출력을 상수값으로 유지하도록 조절할 수 있다.
도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 방전부를 갖는 이온 생성 엘리먼트 (21), 및 방전부에 고전압을 인가하기 위한 고전압 생성 회로 (300) 를 포함한다. 고전압 생성 회로 (300) 는, DC 전원 (26) 으로부터 전달된 DC 전압을 부스팅하고 2 차 측에 접속된 방전부에 고전압을 공급하는 부스팅부로서 트리거 코일 (22); 트리거 코일 (22) 의 1 차 측에 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트로서 바이폴라 트랜지스터 TR1; 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부 (24B), 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격을 조절하기 위한 타이머 (24A), 기준 전압 VREF 를 전달하기 위한 기준 전압 회로 (24C) 및 피드백 전압 VFB 을 기준 전압 VREF 와 비교하기 위한 전압 비교부 (24D) 를 갖는 프로세싱 유닛 (24'); 트리거 코일 (22) 에 의해 부스팅된 고전압을 분배하기 위한 저항 (R11 및 R12) 을 갖는 전압 분배 회로 (37); 및 피드백 전압 VFB 을 생성하기 위해 전압 분배 회로 (37) 의 출력 전압을 정류하고 평활화하기 위한 다이오드 (D11), 커패시터 (C11) 및 저항 (R13) 을 갖는 피크 홀드 회로 (38) 을 포함한다. 프로세싱 유닛 (24') 의 예로서, 펄스 신호의 생성, 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절, 및 피드백 전압 VFB 의 기준 전압 VREF 와의 비교를 소프트웨어에 의해 제어하는 마이크로컴퓨터, 또는 펄스 신호의 생성, 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절, 및 피드백 전압 VFB 의 기준 전압 VREF 와의 비교를 하드웨어에 의해 제어하는 고객 특정 LSI 가 존재한다.
DC 전원 (25) 의 양의 전극은 프로세싱 유닛 (24') 의 전원 단자에 접속된다. DC 전원 (26) 의 양의 전극은 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 의 일단 및 2 차 권선 L2 의 일단에 접속된다. DC 전원 (25) 의 음의 전극, DC 전원 (26) 의 음의 전극, 및 프로세싱 유닛 (24') 의 GND 단자는 접지된다. 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 의 타단은 npn 형 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 단자에 접속된다. 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 에미터 단자는 접지된다. 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 단자는 프로세싱 유닛 (24') 의 펄스 신호 출력 단자에 접속된다. 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 의 타단은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극 및 저항 R11 의 일단에 접속된다. 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 유도 전극은 접지된다. 저항 R11 의 타단은 저항 R12 의 일단 및 다이오드 D11 의 애노드 단자에 접속된다. 저항 R12 의 타단은 접지된다. 다이오드 D11 의 캐소드 단자는 커패시터 C11 의 일단, 저항 R13 의 일단 및 프로세싱 유닛 (24') 의 피드백 전압의 입력 단자에 접속된다. 커패시터 C11 의 타단 및 저항 R13 의 타단은 접지된다. 예를 들어, 고전압 생성 회로 (300) 가 ±1.5 킬로볼트의 피크값을 갖는 AC 임펄스 고전압을 이온 생성 엘리먼트 (21) 에 인가하고 피드백 전압 VFB 가 +1.5 볼트 값으로 설정되면, 회로 엘리먼트의 상수는, 예를 들어, 다음과 같이 설정된다. 저항 R11 의 저항값이 1 메가옴으로 설정되고, 저항 R12 의 저항값이 1 킬로옴으로 설정되고, 커패시터 C11 의 커패시턴스값이 0.01 마이크로패럿으로 설정되고, 저항 R13 의 저항값이 1 메가옴으로 설정된다.
다음으로, 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스의 동작을 설명한다. 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 에 전류가 흐르도록 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호에 의해 바이폴라 트랜지스터 TR1 이 일시적으로 턴온되는 경우, 상호 유도가 트리거 코일 (22) 의 2 차 권선 L2 로 하여금 권선비에 의해 결정되는 고전압을 생성하게 하여, 이 전압이 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 인가된다. 이와 동시에, 트리거 코일 (22) 에 의해 생성된 고전압은, 저항 R11 및 저항 R12 를 포함하는 전압 분배 회로 (37) 에 의해 분배된다. 전압 분배 회로 (37) 의 출력 전압이 피크 홀드 회로 (38) 에 공급되어, 다이오드 D11 에 의해 정류된다. 그 후, 전압의 피크값이 커패시터 C11 및 저항 R13 에 의해 홀드되고, 피드백 전압 VFB 로 변환된다. 피크 홀드 회로 (38) 로부터 전달된 피드백 전압 VFB 가 프로세싱 유닛 (24') 의 피드백 입력 단자에 공급된다. 그 후, 프로세싱 유닛 (24') 의 전압 비교부 (24D) 가 피드백 전압 VFB 와 기준 전압 VREF 를 비교한다. 소정의 주기 동안 피드백 전압 VFB 가 항상 기준 전압 VREF 미만이면, 즉, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압이 저하되면, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 간격을 변경시키지 않으면서 그 펄스 폭만을 증가시키기 위해 타이머 (24A) 가 그 설정을 변경한다. 따라서, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압이 저하되면, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압이 증가하도록, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭은 증가된다. 따라서, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압은 상수값으로 유지될 수 있다.
그 후, 프로세싱 유닛 (24') 의 타이머 (24A) 에 의해 제어되는 시간 간격에서 다음 펄스 신호가 전달될 때까지, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 고전압이 인가되지 않도록 바이폴라 트랜지스터 TR1 가 턴오프된다. 고전압을 생성하는 동작은, 프로세싱 유닛 (24') 의 타이머 (24A) 에 의해 제어되는 간격에서 생성되는 펄스 신호에 응답하여 반복된다.
