CN106300020B - 数位高周波离子产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数位高周波离子产生装置，其包含编译器、驱动回路以及保护回路。操作指令藉由编译器中微处理器的程式进行编程，将正离子脉冲信号及负离子脉冲信号结合成为数位驱动信号。驱动回路中的驱动装置接收数位驱动信号，控制功率开关导通或截止，使正极性电压或负极性电压施加于高压变压器，然后由高压放电针产生电晕放电，产生正离子或负离子。保护回路以感应天线侦测产生的离子浓度，再利用类比至数位转换器将其转换成数位侦测信号，在数位侦测信号超过或低于预设范围时，产生断电信号以中止继续施加电压于高压变压器。

Description

数位高周波离子产生装置

技术领域

本发明涉及一种离子产生装置，特别是关于一种利用数位方式产生控制信号以驱动变压器产生高周波的正离子或负离子的离子产生装置。

背景技术

目前，现有的离子产生装置大略包含下列几种架构，分别说明如下：

类比IC RC震荡PWM产生器为主频的类比电路，其为交流高频升压模式，如图8所示。其中，此电路每个震荡波的中产生的离子电性都是固定的无法改变，也无法在数个震荡波之中选择想要的离子电性。同时没有短路保护电路设计，漏电时无法立刻中断高压放电，因此具有相当高的危险性。

MCU数位电路谐振为主，其为交流高频升压模式，如图9所示。其中，此电路每个震荡波之中产生的离子电性都是固定的无法改变，也无法在数个谐振波之中选择想要的离子电性。有些MCU设计有短路保护电路设计，漏电时可立刻中断高压放电，但由于侦测回路采用类比方式，其反应速度慢且没有除错能力，容易误判导致误报异常。

低频类比IC RC震荡PWM产生器为主频的类比电路，其为2HZ到20HZ的升压模式，如图10所示。其中，此电路每个震荡波之中产生的离子电性都是固定的无法改变，也无法在数个震荡波之中选择想要的离子电性，并且功率损失较大，变压器容易发热毁坏。同时没有短路保护电路设计，漏电时无法立刻中断高压放电，因此具有相当高的危险性。

MCU数位电路谐振为主，其为交流低频(2HZ到20HZ)的升压模式，如图11所示。每个低频(2HZ到20HZ)波之中产生的离子电性都是固定的无法改变，也无法在数个低频(2HZ到20HZ)波之中选择想要的离子电性。有些MCU设计有短路保护电路设计，漏电时可立刻中断高压放电，但由于侦测回路采用类比方式，其反应速度慢且没有除错能力，容易误判导致误报异常。

类比IC RC震荡PWM产生器为主频的类比电路，其藉由交流高频升压后再次倍压变成直流模式，如图12所示。其中，倍压电路成本高需要多组高压电容与高压二极体，由数个谐振波之中利用倍压电路产生的离子电性都是固定的无法改变，若同时使用2组时，虽然可以数个谐振波之中利用倍压电路简易的选择想要的离子电性，使eV-eV+交互切换，但成本增加约3倍。同时，没有短路保护电路设计，漏电时无法立刻中断高压放电，因此具有相当高的危险性。另外，由于多级倍压之故，输出效率大约50％左右，效率极差，并且输出功率无法很大，都被电容限流。

MCU数位电路谐振为主，其藉由交流高频升压后再次倍压变成直流模式，如图13所示。其中，倍压电路成本高需要多组高压电容与高压二极体，由数个谐振波之中利用倍压电路产生的离子电性都是固定的无法改变，若同时使用2组时，虽然可以数个谐振波之中利用倍压电路简易的选择想要的离子电性，使eV-eV+交互切换，但成本增加约3倍。另外，由于多级倍压之故，输出效率大约50％左右，效率极差，并且输出功率无法很大，都被电容限流。有些MCU设计有短路保护电路设计，漏电时可立刻中断高压放电，但由于侦测回路采用类比方式，其反应速度慢且没有除错能力，容易误判导致误报异常。

