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JP7361665B2 - Power supply device for plasma reactor - Google Patents
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Description

本発明は、プラズマリアクタを駆動するプラズマリアクタ用電源装置に関する。 The present invention relates to a plasma reactor power supply device for driving a plasma reactor.

ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスには、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)およびPM(Particulate Matter:粒子状物質)などが含まれる。 Exhaust gas emitted from an internal combustion engine such as a diesel engine includes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbons), NOx (nitrogen oxides), PM (particulate matter), and the like.

これに対し、排ガスに含まれるPMなどを、プラズマリアクタを用いて除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、例えば、正負の電極パネルを複数備えている。これらの電極パネルは、誘電体内に電極を内蔵した構成とされており、正負の電極パネルは、排ガスの流れ方向と直交する方向に間隔を空けて、正極パネルと負極パネルとが交互に対向して配置されている。プラズマリアクタ用電源装置から正極パネルと負極パネルとの間にパルス状の高電圧が印加されると、誘電体バリア放電(無声放電)が生じて、正負の電極パネルの間の空間に低温プラズマ(非平衡プラズマ)が発生し、正負の電極パネル間を流れる排ガス中のPMなどが、酸化されてCO2,H2Oなどとされて除去されたり、無害化される。また、酸素からあるいは空気からオゾンを発生させるに当たって、プラズマリアクタを用いる場合もある。 In contrast, a method has been proposed in which PM and the like contained in exhaust gas are removed using a plasma reactor. A plasma reactor includes, for example, a plurality of positive and negative electrode panels. These electrode panels have electrodes built into a dielectric body, and the positive and negative electrode panels have positive and negative electrode panels facing each other alternately at intervals in a direction perpendicular to the flow direction of exhaust gas. It is arranged as follows. When a pulsed high voltage is applied between the positive electrode panel and the negative electrode panel from the plasma reactor power supply device, a dielectric barrier discharge (silent discharge) occurs, and low-temperature plasma ( Non-equilibrium plasma) is generated, and PM and the like in the exhaust gas flowing between the positive and negative electrode panels is oxidized to CO 2 , H 2 O, etc. and removed or rendered harmless. Additionally, a plasma reactor may be used to generate ozone from oxygen or air.

プラズマリアクタ用電源装置には、フライバック型昇圧トランスを用いる。例えば特許文献1では、このフライバック型昇圧トランスの一次コイルの接地電位側を、スイッチ素子を介して接地する一方、この一次コイルの電源側を直流電源の正極端子に直接接続する。また、フライバック型昇圧トランスの二次コイルを、プラズマリアクタの電極に接続する。そして、スイッチ素子をオンにすると、フライバック型昇圧トランスの一次コイルに電流が流れ、一次コイルにエネルギが蓄積される。その後、スイッチ素子をオフにすると、一次コイルに逆起電力が生じ、これに伴って、フライバック型昇圧トランスの二次コイルに、一次コイルとの巻数比に応じたパルス状の高電圧が発生する。そこで、スイッチ素子のオンとオフとを一定の周期で繰り返すことで、二次コイルに、間欠的にパルス状の高電圧を発生させ、これをプラズマリアクタの電極間に印加して放電を間欠的に生じさせる。 A flyback step-up transformer is used for the plasma reactor power supply. For example, in Patent Document 1, the ground potential side of the primary coil of this flyback step-up transformer is grounded via a switch element, while the power source side of this primary coil is directly connected to the positive terminal of a DC power source. Also, the secondary coil of the flyback step-up transformer is connected to the electrode of the plasma reactor. When the switch element is turned on, current flows through the primary coil of the flyback step-up transformer, and energy is stored in the primary coil. After that, when the switch element is turned off, a back electromotive force is generated in the primary coil, which generates a pulse-like high voltage in the secondary coil of the flyback step-up transformer according to the turns ratio with the primary coil. do. Therefore, by repeating on and off of the switch element at a certain period, a pulse-like high voltage is generated in the secondary coil intermittently, and this is applied between the electrodes of the plasma reactor to cause an intermittent discharge. cause to occur.