여기서, 도 19a 및 도 19b 를 참조하여, 피크 홀드 회로 (38) 의 동작을 설명한다. 도 19a 및 도 19b 는 피크 홀드 회로 (38) 의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시하는 도면이다. 도 19a 에 도시된 전압 E4 는 피크 홀드 회로 (38) 의 입력 전압이다. 도 19b 에 도시된 전압 E5 는, 다이오드 D11 에 의한 정류, 및 커패시터 C11 및 저항 R13 에 의한 피크 홀드 이후의 전압이며, 피크 홀드 회로 (38) 의 출력 전압이다. 도 19b 에 도시된 전압 E6 은 다이오드 D11 에 의한 정류 이후의 전압이다. 피크 홀드 회로 (38) 의 입력 전압 E4 는 반파 정류로서 다이오드 D11 에 의해 정류되어 도 19b 에 도시된 전압 E6 이 된다. 그 후, 커패시터 C11 은, 반파 정류가 주기 t1 내지 t2 동안 증가한 후 전압 E6 으로 충전된다. 커패시터 C11 이 충전되는 시간은 통상 짧기 때문에, 피크 홀드 회로 (38) 의 출력 전압 E5 는 반파 정류 이후 전압 E6 에 실질적으로 후속한다. 그 후, 주기 t2 내지 t3 동안 커패시터 C11 은 방전된다. 방전 시간은, 커패시터 C11 의 커패시턴스값과 저항 R13 의 저항값과의 곱인 시상수에 의해 결정된다. 커패시터 C11 가 방전되는 주기 동안, 피크 홀드 회로 (38) 의 출력 전압 E5 는 반파 정류 이후 전압 E6 에 후속하지 않는다. 그 결과, 피크 홀드 회로 (38) 의 출력 전압 E5 는, 피크 홀드 회로 (38) 의 입력 전압 E4 에 비교하여, 피크 홀드 이후 평탄한 파형을 갖는다.
도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압은 도 20a 내지 20e 에 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 여기서, 도 20a 는 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가된 전압의 파형, 즉 트리거 코일 (22) 의 입력 전압의 파형을 도시하고, 도 20b 는 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호의 파형을 도시하고, 도 20c 는 트리거 코일 (22) 의 출력 전압의 파형을 도시하고, 도 20d 는 전압 분배 회로 (37) 로부터 피크 홀드 회로 (38) 에 공급되는 전압의 파형을 도시하고, 도 20e 는 피크 홀드 회로 (38) 로부터 전달된 피드백 전압 VFB 의 파형, 및 프로세싱 유닛 (24') 의 기준 전압 회로 (24C) 로부터 전달된 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
도 21a 내지 21e 는 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시하며, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압이 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부에서의 커패시턴스의 증가 영향에 따라 감소하는 경우 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압을 유지하기 위해 피드백 회로 (전압 분배 회로 (37), 피크 홀드 회로 (38), 기준 전압 회로 (24C), 및 전압 비교부 (24D)) 가 동작하는 상태를 나타낸다. 도 21a 는 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (22) 에 인가되는 전압의 파형, 즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압의 파형을 도시하고, 도 21b 는 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호를 도시하고, 도 21c 는 트리거 코일 (22) 의 출력 전압의 파형을 도시하고, 도 21d 는 전압 분배 회로 (37) 로부터 피크 홀드 회로 (38) 에 공급되는 전압의 파형을 도시하고, 도 21e 는 피크 홀드 회로 (38) 로부터 전달되는 피드백 전압 VFB 의 파형, 및 프로세싱 유닛 (24') 의 기준 전압 회로 (24C) 로부터 전달되는 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
타이머 (24A) 는 각각의 펄스 간격에서 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압 레벨에 따라 다음 펄스 간격에서의 펄스 폭을 설정한다. 제 1 펄스 간격 T1 에서는, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 고레벨을 갖는 주기가 존재하여 (도 21e 참조), 타이머 (24A) 는 제 2 펄스 간격 T2 에서의 펄스 폭을 0.5 마이크로초 (표준값) 로 설정한다. 제 2 펄스 간격 T2 에서는, 고전압 생성 회로 (300) 의 출력 전압이 이온 생성 엘리먼트의 방전부에서의 커패시턴스의 증가 영향으로 저하된다 (도 21C 참조). 그 결과, 피드백 전압 VFB 는, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 고레벨을 갖는 주기가 존재하지 않도록 항상 기준 전압 VREF 미만이다 (도 21e 참조). 따라서, 타이머 (24A) 는 제 3 펄스 간격 T3 에서의 펄스 폭을 1.0 마이크로초로 설정한다 (도 21b 참조). 펄스 폭값 0.5 마이크로초 및 1.0 마이크로초는 예시임을 유의해야 한다.
다음으로, 전술한 제 5 목적을 달성할 수 있는 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태가 도 22 에 도시된다. 도 22 에 도시된 부분 중 도 18 에 도시된 부분과 동일한 부분은 동일한 부호로 표시되어, 상세한 설명은 생략한다.
도 22 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 이 이온 생성 디바이스가 저항 R14 에 흐르는 출력 전류 I1 에 의해 생성된 전압에 기초하여 피드백 전압 VFB 를 생성한다는 점에서 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스와 상이하지만, 고전압 출력 및 피드백 회로에 의한 그 출력 전압의 유지를 위한 또 다른 동작들은 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스와 동일하다. 예를 들어, 15 mA 인 출력 전류 I1 이 저항 R14 에 흐르는 경우 생성되는 전압에 기초하여 생성된 +1.5 볼트인 피드백 전압 VFB 를 사용하면, 회로 엘리먼트를 상수로 설정하기 위한 일예로서 저항 R14 의 저항값은 100 옴으로 설정되고, 커패시터 C11 의 커패시턴스값은 0.01 마이크로패럿으로 설정되고, 저항 R13 의 저항값은 1 메가옴으로 설정된다.