因此，为解决上述问题，对于原有离子产生装置的设计加以改良，使得其操作当中能选择想要产生的离子电性，并且有效解决现有装置所会产生的缺陷，藉此提升整体操作的效率。

发明内容

有鉴于上述现有技艺的问题，本发明的目的就是在提供一种数位高周波离子产生装置，以解决一般离子产生装置无法选择产生离子电性的问题，并具有保护此离子产生装置的设计。

根据本发明的一目的，提出一种数位高周波离子产生装置，其包含编译器、驱动回路以及保护回路。其中，编译器包含产生高周波的正离子脉冲信号及负离子脉冲信号的时脉产生器；以及进行操作指令的编程的微处理器，将欲产生的离子种类及离子浓度，藉由编程程式转换为数位驱动信号，此数位驱动信号结合正离子脉冲信号及负离子脉冲信号。驱动回路包含连接于微处理器，接收数位驱动信号的驱动装置；连接于驱动装置的功率开关，由驱动装置控制功率开关的导通与截止，藉此控制导通的电压，依照正离子脉冲信号及负离子脉冲信号产生正极性电压或负极性电压；以及连接于驱动装置及功率开关的高压变压器，藉由正极性电压及负极性电压施加于高压放电针，由高压放电针产生电晕放电，产生正离子或负离子。连接于微处理器并包含离子感应天线的保护回路，侦测产生的正离子或负离子的离子浓度，再利用类比至数位转换器将离子种类及离子浓度转换成数位侦测信号，在数位侦测信号超过或低于预设范围时，产生断电信号以中止继续施加电压进行放电。

较佳者，正离子脉冲信号及负离子脉冲信号的频率可为20KHz至150KHz。

较佳者，数位驱动信号可为连续产生正离子的正离子脉冲信号或连续产生负离子的负离子脉冲信号。

较佳者，数位驱动信号可为交替产生正离子及负离子的正离子脉冲信号与负离子脉冲信号的组合。

较佳者，保护回路可包含回授电容及多个回授电阻，多个回授电阻串联于感应天线，回授电容与多个回授电阻中的一并联并连接于微处理器。

承上所述，依本发明的数位高周波离子产生装置，其可具有一或多个下述优点：

(1)此数位高周波离子产生装置能随着程式改变产生的离子电性，或者在多个震荡波中选择想要的离子电性，提高装置的实用性，且提高装置的转换效率。

(2)此数位高周波离子产生装置能减少材料的使用，避免设置额外的倍压电路，因而产生较高的零件成本，同时也能减少整体装置的体积。

(3)此数位高周波离子产生装置能侦测离子浓度，转换成数位侦测信号，并经由程式分析迅速的判断数位高周波离子产生装置是否发生异常，进而提升装置的安全性及准确性。

附图说明

图1为本发明的数位高周波离子产生装置的框图。

图2为本发明的编译器的示意图。

图3为本发明的编译器编程的实施例的示意图。

图4为本发明的编译器编程的另一实施例的示意图。

图5为本发明的驱动回路的实施例的示意图。

图6为本发明的保护回路的实施例的示意图。

图7为本发明的操作界面的实施例的示意图。

图8至图13为现有的离子产生装置的示意图。

符号说明：

10、11：编译器

20、21：驱动回路

30、31：保护回路

40：电源供应器

41a：主电源电压

41b：驱动晶片电源电压

50：离子

60：操作界面

100、110：时脉产生器

101、111：微处理器

112：数位编程信号

113：正离子发射波型

114：负离子发射波型

115-124：波型

125、126：连续发射波型

200：驱动装置

201：功率开关

202、218：高压变压器

211：第一驱动晶片

211a：第一驱动晶片电容

211b：第一驱动晶片整流器

211c：第一高端驱动电容

212：第二驱动晶片

212a：第二驱动晶片电容

212b：第二驱动晶片整流器

212c：第二高端驱动电容

213：第一功率开关

214：第二功率开关

215：第三功率开关

216：第四功率开关

217：共振电容

219：高压放电针

220：对地环

300、310：感应天线

311-315：回授电阻

316：回授电容

317、318：类比信号波型

319、320：数位侦测信号

600-602：设定选钮

603：显示灯号

604：显示屏幕

n1-n7：节点

具体实施方式

为利贵审查委员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，现将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

