TW201737608A - 高壓產生電路 - Google Patents

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Abstract

高壓產生電路(10)具備有AC電源(12)、正極性高壓產生電路(14)、及負極性高壓產生電路(16)。在該AC電源(12)與該正極性高壓產生電路(14)之間、或該AC電源(12)與該負極性高壓產生電路(16)之間配置有變換從該AC電源(12)供給來的AC電壓的相位之相位變換器(18)。

Description

高壓產生電路
本發明係關於高壓產生電路，尤其關於使用於電離器(ionizer)之高壓產生電路。
傳統上，用來施加正的及負的脈衝高壓到負載(load)之高壓電源為已知的(參照日本特開平9-172787號公報)。該高壓電源具備有複數個開關元件(switching element)，其中，將電壓值及頻率做成為可變的，以在該高壓電源用於靜電消除器(static eliminator)之情況下，消除靜電消除的不均勻性。
另外，已知有一種靜電消除裝置係分別獨立控制施加至電極手段(electrode means)之電壓的頻率及正極性及負極性電壓的大小(參照例如日本特開2000-058290號公報)。如此的靜電消除裝置包含有第一開關及第二開關，第一開關使一個在要供給正極性高壓至電極手段時形成的第一供電通路接通或斷路，第二開關使一個在要供給負極性高壓至電極手段時形成的第二供電通路接通或斷路。
以上引用的各專利文獻所揭示的裝置都需要利用複數個開關元件而進行之正極性與負極性的切換，都無法避免開關雜訊(switching noise)之產生。而且，關於尺寸或消耗電流的量，都還有改善之空間。
本發明係有鑒於上述問題而完成者，其目的在實現一種以簡單的構成來產生正極性及負極性高壓且無需使用用來切換極性之開關元件之高壓產生電路。另外，本發明的另一個目的在提供一種消耗儘可能小的電流之高壓產生電路。
根據本發明之高壓產生電路，係用來交替地施加正的脈衝高壓及負的脈衝高壓至負載(load)，該高壓產生電路之特徵在於：AC電源、正極性高壓產生電路、及負極性高壓產生電路。而且，在該AC電源與該正極性高壓產生電路之間、或該AC電源與該負極性高壓產生電路之間，配置有組構成變換從AC電源供給來的AC電壓的相位之相位變換器。
根據上述的高壓產生電路，就不需要使用用來切換極性之開關元件，而可實現能夠以簡單的構成產生正極性及負極性高壓之高壓產生裝置。而且，可儘可能地減少電流消耗。
在上述的高壓產生電路中，該相位變換器最好操作成使從該AC電源供給來的該AC電壓的相位顛倒。根據此特點，就可有效率地施加一連串的交替的正的脈衝高壓及負的脈衝高壓。
在上述的高壓產生電路中，該正極性高壓產生電路及該負極性高壓產生電路最好各自包含有變壓器及倍壓整流電路(voltage doubler rectifier circuit)。根據此特點，就可使該正極性高壓產生電路及該負極性高壓產生電路的構造簡單。
在此情況，最好在該AC電源與該正極性高壓產生電路之間、及該AC電源與該負極性高壓產生電路之間，分別配置有組構成調整電壓位準(voltage level)之變壓器驅動電路。根據此特點，就可獨立地控制該正極性高壓產生電路的輸出電壓及該負極性高壓產生電路的輸出電壓。
另外，最好在該正極性高壓產生電路的輸出端子與該負極性高壓產生電路的輸出端子之間串聯連接有之兩個阻抗元件(impedance element)，且該負載最好係連接至該阻抗元件的相連接端點。根據此特點，就可容易地限制流至該負載之電流值。
此外，該負載最好為電離器的放電電極。根據此特點，就可用簡單的電路構成從該放電電極交替地輸出正極性離子及負極性離子。
根據本發明之高壓產生電路，就可實現以簡單的構成產生正極性及負極性高壓，且能夠減低開關雜訊之高壓產生裝置。而且，可儘可能地減少電流消耗，因而可抑制產生的熱量。
本發明的上述及其他的目的、特點、及優 點，在以下參照以圖例的方式顯示本發明的較佳實施形態之隨附的圖式所做的說明之後，將變得更加清楚明瞭。
10、15‧‧‧高壓產生電路
12‧‧‧交流電源(AC電源)
14‧‧‧正極性高壓產生電路
16‧‧‧負極性高壓產生電路
18、19‧‧‧相位變換器
20‧‧‧正極性用變壓器(正極性變壓器)