도 23a 내지 도 23e 는 도 22 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시한다. 도 24a 내지 도 24e 는 도 22 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시하며, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부에서의 커패시턴스의 증가 영향에 따라 고전압 생성 회로 (400) 의 출력 전압이 감소하는 경우, 고전압 생성 회로 (400) 의 출력 전압을 유지하기 위해 피드백 회로 (저항 R14, 피크 홀드 회로 (38), 기준 전압 회로 (24C), 및 전압 비교부 (24D) 를 포함함) 가 동작하는 상태를 나타낸다. 도 23a 내지 도 23e 에 도시된 전압 파형은 도 20a 내지 도 20e 에 도시된 전압 파형과 유사하며, 도 24a 내지 도 24e 에 도시된 전압 파형은 도 21a 내지 도 21e 에 도시된 전압 파형과 유사하다. 따라서, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 전술한 제 5 목적을 달성할 수 있는 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태가 도 25 에 도시된다. 도 25 에 도시된 부분 중 도 18 에 도시된 부분과 동일한 부분은 동일한 부호로 표시되어, 상세한 설명은 생략한다.
도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 소정의 주기 동안 피드백 전압 VFB 가 항상 기준 전압 VREF 미만인 경우 고전압 생성 회로 (500) 의 출력 전압을 증가시키기 위해, 초퍼형 부스터 스위칭 조정기 (39) 의 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 소정 시간당 펄스의 수를 증가시킴으로써 (소정 시간당 스위칭 횟수를 증가시킴으로써) DC 전원 (26) 의 전압으로부터 트리거 코일 (22) 의 입력 전압을 부스팅하는 방법을 채택한다. 따라서, 도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 이 이온 생성 디바이스가 부가적 부스터 스위칭 조정기 (39) 를 갖는다는 점 및 프로세싱 유닛의 내부 구성에 있어서 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스와는 상이하다.
부스터 스위칭 조정기 (39) 는, 스위칭 트랜지스터인 바이폴라 트랜지스터 TR2, 코일 L11, 다이오드 D12, 및 커패시터 C12 를 포함한다. 프로세싱 유닛 (24") 은, 부스터 스위칭 조정기 (39) 를 스위칭하기 위한 펄스 신호를 전달하는 부스터 스위칭 조정기에 대해 추가적인 펄스 신호 생성부 (24E) 를 포함한다. 트리거 코일 (22) 의 1 차 권선 L1 에 흐르는 전류를 스위칭 하기 위한 펄스 신호의 펄스 폭은 일정할 수 있다. 따라서, 전압 비교부 (24D) 의 결과가 타이머 (24A) 에 대해 반영되지 않고, 부스터 스위칭 조정기에 대한 펄스 신호 생성부 (24E) 로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 횟수에 대해 반영되도록 구성된다.
여기서, 도 26a 내지 도 26c 를 참조하여, 부스터 스위칭 조정기 (39) 와 동일한 구성을 갖는 부스터 스위칭 조정기의 동작을 설명한다. 먼저, 트랜지스터 TR 이 턴온되는 경우, 코일 L 에 에너지가 저장된다. 이 경우, 코일 L 의 입력 측은, 그 출력 측이 음전위가 되는 동안 양전위가 된다 (도 26a 참조). 다음으로, 트랜지스터 TR 이 턴오프되는 경우, 코일 L 은, 렌츠의 법칙에 따라 계속적으로 전류가 흐르게 하여, 저장된 에너지가 방전된다. 이 경우, 코일 L 의 출력 측은, 입력측이 음전위인 동안 양전위가 된다. 트랜지스터 TR 이 턴오프되기 때문에, 전류는 다이오드 D 를 통해 커패시터 C 및 로드 OUT 으로 흐른다 (도 26b 참조). 트랜지스터 TR 이 다시 턴온되는 경우, 코일 L 은 다시 에너지를 저장한다. 커패시터 C 에 저장된 에너지는 전류가 로드 OUT 에 흐르게 한다. 커패시터 C 에 저장된 에너지는 다이오드 D 때문에 트랜지스터 TR 에 흐르지 않고 로드 OUT 으로만 흐른다 (도 26c 참조). 코일에 저장된 에너지가 크면, 전압이 증가하도록 커패시터 C 에 저장될 에너지가 증가한다.