また、例えば特許文献2のプラズマリアクタ用電源装置では、このフライバック型昇圧トランスの一次コイルの接地電位側(ローサイド)をスイッチ素子を介して接地するほか、この一次コイルの電源側(ハイサイド)は別のスイッチ素子を介して直流電源の正極端子に接続する。また、フライバック型昇圧トランスの二次コイルを、プラズマリアクタの電極に接続する。そして、2つのスイッチ素子をオンにすると、フライバック型昇圧トランスの一次コイルに電流が流れ、一次コイルにエネルギが蓄積される。その後、ローサイドのスイッチ素子をオフにすると、一次コイルに逆起電力が生じ、これに伴って、フライバック型昇圧トランスの二次コイルに、一次コイルとの巻数比に応じたパルス状の高電圧が発生する。そこで、スイッチ素子のオンとオフとを一定の周期で繰り返すことで、二次コイルに、間欠的にパルス状の高電圧を発生させ、プラズマリアクタの電極間に印加して放電を間欠的に生じさせる。 For example, in the plasma reactor power supply device of Patent Document 2, in addition to grounding the ground potential side (low side) of the primary coil of the flyback step-up transformer via a switch element, the power source side (high side) of the primary coil is grounded via a switch element. is connected to the positive terminal of the DC power supply via another switch element. Also, the secondary coil of the flyback step-up transformer is connected to the electrode of the plasma reactor. When the two switch elements are turned on, current flows through the primary coil of the flyback step-up transformer, and energy is stored in the primary coil. Then, when the low-side switch element is turned off, a back electromotive force is generated in the primary coil, which generates a pulsed high voltage in the secondary coil of the flyback step-up transformer according to the turns ratio with the primary coil. occurs. Therefore, by repeating on and off of the switch element at a certain period, a pulse-like high voltage is generated intermittently in the secondary coil, which is applied between the electrodes of the plasma reactor, causing an intermittent discharge. let

加えてこの特許文献2の電源装置では、フライバック型昇圧トランスの一次コイルに印加される一次電圧を高めるため、ローサイドのスイッチ素子と並列に接続されたスナバ回路、ダイオード、昇圧用コンデンサなどを設けて、二次コイルにパルス状の高電圧を発生させた後に残ったエネルギを昇圧用コンデンサに蓄積する。そして、再びローサイドのスイッチ素子をオンした際に、一次コイルに印加される電圧が直流電源の電圧と昇圧用コンデンサの電圧との和となり、直流電源の電圧よりも高くなるようにしている。 In addition, in the power supply device of Patent Document 2, in order to increase the primary voltage applied to the primary coil of the flyback step-up transformer, a snubber circuit, a diode, a step-up capacitor, etc. connected in parallel with the low-side switch element are provided. The energy remaining after generating a pulsed high voltage in the secondary coil is stored in the boost capacitor. Then, when the low-side switch element is turned on again, the voltage applied to the primary coil is the sum of the voltage of the DC power supply and the voltage of the step-up capacitor, and is higher than the voltage of the DC power supply.

特開2017-150456号公報JP 2017-150456 Publication 特開2017-118751号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-118751

しかしながら、いずれの文献のプラズマリアクタ用電源装置においても、ローサイドのスイッチ素子をオンにした後にオフした場合に、二次コイルに1発のパルス状の高電圧を発生させるのに留まる。即ち、これらのプラズマリアクタ用電源装置は、ローサイドのスイッチ素子をオンにした後にオフする毎に、二次コイルに1発のパルス状の高電圧を発生させるものであり、一次コイルに蓄積したエネルギを、プラズマリアクタにおける誘電体バリア放電に十分に活用できず、エネルギ効率が低かった。 However, in the plasma reactor power supply device disclosed in any of the documents, only one pulse-like high voltage is generated in the secondary coil when the low-side switch element is turned on and then turned off. In other words, these plasma reactor power supplies generate one pulse-like high voltage in the secondary coil each time the low-side switch element is turned on and then turned off, and the energy accumulated in the primary coil is used to generate a high voltage pulse. could not be fully utilized for dielectric barrier discharge in plasma reactors, resulting in low energy efficiency.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、一次コイルへの一度のエネルギのチャージで、プラズマリアクタにおいて複数回に亘る正負交番放電を生じさせることができるプラズマリアクタ用電源装置において、さらにエネルギ効率の良好なプラズマリアクタ用電源装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the current situation, and provides a power supply device for a plasma reactor that can generate alternating positive and negative discharges in a plasma reactor multiple times by charging the primary coil with energy once. Furthermore, a power supply device for a plasma reactor with good energy efficiency is provided.

