KR20190086556A

KR20190086556A - 평형화되는 마이크로펄스 이온화기 송풍기의 제어 시스템

Info

Publication number: KR20190086556A
Application number: KR1020197018887A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 올딘스키; 피터 게프터; 레슬리 파트리지
Original assignee: 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-07-22
Also published as: CN109983642A; TW201834341A; TWI737860B; EP3545592A1; KR102525815B1; CN109983642B; EP3545592B1; JP7127025B2; WO2018098421A1; JP2020501308A

Abstract

본 발명의 한 실시예에서, 양극성 코로나 방전 중에 생성된 이온화된 기류를 자동으로 평형화하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 마이크로펄스 AC 전력원에 연결된 적어도 하나의 이온 이미터 및 기준 전극을 갖는 공기 이동 디바이스, 및 적어도 하나의 이온 평형 모니터링부 및 코로나 방전 조정 제어부를 갖는 제어 시스템을 제공하는 단계; 및 단시간 이온화 마이크로펄스의 가변 극성 그룹을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 마이크로펄스는, 두 극성 전압 모두의 진폭 및 지속시간이 우세하게 비대칭적이며, 적어도 한 극성의 이온화 펄스의 크기가 코로나 임계치를 초과하도록 한다.

Description

평형화되는 마이크로펄스 이온화기 송풍기의 제어 시스템

[관련 출원에 대한 상호-참조]

본 국제 출원은, 2016년 11월 28일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제15/362,280호의 우선권을 청구한다. 미국 특허 출원 일련번호 제15/362,280호의 전체는 본 명세서에 참조로서 통합된다.

[기술분야]

본 발명의 실시예는 일반적으로 이온화 송풍기에 관한 것이다.

정전하 중화기는 정전하 축적을 제거 또는 최소화하도록 설계된다. 정전하 중화기는 공기 이온을 생성하고 이들 이온을 대전된 타겟에 전달함으로써 정전하를 제거한다.

정전화 중화기의 한 특정한 범주는 이온화 송풍기이다. 이온화 송풍기는 일반적으로 코로나 전극을 사용하여 공기 이온을 생성하고, 팬(또는 팬들)을 사용하여 공기 이온을 관심 타겟을 향해 지향시킨다.

송풍기의 성능의 모니터링 또는 제어는 2개의 측정치를 이용한다.

제1 측정치는 평형(balance)이다. 양의 공기 이온의 수가 음의 공기 이온의 수와 같을 때 이상적인 평형이 발생한다. 전하 플레이트 모니터링부 상에서, 이러한 이상적인 판독값은 0이다. 실제로, 정적 중화기는 0 부근의 작은 범위 내에서 제어된다. 예컨대, 정적 중화기의 평형은 대략 +-0.2볼트로서 지정될 수 있다.

제2 측정치는 공기 이온 전류이다. 더 높은 공기 이온 전류가 유용하며, 왜냐하면 더 짧은 시간 내에 정전하가 방전될 수 있기 때문이다. 더 높은 공기 이온 전류는, 전하 플레이트 모니터링부를 사용해 측정되는 낮은 방전 시간과 상관관계를 갖는다.

본 발명의 한 실시예에서, 양극성 코로나 방전(bipolar corona discharge) 중에 생성된 이온화된 기류를 자동으로 평형화하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 마이크로펄스 AC 전력원에 연결된 적어도 하나의 이온 이미터 및 기준 전극을 갖는 공기 이동 디바이스, 및 적어도 하나의 이온 평형 모니터링부 및 코로나 방전 조정 제어부를 갖는 제어 시스템을 제공하는 단계; 및 단시간 이온화 마이크로펄스의 가변 극성 그룹을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 마이크로펄스는, 두 극성 전압 모두의 진폭 및 지속시간이 우세하게 비대칭적이며, 적어도 한 극성의 이온화 펄스의 크기가 코로나 임계치를 초과하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치가 제공된다. 본 장치는, 공기 이동 디바이스 및, 둘 다 고전압원에 연결되는 적어도 하나의 이온 이미터와 기준 전극을 포함하며, 상기 고전압원의 변압기, 상기 이온 이미터 및 기준 전극은 AC 전류 회로를 위한 폐루프 내에 배열되고 상기 루프는 높은 값의 보기 저항기(viewing resistor)에 의해 접지에 연결된다.

유사한 참조 번호는 유사한 요소를 지칭하는, 다음의 도면을 참조하여, 예시로서 제안된 본 개시의 다양한 실시예가 상세히 설명될 것이다.
도 1a는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 이온화 송풍기의 전체도의 블록도이다.
도 1b는 도 1a의 송풍기의 단면도이다.
도 1c는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 이온화 송풍기 내에 포함된 센서의 블록도이다.
도 2a는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 도 1a의 이온화 송풍기 및 송풍기로부터의 이온화된 기류의 블록도이다.
도 2b는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 이온화 송풍기 내의 시스템의 전기적 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 한 실시예에 따른, 피드백 알고리즘(300)의 흐름도이다.
도 4는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 마이크로펄스 생성기 제어부의 마이크로펄스 생성기 알고리즘의 흐름도이다.
도 5a는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 음의 펄스 트레인의 형성 동안의 시스템 동작의 흐름도이다.
도 5b는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 양의 펄스 트레인의 형성 동안의 시스템 동작의 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 한 실시예에 따른, 현재 펄스 페이즈(pulse phase) 동안의 시스템 동작의 흐름도이다.
도 7은, 본 발명의 한 실시예에 따른, 센서 입력 측정 동안의 시스템 동작의 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 한 실시예에 따른, 마이크로펄스의 파형도이다.
도 9는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 평형 경보 동안의 시스템 동작의 흐름도이다.

다음의 상세한 설명에서, 설명의 목적을 위해, 본 발명의 다양한 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위한 다수의 특정한 세부사항이 진술된다. 당업자는, 본 발명의 이러한 다양한 실시예는 예시적일 뿐이며 임의의 방식으로 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 인지할 것이다. 본 개시로부터 이익을 얻는 당업자에게는, 본 발명의 다른 실시예가 수월하게 자명해질 것이다.

본 발명의 한 실시예는, 예컨대, 이온화 바(ionizing bar), 송풍기, 또는 인라인 이온화(in-line ionization) 디바이스로서 구성되는 여러 유형의 공기-가스 이온화기에 적용될 수 있다.

넓은 영역을 커버하는 이온화 송풍기는, 짧은 방전 시간을 갖는 매우 효율적인 공기 이온화와 엄격한 이온 평형 제어의 조합을 요구한다. 도 1a는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 이온화 송풍기(100)의 전체도의 블록도이고, 도 1b는, 라인(A-A)을 따른 도 1a의 송풍기(100)의 단면도이다. 효율적인 공기 이온화는, 이미터 포인트(102)의 어레이(즉, 이미터 포인트 어레이(102))와 두 기준 전극(104, 105)(상부 기준 전극(104)과 하부 기준 전극(105)으로서 도시되어 있음) 사이에서 생성되는 양극성 코로나 방전에 의해 달성된다. 이미터 포인트(102)는 보호 그릴(106)(즉, 공기 덕트(106)) 상에 장착되며, 이 또한 이온화된 공기 흐름의 속도를 높이는 것을 동일하게 돕는다.

