JP4646796B2 - Voltage generation circuit and ion generator - Google Patents
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Description
本発明は、電圧発生回路に関し、特にイオン発生器等に用いられる比較的高い電圧を発生する電圧発生回路に関する。また、本発明は、電圧発生回路を備えたイオン発生器に関する。 The present invention relates to a voltage generation circuit, and more particularly to a voltage generation circuit that generates a relatively high voltage used in an ion generator or the like. The present invention also relates to an ion generator provided with a voltage generation circuit.
従来より、イオン発生器やイオン発生器を備えた空気清浄機や複写機等の様々な電気機器においては、数kV(キロボルト)の高電圧を出力できる電圧発生回路(高圧駆動回路)が搭載されている。 Conventionally, various electrical devices such as ion generators and air purifiers and copiers equipped with ion generators have been equipped with voltage generation circuits (high voltage drive circuits) that can output high voltages of several kV (kilovolts). ing.
このような電気機器に対しては、特に小型化及び低コスト化の要望が高いため、それらに用いられる電圧発生回路の小型化及び低コスト化は、非常に重要である。 Since there is a high demand for downsizing and cost reduction for such electrical devices, it is very important to reduce the size and cost of voltage generation circuits used for them.
また、下記特許文献1には、被電圧検出部と接地線との間に接続され、かつ、該被電圧検出部に係る第1の電圧に基づいて第1の電圧より小さい第2の電圧を出力する電圧出力回路と、前記第2の電圧に基づいて該被電圧検出部に係る電圧検出信号を出力する信号検出回路とを具備し、少なくとも、前記被電圧検出部を含む第1の電圧の供給線に電流検出用ダミー電界効果トランジスタが接続されることを特徴とする電圧検出回路が、開示されている。
Further, in
また、下記特許文献2には、イオン発生器の出力電圧を制御する制御回路が開示されている。
また、イオン発生器を(特に空気の汚れた環境下において)長時間使用すると、放電面に汚染物質が付着し、放電が弱まってイオン生成量が低下するという問題があるが、このような問題を解決するべく、清掃部材などの機械的手段によって放電面の清掃を行う手法が知られている(例えば、下記特許文献3参照)。
In addition, if the ion generator is used for a long time (especially in an airy environment), there is a problem that contaminants adhere to the discharge surface, the discharge is weakened, and the amount of generated ions is reduced. In order to solve this problem, a technique for cleaning the discharge surface by mechanical means such as a cleaning member is known (see, for example,
上述したように、数kV(キロボルト)の高電圧を出力できる電圧発生回路を小型化すること及び低コスト化することは、非常に重要な課題である。 As described above, downsizing and cost reduction of a voltage generation circuit capable of outputting a high voltage of several kV (kilovolt) are very important issues.
尚、上記特許文献1に記載の技術は、負荷回路を構成するトランジスタの耐圧に依存した電圧制御を行うこと等を目的とした技術であって、上記のような課題を解決する技術ではない。また、上記特許文献2において、出力電圧の制御回路はイオン量の増減等を行うことを目的とした回路であり、また、その具体的な制御手法は開示されていない。従って、特許文献2に記載の技術では、上記のような課題を解決することはできない。
The technique described in
また、上記特許文献3に記載されている技術のように、清掃部材などの機械的手段によって放電面の清掃を行う場合、部品点数が増加して、機器の大型化及びコストアップを招く。そのため、そのような技術は採用しがたい。
Further, when the discharge surface is cleaned by mechanical means such as a cleaning member as in the technique described in
本発明は、上記の点に鑑み、小型化及び低コスト化を実現することのできる電圧発生回路を提供することを目的とする。また、本発明は、長期的に安定したイオン発生器の実現等を可能とする電圧発生回路を提供することを目的とする。また、本発明は、それらの電圧発生回路を備えたイオン発生器を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a voltage generation circuit capable of realizing downsizing and cost reduction. Another object of the present invention is to provide a voltage generation circuit that can realize a long-term stable ion generator. Moreover, an object of this invention is to provide the ion generator provided with those voltage generation circuits.
上記目的を達成するために本発明に係る電圧発生回路は、トランスと、トランス一次側の通電のオン/オフをスイッチングするスイッチ回路と、電源とトランス一次側との間に介在し、トランスに供給する電荷を蓄える充放電回路と、を備え、前記スイッチ回路は、前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧を受けるツェナーダイオードと、電源とトランス一次側との間に介在し、前記ツェナーダイオードに流れる電流が規定値以上のときに、オンとなるサイリスタと、を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a voltage generation circuit according to the present invention is provided between a transformer, a switch circuit that switches on / off of energization on the primary side of the transformer, and a power source and the primary side of the transformer, and supplies the transformer. A charge / discharge circuit that stores a charge to be stored, and the switch circuit is interposed between a Zener diode that receives a voltage corresponding to a stored charge amount of the charge / discharge circuit, and a power source and a transformer primary side, and the Zener diode And a thyristor that is turned on when a current flowing through the capacitor is greater than or equal to a specified value.
電源から電荷の供給を受け充放電回路に所定の電荷が蓄えられると、ツェナーダイオードが導通してツェナーダイオードに流れる電流が規定値に達する。この時、電源とトランス一次側との間に介在するサイリスタがオンとなるため、トランス一次側に充放電回路に蓄えられた電荷分の電流が流れる。このように、充放電回路は、トランス一次側の通電がオフの時には電源からの電力を充電し、トランス一次側の通電がオンの時には充電した電力をトランスへ供給する。 When the charge is supplied from the power source and a predetermined charge is stored in the charge / discharge circuit, the Zener diode becomes conductive and the current flowing through the Zener diode reaches a specified value. At this time, since the thyristor interposed between the power supply and the transformer primary side is turned on, a current corresponding to the charge stored in the charge / discharge circuit flows on the transformer primary side. As described above, the charging / discharging circuit charges the power from the power source when the current on the primary side of the transformer is off, and supplies the charged power to the transformer when the current on the primary side of the transformer is on.
充放電回路に蓄えられた電荷の放出が進行し、トランス一次側に流れる電流がサイリスタの保持電流を下回ると、サイリスタはオフとなって、再び充放電回路への電荷の蓄積が開始される。このような動作により、サイリスタがオンする周期と同じ周期で、トランス二次側に電圧が表れる。 When the discharge of the charge stored in the charge / discharge circuit proceeds and the current flowing to the primary side of the transformer falls below the holding current of the thyristor, the thyristor is turned off and charge accumulation in the charge / discharge circuit is started again. By such an operation, a voltage appears on the secondary side of the transformer in the same cycle as the cycle in which the thyristor is turned on.
従って、トランスの巻線比等を適切に設定すれば、サイリスタがオンする周期と同じ周期で、トランス二次側に高電圧(例えば、絶対値が1kV〜10kVの電圧)が表れる。 Accordingly, if the winding ratio of the transformer is appropriately set, a high voltage (for example, a voltage having an absolute value of 1 kV to 10 kV) appears on the secondary side of the transformer in the same cycle as the cycle in which the thyristor is turned on.
上記の電圧発生回路は、少ない部品点数で構成することができ、電圧発生回路の小型化及び低コスト化が図られる。 The voltage generating circuit can be configured with a small number of parts, and the voltage generating circuit can be reduced in size and cost.
また、トランスの二次側に電極等を接続してイオン発生器を構成する場合、イオンの発生量は、高電圧が発生する周期と高電圧の値に依存することになる。一方において、電圧発生回路を上記のように構成した場合、ツェナーダイオードのツェナー電圧を変更すれば、ツェナーダイオードに流れる電流(ツェナー電流)が規定値に達するために必要な充放電回路の蓄積電荷量が変化するため、サイリスタがオンする周期(高電圧が発生する周期)が変化すると共に同時に二次側に発生する高電圧の値が変化する。 In addition, when an ion generator is configured by connecting an electrode or the like to the secondary side of the transformer, the amount of ions generated depends on the cycle in which the high voltage is generated and the value of the high voltage. On the other hand, when the voltage generation circuit is configured as described above, if the Zener voltage of the Zener diode is changed, the accumulated charge amount of the charge / discharge circuit required for the current flowing through the Zener diode (Zener current) to reach the specified value Therefore, the cycle in which the thyristor is turned on (cycle in which the high voltage is generated) changes, and at the same time, the value of the high voltage generated on the secondary side changes.
つまり、上記のように構成される電圧発生回路をイオン発生器に適用した場合、ツェナー電圧を変更することで容易にイオン発生量を変更することができる。 That is, when the voltage generation circuit configured as described above is applied to an ion generator, the amount of ion generation can be easily changed by changing the Zener voltage.
