WO2012053314A1 - 高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置 - Google Patents

高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置 Download PDF

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unit
resonance
voltage control
control signal
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文吾 今井
智博 泉
北村　浩康
真二 末松
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage generating circuit, an ion generating device, and an electrostatic atomizing device that apply a high voltage to an electrode or the like.
  • ion generators that can release ion particles into the air
  • electrostatic atomizers that can discharge nanometer-sized charged fine particle water into the air, and the like have become widespread.
  • These devices include a high voltage generation circuit that applies a high voltage to the discharge electrode.
  • the high voltage generation circuit 81 includes a high voltage control unit 83 that controls the operation of the high voltage generation circuit 81 based on the direct-current power supply voltage V 1 output from the power supply unit 82, and a high voltage output from the high voltage control unit 83.
  • a high voltage generator 85 that generates a DC high voltage V2 based on the voltage control signal 84 and a discharge electrode 86 that generates fine particles by discharge are provided.
  • the high voltage control unit 83 outputs a pulse-like (rectangular wave) high voltage control signal 84 to the high voltage generation unit 85, and switches the switching element of the high voltage generation unit 85 with the high voltage control signal 84.
  • the high voltage generator 85 boosts the pulsed voltage generated by this switching, and converts the boosted secondary voltage into a DC high voltage V2 at the rectifier. Therefore, the high voltage generator 85 outputs a direct current high voltage V 2 according to the high voltage control signal 84, and the direct current high voltage V 2 is applied to the discharge electrode 86.
  • a high voltage detection unit 87 is connected to the high voltage generation unit 85 in order to reduce variations in the high voltage V2.
  • the high voltage detector 87 detects the value of the DC high voltage V 2 output from the high voltage generator 85 and outputs the high voltage signal 88 to the high voltage controller 83.
  • the high voltage control unit 83 adjusts the high voltage control signal 84 based on the high voltage signal 88 and operates the high voltage generation unit 85 with the adjusted high voltage control signal 84. As described above, if the DC high voltage V2 is feedback-controlled, variations in the DC high voltage are reduced, so that the high voltage V2 can be set to a value within a desired range.
  • the high voltage generation unit 85 is driven with the oscillation frequency of the high voltage control signal 84 as the resonance frequency in order to ensure the output efficiency of the high voltage V2.
  • the resonance frequency since the resonance frequency must be individually monitored, the microcomputer program used for the high voltage control unit 83 becomes complicated. There is a problem that a microcomputer having a high processing capacity is required, and parts of the high voltage generation circuit 81 are expensive.
  • the resonance frequency has a steep waveform, so the inexpensive microcomputer cannot monitor the waveform correctly, which deteriorates accuracy. Lead to problems. Specifically, when the frequency set from the high voltage control signal 84 of the high voltage control unit 83 deviates from the resonance frequency, the gain is reduced due to the steep frequency, and the high voltage There has been a problem that the high voltage V2 of the generator 85 varies greatly.
  • the high voltage generation unit 81 of FIG. 9 in the case of the high voltage generation unit 85, in order to reduce the variation of the high voltage V2, the high voltage generation unit 81 outputs a high voltage
  • the detector 87 must be arranged.
  • the high voltage detection unit 87 must use a circuit capable of detecting the high voltage V2, and the structure of the high voltage detection unit 87 becomes complicated, and the component cost increases.
  • the high voltage generation circuit 81 outputs a high voltage V2 of several thousand kV, the above problem becomes significant.
  • An object of the present invention is to provide a high voltage generation circuit, an ion generation device, and an electrostatic atomization device that can reduce variations in high voltage output with a simple configuration.
  • the high voltage control unit generates a pulsed high voltage control signal based on the power supply voltage input from the power supply unit, and the high voltage control unit generates the high voltage control signal.
  • the high voltage generation circuit that switches the switching unit of the high voltage generation unit by the voltage, boosts the pulsed voltage generated by the switching by the boosting unit, and outputs the boosted output voltage, the high voltage control signal
  • a resonance suppression unit that adjusts the oscillation frequency set to a frequency that is less than the resonance frequency of the boosting unit, is not affected by resonance, and can generate the boosted output voltage. This is the gist.
  • the high voltage generation circuit includes a primary circuit and a secondary circuit with the boosting unit as a boundary, and the resonance suppression unit is disposed on the primary circuit side.
  • the resonance suppression unit includes a circuit including at least a resistor and a capacitor.
  • the resonance suppression unit includes a circuit connected in parallel to the switching unit.
  • the resonance suppression unit includes a circuit connected in parallel to the primary side of the boosting unit.
  • the high voltage control unit generates a pulsed high voltage control signal based on the power supply voltage input from the power supply unit, and the high voltage control unit generates a high voltage generation unit based on the high voltage control signal.
  • An ion generating device that switches a switching unit of the power source, boosts a pulsed voltage generated by the switching by a boosting unit, applies the boosted output voltage to the discharge electrode, and emits ion particles from the discharge electrode
  • the oscillation frequency set from the high voltage control signal is adjusted to a frequency that is less than the resonance frequency of the boosting unit, is not affected by resonance, and can generate the boosted output voltage.
  • a resonance suppression unit is provided.