上記課題を解決するための本発明の一態様は、接地側端子及び電源側端子を含む一次コイル、及び、プラズマリアクタを両端に接続する二次コイル、を有するフライバック型昇圧トランスと、上記一次コイルの上記接地側端子と接地電位との間に接続されたローサイドスイッチ素子と、上記一次コイルの上記電源側端子と直流電源の正極端子に接続する電源側端子との間に接続されたハイサイドスイッチ素子と、上記ローサイドスイッチ素子をオンオフさせるローサイドドライバと、上記ハイサイドスイッチ素子をオンオフさせるハイサイドドライバと、上記ローサイドドライバ及び上記ハイサイドドライバによる上記ローサイドスイッチ素子及び上記ハイサイドスイッチ素子のオンオフを制御するドライバ制御部と、を備え、上記一次コイルへの一度のエネルギのチャージで、接続した上記プラズマリアクタにおいて複数回に亘る正負交番放電を生じさせるプラズマリアクタ用電源装置であって、上記ドライバ制御部は、接地電位に対する上記一次コイルの上記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知し、正の第1しきい電圧を境界とした高低を示す二値のローサイド電圧信号を出力するローサイド電圧検知部と、上記ローサイドスイッチ素子のターンオンを許容するローサイドターンオン許容期間を与える第1信号を生成する第1信号生成処理を実行可能に構成されたマイクロコントローラと、ハードウェアロジック回路で構成され、上記第1信号、及び、上記ローサイド電圧信号が入力され、上記ローサイドドライバに向けたローサイドドライブ制御信号、及び、上記ハイサイドドライバに向けたハイサイドドライブ制御信号、を出力するドライブロジック回路であって、上記ハイサイドスイッチ素子がオンとされており、上記ローサイドターンオン許容期間内で、かつ、上記ローサイド電圧信号において、上記ローサイド電圧が上記第1しきい電圧よりも低下したことを示すローサイド電圧低下エッジが発生した、第1タイミングに、上記ローサイドスイッチ素子をターンオンさせ、上記一次コイルへの通電によるチャージを行わせる上記ローサイドドライブ制御信号を出力するように構成されたドライブロジック回路と、を有するプラズマリアクタ用電源装置システムである。 One aspect of the present invention for solving the above problems is to provide a flyback step-up transformer that has a primary coil including a ground side terminal and a power supply side terminal, and a secondary coil that connects a plasma reactor to both ends; A low side switch element connected between the ground side terminal of the coil and the ground potential, and a high side switch element connected between the power side terminal of the primary coil and a power side terminal connected to the positive terminal of the DC power source. a switch element, a low-side driver that turns on and off the low-side switch element, a high-side driver that turns on and off the high-side switch element, and a switch element that turns on and off the low-side switch element and the high-side switch element by the low-side driver and the high-side driver. A power supply device for a plasma reactor, comprising: a driver control unit for controlling the plasma reactor; the plasma reactor power supply device is configured to cause alternating positive and negative discharges over a plurality of times in the connected plasma reactor by charging the primary coil with energy once; The low-side voltage detection section detects a low-side voltage that is the voltage of the ground-side terminal of the primary coil with respect to the ground potential, and outputs a binary low-side voltage signal indicating high and low levels with a positive first threshold voltage as a boundary. a microcontroller configured to be able to execute a first signal generation process that generates a first signal that provides a low-side turn-on permissible period for allowing turn-on of the low-side switch element, and a hardware logic circuit; 1 signal and the low-side voltage signal, the drive logic circuit outputs a low-side drive control signal directed to the low-side driver and a high-side drive control signal directed to the high-side driver, the drive logic circuit comprising: The high-side switch element is turned on, and a low-side voltage drop edge indicating that the low-side voltage has fallen below the first threshold voltage occurs within the low-side turn-on permissible period and in the low-side voltage signal. and a drive logic circuit configured to output the low-side drive control signal that turns on the low-side switch element and charges the primary coil by energizing the primary coil at a first timing. It is a device system.