具体的には、例えば、前記スイッチ回路は、前記ツェナーダイオードとトリガ用抵抗とを直列接続して構成される直列回路を有し、前記ツェナーダイオードに流れる電流によって前記トリガ用抵抗に発生した電圧が前記サイリスタのゲートに供給される。 Specifically, for example, the switch circuit has a series circuit configured by connecting the Zener diode and a trigger resistor in series, and a voltage generated in the trigger resistor by a current flowing through the Zener diode is generated. Supplied to the gate of the thyristor.
また、例えば、前記スイッチ回路は、更に前記ツェナーダイオードと直列接続された可変抵抗を有して構成されるようにしてもよい。 Further, for example, the switch circuit may further include a variable resistor connected in series with the Zener diode.
ツェナーダイオードと直列接続されるように可変抵抗を設ければ、可変抵抗の抵抗値を調整することでツェナー電流を調整することができ、サイリスタをオンとするために必要な充放電回路の蓄積電荷量を変化させることができる。他方、サイリスタがオンする周期と同じ周期でトランスの二次側に発生する電圧は、例えば、充放電回路の蓄積電荷量に依存している。 If a variable resistor is provided so as to be connected in series with the Zener diode, the Zener current can be adjusted by adjusting the resistance value of the variable resistor, and the charge accumulated in the charge / discharge circuit required to turn on the thyristor The amount can be varied. On the other hand, the voltage generated on the secondary side of the transformer in the same cycle as the cycle in which the thyristor is turned on depends on, for example, the accumulated charge amount of the charge / discharge circuit.
ツェナーダイオードのツェナー電圧には、ある程度のばらつきがあるため、トランスの二次側に発生する電圧の値とその発生する周期は変動する。しかしながら、上記のように可変抵抗を設けることにより、トランスの二次側に発生する電圧と周期を調整することができ、ツェナー電圧のばらつきをキャンセルすることが可能となる。 Since the Zener voltage of the Zener diode varies to some extent, the value of the voltage generated on the secondary side of the transformer and the cycle in which the voltage is generated vary. However, by providing the variable resistor as described above, it is possible to adjust the voltage and period generated on the secondary side of the transformer, and to cancel the variation of the Zener voltage.
また、例えば、前記スイッチ回路は、更に前記ツェナーダイオードと直列接続されたサーミスタを有して構成されるようにしてもよい。 For example, the switch circuit may further include a thermistor connected in series with the Zener diode.
より具体的には、例えば、前記充放電回路は、第1の温度よりも高い第2の温度における静電容量が、第1の温度における静電容量よりも小さくなる特性を有するコンデンサを備え、該コンデンサに前記電荷を蓄えるように構成されており、前記サーミスタは、正の温度特性のサーミスタである。 More specifically, for example, the charge / discharge circuit includes a capacitor having a characteristic that the capacitance at a second temperature higher than the first temperature is smaller than the capacitance at the first temperature, The capacitor is configured to store the electric charge, and the thermistor is a thermistor having a positive temperature characteristic.
また、例えば、前記充放電回路は、第1の温度よりも低い第3の温度における静電容量が、第1の温度における静電容量よりも小さくなる特性を有するコンデンサを備え、該コンデンサに前記電荷を蓄えるように構成されており、前記サーミスタは、負の温度特性のサーミスタである。 Further, for example, the charging / discharging circuit includes a capacitor having a characteristic that a capacitance at a third temperature lower than the first temperature is smaller than a capacitance at the first temperature, and the capacitor includes the capacitor The thermistor is configured to store electric charge, and the thermistor is a thermistor having a negative temperature characteristic.
上記のようなサーミスタを設けることにより、比較的高温時や比較的低温時に生じうる二次側に発生する電圧の値の減少を抑制することができる。 By providing the thermistor as described above, it is possible to suppress a decrease in the value of the voltage generated on the secondary side that may occur at a relatively high temperature or a relatively low temperature.
また、例えば、前記ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための前記充放電回路の蓄積電荷量が可変となるように、前記サイリスタがオンとなるタイミングを可変にするタイミング可変回路を更に備えるようにしてもよい。 In addition, for example, a timing variable circuit that further varies a timing at which the thyristor is turned on so that an accumulated charge amount of the charge / discharge circuit for making a current flowing through the Zener diode equal to or higher than a predetermined value is variable. You may do it.
ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための(即ち、サイリスタをオンとするための)充放電回路の蓄積電荷量が変化すれば、トランス二次側に発生する電圧の大きさも変化する。つまり、上記タイミング可変回路を設けることにより、トランス二次側に発生する電圧の大きさを変えることが可能となる。 When the amount of accumulated charge in the charge / discharge circuit for making the current flowing through the Zener diode equal to or greater than the specified value (that is, for turning on the thyristor) changes, the magnitude of the voltage generated on the secondary side of the transformer also changes. That is, by providing the timing variable circuit, the magnitude of the voltage generated on the transformer secondary side can be changed.
例えば、トランス二次側にイオン発生用の高電圧を発生させる場合、上記タイミング可変回路を用いてトランス二次側に発生する高電圧を一時的に大きくすると、イオン発生用の放電面に付着した汚染物質を飛ばすことが可能になる。つまり、上記の電圧発生回路を用いることにより、長期的に安定したイオン発生器を構成することも可能となる。 For example, when generating a high voltage for generating ions on the secondary side of the transformer, if the high voltage generated on the secondary side of the transformer is temporarily increased using the timing variable circuit, the ion is attached to the discharge surface for generating ions. It is possible to fly the pollutant. In other words, by using the voltage generation circuit, it is possible to configure an ion generator that is stable for a long time.
具体的には例えば、前記スイッチ回路は、前記ツェナーダイオードとトリガ用抵抗とタイミング変更用抵抗とを直列接続して構成される直列回路を有し、前記ツェナーダイオードに流れる電流によって前記トリガ用抵抗に発生した電圧が前記サイリスタのゲートに供給され、前記直列回路と前記トランス一次側には、前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧が印加され、前記タイミング可変回路は、前記タイミング変更用抵抗に接続されたバイパス回路を備え、前記タイミング変更用抵抗と前記バイパス回路を介して流れるバイパス電流の電流量を制御することにより、前記サイリスタがオンとなるタイミングを変化させる。 Specifically, for example, the switch circuit has a series circuit configured by connecting the Zener diode, a trigger resistor, and a timing changing resistor in series, and the trigger resistor is connected to the trigger resistor by a current flowing through the Zener diode. The generated voltage is supplied to the gate of the thyristor, and a voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the charge / discharge circuit is applied to the series circuit and the transformer primary side, and the timing variable circuit includes the timing changing resistor. The timing at which the thyristor is turned on is changed by controlling the current amount of the bypass current flowing through the timing change resistor and the bypass circuit.
上記バイパス電流の電流量を制御することにより、タイミング変更用抵抗に発生する電圧が変化する。そうすると、ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするために(即ち、サイリスタをオンするために)上記直列回路に印加すべき電圧も変化する。つまり、ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための充放電回路の蓄積電荷量が変化して、サイリスタがオンとなるタイミングも変化する。 By controlling the amount of the bypass current, the voltage generated in the timing changing resistor changes. Then, the voltage to be applied to the series circuit also changes in order to make the current flowing through the Zener diode equal to or higher than a specified value (that is, to turn on the thyristor). That is, the amount of charge accumulated in the charge / discharge circuit for setting the current flowing through the Zener diode to a specified value or more changes, and the timing at which the thyristor is turned on also changes.
また、例えば、前記タイミング可変回路は、前記電源からの電源電圧の供給を受けて動作し、該電源電圧の立ち上がり時の電源電圧値の変化を利用して、自動的に前記バイパス電流の電流量を制御する。 Further, for example, the timing variable circuit operates by receiving a power supply voltage from the power supply, and automatically uses the change in the power supply voltage value at the rise of the power supply voltage to automatically generate the current amount of the bypass current. To control.
また、例えば、前記タイミング可変回路は、前記電源からの電源電圧を受けるローパスフィルタを備え、該電源電圧の立ち上がり時の前記ローパスフィルタの出力信号値に応じて前記バイパス回路を制御することにより、自動的に前記バイパス電流の電流量を制御するようにしてもよい。 Further, for example, the timing variable circuit includes a low-pass filter that receives a power supply voltage from the power supply, and automatically controls the bypass circuit according to an output signal value of the low-pass filter when the power supply voltage rises. In particular, the amount of the bypass current may be controlled.