22‧‧‧正極性用倍壓整流電路(正極性倍壓整流電路)
23‧‧‧正極性用變壓器驅動電路(正極性變壓器驅動電路)
24‧‧‧負極性用變壓器(負極性變壓器)
26‧‧‧負極性用倍壓整流電路(負極性倍壓整流電路)
27‧‧‧負極性用變壓器驅動電路(負極性變壓器驅動電路)
28、30‧‧‧電阻元件(阻抗元件)
32‧‧‧放電電極(負載)
34、36‧‧‧輸出端子
38‧‧‧連接點
第1圖係顯示根據本發明的第一實施形態之高壓產生電路之電路圖；第2圖係顯示與第1圖之高壓產生電路有關之施加至正極性用變壓器的一次側、施加至負極性用變壓器的一次側、及施加至放電電極之電壓的電壓波形之時間圖；第3圖係顯示根據本發明的第二實施形態之高壓產生電路之電路圖；第4圖係顯示根據比較例之高壓產生電路之電路圖；第5圖係顯示與第4圖之高壓產生電路有關之施加至正極性用變壓器的一次側、施加至負極性用變壓器的一次側、及施加至放電電極之電壓的電壓波形之時間圖；第6A圖係顯示與第1圖之高壓產生電路有關之施加至正極性用變壓器的一次側之電壓、及在正極性用變壓器的一次側的消耗電流之時間圖；第6B圖係顯示與第4圖之高壓產生電路有關之施加至正極性用變壓器的一次側之電壓、及在正極性用變壓器的一次側的消耗電流之時間圖；以及第7圖係將第6A圖之消耗電流與第6B圖之消耗電流重疊以做比較之時間圖。
以下參照隨附的圖式來詳細說明根據本發明之高壓產生電路的較佳實施形態。
首先，參照第1圖針對根據第一實施形態之高壓產生電路10進行說明。高壓產生電路10係用於電離器中，該電離器係從放電電極32(負載)輸出正極性離子及負極性離子。如第1圖所示，高壓產生電路10具備有交流電源(AC電源)12、正極性高壓產生電路14、負極性高壓產生電路16、及相位變換器18等。
正極性高壓產生電路14係由正極性用變壓器20(以下也將之稱為正極性變壓器20)及正極性用倍壓整流電路22(以下也將之稱為正極性倍壓整流電路22)所構成。正極性變壓器20的一次側係連接至AC電源12，而正極性變壓器20的二次側係連接至正極性倍壓整流電路22。正極性倍壓整流電路22係一種稱為柯克勞夫-沃耳吞電路(Cockcroft-Walton circuit)之已知電路，其係由複數個電容器與相同數目的二極體所組合構成。本實施形態之正極性倍壓整流電路22係具備有四個電容器及四個二極體，用來得到四倍於輸入的電壓之直流電。
負極性高壓產生電路16係由負極性用變壓器24(以下也將之稱為負極性變壓器24)及負極性用倍壓整流電路26(以下也將之稱為負極性倍壓整流電路26)所構成。負極性變壓器24的一次側係連接至AC電源12與相位變換器18之組合，而負極性變壓器24的二次側係連接至負極性倍壓整流電路26。負極性倍壓整流電路26與正 極性倍壓整流電路22一樣，係由複數個電容器與相同數目的二極體所組合構成。本實施形態之負極性倍壓整流電路26係具備有四個電容器及四個二極體。
AC電源12係一種單相AC電源，其供給具有預定電壓值及預定頻率的交流電壓(AC電壓)。相位變換器18係配置於AC電源12的一個端子與負極性變壓器24的一次側的一個端子之間，用來使從AC電源12供給來的AC電壓的相位偏移180度然後將該AC電壓供給至負極性變壓器24的一次側。因此，從AC電源12供給來的AC電壓會由相位變換器18使其相位顛倒，然後供給至負極性變壓器24的一次側。
電離器係具備有用來交替地產生正離子及負離子之放電電極32。在正極性高壓產生電路14的輸出端子34與負極性高壓產生電路16的輸出端子36之間連接有串聯之用來限制電流值之兩個電阻元件(阻抗元件)28、30。放電電極32係連接至電阻元件28與電阻元件30間的連接點38。根據此一特點，正極性高壓產生電路14的輸出電壓與負極性高壓產生電路16的輸出電壓間的差電壓會經過分壓然後施加至放電電極32。根據本實施形態，兩電阻元件28、30的電阻值係相同。
根據本實施形態之高壓產生電路10的基本構成係如上所述。接著，參照第2圖來說明高壓產生電路10的動作。
來自AC電源12之AC電壓施加至正極性變 壓器20的一次側，而該AC電壓經相位變換器18使其相位顛倒然後施加至負極性變壓器24的一次側。在第2圖的上部及中間部，並列顯示施加至正極性變壓器20的一次側之電壓波形、及施加至負極性變壓器24的一次側之電壓波形。
