TWI746151B - 可調頻離子機控制裝置 - Google Patents
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Abstract
一種可調頻離子機控制裝置包含一變壓器、一推挽式並聯諧振電路、及一控制模組。該變壓器包括位於一次側的一第一繞組與一第四繞組，及位於二次側的一第二繞組與一第三繞組，該第一繞組的等效電感值等於一激磁電感量。該推挽式並聯諧振電路電連接一直流輸入電源及該第一繞組及該第四繞組，並具有一諧振頻率。該控制模組電連接該變壓器的該第三繞組，並根據一設定電壓值決定流經該第三繞組的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小，使得該第二繞組輸出一能夠產生正負離子的弦波輸出信號至一電極探針。
Description
本發明是有關於一種離子機控制裝置，特別是指一種可調頻離子機控制裝置。
離子機(又稱靜電消除器，ionizer)廣泛地使用於精密電子產品、醫藥製造、塑膠、光學玻璃、電子業、液晶面板、光電、半導體等等產業，藉以防塵、消除靜電以及防止電子零件與電路板損壞，且能於塑膠製品塗裝之前置處理中保持應有之品質。目前各種類型的離子機裝置與技術主要是以電暈放電式之離子機使用最為廣泛。依據將電壓施加到電極針的技術與方式，可將離子機分為多種類型，包含直流(DC)方式、交流(AC)方式、脈衝直流方式、及交流方波方式，共四種方式。
採用直流(DC)方式之離子機系統是一種持續將正或負的直流電壓施加至一電極針之技術。此種方式雖可以消除產品生產作業環境中的靜電，但僅能消除單一極性之靜電，消除靜電之效果相當有限，且因僅能消除單一極性之靜電，因此離子平衡性較差。
採用交流(AC)方式之離子機系統主要是持續將交流弦波電壓施加至一電極針之技術。由於能夠交替產生極高壓的正弦波形，因此可製造正負離子，在消除生產作業環境中的靜電時，具有相當良好的離子平衡狀態。但此種離子機所產生的離子會快速重新合併，因此不適用於執行長距離的靜電消除。
採用脈衝直流方式之離子機系統是一種持續將DC電壓交替載入至正負電極(即兩電極探針)之技術，藉以致使離子機上的正負電極可產生均勻分佈之離子。此種離子機所產生的離子數量較多，因此靜電消除速度較快，但應用於棒形離子機時，縱向的離子平衡性較差，且由於一組輸出具有兩支電極針，若電極針發生髒汙或磨損，則明顯影響靜電消除的速度與離子平衡性。
採用交流方波方式之離子機系統的架構與所產生的輸出波形如圖1所示，此種離子機主要持續交替向電極針施加正與負的直流電壓，產生的離子數量較多，靜電消除速度較快，且單一組輸出僅使用單一電極，較不致產生電極針髒汙或磨損之問題。
然而，傳統採用交流方波方式之離子機系統的架構由兩個電壓源與許多級倍壓電路所構成，體積與重量極為龐大，所輸出的高電壓波形之頻率皆無法調整，靜電消除功能單調。再者，傳統離子機僅能產生單一種波形，即僅純直流、僅交流正弦波或僅交流方波，不具波形選擇性，所以適用場合極為受限。傳統離子機因兩組電壓源經過各自的多級倍壓電路方能產生正負高壓波形，容易造成波形正負高壓之不平衡現象，導致生產作業環境離子化不均勻的結果，靜電消除功能不佳。因此，傳統離子機的靜電消除功能、範圍以及使用場合皆受到限制，而成為一個待改善的問題。
因此，本發明的目的，即在提供一種輸出頻率可調整的可調頻離子機控制裝置。
於是，本發明之一觀點，提供一種可調頻離子機控制裝置，適用於一直流輸入電源及一電極探針，並包含一變壓器、一推挽式並聯諧振電路、及一控制模組。
該變壓器包括位於一次側的一第一繞組與一第四繞組，及位於二次側的一第二繞組與一第三繞組，該第一繞組的等效電感值等於一激磁電感量，該第二繞組電連接該電極探針以輸出一能夠產生正負離子的弦波輸出信號。
該推挽式並聯諧振電路，電連接該直流輸入電源及該電壓器的該第一繞組及該第四繞組，並包括一第一電感、一第一電阻、一第一功率開關、一第二功率開關、及一諧振電容，且具有一諧振頻率f
o，該第一功率開關及該第二功率開關受到該第四繞組的控制而導通或不導通，L
p是該激磁電感量，C
o是該諧振電容的電容值，該弦波輸出信號的頻率等於該諧振頻率。
該控制模組電連接該變壓器的該第三繞組，並根據一設定電壓值決定流經該第三繞組的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小。
