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JP5373519B2 - Ionizer discharge needle contamination detection circuit and ionizer discharge needle contamination detection method - Google Patents
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Ionizer discharge needle contamination detection circuit and ionizer discharge needle contamination detection method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dirt detecting circuit of an ionizer discharge needle and a dirt detection method of an ionizer discharge needle, capable of capturing very small change due to existence of corona discharge of a discharge needle, with a small effect due to environmental changes such as difference of an installation place or change of power source voltage, and capable of preventing incorrect detection. <P>SOLUTION: The dirt detecting circuit 100 of an ionizer discharge needle generating ions by corona discharge is provided with a piezoelectric transformer 120 outputting high voltage to a discharge needle 130, a voltage control oscillation part 110 receiving feedback of the output voltage of the piezoelectric transformer 120 and controlling input voltage to the piezoelectric transformer 120, a phase comparing part 160 outputting waveforms corresponding to a phase difference between the input voltage and the output voltage to the piezoelectric transformer 120, and a voltage comparing part 190 comparing an integrated value of the output of the phase comparing part 160 and a reference voltage. When the integrated value is lower than the reference value, the circuit 100 detects dirt of the discharge needle 130. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、コロナ放電でイオンを発生させるイオナイザ放電針の汚れ検出回路およびイオナイザ放電針の汚れ検出方法に関する。   The present invention relates to an ionizer discharge needle contamination detection circuit and an ionizer discharge needle contamination detection method for generating ions by corona discharge.

従来、コロナ放電型イオナイザが知られている(たとえば特許文献1参照)。放電針のコロナ放電により生成されたプラスイオンまたはマイナスイオンは、たとえば被除電物へ到達するように噴射され、製造中の電子デバイスに吹き付けられる。そして、吹き付けられたイオンにより、電子デバイスに帯電する電荷と異極のイオンを結合させることで除電し、静電気障害の発生を未然に防止している。   Conventionally, corona discharge ionizers are known (see, for example, Patent Document 1). The positive ions or the negative ions generated by the corona discharge of the discharge needle are sprayed so as to reach, for example, an object to be discharged, and are sprayed on the electronic device being manufactured. Then, the sprayed ions combine the charges charged in the electronic device with ions of different polarity, thereby eliminating static electricity and preventing the occurrence of static electricity failure.

しかし、放電針の先端に微粒子が付着し、放電針が劣化すると、放電針が生成するイオンの量が減少し、実際に除電に寄与するイオンの量も減少する。これに対し特許文献1記載のコロナ放電型イオナイザの検査装置は、コロナ放電型イオナイザのエミッタから発生するイオンによる真電流のみを検出し、真電流のうち実際に被除電物の除電に寄与する除電電流を検出する。その結果、エミッタの汚れや劣化程度、除電性能等を確認可能にしている。このように出力電圧の変化を利用して放電針の汚れを検出しようとする技術が提案されている。   However, when fine particles adhere to the tip of the discharge needle and the discharge needle deteriorates, the amount of ions generated by the discharge needle decreases, and the amount of ions that actually contribute to static elimination also decreases. On the other hand, the corona discharge ionizer inspection apparatus described in Patent Document 1 detects only the true current generated by the ions generated from the emitter of the corona discharge ionizer, and eliminates static electricity that actually contributes to the charge removal of the object to be removed. Detect current. As a result, it is possible to confirm the contamination and deterioration degree of the emitter, the static elimination performance, and the like. As described above, there has been proposed a technique for detecting the contamination of the discharge needle using the change in the output voltage.

特開2008−196952号公報JP 2008-196952 A

しかしながら、実際の動作において、放電針のコロナ放電の有無による放電針のインピーダンスの変化は僅かであり、それに伴う出力電圧の変化も僅かである。また、イオナイザの設置場所の違いや電源電圧の変化などの環境変化による影響の方が出力電圧に与える影響が大きく、放電針のインピーダンス変化に伴う出力電圧の変化が小さいため、誤検出を生じ易い。   However, in actual operation, the change in the impedance of the discharge needle due to the presence or absence of corona discharge of the discharge needle is slight, and the change in the output voltage associated therewith is also slight. Also, the influence of environmental changes such as differences in ionizer installation location and power supply voltage has a greater effect on the output voltage, and the change in the output voltage accompanying the change in the impedance of the discharge needle is small. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放電針のコロナ放電の有無による僅かな変化を捉えることができ、設置場所の違いや電源電圧の変化などの環境変化による影響が小さく、誤検出を防止できるイオナイザ放電針の汚れ検出回路およびイオナイザ放電針の汚れ検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can detect a slight change due to the presence or absence of corona discharge of the discharge needle, and is affected by environmental changes such as differences in installation location and changes in power supply voltage. It is an object of the present invention to provide a small ionizer discharge needle contamination detection circuit and ionizer discharge needle contamination detection method that can prevent erroneous detection.