施加至正極性變壓器20的一次側之AC電壓在正極性變壓器20的二次側經變換，然後由正極性倍壓整流電路22整流成為正極性脈衝高壓。施加至負極性變壓器24的一次側之AC電壓在負極性變壓器24的二次側經變換，然後由負極性倍壓整流電路26整流成為負極性脈衝高壓。
施加至負極性變壓器24的一次側之AC電壓的相位，具有與施加至正極性變壓器20的一次側之AC電壓的相位顛倒之關係，因此，正極性脈衝高壓與負極性脈衝高壓在時序上係精確地相交錯。詳言之，正極性脈衝高壓與負極性脈衝高壓係以連續的形態交替地產生。施加至放電電極32之脈衝高壓的波形係顯示於第2圖的下部。
在正極性脈衝高壓產生時，從放電電極32輸出正極性離子，但在負極性脈衝高壓產生時，從放電電極32輸出負極性離子。正極性離子及負極性離子噴灑到標的物體上，以使標的物體中性化。
接著，參照第3圖針對根據第二實施形態之高壓產生電路15進行說明。與根據上述的第一實施形態之高壓產生電路10相同之構成元件都標以相同的元件符號 而將其詳細的說明予以省略。
根據高壓產生電路15，在AC電源12與正極性變壓器20之間配置有正極性用的變壓器驅動電路23(以下將之稱為正極性變壓器驅動電路23)，此正極性變壓器驅動電路23具備有可變電壓DC(直流)電源21。來自AC電源12之AC電壓係在經正極性變壓器驅動電路23調整過其電壓位準之後施加至正極性變壓器20的一次側。
另外，在AC電源12與負極性變壓器24之間配置有負極性用的變壓器驅動電路27(以下將之稱為負極性變壓器驅動電路27)，此負極性變壓器驅動電路27具備有相位變換器19及可變電壓DC電源25。來自AC電源12之AC電壓係先經相位變換器19使之偏移180度(使其相位顛倒)並經負極性變壓器驅動電路27調整過其電壓位準，然後才施加至負極性變壓器24的一次側。
根據第二實施形態之高壓產生電路15，可獨立控制施加至正極性變壓器20的一次側之AC電壓的電壓位準及施加至負極性變壓器24的一次側之AC電壓的電壓位準。因此，可獨立控制正極性高壓產生電路14的輸出電壓及負極性高壓產生電路16的輸出電壓。
第4圖顯示根據比較例之高壓產生電路40。高壓產生電路40具備有DC電源42。在DC電源42與正極性高壓產生電路44之間配置有第一電子開關62，在DC電源42與負極性高壓產生電路46之間配置有第二電子開關64。
與本發明的各實施形態一樣，正極性高壓產生電路44係由正極性變壓器50與正極性倍壓整流電路52所構成。負極性高壓產生電路46也與本發明的各實施形態一樣，係由負極性變壓器54與負極性倍壓整流電路56所構成。另外，比較例中，與本發明的各實施形態一樣，在正極性高壓產生電路44的輸出端子與負極性高壓產生電路46的輸出端子之間連接有串聯之兩個電阻元件58、60，且放電電極48係連接至電阻元件58與電阻元件60間的連接點。
第一電子開關62及第二電子開關64係週期性地交替打開(turned on)及關斷(turned off)。因此，會週期性地交替施加脈衝電壓至正極性變壓器50的一次側及至負極性變壓器54的一次側。在第5圖的上部及中間部，並列顯示施加至正極性變壓器50的一次側之電壓波形、及施加至負極性變壓器54的一次側之電壓波形。施加至放電電極48之脈衝高壓的波形係顯示於第5圖中的下部。
以下，參照第6A、6B及7圖來進行根據第一實施形態之高壓產生電路10與比較例之高壓產生電路40之比較，說明兩者之消耗電流及所產生的熱量之不同。第一實施形態與比較例中之施加至放電電極之脈衝高壓的大小及波形基本上係相同。在以下的說明中，為求方便，只針對第一實施形態與比較例之比較進行說明。至於第二實施形態之情況其與比較例之比較基本上係相同。
第6A圖中，將與第一實施形態有關之施加 至正極性變壓器的一次側之電壓、及在正極性變壓器的一次側的消耗電流對齊而垂直排列顯示。第6B圖中，將與比較例有關之施加至正極性變壓器的一次側之電壓、及在正極性變壓器的一次側的消耗電流對齊而垂直排列顯示。兩圖中，雖然都省略了縱軸及橫軸上的單位及刻度，不過在第一實施形態與比較例中，施加至變壓器的一次側之電壓的峰對峰值(peak-to-peak value)係為10V。