在一些實施態樣中，其中，該控制模組包括電連接該變壓器的該第三繞組的一降壓轉換器(Buck converter)、電連接該降壓轉換器與該第三繞組的一電流感測器、及電連接該降壓轉換器與該電流感測器的一控制單元，該電流感測器偵測該直流電流的大小，該控制單元根據該電流感測器所偵測的該直流電流的大小，控制該降壓轉換器將一輸入參考電壓轉換以穩定輸出該直流電流，且根據該設定電壓值決定該直流電流的大小。
在一些實施態樣中，其中，該電流感測器包括一第一端、一第二端、及一輸出端，該輸出端輸出指示流經該第一端與該第二端之該直流電流的大小的信號。該降壓轉換器包含一第三功率開關、一第四功率開關、及一第二電感。
該第三功率開關包括接收該輸入參考電壓的一第一端、一第二端、及一控制端。該第四功率開關包括電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及一控制端。該第二電感包括電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端，及電連接該電流感測器的該第一端的一第二端。
該變壓器的該第三繞組電連接於該電流感測器的該第二端與該第四功率開關的該第二端之間。該控制單元電連接該電流感測器的該輸出端，以獲得該直流電流的大小，並還電連接該第三功率開關及該第四功率開關，以根據該直流電流的大小，控制該第三功率開關及該第四功率開關導通或不導通，以穩定輸出該直流電流。
在另一些實施態樣中，其中，該可調頻離子機控制裝置還包含一倍壓模組，及一第一切換開關。該變壓器還包括位於二次側的一第五繞組及一第六繞組。
該倍壓模組包括一第一倍壓電路(Voltage multiplier)及一第二倍壓電路，該第一倍壓電路電連接該第五繞組，以將該第五繞組所輸出的一弦波信號的大於零的部分，放大為大於零的一第一方波信號，該第二倍壓電路電連接該第六繞組，以將該第六繞組所輸出的另一弦波信號的小於零的部分，放大為小於零的一第二方波信號，該倍壓模組還結合該第一方波信號及該第二方波信號為一方波輸出信號，並輸出至該第一切換開關。
該第一切換開關包括電連接該第二繞組以接收該弦波輸出信號的一第一輸入端、電連接該倍壓模組以接收該方波輸出信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該電極探針的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該弦波輸出信號或該方波輸出信號輸出至該輸出端。該控制模組還電連接該第一切換開關的該選擇端，並根據一選擇設定值，控制該選擇端。
在一些實施態樣中，其中，該倍壓模組還包括一第二切換開關，該第二切換開關包含電連接該第一倍壓電路以接收該第一方波信號的一第一輸入端、電連接該第二倍壓電路以接收該第二方波信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該第一切換開關的該第二輸入端以輸出該方波輸出信號的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該第一方波信號或該第二方波信號輸出至該輸出端。
該控制模組還電連接該第二切換開關的該選擇端，及該第一切換開關的該輸出端，當該控制模組控制該第一切換開關的該選擇端，以將該方波輸出信號輸出至該第一切換開關的該輸出端時，該控制模組偵測該輸出端的該方波輸出信號，並根據該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓大小及時間長短，控制該第二切換開關的該選擇端，以調整該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓的時間大小，使得該電極探針所產生的正負離子保持平衡。
在另一些實施態樣中，其中，該第一倍壓電路包含一第一電容、一第一二極體、一第二電容、及一第二二極體。該第一電容包括電連接該第五繞組的一第一端，及一第二端。該第一二極體包括電連接該第一電容的該第二端的一陽極端，及一陰極端。該第二電容包括電連接該第一二極體的該陰極端的一第一端，及一第二端。該第二二極體包括電連接該第二電容的該第二端的一陽極端，及電連接該第一電容的該第二端且輸出該第一方波信號的一陰極端。
該第二倍壓電路包含一第三電容、一第三二極體、一第四電容、及一第四二極體。該第三電容包括電連接該第六繞組的一第一端，及一第二端。該第三二極體包括電連接該第三電容的該第二端的一陽極端，及一陰極端。該第四電容包括電連接該第三二極體的該陰極端的一第一端，及一第二端。該第四二極體包括電連接該第四電容的該第二端的一陽極端，及電連接該第三電容的該第二端且輸出該第二方波信號的一陰極端。
