专利名称：静电雾化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电雾化装置。
背景技术：
日本专利公开第2006-334503号和第2007-21370号分别公开了一种生成纳米尺 寸的带电微水滴的静电雾化装置的现有技术的例子。在利用毛细管作用将水供给到放电电极的远端的状态下，静电雾化装置将高电压施加到该放电电极上。当高电压施加到该放电电极上时，使供应到放电电极上的水带电。这就导致瑞利(Rayleigh)分裂的重复发生并导致水的静电雾化。因此，该静电雾化装置生成纳米尺寸的带电微水滴。在这类静电雾化装置中，将自振荡反激式振荡一阻塞变换器(ringing chokeconverter, RCC)用作为开关式电源。该自振荡反激式RCC利用缠绕在高压产生变压器上的反馈线圈来自振荡功率场效应管(power M0SFET)。从而，该自振荡反激式RCC不需要单独的振荡电路或类似电路并容许了较小的电路规模。因而，该自振荡反激式RCC常用于静电雾化装置中。此外，对于自振荡反激式RCC的输出控制，经常采用根据输出电压来快速致动功率MOSFET用开关的反馈控制。在该静电雾化装置中，当无负载时的电压太高时，会产生空气放电，在这种情况下，该静电雾化装置可能不能转换为静电雾化。此外，当太多的水聚集在放电电极上时，过量的电流流到该放电电极上。在这种情况下，会产生大量的臭氧，使得臭氧的浓度变高。为防止这种问题，需要一种具有电源负载特性的高压产生电路，当过量电流流经放电电极时，通过降低施加到该放电电极上的电压来抑制大量臭氧的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电雾化装置，其以低成本且无需进行反馈控制就能防止空气放电和大量臭氧的产生。本发明的一个方面是一种具有变压器的静电雾化装置，所述变压器包括初级线圈和次级线圈。开关元件串联连接到变压器的初级线圈上。开关元件驱动电路将一脉冲信号提供给该开关元件以利用该开关元件执行开关操作并从变压器的次级线圈产生高电压。包括放电电极的放电单元当由所述次级线圈产生的高电压施加到该放电电极上时，该放电单元对供给到所述放电电极的液体进行静电雾化以生成带电液体微滴。所述开关元件驱动电路产生具有振荡频率的脉冲信号，该脉冲信号的振荡频率这样设定，使得当液体进行静电雾化即使当放电单元上的负载变化时，所述变压器的压降特性防止在放电电极和接地之间发生空气放电并且防止产生具有预定或更高浓度的臭氧。
图I为依据本发明的一个实施例的静电雾化装置的电路图；图2为示出变压器的压降特性图3为示出空气放电电压与变压器的压降特性之间的关系图；图4为示出规定产生臭氧量相对于变压器的输出电压和输出电流的关系的图；图5为示出本实施例中变压器的压降特性相对于空气放电电压和规定产生臭氧量曲线的关系图；图6为示出本实施例的详细电路图；和图7为示出另一实施例的静电雾化装置的电路图。
具体实施例方式下面将参照附图来描述依据本发明的一个实施例的静电雾化装置I。
图I示出了静电雾化装置I的高压产生电路2。高压产生电路2在放电电极3和地面，即接地电极4之间施加高电压，其形成设置在静电雾化装置I中的放电单元。放电电极3和接地电极4彼此间隔开一预定的距离。在作为液体的水供给到该放电电极3的远端的状态下，高压产生电路2在接地电极4和放电电极3之间施加高电压。因此,库伦力(coulomb force)使供给到放电电极3的远端上的水的液面局部升高而形成圆锥状(泰勒锥)，该水升高的圆锥状具有电荷聚集的远端。这增加了电荷浓度，该高浓度电荷的排斥力使水分裂并飞散。进行重复分裂和飞散(瑞利分裂)的静电雾化生成大量包括活性种的纳米尺寸的带电微水滴(charged fine water droplets)。在图I中，产生12V直流电压的直流电源E包括正极端子和负极端子。包括高压产生变压器5的初级线圈5a和用作为开关元件的功率MOSFET 6的串联电路连接到直流电源E的正极端子和负极端子之间。