(1)上記の目的を達成するため、本発明に係るイオナイザ放電針の汚れ検出回路は、コロナ放電でイオンを発生させるイオナイザ放電針の汚れ検出回路であって、放電針へ高電圧を出力する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力電圧のフィードバックを受けて、前記圧電トランスへの入力電圧を制御する電圧制御発振部と、前記圧電トランスへの入力電圧と出力電圧との位相差に応じた波形を出力する位相比較部と、前記位相比較部の出力の積分値と基準電圧とを比較する電圧比較部とを備え、前記積分値が前記基準電圧より低い場合に前記放電針の汚れを検出することを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, a stain detection circuit for an ionizer discharge needle according to the present invention is a stain detection circuit for an ionizer discharge needle that generates ions by corona discharge, and outputs a high voltage to the discharge needle. Piezoelectric transformer, voltage-controlled oscillation unit that receives feedback of the output voltage of the piezoelectric transformer and controls the input voltage to the piezoelectric transformer, and a waveform corresponding to the phase difference between the input voltage and the output voltage to the piezoelectric transformer And a voltage comparison unit that compares an integrated value of the output of the phase comparison unit with a reference voltage, and detects contamination of the discharge needle when the integration value is lower than the reference voltage. It is characterized by that.

このように、圧電トランスの出力が負荷インピーダンスの影響を受け易く入出力間の位相が変化することを利用して、放電針の入力インピーダンスの大小によりコロナ放電の有無を検出することができる。その結果、放電針のコロナ放電の有無による放電針のインピーダンスの僅かな変化を捉えることができる。また、設置場所の違いや電源電圧の変化などの環境変化による影響が小さく、誤検出を防止できる。   Thus, the presence or absence of corona discharge can be detected based on the magnitude of the input impedance of the discharge needle by utilizing the fact that the output of the piezoelectric transformer is easily affected by the load impedance and the phase between the input and output changes. As a result, a slight change in impedance of the discharge needle due to the presence or absence of corona discharge of the discharge needle can be captured. Moreover, the influence by environmental changes, such as a difference in an installation place and a change of a power supply voltage, is small, and a misdetection can be prevented.

(2)また、本発明に係るイオナイザ放電針の汚れ検出方法は、コロナ放電でイオンを発生させるイオナイザ放電針の汚れ検出方法であって、出力電圧のフィードバックにより制御される圧電トランスへの入力電圧を検出するステップと、前記圧電トランスの出力電圧を検出するステップと、前記検出された入力電圧と出力電圧との位相差に応じた波形を出力するステップと、前記位相差に応じた出力の積分値と基準電圧とを比較するステップと、を含み、前記積分値が前記基準電圧より低い場合に前記放電針の汚れを検出することを特徴としている。これにより、放電針によるコロナ放電の有無を検出することができる。また、設置場所の違いや電源電圧の変化などの環境変化による影響が小さく、誤検出を防止できる。   (2) Also, the ionizer discharge needle contamination detection method according to the present invention is a method for detecting ionizer discharge needle contamination in which ions are generated by corona discharge, and is an input voltage to a piezoelectric transformer controlled by output voltage feedback. Detecting the output voltage of the piezoelectric transformer, outputting the waveform according to the phase difference between the detected input voltage and the output voltage, and integrating the output according to the phase difference Comparing the value with a reference voltage, and detecting contamination of the discharge needle when the integrated value is lower than the reference voltage. Thereby, the presence or absence of corona discharge by the discharge needle can be detected. Moreover, the influence by environmental changes, such as a difference in an installation place and a change of a power supply voltage, is small, and a misdetection can be prevented.

本発明によれば、放電針によるコロナ放電の有無を検出することができ、環境変化による影響が小さく、誤検出を防止できる。   According to the present invention, the presence / absence of corona discharge by the discharge needle can be detected, the influence of environmental changes is small, and erroneous detection can be prevented.