在另一些實施態樣中，其中，該變壓器的該第一繞組包含一第一端、一第二端、及一中心抽頭端，該第四繞組包含一第一端及一第二端。該推挽式並聯諧振電路的該第一電阻包含電連接該直流輸入電源的一第一端，及一第二端。
該第一電感包含電連接該第一電阻的該第一端的一第一端，及電連接該第一繞組的該中心抽頭端的一第二端。該第一功率開關包含電連接該第一繞組的該第一端的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第一電阻的該第二端與該第四繞組的該第二端的一控制端。該第二功率開關包含電連接該第一繞組的該第二端的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第四繞組的該第一端的一控制端。該諧振電容包含電連接該第一繞組的該第一端的一第一端，及電連接該第一繞組的該第二端的一第二端。
於是，本發明之另一觀點，提供一種可調頻離子機控制裝置，適用於一直流輸入電源及一電極探針，並包含一變壓器、一推挽式並聯諧振電路、一倍壓模組、及一控制模組。
該變壓器包括位於一次側的一第一繞組與一第四繞組，及位於二次側的一第三繞組、一第五繞組、與一第六繞組，該第一繞組的等效電感值等於一激磁電感量。
該推挽式並聯諧振電路電連接該直流輸入電源及該電壓器的該第一繞組及該第四繞組，並包括一第一電感、一第一電阻、一第一功率開關、一第二功率開關、及一諧振電容，且具有一諧振頻率f
o，該第一功率開關及該第二功率開關受到該第四繞組的控制而導通或不導通，L
p是該激磁電感量，C
o是該諧振電容的電容值，該弦波輸出信號的頻率等於該諧振頻率。
該倍壓模組電連接該變壓器及該電極探針，並包括一第一倍壓電路(Voltage multiplier)及一第二倍壓電路，該第一倍壓電路電連接該第五繞組，以將該第五繞組所輸出的一弦波信號的大於零的部分，放大為大於零的一第一方波信號，該第二倍壓電路電連接該第六繞組，以將該第六繞組所輸出的另一弦波信號的小於零的部分，放大為小於零的一第二方波信號，該倍壓模組還結合該第一方波信號及該第二方波信號為一方波輸出信號，並輸出至該電極探針，進而輸出能夠產生正負離子的該方波輸出信號。
該控制模組電連接該變壓器的該第三繞組，並根據一設定電壓值決定流經該第三繞組的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小。
在一些實施態樣中，其中，該倍壓模組還包括一第二切換開關，該第二切換開關包含電連接該第一倍壓電路以接收該第一方波信號的一第一輸入端、電連接該第二倍壓電路以接收該第二方波信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該電極探針以輸出該方波輸出信號的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該第一方波信號或該第二方波信號輸出至該輸出端。
該控制模組還電連接該第二切換開關的該選擇端，及該第一切換開關的該輸出端，當該控制模組偵測該輸出端的該方波輸出信號，並根據該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓大小及時間長短，控制該第二切換開關的該選擇端，以調整該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓的時間大小，使得該電極探針所產生的正負離子保持平衡。
本發明的功效在於：藉由該推挽式並聯諧振電路及該變壓器，將來自該直流輸入電源的一直流輸入電壓，放大並轉換為該弦波輸出信號至該電極探針而產生正負離子。且藉由該控制模組控制流經該第三繞組的該直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小，而能夠實現一種可調頻率的離子機控制裝置。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2，本發明可調頻離子機控制裝置之一實施例，適用於一直流輸入電源91及一電極探針92，並包含一變壓器1、一推挽式並聯諧振電路2、一倍壓模組3、一控制模組4、及一第一切換開關5。
該變壓器1包括位於一次側的一第一繞組N1與一第四繞組N4，及位於二次側的一第二繞組N2、一第三繞組N3、一第五繞組N5、與一第六繞組N6。該第一繞組N1的等效電感值等於一激磁電感量L