このプラズマリアクタ用電源装置では、一次コイルへの一度のエネルギのチャージで、接続したプラズマリアクタにおいて複数回に亘る正負交番放電を生じさせるので、一次コイルにも減衰しながらも正負交番する電圧が発生し、ローサイド素子にも一次コイルに発生する交番電圧に応じて時間とともに変化する電圧が掛かる。このため、ローサイド素子のターンオンをいわゆるソフトスイッチングとするには、ターンオンのタイミングを適切に選択する必要がある。 In this plasma reactor power supply device, a single charge of energy to the primary coil causes multiple positive and negative alternating discharges in the connected plasma reactor, so a voltage that alternates between positive and negative is generated in the primary coil as well, although it is attenuated. However, a voltage that changes over time is applied to the low-side element according to the alternating voltage generated in the primary coil. Therefore, in order to turn on the low-side element by so-called soft switching, it is necessary to appropriately select the turn-on timing.

これに対し上述の装置では、ローサイドスイッチ素子(以下、単にローサイド素子とも言う。)をターンオンさせて、一次コイルへの通電によるチャージを行わせるにあたり、ローサイド素子に掛かるローサイド電圧が正の第1しきい電圧よりも低下した第1タイミングに、ローサイド素子をターンオンさせる、いわゆるソフトスイッチングを行う。このため、このローサイド素子のターンオンにおける損失を減少させることができ、エネルギ効率を高めた装置とすることができる。 On the other hand, in the above-mentioned device, when the low-side switch element (hereinafter also simply referred to as low-side element) is turned on and charged by energizing the primary coil, the low-side voltage applied to the low-side element is the positive first voltage. So-called soft switching is performed in which the low-side element is turned on at a first timing when the voltage is lower than the threshold voltage. Therefore, the loss during turn-on of this low-side element can be reduced, and a device with improved energy efficiency can be achieved.

なお、ドライバ制御部のうちマイクロコントローラでは、生成する第1信号によって、直接、ローサイド素子のターンオンを指示するのではなく、ローサイドターンオン許容期間を与える。その一方、ドライバ制御部のうちドライブロジック回路は、ハイサイドスイッチ素子(以下、単にハイサイド素子とも言う。)がオンとされており、(第1信号によって与えられた)ローサイドターンオン許容期間内で、かつ、ローサイド電圧が第1しきい電圧よりも低下したことを示すローサイド電圧低下エッジが入力された第1タイミングに、ローサイドスイッチ素子をターンオンさせ、一次コイルへの通電によるチャージを行わせるローサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている。 Note that the microcontroller in the driver control section does not directly instruct turn-on of the low-side element by the generated first signal, but gives a low-side turn-on permissible period. On the other hand, in the drive logic circuit of the driver control section, the high-side switch element (hereinafter also simply referred to as high-side element) is turned on, and within the low-side turn-on permissible period (given by the first signal). , and a low-side drive that turns on a low-side switch element at a first timing when a low-side voltage drop edge indicating that the low-side voltage has fallen below a first threshold voltage is input, and charges the primary coil by energizing the primary coil. The control signal is configured to output a control signal.