  • the high voltage control unit generates a pulsed high voltage control signal based on the power supply voltage input from the power supply unit, and the high voltage control unit generates a high voltage generation unit based on the high voltage control signal.
  • the switching unit is switched, the pulsed voltage generated by the switching is boosted by the boosting unit, the boosted output voltage is applied between the discharge electrode and the counter electrode, and the charge generated in the discharge electrode is generated.
  • the oscillation frequency set from the high voltage control signal is a frequency lower than the resonance frequency of the booster, and is not affected by resonance, And a resonance suppression unit that adjusts the boosted output voltage to a frequency that can be generated.
  • FIG. 3 is a waveform diagram of a high voltage control signal and a primary voltage in the high voltage generation circuit of FIG. 2. The figure which shows the relationship between an oscillation frequency and a high voltage output.
  • the block diagram of the electrostatic atomizer of 2nd Embodiment The circuit diagram of a high voltage generation circuit.
  • the block diagram of the electrostatic atomizer of another example The block diagram which shows the outline of the ion generator of another example.
  • FIG. 10 is a waveform diagram of a high voltage control signal and a primary voltage in the high voltage generation circuit of FIG. 9.
  • the electrostatic atomizer 1 is provided with a power circuit 3 for inputting power from a power source 2.
  • the power supply circuit 3 is connected to a high voltage control unit 4 that operates the electrostatic atomizer 1 based on the DC power supply voltage Vcc output from the power supply circuit 3.
  • the high voltage control unit 4 is connected to the discharge electrode 7 of the Peltier unit 6 via the Peltier power supply circuit 5.
  • the counter electrode 8 faces the discharge electrode 7.
  • the high voltage controller 4 is connected to a high voltage generator 9 that outputs a high voltage Vout to the discharge electrode 7.
  • the high voltage control unit 4 generates a high voltage control signal Sk based on the power supply voltage Vcc input from the power supply circuit 3, and outputs the high voltage control signal Sk to the high voltage generation unit 9.
  • a DC high voltage Vout (for example, several thousand kV) is generated.
  • the high voltage Vout may be referred to as an output voltage or a boosted output voltage.
  • the power supply unit 10 outputs a DC power supply voltage Vcc to the high voltage control unit 4.
  • the power supply unit 10 is a power supply part configured by the power supply 2 and the power supply circuit 3, and is configured by, for example, an AC power supply 11 and a rectifier circuit 12.
  • the AC power source output from the AC power source 11 is converted to DC by the rectifier circuit 12 and is output to the high voltage control unit 4 as a DC power source voltage Vcc.
  • the power supply unit 10 may be a simple DC power supply.
  • the high voltage control unit 4 is provided with a microcomputer 13 as a control unit of the electrostatic atomizer 1.
  • the microcomputer 13 generates a pulsed (rectangular wave) high voltage control signal Sk such that the high voltage Vout takes a predetermined value, and outputs the high voltage control signal Sk to the high voltage generator 9.
  • the high voltage generator 9 includes a switching unit 14 that is switched by the high voltage control signal Sk, a boosting unit 15 that boosts the voltage (primary voltage) generated when the switching unit 14 is turned on, and AC 2 after boosting.
  • a rectifying unit 16 for converting the secondary voltage into direct current is provided.
  • the switching unit 14 uses, for example, an FET (Field Effect Transistor) 17.
  • the switching unit 14 is connected to the microcomputer 13 via a resistor 18 at the gate terminal, is connected to the primary side of the boosting unit 15 at the source terminal, and is grounded to the ground at the drain terminal.
  • the switching unit 14 is turned on / off according to the signal level (H / L) of the high voltage control signal Sk.
  • the boosting unit 15 uses, for example, a boosting transformer.
  • the switching unit 14 is repeatedly turned on and off by H / L repetition of the high voltage control signal Sk, and a pulsed voltage is generated on the primary side of the boosting unit 15. .
  • the booster 15 boosts the pulsed voltage generated on the primary side, and outputs the boosted voltage as an AC voltage from the secondary side.
  • the voltage output to the secondary side of the booster 15 may be referred to as a secondary voltage or a boosted voltage.
  • the rectifying unit 16 includes a circuit in which a diode 19 and a capacitor 20 are T-connected.
  • the rectifier 16 rectifies the alternating high voltage output from the secondary side of the booster 15 and applies this to the discharge electrode 7 as a positive direct high voltage Vout.
  • the high voltage control unit 4 is connected to a resonance suppression unit 21 that causes the high voltage generation unit 9 to output the high voltage Vout at a frequency lower than the resonance frequency.
  • the resonance suppression unit 21 of this example is composed of a series circuit of a resistor 22 and a capacitor 23 and is connected in parallel to the FET 17 of the switching unit 14.
  • the series circuit of the resistor 22 and the capacitor 23 is connected to the source terminal of the FET 17 at one end of the resistor 22 and grounded to the ground at one end of the capacitor 23.
  • the high voltage generation circuit of this example includes a primary circuit including a primary side of the boosting unit 15 and a secondary circuit including a secondary side of the boosting unit 15 with the boosting unit 15 as a boundary.
  • the resonance suppression unit 21 is disposed on the primary circuit 24 side including the primary side of the boosting unit 15.