도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압은 도 27a 내지 도 27f 에 도시된 바와 같은 파형을 갖는다. 여기서, 도 27a 는 프로세싱 유닛 (24") 으로부터 부스터 스위칭 조정기 (39) 로 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR2 의 베이스 신호의 파형을 도시한다. 도 27b 는, DC 전원 (26) 의 전압으로부터 부스터 스위칭 조정기 (39) 에 의해 부스팅되는 트리거 코일 (22) 에 인가될 전압의 파형, 즉 트리거 코일 (22) 의 입력 전압의 파형을 도시한다. 도 27c 는 프로세싱 유닛 (24") 으로부터 바이폴라 트랜지스터 TR1 에 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호의 파형을 도시한다. 도 27d 는 트리거 코일 (22) 의 출력 전압의 파형을 도시한다. 도 27e 는, 전압 분배 회로 (37) 로부터 피크 홀드 회로 (38) 로 공급되는 전압의 파형을 도시한다. 도 27f 는, 피크 홀드 회로 (38) 로부터 전달되는 피드백 전압 VFB 및 프로세싱 유닛 (24") 의 기준 전압 회로 (24C) 로부터 전달되는 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
도 28a 내지 도 28f 는, 고전압 생성 회로 (500) 의 출력 전압이 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 커패시턴스 증가 영향에 따라 저하되는 경우, 고전압 생성 회로 (500) 의 출력 전압을 유지하기 위해 피드백 회로 (전압 분배 회로 (37), 피크 홀드 회로 (38), 기준 전압 회로 (24C), 및 전압 비교부 (24D) 포함) 가 동작하는 상태를 나타내는, 도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시한다. 도 28a 는 프로세싱 유닛 (24") 으로부터 부스터 스위칭 조정기 (39) 로 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR2 의 베이스 신호의 파형을 도시한다. 도 28b 는 DC 전원 (26) 의 전압으로부터 부스터 스위칭 조정기 (39) 에 의해 부스팅되는 트리거 코일 (22) 에 인가될 전압의 파형, 즉, 트리거 코일 (22) 의 입력 전압의 파형을 도시한다. 도 28c 는 프로세싱 유닛 (24") 으로부터 바이폴라 트랜지스터 TR1 에 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호의 파형을 도시한다. 도 28d 는 트리거 코일 (22) 의 출력 전압의 파형을 도시한다. 도 28e 는 전압 분배 회로 (37) 로부터 피크 홀드 회로 (38) 에 공급되는 전압의 파형을 도시한다. 도 28f 는 피크 홀드 회로 (38) 로부터 전달되는 피드백 전압 VFB 의 파형 및 프로세싱 유닛 (24") 의 기준 전압 회로 (24C) 으로부터 전달되는 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
부스터 스위칭 조정기를 위한 펄스 신호 생성부 (24E) 는, 각각의 소정 시간에 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압 레벨에 따라 다음 소정 시간 동안의 펄스 수를 설정한다. 제 1 소정 시간 PT1 에서는, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 하이 레벨을 갖는 주기가 존재하여 (도 28f 참조), 부스터 스위칭 조정기에 대한 펄스 신호 생성부 (24E) 가 제 2 소정 시간 PT2 에서의 펄스 수를 3 (표준값) 으로 설정한다. 제 2 소정 시간 PT2 에서는, 이온 생성 엘리먼트의 방전부의 증가된 커패시턴스 영향 때문에, 고전압 생성 회로 (500) 의 출력 전압이 저하된다 (도 28d 참조). 그 결과, 피드백 전압 VFB 는, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 하이 레벨을 갖는 주기가 존재하지 않도록 항상 기준 전압 VREF 미만이다 (도 28f 참조). 따라서, 부스터 스위칭 조정기에 대한 펄스 신호 생성부 (24E) 는 제 3 소정 시간 PT3 에서의 펄스 수를 6 으로 설정한다 (도 28a 참조). 펄스 수 3 및 6 은 예시임을 유의해야 한다.
다음으로, 전술한 제 5 목적을 달성할 수 있는 이온 생성 디바이스의 또 다른 예가 도 29 에 도시되어 있다. 도 29 에 도시된 부분 중 도 18 에 도시된 부분과 동일한 부분은 동일한 부호로 표시되어, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 고전압 생성 회로의 출력 전압으로서 고전압을 생성하는 부스팅부의 1 차 측에서의 전압값을 피드백하는 방법을 채택하여, 고전압 생성 회로의 출력 전압은 상수값으로 유지된다.
도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스는, 방전부를 갖는 이온 생성 엘리먼트 (21), 및 방전부에 고전압을 인가하기 위한 고전압 생성 회로 (600) 를 포함한다. 고전압 생성 회로 (600) 는, 2 차 측에 접속된 방전부에 고전압을 전달하기 위한 DC 전원 (26) 으로부터 전달되는 DC 전압을 부스팅하는 부스팅부인 트리거 코일 (40); 트리거 코일 (40) 의 1 차 측에 흐르는 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트인 바이폴라 트랜지스터 TR1; 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부 (24B), 이 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격을 조절하는 타이머 (24A), 기준 전압 VREF 를 전달하는 기준 전압 회로 (24C) 및 피드백 전압 VFB 를 기준 전압 VREF 와 비교하는 전압 비교부 (24D) 를 갖는 프로세싱 유닛 (24'); 및 트리거 코일 (40) 의 1 차 측 및 바이폴라 트랜지스터 TR1 에서의 노드 전압을 정류하는 다이오드 D13, 이 다이오드 D13 에 의해 정류된 전압을 분배하는 저항 R15 및 R16, 및 피드백 전압 VFB 를 생성하기 위해 저항 R15 및 R16 에 의해 분배된 전압을 평활화하는 커패시터 C13 을 갖는 피크 홀드 회로 (41) 를 포함한다. 프로세싱 유닛 (24') 의 일 예로서, 펄스 신호의 생성, 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절, 및 피드백 전압 VFB 와 기준 전압 VREF 와의 전압 비교를 소프트웨어에 의해 제어하는 마이크로컴퓨터, 또는 펄스 신호의 생성, 펄스 신호의 펄스 폭과 펄스 간격의 조절, 및 피드백 전압 VFB 와 기준 전압 VREF 와의 전압 비교를 하드웨어에 의해 제어하는 고객 특정 LSI 가 존재한다.