このように、ドライバ制御部にマイクロコントローラを用いることで、このマイクロコントローラで作動するソフトウェアによって、内燃機関の作動状態などの変動要因や使用するプラズマリアクタの品番の違いなどを考慮して、第1信号で与えるローサイドターンオン許容期間の始期(開始タイミング)や長さ、終期(終了タイミング)などを適切かつ容易に設定することが出来る。その一方、予め定めた論理処理を短時間で処理できるドライブロジック回路をも用いるので、ハイサイドスイッチ素子がオンとされており、第1信号で設定されたローサイドターンオン許容期間内で、かつ、ローサイド電圧検知部からの、ローサイド電圧が第1しきい電圧よりも低下したことを示すローサイド電圧低下エッジが入力された第1タイミングに、ローサイド素子をターンオンさせ、一次コイルへの通電によるチャージを行わせるローサイドドライブ制御信号を、遅滞なく出力することが出来る。 In this way, by using a microcontroller in the driver control section, the software running on this microcontroller can take into account fluctuation factors such as the operating state of the internal combustion engine and differences in the product number of the plasma reactor used. The beginning (start timing), length, end (end timing), etc. of the low side turn-on permissible period given by the signal can be appropriately and easily set. On the other hand, since a drive logic circuit that can process predetermined logic processing in a short time is also used, the high-side switch element is turned on, and within the low-side turn-on tolerance period set by the first signal, At a first timing when a low-side voltage drop edge indicating that the low-side voltage has fallen below the first threshold voltage is input from the voltage detection section, the low-side element is turned on and charged by energizing the primary coil. A low side drive control signal can be output without delay.

なお、ローサイドスイッチ素子及びハイサイドスイッチ素子としては、耐電圧の高い電力制御用のスイッチ素子を用いると良く、例えば、パワーMOSFET、IGBT、サイリスタ、GTO、トライアックなどを用いることができる。 Note that as the low-side switch element and the high-side switch element, it is preferable to use a switch element for power control with a high withstand voltage, and for example, a power MOSFET, IGBT, thyristor, GTO, triac, etc. can be used.

また、ローサイドドライバは、ドライバ制御部のドライブロジック回路から入力されたローサイドドライブ制御信号に従って、ローサイドスイッチ素子をオンオフさせる。同様に、ハイサイドドライバは、ドライバ制御部のドライブロジック回路から入力されたハイサイドドライブ制御信号に従って、ハイサイドスイッチ素子をオンオフさせる。 Further, the low-side driver turns on and off the low-side switch element according to a low-side drive control signal input from the drive logic circuit of the driver control section. Similarly, the high-side driver turns on and off the high-side switch element according to a high-side drive control signal input from the drive logic circuit of the driver control section.

ドライバ制御部は、ローサイド電圧検知部、マイクロコントローラ、及びドライブロジック回路を有している。このうち、ローサイド電圧検知部は、ローサイド電圧の高低を示すハイレベルとローレベルの二値で与えられるローサイド電圧信号を出力する。また、マイクロコントローラは、CPU、ROM、RAM及び入出力インターフェース部を有し、ROM等に記憶させたソフトウェア(プログラム)に従って作動する。ドライブロジック回路は、ハードウェアロジック回路で構成されている。具体的には、例えば、個々の論理回路を組み合わせたり、汎用ロジックICに含まれているANDゲートなどのゲート回路を組み合わせて構成したり、プログラマブルロジックデバイス (programmable logic device: PLD)、ASICなどで構成することもできる。 The driver control section includes a low-side voltage detection section, a microcontroller, and a drive logic circuit. Of these, the low-side voltage detection section outputs a low-side voltage signal given in two values, a high level and a low level, indicating the level of the low-side voltage. Further, the microcontroller has a CPU, a ROM, a RAM, and an input/output interface section, and operates according to software (program) stored in the ROM or the like. The drive logic circuit is composed of a hardware logic circuit. Specifically, for example, it can be configured by combining individual logic circuits, gate circuits such as AND gates included in general-purpose logic ICs, programmable logic devices (PLDs), ASICs, etc. It can also be configured.