팬(103)(도 1a)은, 이미터 포인트 어레이(102)(이온 이미터(들)(102))와 두 기준 전극(104, 105) 사이의 공간(130)에 높은 가변 공기 흐름(125)을 제공하는 공기 이동 디바이스이다. 공기 덕트(106)는, 공기 흐름(125)을 집중시킨 후 코로나 방전의 공간(130) 내에 분산시킨다. 코로나 생성 양이온 및 음이온은 전극(102, 104, 및 105) 사이에서 이동한다. 공기 흐름(125)은, 코로나 방전에 의해 생성된 양이온 및 음이온의 상대적으로 작은 부분만 취하여 운반할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따라서, 공기(125)는 공기 덕트(106)의 아웃렛(131) 밖으로 배출되고 공기(125)는 공기 이온화 센서(101)를 통과한다. 센서(101)의 설계의 한 실시예의 세부사항이 도 1c에 도시되어 있다. 팬(도 1b에 블록(103)으로서 도시되어 있음)은 공기(125)의 흐름을 제공한다. 공기 이온화 전압 센서(101)는, 덕트(106)의 전체 폭 상에 신장되어 있는 루버형(louver type)의 얇은 유전체 플레이트(109)를 갖는다. 루버 플레이트(109)는, 덕트(106) 및 상부 전극(104)(도 2a 또한 참조)으로부터 오는 이온화된 공기 흐름(125b)(이온화된 기류(125b))의 부분(125a)(또는 샘플(125a))을 지향시켜, 센서(101)가, 이온화된 공기 흐름(125b)의 부분(125a) 내의 이온 전하의 일부를 감지 및 수집할 수 있도록 한다. 이후, 수집된 이온 전하는, 이온화 송풍기(100) 내의 이온의 평형화를 위한 알고리즘(300)(도 3)에 의한 사용을 위한 제어 신호(250)(도 2)를 생성한다. 플레이트(109)의 상단측(132)은, 감지 전극(108)으로서 기능하는 좁은 금속 스트립을 가지며, 하단측(133)은, 더 넓은 접지된 일반 전극(110)을 갖는다. 공기 이온화 센서(101)가 이미터 포인트 어레이(102)의 높은 전기장으로부터 차폐되도록, 이 전극(110)은 일반적으로 차폐된다. 전극(108)은 이온의 전하의 일부를 수집하여, 이온화된 공기 흐름(125b) 내의 이온 평형에 비례하는 전압/신호(135)(도 2a)를 초래한다. 센서(101)로부터의 전압/신호(135)는, 이온화된 공기 흐름(125b) 내의 이온 평형을 모니터링 및 조정하기 위해 제어 시스템(107)(도 2에 시스템(200)으로서 도시되어 있음)에 의해 사용된다. 이 신호(135)는, 아래에서 더 논의될 바와 같이 샘플링 및 유지 회로(205)에 입력되는 신호(250)에 의해서도 나타나 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 예컨대, 이온 흐름 내에 침지된 전도성 그릴 또는 금속 메시의 형태인, 이온 평형 센서의 다른 구성이 사용될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 이온화된 흐름 평형을 모니터링하기 위해 이온 전류 센서(204)가 사용된다. 따라서, 본 발명의 한 실시예는, 이온화된 공기 흐름 평형을 모니터링하기 위한 이온화 귀환 전류 센서(204)를 포함하는 시스템(200)(도 2)을 제공한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 시스템(200)은, 이온화된 공기 흐름 평형을 모니터링하기 위한 공기 이온화 전압 센서(101)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 시스템(200)은, 공기 이온화 전압 센서(101) 및 이온화 전류 귀환 센서(204)를 포함하는 이중 센서를 포함하며, 두 센서(101 및 204) 모두는, 이온화된 공기 흐름 평형을 모니터링하기 위해 구성된다.

일부 예시에서, 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)는, 제어 시스템(107)에 직접 와이어링된 원격 센서(들)이다. 일부 다른 예시에서, 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)는, 무선 주파수(RF, radio frequency) 통신, 블루투스, 및/또는 임의의 다른 무선 통신 방법을 사용하는 원격 무선 센서(들)로서 구현된다. 원격 센서는, 이온화 송풍기(100)의 외부에 있는 센서를 지칭한다. 예시 이온화 송풍기(100)는, 유선 및/또는 무선 원격 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)로부터의 능동(예컨대, 전력이 공급되는) 및/또는 수동(예컨대, 전력이 공급되지 않는) 피드백 신호(들)를 이온화 송풍기(100)의 제어 시스템(107)에서 수신할 수 있다.

이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)의 무선 통신 범위 내에서 다수의 또는 훨씬 큰 수의(예컨대, 수십, 수백, 또는 그 이상의) 이온화 블로워(100)와 무선 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)가 사용되는 응용예 또는 환경에서 이온화 송풍기(100)가 사용될 수 있기 때문에, 일부 예시에서, 개별 이온화 송풍기(100)에 대한 특정한 센서(101, 204) 페어링을 가능하게 하도록, 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)는 개별적으로 어드레스가능하며, 고유한 식별자를 갖는다.

이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)가 원격 센서(들)인 예시에서, 예시 제어 시스템(107)은, 이온화 전압 센서(101) 및/또는 이온화 전류 귀환 센서(204)로부터 유선 및/또는 무선 통신을 수신하기 위한 통신 회로를 포함한다.

이온화 귀환 전류 센서(204)는 커패시터(C2)와 커패시터(C1), 및 저항기(R1 및 R2)를 포함한다. 커패시터(C2)는, 전류 검출 회로를 우회하는, 접지에 대한 AC 전류 경로를 제공한다. 저항기(R2)는 이온 전류를 전압(Ii*R2)으로 변환하고, 저항기(R1 및 R2) 및 커패시터(C2)는, 마이크로펄스에 의해 생성된 유도 전류를 필터링하여 없애기 위한 로우 패스 필터를 형성한다. 센서(204)로부터 흐르는 귀환 전류(210)는 I2로서 도시되어 있다.

이미터 포인트(102)로 흐르는 전류(254)는 전류합(∑(Ii(+),Ii(-),I2,Ic1,Ic2))이며, 여기서 전류(Ic1 및 Ic2)는 각각 커패시터(C1 및 C2)를 통해 흐르는 전류이다.

도 2a는, 이미터(102)와 기준 전극(104, 105) 사이에 흐르는 이온 전류(220)를 도시한다. 덕트(106)로부터의 공기 흐름(125)은, 송풍기(100) 외부의 전하 중화 타겟으로 이동하고 있는 이온화된 공기 흐름(125b) 내의 이들 두 이온 전류(220)의 부분을 변환시킨다. 타겟은 일반적으로 도 1b에 블록(127)으로서 도시되어 있으며, 이는 이온화 송풍기(100)에 대하여 상이한 위치에 배치될 수 있다.

도 2b는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 이온화 송풍기(100) 내의 시스템(200)의 전기적 블록도를 도시한다. 시스템(200)은 이온화 송풍기의 이온 전류 센서(204), (펄스 구동기(202) 및 고전압(HV, high voltage) 변압기(203)에 의해 형성되는) 마이크로펄스 고전압 전력 공급장치(230)(마이크로펄스 AC 전력원(230)), 및 제어 시스템(201)을 포함한다. 한 실시예에서, 제어 시스템(201)은 마이크로컨트롤러(201)이다. 마이크로컨트롤러(201)는, 예컨대, 약 3.3볼트의 직류 전압이며 라인(257)에 접지될 수 있는, 전압 바이어스(256)으로부터 전력을 수신한다.

시스템(200)에 의해 사용되는 다양한 전압(예컨대, -12VDC, 12VDC, 또는 3.3VDC)을 제공하기 위해 시스템(200) 내에서 전력 변환기(209)가 선택적으로 사용될 수 있다. 전력 변환기(209)는 전압원 값(258)(예컨대, 24VDC)을, 마이크로컨트롤러(201)를 바이어싱하기 위한 다양한 전압(256)으로 변환할 수 있다.

마이크로펄스 고전압 전력 공급장치(230)는, 마이크로컨트롤러(201)에 의해 제어되는 펄스 구동기(202)를 갖는다. 펄스 구동기(202)는 승압 펄스 변압기(203)에 연결된다. 변압기(203)는, 코로나 방전을 생성하기에 충분한 진폭을 갖는 단시간 펄스(마이크로초 범위) 양극성 및 음극성(positive and negative polarities)을 생성한다. 변압기(203)의 2차 코일은, 접지에 대해 부유되어 있다. 변압기(203)의 고전압 단자(250)는 이미터 포인트 어레이(102)에 연결되고 변압기(203)의 저전압 단자(251)는 기준 전극(104, 105)에 연결된다.

(고전압 전력 공급장치(230)에 의해 생성되는) 단시간 고전압 AC 펄스는, 전극(102와 104, 105) 사이에 흐르는 상당한 용량성 전류 또는 변위 전류(Ic1 및 Ic2)를 초래한다. 예컨대, 전류(Ic1)는 전극(이미터 포인트)(102)과 상부 기준 전극(104) 사이에 흐르고, 전류(Ic2)는 전극(102)과 하부 기준 전극(105) 사이에 흐른다. Ii(+) 및 Ii(-)로 표시된, 상대적으로 작은 양이온 코로나 전류 및 음이온 코로나 전류가 이 이온 생성 시스템(200)을 떠나 송풍기(100) 외부의 환경에 진입하고 타겟으로 이동한다.