DC 전원 (25) 의 양의 전극이 프로세싱 유닛 (24') 의 전원 단자에 접속된다. DC 전원 (26) 의 양의 전극은 트리거 코일 (40) 의 1 차 권선 L1 의 일단에 접속된다. DC 전원 (25) 의 음의 전극, DC 전원 (26) 의 음의 전극, 및 프로세싱 유닛 (24') 의 GND 단자는 접지된다. 트리거 코일 (40) 의 1 차 권선 L1 의 타단은 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 단자에 접속된다. 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 에미터 단자는 접지된다. 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 단자는 프로세싱 유닛 (24') 의 펄스 신호 출력 단자에 접속된다. 트리거 코일 (40) 의 2 차 권선 L2 의 양단은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 유도 전극 및 방전 전극에 접속된다. 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 단자는 다이오드 D13 의 애노드 단자에 접속된다. 다이오드 D13 의 캐소드 단자는 저항 R15 의 일단에 접속된다. 저항 R15 의 타단은 저항 R16 의 일단, 커패시터 C13 의 일단 및 프로세싱 유닛 (24') 의 피드백 단자에 접속된다. 저항 R16 의 타단 및 커패시터 C13 의 타단은 접지된다. 예를 들어, 고전압 생성 회로 (600) 가 3 킬로볼트의 피크투피크 전위차를 갖는 AC 임펄스 고전압을 이온 생성 엘리먼트 (21) 에 공급하는 경우 피드백 전압 VFB 를 +1.5 볼트로 설정하면, 회로 엘리먼트 상수를 설정하는 일 예로, 트리거 코일 (40) 의 1 차 권선 L1 의 인덕턴스값은 0.256 μH 로 설정되고, 트리거 코일 (40) 의 2 차 권선 L2 의 인덕턴스값은 23 mH 로 설정되고, 저항 R15 의 저항값은 33 킬로옴으로 설정되고, 저항 R16 의 저항값은 180 킬로옴으로 설정되고, 커패시터 C13 의 커패시턴스값은 4.7 nF 으로 설정된다.
다음으로, 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스의 동작을 설명한다. 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 트리거 코일 (40) 의 1 차 권선 L1 에 전류가 흐르도록, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호가 바이폴라 트랜지스터 TR1 을 턴온하는 경우, 상호 유도는, 트리거 코일 (40) 의 2 차 권선 L2 에서의 권선비에 의해 결정되는 고전압의 생성을 유발하고, 이 고전압은 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 유도 전극와 방전 전극 사이에 인가된다. 이와 동시에, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 전압은 다이오드 D13 에 의해 정류되어, 저항 R15 및 저항 R16 에 의해 분배된다. 분배된 접압은 커패시터 C13 에 의해 평활화되고, 피드백 전압 VFB 로 변환된다. 피크 홀드 회로 (41) 로부터 전달된 피드백 전압 VFB 는 프로세싱 유닛 (24') 의 피드백 입력 단자에 공급된다. 그 후, 프로세싱 유닛 (24') 의 전압 비교부 (24D) 에서 피드백 전압 VFB 를 기준 전압 VREF 와 비교한다. 피드백 전압 VFB 가 소정 주기 동안 항상 기준 전압 VREF 미만이면, 즉, 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압이 저하되면, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 간격을 변경시키지 않고 펄스 폭만 증가되도록 타이머 (24A) 가 변경된다. 따라서, 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압이 저하되면, 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압이 증가하도록, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭이 증가된다. 따라서, 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압은 상수값으로 유지될 수 있다.
그 후, 프로세싱 유닛 (24') 의 타이머 (24A) 에 의해 제어되는 간격에서 다음 펄스 신호가 전달될 때까지, 바이폴라 트랜지스터 TR1 가 턴오프되어, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부의 방전 전극에 고전압이 인가되지 않는다. 고전압을 생성하기 위한 동작은, 프로세싱 유닛 (24') 의 타이머에 의해 제어되는 간격에서 전달되는 펄스 신호에 따라 반복된다.
도 30a 내지 도 30c 를 참조하여 피크 홀드 회로 (41) 의 동작을 설명한다. 도 30a 내지 도 30c 는 피크 홀드 회로 (41) 의 개별 부분에서의 전압 및 전류 파형을 도시하는 도면이다. 도 30a 에 도시된 전압 E7 은 피크 홀드 회로 (41) 의 입력 전압이다. 도 30b 에 도시된 전류 ID13 은 다이오드 D13 에 흐르는 전류이고, 도 30c 에 도시된 전압 E8 은 피크 홀드 회로 (41) 의 출력 전압이다. 피크 홀드 회로 (41) 의 입력 전압 E7 이 다이오드 D13 의 순방향 전압 VF 만큼 피크 홀드 회로 (41) 의 출력 전압 E8 을 초과하는 경우, 다이오드 D13 에는 전류가 흐른다. 즉, 피크 홀드 회로 (41) 의 입력 전압 E7 이 다이오드 D13 의 순방향 전압 VF 만큼 피크 홀드 회로 (41) 의 출력 전압 E8 을 초과하는 경우 다이오드 D13 은 턴온된다. 커패시터 C13 이 충전되기 때문에, 다이오드 D13 이 턴온되는 주기는 짧아진다. 다이오드 D13 이 턴온되는 주기는 커패시터 C13 을 충전하는 주기이고, 다이오드 D13 이 턴오프되는 주기는 커패시터 C13 을 방전하는 주기이다. 그 결과, 피크 홀드 회로 (41) 의 입력 전압 E7 은 피크 홀드 회로 (41) 의 출력 전압 E8 과 같이 리플 (ripple) 을 갖은 DC 신호가 된다. 피크 홀드 회로 (41) 의 출력 전압 E8 이 피크 전압 E8PEAK 에 도달하는데 요구되는 시간은 커패시터 C13 의 커패시턴스값에 의존한다. "E8PEAK = {R15/(R15+R16)}×(E7PEAK-VF)" 가 유지됨을 유의해야 한다. 그러나, "R15" 는 저항 R15 의 저항값을 나타내고, "R16" 은 저항 R16 의 저항값을 나타내고, "E7PEAK" 는 피크 홀드 회로 (41) 의 입력 전압 E7 의 피크 전압을 나타낸다.