上記のように構成すれば、タイミング可変回路を動作させるために別途の電源を設ける必要はなくなる。また、サイリスタがオンとなるタイミングを変化させるための制御を別途行う必要もなくなる。 With the above configuration, it is not necessary to provide a separate power source for operating the timing variable circuit. Further, it is not necessary to separately perform control for changing the timing at which the thyristor is turned on.
また、例えば、前記タイミング可変回路は、前記電源からの電源電圧の立ち上がりごとに、所定期間における、前記ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための前記充放電回路の蓄積電荷量を、他の期間のそれと異ならせる。 In addition, for example, the timing variable circuit may change an accumulated charge amount of the charge / discharge circuit for setting a current flowing through the Zener diode to a predetermined value or more during a predetermined period every time a power supply voltage from the power supply rises. Different from that of the period.
これを利用してイオン発生器を構成した場合、例えば、通電ごとに放電面から汚染物質を飛ばすための高電圧を発生させる、といったことが可能となる。 When an ion generator is configured using this, for example, it is possible to generate a high voltage for flying contaminants from the discharge surface every time power is applied.
また、例えば、前記タイミング可変回路は、外部からの信号に基づいて前記サイリスタがオンとなるタイミングを変化させる。 Further, for example, the timing variable circuit changes the timing at which the thyristor is turned on based on an external signal.
また、上記目的を達成するために本発明に係るイオン発生器は、上記の何れかに記載の電圧発生回路を備え、前記電圧発生回路の前記トランスの二次側に発生する電圧を利用してイオンを発生させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ion generator according to the present invention includes the voltage generation circuit according to any one of the above, and uses a voltage generated on the secondary side of the transformer of the voltage generation circuit. Ion is generated.
上述した通り、本発明によれば、電圧発生回路の小型化及び低コスト化を実現することができる。また、本発明によれば、長期的に安定したイオン発生器等を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the voltage generation circuit can be reduced in size and cost. In addition, according to the present invention, it is possible to provide an ion generator or the like that is stable for a long period of time.
<<第1実施形態>>
以下、本発明に係る電圧発生回路を高圧駆動回路に適用した第1実施形態につき、図面を参照して説明する。後述する第2及び第3実施形態は、第1実施形態を改良したものに相当するため、第1実施形態に示される技術は、第2及び第3実施形態にとっての参考技術(関連技術)である、とも言える。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment in which a voltage generation circuit according to the present invention is applied to a high-voltage drive circuit will be described with reference to the drawings. Since the second and third embodiments described later correspond to improvements of the first embodiment, the technique shown in the first embodiment is a reference technique (related technique) for the second and third embodiments. It can be said that there is.
図1は、第1実施形態に係る高圧駆動回路(電圧発生回路)のブロック構成図である。本実施形態に係る高圧駆動回路は、電源1と、充放電回路(充放電部)2と、トランス(昇圧トランス)3と、タイミング発生回路(タイミング発生部)5と、スイッチ回路(スイッチ部)6と、を有し、トランス3に高電圧出力部(イオン発生部)4を接続して構成される。高電圧出力部4には、イオンを発生するための電極が配置されているため、図1に示す高圧駆動回路と高電圧出力部4は、イオン発生器を構成しているとも言える。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a high-voltage drive circuit (voltage generation circuit) according to the first embodiment. The high-voltage drive circuit according to the present embodiment includes a
(構成の説明)
図2に、図1の高圧駆動回路と高電圧出力部4の回路構成例を示す。図2において、図1と同一の部分には、同一の符号を付す。
(Description of configuration)
FIG. 2 shows a circuit configuration example of the high voltage drive circuit and the high
充放電回路2は、抵抗11とコンデンサ12とから成るローパスフィルタを備えている。高電圧出力部(イオン発生部)4は、電極4a及び電極4bを備えている。タイミング回路5は、分圧抵抗13、分圧抵抗14、PNP型のバイポーラトランジスタ16及びシャントレギュレータ17を備えている。スイッチ回路6は、サイリスタ(SCR;Silicon Controlled Rectifier)18と、コンデンサ20、抵抗21及びダイオード22を備えている。
The charge /
電源1は、一定の直流電圧(例えば、12V)を出力する直流電源である。電源1において、正電圧出力側は、抵抗11の一端とバイポーラトランジスタ16のエミッタに共通接続されていると共に、抵抗15を介してバイポーラトランジスタ16のベースに接続され、負電圧出力側は接地されている。
The
抵抗11の他端は、コンデンサ12を介して接地されていると共に、分圧抵抗13及び分圧抵抗14から成る直列回路を介しても接地されている。トランス3の一次巻線3aの一端は抵抗11とコンデンサ12との接続点に接続されており、一次巻線3aの他端はサイリスタ18のアノードに接続されている。また、サイリスタ18のカソードは接地されている。
The other end of the
バイポーラトランジスタ16のベースは、シャントレギュレータ17のカソードに接続され、シャントレギュレータ17のアノードは接地されている。分圧抵抗13と分圧抵抗14の接続点は、シャントレギュレータ17の基準電圧を入力すべき端子に接続されている。
The base of the
バイポーラトランジスタ16のコレクタは、抵抗19を介してコンデンサ20の一端、抵抗21の一端、ダイオード22のカソード及びサイリスタ18のゲートに共通接続されている。コンデンサ20の他端、抵抗21の他端及びダイオード22のアノードは、それぞれ接地されている。
The collector of the
トランス3の二次巻線3bの一端には電極4aが接続され、トランス3の二次巻線3bの他端には電極4bが接続されている。電極4b側は、例えば接地されている(不図示)。電極4aと電極4bは、電極4a−電極4b間に高電圧(例えは、絶対値が1kV〜10kVの電圧)が印加されたとき、コロナ放電等によってそこからイオン(マイナスイオンとプラスイオンの少なくとも一方)が発生するように構成されている。例えば、電極4aは針状の放電極であり、電極4bは電極4aと対向するように配置された導電性の接地電極である。尚、電極4a及び電極4bは、一方が放電電極、他方が誘導電極となって、イオンを発生することが可能なように構成されておれば、どのような形状でもよく、必ずしも電極4a及び電極4bのいずれかを針状の放電極とする必要はない。電極4aと電極4bに挟まれた領域には、空気を介在させても良いし、固体誘電体を介在させても良い。空気よりも高い絶縁抵抗を持ち且つ空気よりも高い誘電率を持つ固体誘電体を介在させることにより、電極間距離を狭くすることができ、また、イオンを発生させるための電極間の印加電圧を低く設定することができる。
An
(動作の説明)
次に、図2のように構成される高圧駆動回路と高電圧出力部4の動作について、図3を参照しながら説明する。図3は、図2に示される回路の各部の電圧波形を示したものである。図3において、電圧波形50は、抵抗11とコンデンサ12との接続点の電圧(充放電回路2の出力電圧)Vaの波形であり、電圧波形51は、分圧抵抗13と分圧抵抗14との接続点の電圧Vbの波形であり、電圧波形52は、サイリスタ18のゲートに加わる電圧Vcの波形である。電圧波形53は、電極4aと電極4bとの間に印加される電圧Vdの波形である。
(Description of operation)
Next, the operation of the high voltage drive circuit configured as shown in FIG. 2 and the high
まず、コンデンサ12に電荷が蓄えられていない状態から、電源1より抵抗11を介してコンデンサ12に電荷が供給され、コンデンサ12に電荷が蓄えられていく(充放電回路2が充電されていく)。これに伴って、電圧Vaが徐々に上昇し、電圧Vbの電圧も徐々に上昇する。
First, from the state where no charge is stored in the