용량성 전류와 이온 전류를 분리시키기 위해, 이온 생성 시스템(200)은, Ic1 및 Ic2로 표시된 고주파 AC 용량성 전류를 위한 폐루프 회로 내에서 변압기(203)의 2차 코일로서 배열되고, 코로나 전극(102, 104, 및 105)은 접지에 대해 거의 부유되어 있고, 이온 전류(Ii(+) 및 Ii(-))는 접지에 대한 귀환 경로를 갖는다(그리고 접지에 전도된다). 이 루프 내에서 순환하도록, AC 전류는, 접지에 전도되는 이들 AC 전류보다 상당히 더 낮은 저항을 갖는다.

시스템(200)은, 펄스화된 AC 전압원(230), 상기 이온 이미터(102), 및 기준 전극(104 또는 105) 사이에 폐루프 전류 경로를 배열함으로써, 펄스화된 AC 전류로부터 분리 이온 대류 전류를 제공하는 이온 평형 모니터링부를 포함한다.

또한, 마이크로펄스 사이의 기간 동안 시스템(200) 내에서 이온 평형 모니터링이 수행된다. 또한, 양의 대류 전류 및 음의 대류 전류의 차동 신호를 적분함으로써 이온 평형 모니터링이 수행된다.

고전압원(230)의 변압기(203), 이온 이미터(102), 및 기준 전극(104 또는 105)은 AC 전류 회로를 위한 폐루프 내에 배열되고, 폐루프는 높은 값의 보기 저항기(R2)에 의해 접지에 연결된다.

전하 보존의 법칙은, (변압기(203)를 통한) AC 전압원(230)의 출력이 부유됨에 따라서, 이온 전류가 양의 이온 전류(Ii(+)) 및 음의 이온 전류(Ii(-))의 합과 같도록 한다. 이들 전류(Ii(+) 및 Ii(-))는 시스템(200) 내의 귀환 전류 센서(204)의 회로부를 통해 귀환해야 한다. 각 극성의 이온 전류의 양은 다음과 같다:

Ii(+)=Q(+)*N(+)*U 및 Ii(-)=Q(-)*N(-)*U

여기서 Q는 양이온 또는 음이온의 전하이고, N은 이온 농도이고, U는 공기 유량이다. 양의 전류Ii(+)와 음의 전류Ii(-)의 절대값이 동일하다면 이온 평형이 달성될 것이다. 공기 이온의 두 극성 모두는, (전자 하나와 같은) 거의 동일한 양의 전하를 운반한다는 것이 당업계에 공지되어 있다. 따라서, 이온 평형의 또 다른 조건은 두 극성 이온의 동일한 농도이다. 이온 전류 변화에 민감한 귀환 전류 센서(204)(이온 평형 모니터링부(204))와는 반대로, 공기 이온 전압 센서(101)(이온 평형 모니터링부(101))는 이온 농도의 변화에 더 민감하다. 따라서, 공기 이온화 전압 센서(커패시터 센서)(101)의 응답 속도는 일반적으로 이온화 귀환 전류 센서(204)의 응답보다 더 빠르다.

센서(101)에 의해 더 많은 수의 양이온이 검출되면, 센서(101)는, 샘플링 및 유지 회로(205)에 입력되는(그리고 샘플링 및 유지 회로(205)에 의해 처리되는) 양의 출력 전압을 생성하게 된다. 센서(101)에 의해 더 많은 수의 음이온이 검출되면, 센서(101)는, 샘플링 및 유지 회로(205)에 입력되는(그리고 샘플링 및 유지 회로(205)에 의해 처리되는) 음의 출력 전압을 생성하게 된다. 반대로, 전술한 바와 유사하게, 이온화 송풍기(100) 내에서 이온 평형을 결정 및 달성하도록, 샘플링 및 유지 회로(205)로의 입력을 위한 신호(250)를 출력하기 위해 센서(204)에 의해 양의 Ii(+) 및 음의 Ii(-)의 절대값이 사용된다.

마이크로펄스 트레인 사이의 시간에, 샘플 신호(215)는, 이후 입력 신호(250)에 응답하여 기초되는 값으로 하전되는 커패시터(C3)에 증폭기(218)가 연결되도록, 스위치(216)를 닫는다.

기류와 함께 부유되는 이온 전류는, 매우 낮은 주파수에 의해 특징지어지며, 높은 메가 옴의 저항성 회로부(R1 및 R2)를 통해 접지에 흐름으로써 모니터링될 수 있다. 커패시터 및 기생 고주파 전류의 영향을 최소화하기 위해, 센서(204)는, C1 및 C2를 사용한 2개의 우회적인 용량성 경로를 갖는다.

전류(Ii(+) 및 Ii(-)) 사이의 차이는 센서(204)에 의해 연속적으로 측정된다. 저항성 회로부(R1, R2)를 통화하는 결과적인 전류는, 송풍기를 떠난 기류의 적분된/평균화된 시간 내 이온 평형에 비례하는 전압/신호를 생성한다. 이러한 결과적인 전류는, 합 ∑(Ii(+),Ii(-))에 의해 표현된 전류(214)로서 도시되어 있다.

이온 평형 모니터링은, 전류 센서(204)의 전압 출력을 측정함으로써, 또는 전압 센서(101)의 출력을 측정함으로써, 또는 공기 이온화 센서(101 및 204)로부터의 전압을 측정함으로써 달성된다. 명료화를 위해, 전류 센서(204)의 전압 출력 및 전압 센서(101)의 전압 출력은 각각 도 2에서 동일한 신호(250)에 의해 도시되어 있다. 이 신호(250)는, 신호(250)에 대한 샘플링 및 유지 동작을 트리거링하기 위해 스위치(216)를 여는 샘플 신호(215)를 통해 마이크로컨트롤러(201)에 의해 제어되는 샘플링 및 유지 회로(205)(샘플링 회로(205))에 인가된다.

코로나 시스템에 대한 일부 경우 또는 실시예에서, 센서(101 및 204) 둘 다로부터의 진단 신호가 비교될 수 있다. 이들 진단 신호는 신호(250)로서 샘플링 및 유지 회로(205)에 입력된다.

이후, 신호(250)는, 마이크로컨트롤러(201)의 내부에 있는 아날로그-디지털 컨버터(ADC, Analog to Digital Converter)의 입력부에 인가되기 전에, 로우 패스 필터(206)에 의해 컨디셔닝되고 증폭기(207)에 의해 증폭된다. 복원되는 신호(250) 내의 잡음을 최소화하기 위해, 샘플링 및 유지 회로(205)는 펄스 시간 사이에 신호(250)를 샘플링한다. 커패시터(C3)는 샘플 시간의 사이에서 마지막 신호 값을 유지한다. 증폭기(207)는, 마이크로컨트롤러(201)를 위해 더 사용가능한 레벨로 신호(250)를 증폭시키며, 증폭기(207)로부터의 이 증폭된 신호는 평형 신호(252)로서 도시되어 있다.

마이크로컨트롤러(201)는, 평형 조정 포텐셔미터(208)에 의해 생성되는 기준 신호인 세트포인트 신호(253)와 평형 신호(252)를 비교한다. 세트포인트 신호(253)는, 포텐셔미터(208)에 의해 조정될 수 있는 가변 신호이다.

세트포인트 신호(253)는, 이온화 송풍기(100)의 상이한 환경을 보상하기 위하여 조정될 수 있다. 예컨대, 이온화 송풍기(100)의 출력부(131)(도 1b) 근처의 기준 레벨(접지)은 대략 0일 수 있지만, 이온화 타겟 근처의 기준 레벨은 0이 아닐 수도 있다. 예컨대, 이온화 타겟의 위치가 강한 접지 전위 값을 갖는다면, 그 위치에서 더 많은 수의 음이온이 손실될 수 있다. 따라서, 세트포인트 신호(253)는, 이온화 타겟의 위치에서 0이 아닌 기준 레벨의 값을 보상하도록 조정될 수 있다. 이온화 타겟의 위치에서 음이온의 손실을 보상하기 위해, (더 많은 양이온 생성을 트리거링하기 위한 비교로서 사용되는 더 낮은 세트포인트 값(253)으로 인해) 이미터 포인트(102)에서 더 많은 양이온을 생성하는 HV 출력(254)을 생성하기 위한 HV 변압기(230)를 제어하기 위하여 마이크로컨트롤러(201)가 펄스 구동기(202)를 구동할 수 있도록, 이러한 경우에는 세트포인트 신호(253)가 감소될 수 있다.