  • the primary circuit 24 is a circuit configured from the primary side of the power supply unit 10, the microcomputer 13, the switching unit 14, and the boosting unit 15.
  • the secondary circuit 24 is a circuit including the secondary side of the booster 15 and the rectifier 16.
  • the resonance suppression unit 21 sets the oscillation frequency f0 of the primary voltage shown in FIG. 3 set from the high voltage control signal Sk to a frequency lower than the resonance frequency of the boosting unit 15 (boost transformer), and affects the resonance.
  • the frequency is set so that a predetermined high voltage (a boosted output voltage) can be generated by boosting the boosting unit 15.
  • the resonance suppression unit 21 short-circuits the high frequency component by the capacitor 23 and attenuates it by the resistor 22 against the high frequency ringing generated by the inductance in the boosting unit 15 of the high voltage generation unit 9, thereby causing the high voltage control signal Sk.
  • the resonance component is eliminated from the oscillation frequency f0.
  • a DC power supply voltage Vcc is supplied from the power supply unit 10 to the high voltage control unit 4.
  • the high voltage control unit 4 outputs a pulsed high voltage control signal Sk to the switching unit 14 of the high voltage generation unit 9 to switch the switching unit 14. Therefore, a voltage is induced on the primary side of the booster 15 at the timing when the switching unit 14 is turned on, and an AC waveform voltage is induced on the primary side of the booster 15.
  • the oscillation frequency f0 of the primary voltage of the boosting unit 15 set from the high voltage control signal Sk is a frequency lower than the resonance frequency of the boosting unit 15 and has an influence on resonance. And a frequency at which the output voltage boosted to a predetermined high voltage by the booster 15 can be generated. That is, the voltage waveform of the primary voltage first shows the maximum peak, and then the voltage amplitude converges rapidly, and the time required for the amplitude fluctuation to stabilize is shortened. Therefore, since the primary voltage has a waveform in which ringing is reduced or eliminated, a secondary voltage with a stable output is output from the secondary side of the booster 15.
  • the oscillation frequency f0 is determined by 1 / T0
  • the resonance influence convergence frequency f1 is determined by 1 / T1
  • the resonance frequency f2 is determined by 1 / T2.
  • T0 and T1 have a relationship of T0> T1
  • the period has a relationship of f0 ⁇ f1
  • T0 and T2 have a relationship of T0> T2
  • the frequency has a relationship of f0 ⁇ f2. Therefore, as shown in FIG. 4, when the frequency that can be boosted by the booster 15 is f3, the target oscillation frequency f0 is set to a value between f1 and f3. That is, the oscillation frequency f0 is set to a value that satisfies f3 ⁇ f0 ⁇ f1.
  • a pulsed high voltage is output from the secondary side of the booster 15.
  • the rectifier 16 rectifies the pulsed high voltage output from the secondary side of the booster 15 by the diode 19 and the capacitor 20 only during the forward voltage period, and outputs a positive DC high voltage Vout to the discharge electrode 7. .
  • a positive DC high voltage Vout is applied to the discharge electrode 7, a corona discharge is generated at the discharge electrode 7, whereby charged fine particle water is generated from the discharge electrode 7.
  • the resonance suppression unit 21 including a series circuit of the resistor 22 and the capacitor 23 is connected to the high voltage control unit 4 in parallel. Therefore, the oscillation suppression frequency f0 set by the resonance suppression unit 21 from the high voltage control signal Sk is less than the resonance frequency of the boosting unit 15 of the high voltage generation unit 9, and is not affected by resonance, and is a predetermined high voltage. This is a frequency that can generate an output voltage boosted up to. Therefore, it is possible to make it difficult for ringing to occur in the voltage waveform set from the high voltage control signal Sk. Therefore, the DC high voltage Vout output from the high voltage generator 9 can be achieved with a simple configuration of the resistor 22 and the capacitor 23. The output variation can be reduced or eliminated.
  • the resonance suppression unit 21 for suppressing the influence of resonance is connected to the high voltage control unit 4 (FET 17 of the switching unit 14), the resonance suppression unit 21 is simply connected to the high voltage control unit 4 With this configuration, the output variation of the high voltage Vout can be reduced.
  • the oscillation frequency f0 in this example is not the resonance frequency of the booster 15, but is set to a value that can be boosted by the booster 15. Therefore, apart from the efficiency, the power supply voltage Vcc can be boosted to a high voltage without any problem.
  • the resonance suppression unit 21 is arranged on the primary circuit 24 side, it is possible to remove the influence of resonance at a low voltage frequency before boosting. Therefore, the output variation of the high voltage Vout can be reduced with a simpler configuration, and the component cost can be reduced.
  • the resonance suppression unit 21 is a series circuit of the resistor 22 and the capacitor 23, the resonance suppression unit 21 can be simply configured with the resistor 22 and the capacitor 23, and the component cost can be reduced. .
  • the resonance suppression unit 21 Since the resonance suppression unit 21 is connected to the high voltage control unit 4, the resonance suppression unit 21 can be an independent component different from the boosting unit 15. Therefore, even when the resonance suppression unit 21 is mounted on the electrostatic atomizer 1, the resonance suppression unit 21 is functionally a separate component from the booster 15. Can be made difficult to influence.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment in the basic configuration, except that the arrangement position of the resonance suppression unit 21 is changed with respect to the first embodiment. Therefore, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and only different portions are described.