ローサイド電圧検知部が出力するローサイド電圧信号のうち、「ローサイド電圧低下エッジ」とは、二値で示されるローサイド電圧信号の波形において、ローサイド電圧が第1しきい電圧よりも低下したことを示す、ハイレベルからローレベルへの、又は、ローレベルからハイレベルへの切り替わりをいう。 Among the low-side voltage signals output by the low-side voltage detection section, the "low-side voltage drop edge" indicates that the low-side voltage has decreased below the first threshold voltage in the waveform of the low-side voltage signal represented by a binary value. Refers to switching from high level to low level or from low level to high level.

更に、プラズマリアクタとしては、前述のように、内燃機関の排ガス中のPMなどの除去に用いるものや、供給された空気や酸素を用いてオゾンを発生させるものなどを例示することができる。
また、直流電源としては、例えば、直流安定化電源やバッテリのほか、バッテリとバッテリ電圧を昇圧又は降圧した出力電圧を出力するDC-DCコンバータとからなる直流電源も挙げられる。
Further, examples of the plasma reactor include those used to remove PM from exhaust gas from an internal combustion engine, and those that generate ozone using supplied air and oxygen, as described above.
Examples of the DC power source include, for example, a DC stabilized power source, a battery, and a DC power source consisting of a battery and a DC-DC converter that outputs an output voltage that is boosted or stepped down from the battery voltage.

上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記第1信号生成処理において、前記第1タイミングにおける、前記ドライブロジック回路での前記ローサイドスイッチ素子のターンオンの指示から、周期確保期間が経過した第2タイミングに、次回の前記ローサイドターンオン許容期間が開始する前記第1信号を生成するプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。 In the above-mentioned power supply device for a plasma reactor, the microcontroller may determine, in the first signal generation process, a cycle securing period from an instruction to turn on the low-side switch element in the drive logic circuit at the first timing. It is preferable that the plasma reactor power supply device generates the first signal for starting the next low-side turn-on permissible period at the elapsed second timing.

プラズマリアクタは、容量性負荷であり、その容量成分の大きさは、電極パネル周囲の気体(排気ガス等)の温度や湿度などによって変動する。このため、プラズマリアクタに複数回に亘る正負交番放電を生じさせる場合、交番放電の交番周期は、プラズマリアクタの容量成分の変動に影響されて変動する。このため、繰り返し行う一次コイルへのエネルギのチャージの周期(チャージ周期)を予め固定した長さに定めると、変化するローサイド電圧Vldsと、ローサイド素子をターンオンさせるタイミングとを前述のようにして合わせることが困難となり、いわゆるソフトスイッチングができない場合が生じる虞がある。 A plasma reactor is a capacitive load, and the magnitude of its capacitive component varies depending on the temperature and humidity of the gas (exhaust gas, etc.) surrounding the electrode panel. Therefore, when causing the plasma reactor to generate alternating positive and negative discharges multiple times, the alternating cycle of the alternating discharges varies depending on the variation in the capacitance component of the plasma reactor. Therefore, if the cycle of repeatedly charging energy to the primary coil (charging cycle) is set to a fixed length in advance, the changing low-side voltage Vlds and the timing of turning on the low-side element can be matched as described above. There is a possibility that so-called soft switching may not be possible.

これに対してこのプラズマリアクタ用電源装置では、マイクロコントローラで、第2タイミングに、次回のローサイドターンオン許容期間(期間P2とする)が開始する第1信号を生成する。このため、ローサイドターンオン許容期間P2中に、ローサイド素子のオンさせるようにすれば良く、プラズマリアクタの容量成分の変動などによって交番放電の交番周期に変動が生じても、いわゆるソフトスイッチングとなる適切なタイミング(第1タイミング)でローサイド素子をオンさせることができる。 In contrast, in this plasma reactor power supply device, the microcontroller generates a first signal for starting the next low-side turn-on permissible period (referred to as period P2) at a second timing. Therefore, it is sufficient to turn on the low-side element during the low-side turn-on tolerance period P2, and even if the alternating period of the alternating discharge changes due to changes in the capacitance component of the plasma reactor, an appropriate The low-side element can be turned on at the timing (first timing).