本発明にかかるイオナイザ放電針の汚れ検出回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the contamination detection circuit of the ionizer discharge needle concerning this invention. 圧電トランスおよび放電針の等価回路を示す概略図である。It is the schematic which shows the equivalent circuit of a piezoelectric transformer and a discharge needle. 圧電トランスの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of a piezoelectric transformer. 位相比較部の動作波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the operation | movement waveform of a phase comparison part. 位相比較部の動作波形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the operation | movement waveform of a phase comparison part. 放電針の等価回路定数を示す表である。It is a table | surface which shows the equivalent circuit constant of a discharge needle. 正常時の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform at the time of normal. 汚れ時の動作波形を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement waveform at the time of dirt.

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

(イオナイザ放電針の汚れ検出回路の構成)
図1は、イオナイザ放電針の汚れ検出回路100の構成を示すブロック図である。イオナイザ放電針の汚れ検出回路100は、イオナイザ用AC高圧電源回路にイオナイザ放電針の汚れを検出する機能が追加されている。図1に示すように、イオナイザ放電針の汚れ検出回路100は、電圧制御発振部110、駆動部115、圧電トランス120、放電針130、分圧用抵抗器140、整流部150、位相比較部160、積分回路170、基準電圧発生部180、電圧比較部190および出力部195を備えている。
(Configuration of ionizer discharge needle contamination detection circuit)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ionizer discharge needle contamination detection circuit 100. In the ionizer discharge needle contamination detection circuit 100, a function for detecting contamination of the ionizer discharge needle is added to the ionizer AC high-voltage power supply circuit. As shown in FIG. 1, the ionizer discharge needle contamination detection circuit 100 includes a voltage-controlled oscillation unit 110, a drive unit 115, a piezoelectric transformer 120, a discharge needle 130, a voltage dividing resistor 140, a rectification unit 150, a phase comparison unit 160, An integration circuit 170, a reference voltage generation unit 180, a voltage comparison unit 190, and an output unit 195 are provided.

電圧制御発振部110は、圧電トランス120の出力電圧のフィードバックを受けて、発振信号を生成し、圧電トランス120への入力電圧を制御する。駆動部115は、電圧制御発振部110の発振信号を受けて交流電圧を生成し、圧電トランス120に印加する。圧電トランス120は、入力電圧を昇圧して出力する。圧電トランス120は、入力される交流電圧の周波数に応じて出力電圧が変化するという特性を有している。高電圧の出力電圧は、放電針130に出力される。圧電トランス120は、たとえば単板もしくは積層でローゼン型圧電トランスである。   The voltage controlled oscillator 110 receives feedback of the output voltage of the piezoelectric transformer 120, generates an oscillation signal, and controls the input voltage to the piezoelectric transformer 120. The drive unit 115 receives an oscillation signal from the voltage controlled oscillation unit 110, generates an alternating voltage, and applies it to the piezoelectric transformer 120. The piezoelectric transformer 120 boosts the input voltage and outputs it. The piezoelectric transformer 120 has a characteristic that the output voltage changes according to the frequency of the input AC voltage. The high output voltage is output to the discharge needle 130. The piezoelectric transformer 120 is, for example, a single plate or a laminated Rosen-type piezoelectric transformer.

放電針130は、正常状態で圧電トランス120から出力される交流高圧電圧が印加されると放電針130の先端でコロナ放電を発してイオンを放出する。分圧用抵抗器140は、分圧により圧電トランス120の出力電圧を取り出すための抵抗器である。整流部150は、取り出された圧電トランス120の出力電圧を整流する。   When an AC high voltage output from the piezoelectric transformer 120 is applied in a normal state, the discharge needle 130 emits corona discharge at the tip of the discharge needle 130 to release ions. The voltage dividing resistor 140 is a resistor for taking out the output voltage of the piezoelectric transformer 120 by voltage division. The rectifying unit 150 rectifies the output voltage of the extracted piezoelectric transformer 120.

このようにして、圧電トランス120の出力電圧は、分圧用抵抗器140で電圧を落とされ、整流部150を介して電圧制御発振部110に入力される。そして、電圧制御発振部110が、発振周波数を可変して圧電トランス120の出力電圧を制御する。これにより、イオナイザ放電針の汚れ検出回路100は出力電圧を一定に保つ機能を有する。   Thus, the output voltage of the piezoelectric transformer 120 is dropped by the voltage dividing resistor 140 and input to the voltage controlled oscillator 110 via the rectifier 150. Then, the voltage controlled oscillation unit 110 controls the output voltage of the piezoelectric transformer 120 by changing the oscillation frequency. Thereby, the contamination detection circuit 100 of the ionizer discharge needle has a function of keeping the output voltage constant.