도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압은 도 31a 내지 도 31e 에 도시된 파형을 갖는다. 여기서, 도 31a 는 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (40) 에 인가되는 전압의 파형, 즉, 트리거 코일 (40) 의 입력 전압의 파형을 도시하고, 도 31b 는 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호의 파형을 도시하고, 도 31c 는 트리거 코일 (40) 의 2 차 측에서의 출력 전위차의 파형을 도시하고, 도 31d 는 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 신호의 파형을 도시하고, 도 31e 는 피크 홀드 회로 (41) 로부터 전달되는 피드백 전압 VFB 의 파형 및 프로세싱 유닛 (24') 의 기준 전압 회로 (24C) 로부터 전달되는 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
도 32a 내지 도 32e 는, 이온 생성 엘리먼트 (21) 의 방전부에서의 커패시턴스 증가 영향에 따라 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압이 저하되는 경우 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전압을 유지하기 위해 피드백 회로 (피크 홀드 회로 (41), 기준 전압 회로 (24C), 및 전압 비교부 (24D) 포함) 가 동작하는 상태를 나타내는, 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서의 전압 파형을 도시한다. 도 32a 는 DC 전원 (26) 으로부터 트리거 코일 (40) 에 인가되는 전압의 파형, 즉, 트리거 코일 (40) 의 입력 전압의 파형을 도시하고, 도 32b 는 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달되는 펄스 신호의 파형, 즉, 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 베이스 신호의 파형을 도시하고, 도 32c 는 트리거 코일 (40) 의 2 차 측에서의 출력 전위차의 파형을 도시하고, 도 32d 는 바이폴라 트랜지스터 TR1 의 콜렉터 신호의 파형을 도시하고, 도 32e 는 피크 홀드 회로 (41) 로부터 전달되는 피드백 전압 VFB 의 파형 및 프로세싱 유닛 (24') 의 기준 전압 회로 (24C) 로부터 전달되는 기준 전압 VREF 의 파형을 도시한다.
타이머 (24A) 는, 각각의 펄스 간격에서 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압 레벨에 따라 다음 펄스 간격에서의 펄스 폭을 설정한다. 제 1 펄스 간격 T1 에서는, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 하이 레벨을 갖는 주기가 존재하여 (도 32e 참조), 타이머 (24A) 는 제 2 펄스 간격 T2 에서의 펄스 폭을 0.5 μsec (표준값) 로 설정한다. 제 2 펄스 간격 T2 에서는, 이온 생성 엘리먼트의 방전부의 커패시턴스 증가가 고전압 생성 회로 (600) 의 출력 전위차의 저하를 유발하여 (도 32c 참조), 피드백 전압 VFB 는 항상 기준 전압 VREF 미만이고, 전압 비교부 (24D) 의 출력 전압이 하이 레벨을 갖는 주기가 존재하지 않는다 (도 32e 참조). 따라서, 타이머 (24A) 는 제 3 펄스 간격 T3 에서의 펄스 폭을 1.0 μsec 로 설정한다 (도 32b 참조). 펄스 폭값 0.5 μsec 및 1.0 μsec 는 예시임을 유의해야 한다.
고전압 생성 회로의 출력 전압이 상수값으로 유지되도록 고전압 생성 회로의 출력 전압으로서 고전압을 생성하는 부스팅부의 1 차 측에서 전압을 피드백하는 방법을 채택하는 이온 생성 디바이스에 관하여, 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값이 되도록 부스팅부에 공급되는 DC 전압을 증가시키기 위한 구성을 채택하는 것이 가능함을 유의해야 한다. 예를 들어, 도 18 내지 도 25 의 변형과 같이 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스에 동일한 변형을 추가함으로써, 부스팅부에 공급되는 DC 전압이 증가되는 경우 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압을 유지하는 것이 가능하다.
또한, 도 18, 도 22 또는 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 소정 주기 동안 피드백 전압 VFB 가 항상 기준 전압 VREF 미만이면, 즉, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭이 증가된 후 고전압 생성 회로의 출력 전압이 저하되면, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭을 더 증가시키는 것이 가능하다. 이 경우, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭에 상한을 설정하는 것이 바람직하고, 프로세싱 유닛 (24') 으로부터 전달된 펄스 신호의 펄스 폭이 상한에 도달하는 경우 에러를 생성하는 에러 출력부를 프로세싱 유닛 (24') 에 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 방전부의 커패시턴스값이 증가했음을 사용자가 에러 출력으로부터 인식할 수 있기 때문에, 방전부를 관리할 수 있다. 펄스 폭의 설정으로서, 예를 들어, 표준값은 0.5 μsec 로 설정되고, 펄스 폭은 매 0.5 μsec 마다 증가되고, 상한은 2.0 μsec 로 설정된다.
또한, 도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 소정 주기 동안 피드백 전압 VFB 가 항상 기준 전압 VREF 미만이면, 즉, 부스터 스위칭 조정기 (39) 의 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 소정 시간당 펄스의 횟수가 증가된 후 고전압 생성 회로의 출력 전압이 저하되면, 부스터 스위칭 조정기 (39) 의 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 소정 시간당 펄스의 횟수를 더 증가시키는 것이 가능하다. 이 경우, 부스터 스위칭 조정기 (39) 의 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 소정 시간당 펄스의 횟수에 상한을 설정하는 것이 바람직하고, 부스터 스위칭 조정기 (39) 의 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 신호의 소정 시간당 펄스의 횟수가 이 상한에 도달하는 경우 에러 출력을 생성하는 에러 출력부를 프로세싱 유닛 (24") 에 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 방전부의 커패시턴스값이 증가했음을 사용자가 에러 출력으로부터 인식할 수 있기 때문에, 방전부를 관리하는 것이 가능하다. 소정 시간당 펄스의 횟수로서, 예를 들어, 매 3 펄스마다 증가가 수행되도록 표준값은 3 으로 설정되고, 상한은 12 로 설정된다.