但し、前回のローサイド素子のオン(第1タイミング)から、次回のローサイド素子のオン(次の第1タイミング)までのチャージ周期(周期Tlooとする)を正確には定めることはできない。しかし、このチャージ周期Tlooを、周期確保期間(期間P1とする)以上で、周期確保期間P1とローサイドターンオン許容期間P2との和以下(P1≦Ploo≦P1+P2)の範囲に定めることができる。かくして、一次コイルへのチャージの繰り返し周期であるチャージ周期Tlooの値を、上記の範囲で概ね定め、プラズマリアクタにおけるチャージの繰り返しを制御することができる。 However, it is not possible to accurately determine the charging period (referred to as period Tloo) from the previous turn-on of the low-side element (first timing) to the next turn-on of the low-side element (next first timing). However, this charging period Tloo can be set in a range that is greater than or equal to the period securing period (referred to as period P1) and less than or equal to the sum of the period securing period P1 and the low-side turn-on permissible period P2 (P1≦Ploo≦P1+P2). In this way, it is possible to control the repetition of charging in the plasma reactor by roughly setting the value of the charging period Tloo, which is the repetition period of charging the primary coil, within the above range.

更に上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記ローサイドドライブ制御信号を用いて、前記第1タイミングを検知する第1タイミング検知処理と、上記第1タイミング検知処理における上記第1タイミングの検知から、前記周期確保期間が経過した前記第2タイミングまでを計時する周期確保タイマー処理に加え、上記第2タイミングの経過時に、前記ローサイドターンオン許容期間を開始する前記第1信号を生成する前記第1信号生成処理と、を実行可能に構成されているプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。 Furthermore, in the plasma reactor power supply device described above, the microcontroller performs a first timing detection process of detecting the first timing using the low side drive control signal, and a first timing detection process in the first timing detection process. In addition to a cycle securing timer process that measures time from timing detection to the second timing when the cycle securing period has elapsed, the first signal that starts the low side turn-on permissible period is generated when the second timing has elapsed. It is preferable that the plasma reactor power supply device is configured to be able to execute the first signal generation process.

上述の装置では、マイクロコントローラの第1タイミング検知処理で、ドライブロジック回路が出力するローサイドドライブ制御信号から第1タイミングを検知し、周期確保タイマー処理で、周期確保期間が経過した第2タイミングまで待つ。そして、第1信号生成処理では、この第2タイミングの経過時にローサイドターンオン許容期間を開始する第1信号を生成するので、確実に、周期確保期間P1を確保することができる。 In the above device, the first timing detection process of the microcontroller detects the first timing from the low-side drive control signal output by the drive logic circuit, and the cycle securing timer process waits until the second timing when the cycle securing period has elapsed. . In the first signal generation process, the first signal that starts the low-side turn-on permissible period is generated when the second timing elapses, so that the cycle securing period P1 can be reliably secured.

更に、前述のいずれか1項に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記ハイサイドスイッチ素子のターンオンを許容するハイサイドターンオン許容期間を与える第2信号を生成する第2信号生成処理をも実行可能に構成されており、ドライブロジック回路は、前記ローサイドスイッチ素子がオフとされており、上記ハイサイドターンオン許容期間内で、かつ、前記ローサイド電圧信号において、前記ローサイド電圧が前記第1しきい電圧を上回ったことを示すローサイド電圧上昇エッジが発生した、第3タイミングに、上記ハイサイドスイッチ素子をターンオンさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されているプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。 Furthermore, in the plasma reactor power supply device according to any one of the above, the microcontroller includes a second signal that generates a second signal that provides a high-side turn-on permissible period that allows turn-on of the high-side switch element. The drive logic circuit is also configured to be able to execute signal generation processing, and the drive logic circuit is configured such that the low-side switch element is turned off, and the low-side voltage is within the high-side turn-on permissible period and in the low-side voltage signal. A plasma reactor configured to output the high-side drive control signal that turns on the high-side switch element at a third timing when a low-side voltage rising edge indicating that the voltage has exceeded the first threshold voltage occurs. It is recommended to use it as a power supply device.