ここで、シャントレギュレータ17は、電圧Vbが予め定められた基準電圧Vrefより低い場合、カソード−アノード間が非導通になるように、且つ電圧Vbが基準電圧Vrefより高い場合にカソード−アノード間が導通するように構成されている。そして、電圧Vaと所定の電圧Voとが等しくなった時、電圧Vbが基準電圧Vrefと一致するように、分圧抵抗13と分圧抵抗14の各抵抗値は定められている。また、サイリスタ18は、ゲートに所定の正のゲートトリガ電圧Vt(例えば、0.7V)が加わった時に、自身のアノード−カソード間が導通(オン)するように構成されている。また、バイポーラトランジスタ16がオンのとき、電圧Vcが上記ゲートトリガ電圧Vt以上となるように、電源1の出力電圧と、抵抗19及び抵抗21の各抵抗値は定められている。
Here, the shunt regulator 17 causes the cathode-anode to become non-conductive when the voltage Vb is lower than a predetermined reference voltage Vref, and between the cathode and anode when the voltage Vb is higher than the reference voltage Vref. It is configured to conduct. The resistance values of the
従って、電圧Vaが電圧Voより低いタイミングにおいては、バイポーラトランジスタ16はオフとなるため、サイリスタ18はオフ(アノード−カソード間が非導通)となり、トランス3の一次巻線3aには電流が流れない(トランス3の一次側の通電がオフとなる)。
Therefore, at the timing when the voltage Va is lower than the voltage Vo, the
電圧Vaは、電源1の出力電圧と抵抗11の抵抗値とコンデンサ12の静電容量とで決定される時間をかけて電圧Voまで上昇してゆく。電圧Vaが電圧Voに達すると、電圧Vbが基準電圧Vrefに達するため、シャントレギュレータ17が抵抗15を介して電源1から電流を引き込む。これによって、バイポーラトランジスタ16がオンとなり、抵抗21に生じる電圧に相当する電圧Vcは、サイリスタ18のゲートトリガ電圧Vtに達する。
The voltage Va rises to the voltage Vo over time determined by the output voltage of the
すると、サイリスタ18はオンとなって(トランス3の一次側の通電がオンとなって)、トランス3の一次巻線3aにコンデンサ12の両端間に加わる電圧が印加され、コンデンサ12に蓄えられた電荷(エネルギー)は、トランス3の一次巻線3aとサイリスタ18を介して放電される。この放電によって、コンデンサ12の両端間に加わる電圧はゼロに戻ると共に、サイリスタ18に流れる電流が保持電流(例えば、10mA)を下回ってサイリスタ18がオフとなる。
Then, the
サイリスタ18がオフとなった後は、再び電源1より抵抗11を介してコンデンサ12に電荷が供給され、コンデンサ12に電荷が蓄えられていく。このような充放電回路2による充放電(一次巻線3aの通電のオン/オフ)が、電源1の出力電圧、抵抗11の抵抗値及びコンデンサ12の静電容量、分圧抵抗13及び分圧抵抗14の各抵抗値、ゲートトリガ電圧Vt並びに基準電圧Vrefによって定まる周期(時間Tの逆数)を持って、繰り返される。
After the
上記の如く、サイリスタ18がオン/オフを繰り返すことにより、1次側のエネルギーがトランス3の二次巻線3bに伝達され、電極4a−電極4b間には、サイリスタ18のオン/オフ切り換えのタイミングに同期する形で、インパルス状の電圧Vdが発生する。
As described above, when the
トランス3の一次巻線3aと二次巻線3bの巻線比は、十分に大きく設定してあり、このインパルス状の電圧の正と負の波高値は、イオンの発生が行われる程度に高くなっている。例えば、電圧Vdの正の波高値は、1〜10kV(キロボルト)程度であり、電圧Vdの負の波高値は、−1〜−10kV(キロボルト)程度である。このようにして、高電圧が所定の周期(時間Tの逆数)で電極4a−電極4b間に印加される。
The winding ratio between the primary winding 3a and the secondary winding 3b of the
図2の構成においては、主としてタイミング発生回路5がサイリスタ18のオンするタイミングを決定する。そして、そのタイミングに合わせてスイッチ回路6が起動することで、トランス3の二次側に高電圧が発生する。つまり、高電圧を発生するために、タイミング発生回路5とスイッチ回路6が必要であり、部品点数が多くなると共に回路が複雑になる。
In the configuration of FIG. 2, the
<<第2実施形態>>
そこで、第1実施形態を改良した第2実施形態について、以下説明する。第2実施形態も、本発明に係る電圧発生回路を高圧駆動回路に適用した実施形態に相当する。
<< Second Embodiment >>
Therefore, a second embodiment obtained by improving the first embodiment will be described below. The second embodiment also corresponds to an embodiment in which the voltage generation circuit according to the present invention is applied to a high-voltage drive circuit.
図4は、第2実施形態に係る高圧駆動回路のブロック構成図である。図4において、図1と同一の部分には、同一の符号を付す。本実施形態に係る高圧駆動回路は、電源1と、充放電回路(充放電部)2と、トランス(昇圧トランス)3と、スイッチ回路(スイッチ部)7と、を有し、トランス3に高電圧出力部(イオン発生部)4を接続して構成される。高電圧出力部4には、イオンを発生するための電極が配置されているため、図4に示す高圧駆動回路と高電圧出力部4は、イオン発生器を構成しているとも言える。
FIG. 4 is a block configuration diagram of the high-voltage drive circuit according to the second embodiment. In FIG. 4, the same parts as those in FIG. The high-voltage drive circuit according to the present embodiment includes a
(構成の説明)
図5に、図4の高圧駆動回路と高電圧出力部4の回路構成例を示す。図5において、図2及び図4と同一の部分には、同一の符号を付す。
(Description of configuration)
FIG. 5 shows a circuit configuration example of the high voltage drive circuit and the high
充放電回路2は、抵抗11とコンデンサ12とから成るローパスフィルタを備えている。高電圧出力部(イオン発生部)4は、電極4a及び電極4bを備えている。スイッチ回路7は、サイリスタ(SCR;Silicon Controlled Rectifier)18と、コンデンサ30、抵抗(トリガ用抵抗)31、ダイオード32及びツェナーダイオード33を備えている。
The charge /
電源1は、一定の直流電圧(例えば、12V)を出力する直流電源である。電源1において、正電圧出力側は抵抗11の一端に接続され、負電圧出力側は接地されている。
The
抵抗11の他端は、コンデンサ12を介して接地されていると共に、ツェナーダイオード33のカソードに接続されている。トランス3の一次巻線3aの一端は抵抗11とコンデンサ12との接続点に接続されており、一次巻線3aの他端はサイリスタ18のアノードに接続されている。また、サイリスタ18のカソードは接地されている。
The other end of the
ツェナーダイオード33のアノードは、コンデンサ30の一端、抵抗31の一端、ダイオード32のカソード及びサイリスタ18のゲートに共通接続されている。コンデンサ30の他端、抵抗31の他端及びダイオード32のアノードは、それぞれ接地されている。
The anode of the
トランス3の二次巻線3bの一端には電極4aが接続され、トランス3の二次巻線3bの他端には電極4bが接続されている。電極4b側は、例えば接地されている(不図示)。電極4aと電極4bは、電極4a−電極4b間に高電圧(例えは、絶対値が1kV〜10kVの電圧)が印加されたとき、コロナ放電等によってそこからイオン(マイナスイオンとプラスイオンの少なくとも一方)が発生するように構成されている。例えば、電極4aは針状の放電極であり、電極4bは電極4aと対向するように配置された導電性の接地電極である。
An
(動作の説明)
次に、図5のように構成される高圧駆動回路と高電圧出力部4の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は、図5に示される回路の各部の電圧波形を示したものである。図6において、電圧波形60は、抵抗11とコンデンサ12との接続点の電圧(充放電回路2の出力電圧)V1の波形であり、電圧波形62は、サイリスタ18のゲートに加わる電圧V3の波形である。電圧波形63は、電極4aと電極4bとの間に印加される電圧V4の波形である。
(Description of operation)
Next, the operation of the high voltage drive circuit configured as shown in FIG. 5 and the high
まず、コンデンサ12に電荷が蓄えられていない状態から、電源1より抵抗11を介してコンデンサ12に電荷が供給され、コンデンサ12に電荷が蓄えられていく(充放電回路2が充電されていく)。これに伴って、電圧V1が徐々に上昇する。
First, from the state where no charge is stored in the
ここで、サイリスタ18は、ゲートに所定の正のゲートトリガ電圧Vt(例えば、0.7V)が加わった時に、自身のアノード−カソード間が導通(オン)するように構成されている。
Here, the
従って、電圧V1が電圧Vo=Vzd+Vt(但し、Vzdは、ツェナーダイオード33のツェナー電圧)より低いタイミングにおいては、サイリスタ18はオフ(アノード−カソード間が非導通)となり、トランス3の一次巻線3aには電流が流れない(トランス3の一次側の通電がオフとなる)。
Therefore, at a timing when the voltage V1 is lower than the voltage Vo = Vzd + Vt (where Vzd is the Zener voltage of the Zener diode 33), the
電圧V1は、電源1の出力電圧と抵抗11の抵抗値とコンデンサ12の静電容量とで決定される時間をかけて上昇してゆく。コンデンサ12の両端子間電圧がゼロである状態から時間Taが経過すると、電圧V1がツェナー電圧Vzdに到達し、抵抗31に電流が流れ始めて電圧V3が上昇し始める。コンデンサ12の両端子間電圧がゼロである状態から時間Tが経過すると、電圧V1が電圧Vo=Vzd+Vtに到達し、抵抗31に生じる電圧に相当する電圧V3は、サイリスタ18のゲートトリガ電圧Vtに達する。
The voltage V1 increases over time determined by the output voltage of the
すると、サイリスタ18はオンとなって(トランス3の一次側の通電がオンとなって)、トランス3の一次巻線3aにコンデンサ12の両端間に加わる電圧が印加され、コンデンサ12に蓄えられた電荷(エネルギー)は、トランス3の一次巻線3aとサイリスタ18を介して放電される。この放電によって、コンデンサ12の両端間に加わる電圧はゼロに戻ると共に、サイリスタ18に流れる電流が保持電流(例えば、10mA)を下回ってサイリスタ18がオフとなる。