  • the high-voltage generator 9 is connected to the resonance suppression unit 21 described in the first embodiment.
  • the resonance suppression unit 21 is connected in parallel to the primary side of the booster 15.
  • the resonance suppression unit 21 of this example uses the capacitor 23 to generate harmonic components with respect to the harmonic ringing on the primary side, not on the high voltage control unit 4 side as in the first embodiment, but on the high voltage generation unit 9 side. By short-circuiting and attenuating by the resistor 22, resonance at the oscillation frequency f0 is suppressed.
  • the resonance suppression unit 21 since the resonance suppression unit 21 is connected to the high voltage generation unit 9, for example, the resonance suppression unit 21 can be integrated into the boosting unit 15.
  • the resonance suppression unit 21 and the boosting unit 15 are integrated, advantages such as a reduction in the number of parts of the high voltage generation circuit and elimination of complicated parts management can be obtained.
  • the resonance suppressing unit 21 can be integrated into the boosting unit 15, the boosting unit 15 and the resonance suppressing unit 21 can be unitized as one component. Therefore, the number of parts applied to the entire electrostatic atomizer 1 can be reduced, and the assembly work of the parts can be simplified.
  • the high voltage generation circuit of the first and second embodiments may be employed in the ion generator 61.
  • the ion generator 61 generates ion particles from the discharge electrode 7 by applying a high voltage Vout from the high voltage generator 9 to the discharge electrode 7.
  • a high voltage output from the high voltage generator 9 may be applied to the counter electrode 8 to give a potential difference between the two electrodes.
  • a plurality of one or both of the discharge electrode 7 and the counter electrode 8 may be provided.
  • the switching unit 14 is not limited to the FET 17 and may be a circuit using a transistor, for example.
  • the booster 15 may use a member other than the transformer.
  • the rectification unit 16 may be omitted from the high voltage generation unit 9.
  • the high voltage generator 9 outputs a pulsed high voltage.
  • the voltage output from the high voltage generator 9 may be either positive or negative.
  • the arrangement position when the resonance suppression unit 21 is arranged on the primary circuit 24 side, the arrangement position may be anywhere as long as it is on the circuit upstream side of the primary side of the booster unit 15.
  • the resonance suppression unit 21 is not limited to being disposed on the primary circuit 24 side, and may be disposed on the secondary circuit side.