p。該第一繞組N1包含一第一端111、一第二端112、及一中心抽頭端113。該第三繞組N3包含一第一端131及一第二端132。該第四繞組N4包含一第一端141及一第二端142。該第五繞組N5包含一第一端151及一第二端152。該第六繞組N6包含一第一端161及一第二端162。
該推挽式並聯諧振電路(又稱為自激式Royer諧振電路)2電連接該直流輸入電源91，以接收一直流輸入電壓，並電連接該電壓器的該第一繞組N1及該第四繞組N4，且包括一第一電感21、一第一電阻22、一輸入電容26、一第一功率開關23、一第二功率開關24、及一諧振電容25，且具有一諧振頻率f
o。該直流輸入電壓例如是24伏特。該諧振頻率f
o的公式如下：其中，C
o是該諧振電容25的電容值。
該第一電阻22包含電連接該直流輸入電源91以接收該直流輸入電壓的一第一端，及一第二端。該第一電感21包含電連接該第一電阻22的該第一端的一第一端，及電連接該第一繞組N1的該中心抽頭端113的一第二端。該第一功率開關23包含電連接該第一繞組N1的該第一端111的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第一電阻22的該第二端與該第四繞組N4的該第二端142的一控制端。該第二功率開關24包含電連接該第一繞組N1的該第二端112的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第四繞組N4的該第一端141的一控制端。該諧振電容25包含電連接該第一繞組N1的該第一端111的一第一端，及電連接該第一繞組N1的該第二端112的一第二端。該輸入電容26包含電連接該直流輸入電源91以接收該直流輸入電壓的一第一端，及接地的一第二端。
由於該變壓器1的該第四繞組N4與該第一個繞組N1纏繞在同一個鐵芯，因此該第四繞組N4會耦合諧振槽所產生的正弦波，藉以驅動該第一功率開關23與該第二功率開關24，且該第一功率開關23與該第二功率開關24是各以50％的責任週期交互切換。此種驅動方式即所謂自激式架構，亦即該第一功率開關23與該第二功率開關24之驅動控制訊號乃是由電路本身的該變壓器1的該第四繞組N4所提供，不需要外加額外的驅動與控制電路，具有電路簡化之優點。且該推挽式並聯諧振電路2的另一優點是推挽型式之架構，該第一功率開關23與該第二功率開關24共地，不需隔離該第一功率開關23與該第二功率開關24之驅動控制訊號。
參閱圖2與圖3，該倍壓模組3包括一第一倍壓電路(Voltage multiplier)31、一第二倍壓電路32、及一第二切換開關33。該第一倍壓電路31電連接該第五繞組N5，以將該第五繞組N5所輸出的一弦波信號的大於零的部分，放大為大於零的一第一方波信號。該第二倍壓電路32電連接該第六繞組N6，以將該第六繞組N6所輸出的另一弦波信號的小於零的部分，放大為小於零的一第二方波信號。該第二切換開關33包含電連接該第一倍壓電路31以接收該第一方波信號的一第一輸入端、電連接該第二倍壓電路32以接收該第二方波信號的一第二輸入端、接收一第二選擇信號S2的一選擇端、及電連接該第一切換開關5以輸出一方波輸出信號VO2的一輸出端，並根據該第二選擇信號S2，決定將該第一方波信號或該第二方波信號輸出至該輸出端。
舉例來說，該第一倍壓電路31包含一第一電容311、一第一二極體312、一第二電容313、及一第二二極體314。該第一電容311包括電連接該第五繞組N5的該第一端151的一第一端，及一第二端。該第五繞組N5的該第二端152接地。該第一二極體312包括電連接該第一電容311的該第二端的一陽極端，及一陰極端。該第二電容313包括電連接該第一二極體312的該陰極端的一第一端，及一第二端。該第二二極體314包括電連接該第二電容313的該第二端的一陽極端，及電連接該第一電容311的該第二端且輸出該第一方波信號的一陰極端。
該第二倍壓電路32與該第一倍壓電路31大致上相同。該第二倍壓電路32包含一第三電容321、一第一三極體322、一第四電容323、及一第四二極體324。該第三電容321包括電連接該第六繞組N6的該第二端162的一第一端，及一第二端。該第六繞組N6的該第一端161接地。該第三二極體322包括電連接該第三電容321的該第二端的一陽極端，及一陰極端。該第四電容323包括電連接該第三二極體的322該陰極端的一第一端，及一第二端。該第四二極體324包括電連接該第四電容323的該第二端的一陽極端，及電連接該第三電容321的該第二端且輸出該第二方波信號的一陰極端。