Then, the
サイリスタ18がオフとなった後は、再び電源1より抵抗11を介してコンデンサ12に電荷が供給され、コンデンサ12に電荷が蓄えられていく。このような充放電回路2による充放電(一次巻線3aの通電のオン/オフ)が、電源1の出力電圧、抵抗11の抵抗値及びコンデンサ12の静電容量、ツェナー電圧Vzd、抵抗31の抵抗値並びにゲートトリガ電圧Vtによって定まる周期(時間Tの逆数)を持って、繰り返される。
After the
上記の如く、サイリスタ18がオン/オフを繰り返すことにより、1次側のエネルギーがトランス3の二次巻線3bに伝達され、電極4a−電極4b間には、サイリスタ18のオン/オフ切り換えのタイミングに同期する形で、インパルス状の電圧Vdが発生する。
As described above, when the
トランス3の一次巻線3aと二次巻線3bの巻線比は、十分に大きく設定してあり、このインパルス状の電圧の正と負の波高値は、イオンの発生が行われる程度に高くなっている。例えば、電圧Vdの正の波高値は、1〜10kV(キロボルト)程度であり、電圧Vdの負の波高値は、−1〜−10kV(キロボルト)程度である。このようにして、高電圧が所定の周期(時間Tの逆数)で電極4a−電極4b間に印加される。
The winding ratio between the primary winding 3a and the secondary winding 3b of the
図2の回路構成と図5の回路構成との比較から分かるように、図5に示す高圧駆動回路は、部品点数が少なく極めて簡素な回路構成となっている。つまり、高圧駆動回路の小型化及び低コスト化が実現される。 As can be seen from a comparison between the circuit configuration of FIG. 2 and the circuit configuration of FIG. 5, the high-voltage drive circuit shown in FIG. 5 has a very simple circuit configuration with a small number of parts. That is, the high-voltage drive circuit can be reduced in size and cost.
また、第1実施形態の構成(図2)においては、主としてタイミング発生回路5がサイリスタ18のオンするタイミングを決定する。そして、そのタイミングに合わせてスイッチ回路6が起動することで、トランス3の二次側に高電圧が発生する。一方、第2実施形態の構成(図5)においては、主としてツェナーダイオード33と抵抗31との直列回路がサイリスタ18のオンするタイミングを決定し、抵抗31の両端子間電圧がスイッチ回路6を起動させる(サイリスタ18をオンする)。つまり、第2実施形態の構成は、第1実施形態におけるものより動作が簡素化されており、安定した動作が実現できる。
In the configuration of the first embodiment (FIG. 2), the
また、ツェナーダイオード33のツェナー電圧Vzdを変更すれば、時間Ta及び時間Tが変わる。また、電圧Vo(=Vzd+Vt)も変わるため、二次側に出力される高電圧の値(波高値)も変わる。つまり、ツェナー電圧Vzdを変更することで、高電圧が発生する周期(時間Tの逆数)と高電圧の値を同時に変更することができる。
Further, if the Zener voltage Vzd of the
電極4a及び電極4bで発生するイオンの量は、高電圧が発生する周期と高電圧の値に依存するため、ツェナー電圧Vzdを変更することで容易にイオン発生量を変更することができる。
Since the amount of ions generated at the
例えば、ツェナー電圧Vzdを小さくすれば時間Taが短くなると共に時間Tが短くなり、同時に電圧Voが小さくなることで、二次側に出力される高電圧の値(波高値)も小さくなる。 For example, if the Zener voltage Vzd is decreased, the time Ta is shortened and the time T is shortened. At the same time, the voltage Vo is decreased, so that the high voltage value (crest value) output to the secondary side is also decreased.
(図7;可変抵抗追加)
また、図5に示す回路を図7のように変形してもよい。つまり、抵抗11とコンデンサ12とトランス3の一次巻線3aの一端との接続点と、ツェナーダイオード33のカソードとの間に、可変抵抗VRを挿入するのである。可変抵抗VRは、ツェナーダイオード33と直列に接続される。図7において、図5と同一の部分には同一の符号を付し、その構成及び動作の説明を省略する。スイッチ回路7aは、スイッチ回路7に可変抵抗VRを追加した構成となっている。
(Fig. 7: Variable resistance added)
Further, the circuit shown in FIG. 5 may be modified as shown in FIG. That is, the variable resistor VR is inserted between the connection point of the
ツェナーダイオード33のツェナー電圧Vzdには、ある程度のばらつきがあるため、トランス3の二次側に発生する高電圧の値とその高電圧の発生する周期が変動する。具体的な一例として、ツェナー電圧Vzdは中心値から約±2.5〜3.0%でばらつく。ツェナー電圧Vzdが中心値から2.5%だけ小さいとき、周期は10%大きくなると共に高電圧の値は2%小さくなる。ツェナー電圧Vzdが中心値から2.5%だけ大きいとき、周期は10%小さくなると共に高電圧の値は2%大きくなる。しかし、図7のように可変抵抗VRを設ければ、可変抵抗VRの抵抗値を調整することで電圧V1がツェナー電圧Vzd以上となっているときのツェナー電流を調整することができ、電圧Voの値、ひいては二次側に発生する高電圧の値を調整することができると共に、高電圧の発生する周期を調整することができるようになる。つまり、ツェナー電圧Vzdのばらつきを吸収して、所望の高電圧を二次側で得ることができ、また所望の周期を得ることができる。但し、図7の構成においては、電圧Vo=Vzd+Vt+VVRとなっている。VVRは、抵抗31の両端子間電圧がゲートトリガ電圧Vtを等しくなっているときに、可変抵抗VRに加わる電圧である。
Since the Zener voltage Vzd of the
例えば、可変抵抗VRの抵抗値を大きくすれば、電圧V1がツェナー電圧Vzd以上となっているときのツェナー電流が減少し、サイリスタ18がオンするまでの時間Tが大きくなる。これによって、電圧Voが大きくなり、二次側に発生する高電圧の値(波高値)も大きくなると共に高電圧が発生する周期も変更される(小さくなる)。
For example, if the resistance value of the variable resistor VR is increased, the Zener current when the voltage V1 is equal to or higher than the Zener voltage Vzd decreases, and the time T until the
また、ツェナーダイオード33のアノードと、サイリスタ18のゲートと抵抗31との接続点との間に可変抵抗VRを直列に挿入するようにしても構わない。
Further, the variable resistor VR may be inserted in series between the anode of the
(図8;サーミスタ追加)
また、図5に示す回路を図8のように変形してもよい。つまり、抵抗11とコンデンサ12とトランス3の一次巻線3aの一端との接続点と、ツェナーダイオード33のカソードとの間に、サーミスタTHを挿入するのである。サーミスタTHは、ツェナーダイオード33と直列に接続される。図8において、図5と同一の部分には同一の符号を付し、その構成及び動作の説明を省略する。スイッチ回路7bは、スイッチ回路7にサーミスタTHを追加した構成となっている。
(Figure 8; Thermistor added)
Further, the circuit shown in FIG. 5 may be modified as shown in FIG. That is, the thermistor TH is inserted between the connection point of the
第1の温度(例えば、30℃)よりも高い第2の温度(例えば、50℃)における静電容量が、第1の温度における静電容量よりも小さくなる特性を有するコンデンサ、例えば、温度が上昇に伴って静電容量が低下する特性を有するコンデンサ(例えば、セラミックコンデンサ)を、充放電回路2のコンデンサ12として用いると、比較的高温時にコンデンサC12に蓄えられる電荷が減少する。つまり、コンデンサ12の両端子間電圧に相当する電圧V1が電圧Voであるときにおいてコンデンサ12に蓄えられる電荷が、高温になるにつれて低減する。この結果、比較的高温時においては、サイリスタ18がオンしたときにトランス3の一次巻線3aに流れる電流量も低減し、二次側に発生する高電圧の値も減少してしまう。
A capacitor having a characteristic that the capacitance at a second temperature (for example, 50 ° C.) higher than the first temperature (for example, 30 ° C.) is smaller than the capacitance at the first temperature, for example, the temperature is When a capacitor (for example, a ceramic capacitor) having a characteristic in which the capacitance decreases with increase is used as the
このような場合は、サーミスタTHとして、正の温度特性を有するサーミスタ(PTC ;positive temperature coefficient)を採用すればよい。正の温度特性を有するサーミスタは、温度の上昇につれて自身の抵抗値が上昇するため、高温時にツェナー電流を抑制する方向に働く。この結果、比較的高温時に、サイリスタ18のゲートにゲートトリガ電圧Vtが加わる電圧V1の値、即ち電圧Voが大きくなり、二次側に発生する高電圧の値の減少が抑制される。但し、図8の構成においては、電圧Vo=Vzd+Vt+VTHとなっている。VTHは、抵抗31の両端子間電圧がゲートトリガ電圧Vtを等しくなっているときに、サーミスタTHに加わる電圧である。
In such a case, a thermistor having a positive temperature characteristic (PTC; positive temperature coefficient) may be employed as the thermistor TH. A thermistor having a positive temperature characteristic increases its resistance as the temperature rises, and thus acts to suppress the Zener current at a high temperature. As a result, at a relatively high temperature, the value of the voltage V1 to which the gate trigger voltage Vt is applied to the gate of the