  • the resonance suppression unit 21 is not limited to being configured by the resistor 22 and the capacitor 23, and may be anything as long as the influence of resonance can be suppressed.
  • the high voltage generation circuit is not limited to being used in the electrostatic atomizer 1 or the ion generator 61, but may be used in other devices and apparatuses.
  • Electrostatic atomizer 4 ... High voltage control part, 7 ... Discharge electrode, 8 ... Counter electrode, 9 ... High voltage generation part, 10 ... Power supply part, 14 ... Switching part, 15 ... Boosting part, 21 ... Resonance Inhibitor, 22 ... resistor, 23 ... capacitor, 24 ... primary circuit, 61 ... ion generator, Vcc ... power supply voltage, Sk ... high voltage control signal, Vout ... high voltage (DC high voltage), f0 ... oscillation frequency.

Landscapes

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Abstract

高電圧発生回路は、スイッチング部（１４）に対して並列接続された共振抑制部（２１）を備える。共振抑制部（２１）は、高電圧制御信号（Ｓｋ）から設定される１次電圧の発振周波数（ｆ０）を、昇圧部（１５）が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振に影響を受けず、かつ昇圧部（１５）により所定の昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に設定する。共振抑制部（２１）は、高電圧発生部（９）の昇圧部（１５）におけるインダクタンスにより発生した高周波のリンギングに対し、コンデンサ（２３）により高周波成分をショートさせ抵抗（２２）で減衰させることにより、高電圧制御信号の発振周波数から共振成分を消去する。

Description

高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置
　本発明は、電極等に高電圧を印加する高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置に関する。
　近年、家電製品の分野では、イオン粒子を空気中に放出可能なイオン発生装置や、ナノメータサイズの帯電微粒子水を空気中に放出可能な静電霧化装置等が広く普及してきている。これら装置は、放電電極に高電圧を印加する高電圧発生回路を備える。
　従来のイオン発生装置や静電霧化装置には、図９に示すような高電圧発生回路８１（例えば特許文献１～３等参照）が設けられている。高電圧発生回路８１には、電源部８２から出力される直流の電源電圧Ｖ１を基に高電圧発生回路８１の動作を制御する高電圧制御部８３と、高電圧制御部８３から出力される高電圧制御信号８４を基に直流高電圧Ｖ２を発生する高電圧発生部８５と、放電により微粒子を発生する放電電極８６とが設けられている。
　高電圧制御部８３は、パルス状（矩形波）の高電圧制御信号８４を高電圧発生部８５に出力し、この高電圧制御信号８４にて高電圧発生部８５のスイッチング素子をスイッチングする。高電圧発生部８５は、このスイッチングにより発生したパルス状の電圧を昇圧し、昇圧後の２次電圧を整流部にて直流の高電圧Ｖ２に変換する。よって、高電圧発生部８５からは、高電圧制御信号８４に準じた直流高電圧Ｖ２が出力され、この直流高電圧Ｖ２が放電電極８６に印加される。
　図９の高電圧発生回路８１には、高電圧Ｖ２のばらつきを低減するために、高電圧発生部８５に高電圧検出部８７が接続されている。高電圧検出部８７は、高電圧発生部８５が出力した直流高電圧Ｖ２の値を検出し、その高電圧信号８８を高電圧制御部８３に出力する。高電圧制御部８３は、この高電圧信号８８を基に高電圧制御信号８４を調整し、調整後の高電圧制御信号８４にて高電圧発生部８５を動作させる。このように、直流高電圧Ｖ２をフィードバック制御すれば、直流高電圧のばらつきが低減されるので、高電圧Ｖ２を所望範囲内の値に設定することが可能となる。
特開２０１０－６４０５３号公報 特開２００７－２３４４６１号公報 特開２００７－２９４２８５号公報
　しかし、図９の高電圧発生回路８１では、高電圧Ｖ２の出力効率を確保するために、高電圧制御信号８４の発振周波数を共振周波数として高電圧発生部８５を駆動させている。しかし、この場合、図１０に示すように、高電圧発生部８５における昇圧部の１次電圧は、大きく脈動し、この脈動が高電圧Ｖ２のばらつきの要因となる問題がある。よって、個別に共振周波数を監視しなければならないので、高電圧制御部８３に用いるマイクロコンピュータのプログラムが複雑となる。高い処理能力のマイクロコンピュータが必要とされ、高電圧発生回路８１の部品が高価になる問題があった。
　また、仮に共振周波数の監視を簡易なものとし、安価なマイクロコンピュータを用いたとすると、共振周波数は急峻な波形をとるため、安価なマイクロコンピュータでは正しく波形を監視することができず、これが精度悪化の問題に繋がる。具体的には、高電圧制御部８３の高電圧制御信号８４から設定される周波数が共振周波数からずれてしまうと、この周波数が急峻であることに起因してゲイン（利得）が下がり、高電圧発生部８５の高電圧Ｖ２が大きく変動してしまう問題があった。
　さらに、図９の高電圧発生回路８１では、高電圧発生部８５の場合、高電圧Ｖ２のばらつきを低減するために、高電圧発生部８５の出力側、つまり昇圧の２次側に、高電圧検出部８７を配置しなければならない。この場合、高電圧検出部８７は高電圧Ｖ２を検出できる回路を使用しなければならず、高電圧検出部８７の構造が複雑になり、また部品コストも高くなってしまう。特に、高電圧発生回路８１が、数1000ｋＶの高電圧Ｖ２を出力する場合、上記問題は顕著となる。