參閱圖2與圖4，該控制模組4電連接該變壓器1的該第三繞組N3，並根據一設定電壓值決定流經該第三繞組N3的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量L
p的大小，進而改變該諧振頻率的大小。更詳細地說，該控制模組4包括電連接該變壓器1的該第三繞組N3的一降壓轉換器(Buck converter)41、電連接該降壓轉換器41與該第三繞組N3的一電流感測器42、及電連接該降壓轉換器41與該電流感測器42的一控制單元43。該電流感測器42偵測該直流電流的大小。該控制單元43根據該電流感測器42所偵測的該直流電流的大小，控制該降壓轉換器41將一輸入參考電壓V1轉換以穩定輸出該直流電流，且根據該設定電壓值決定該直流電流的大小。
由於該變壓器1的該激磁電感量L
p與磁導率μ、繞組匝數N的平方、及等效磁路截面積A
e成正比，而與等效磁路長度l
e成反比，其關係式如下。再者，由於該磁導率μ會隨著磁場強度之增加而變小，或隨著磁化強度減弱而變大，因此，藉由該控制模組4根據該設定電壓值決定該直流電流的大小能夠改變該磁場強度，進而改變該激磁電感量L
p。
在本實施例中，該電流感測器42包括一第一端、電連接該第三繞組N3的該第一端131的一第二端、及一輸出端，該輸出端輸出指示流經該第一端與該第二端之該直流電流的大小的一信號。該降壓轉換器41包含一第三功率開關411、一第四功率開關412、及一第二電感413。該第三功率開關411包括一第一端、一第二端、及接收一第一開關信號S3的一控制端。該第四功率開關412包括電連接該第三功率開關411的該第二端的一第一端、電連接該第三繞組N3的該第二端132的一第二端、及接收一第二開關信號S4的一控制端。該第二電感413包括電連接該第三功率開關411的該第二端的一第一端，及電連接該電流感測器42的該第一端的一第二端。該第三功率開關411的該第一端與該第四功率開關412的該第二端接收該輸入參考電壓V1。
由於本發明可調頻離子機控制裝置所對應的離子機是以及高電壓致使生產作業環境離子化，而消除靜電，因此離子機為空載輸出，使得該降壓轉換器41所需要的功率等級並不高，最高僅約數十瓦，其設計極為簡易，在此不再贅述。另外要說明的是：在本實施例中，該降壓轉換器41是一種同步的降壓轉換器，而在其他的實施例中，也可以是一種非同步的降壓轉換器。
該控制單元43包括一取樣電路(Sampling circuit)431、一微控制器(MCU)432、及一驅動電路433。該取樣電路431電連接該電流感測器42的該輸出端，以將該輸出端所輸出的該信號作等比例的縮小，使得能夠符合該微控制器432所能接收的信號大小的範圍。該微控制器432電連接該取樣電路431以獲得該直流電流的大小，並還電連接該驅動電路433以產生該第一開關信號S3及該第二開關信號S4，且根據該直流電流的大小，分別控制該第三功率開關411及該第四功率開關412導通或不導通，以穩定輸出該直流電流。由於該微控制器432的輸出能力不足(如電流及/或電壓太小)而無法直接控制該第三功率開關411及該第四功率開關412進行切換(即導通與截止)，因此，藉由該驅動電路433的設置，使得該第三功率開關411及該第四功率開關412能夠正常作動。
參閱圖2、圖3、與圖4，該第一切換開關5包括電連接該第二繞組N2以接收能夠產生正負離子的一弦波輸出信號VO1的一第一輸入端、電連接該倍壓模組3以接收該方波輸出信號VO2的一第二輸入端、接收一第一選擇信號S1的一選擇端、及電連接該電極探針92的一輸出端，並根據該第一選擇信號S1，決定將該弦波輸出信號VO1或該方波輸出信號VO2輸出至該輸出端。該弦波輸出信號VO1及該方波輸出信號VO2的頻率都等於該諧振頻率。此外，該第一切換開關5及該第二切換開關33例如都是藉由至少一繼電器或功率開關電晶體所組成，以能夠切換所要輸出的信號是來自兩個輸入信號之其中哪一者。
該控制模組4的該控制單元43還電連接該第一切換開關5的該選擇端，並根據一選擇設定值，決定該第一選擇信號S1以控制該選擇端。也就是能夠藉由該選擇設定值選擇將該弦波輸出信號VO1或該方波輸出信號VO2輸出至該電極探針92而產生正負離子。
此外，該控制模組4的該控制單元43的該微控制器432還電連接該第二切換開關33的該選擇端，該取樣電路431還電連接該第一切換開關5的該輸出端。當該微控制器432控制該第一切換開關5的該選擇端，以將該方波輸出信號VO2輸出至該第一切換開關5的該輸出端時，該微控制器432經由該取樣電路431偵測該輸出端的該方波輸出信號VO2，並根據該方波輸出信號VO2分別在大於零及小於零的電壓大小及時間長短，控制該第二切換開關33的該選擇端，以調整該方波輸出信號VO2分別在大於零及小於零的電壓的時間大小，使得該電極探針92所產生的正負離子保持平衡。該取樣電路431同樣將該方波輸出信號VO2作等比例的縮小，使得能夠符合該微控制器432所能接收的信號大小的範圍。