此外，在直流电源E正极端子和负极端子之间连接有滤波电解电容器(smoothing el ectrolytic capacitor) 7。直流电源E给作为开关元件驱动电路的振荡电路8供给12V的运行驱动电压。振荡电路8从直流电源E获得驱动电压。振荡电路8生成用于启动和关闭功率MOSFET 6的脉冲信号PS并经由电阻9将该脉冲信号PS提供到功率M0SFET6的门端子。功率MOSFET 6当其门端子接收到该脉冲信号PS时被启动或关闭。功率MOSFET 6的启动和关闭利用直流电源E间歇地使高压产生变压器5的初级线圈5a通电。由此，高压产生变压器5的次级线圈5b生成为高电压的二级电压。在次级线圈5b的两个端子之间连接有包括二极管D和电容器10的半波整流电路。该半波整流电路对次级线圈5b的高压二级电压进行整流并生成具有高压(本实施例中为5kV)的输出电压Vo。在静电雾化装置I中，当放电电极3上的水量变少时，已知的是泰勒锥变小，从该泰勒锥的远端到接地电极4的距离变长从而减小了放电电流(输出电流Io)。在静电雾化装置I中，当放电电极3上的水量进一步减少时，在放电电极3上的水和接地电极4之间不发生放电。这就造成了放电电极3和接地电极4之间发生放电(空气放电)。因而，没有进行静电雾化。另一方面，当静电雾化装置I的放电电极3上的水量变多时，已知泰勒锥也变大，从该泰勒锥的远端到接地电极4的距离变短从而增大了放电电流。在静电雾化装置I中，当放电电极3上的水量进一步增大时，接地电极4和水之间的距离非常短，从而短路电流流经接地电极4和水之间。从而，不能获得具有期望微滴直径的薄雾。此外，产生大量臭氧。这就增大了臭氧的浓度。因此，必须防止空气放电。此外，必须防止当大量水集中在放电电极3上和过量电流流经时大量臭氧的产生。换句话说，输出电压Vo必须低于发生空气放电时的电压(空气放电电压)。此外，当输出电流Io过大时，输出电压Vo必须降低以使得臭氧浓度不变高。为达到这些要求，本实施例中的静电雾化装置设置从该变压器5的次级线圈5b输出的输出电压Vo以防止空气放电并且无论放电电极3上的水量多少都使产生的臭氧量均低于或等于规定量。该输出电压Vo根据由振荡电路8提供给功率MOSFET 6的门端子的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)来设置。具体的，高压产生变压器5包括大寄生电容。从而，当振荡频率增大时高压产生变压器5的效率降低。因此，由于图2所示的高压产生变压器5的压降特性(droopingcharacteristics)，其中输出电压Vo随负载电流(输出电流Io)升高而降低，该输出电压Vo在输出电流Io很高时不升高。在本实施例中，压降特性的斜率根据振荡频率而变化，从而不产生会生成多于控制量的臭氧的输出电压Vo。换句话说，图2示出的压降特性线LI根据从振荡电路8输出的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)而变化。具体的，为防止空气放电，在高压产生变压器5的压降特性中，输出电压Vo必须设置成至少低于或等于例如图3所示的空气放电电压Vd。因而，考虑到高压产生变压器5的变化和个体差异设置容限电压(margin voltage)Vm。在高压产生变压器5的压降特性中，将输出电压Vo设置为从空气放电电压Vd减去该容限电压Vm得到的电压值。图3所示的压降特性通过设置从振荡电路8输出的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)而获得。图4示出了规定臭氧量产生曲线L2。该规定臭氧量产生曲线L2示出了生成预定可容忍的臭氧产生量的输出电压Vo和电流Io，即功率。更具体的，如图4所示，该规定臭氧量产生曲线L2形成一边界，在A范围内臭氧产生量大于或等于规定量，在B范围内臭氧产生量小于规定量。因此，高压产生变压器5的压降特性(压降特性线LI)必须包括在范围B内。