第1の温度(例えば、30℃)よりも低い第3の温度(例えば、10℃)における静電容量が、第1の温度における静電容量よりも小さくなる特性を有するコンデンサ、例えば、温度が低下に伴って静電容量が低下する特性を有するコンデンサ(例えば、フィルムコンデンサ)を、充放電回路2のコンデンサ12として用いると、比較的低温時にコンデンサC12に蓄えられる電荷が減少する。つまり、コンデンサ12の両端子間電圧に相当する電圧V1が電圧Voであるときにおいてコンデンサ12に蓄えられる電荷が、低温になるにつれて低減する。この結果、比較的低温時においては、サイリスタ18がオンしたときにトランス3の一次巻線3aに流れる電流量も低減し、二次側に発生する高電圧の値も減少してしまう。
A capacitor having a characteristic that the capacitance at a third temperature (for example, 10 ° C.) lower than the first temperature (for example, 30 ° C.) is smaller than the capacitance at the first temperature, for example, the temperature is When a capacitor (for example, a film capacitor) having a characteristic that the electrostatic capacity decreases with a decrease is used as the
このような場合は、サーミスタTHとして、負の温度特性を有するサーミスタ(NTC;negative temperature coefficient)を採用すればよい。負の温度特性を有するサーミスタは、温度の低下につれて自身の抵抗値が上昇するため、低温時にツェナー電流を抑制する方向に働く。この結果、比較的低温時に、サイリスタ18のゲートにゲートトリガ電圧Vtが加わる電圧V1の値、即ち電圧Voが大きくなり、二次側に発生する高電圧の値の減少が抑制される。
In such a case, a thermistor having a negative temperature characteristic (NTC: negative temperature coefficient) may be employed as the thermistor TH. A thermistor having a negative temperature characteristic increases its resistance as the temperature decreases, and thus acts to suppress the Zener current at low temperatures. As a result, at a relatively low temperature, the value of the voltage V1 to which the gate trigger voltage Vt is applied to the gate of the
また、ツェナーダイオード33のアノードと、サイリスタ18のゲートと抵抗31との接続点との間にサーミスタTHを直列に挿入するようにしても構わない。
Further, the thermistor TH may be inserted in series between the anode of the
上記のようにサーミスタTHを挿入することで、比較的高温時や比較的低温時に生じうる二次側に発生する高電圧の値の減少を抑制することができる。 By inserting the thermistor TH as described above, it is possible to suppress a decrease in the value of the high voltage generated on the secondary side that may occur at a relatively high temperature or a relatively low temperature.
尚、図7の構成と図8の構成は、自由に組合せ可能である。例えば、可変抵抗VRとサーミスタTHの双方を、抵抗11とコンデンサ12とトランス3の一次巻線3aの一端との接続点と、ツェナーダイオード33のカソードとの間や、ツェナーダイオード33のアノードと、サイリスタ18のゲートと抵抗31との接続点との間に挿入するようにしても構わない。
7 and FIG. 8 can be freely combined. For example, both the variable resistor VR and the thermistor TH are connected between the connection point of the
<<第3実施形態>>
次に、第2実施形態を変形した第3実施形態について説明する。
<< Third Embodiment >>
Next, a third embodiment, which is a modification of the second embodiment, will be described.
図9は、第3実施形態に係る高圧駆動回路のブロック構成図である。図9において、図1及び図4と同一の部分には、同一の符号を付す。本実施形態に係る高圧駆動回路は、電源1と、充放電回路(充放電部)2と、トランス(昇圧トランス)3と、スイッチ回路(スイッチ部)7cと、タイミング可変回路8と、を有し、トランス3に高電圧出力部(イオン発生部)4を接続して構成される。高電圧出力部4には、イオンを発生するための電極が配置されているため、図9に示す高圧駆動回路と高電圧出力部4は、イオン発生器を構成しているとも言える。
FIG. 9 is a block diagram of a high-voltage drive circuit according to the third embodiment. 9, parts that are the same as those in FIGS. 1 and 4 are given the same reference numerals. The high-voltage drive circuit according to this embodiment includes a
図10に、図9の高圧駆動回路と高電圧出力部4の回路構成例を示す。図10において、図5と同一の部分には同一の符号を付す。図10の高圧駆動回路は、図5の高圧駆動回路におけるスイッチ回路7がスイッチ回路7cに置換されている点と、タイミング可変回路8が新たに設けられている点とを除けば、図5の高圧駆動回路と一致しており、一致する部分の重複する説明を省略する。
FIG. 10 shows a circuit configuration example of the high voltage drive circuit and the high
スイッチ回路7cは、スイッチ回路7に抵抗(タイミング変更用抵抗)41を追加した構成となっている。スイッチ回路7cの回路構成は、抵抗11とコンデンサ12とトランス3の一次巻線3aの一端との接続点と、ツェナーダイオード33のカソードとの間に、抵抗41を挿入している点以外、図5のスイッチ回路7の回路構成と一致している。
The
タイミング可変回路8は、抵抗42、44、45、46及び47、コンデンサ43、並びにNPN型バイポーラトランジスタであるトランジスタTR1及びTR2を有して構成される。
The timing
電源1と抵抗11との接続点(即ち、電源1の正電圧出力側)は、抵抗44を介してトランジスタTR1のコレクタに接続されていると共に、抵抗42を介してトランジスタTR1のベースに接続されている。また、トランジスタTR1のベースは、コンデンサ43を介して接地されており、トランジスタTR1のエミッタは、そのまま配線を介して接地されている。
The connection point between the
トランジスタTR1のコレクタは、抵抗45を介してトランジスタTR2のベースに接続されており、トランジスタTR2のベースは、抵抗46を介してトランジスタTR2のエミッタに接続されている。トランジスタTR2のエミッタは接地されている。トランジスタTR2のコレクタは、抵抗47を介してツェナーダイオード33のカソードと抵抗41との接続点に接続されている。
The collector of the transistor TR1 is connected to the base of the transistor TR2 via the
今、抵抗41に発生する電圧をVrで表す。勿論、電圧Vrは、抵抗41に流れる電流量に応じて変化する。そして、他の実施形態と同じように、サイリスタ18のゲートトリガ電圧をVt、ツェナーダイオード33のツェナー電圧をVzd、とすると、電圧V1がVo=Vzd+Vt+Vrより低いタイミングにおいては、サイリスタ18はオフとなる。電圧V1がVo=Vzd+Vt+Vrに到達すると、サイリスタ18はオンとなって、コンデンサ12に蓄えられた電荷(エネルギー)は、トランス3の一次巻線3aとサイリスタ18を介して放電される。
Now, the voltage generated in the
サイリスタ18をオンにする電圧Voの成分のうち、(Vzd+Vt)は略一定となっているが、電圧Vrは、タイミング発生回路8の制御によって変化する。このタイミング発生回路8の動作を説明する。
Among the components of the voltage Vo that turns on the
電源1が起動し、電源1の出力電圧(電源1からの上記直流電圧)が規定電圧値にまで立ち上がると、抵抗11と抵抗44との接続点の電圧値は、0Vから該規定電圧値に上昇する。この電源1の出力電圧の立ち上がり時点を、以下、タイミングT0と呼ぶ。
When the
タイミングT0では、トランジスタTR1はオフとなっており、電源1からの電流が抵抗44、45及び46を介して流れることにより、トランジスタTR2がオンする。タイミングT0にて上記規定電圧値が加わると、抵抗42の抵抗値とコンデンサ43の静電容量とによって定まる時定数に従って、トランジスタTR1のベース電圧は徐々に上昇していく。そして、該ベース電圧が約0.7Vに達すると、トランジスタTR1がオンとなって、トランジスタTR2のベース電圧が低下し、トランジスタTR2はオフとなる。トランジスタTR2がオフとなるタイミングを、タイミングT1と呼ぶ。
At timing T0, the transistor TR1 is turned off, and the current from the
図11に、タイミングT0−T1間(タイミングT0とT1との間)の期間を含む、電圧V1及びV4の電圧波形を示す。タイミングT0以降は、第1及び第2実施形態で説明したのと同様にサイリスタ18のオン/オフが繰り返されるが、同一の電圧V1に対する電圧Vrは、タイミングT1以前の方がタイミングT1以降よりも大きくなる。タイミングT1以前においては、抵抗41に流れる電流の一部または全部が、トランジスタTR2を介してグランドライン(接地)に流れるからである。
FIG. 11 shows voltage waveforms of the voltages V1 and V4 including a period between the timings T0 and T1 (between the timings T0 and T1). After the timing T0, the