位相比較部160は、圧電トランス120への入力電圧と出力電圧との位相差に応じた波形を出力する。波形の出力は、電圧制御発振部110の矩形波出力と、圧電トランス120の正弦波出力との位相を比較して行う。位相比較部160は、位相差をON/OFFのデューティー比として出力する。圧電トランス120の入出力間の位相差を位相比較部160でON/OFFのデューティー比に変換して、積分回路を介して整流し、その後、電圧比較部190で基準電圧と比較して放電針130の汚れ検出として出力する。積分回路170は、位相比較部160の出力PCoutを整流し、積分値を得る。   The phase comparison unit 160 outputs a waveform corresponding to the phase difference between the input voltage and the output voltage to the piezoelectric transformer 120. The waveform is output by comparing the phases of the rectangular wave output of the voltage controlled oscillator 110 and the sine wave output of the piezoelectric transformer 120. The phase comparison unit 160 outputs the phase difference as an ON / OFF duty ratio. The phase difference between the input and output of the piezoelectric transformer 120 is converted into an ON / OFF duty ratio by the phase comparison unit 160 and rectified through an integration circuit, and then compared with the reference voltage by the voltage comparison unit 190 to discharge needle. 130 is output as a dirt detection. The integration circuit 170 rectifies the output PCout of the phase comparison unit 160 to obtain an integral value.

基準電圧発生部180は、電圧比較部190で比較の基準として用いられる基準電圧を発生する。たとえば、位相比較部160の出力のデューティー比が34%のときの積分値を基準電圧としてあらかじめ設定しておくことができる。これにより、デューティー比34%を基準として、デューティー比がこれより小さいときにコロナ放電が生じていないことを検出し、放電針130の汚れを知ることができる。   The reference voltage generator 180 generates a reference voltage used as a reference for comparison by the voltage comparator 190. For example, an integral value when the duty ratio of the output of the phase comparison unit 160 is 34% can be set in advance as the reference voltage. Accordingly, it is possible to detect that the corona discharge is not generated when the duty ratio is smaller than this with reference to the duty ratio of 34%, and to know the contamination of the discharge needle 130.

また、放電針130の抵抗成分Rpの抵抗値が当初の91%であるときの位相比較部160の出力の積分値を基準電圧としてあらかじめ設定しておくことも可能である。このように、放電針130の抵抗成分Rpが当初の91%未満に減少したことを圧電トランス120の入出力間の位相の変化により検出することで、放電針130の汚れを知ることができる。   Further, the integrated value of the output of the phase comparator 160 when the resistance value of the resistance component Rp of the discharge needle 130 is 91% of the initial value can be set in advance as a reference voltage. Thus, by detecting that the resistance component Rp of the discharge needle 130 has decreased to less than 91% of the initial value based on the change in the phase between the input and output of the piezoelectric transformer 120, the contamination of the discharge needle 130 can be known.

電圧比較部190は、位相比較部160の出力の積分値と基準電圧とを比較する。出力部195は、積分値が基準電圧より低い場合に放電針の汚れを検出したものとして出力する。出力は、たとえば汚れを検出したことを示す表示により行うことができるが、特に限定されない。このようにして電圧比較部190で基準電圧と比較された結果により放電針130の汚れ状態を判定し出力できる。   The voltage comparison unit 190 compares the integrated value of the output of the phase comparison unit 160 with the reference voltage. The output unit 195 outputs that the contamination of the discharge needle is detected when the integrated value is lower than the reference voltage. The output can be performed by, for example, a display indicating that dirt is detected, but is not particularly limited. In this manner, the contamination state of the discharge needle 130 can be determined and output based on the result of comparison with the reference voltage by the voltage comparison unit 190.