请参阅图1，其为本发明的数位高周波离子产生装置的框图。如图所示，数位高周波离子产生装置包含编译器10、驱动回路20、保护回路30以及电源供应器40。其中，电源供应器40可提供编译器10及驱动回路20的电力，并且提供施加至变压器的电压。编译器10包含时脉产生器100及微处理器101，时脉产生器100可以产生高周波(20KHz-150KHz)的震荡波型。且产生正离子及产生负离子的控制信号，分别为正离子脉冲信号及负离子脉冲信号。微处理器101接受使用者的操作指令，将想要产生的离子种类及离子浓度，藉由微处理器101当中的编程程式，将正离子脉冲信号及负离子脉冲信号编程结合成为一个数位驱动信号。此数位驱动信号包含了产生正离子及负离子的震荡波型，驱动回路20依照此数位驱动信号来产生对应的正离子或负离子。此数位驱动信号可全部为正离子脉冲信号或者全部是负离子脉冲信号，亦可为正离子与负离子交替产生的脉冲信号。

驱动回路20包含了驱动装置200、功率开关201以及高压变压器202。其中，驱动装置200可包含驱动晶片、驱动晶片整流器及驱动晶片电容等。驱动装置的驱动端可连接功率开关201，功率开关201则连接至高压变压器202的感应线圈。驱动装置200接收了编译器10的微处理器101传送的数位驱动信号后，依照信号控制功率开关201的导通或截止。功率开关201的导通与否则决定施加至高压变压器202的导通电压。在此，由于数位驱动信号包含正离子脉冲信号及负离子脉冲信号，因此施加至高压变压器202的电压也会有正极性电压及负极性电压。高压变压器202在施加正极性电压时产生正离子，在施加负极性电压时产生负离子，依照数位驱动信号即可选择产生所需极性的离子50。

产生的离子50可能为正离子或负离子，产生的离子浓度也依照编写的信号内容有所不同。在高压放电针产生离子50后，保护回路30的感应天线300可以侦测离子种类及离子浓度，再依据类比转数位的转换器将侦测的类比信号转换成数位侦测信号，并且将其回传至微处理器101。由于微处理器101中有原操作指令所欲达到的离子种类及离子浓度，在回传的数位侦测信号超出或低于预设范围时，可由程式直接判定异常，进而进行异常处理。异常处理最常见即为断电，微处理器101在数位侦测信号所代表的离子浓度大幅超过所需浓度时，可传送断电信号至驱动装置200，由驱动装置200控制功率开关201关闭，截断高压变压器202的供电而避免持续放电造成整个数位高周波离子产生装置损毁。另外，保护回路30也可以在固定时段内没有达到预定浓度的情况下，经由程式再次传送所需离子的驱动信号，以补足所需的离子浓度。

请参阅图2，其为本发明的编译器的示意图。如图所示，数位高周波离子产生装置的编译器11可包含时脉产生器110及微处理器111。其中，时脉产生器可以产生0与1的脉冲信号，而微处理器111则藉由编程程式对脉冲信号进行编程，产生数位编程信号112。在本发明中，可以分别设定正离子发射码及负离子发射码的参数，例如设定解析度为8位元，则数位的波宽排列组合则为255阶，若为16位元则为65535阶。依照设定的参数编写正离子脉冲信号及负离子脉冲信号，如图中所示的正离子发射码及负离子发射码，此正离子发射码及负离子发射码可传送至驱动回路当中，依照0与1的信号执行导通及关闭，使电压能在导通时间内施加于高压变压器而分别产生正离子及负离子，如图中的正离子发射波型113及负离子发射波型114。