从而，在避免空气放电和防止臭氧产生量大于或等于规定量的高压产生变压器5的压降特性(压降特性线LI)中，例如如图5所示，该输出电压Vo必须至少大于或者等于空气放电电压Vd (包括容限电压Vm)，且功率必须低于或等于由规定臭氧量产生曲线L2设定的功率。图5所示的压降特性(压降特性线LI)通过设定从振荡电路8输出的脉冲信号PS的振荡频率而得到。在本实施例中，图5示出的用于高压产生变压器5的压降特性经过测试、试验和计算而得到。此外，在本实施例中，设定从振荡电路8输出的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)成使得静电雾化装置I基于图5所示的压降特性来运行。从而，振荡电路8将具有图5所示的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)的脉冲信号PS提供给功率M0SFET6，以启动和关闭功率M0SFET。以这种方式，静电雾化装置I防止了空气放电和大量臭氧的产生，而不管取决于情况而变化的放电电极3上的水量。此外，这就无需检测输出电压No或输出电流Io以及基于该检测的输出电压No或、输出电流I0对功率MOSFET进行反馈控制。因此，不需要对该静电雾化装置I的输出进行反馈控制的复杂和昂贵电路。从而，该静电雾化装置I可以以较少部件和较低成本制造。下面将参照图6来说明该静电雾化装置I的高压产生电路2。如图6所示，振荡电路8包括比较器11。比较器11包括施加有串联电路的分压的正极输入端子(非倒相输入端子)，该串联电路包括在直流电源E的正极端子与负极端子之间连接的可变电阻Rb和第一电阻R1。即，其中可变电阻Rb和第一电阻Rl串联连接的该串联电路连接在直流电源E的正极端子与负极端子之间，在可变电阻Rb与第一电阻Rl的连接点(节点NI)处的电压(分压) 作为输入电压Vi被提供到比较器11的正极输入端子。此外，比较器11的正极输入端子经第二电阻R2连接到比较器11的输出端子。比较器11的负极输入端子(倒相输入端子)经电容器Cl连接到直流电源E的负极端子。此夕卜，比较器11的负极输入端子经第三电阻R3连接到比较器11的输出端子上。利用比较器11的振荡电路8在其输出端生成脉冲信号PS，该脉冲信号PS具有矩形波并具有由第三电阻R3的阻值以及电容器Cl的电容值决定的振荡频率。通过调节可变电阻Rb的阻值调节脉冲信号PS的脉冲宽度(启动时间)或频率。在本实施例中，脉冲信号PS的频率和脉冲宽度(启动时间)是预定的。即，如上所述，图5所示的高压产生变压器5的压降特性预先通过测试、试验和计算得到。此外，从振荡电路8(比较器11)输出的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)被设定成使得静电雾化装置I根据图5所示的压降特性运行。换句话说，将脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)被设定成以使得生成一输出电压，该输出电压低于或等于发生空气放电的电压，并使得当过量输出电流Io流过时降低输出电压Vo以防止臭氧浓度变高。在本实施例中，将可变电阻Rb的电阻值调整为容易设定脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)。比较器11的输出端子经第四电阻R4连接到推拉输出(totempole)驱动电路12。推拉输出驱动电路12包括NPN晶体管Tl和PNP晶体管T2。两个晶体管Tl和T2的基极端子经第四电阻R4连接到比较器11的输出端子。NPN晶体管Tl的集电极端子连接到直流电源E的正极端子，PNP晶体管T2的集电极端子连接到直流电源E的负极端子。两个晶体管Tl和T2的发射极端子彼此连接。两个晶体管Tl和T2的连接点(节点N2)经电阻R9连接到功率M0SFET6的门端子。