(イオナイザ放電針の汚れ検出回路の動作)
次に、以上のように構成されたイオナイザ放電針の汚れ検出回路100の動作を説明する。まず、電圧制御発振部110は圧電トランス120に制御された入力電圧を印加する。圧電トランス120は、入力電圧を昇圧し、その出力電圧を放電針130に印加する。分圧用抵抗器140および整流部150は、出力電圧をフィードバックし、電圧制御発振部110は、圧電トランス120の入力電圧を制御する。位相比較部160は、圧電トランス120への入力電圧を検出する。
(Operation of the ionizer discharge needle contamination detection circuit)
The operation of the ionizer discharge needle contamination detection circuit 100 configured as described above will now be described. First, the voltage controlled oscillator 110 applies a controlled input voltage to the piezoelectric transformer 120. The piezoelectric transformer 120 boosts the input voltage and applies the output voltage to the discharge needle 130. The voltage dividing resistor 140 and the rectifier 150 feed back the output voltage, and the voltage controlled oscillator 110 controls the input voltage of the piezoelectric transformer 120. The phase comparison unit 160 detects an input voltage to the piezoelectric transformer 120.

一方で、位相比較部160は、圧電トランス120の出力電圧を検出し、検出された入力電圧と出力電圧との位相差に応じた波形を出力する。そして、電圧比較部190は、位相差に応じた出力の積分値と基準電圧とを比較し、出力部195は、積分値が基準電圧より低い場合に放電針の汚れ検出を出力する。なお、基準電圧はあらかじめ圧電トランス120の特性や放電針130の種類を考慮して設定しておく。放電針130の抵抗成分の抵抗値を正常時の値の91%と仮定して、位相比較部160の出力の積分値を算出し、その積分値を基準電圧に設定してもよい。また、位相比較部160の出力のデューティー比が34%であるときの積分値を基準電圧に設定してもよい。   On the other hand, the phase comparison unit 160 detects the output voltage of the piezoelectric transformer 120 and outputs a waveform corresponding to the phase difference between the detected input voltage and output voltage. Then, the voltage comparison unit 190 compares the integrated value of the output corresponding to the phase difference with the reference voltage, and the output unit 195 outputs the contamination detection of the discharge needle when the integrated value is lower than the reference voltage. The reference voltage is set in advance in consideration of the characteristics of the piezoelectric transformer 120 and the type of the discharge needle 130. Assuming that the resistance value of the resistance component of the discharge needle 130 is 91% of the normal value, the integrated value of the output of the phase comparison unit 160 may be calculated, and the integrated value may be set as the reference voltage. Further, an integral value when the duty ratio of the output of the phase comparison unit 160 is 34% may be set as the reference voltage.

このように、圧電トランス120の出力が負荷インピーダンスの影響を受け易く入出力間の位相が変化することを利用して、放電針130の入力インピーダンスの大小によりコロナ放電の有無を検出することができる。その結果、放電針130の汚れの有無によるインピーダンスの僅かな変化を捉えることができる。また、圧電トランス120の出力電圧の大きさではなくデューティー比を基準として汚れを検出しているため、設置場所の違いや電源電圧の変化などの環境変化による影響が小さく、誤検出を防止できる。   Thus, the presence or absence of corona discharge can be detected by the magnitude of the input impedance of the discharge needle 130 by utilizing the fact that the output of the piezoelectric transformer 120 is easily affected by the load impedance and the phase between the input and output changes. . As a result, a slight change in impedance due to the presence or absence of dirt on the discharge needle 130 can be captured. Further, since the contamination is detected based on the duty ratio rather than the magnitude of the output voltage of the piezoelectric transformer 120, the influence of environmental changes such as a difference in installation location and a change in power supply voltage is small, and erroneous detection can be prevented.

(汚れ検出の原理)
次に、等価回路モデルを用いて、放電針130の汚れを検出する原理を説明する。図2は、圧電トランス120および放電針130の等価回路を示す概略図である。図2に示すように、圧電トランス120は、等価回路において、1次側に並列接続された第1の制動容量C01、1次側に直列接続されたインダクタL、容量Cおよび抵抗R、ならびに2次側に並列接続された第2の制動容量C02により表すことができる。また、放電針130は、放電針130の容量成分Cpおよび抵抗成分Rpにより表すことができる。圧電トランス120は、電圧変換比φで電圧を出力する。
(Principle of dirt detection)
Next, the principle of detecting dirt on the discharge needle 130 using an equivalent circuit model will be described. FIG. 2 is a schematic diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric transformer 120 and the discharge needle 130. As shown in FIG. 2, in the equivalent circuit, the piezoelectric transformer 120 includes a first braking capacitor C 01 connected in parallel to the primary side, an inductor L 1 , a capacitor C 1 and a resistor R connected in series to the primary side. 1 and a second braking capacity C 02 connected in parallel to the secondary side. Further, the discharge needle 130 can be represented by a capacitance component Cp and a resistance component Rp of the discharge needle 130. The piezoelectric transformer 120 outputs a voltage with a voltage conversion ratio φ.