　本発明の目的は、簡素な構成で高電圧出力のばらつきを低減することができる高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置を提供することにある。
　前記問題点を解決するために、本発明では、電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧して、昇圧された出力電圧を出力する高電圧発生回路において、前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備えたことを要旨とする。
　一例では、前記高電圧発生回路は前記昇圧部を境界とする１次回路及び２次回路を備え、前記共振抑制部は、前記１次回路側に配置されている。
　一例では、前記共振抑制部は、少なくとも抵抗及びコンデンサを備えた回路からなる。
　一例では、前記共振抑制部は、前記スイッチング部に並列接続された回路からなる。
　一例では、前記共振抑制部は、前記昇圧部の１次側に並列接続された回路からなる。
　本発明の別の態様は、電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧し、昇圧された出力電圧を放電電極に印加して、当該放電電極からイオン粒子を放出するイオン発生装置において、前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備える。
　本発明の更なる態様は、電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧し、昇圧された出力電圧を放電電極及び対向電極の間に印加して、当該放電電極に発生した帯電微粒子水を前記対向電極から放出する静電霧化装置において、前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備える。
　本発明によれば、簡素な構成で高電圧出力のばらつきを低減することができる。
第１実施形態の静電霧化装置のブロック図。 高電圧発生回路の回路図。 図２の高電圧発生回路における高電圧制御信号及び１次電圧の波形図。 発振周波数と高電圧出力との関係を示す図。 第２実施形態の静電霧化装置のブロック図。 高電圧発生回路の回路図。 別例の静電霧化装置のブロック図。 別例のイオン発生装置の概略を示す構成図。 従来の高電圧発生回路のブロック図。 図９の高電圧発生回路における高電圧制御信号及び１次電圧の波形図。
　（第１実施形態）
　以下、本発明を具体化した高電圧発生回路、イオン発生装置及び静電霧化装置の第１実施形態を図１～図４に従って説明する。
　図１に示すように、静電霧化装置１には、電源２から電源電力を入力する電源回路３が設けられている。電源回路３には、電源回路３から出力される直流の電源電圧Ｖccを基に静電霧化装置１を動作させる高電圧制御部４が接続されている。高電圧制御部４は、ペルチェ用電源回路５を介してペルチェユニット６の放電電極７に接続されている。対向電極８は放電電極７に対向している。
　高電圧制御部４には、放電電極７に高電圧Ｖoutを出力する高電圧発生部９が接続されている。高電圧制御部４は、電源回路３から入力した電源電圧Ｖccを基に高電圧制御信号Ｓｋを生成し、この高電圧制御信号Ｓｋを高電圧発生部９に出力して、高電圧発生部９から直流の高電圧Ｖout（例えば数1000ｋＶ）を発生させる。本明細書では、この高電圧Ｖoutを、出力電圧あるいは昇圧された出力電圧と呼ぶことがある。
　放電電極７が高電圧制御部４の制御下でペルチェ方式により冷却されると、放電電極７の表面に水分が付着する。この状態で高電圧発生部９から放電電極７に高電圧Ｖoutが印加されると、放電電極７に付着した水分はマイナスに帯電するとともに、放電電極７と対向電極８との間に、放電電極７に付着した水を対向電極８に吸引する力が発生する。そして、放電電極７に付着した水に対する吸引力と重力とのバランスが臨界点に達すると、放電電極７に付着した水は分裂を開始し、最終的にミスト状の帯電微粒子水となって静電霧化装置１の外部に放出される。
　図２に示すように、電源部１０は高電圧制御部４に直流の電源電圧Ｖccを出力する。電源部１０は、電源２及び電源回路３によって構成される電源部分であって、例えば交流電源１１及び整流回路１２から構成されている。交流電源１１から出力された交流電源は、整流回路１２にて直流に変換され、これが直流の電源電圧Ｖccとして高電圧制御部４に出力される。なお、電源部１０は、単なる直流電源でもよい。
　高電圧制御部４には、静電霧化装置１のコントロールユニットとしてマイクロコンピュータ１３が設けられている。マイクロコンピュータ１３は、高電圧Ｖoutが所定値をとるようなパルス状（矩形波）の高電圧制御信号Ｓｋを生成し、この高電圧制御信号Ｓｋを高電圧発生部９に出力する。
　高電圧発生部９には、高電圧制御信号Ｓｋによりスイッチングされるスイッチング部１４と、スイッチング部１４のオンにより生じた電圧（１次電圧）を昇圧する昇圧部１５と、昇圧後の交流の２次電圧を直流に変換する整流部１６とが設けられている。
　スイッチング部１４は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）１７が使用されている。スイッチング部１４は、ゲート端子において抵抗１８を介してマイクロコンピュータ１３に接続され、ソース端子において昇圧部１５の１次側に接続され、ドレイン端子においてグランドに接地されている。スイッチング部１４のオンオフは、高電圧制御信号Ｓｋの信号レベル（Ｈ／Ｌ）に応じて切り換えられる。
　昇圧部１５は、例えば昇圧トランスが使用されている。スイッチング部１４に高電圧制御信号Ｓｋが入力されると、高電圧制御信号ＳｋのＨ／Ｌの繰り返しによってスイッチング部１４がオンオフを繰り返し、パルス状の電圧が昇圧部１５の１次側に発生する。昇圧部１５は、１次側に発生したパルス状の電圧を昇圧し、昇圧電圧を２次側から交流電圧として出力する。本明細書では、昇圧部１５の２次側に出力される電圧を２次電圧または昇圧電圧と呼ぶことがある。
　整流部１６は、ダイオード１９及びコンデンサ２０がＴ字接続された回路からなる。整流部１６は、昇圧部１５の２次側から出力された交流の高電圧を整流し、これを正の直流高電圧Ｖoutとして放電電極７に印加する。