请参阅图3，其为本发明的编译器编程的实施例的示意图。如图所示，正离子发射码与负离子发射码可以经由微处理器的编程程式进行编程，将原来正离子发射波型113及负离子发射波型114组合成为图中的各种波型115-124，例如波型115当中，送至驱动回路的数位驱动信号为依序产生三个正离子波型及三个负离子波型。亦即，高压变压器依此驱动信号接收导通电压，让放电针依序放出三个波型的正极性离子及三个波型的负极性离子。在正离子波型与负离子波型的结合方式上，没有特定的限制，例如波型116当中，可以在产生1个正离子波型后，连续产生5个负离子波型；也可如波型118，在产生5个正离子波型后，穿插1个负离子波型。或者如波型119中则在2个正离子波型当中插入正负离子平衡的波型；又或者如波型122、123当中形成仅有正离子或仅有负离子的波型。结合的方式依照产生离子的需求来编程，操作者可轻易得到想要的离子极性，例如在需要较多负离子的情况下，可设定如波型117产生较高浓度的负离子，而产生较少的正离子。

上述微处理器中的编程程式，可针对所要产生的离子种类及数量，组合正离子发射码与负离子发射码，成为所需的发射码，例如将操作指令中离子所需数量转换成多个0与1的导通信号，并且选择正负离子的种类，分别形成正离子发射码及负离子发射码，再进一步结合两个发射码所对应的发射波形，产生所欲产生的离子发射波形。

请参阅图4，其为本发明的编译器编程的另一实施例的示意图。如图所示，如同前述实施例所示，正离子发射码与负离子发射码可以经由微处理器编程，将原来正离子发射波型113及负离子发射波型114组合成为图中的连续发射波型125、126。在连续发射波型126当中，数位驱动信号驱动高压变压器连续发射正离子，在连续7个正离子波型后才产生1个负离子波型，使得正离子的浓度迅速提高。相对地，在连续发射波型125当中，数位驱动信号驱动高压变压器连续发射负离子，在连续7个负离子波型后才产生1个正离子波型，使得负离子的浓度迅速提高。此驱动方式可连续产生同一极性的离子，迅速提高离子浓度。

请参阅图5，其为本发明的驱动回路的实施例的示意图。如图所示，数位高周波离子产生装置的驱动回路21包含第一驱动晶片211及第二驱动晶片212。第一驱动晶片211及第二驱动晶片212分别藉由第一节点n1及第二节点n2连接于编译器，接收来自编译器的数位驱动信号。第一驱动晶片211包含第一功率开关213及第二功率开关214。第一功率开关213与第二功率开关214的控制端连接于第一驱动晶片211，由第一驱动晶片211控制导通与截止；第二控制晶片212包含第三功率开关215及第四功率开关216。第三功率开关215及第四功率开关216的控制端连接于第二驱动晶片212，由第二驱动晶片212控制导通与截止。第一功率开关213及第三功率开关215的输入端由第三节点n3连接至电源供应器的主电源电压41a，第二功率开关214的输入端由第四节点n4连接至电源供应器的驱动晶片电源电压41b以及第一驱动晶片211，第四功率开关216的输入端由第五节点n5连接至电源供应器的驱动晶片电源电压41b以及第二驱动晶片212。第一功率开关213及第二功率开关214的输出端连接于第六节点n6，第三功率开关214及第四功率开关215的输出端连接于第七节点n7，第六节点n6与共振电容217及第七节点n7分别连至高压变压器218的一次侧感应线圈两端，而高压变压器218的二次侧则包含高压放电针219及对地环220。

除了上述电路连接结构外，第一驱动晶片211还包含了第一驱动晶片电容211a、第一驱动晶片整流器211b以及第一高端驱动电容211c。同样地，第二驱动晶片212还包含了第二驱动晶片电容212a、第二驱动晶片整流器212b以及第二高端驱动电容212c。第一驱动晶片电容211a、第一驱动晶片整流器211b以及第一高端驱动电容211c连接于驱动晶片电源电压41b与第一驱动晶片211，第二驱动晶片电容212a、第二驱动晶片整流器212b以及第二高端驱动电容212c连接于驱动晶片电源电压41b与第二驱动晶片212，其连接方式如图5所示。上述驱动回路的电路结构，旨在说明数位高周波离子产生装置的驱动回路的实施方式，但本发明不以此为限，其他类似或等效的驱动回路设计均应包含于本发明的申请专利范围当中。