放電針130は、正常状態で交流高圧電圧が印可されるとその先端でコロナ放電を発してイオンを放出する。ところが、放電針130に埃等が付着したり、コロナ放電と大気中の腐食ガスによって腐食したりした場合、コロナ放電を発しなくなり、イオンを放出できなくなる。コロナ放電している状態では、等価回路における抵抗成分Rpの抵抗値が大きいが、コロナ放電しなくなると、抵抗成分Rpの抵抗値は小さくなる。したがって、コロナ放電がなされるか否かで放電針130の入力インピーダンスの状態が異なる。なお、放電針130が汚れた場合としては、上記のように放電針130に埃等が付着したり、コロナ放電と大気中の腐食ガスによって腐食したりした場合が考えられるが、その他コロナ放電が生じなくなる場合を含む。   When an AC high voltage is applied in a normal state, the discharge needle 130 emits a corona discharge at its tip to release ions. However, when dust or the like adheres to the discharge needle 130 or corrodes with corona discharge and atmospheric corrosive gas, corona discharge does not occur and ions cannot be released. In the state of corona discharge, the resistance value of the resistance component Rp in the equivalent circuit is large, but when the corona discharge stops, the resistance value of the resistance component Rp decreases. Therefore, the state of the input impedance of the discharge needle 130 differs depending on whether or not corona discharge is performed. In addition, as the case where the discharge needle 130 is contaminated, it is conceivable that dust or the like adheres to the discharge needle 130 as described above or corroded by corona discharge and corrosive gas in the atmosphere. Including cases that do not occur.

一方、イオナイザ放電針の汚れ検出回路100では出力を一定にする機能を有している。そして、放電針130に汚れが生じた場合には、出力を一定に保とうとして駆動周波数が変化することが、入力側に大きな変化として現れる。すなわち、入力電圧に対する出力電圧の位相の遅れが小さくなる。図3は、圧電トランス120の周波数特性を示すグラフである。図3に示すように、圧電トランス120は、共振周波数Fより効率の高い周波数範囲を使用範囲としており、その使用範囲で昇圧比(電圧変換比)は駆動周波数の減少関数となっている。放電針130の放電状態が変化したときには、出力電圧を一定にしようとする制御により、等価回路における一次側に直列接続されたインダクタLおよび容量Cが変化する。その結果、昇圧比が変化し、以下の式1に示すように圧電トランス120の入力側より見たアドミタンスが増加する。そして、圧電トランス120の出力電圧の位相の遅れが小さくなる側に、圧電トランス120の入力電圧と出力電圧との位相差が変化する。

Figure 0005373519
On the other hand, the ionizer discharge needle contamination detection circuit 100 has a function of making the output constant. When the discharge needle 130 is contaminated, a change in the driving frequency to keep the output constant appears as a large change on the input side. That is, the phase delay of the output voltage with respect to the input voltage is reduced. FIG. 3 is a graph showing the frequency characteristics of the piezoelectric transformer 120. As shown in FIG. 3, the piezoelectric transformer 120 uses a frequency range with higher efficiency than the resonance frequency F 0 as a usage range, and the boost ratio (voltage conversion ratio) is a decreasing function of the driving frequency in the usage range. When the discharge state of the discharge needle 130 is changed, the inductor L 1 and the capacitor C 1 connected in series to the primary side in the equivalent circuit are changed by the control for making the output voltage constant. As a result, the step-up ratio changes, and the admittance as viewed from the input side of the piezoelectric transformer 120 increases as shown in Equation 1 below. Then, the phase difference between the input voltage and the output voltage of the piezoelectric transformer 120 changes so that the phase delay of the output voltage of the piezoelectric transformer 120 becomes smaller.
Figure 0005373519

一方で、圧電トランス120は、その等価回路からも分かるように負荷インピーダンスの変化の影響を受け易く、放電針130が無放電状態になったときには、出力電圧と入出力間の位相が変化する。このような位相の変化も位相差に反映される。以上のように、周波数制御による影響と負荷インピーダンスの変化による影響で、入力電圧と出力電圧との位相差が変化する。   On the other hand, the piezoelectric transformer 120 is easily affected by a change in load impedance, as can be seen from its equivalent circuit, and when the discharge needle 130 enters a non-discharge state, the phase between the output voltage and the input / output changes. Such a phase change is also reflected in the phase difference. As described above, the phase difference between the input voltage and the output voltage changes due to the influence of frequency control and the influence of change in load impedance.