根據比較例，如區域C所示，波形存在有一個當消耗電流的方向變到一個方向時會瞬間出現峰值之部分。另外，如區域D所示，波形存在有一個當消耗電流的方向變到另一個方向時會瞬間出現峰值之部分。相對於此，根據第一實施形態，如同可從圖中看出者，這種波形部分沒有出現(參照圖中的區域A及B)，因而抑制了雜訊。在比較例中，在該一個方向之消耗電流的最大值，亦即在區域C中之消耗電流的最大值，比根據第一實施形態之在該一個方向之消耗電流的最大值，亦即在區域A中之消耗電流的最大值大300mA。
第7圖中，將第一實施形態與比較例的消耗電流相重疊以做比較。實線表示根據第一實施形態之消耗電流，虛線表示根據比較例之消耗電流。第一實施形態(其中施加至變壓器的一次側之電壓係以正弦函數的形態連續地變化)與比較例(其中施加至變壓器的一次側之電壓係呈脈衝形態)相比較，消耗電流小之時段在第一實施形態中較常出現。因此，可知將消耗電流做對於時間的積分所得到 的值，亦即消耗電流曲線與時間軸間形成的面積，在第一實施形態會較小，因而在第一實施形態中變壓器所產生的熱量會較小。量測變壓器附近的溫度的話，根據比較例的情況溫度為55℃，但根據第一實施形態的情況溫度為52℃。
根據本發明的實施形態之高壓產生裝置10、15，可實現以簡單的構成產生正極性及負極性高壓且能夠減低開關雜訊之高壓產生電路。而且，可儘可能減小消耗電流，以及可因而抑制所產生的熱量。
此外，可從電離器的放電電極32交替地輸出正極性離子及負極性離子。
另外，根據第二實施形態之高壓產生裝置15，可獨立控制正極性高壓產生電路14的輸出電壓及負極性高壓產生電路16的輸出電壓。
從AC電源12供給至正極性變壓器20及負極性變壓器24之AC電壓並不限定於一直都具有預定電壓值及預定頻率之電壓，亦可為電壓值及頻率為可變的之電壓。
根據本發明之高壓產生電路並不限定於以上所述的實施形態，毋庸說亦可在未脫離如申請專利範圍所記載之本發明的範圍內做各種修改及追加。
10‧‧‧高壓產生電路
12‧‧‧交流電源(AC電源)
14‧‧‧正極性高壓產生電路
16‧‧‧負極性高壓產生電路
18‧‧‧相位變換器
20‧‧‧正極性用變壓器(正極性變壓器)
22‧‧‧正極性用倍壓整流電路(正極性倍壓整流電路)
24‧‧‧負極性用變壓器(負極性變壓器)
26‧‧‧負極性用倍壓整流電路(負極性倍壓整流電路)
28、30‧‧‧電阻元件(阻抗元件)
32‧‧‧放電電極(負載)
34、36‧‧‧輸出端子
38‧‧‧連接點

Claims (6)

  1. 一種高壓產生電路，係用來交替地施加正的脈衝高壓及負的脈衝高壓至負載(32)，該高壓產生電路包括：AC電源(12)；正極性高壓產生電路(14)；以及負極性高壓產生電路(16)，其中，在該AC電源(12)與該正極性高壓產生電路(14)之間、或該AC電源(12)與該負極性高壓產生電路(16)之間，配置有組構成變換從該AC電源(12)供給來的AC電壓的相位之相位變換器(18、19)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高壓產生電路，其中，該相位變換器(18、19)係使從該AC電源(12)供給來的該AC電壓的相位顛倒。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高壓產生電路，其中，該正極性高壓產生電路(14)及該負極性高壓產生電路(16)各自包括有變壓器(20、24)及倍壓整流電路(22、26)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之高壓產生電路，其中，在該AC電源(12)與該正極性高壓產生電路(14)之間、及該AC電源(12)與該負極性高壓產生電路(16)之間，分別配置有組構成調整電壓位準之變壓器驅動電路(23、27)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高壓產生電路，其中，在該正極性高壓產生電路(14)的輸出端子與該負極性高壓產生電路(16)的輸出端子之間串聯連接有兩個阻抗 元件(28、30)，且該負載(32)係連接至該兩個阻抗元件(28、30)的相連接端點。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高壓產生電路，其中，該負載(32)係電離器的放電電極。
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