请参阅图6，其为本发明的保护回路的实施例的示意图。如图所示，数位高周波离子产生装置的保护回路31包含感应天线310、第一至第五回授电阻311-315以及回授电容316，感应天线310与第一至第五回授电阻311-315串联，并连接至编译器11的微处理器111，而回授电容316与第五回授电阻315并联。此电路结构旨在说明侦测离子浓度并回授至微处理器的实施方式，但本发明不以此为限，其他可侦测离子浓度的感应电路均包含于本发明的申请专利范围当中。在本实施例中，感应天线310可以感应高压变压器进行高压放电产生离子的浓度，亦即感应离子的电场电压值来作为侦测产生离子浓度的类比信号。此类比信号形成为如图所示的正离子类比信号波型317或负离子类比信号波型318，经由类比转数位的转换器将此类比信号转换成正离子数位侦测信号319或负离子数位侦测信号320，并将其传至微处理器111。微处理器111当中具有原先欲达到的离子种类及离子浓度，因此在收到正离子数位侦测信号319或负离子数位侦测信号320后，可以比对是否达到需求的浓度。若是差异超过预定范围，则判定产生离子装置发生异常。这里的比对可藉由程式进行，一有异常马上送出断电信号以停止继续施加电压，迅速中止装置的操作以避免对装置进一步的损坏。

请参阅图7，其为本发明的操作界面的实施例的示意图。如图所示，数位高周波离子产生装置的操作界面60可包含正离子设定选钮600、负离子设定选钮601以及进行离子中和的设定选钮603，此选钮可为机械式的转盘或按键，也可为触控屏幕的图式，藉由选钮的操作可以控制数位高周波离子产生装置产生对应极性的离子。另外在操作界面60上也可包含各种显示界面，例如各种离子的显示灯号603或是显示屏幕604，藉由显示界面呈现产生离子的状态，进而掌控装置的操作状况。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求书中。

Claims (3)

1.一种数位高周波离子产生装置，其特征在于，其包含：

一编译器，其包含：一时脉产生器，该时脉产生器产生高周波的一正离子脉冲信号及高周波的一负离子脉冲信号；以及一微处理器，该微处理器藉由一编程程式对一操作指令进行编程，将欲产生的一种离子种类及对应的离子浓度转换为一数位驱动信号，该数位驱动信号是结合该正离子脉冲信号及该负离子脉冲信号后所形成的一震荡波型，并且，基于该正离子脉冲信号是藉由该编程而被对应地调整所具有正离子波型的数量以及产生的时序与该负离子脉冲信号是藉由该编程被对应地调整所具有负离子波型的数量以及产生的时序，结合出离子波型数量以及时序皆受该操作指令的控制的该震荡波型；

一驱动回路，其包含：一驱动装置，其连接于该微处理器，接收该数位驱动信号；一功率开关，其连接于该驱动装置，由该驱动装置控制该功率开关的导通与截止，藉此控制导通的电压，依照该正离子脉冲信号及该负离子脉冲信号产生一正极性电压或一负极性电压；以及一高压变压器，其连接于该驱动装置及该功率开关，藉由施加至该高压变压器的该正极性电压及该负极性电压进一步施加于一高压放电针，由该高压放电针产生电晕放电，产生一正离子或一负离子；以及

一保护回路，其连接于该微处理器并包含一离子感应天线，侦测产生的该正离子的离子浓度或该负离子的离子浓度，再利用一类比至数位转换器将该离子种类及该离子浓度转换成一数位侦测信号，在该数位侦测信号超过或低于一预设范围时，产生一断电信号以中止继续施加电压进行放电。

2.如权利要求1所述的数位高周波离子产生装置，其特征在于，其中该正离子脉冲信号及该负离子脉冲信号的频率为20KHz至150KHz。

3.如权利要求1所述的数位高周波离子产生装置，其特征在于，其中该保护回路包含一回授电容及多个回授电阻，该多个回授电阻串联于该感应天线，该回授电容与该多个回授电阻中的一个并联并连接于该微处理器。