図4Aおよび図4Bは、位相比較部160の動作波形の例を示す図である。動作波形として、位相比較部160の入力信号PCAinおよびPCBinと出力信号PCoutが示されている。図4Aは、正常な放電針130により放電状態が維持されているときの動作波形を示している。図4Bは、放電針130が汚れ、無放電状態になったときの動作波形を示している。図4Aおよび図4Bに示すように、放電針130が汚れ、無放電状態になったときには、位相比較部160の出力信号PCoutのデューティー比が小さくなる。そして、このような出力信号PCoutを積分し、基準電圧と比較することで汚れの有無を検出することができる。   4A and 4B are diagrams illustrating examples of operation waveforms of the phase comparison unit 160. FIG. As operation waveforms, input signals PCAin and PCBin and output signal PCout of the phase comparator 160 are shown. FIG. 4A shows an operation waveform when the discharge state is maintained by the normal discharge needle 130. FIG. 4B shows an operation waveform when the discharge needle 130 becomes dirty and becomes in a no-discharge state. As shown in FIGS. 4A and 4B, when the discharge needle 130 becomes dirty and becomes in a no-discharge state, the duty ratio of the output signal PCout of the phase comparison unit 160 becomes small. Then, the presence or absence of contamination can be detected by integrating the output signal PCout and comparing it with the reference voltage.

次に、放電針130が正常で放電する場合と汚れており放電しない場合について、等価回路の抵抗成分を測定する実験を行った。図5は、放電針130の等価回路定数を示す表である。図5に示すように、放電針130が正常な場合には抵抗成分Rpの抵抗値は54.8kΩであったのに対し、放電針130が汚れた場合には抵抗成分Rpの抵抗値は49.4kΩであり、当初の90%に減少していた。なお、放電針130の容量成分Cpはいずれの場合も4.8pFで変化しなかった。このように、放電針130の抵抗成分が当初の91%未満に減少したときには放電針130が汚れていることが実証された。本発明はこの変化を利用したものである。   Next, an experiment was conducted to measure the resistance component of the equivalent circuit when the discharge needle 130 was discharged normally and when it was dirty and did not discharge. FIG. 5 is a table showing equivalent circuit constants of the discharge needle 130. As shown in FIG. 5, when the discharge needle 130 is normal, the resistance value of the resistance component Rp is 54.8 kΩ, whereas when the discharge needle 130 is dirty, the resistance value of the resistance component Rp is 49. 0.4 kΩ, which was reduced to 90% of the original. Note that the capacitance component Cp of the discharge needle 130 did not change at 4.8 pF in any case. Thus, it was demonstrated that the discharge needle 130 was soiled when the resistance component of the discharge needle 130 decreased to less than 91% of the original. The present invention utilizes this change.

また、放電針130が正常な場合と汚れている場合についてデューティー比を比較する実験を行った。図6Aは、正常時に得られた動作波形を示す図である。図6Bは、汚れ時の動作波形を示す図である。正常時の動作波形では、圧電トランス120の出力電圧PCBinの位相が、入力電圧PCAinの位相から68.91°遅れている。これに対し、汚れ時の動作波形では、圧電トランス120の出力電圧PCBinの位相が、入力電圧PCAinの位相から59.28°遅れている。   In addition, an experiment was performed to compare the duty ratio when the discharge needle 130 is normal and dirty. FIG. 6A is a diagram illustrating operation waveforms obtained in a normal state. FIG. 6B is a diagram illustrating an operation waveform at the time of contamination. In the normal operation waveform, the phase of the output voltage PCBin of the piezoelectric transformer 120 is delayed by 68.91 ° from the phase of the input voltage PCAin. On the other hand, in the operation waveform at the time of contamination, the phase of the output voltage PCBin of the piezoelectric transformer 120 is delayed by 59.28 ° from the phase of the input voltage PCAin.