舉例來說，當該方波輸出信號VO2的正電壓部分的振幅較高時，該控制單元43則藉由該第二選擇信號S2的佔空比調控該第二切換開關33的該選擇端，以縮短正電壓部分輸出的時間，或還延長負電壓部分輸出的時間，反之亦然，而能夠達到正負離子平衡的效果。
另外要特別補充說明的是：在本實施例中，該輸入參考電壓V1等於該方波輸出信號VO2(即例如是正負7000伏特)的正電壓部分(即正7000伏特)經過分壓取樣，以使得輸入該降壓轉換器41的電壓遠低於7000伏特。而在其他的實施例中，也可以是其他的直流電壓值，使得該降壓轉換器41產生對應該直流電流的一直流輸出電壓。再者，在其他的實施例中，當該可調頻離子機控制裝置只要輸出該弦波輸出信號VO1或該方波輸出信號VO2時，對應的該倍壓模組3或該第二繞組N2也可以省略。此外，在本實施例中的該第二切換開關33也可以省略，例如在該第一方波信號及該第二方波信號藉由並聯輸出即能獲得該方波輸出信號VO2時。該設定電壓值及該選擇設定值例如是使用者藉由其他的輸入單元(圖未示)或通訊界面來設定而改變。
綜上所述，藉由該推挽式並聯諧振電路2及該變壓器1，將來自該直流輸入電源91的該直流輸入電壓(如7V)，放大並轉換為該弦波輸出信號(如正負7000V)VO1至該電極探針92而產生正負離子，或再藉由該倍壓模組3轉換為該方波輸出信號(如正負7000V)VO2至該電極探針92。且藉由該控制模組4控制流經該第三繞組N3的該直流電流的大小，以改變該激磁電感量L
p的大小，進而改變該諧振頻率的大小，進而能夠實現一種可調頻率且可選擇方波或弦波輸出的離子機控制裝置及對應的離子機。此外，該控制模組4還能夠調控該方波輸出信號VO2的導通時間，以實現離子化平衡的效果，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:變壓器
2:推挽式並聯諧振電路
21:第一電感
22:第一電阻
23:第一功率開關
24:第二功率開關
25:諧振電容
26:輸入電容
3:倍壓模組
31:第一倍壓電路
311:第一電容
312:第一二極體
313:第二電容
314:第二二極體
32:第二倍壓電路
321:第三電容
322:第三二極體
323:第四電容
324:第四二極體
33:第二切換開關
4:控制模組
41:降壓轉換器
411:第三功率開關
412:第四功率開關
413:第二電感
42:電流感測器
43:控制單元
431:取樣電路
432:微控制器
433:驅動電路
5:第一切換開關
91:直流輸入電源
92:電極探針
N1:第一繞組
111:第一端
112:第二端
113:中心抽頭端
N2:第二繞組
N3:第三繞組
131:第一端
132:第二端
N4:第四繞組
141:第一端
142:第二端
N5:第五繞組
151:第一端
152:第二端
N6:第六繞組
161:第一端
162:第二端
L
p:激磁電感量
V1:輸入參考電壓
VO1:弦波輸出信號
VO2:方波輸出信號
S1:第一選擇信號
S2:第二選擇信號
S3:第一開關信號
S4:第二開關信號
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一示意圖，說明習知的一種交流方波方式之離子機系統的架構及輸出波形；
圖2是一電路圖，說明本發明可調頻離子機控制裝置的一實施例；
圖3是一電路圖，說明該實施例的一倍壓模組；及
圖4是一電路圖，說明該實施例的一控制模組。
1:變壓器
2:推挽式並聯諧振電路
21:第一電感
22:第一電阻
23:第一功率開關
24:第二功率開關
25:諧振電容
26:輸入電容
3:倍壓模組
4:控制模組
5:第一切換開關
91:直流輸入電源
92:電極探針
N1:第一繞組
111:第一端
112:第二端
113:中心抽頭端
N2:第二繞組
N3:第三繞組
131:第一端
132:第二端
N4:第四繞組
141:第一端
142:第二端
N5:第五繞組
151:第一端
152:第二端
N6:第六繞組
161:第一端
162:第二端
Lp:激磁電感量
Claims (9)