　高電圧制御部４には、高電圧発生部９に共振周波数未満の周波数にて高電圧Ｖoutの出力を実行させる共振抑制部２１が接続されている。本例の共振抑制部２１は、抵抗２２及びコンデンサ２３の直列回路から構成されるとともに、スイッチング部１４のＦＥＴ１７に並列接続されている。抵抗２２及びコンデンサ２３の直列回路は、抵抗２２の一端においてＦＥＴ１７のソース端子に接続され、コンデンサ２３の一端においてグランドに接地されている。本例の高電圧発生回路は、昇圧部１５を境界として、昇圧部１５の１次側を含む１次回路と、昇圧部１５の２次側を含む２次回路とを含む。共振抑制部２１は、昇圧部１５の１次側を含む１次回路２４側に配置されている。図示した例では、１次回路２４は、電源部１０、マイクロコンピュータ１３、スイッチング部１４、及び昇圧部１５の１次側から構成される回路を言う。２次回路２４は、昇圧部１５の２次側及び整流部１６を含む回路を言う。
　共振抑制部２１は、高電圧制御信号Ｓｋから設定される図３に示す１次電圧の発振周波数ｆ０を、昇圧部１５（昇圧トランス）が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振に影響を受けず、かつ昇圧部１５の昇圧により所定の高電圧（昇圧された出力電圧）を生成可能な周波数に設定する。換言すると、共振抑制部２１は、高電圧発生部９の昇圧部１５におけるインダクタンスにより発生した高周波のリンギングに対し、コンデンサ２３により高周波成分をショートさせ抵抗２２で減衰させることにより、高電圧制御信号Ｓｋの発振周波数ｆ０から共振成分を消去する。
　次に、本例の高電圧発生回路の動作を、図２を用いて説明する。
　静電霧化装置１に電源が投入されると、電源部１０から直流の電源電圧Ｖccが高電圧制御部４に供給される。高電圧制御部４は、電源がオンすると、パルス状の高電圧制御信号Ｓｋを高電圧発生部９のスイッチング部１４に出力して、スイッチング部１４をスイッチングする。このため、スイッチング部１４がオンするタイミングで昇圧部１５の１次側に電圧が誘起され、昇圧部１５の1次側に交流波形の電圧が誘起される。
　このとき、昇圧部１５には、昇圧部１５（昇圧トランス）のインダクタンスによって、高周波のリンギングが発生する。しかし、本例の場合は、スイッチング部１４に共振抑制部２１が並列接続されているので、リンギングの高周波成分がコンデンサ２３によりショートさせられ、かつリンギングが抵抗２２により減衰される。
　このため、図３に示すように、高電圧制御信号Ｓｋから設定される昇圧部１５の１次電圧の発振周波数ｆ０は、昇圧部１５が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ昇圧部１５にて所定高電圧まで昇圧された出力電圧を生成可能な周波数となる。つまり、１次電圧の電圧波形は、最初に最大ピークを示し、その後、電圧振幅は急速に収束し、振幅変動が安定するのに要する時間が短縮される。よって、１次電圧はリンギングが低減または除去された波形となるので、昇圧部１５の２次側からは、出力が安定した２次電圧が出力される。
　また、図３に示すように、発振周期をＴ０、共振影響収束周期をＴ１、共振周期をＴ２とすると、発振周波数ｆ０は１／Ｔ０で決まり、共振影響収束周波数ｆ１は１／Ｔ１で決まり、共振周波数ｆ２は１／Ｔ２で決まる。ここでは、Ｔ０及びＴ１はＴ０＞Ｔ１の関係を有するので、周期はｆ０＜ｆ１の関係であり、Ｔ０及びＴ２はＴ０＞Ｔ２の関係であるので、周波数はｆ０＜ｆ２の関係である。よって、図４に示すように、昇圧部１５で昇圧可能な周波数をｆ３とすると、目標とする発振周波数ｆ０は、ｆ１からｆ３の間の値に設定される。つまり、発振周波数ｆ０は、ｆ３≦ｆ０＜ｆ１を満たす値に設定される。
　昇圧部１５の１次側に矩形波のパルス電圧がかかると、昇圧部１５の２次側からは、パルス状の高電圧が出力される。整流部１６は、昇圧部１５の２次側から出力されたパルス状の高電圧を、ダイオード１９及びコンデンサ２０により順電圧の期間のみ整流し、正の直流高電圧Ｖoutを放電電極７に出力する。正の直流高電圧Ｖoutが放電電極７に印加されると、放電電極７においてコロナ放電が発生し、これにより放電電極７から帯電微粒子水が発生する。
　以上により、本例の場合は、高電圧制御部４に対し並列位置に、抵抗２２及びコンデンサ２３の直列回路からなる共振抑制部２１を接続した。従って、この共振抑制部２１によって、高電圧制御信号Ｓｋから設定される発振周波数ｆ０は、高電圧発生部９の昇圧部１５が持つ共振周波数未満で、共振の影響を受けず、かつ所定高電圧まで昇圧された出力電圧を生成可能な周波数となる。よって、高電圧制御信号Ｓｋから設定される電圧波形にリンギングを生じ難くすることが可能となるので、抵抗２２及びコンデンサ２３という簡素な構成によって、高電圧発生部９から出力される直流高電圧Ｖoutの出力ばらつきを低減または除去することが可能となる。
　本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
　（１）高電圧制御部４（スイッチング部１４のＦＥＴ１７）に、共振の影響を抑制するための共振抑制部２１を接続したので、高電圧制御部４に共振抑制部２１を単に接続するという簡素な構成によって、高電圧Ｖoutの出力ばらつきを低減することができる。
　（２）本例の発振周波数ｆ０は、昇圧部１５の共振周波数となってはいないが、昇圧部１５にて昇圧可能な値に設定されている。よって、効率は別として電源電圧Ｖccを問題なく高電圧まで昇圧することができる。
　（３）共振抑制部２１を１次回路２４側に配置したので、昇圧前の低い電圧の周波数にて共振の影響を取り除くことが可能となる。よって、より簡素な構成で高電圧Ｖoutの出力ばらつきを低減することができ、さらには部品コストも安価に済ませることができる。
　（４）共振抑制部２１を抵抗２２及びコンデンサ２３の直列回路としたので、共振抑制部２１を抵抗２２及びコンデンサ２３という簡素な構成で済ますことができ、さらに部品コストも安価に済ませることができる。