또한, 도 18, 도 22, 도 25 및 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스에 관하여, 프로세싱 유닛의 전원 단자와 전압 비교부 (24D) 사이에 스위치가 제공되는 구성을 채택하는 것이 가능하고, 이 스위치는, 전원이 턴온되는 경우 전압 비교부가 동작하거나 또는 일정한 시간 간격에만 전압 비교부가 동작하도록, 턴온 및 턴오프된다. 따라서, 전압 비교부 (24D) 에서의 전력 소모가 제어될 수 있다.
또한, 전술한 실시형태들은 필요에 따라 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 이온 생성 디바이스는, 공기 정화기, 제습기, 가습기, 공기 청정기, 냉장고, 팬히터, 전자레인지, 세탁건조기, 세정기, 살균기와 같은 전기 장치에 통합되는 것이 바람직하다. 또한, 전기 장치 (700) 에는, 도 33 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스 (800) 에 의해 생성되는 이온을 공기중에 전달하는 전달부 (예를 들어, 송풍 팬 (900)) 가 설비되는 것이 바람직하다. 이러한 전기 장치는, 그 본질적 기능에 추가하여, 통합된 이온 생성 디바이스로부터 전달되는 양이온 및 음이온의 동작에 의해 공기중의 곰팡이 및 세균의 활동 및 성장을 억제하는 기능을 수행할 수 있어서, 실내 환경이 바람직한 분위기 상태가 될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 이온 생성 디바이스의 구성예를 도시하는 기능 블록도.
도 2 는 도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 회로도.
도 3a 및 도 3b 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공되는 이온 생성 엘리먼트의 구성예를 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4c 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5c 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7c 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8c 는 도 2 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 9 는 도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태를 도시하는 회로도.
도 10 은 도 1 에 도시된 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태를 도시하는 회로도.
도 11 은 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 12 는 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 13 은 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 14a 및 도 14b 는 도 13 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공되는 이온 생성 엘리먼트의 구성예를 도시하는 도면.
도 15 는 종래의 이온 생성 디바이스의 일예를 도시하는 회로도.
도 16a 및 도 16b 는 도 15 에 도시된 종래의 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 17 은, 고전압 생성 회로의 출력 전압이 방전부의 커패시턴스에 따라 변화하는 상황을 도시하는 도면.
도 18 은, 출력 전압을 상수값으로 유지할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비된 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 회로도.
도 19a 및 19b 는 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공되는 피크 홀드 회로의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 20a 내지 도 20e 는 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 21a 내지 21e 는, 이온 생성 엘리먼트에서 방전부의 커패시턴스가 증가하 는 경우, 도 18 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 22 는, 출력 전압을 상수값으로 유지할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비된 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태를 도시하는 회로도.
도 23a 내지 23e 는 도 22 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 24a 내지 24e 는, 이온 생성 엘리먼트에서 방전부의 커패시턴스가 증가하는 경우, 도 22 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 25 는, 출력 전압을 상수값으로 유지할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비된 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태를 도시하는 회로도.
도 26a 내지 26c 는 부스터 스위칭 조정기의 동작을 도시하는 도면.
도 27a 내지 27f 는 도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 28a 내지 28f 는, 이온 생성 엘리먼트에서 방전부의 커패시턴스가 증가하는 경우, 도 25 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 29 는, 출력 전압을 상수값으로 유지할 수 있는 고전압 생성 회로가 설비된 본 발명에 따른 이온 생성 디바이스의 또 다른 실시형태를 도시하는 회로도.
도 30a 내지 30c 는 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스에 제공되는 피크 홀드 회로의 개별 부분에서 전압 및 전류 파형을 도시하는 도면.
도 31a 내지 31e 는 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 32a 내지 32e 는, 이온 생성 엘리먼트에서 방전부의 커패시턴스가 증가하는 경우, 도 29 에 도시된 이온 생성 디바이스의 개별 부분에서 전압 파형을 도시하는 도면.
도 33 은 본 발명에 따른 전기 장치의 일반적인 구성예를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11, 21 : 이온 생성 엘리먼트 12 : 부스팅부
13 : 스위칭 엘리먼트 14 : 타이머
15 : 펄스 신호 생성부 16, 25, 26 : DC 전원
22 : 트리거 코일 23 : MOS FET
24A : 타이머 24B : 펄스 신호 생성부
24 : 프로세싱 유닛 27 : 유전체
28A : 방전 전극 28B : 유도 전극
28C : 방전 전극 콘택트 28D : 유도 전극 콘택트
28E, 28F : 접속 단자 28G, 28H : 접속 채널
29 : 코팅층 30, 31 : 정류 다이오드
32 : 이온 생성 엘리먼트 33A : 제 1 방전 전극
33B : 제 1 유도 전극 33C : 방전 전극 콘택트
33D : 유도 전극 콘택트 33E, 33F : 접속 단자
33G, 33H : 접속 채널 34A : 제 2 방전 전극
34B : 제 2 유도 전극 34C : 방전 전극 콘택트
34D : 유도 전극 콘택트 34E, 34F : 접속 단자
34G, 34H : 접속 채널 35 : 유전체
36 : 코팅층 700 : 전기 장치
800 : 이온 생성 디바이스 900 : 송풍 팬

Claims (31)

  1. DC 전원으로부터 전달된 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 고전압을 전달하는 부스팅부;
    상기 부스팅부의 1 차 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트; 및
    상기 스위칭 엘리먼트의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부를 구비하는, 고전압 생성 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호는 가변 펄스 폭을 갖는, 고전압 생성 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호는 가변 펄스 간격을 갖는, 고전압 생성 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부는 변압기인, 고전압 생성 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부는 트리거 코일인, 고전압 생성 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 엘리먼트는 MOS FET 인, 고전압 생성 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 엘리먼트는 바이폴라 트랜지스터인, 고전압 생성 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부는 상기 펄스 신호의 생성을 소프트웨어에 의해 제어하기 위한 마이크로컴퓨터인, 고전압 생성 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부는 상기 펄스 신호의 생성을 하드웨어에 의해 제어하기 위한 고객 특정 LSI 인, 고전압 생성 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부는, 상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호 중 하나의 펄스에 대응하는 하나의 AC 임펄스 고전압을 전달하는, 고전압 생성 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압값은 상기 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압값에 따라 변경되는, 고전압 생성 회로.