이제 도 2 및 도 8을 참조한다. 본 발명의 한 실시예에서, 이온화 송풍기(100)는, 아래에 설명된 바와 같이, (1) 양의 펄스 폭 값 및/또는 음의 펄스 폭 값을 증가 및/또는 감소시킴으로써, (2) 양의 펄스 사이의 시간 및/또는 음의 펄스 사이의 시간을 증가 및/또는 감소시킴으로써, 그리고/또는 (3) 양의 펄스 및/또는 음의 펄스의 수를 증가 및/또는 감소시킴으로써, 이온화 송풍기(100) 내에서 이온 평형을 달성할 수 있다. 마이크로컨트롤러(201)는, 펄스 구동기(202)에 구동되고 펄스 구동기(202)를 제어하는 양의 펄스 출력(815) 및 음의 펄스 출력(816)(도 2 및 도 8)을 출력한다. 출력(815 및 816)에 응답하여, 변압기(230)는, 이미터 포인트(102)에 인가되는 이온화 파형(814)(HV 출력(814))을 생성하여, 이온화 파형(814)에 기초해 일정한 양의 양이온 및 일정한 양의 음이온을 생성하도록 한다.

예를 들어, 센서(101) 및/또는 센서(204)가, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 음이온의 양을 초과하는 이온화 송풍기(100) 내의 이온 불평형을 검출한다면, 마이크로컨트롤러(201)로의 평형 신호(252)는 이러한 이온 불평형을 나타낼 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는 음의 펄스(804)의 음의 펄스 폭(지속시간)(811)을 늘릴 것이다. 폭(811)이 늘어나므로, 음의 마이크로펄스(802)의 진폭이 증가한다. 양의 마이크로펄스(801) 및 음의 마이크로펄스(802)는, 이미터 포인트(102)에 구동되는 고전압 출력이다. 음의 마이크로펄스(802)의 증가된 진폭은, 이미터 포인트(102)로부터 생성되는 음이온을 증가시킬 것이다. 이온화 파형(814)은, 단시간 이온화 마이크로펄스(801 및 802)의 가변 극성 그룹을 생성했다. 마이크로펄스(801 및 802)는, 두 극성 전압 모두의 진폭 및 지속시간이 우세하게 비대칭적이며, 적어도 한 극성의 이온화 펄스의 크기가 코로나 임계치를 초과하도록 한다.

음의 펄스 폭(811)에 대한 최대 펄스 폭에 도달된 후, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 여전히 음이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 양의 펄스(803)의 양의 펄스 폭(지속시간)(810)을 단축시킬 것이다. 폭(810)이 단축되므로, 양의 마이크로펄스(801)의 진폭이 감소된다. 양의 마이크로펄스(801)의 감소된 진폭은, 이미터 포인트(102)로부터 생성되는 양이온을 감소시킬 것이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 음이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는, 음의 반복 레이트(Rep-Rate)(813)(음의 펄스(804) 사이의 시간 간격)를 늘림으로써 음의 펄스(804) 사이의 시간을 늘릴 것이다. 음의 반복 레이트(813)가 늘어나므로, 음의 마이크로펄스(802) 사이의 시간 또한 증가한다. 결과적으로, 늘어난 또는 더 길어진 음의 반복 레이트(813)는 음의 마이크로펄스(802) 사이의 시간을 증가시킬 것이며, 이는 이어서, 이미터 포인트(102)로부터 음이온이 생성되는 시간의 양을 증가시킬 것이다.

음의 반복 레이트에 대한 최소의 음의 반복 레이트에 도달한 후, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 여전히 음이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는, 양의 반복 레이트(812)(양의 펄스(803) 사이의 시간 간격)를 단축시킴으로써 양의 펄스(803) 사이의 시간을 단축시킬 것이다. 양의 반복 레이트(812)가 단축되므로, 양의 마이크로펄스(801) 사이의 시간 또한 감소한다. 결과적으로, 단축된 또는 더 짧은 양의 반복 레이트(811)는 양의 마이크로펄스(803) 사이의 시간을 줄일 것이며, 이는 이어서, 이미터 포인트(102)로부터 양이온이 생성되는 시간의 양을 줄일 것이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 음이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 음의 펄스 출력(816) 내의 음의 펄스(804)의 수를 늘릴 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는, 음의 펄스 출력(816) 내의 음의 펄스(804)의 수를 증가시키기 위해 증가될 수 있는 음의 펄스 카운터를 가지고 있다. 음의 펄스(804)의 수가 증가되므로, 음의 펄스 출력(816) 내의 음의 펄스 트레인이 증가되고, 이는, 이미터 포인트(102)에 인가되는 이온화 파형(814)인 HV 출력 내의 음의 마이크로펄스(802)의 수를 증가시킨다.

음의 펄스 출력(816)에 최대량의 음의 펄스가 추가된 후, 송풍기(100) 내에서 양이온의 양이 여전히 음이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스(803)의 수를 감소시킬 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는, 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스(803)의 수를 감소시키기 위해 감소될 수 있는 양의 펄스 카운터를 갖는다. 양의 펄스(803)의 수가 감소되므로, 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스 트레인이 감소되고, 이는, 이미터 포인트(102)에 인가되는 이온화 파형(814)인 HV 출력 내의 양의 마이크로펄스(801)의 수를 감소시킨다.

다음의 예시는, 송풍기 내에서 음이온의 양이 양이온의 양을 초과할 때 송풍기(100) 내에서의 이온 평형의 달성에 관한 것이다.

센서(101) 및/또는 센서(204)가, 송풍기(101) 내에서 음이온의 양이 양이온의 양을 초과하는 이온화 송풍기(101) 내에서 이온 불평형을 검출한다면, 마이크로컨트롤러(201)로의 평형 신호(252)가 이러한 이온 불평형을 지시할 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는 양의 펄스(803)의 양의 펄스 폭(812)을 늘릴 것이다. 폭(810)이 늘어나므로, 양의 마이크로펄스(801)의 진폭이 증가한다. 양의 마이크로펄스(801)의 증가된 진폭은, 이미터 포인트(102)로부터 생성되는 양이온을 증가시킬 것이다.

양의 펄스 폭(812)에 대한 최대 펄스 폭에 도달한 후, 송풍기(100) 내에서 음이온의 양이 여전히 양이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 음의 펄스(804)의 음의 펄스 폭(811)을 단축시킬 것이다. 폭(811)이 단축되므로, 음의 마이크로펄스(802)의 진폭이 감소된다. 음의 마이크로펄스(802)의 감소된 진폭은, 이미터 포인트(102)로부터 생성되는 음이온을 감소시킬 것이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 송풍기(100) 내에서 음이온의 양이 양이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는, 양의 반복 레이트(812)를 늘림으로써 양의 펄스(803) 사이의 시간을 늘릴 것이다. 양의 반복 레이트(812)가 늘어나므로, 양의 마이크로펄스(801) 사이의 시간 또한 증가한다. 결과적으로, 늘어난 또는 더 긴 양의 반복 레이트(812)는 양의 마이크로펄스(801) 사이의 시간을 증가시킬 것이며, 이는 이어서, 이미터 포인트(102)로부터 양이온이 생성되는 시간의 양을 증가시킬 것이다.