- 一種可調頻離子機控制裝置，適用於一直流輸入電源及一電極探針，並包含：一變壓器，包括位於一次側的一第一繞組與一第四繞組，及位於二次側的一第二繞組與一第三繞組，該第一繞組的等效電感值等於一激磁電感量，該第二繞組電連接該電極探針以輸出一能夠產生正負離子的弦波輸出信號；一推挽式並聯諧振電路，電連接該直流輸入電源及該電壓器的該第一繞組及該第四繞組，並包括一第一電感、一第一電阻、一第一功率開關、一第二功率開關、及一諧振電容，且具有一諧振頻率fo，該第一功率開關及該第二功率開關受到該第四繞組的控制而導通或不導通，Lp是該激磁電感量，Co是該諧振電容的電容值，該弦波輸出信號的頻率等於該諧振頻率，；及一控制模組，電連接該變壓器的該第三繞組，並根據一設定電壓值決定流經該第三繞組的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小。
- 如請求項1所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該控制模組包括電連接該變壓器的該第三繞組的一降壓轉換器(Buck converter)、電連接該降壓轉換器與該第三繞組的一電流感測器、及電連接該降壓轉換器與該電流感測器的 一控制單元，該電流感測器偵測該直流電流的大小，該控制單元根據該電流感測器所偵測的該直流電流的大小，控制該降壓轉換器將一輸入參考電壓轉換以輸出該直流電流，且根據該設定電壓值決定該直流電流的大小。
- 如請求項2所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該電流感測器包括一第一端、一第二端、及一輸出端，該輸出端輸出指示流經該第一端與該第二端之該直流電流的大小的信號，該降壓轉換器包含：一第三功率開關，包括接收該輸入參考電壓的一第一端、一第二端、及一控制端，一第四功率開關，包括電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端、一第二端、及一控制端，及一第二電感，包括電連接該第三功率開關的該第二端的一第一端，及電連接該電流感測器的該第一端的一第二端，其中，該變壓器的該第三繞組電連接於該電流感測器的該第二端與該第四功率開關的該第二端之間，該控制單元電連接該電流感測器的該輸出端，以獲得該直流電流的大小，並還電連接該第三功率開關及該第四功率開關，以根據該直流電流的大小，控制該第三功率開關及該第四功率開關導通或不導通，以輸出該直流電流。
- 如請求項1所述的可調頻離子機控制裝置，還包含一倍壓模組，及一第一切換開關，其中， 該變壓器還包括位於二次側的一第五繞組及一第六繞組，該倍壓模組包括一第一倍壓電路(Voltage multiplier)及一第二倍壓電路，該第一倍壓電路電連接該第五繞組，以將該第五繞組所輸出的一弦波信號的大於零的部分，放大為大於零的一第一方波信號，該第二倍壓電路電連接該第六繞組，以將該第六繞組所輸出的另一弦波信號的小於零的部分，放大為小於零的一第二方波信號，該倍壓模組還結合該第一方波信號及該第二方波信號為一方波輸出信號，並輸出至該第一切換開關，該第一切換開關包括電連接該第二繞組以接收該弦波輸出信號的一第一輸入端、電連接該倍壓模組以接收該方波輸出信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該電極探針的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該弦波輸出信號或該方波輸出信號輸出至該輸出端，該控制模組還電連接該第一切換開關的該選擇端，並根據一選擇設定值，控制該選擇端。
- 如請求項4所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該倍壓模組還包括一第二切換開關，該第二切換開關包含電連接該第一倍壓電路以接收該第一方波信號的一第一輸入端、電連接該第二倍壓電路以接收該第二方波信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該第一切換開關的該第二輸入端以輸出該方波輸出信號的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該第一方波信號或該第二方波 信號輸出至該輸出端，該控制模組還電連接該第二切換開關的該選擇端，及該第一切換開關的該輸出端，當該控制模組控制該第一切換開關的該選擇端，以將該方波輸出信號輸出至該第一切換開關的該輸出端時，該控制模組偵測該輸出端的該方波輸出信號，並根據該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓大小及時間長短，控制該第二切換開關的該選擇端，以調整該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓的時間大小，使得該電極探針所產生的正負離子保持相等。