  12. DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 고전압을 전달하는 부스팅부, 상기 부스팅부의 1 차 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트, 및 상기 스위칭 엘리먼트의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부를 포함하는 고전압 생성 회로; 및
    상기 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압이 인가되는 경우 이온을 생성하는 방전부를 구비하는, 이온 생성 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압값이 조절될 수 있도록, 상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭이 조절되는, 이온 생성 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 간격은, 이온의 생성량이 제어될 수 있도록 조절되는, 이온 생성 디바이스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로에는, 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압을 양의 전압으로 정류하는 제 1 정류부 및 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압을 음의 전압으로 정류하는 제 2 정류부가 제공되며,
    상기 방전부는, 상기 제 1 정류부로부터의 양의 전압이 인가되는 제 1 방전부 및 상기 제 2 정류부로부터의 음의 전압이 인가되는 제 2 방전부를 포함하는, 이온 생성 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부는 다이오드인, 이온 생성 디바이스.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 방전부는 음이온 및 양이온 모두를 생성하는, 이온 생성 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 양이온은 H+(H2O)m 이고, 상기 음이온은 O2 -(H2O)n 인 (m 및 n 은 자연수), 이온 생성 디바이스.
  19. DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압을 부스팅하여 2 차 측에 고전압을 전달하 는 부스팅부, 상기 부스팅부의 1 차 전류를 턴온 및 턴오프하는 스위칭 엘리먼트, 및 상기 스위칭 엘리먼트의 온오프를 제어하기 위한 펄스 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부를 포함하는 고전압 생성 회로, 및 상기 고전압 생성 회로로부터 전달되는 고전압이 인가되는 경우 이온을 생성하는 방전부를 갖는 이온 생성 디바이스; 및
    상기 이온 생성 디바이스에 의해 생성된 이온을 공기중으로 전달하는 전달부를 구비하는, 전기 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압의 피크값에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및
    상기 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 더 구비하며,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압은, 상기 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 상수값으로 유지되는, 고전압 생성 회로.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 부스팅부의 1 차 측 및 상기 스위칭 엘리먼트의 노드 전압의 피크값에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및
    상기 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 더 구비하며,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압은, 상기 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 상수값으로 유지되는, 고전압 생성 회로.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 피드백 전압이 소정 주기 동안 항상 상기 기준 전압 미만이면, 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록, 상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭이 증가되는, 고전압 생성 회로.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 피드백 전압이 소정 주기 동안 항상 상기 기준 전압 미만이면, 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록, 상기 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압이 증가되는, 고전압 생성 회로.
  24. 제 23 항에 있어서,
    초퍼형 부스터 스위칭 조정기를 더 구비하며,
    상기 부스터 스위칭 조정기의 출력 전압은 상기 DC 전원으로부터 전달되는 DC 전압인, 고전압 생성 회로.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 피드백 전압이 소정 주기 동안 항상 상기 기준 전압 미만이면, 상기 부 스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압이 상수값으로 유지될 수 있도록, 상기 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수가 증가되는, 고전압 생성 회로.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭에 상한이 설정되며,
    상기 고전압 생성 회로는, 상기 펄스 신호 생성부로부터 전달되는 펄스 신호의 펄스 폭이 상기 상한에 도달하는 경우 에러 출력을 생성하는 에러 출력부를 더 포함하는, 고전압 생성 회로.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수에 상한이 설정되며,
    상기 고전압 생성 회로는, 상기 부스터 스위칭 조정기의 소정 시간당 스위칭 횟수가 상기 상한에 도달하는 경우 에러 출력을 생성하는 에러 출력부를 더 포함하는, 고전압 생성 회로.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 부스팅부의 2 차 측은 플로우팅인, 고전압 생성 회로.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 전압 비교부는, 전력이 턴온되는 경우에 동작하거나, 또는 일정한 시간 간격에서만 동작하는, 고전압 생성 회로.
  30. 제 12 항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로는, 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압의 피크값에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및 상기 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 포함하며,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압은, 상기 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 상수값으로 유지되는, 이온 생성 디바이스.
  31. 제 19 항에 있어서,
    상기 고전압 생성 회로는, 상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압의 피크 값에 대응하는 DC 전압인 피드백 전압을 생성하는 피드백 전압 생성부, 및 상기 피드백 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교부를 포함하며,
    상기 부스팅부의 2 차 측으로부터 전달되는 고전압은, 상기 전압 비교부에 의해 수행되는 비교의 결과에 기초하여 상수값으로 유지되는, 전기 장치.
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