양의 반복 레이트(812)에 대한 최소의 양의 반복 레이트에 도달한 후, 송풍기(100) 내에서 음이온의 양이 여전히 양이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는, 음의 반복 레이트(813)를 늘림으로써 음의 펄스(804) 사이의 시간을 늘릴 것이다. 음의 반복 레이트(813)가 늘어나므로, 음의 마이크로펄스(802) 사이의 시간 또한 증가한다. 결과적으로, 늘어난 또는 더 긴 음의 반복 레이트(813)는 음의 마이크로펄스(802) 사이의 시간을 증가시킬 것이며, 이는 이어서, 이미터 포인트(102)로부터 음이온이 생성되는 시간의 양을 감소시킬 것이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 송풍기(100) 내에서 음이온의 양이 양이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스(803)의 수를 증가시킬 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는, 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스(803)의 수를 증가시키기 위해 증가될 수 있는 양의 펄스 카운터를 갖는다. 양의 펄스(803)의 수가 증가되므로, 양의 펄스 출력(815) 내의 양의 펄스 트레인이 늘어나고, 이미터 포인트(102)에 인가되는 이온화 파형(814)인 HV 출력 내에서 양의 마이크로펄스(801)의 수가 증가한다.

양의 펄스의 최대량이 양의 펄스 출력(815)에 추가된 후, 송풍기(100) 내에서 음이온의 양이 여전히 양이온의 양을 초과한다면, 마이크로컨트롤러(201)는 음의 펄스 출력(816) 내의 음의 펄스(804)의 수를 감소시킬 것이다. 마이크로컨트롤러(201)는, 음의 펄스 출력(816) 내의 음의 펄스(804)의 수를 감소시키기 위해 감소될 수 있는 음의 펄스 카운터를 갖는다. 음의 펄스(804)의 수가 감소되므로, 음의 펄스 출력(816) 내에서 음의 펄스 트레인이 단축되고, 이미터 포인트(102)에 인가되는 이온화 파형(814)인 HV 출력 내에서 음의 마이크로펄스(802)의 수가 감소된다.

(평형 전류 값(252)에 반영되는) 이온 불평형이 세트포인트(253)로부터 크게 상이하지 않다면, 이온 불평형에 대한 작은 조정으로 충분할 수 있으며 마이크로컨트롤러(201)는 이온 평형을 달성하기 위해 펄스 폭(811 및/또는 810)을 조정할 수 있다.

(평형 전류 값(252)에 반영되는) 이온 불평형이 세트포인트(253)로부터 적당히 상이하다면, 이온 불평형에 대한 적당한 조정으로 충분할 수 있으며 마이크로컨트롤러(201)는 이온 평형을 달성하기 위해 반복 레이트(813 및 812)를 조정할 수 있다.

(평형 전류 값(252)에 반영되는) 이온 불평형이 세트포인트(253)로부터 크게 상이하다면, 이온 불평형에 대한 큰 조정으로 충분할 수 있으며 마이크로컨트롤러(201)는 출력(815 및 816)에 양의 펄스 및/또는 음의 펄스를 각각 추가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 8의 마이크로펄스의 적어도 하나의 극성의 지속시간(펄스 폭)은 마이크로펄스 사이의 시간 간격보다 적어도 대략 100배 더 짧다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 8의 마이크로펄스는 서로의 그룹/펄스에 이어서 배열되고 한 극성의 펄스 트레인은 대략 2개와 16개 사이의 양의 이온화 펄스를 포함하고 음의 펄스 트레인은 대략 2개와 16개 사이의 양의 이온화 펄스를 포함하며, 양의 펄스 트레인과 음의 펄스 트레인 사이의 시간 간격은 연속적인 펄스의 주기의 대략 2배이다.

도 3의 흐름도는, 본 발명의 한 실시예에 따른, 시스템(200)의 피드백 알고리즘(300)을 도시한다. 피드백 알고리즘(300)의 사용에 의해 이온 평형 제어를 제공하는 기능은 이온화 사이클의 종료 시에 실행된다. 이 알고리즘은, 예컨대, 도 2의 시스템(200)에 의해 실행된다. 블록(301)에서, 평형 제어 피드백 알고리즘이 시작된다.

블록(302, 303, 304, 및 305)에서, 음의 펄스 폭의 제어 값의 계산이 수행된다. 블록(302)에서, 측정된 이온 평형(BalanceMeasurement)으로부터 바람직한 이온 평형(SetPoint)을 뺌으로써 오차 값(Error)이 계산된다. 블록(303)에서, 오차 값에 루프 이득이 곱해진다. 블록(304)에서, 제어 값이 제한되고 범위를 벗어나지 않도록, 제어 값의 계산이 최소 또는 최대 값으로 제한된다. 블록(305)에서, 제어 값이 마지막 음의 펄스 폭 값에 더해진다.

블록(306, 307, 308, 및 309)에서, 펄스 폭이 증분 또는 감분된다. 블록(306)에서, 음의 펄스 폭이 최대 값(MAX)과 비교된다. 음의 펄스 폭이 MAX와 같다면, 블록(307)에서, 양의 펄스 폭이 감분되고 알고리즘(300)은 블록(310)으로 진행한다. 음의 펄스 폭이 MAX와 같지 않다면, 알고리즘(300)은 블록(308)으로 진행한다.

블록(308)에서, 음의 펄스 폭이 최소 값(MIN)과 비교된다. 음의 펄스 폭이 MIN과 같다면, 블록(309)에서, 양의 펄스 폭이 증분되고 알고리즘(300)은 블록(310)으로 진행한다. 음의 펄스 폭이 MIN과 같지 않다면, 알고리즘(300)은 블록(310)으로 진행한다. 음의 펄스 폭이 제어 한계치에 도달할 때, 양의 펄스 폭의 변화는, 평형 세트포인트를 지나치도록 하는 방식으로 평형을 시프트시켜, 음의 펄스를 그 한계치가 되도록 한다.

블록(310, 311, 312, 및 313)에서, 펄스 폭 한계치가 충족될 때 펄스 반복 레이트(Rep-Rate)가 증분 또는 감분된다. 블록(310)에서, 양의 펄스 폭이 MAX와 비교되고 음의 펄스 폭이 MIN과 비교된다. 양의 펄스 폭이 MAX와 같고 음의 펄스 폭이 MIN과 같다면, 블록(311)에서, 교대로, 양의 펄스 반복 레이트(Rep-Rate)가 증분되거나 음의 펄스 반복 레이트가 감분된다. 알고리즘(300)은 블록(314)으로 진행한다. 양의 펄스 폭이 MAX와 같지 않으며 음의 펄스 폭이 MIN과 같지 않다면, 알고리즘(300)은 블록(312)으로 진행한다.

블록(312)에서, 양의 펄스 폭이 MIN과 비교되고 음의 펄스 폭이 MAX와 비교된다. 양의 펄스 폭이 MIN과 같고 음의 펄스 폭이 MAX와 같다면, 블록(313)에서, 교대로, 양의 펄스 반복 레이트(Rep-Rate)가 감분되거나 음의 펄스 반복 레이트가 증분된다. 알고리즘(300)은 블록(314)으로 진행한다. 양의 펄스 폭이 MIN과 같지 않고 음의 펄스 폭이 MAX와 같지 않다면, 알고리즘(300)은 블록(314)으로 진행한다.

양의 펄스 폭 및 음의 펄스 폭 제어는 평형이 세트포인트에 가까울 때 사용된다. 이미터 포인트가 노화됨에 따라서 또는 환경이 요구하는 바에 따라서, 양의 펄스 폭 및 음의 펄스 폭 제어는 그 범위를 갖지 못할 것이며, 제어 한계치(최대의 양의 펄스 폭 및 최소의 음의 펄스 폭(또는 그 반대))에 "도달(Hit)"하게 될 것이다. 이러한 일이 일어나면 알고리즘은 양의 반복 레이트 또는 음의 반복 레이트를 변경하여, 양이온 또는 음이온 생성의 온타임(On-Time)의 양을 효과적으로 증가 또는 감소시키고 평형을 세트포인트를 향해 시프트시킨다.

블록(314, 315, 316, 및 317)에서, 펄스 폭 한계치가 만족될 때 펄스 반복 레이트(Rep-Rate)가 증분 또는 감분된다. 블록(314)에서, 양의 펄스 반복 레이트가 최소 펄스 반복 레이트 값(MIN-Rep-Rate)과 비교되고 음의 펄스 반복 레이트가 최대 펄스 반복 레이트 값(MAX-Rep-Rate)과 비교된다. 양의 펄스 반복 레이트가 MIN-Rep-Rate와 같고 음의 펄스 반복 레이트가 MAX-Rep-Rate와 같다면, 블록(315)에서, 오프타임(offtime) 카운트를 통해 하나의 음의 펄스가 양의 펄스로 시프트되고, 이후 알고리즘(300)은, 평형 제어 피드백 알고리즘(300)이 종료되는 블록(318)으로 진행한다. 오프타임 카운트는, 이온화 파형이 오프일 때이다. 오프타임은 펄스의 음과 양 및 양과 음의 그룹(또는 펄스 트레인) 사이의 시간이며, 여기서는, 양 또는 음의 반복 레이트를 갖는 펄스 지속시간과 같은 카운트로서 정의된다.