このため、サイリスタ18をオンするためにコンデンサ12に蓄えるべき電荷量は、タイミングT1以前の方がタイミングT1以降よりも大きくなる。換言すると、サイリスタ18をオンするために必要な電圧V1(=Vzd+Vt+Vr)は、トランジスタTR2にバイパスされる電流量分だけ、タイミングT1以前の方がタイミングT1以降よりも大きい。
For this reason, the amount of charge to be stored in the
この結果、図11に示す如く、タイミングT1以前では、タイミングT1以降よりも、トランス3の二次側に発生する高電圧の電圧値(波高値)が大きくなると共に高電圧の発生周期が長くなる。タイミング発生回路8は、サイリスタ18がオンとなるタイミング(周期)を変化させる手段として機能する。
As a result, as shown in FIG. 11, before the timing T1, the voltage value (crest value) of the high voltage generated on the secondary side of the
イオン発生器を(特に空気の汚れた環境下において)長時間使用すると、放電面に汚染物質が付着し、放電が弱まってイオン生成量が低下するが、タイミングT0−T1間における比較的大きな高電圧が上記汚染物質を放電面から飛ばす。このため、本実施形態によれば、長期的に安定したイオン発生器を構成することが可能である。また、最初に放電を行うときの(放電1回目の)放電開始電圧(放電を開始するために必要な最低電圧)は、それ以降における放電開始電圧よりも通常高いことが知られているが、上記の如く、通電初期に放電面に与える電圧を一時的に高くすることで、通電初期における放電のスムーズ化が図られる。また、放電開始電圧は、放電面に対する汚染物質の付着によっても増加するが、通電初期における比較的大きな高電圧が該汚染物質を飛ばすように作用するため、これによっても放電のスムーズ化が図られる。 If the ion generator is used for a long time (especially in an airy environment), pollutants adhere to the discharge surface, and the discharge is weakened to reduce the amount of generated ions. However, the ion generation amount is relatively large between timings T0 and T1. The voltage blows the contaminants off the discharge surface. For this reason, according to this embodiment, it is possible to constitute an ion generator that is stable for a long period of time. Further, it is known that the discharge start voltage (first voltage required for starting discharge) at the first discharge (the first voltage required for starting discharge) is usually higher than the discharge start voltage thereafter. As described above, by temporarily increasing the voltage applied to the discharge surface in the initial stage of energization, smooth discharge can be achieved in the initial stage of energization. The discharge start voltage also increases due to the adhesion of contaminants to the discharge surface. However, since a relatively large high voltage at the initial stage of energization acts so as to fly the contaminants, this also facilitates smooth discharge. .
また、例えばイオン発生器の電源がオフとなって電源1がオフとなると、電源1の出力電圧は0Vとなる。そして、次回に、そのイオン発生器の電源をオンとすると、電源1がオンとなって電源1の出力電圧は0Vから上記規定電圧値まで上昇し、上述のタイミングT0以降の動作が繰り返される。つまり、イオン発生器の電源のオンごとに(電源1の出力電圧の立ち上がりことに)、上記のタイミングT0−T1間の動作が自動的に行われる。
For example, when the power supply of the ion generator is turned off and the
尚、図11にも表されているが、タイミングT0−T1間の期間の長さは、サイリスタ18のオン/オフの周期の逆数(サイリスタ18がオンとなってから次にオンとなるまでの期間の長さ)よりも長く、例えば、それの数倍〜数1000倍とされる。また、図11では、タイミングT1とサイリスタ18のオンのタイミングが一致しているが、それらの一致または不一致は任意である。
As shown in FIG. 11, the length of the period between timings T0 and T1 is the reciprocal of the on / off cycle of the thyristor 18 (from the time when the
抵抗42とコンデンサ43は、電源1の出力電圧(電源電圧とも呼べる)を入力信号とするローパスフィルタを構成しており、該ローパスフィルタの出力信号値によって、トランジスタTR2を含んで構成されるバイパス回路に流れる電流量が自動的に制御される。つまり、図10のタイミング可変回路8は、電源1の出力電圧の立ち上がり時における、電源1からの電圧の電圧値変化(即ち、0Vから規定電圧値までの変化)を利用して、上記バイパス回路に流れる電流量を自動的に制御する回路である。
The
図10に示したタイミング可変回路8の回路構成は一例であり、「所定期間、サイリスタ18がオンとなるタイミング(周期)を変化させてトランス3の二次側の高電圧を変化させる」という機能を損なわない限り、様々な変形が可能である。
The circuit configuration of the timing
例えば、図示されないマイクロコンピュータ等からの信号を用いてトランジスタTR2のオン/オフを制御することにより、タイミングT1以降の任意のタイミングT2において、トランジスタTR2をオンするようにしてもよい。そして、タイミングT2以降の任意のタイミングT3において、再度トランジスタTR2をオフにする。 For example, the transistor TR2 may be turned on at an arbitrary timing T2 after the timing T1 by controlling on / off of the transistor TR2 using a signal from a microcomputer (not shown). Then, at an arbitrary timing T3 after the timing T2, the transistor TR2 is turned off again.
具体的には、図12のように高圧駆動回路を構成する。図12において、他の図と同一の部分には同一の符号を付してある。図12の回路では、抵抗42及び44、コンデンサ43並びにトランジスタTR1が省略されている代わりに、マイクロコンピュータ等からの外部信号を受ける端子50が設けられている。端子50は、抵抗45を介してトランジスタTR2のゲートに接続されている。このように構成することにより、任意のタイミングで、任意の長さだけ、トランジスタTR2をオンとして、サイリスタ18のオンとするタイミング(周期)を変化させることが可能となる。
Specifically, a high voltage drive circuit is configured as shown in FIG. In FIG. 12, the same parts as those in the other figures are denoted by the same reference numerals. In the circuit of FIG. 12, a terminal 50 for receiving an external signal from a microcomputer or the like is provided instead of omitting the
また、図10及び図12において、可変抵抗またはサーミスタを抵抗41として採用しても良い。また、図10及び図12において、抵抗41とツェナーダイオード33との間に直列に可変抵抗またはサーミスタを別途挿入するようにしてもよい。
10 and 12, a variable resistor or thermistor may be used as the
第1〜第3実施形態に係る高圧駆動回路をイオン発生器に適用したものを例示しているが、本発明に係る高圧駆動回路は、空気清浄機、静電プリンタ、複写機、オゾナ(オゾン)発生装置、除電装置(静電気除去装置)等、様々な機器に適用可能である。また、第1〜第3実施形態に係る高圧駆動回路を備えたイオン発生器は、小型化及び低コスト化が図られているため、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置などの様々な電気機器に好適である。 Although the high voltage drive circuit according to the first to third embodiments is applied to an ion generator, the high voltage drive circuit according to the present invention is an air purifier, electrostatic printer, copying machine, ozona (ozone). ) Applicable to various devices such as generator, static eliminator (static eliminator). Moreover, since the ion generator provided with the high voltage | pressure drive circuit which concerns on 1st-3rd embodiment is aiming at size reduction and cost reduction, an air conditioner, a dehumidifier, a humidifier, an air cleaner, a refrigerator It is suitable for various electric devices such as fan heaters, microwave ovens, washing / drying machines, vacuum cleaners, and sterilizers.