当从比较器11的输出端输出的脉冲信号PS为高电平时，NPN晶体管Tl被启动，而PNP晶体管T2停用。由此，12V电压(高电平)施加到功率M0SFET6的门端子。这就启动了功率M0SFET6。进一步的，直流电源E使高压产生变压器5的初级线圈5a通电。另一方面，当从比较器11的输出端输出的脉冲信号PS为低电平(脉冲信号PS消失)时，NPN晶体管Tl停用，而PNP晶体管T2被启动。由此，OV电压(低电平)施加到功率M0SFET6的门端子。这就启动了功率M0SFET6并使高压产生变压器5的初级线圈5a断电。功率M0SFET6根据比较器11输出的脉冲信号PS被启动和停用。这就间歇地使高压产生变压器5的初级线圈5a通电。由此，在高压产生变压器5的次级线圈5b上产生高的二级电压。包括二极管D和电容器10的半波整流电路对次级线圈5b产生的高二级电压进行整流。这就在放电电极3和接地电极4之间施加了 5kV的输出电压Vo。
在本实施例中，从比较器11产生的脉冲信号PS的振荡频率和脉冲宽度(启动时间)被设置成获得高压产生变压器5的压降特性，其中输出电压Vo至少低于或等于空气放电电压并且功率低于或等于规定臭氧量产生曲线L2的功率。这就避免了空气放电的发生并防止了臭氧产生量大于或等于规定量。因而，静电雾化装置I产生低于或等于空气放电发生时电压(空气放电电压Vd)的输出电压Vo而无需进行复杂的反馈控制并在过量电流Io流过时降低该输出电压Vo。由此，静电雾化装置I防止了空气放电的发生以及大量臭氧的产生，而不管在放电电极3上根据情况变化的水量。另外，在本实施例中，振荡电路8由比较器11形成。因而，通过该简单的电路配置，生成与传统的类似LC振荡电路等相比具有持续稳定振荡频率的脉冲信号。此外，在本实施例中，脉冲信号PS的振荡频率仅通过调节可变电阻Rb的阻值就可容易地调整。这可以容易地为高压产生变压器5获得想要的压降特性。
对于本领域的技术人员显而易见的是，可以以许多其它特定形式实施本发明，而不背离本发明的精神或范围。尤其应理解，可以以下面的形式实施本发明。在上述说明的实施例中，设置在整流电路中的二极管D的阴极连接到变压器5的次级线圈5b上。然而，如图7所示，整流电路中的二极管D的阴极可连接到电容器10上。即，当图6所示的高压产生电路2在放电电极3和接地电极4之间施加正输出电压Vo时，图7所示的高压产生电路2在放电电极3和接地电极4之间施加负输出电压Vo。在上述说明的实施例中，连接到比较器11的正极输入端子的可变电阻Rb的阻值被调节以调整脉冲信号PS的振荡频率。即，改变高压产生变压器5的压降特性。或者，例如，第一电阻Rl可替换为可变电阻或电容器Cl可替换为具有可变电容值的电容器。可改变可变电阻的阻值或可变电容的电容值以调整脉冲信号PS的振荡频率。进一步的，可根据需要改变可变电阻Rb、可变电阻以及可变电容的电容器中至少一个以调整脉冲信号PS的振荡频率。在上述说明的实施例中，功率M0SFET6用作开关元件。然而，可代替使用双极晶体管(bipolar transistor)作为该开关元件。在上述说明的实施例中，利用半波整流电路来对次级线圈5b产生的二级电压进行整流。然而，该整流电流可为全波整流电路。在上述说明的实施例中，振荡电路8通过比较器11运行。或者，可使用其它振荡电路配置以输出用来启动和停用开关元件的脉冲信号。在上述说明的实施例中，采用12V直流电源E。然而，例如，可代替使用采用全波整流电路对商用电进行整流的直流电源。在上述说明的实施例中，本实施例适用于通过对水进行静电雾化而产生带电微水滴的静电雾化装置。然而，本实施例也可适用于通过对除了水以外的液体，例如润肤液或化学品，进行雾化而生成具有纳米尺寸的带电液体微滴的静电雾化装置。在上述说明的实施例中，接地电极4被设置成面朝放电电极3。然而，接地电极4的设置和位置不特别限制。进一步的，与该接地电极4对应的部分可由静电雾化装置I的壳体形成。本发明的示例和实施例应被认为是说明性而非限制性的，本发明不限于本文所给出的细节，而是可在所附权利要求的范围和等同内容下进行修 改。