したがって、放電針130が正常である場合には、位相比較部160の出力のデューティー比が39.50%であることが分かった。一方、放電針130が汚れている場合には、位相比較部160の出力のデューティー比が33.64%であることが分かった。これにより、位相比較部160の出力のデューティー比が34%未満であるときには放電針が汚れていることが実証された。このように、圧電トランス120の出力電圧の位相が変化し、デューティー比が小さくなることを利用して放電針130の汚れを検出できることが実証された。   Therefore, it was found that when the discharge needle 130 is normal, the duty ratio of the output of the phase comparison unit 160 is 39.50%. On the other hand, when the discharge needle 130 is dirty, the duty ratio of the output of the phase comparator 160 is found to be 33.64%. This proves that the discharge needle is soiled when the duty ratio of the output of the phase comparator 160 is less than 34%. Thus, it has been demonstrated that the contamination of the discharge needle 130 can be detected by utilizing the fact that the phase of the output voltage of the piezoelectric transformer 120 changes and the duty ratio becomes small.

100 イオナイザ放電針の汚れ検出回路
110 電圧制御発振部
115 駆動部
120 圧電トランス
130 放電針
140 分圧用抵抗器
150 整流部
160 位相比較部
170 積分回路
180 基準電圧発生部
190 電圧比較部
195 出力部
C 容量
01 制動容量
02 制動容量
容量
インダクタ
抵抗
Cp 容量成分
Rp 抵抗成分
共振周波数
L インダクタ
PCAin 入力
PCAin 入力電圧
PCBin 出力電圧
PCout 出力
φ 電圧変換比
100 Ionizer Discharge Needle Contamination Detection Circuit 110 Voltage Control Oscillator 115 Drive Unit 120 Piezoelectric Transformer 130 Discharge Needle 140 Voltage Dividing Resistor 150 Rectifier 160 Phase Comparator 170 Integration Circuit 180 Reference Voltage Generator 190 Voltage Comparator 195 Output C Capacitance C 01 Braking capacity C 02 Braking capacity C 1 Capacity L 1 Inductor R 1 Resistance Cp Capacitance component Rp Resistance component F 0 Resonance frequency L Inductor PCAin Input PCAin Input voltage PCBin Output voltage PCout Output φ Voltage conversion ratio

Claims (2)

コロナ放電でイオンを発生させるイオナイザ放電針の汚れ検出回路であって、
放電針へ高電圧を出力する圧電トランスと、
前記圧電トランスの出力電圧のフィードバックを受けて、前記圧電トランスへの入力電圧を制御する電圧制御発振部と、
前記圧電トランスへの入力電圧と出力電圧との位相差がONで表されたON/OFFの矩形波を出力する位相比較部と、
前記位相差がONで表された出力の積分値と基準電圧とを比較する電圧比較部と、を備え、
前記積分値が前記基準電圧より低い場合に前記放電針の汚れを検出することを特徴とするイオナイザ放電針の汚れ検出回路。
A contamination detection circuit for an ionizer discharge needle that generates ions by corona discharge,
A piezoelectric transformer that outputs a high voltage to the discharge needle;
In response to feedback of the output voltage of the piezoelectric transformer, a voltage controlled oscillation unit that controls the input voltage to the piezoelectric transformer;
A phase comparator that outputs an ON / OFF rectangular wave in which a phase difference between an input voltage and an output voltage to the piezoelectric transformer is represented as ON ;
A voltage comparison unit that compares an integrated value of an output whose phase difference is expressed as ON and a reference voltage;
An ionizer discharge needle contamination detection circuit that detects contamination of the discharge needle when the integrated value is lower than the reference voltage.
コロナ放電でイオンを発生させるイオナイザ放電針の汚れ検出方法であって、
出力電圧のフィードバックにより制御される圧電トランスへの入力電圧を検出するステップと、
前記圧電トランスの出力電圧を検出するステップと、
前記検出された入力電圧と出力電圧との位相差がONで表されたON/OFFの矩形波を出力するステップと、
前記位相差がONで表された出力の積分値と基準電圧とを比較するステップと、を含み、
前記積分値が前記基準電圧より低い場合に前記放電針の汚れを検出することを特徴とするイオナイザ放電針の汚れ検出方法。
A method for detecting contamination of an ionizer discharge needle that generates ions by corona discharge,
Detecting an input voltage to the piezoelectric transformer controlled by output voltage feedback;
Detecting an output voltage of the piezoelectric transformer;
Outputting an ON / OFF rectangular wave in which the phase difference between the detected input voltage and output voltage is represented by ON ;
Comparing the integrated value of the output whose phase difference is represented by ON with a reference voltage,
A method for detecting contamination of an ionizer discharge needle, wherein the contamination of the discharge needle is detected when the integrated value is lower than the reference voltage.
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