　（５）共振抑制部２１を高電圧制御部４に接続したので、共振抑制部２１を昇圧部１５とは別の独立した部品とすることが可能となる。よって、共振抑制部２１を静電霧化装置１に搭載する場合であっても、共振抑制部２１は機能的に昇圧部１５とは別の部品となるので、昇圧部１５に共振抑制部２１の影響を及ぼし難くすることができる。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態を図５及び図６に従って説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態に対して共振抑制部２１の配置位置を変更しているのみで、基本的な構成については第１実施形態と同一である。よって、第１実施形態と同一箇所は同じ符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　図５及び図６に示すように、高電圧発生部９には、第１実施形態に記載の共振抑制部２１が接続されている。図６に示すように、共振抑制部２１は、昇圧部１５の１次側に対して並列接続されている。本例の共振抑制部２１は、第１実施形態のように高電圧制御部４側ではなく、高電圧発生部９側において、1次側の高調波リンギングに対しコンデンサ２３にて高調波成分をショートさせるとともに抵抗２２にて減衰させることで、発振周波数ｆ０の共振を抑制する。
　本例においては、高電圧発生部９に共振抑制部２１を接続したので、例えば共振抑制部２１を昇圧部１５に一体に組み込むことが可能となる。共振抑制部２１と昇圧部１５とが一体型である場合、高電圧発生回路の部品点数低減や、部品管理の煩雑さ解消などの利点が得られる。
　本実施形態の構成によれば、第１実施形態に記載の（１）～（４）に加え、以下の効果を得ることができる。
　（６）共振抑制部２１を昇圧部１５に一体に組み込むことが可能となるので、昇圧部１５及び共振抑制部２１を１部品としてユニット化することが可能となる。よって、静電霧化装置１の全体にかかる部品点数を少なく押さえることができ、部品の組み立て作業を簡素化することができる。
　各実施形態は以下のように変更してもよい。
　・図７に示すように、第１及び第２実施形態の高電圧発生回路をイオン発生装置６１に採用してもよい。イオン発生装置６１は、高電圧発生部９から高電圧Ｖoutを放電電極７に印加することにより、放電電極７からイオン粒子を発生する。
　・第１及び第２実施形態において、図８に示すように、高電圧発生部９から出力される高電圧を対向電極８に印加して、２極間に電位差を持たせるものでもよい。
　・第１及び第２実施形態において、放電電極７及び対向電極８の一方または両方は複数設けられていてもよい。
　・第１及び第２実施形態において、スイッチング部１４は、ＦＥＴ１７から構成されることに限定されず、例えばトランジスタを使用した回路でもよい。
　・第１及び第２実施形態において、昇圧部１５は、トランス以外の部材を使用してもよい。
　・第１及び第２実施形態において、高電圧発生部９から整流部１６を省略してもよい。この場合、高電圧発生部９はパルス状の高電圧を出力する。
　・第１及び第２実施形態において、高電圧発生部９から出力される電圧は、正又は負のどちらでもよい。
　・第１及び第２実施形態において、共振抑制部２１を１次回路２４側に配置する場合、その配置位置は昇圧部１５の１次側よりも回路上流側であれば、どこでもよい。
　・第１及び第２実施形態において、共振抑制部２１は１次回路２４側に配置されることに限定されず、２次回路側に配置されてもよい。
　・第１及び第２実施形態において、共振抑制部２１は、抵抗２２及びコンデンサ２３から構成されることに限定されず、共振による影響を抑制できるものであれば、何でもよい。
　・第１及び第２実施形態において、高電圧発生回路は、静電霧化装置１やイオン発生装置６１に使用されることに限らず、その他の機器や装置に使用してもよい。
　・変更例同士を組合せてもよい。
　１…静電霧化装置、４…高電圧制御部、７…放電電極、８…対向電極、９…高電圧発生部、１０…電源部、１４…スイッチング部、１５…昇圧部、２１…共振抑制部、２２…抵抗、２３…コンデンサ、２４…１次回路、６１…イオン発生装置、Ｖcc…電源電圧、Ｓｋ…高電圧制御信号、Ｖout…高電圧（直流高電圧）、ｆ０…発振周波数。

Claims (7)

  1. 　電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧して、昇圧された出力電圧を出力する高電圧発生回路において、
    　前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備えた
    ことを特徴とする高電圧発生回路。
  2. 　前記高電圧発生回路は前記昇圧部を境界とする１次回路及び２次回路を備え、前記共振抑制部は、前記１次回路側に配置されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の高電圧発生回路。
  3. 　前記共振抑制部は、少なくとも抵抗及びコンデンサを備えた回路からなる
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高電圧発生回路。
  4. 　前記共振抑制部は、前記スイッチング部に並列接続された回路からなる
    ことを特徴とする請求項１～３のうちいずれか一項に記載の高電圧発生回路。
  5. 　前記共振抑制部は、前記昇圧部の１次側に並列接続された回路からなる
    ことを特徴とする請求項１～３のうちいずれか一項に記載の高電圧発生回路。
  6. 　電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧し、昇圧された出力電圧を放電電極に印加して、当該放電電極からイオン粒子を放出するイオン発生装置において、
    　前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備えた
    ことを特徴とするイオン発生装置。
  7. 　電源部から入力した電源電圧を基に高電圧制御部がパルス状の高電圧制御信号を生成し、前記高電圧制御部が前記高電圧制御信号により高電圧発生部のスイッチング部をスイッチングし、該スイッチングにより生成されたパルス状の電圧を昇圧部にて昇圧し、昇圧された出力電圧を放電電極及び対向電極の間に印加して、当該放電電極に発生した帯電微粒子水を前記対向電極から放出する静電霧化装置において、
    　前記高電圧制御信号から設定される発振周波数を、前記昇圧部が持つ共振周波数未満の周波数であって、共振の影響を受けず、かつ前記昇圧された出力電圧を生成可能な周波数に調整する共振抑制部を備えた
    ことを特徴とする静電霧化装置。
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