权利要求
1.一种静电雾化装置，包括 具有初级线圈和次级线圈的变压器； 开关元件，其串联连接到所述变压器的所述初级线圈上； 开关元件驱动电路，其将脉冲信号提供给所述开关元件以利用所述开关元件执行开关操作并从所述变压器的所述次级线圈产生高电压；以及 包括放电电极的放电单元，其中当由所述次级线圈产生的高电压施加到该放电电极上时，该放电单元对供给到所述放电电极的液体进行静电雾化以生成带电的液体微滴； 其中，所述开关元件驱动电路产生具有振荡频率的脉冲信号，该脉冲信号的振荡频率这样设定，使得当液体进行静电雾化即使当所述放电单元上的负载变化时，所述变压器具有防止在所述放电电极发生空气放电并且防止产生具有预定或更高浓度臭氧的压降特性。
2.根据权利要求I所述的静电雾化装置，其中，所述放电单元包括与所述放电电极间隔开一定距离的接地电极，所述静电雾化装置还包括 连接在所述变压器的次级线圈、所述放电电极和接地电极之间的整流电路，其中所述整流电路对由所述次级线圈产生的高电压进行整流并将该整流过的高电压施加到所述放电电极和接地电极之间。
3.根据权利要求I所述的静电雾化装置，其中，所述开关元件驱动电路包括产生所述脉冲信号的振荡电路。
4.根据权利要求3所述的静电雾化装置，其中所述振荡电路包括比较器。
5.根据权利要求I所述的静电雾化装置，其中所述开关元件驱动电路包括 串联连接的固定电阻和可变电阻； 比较器，其具有倒相输入端子、非倒相输入端子和输出所述脉冲信号的输出端子，所述非倒相输入端子连接到所述固定电阻和可变电阻之间的节点；以及连接到所述比较器的倒相输入端子的电容器； 其中通过调节所述可变电阻的阻值来设定所述振荡频率。
6.根据权利要求I所述的静电雾化装置，其中所述开关元件驱动电路包括 串联连接的第一固定电阻和第二固定电阻； 比较器，其具有倒相输入端子、非倒相输入端子和输出所述脉冲信号的输出端子，所述非倒相输入端子连接到所述第一固定电阻和第二固定电阻之间的节点；以及连接到所述比较器的倒相输入端子的可变电容的电容器； 其中通过调节所述可变电容的电容器的电容值来设定所述振荡频率。
7.根据权利要求I所述的静电雾化装置，其中所述开关元件驱动电路包括 串联连接的第一可变电阻和第二可变电阻； 比较器，其具有倒相输入端子、非倒相输入端子和输出所述脉冲信号的输出端子，所述非倒相输入端子连接到所述第一可变电阻和第二可变电阻之间的节点；以及连接到所述比较器的倒相输入端子的可变电容的电容器； 其中通过调节所述第一、第二可变电阻的阻值和可变电容的电容器的电容值中的至少一个来设定所述振荡频率。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的静电雾化装置，其中所述开关元件驱动电路包括连 接到所述比较器的输出端子的推拉输出驱动电路，其中所述推拉输出驱动电路接收来自所述比较器的脉冲信号、将该脉冲信号放大并将该放大的脉冲信号提供到所述开关元件上。
全文摘要
提供一种具有变压器的静电雾化装置(1)，所述变压器包括初级线圈和次级线圈(5a，5b)。开关元件(6)串联到该初级线圈。开关元件驱动电路(8)将一脉冲信号提供给该开关元件以进行开关操作并从次级线圈产生高压。具有放电电极(3，4)的放电单元当由次级线圈产生的高压施加到放电电极上时，对提供到放电电极上的液体进行静电雾化以产生带电的液体微滴。开关元件驱动电路产生具有振荡频率的脉冲信号，该脉冲信号的振荡频率这样设定，使得当液体进行静电雾化时，所述变压器的压降特性防止产生具有预定或更高浓度的臭氧，并且即使当放电单元上的负载变化时，所述变压器的压降特性防止在放电电极和接地之间发生空气放电。
文档编号H02H7/00GK102668291SQ201080038638
公开日2012年9月12日 申请日期2010年9月13日 优先权日2009年9月25日
发明者今井文吾, 北村浩康, 山下干弘 申请人:松下电器产业株式会社