양의 펄스 반복 레이트가 MIN-Rep-Rate와 같지 않고 음의 펄스 반복 레이트가 MAX-Rep-Rate와 같지 않다면, 알고리즘(300)은 블록(316)으로 진행한다.

블록(316)에서, 양의 펄스 반복 레이트가 MAX-Rep-Rate와 비교되고 음의 펄스 반복 레이트가 MIN-Rep-Rate와 비교된다. 양의 펄스 반복 레이트가 MAX-Rep-Rate와 같고 음의 펄스 반복 레이트가 MIN-Rep-Rate와 같다면, 블록(317)에서, 오프타임 카운트를 통해 하나의 양의 펄스가 음의 펄스로 시프트되고, 이후 알고리즘(300)은, 평형 제어 피드백 알고리즘(300)이 종료되는 블록(318)으로 진행한다. 양의 펄스 반복 레이트가 MAX-Rep-Rate와 같지 않고 음의 펄스 반복 레이트가 MIN-Rep-Rate와 같지 않다면, 알고리즘(300)은, 알고리즘(300)이 종료되는 블록(318)으로 진행한다.

반복 레이트 제어가 한계치에 도달할 때, 알고리즘은 그다음의 조정 제어 레벨을 트리거링한다.

양의 펄스 그룹으로부터의 마이크로펄스를 오프타임 펄스 그룹으로 시프트하고 이를 음의 펄스 그룹으로 시프트하는 것은, 평형을 음의 방향으로 시프트한다. 반대로, 음의 펄스 그룹으로부터의 마이크로펄스를 오프타임 펄스 그룹으로 시프트하고 이를 양의 펄스 그룹으로 시프트하는 것은, 평형을 양의 방향으로 시프트한다. 오프타임 그룹을 사용하는 것은 그 효과를 줄이며, 따라서 더 미세한 제어를 제공한다.

도 4의 흐름도는 마이크로펄스 생성기 제어의 알고리즘(400)을 도시한다. 구동 펄스 및 고전압 출력의 파형이 도 8의 도면에 도시되어 있다. 이 알고리즘(400)은, 예컨대, 도 2의 시스템(200)에 의해 수행된다. 블록(401)에서, Timer1의 인터럽트 서비스 루틴(interrupt service routine)이 시작된다. 마이크로펄스 생성기를 위한 알고리즘(400)은, 예컨대, 0.1밀리초마다 실행된다.

블록(402)에서, 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 감분된다. 이 카운터는 Timer1의 반복 레이트 분할기 카운터이다. Timer1은 0.1ms마다 실행되는 펄스 제어 타이머 겸 메인 루프 타이머이다. Timer1은 HVPS 출력을 턴온(turn on)시키고, 따라서 이는 마이크로펄스의 시작이며, Timer0은 HVPS를 턴오프(turn off)시켜 마이크로펄스를 종료시킨다. 따라서, Timer1은 반복 레이트를 설정하고 아날로그-디지털 변환을 트리거링하며, Timer0은 마이크로펄스 폭을 설정한다.

블록(403)에서, 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 2와 같은지에 대한 비교가 수행된다. 즉, 반복 레이트 분할기 카운트가, 그다음 마이크로펄스의 시작으로부터 2카운트 전인지 결정하기 위해 테스트가 수행된다. 블록(403)의 단계는 (마이크로컨트롤러(201) 내의) ADC를, 그다음 마이크로펄스 송신 직전의 시간에 동기화시킬 것이다. 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 2와 같다면, 블록(404)에 도시된 바와 같이 샘플링 및 유지 회로(205)는 샘플링 모드로 설정된다. 블록(405)에서, 마이크로컨트롤러(201) 내의 ADC는 샘플링 및 유지 회로(205)로부터 센서 입력 신호를 판독한다.

마이크로펄스 반복 레이트가 2와 같지 않다면, 알고리즘(400)은 블록(406)으로 진행한다.

마이크로컨트롤러(201)가, 샘플링 및 유지 회로(205)로부터 수신된 아날로그 입력을 측정하는 것을 허용하기 위해, 블록(404 및 405)은 아날로그-디지털 변환을 시작 및 수행한다.

일반적으로, 블록(403)에서 마이크로펄스(803 및 804)가 각각 펄스 폭(810 및 811)을 갖는 상태로 그다음 마이크로펄스가 발생하기 대략 0.2밀리초 전에, 샘플링 및 유지 회로(205)가 인에이블될 때, 신호(250)(도 2)는, 마이크로컨트롤러(201) 내에 있는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 입력부에 인가되기 전에, 로우 패스 필터(206)에 의해 컨디셔닝되고 증폭기(207)에 의해 증폭된다. 샘플링 및 유지 회로(205)가 샘플링 및 유지 동작을 인에이블(블록(404))시킨 직후, ADC는 변환을 시작(블록(405))하도록 시그널링된다. 평형 신호의 결과적인 샘플 레이트는 일반적으로 약 1.0밀리초이며, 마이크로펄스 반복 레이트(rep-rate)와 동기화된다. 그러나, 실제 샘플 레이트는, (블록(310, 311, 312, 313)에 도시된 바와 같이) 반복 레이트(812, 813)(도 8)가 변화함에 따라서 변화하지만, 항상 마이크로펄스 반복 레이트(812, 813)와 동기화된 상태로 유지될 것이다.

이 실시예에 따라서, 그다음 마이크로펄스 이전의 신호 샘플링 방법은, 시스템(200)이 잡음 및 (용량성 결합) 전류 서지(current surge)를 무시하고 이롭게 이온 평형 측정치를 변질시키는 것을 회피한다.

블록(406)에서, Timer1의 반복 레이트 분할기 카운터가 그다음 마이크로펄스를 시작할 준비가 되었는지 결정하기 위해 테스트가 수행된다. 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 0과 같은지에 대한 비교가 수행된다. 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 0과 같지 않다면, 알고리즘(400)은 블록(412)으로 진행한다. 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 0과 같다면, 알고리즘(400)은 블록(417)으로 진행한다.

블록(417)에서, 마이크로펄스 반복 레이트 카운터가 데이터 레지스터로부터 리로드된다. 이는 그다음 펄스(마이크로펄스)의 시작에 대한 시간 간격을 리로드할 것이다. 이후, 알고리즘(400)은 블록(408)으로 진행한다.

블록(408, 409, 및 410)은, 새 펄스 페이즈가 시작되었는지 결정하고, 그렇지 않으면 현재의 펄스 페이즈를 계속하기 위한 단계를 제공한다.

블록(408)에서, 마이크로펄스 카운터가 0과 같은지에 대한 비교가 수행된다.

그렇다면, 알고리즘(400)은, 그다음 펄스 페이즈를 호출하는 블록(410)으로 진행하며, 알고리즘(400)은 블록(411)으로 진행한다.

그렇지 않다면, 알고리즘(400)은, 현재의 펄스 페이즈를 계속하도록 호출하는 블록(409)으로 진행한다.

블록(411)에서, Timer0(마이크로펄스 폭 카운터)가 시작된다. 블록(414 내지 417)을 참조하여 아래에 논의된 바와 같이, Timer0는 마이크로펄스 폭을 제어한다.

블록(412)에서, 모든 시스템 인터럽트가 인에이블된다. 블록(413)에서, Timer1의 인터럽트 서비스 루틴이 종료된다.

Timer0 시간이 만료될 때, 블록(414 내지 417)에 기초하여 실제 마이크로펄스 폭이 제어된다. 블록(414)에서, Timer0의 인터럽트 서비스 루틴이 시작된다. 블록(415)에서, 양의 마이크로펄스 구동이 오프로 설정된다(즉, 양의 마이크로펄스가 턴오프됨). 블록(416)에서, 음의 마이크로펄스 구동이 오프로 설정된다(즉, 음의 마이크로펄스가 턴오프됨). 블록(417)에서, Timer0의 인터럽트 서비스 루틴이 종료된다.