- 如請求項4所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該第一倍壓電路包含一第一電容，包括電連接該第五繞組的一第一端，及一第二端，一第一二極體，包括電連接該第一電容的該第二端的一陽極端，及一陰極端，一第二電容，包括電連接該第一二極體的該陰極端的一第一端，及一第二端，一第二二極體，包括電連接該第二電容的該第二端的一陽極端，及電連接該第一電容的該第二端且輸出該第一方波信號的一陰極端，該第二倍壓電路包含一第三電容，包括電連接該第六繞組的一第一端，及一第二端， 一第三二極體，包括電連接該第三電容的該第二端的一陽極端，及一陰極端，一第四電容，包括電連接該第三二極體的該陰極端的一第一端，及一第二端，一第四二極體，包括電連接該第四電容的該第二端的一陽極端，及電連接該第三電容的該第二端且輸出該第二方波信號的一陰極端。
- 如請求項1所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該變壓器的該第一繞組包含一第一端、一第二端、及一中心抽頭端，該第四繞組包含一第一端及一第二端，該推挽式並聯諧振電路的該第一電阻包含電連接該直流輸入電源的一第一端，及一第二端，該第一電感包含電連接該第一電阻的該第一端的一第一端，及電連接該第一繞組的該中心抽頭端的一第二端，該第一功率開關包含電連接該第一繞組的該第一端的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第一電阻的該第二端與該第四繞組的該第二端的一控制端，該第二功率開關包含電連接該第一繞組的該第二端的一第一端、接地的一第二端、及電連接該第四繞組的該第一端的一控制端，該諧振電容包含電連接該第一繞組的該第一端的一第一端，及電連接該第一繞組的該第二端的一第二端。
- 一種可調頻離子機控制裝置，適用於一直流輸入電源及一 電極探針，並包含：一變壓器，包括位於一次側的一第一繞組與一第四繞組，及位於二次側的一第三繞組、一第五繞組、與一第六繞組，該第一繞組的等效電感值等於一激磁電感量；一推挽式並聯諧振電路，電連接該直流輸入電源及該電壓器的該第一繞組及該第四繞組，並包括一第一電感、一第一電阻、一第一功率開關、一第二功率開關、及一諧振電容，且具有一諧振頻率fo，該第一功率開關及該第二功率開關受到該第四繞組的控制而導通或不導通，Lp是該激磁電感量，Co是該諧振電容的電容值，該弦波輸出信號的頻率等於該諧振頻率，；及一倍壓模組，電連接該變壓器及該電極探針，並包括一第一倍壓電路(Voltage multiplier)及一第二倍壓電路，該第一倍壓電路電連接該第五繞組，以將該第五繞組所輸出的一弦波信號的大於零的部分，放大為大於零的一第一方波信號，該第二倍壓電路電連接該第六繞組，以將該第六繞組所輸出的另一弦波信號的小於零的部分，放大為小於零的一第二方波信號，該倍壓模組還結合該第一方波信號及該第二方波信號為一方波輸出信號，並輸出至該電極探針，進而輸出能夠產生正負離子的該方波輸出信號；及一控制模組，電連接該變壓器的該第三繞組，並根據 一設定電壓值決定流經該第三繞組的一直流電流的大小，以改變該激磁電感量的大小，進而改變該諧振頻率的大小。
- 如請求項8所述的可調頻離子機控制裝置，其中，該倍壓模組還包括一第二切換開關，該第二切換開關包含電連接該第一倍壓電路以接收該第一方波信號的一第一輸入端、電連接該第二倍壓電路以接收該第二方波信號的一第二輸入端、一選擇端、及電連接該電極探針以輸出該方波輸出信號的一輸出端，並根據該選擇端的信號，決定將該第一方波信號或該第二方波信號輸出至該輸出端，該控制模組還電連接該第二切換開關的該選擇端，及該第一切換開關的該輸出端，當該控制模組偵測該輸出端的該方波輸出信號，並根據該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓大小及時間長短，控制該第二切換開關的該選擇端，以調整該方波輸出信號分別在大於零及小於零的電壓的時間大小，使得該電極探針所產生的正負離子保持相等。
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