1 電源
2 充放電回路
3 トランス
3a 一次巻線
3b 二次巻線
4 高電圧出力部
4a、4b 電極
5 タイミング発生回路
6、7、7a、7b、7c スイッチ回路
8 タイミング可変回路
11 抵抗
31 抵抗(トリガ用抵抗)
12 コンデンサ
18 サイリスタ
33 ツェナーダイオード
VR 可変抵抗
TH サーミスタ
41 抵抗(タイミング変更用抵抗)
TR1、TR2 トランジスタ
DESCRIPTION OF
12
TR1, TR2 transistors
Claims (11)
トランス一次側の通電のオン/オフをスイッチングするスイッチ回路と、
電源とトランス一次側との間に介在し、トランスに供給する電荷を蓄える充放電回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧を受けるツェナーダイオードと、
電源とトランス一次側との間に介在し、前記ツェナーダイオードに流れる電流が規定値以上のときに、オンとなるサイリスタと、
前記ツェナーダイオードとトリガ用抵抗とを直列接続して構成される直列回路と、
前記ツェナーダイオードと直列接続された可変抵抗と、
を備え、
前記ツェナーダイオードに流れる電流によって前記トリガ用抵抗に発生した電圧が前記サイリスタのゲートに供給されることを特徴とする電圧発生回路。 With a transformer,
A switch circuit for switching on / off of energization on the primary side of the transformer;
A charge / discharge circuit that is interposed between the power source and the transformer primary side and stores electric charge supplied to the transformer;
With
The switch circuit is
A Zener diode that receives a voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the charge / discharge circuit;
A thyristor that is interposed between a power source and a transformer primary side and is turned on when a current flowing through the zener diode is equal to or greater than a specified value;
A series circuit configured by connecting the Zener diode and the trigger resistor in series;
A variable resistor connected in series with the Zener diode ;
With
It characterized electrostatic pressure generation circuit to be supplied to the gate of the voltage generated in the resistor for the trigger by a current flowing through the Zener diode is the thyristor.
トランス一次側の通電のオン/オフをスイッチングするスイッチ回路と、
電源とトランス一次側との間に介在し、トランスに供給する電荷を蓄える充放電回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧を受けるツェナーダイオードと、
電源とトランス一次側との間に介在し、前記ツェナーダイオードに流れる電流が規定値以上のときに、オンとなるサイリスタと、
前記ツェナーダイオードとトリガ用抵抗とを直列接続して構成される直列回路と、
前記ツェナーダイオードと直列接続されたサーミスタと、
を備え、
前記ツェナーダイオードに流れる電流によって前記トリガ用抵抗に発生した電圧が前記サイリスタのゲートに供給されることを特徴とする電圧発生回路。 With a transformer,
A switch circuit for switching on / off of energization on the primary side of the transformer;
A charge / discharge circuit that is interposed between the power source and the transformer primary side and stores electric charge supplied to the transformer;
With
The switch circuit is
A Zener diode that receives a voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the charge / discharge circuit;
A thyristor that is interposed between a power source and a transformer primary side and is turned on when a current flowing through the zener diode is equal to or greater than a specified value;
A series circuit configured by connecting the Zener diode and the trigger resistor in series;
A thermistor connected in series with the Zener diode ;
With
It characterized electrostatic pressure generation circuit to be supplied to the gate of the voltage generated in the resistor for the trigger by a current flowing through the Zener diode is the thyristor.
前記サーミスタは、正の温度特性のサーミスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧発生回路。 The charge / discharge circuit includes a capacitor having a characteristic that a capacitance at a second temperature higher than the first temperature is smaller than a capacitance at the first temperature, and the charge is stored in the capacitor. Is composed of
The voltage generation circuit according to claim 2 , wherein the thermistor is a thermistor having a positive temperature characteristic.
前記サーミスタは、負の温度特性のサーミスタである
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧発生回路。 The charge / discharge circuit includes a capacitor having a characteristic that a capacitance at a third temperature lower than the first temperature is smaller than a capacitance at the first temperature, and stores the charge in the capacitor. Is composed of
The voltage generation circuit according to claim 2 , wherein the thermistor is a thermistor having a negative temperature characteristic.
トランス一次側の通電のオン/オフをスイッチングするスイッチ回路と、
電源とトランス一次側との間に介在し、トランスに供給する電荷を蓄える充放電回路と、
タイミング可変回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、
前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧を受けるツェナーダイオードと、
電源とトランス一次側との間に介在し、前記ツェナーダイオードに流れる電流が規定値以上のときに、オンとなるサイリスタと、
前記ツェナーダイオードとトリガ用抵抗とを直列接続して構成される直列回路と、
前記ツェナーダイオードと直列接続された可変抵抗と、
を備え、
前記ツェナーダイオードに流れる電流によって前記トリガ用抵抗に発生した電圧が前記サイリスタのゲートに供給され、
前記タイミング可変回路は、
前記ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための前記充放電回路の蓄積電荷量が可変となるように、前記サイリスタがオンとなるタイミングを可変にする
ことを特徴とする電圧発生回路。 With a transformer,
A switch circuit for switching on / off of energization on the primary side of the transformer;
A charge / discharge circuit that is interposed between the power source and the transformer primary side and stores electric charge supplied to the transformer;
A variable timing circuit;
With
The switch circuit is
A Zener diode that receives a voltage corresponding to the amount of charge accumulated in the charge / discharge circuit;
A thyristor that is interposed between a power source and a transformer primary side and is turned on when a current flowing through the zener diode is equal to or greater than a specified value;
A series circuit configured by connecting the Zener diode and the trigger resistor in series;
A variable resistor connected in series with the Zener diode;
With
The voltage generated in the trigger resistor by the current flowing through the Zener diode is supplied to the gate of the thyristor,
The timing variable circuit includes:
Wherein as the amount of charges stored in the charge and discharge circuit for the current flowing through the Zener diode prescribed value or is variable, you the timing at which the thyristor is turned on variable
It shall be the feature and this electric pressure generating circuit.
前記直列回路と前記トランス一次側には、前記充放電回路の蓄積電荷量に対応した電圧が印加され、
前記タイミング可変回路は、前記タイミング変更用抵抗に接続されたバイパス回路を備え、前記タイミング変更用抵抗と前記バイパス回路を介して流れるバイパス電流の電流量を制御することにより、前記サイリスタがオンとなるタイミングを変化させる
ことを特徴とする請求項5に記載の電圧発生回路。 The series circuit is composed of said zener diode and the trigger resistor further resistor for timing changes connected in series,
The front SL series circuit with the transformer primary side, the voltage corresponding to the accumulated charge amount of the charge-discharge circuit is applied,
The timing variable circuit includes a bypass circuit connected to the timing changing resistor, and the thyristor is turned on by controlling a current amount of a bypass current flowing through the timing changing resistor and the bypass circuit. 6. The voltage generation circuit according to claim 5 , wherein the timing is changed.
ことを特徴とする請求項6に記載の電圧発生回路。 The timing variable circuit operates by receiving a power supply voltage from the power supply, and automatically controls a current amount of the bypass current by using a change in a power supply voltage value when the power supply voltage rises. The voltage generation circuit according to claim 6 .
ことを特徴とする請求項6に記載の電圧発生回路。 The timing variable circuit includes a low-pass filter that receives a power supply voltage from the power supply, and automatically controls the bypass by controlling the bypass circuit according to an output signal value of the low-pass filter at the time of rising of the power supply voltage. The voltage generation circuit according to claim 6 , wherein the amount of current is controlled.
所定期間における、前記ツェナーダイオードに流れる電流を規定値以上とするための前記充放電回路の蓄積電荷量を、他の期間のそれと異ならせる
ことを特徴とする請求項5〜請求項8の何れかに記載の電圧発生回路。 The timing variable circuit, for each rise of the power supply voltage from the power supply,
In a predetermined period, the accumulated charge amount of the charging and discharging circuit for the current flowing through the Zener diode prescribed value or more, any one of claims 5 to claim 8, wherein varying from that of other periods The voltage generation circuit described in 1.
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の電圧発生回路。 The timing adjustment circuit includes a voltage generating circuit according to claim 5 or claim 6, characterized in that changing the timing at which the thyristor is turned on based on a signal from the outside.
前記電圧発生回路の前記トランスの二次側に発生する電圧を利用してイオンを発生させる
ことを特徴とするイオン発生器。 A voltage generation circuit according to any one of claims 1 to 10 ,
An ion generator that generates ions using a voltage generated on a secondary side of the transformer of the voltage generation circuit.
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