도 4의 부분(450)에도 도시된 바와 같이, 마이크로펄스 구동 신호(452)에 대해, Timer0의 지속시간은 마이크로펄스 구동 신호(452)의 마이크로펄스 폭(454)과 같다. 마이크로펄스 폭(454)은, (Timer0의 시작 시에 트리거링되는) 펄스 상승 에지(456)에서 시작되고 (Timer0의 종료 시에 트리거링되는) 펄스 하강 에지(458)에서 종료된다.

이온 평형 센서 입력을 평균화하는 방법(700)의 세부사항이 도 7의 흐름도에 도시되어 있다. 블록(701 내지 706)은 샘플링 및 유지 회로(205)의 동작, 및 샘플링 및 유지 회로(205)로부터의 데이터의 ADC 변환을 설명한다. ADC 변환(701)의 종료 시, 약 0.1밀리초 후에, 샘플링 및 유지 블록(205)이 디스에이블되어, 잡음 및 전류 서지가 평형 측정치를 변질시키는 것을 방지한다. 결과적인 측정치(703) 및 샘플 카운터(705)가, 이전의 원 측정치 합(Raw Measurement Sum)(704) 값에 더해지고 저장되어, 추가적인 처리를 대기한다. 블록(707 내지 716)은 센서(101 및/또는 204)의 측정치를 평균화하기 위한 평균화 루틴이며, 이후 평형 측정치 평균을 이전의 측정치(714)에 결합하기 위해 유한 임펄스 응답 계산을 사용하여 결합되는 이온 평형 측정치 평균을 획득하며, 이는 평형 제어 루프에서 사용되는 최종 평형 측정치를 산출한다. 블록(714)에서의 계산은, 이전의 일련의 센서 입력 측정치로부터의 가중 평균을 계산한다. 블록(715)에서, 블록(714)에서의 계산에 기초하여 이온 생성에 대한 조정을 수행하기 위해 이벤트 루틴이 호출된다.

도 5a, 도 5b, 및 도 6은 음극성 및 양극성 펄스 트레인의 형성 동안의 시스템 동작을 도시한다. 이온화 사이클(531)은, 일련의 양의 펄스(502, 602), 이후의 오프타임 간격(503, 603), 이후의 일련의 음의 펄스(517, 604), 이후의 오프타임 간격(518, 605)으로 구성된다. 지정된 수의 이온화 사이클이 발생(708)했을 때, 이온 평형 측정치 평균이 계산되고(709), 원 측정치 합(710) 및 샘플 카운터 값이 소거된다(710, 711).

이제 도 5a, 도 5b, 및 도 6을 참조한다. 이들 도면은, 각각 본 발명의 한 실시예에 따른, 음의 펄스 트레인 및 양의 펄스 트레인의 형성 동안의 시스템 동작의 흐름도이다. 블록(501)에서, 음의 펄스 트레인에 대한 그다음 펄스 페이즈의 루틴이 시작된다. 블록(502 내지 515)은, 일련의 음의 펄스 및 펄스 지속시간의 오프타임을 생성하기 위한 단계를 설명한다. 블록(517 내지 532)은, 일련의 양의 펄스 및 펄스 지속시간의 오프타임을 생성하기 위한 단계를 설명한다. 블록(601 내지 613)은, 그다음 펄스 페이즈를 생성하거나 현재 펄스 페이즈가 계속될지에 대한 단계를 설명한다.

이후, 평형 측정치 평균을 이전의 측정치(714)와 결합하기 위한 유한 임펄스 응답 계산을 사용하여 평형 측정치 평균이 결합되어, 평형 제어 루프에서 사용되는 최종 평형 측정치가 산출된다.

평형 제어 루프(301)는 평형 측정치를 세트포인트 값(302)과 비교하여, 오차 값을 산출한다. 오차 신호는 루프 이득(303)만큼 곱해지고, 초과/미만 범위(304)에 대해 검사되고, 현재의 음의 펄스 폭 값에 더해진다.

마이크로펄스 HV 공급 시스템(202, 203)에서, 구동 마이크로펄스의 펄스 폭은, 결과적인 고전압(HV) 파(814, 801, 802)의 피크 진폭을 변화시킨다. 이러한 경우 음의 펄스 진폭이 변화되어 이온 평형의 변화를 초래한다. 오차 신호 값이 0보다 더 크다면, 음의 펄스 폭이 상향 조정되며, 따라서 결과적으로 음의 HV 펄스 진폭을 증가시켜, 음의 방향으로 평형을 변화시킨다. 반대로, 평형이 음수인 경우, 음의 펄스 폭이 하향 조정되며, 따라서 양의 방향으로 평형을 변화시킨다.

음의 펄스 폭의 연속적인 조정 동안 그리고 상황이 허용하는 바에 따라서, 음의 펄스 폭은 그 제어 한계값에 도달할 수 있다. 이러한 상황에서, 음의 펄스 폭이 다시 제어를 재개할 때까지, 양의 펄스 폭이, 양의 불평형에 대해 하향 조정(307)되거나 음의 불평형에 대해 상향 조정(309)된다. 음의 펄스 폭 및 양의 펄스 폭을 사용하는 이러한 제어 방법은, 3V 미만의 안정도를 갖는 대략 10V의 평균 평형 제어 조정 범위를 초래한다.

예를 들어 이온화 송풍기 시동 시, 상당한 오염물 축적, 또는 송풍기의 노화에 따른 송풍기의 부식과 같은 큰 불평형 조건 하에서의 또 다른 실시예에 따라서, 음의 펄스 폭 및 양의 펄스 폭은 그 제어 한계치(310, 312)에 도달할 것이다. 이러한 상황에서, 양의 펄스 폭 및 음의 펄스 폭이 다시 각각의 제어 범위 내에 있도록 하는 수준으로의 평형을 초래하기 위해 양의 펄스 반복 레이트 및 음의 펄스 반복 레이트가 조정된다(311, 313). 따라서, 큰, 양의 불평형 조건에 대해 음의 펄스 반복 레이트가 증가되어(313), 평형의 음의 시프트를 초래한다. 그러한 조건이 여전히 존재한다면, 양의 펄스 반복 레이트가 감소되어(313), 또한 평형의 음의 시프트를 초래한다. 이러한 교대로 이루어지는 양의/음의 반복 레이트(313)를 변화시키는 방법은, 음의 펄스 폭 및 양의 펄스 폭이 다시 그 제어 범위 내에 있게 될 때까지 계속된다. 마찬가지로, 큰, 음의 불평형 조건에 대해 양의 펄스 반복 레이트가 증가되거나(311) 대안적으로 음의 펄스 반복 레이트가 감소되어(311), 평형의 양의 시프트를 초래한다. 이전과 같이, 이는 음의 펄스 폭 및 양의 펄스 폭이 다시 그 제어 범위 내에 있게 될 때까지 계속된다.

극단적인 불평형 조건이 존재하는 경우, 양의/음의 펄스 폭 및 양의/음의 반복 레이트 둘 다의 조정치가 그 각각의 제어 한계치(310, 312, 314, 316)에 도달했을 수 있으며, 양의/음의 반복 레이트가 다시 그 각각의 제어 범위 내에 있도록 하는 수준으로의 평형을 초래하기 위해 양의 펄스 카운트 및 음의 펄스 카운트는 이후 변화될 것이다. 따라서, 극단적인 양의 불평형 조건에 대해 양의 펄스 카운트가 감소하고(317) 오프타임 펄스 카운트(317)가 한 펄스 카운트만큼 증가되어, 평형의 음의 변화를 초래할 것이다.

그러한 조건이 여전히 존재한다면, 오프타임 펄스 카운트가 감소되고(317) 음의 펄스 카운트가 한 펄스 카운트만큼 증가하여(317), 평형의 추가적인 음의 변화를 초래할 것이다. 이러한 음의 패킷/트레인으로부터 양의 패킷/트레인으로의 한 펄스의 시프팅은, 음의/양의 반복 레이트가 다시 그 제어 범위 내에 있게 될 때까지 계속된다. 마찬가지로, 극단적인 음의 불평형 조건에 대해, 양의/음의 반복 레이트가 다시 그 제어 범위 내에 있게 될 때까지, 한 번에 하나의 펄스가 양의 펄스(315) 패킷/트레인으로부터 오프타임 펄스 카운트를 통해 음의 펄스 패킷(315)으로 시프트되어, 평형의 양의 변화를 초래할 것이다.

병렬 처리에서, 평형 측정치는 세트포인트에 비교된다. 평형 측정치가 그 지정된 범위 밖에 있다고 결정된다면, 이온화기로부터 1피트 떨어진 곳에서 측정되는 +/-15V의 평균 CPM(전하 플레이트 모니터링부) 판독값에 대응하여, 이온화기의 제어 시스템은 평형 경보를 트리거링할 것이다.

도 9에는, 이온 불평형이 존재한다면 이온 평형 경보를 작동시키는 피드백 루틴을 제공하기 위한 방법이 도시되어 있다. 블록(901 내지 909)은, 평형 경보가 작동되어야 하는지를 결정하기 위해 임계값과 비교되는 측정을 수행한다. 블록(910 내지 916)은 평형 경보가 작동되었는지 결정한다.

5초마다의 시간 간격에서, 평형 측정치가 평가되고(903), 이 범위를 벗어나면 경보 레지스터(904)에 "1"이 왼쪽 시프트되고, 그렇지 않다면 경보 레지스터(902)에 "0"이 왼쪽 시프트된다. 경보 레지스터가 255의 값(모두 "1")을 포함할 때, 평형 측정치가 경보 상태인 것으로 선언된다. 마찬가지로, 경보 레지스터가 0의 값(모두 "0")을 포함한다면, 평형 측정치는 경보 상태가 아닌 것으로 선언된다. 255 또는 0이 아닌 임의의 경보 레지스터 값은 무시되고 경보의 상태는 변하지 않는다. 이는 경보 알림을 필터링하고 산발적인 알림을 방지한다. 부산물로서, 이러한 알림 지연은, 평형 제어 시스템이 외부 자극으로부터 회복하기에 충분한 시간을 허용한다.

각 ADC 변환 사이클의 종료 시에 실행되는 또 다른 병렬 처리에서, 약 1밀리초마다 평형 제어 시스템이 모니터링된다. 이 루틴(910)은 양의 펄스 카운트 및 음의 펄스 카운트가 한계 조건인지 검사한다(911, 912). 전술한 바와 같이, 불평형 조건이 존재하고 양의/음의 펄스 폭 및 양의/음의 반복 레이트가 그 각각의 한계치일 때, 양의 펄스 카운트 및 음의 펄스 카운트가 조정된다. 그러나, 다시 사양 내로 평형이 초래될 수 없고 양의/음의 펄스 카운트가 그 조정 한계치(911, 912)에 도달했을 때, 경보 레지스터를 모두 "1"인 값(913)으로 설정함으로써 경보 상태가 강제되어, 경보 플래그를 설정하고(914) 두 경보 상태 비트를 모두 설정한다(915).

전술한 자동 평형 제어 방법 및 기법은 하나의 유형의 이온화 송풍기로 제한되지 않는다. 이러한 방법 및 기법은, 다양한 이미터 전극을 갖는 상이한 이온화 송풍기 모델에 사용될 수 있다. 이러한 자동 시스템의 다른 응용예는, 마이크로펄스 고전압 전력 공급장치를 갖는 이온화 바의 모델을 포함한다.

요약서에 설명된 내용을 비롯한, 본 발명의 예시된 실시예의 전술한 내용은, 모든 것을 포함하거나 본 발명을 개시된 형태로 정확히 제한하도록 의도되지 않는다. 예시의 목적을 위해 본 발명의 특정한 실시예 및 본 발명에 대한 예시가 본 명세서에 설명되었지만, 당업자가 인지할 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가 수정이 가능하다.

위의 상세한 설명을 고려하여, 이들 수정이 본 발명에 대해 이루어질 수 있다. 다음의 청구범위에서 사용되는 용어는, 명세서 및 청구범위에 개시된 특정한 실시예로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 전적으로 다음의 청구범위에 의해 결정되어야 하며, 이러한 청구범위는, 이미 확립된 청구범위 해석 원칙에 따라서 해석되어야 한다.

Claims

자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치에 있어서,
이온화 펄스 사이의 시간 간격에서 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 샘플링 및 비교하도록 구성된 이온 평형 제어 시스템
을 포함하는, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 유선 연결을 통해 수신하도록 구성되는, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 무선 연결을 통해 수신하도록 구성되는, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
제3항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템, 및 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나는 상기 무선 연결을 통해 개별적으로 어드레스가능한, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
제3항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 출력 신호를 수신하기 위해 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나에 페어링되도록 구성되는, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
제1항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은 또한, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 및 상기 원격 이온화 전압 센서로부터의 출력 신호를 비교하도록 구성되는, 자동으로 평형화되는 이온화 송풍기를 위한 장치.
평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템에 있어서,
단시간 양극성 이온화 펄스 및 단시간 음극성 이온화 펄스를 생성하도록 구성된 마이크로펄스 고전압 AC(alternating current) 전력원;
이온화 펄스 사이의 시간 간격에서 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 수신하도록 구성된 이온 평형 제어 시스템; 및
상기 출력 신호에 기초하여 상기 AC 전력원을 제어하도록 구성된 마이크로컨트롤러
를 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 유선 연결을 통해 수신하도록 구성되는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 무선 연결을 통해 수신하도록 구성되는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제9항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템, 및 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 이온화 전압 센서 중 적어도 하나는 상기 무선 연결을 통해 개별적으로 어드레스가능한, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제9항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은, 상기 출력 신호를 수신하기 위해 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나에 페어링되도록 구성되는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 이온 평형 제어 시스템은 또한, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 및 상기 원격 이온화 전압 센서로부터의 출력 신호를 비교하도록 구성되는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러는,
상기 이온화 펄스의 양의 펄스 폭 값과 음의 펄스 폭 값 중 적어도 한쪽 펄스 폭 값을 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나;
상기 이온화 펄스의 양의 펄스와 음의 펄스 중 적어도 한쪽 펄스 사이의 시간을 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나; 또는
상기 이온화 펄스의 양극성 펄스와 음극성 펄스 중 적어도 한쪽 펄스의 수를 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나, 중 적어도 하나에 의해 이온 평형을 달성하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기의 제어 시스템.
평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법에 있어서,
단시간 양극성 이온화 펄스 및 단시간 음극성 이온화 펄스를 생성하는 단계;
를 포함하며, 상기 이온화 펄스를 생성하는 단계는,
상기 이온화 펄스 사이의 시간 간격에서 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 수신하는 단계; 및
상기 출력 신호에 기초하여 상기 이온화 펄스를 생성하기 위해 AC 전력원을 제어하는 단계를 더 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 수신하는 단계는, 상기 출력 신호를 유선 연결을 통해 수신하는 단계를 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나로부터의 출력 신호를 수신하는 단계는, 상기 출력 신호를 무선 연결을 통해 수신하는 단계를 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나는 상기 무선 연결을 통해 개별적으로 어드레스가능한, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 출력 신호를 수신하기 위해 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 또는 상기 원격 이온화 전압 센서 중 적어도 하나와의 페어링을 확립하는 단계를 더 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 원격 이온화 전류 귀환 센서 및 상기 원격 이온화 전압 센서로부터의 출력 신호를 비교하는 단계를 더 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.
제14항에 있어서,
상기 이온화 펄스의 양의 펄스 폭 값과 음의 펄스 폭 값 중 적어도 한쪽 펄스 폭 값을 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나;
상기 이온화 펄스의 양의 펄스와 음의 펄스 중 적어도 한쪽 펄스 사이의 시간을 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나; 또는
상기 이온화 펄스의 양극성 펄스와 음극성 펄스 중 적어도 한쪽 펄스의 수를 증가시키는 것과 감소시키는 것 중 적어도 하나, 중 적어도 하나의 제어에 기초하여 이온 평형을 달성하는 단계를 더 포함하는, 평형화되는 마이크로펄스 이온화 송풍기에 제어를 제공하는 방법.