上述の装置では、(ローサイド素子のターンオンによって開始させる)一次コイルへの通電によるチャージに備えて、予めハイサイド素子をオンさせておくにあたり、ローサイド電圧が第1しきい電圧を上回った第3タイミングに、ハイサイド素子をターンオンさせる。ところで、ローサイド電圧が第1しきい電圧を上回ったことは、ハイサイド電圧が、ローサイド電圧における第1しきい電圧に対応する第2しきい電圧よりも低下したことを示すものでもある。従って、この第3タイミングにおけるハイサイド素子のターンオンは、ソフトスイッチングとなっている。このため、このハイサイド素子のターンオンにおける損失を減少させることができ、さらにエネルギ効率を高めた装置とすることができる。 In the above-mentioned device, in order to turn on the high-side element in advance in preparation for charging by energizing the primary coil (started by turning on the low-side element), the third timing when the low-side voltage exceeds the first threshold voltage is used. Then, the high side element is turned on. Incidentally, the fact that the low-side voltage exceeds the first threshold voltage also indicates that the high-side voltage has fallen below the second threshold voltage corresponding to the first threshold voltage in the low-side voltage. Therefore, the turn-on of the high-side element at this third timing is soft switching. Therefore, it is possible to reduce the loss during turn-on of this high-side element, and it is possible to provide a device with further improved energy efficiency.

加えて、マイクロコントローラでは、生成する第2信号によって、直接、ハイサイド素子のターンオンを指示するのではなく、ハイサイドターンオン許容期間を与える。その一方、ドライブロジック回路では、ローサイド素子がオフとされており、(第2信号によって与えられた)ハイサイドターンオン許容期間内で、かつ、ローサイド電圧上昇エッジが入力された第3タイミングに、ハイサイドスイッチ素子をターンオンさせるハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている。 In addition, the microcontroller does not directly instruct turn-on of the high-side element by the generated second signal, but provides a high-side turn-on permissible period. On the other hand, in the drive logic circuit, the low-side element is turned off, and the high-side element turns on at the third timing when the low-side voltage rising edge is input within the high-side turn-on tolerance period (given by the second signal). It is configured to output a high side drive control signal that turns on the side switch element.

このように、マイクロコントローラを用いることで、このマイクロコントローラで作動するソフトウェアによって、内燃機関の作動状態などの変動要因や使用するプラズマリアクタの品番の違いなどを考慮して、第2信号で与えるハイサイドターンオン許容期間の始期(開始タイミング)や長さ、終期(終了タイミング)などを適切かつ容易に設定することが出来る。その一方、予め定めた論理処理を短時間で処理できるドライブロジック回路をも用いるので、ローサイド素子がオフとされており、第2信号で設定されたハイサイドターンオン許容期間内で、かつ、ローサイド電圧上昇エッジが入力された第3タイミングに、ハイサイド素子をターンオンさせるハイサイドドライブ制御信号を遅滞なく出力することが出来る。 In this way, by using a microcontroller, the software running on this microcontroller takes into account fluctuation factors such as the operating state of the internal combustion engine and differences in the model number of the plasma reactor used, and adjusts the high level given by the second signal. The beginning (start timing), length, end (end timing), etc. of the side turn-on permissible period can be appropriately and easily set. On the other hand, since a drive logic circuit that can process predetermined logic processing in a short time is also used, the low-side element is turned off, and the low-side voltage is within the high-side turn-on tolerance period set by the second signal. At the third timing when the rising edge is input, the high-side drive control signal that turns on the high-side element can be output without delay.

さらに上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記第1タイミングにおける、前記ドライブロジック回路での前記ローサイドスイッチ素子のターンオンの指示から、チャージ期間が経過した第4タイミングに、上記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をするターンオフ信号を生成するターンオフ信号生成処理をも実行可能に構成されており、前記ドライブロジック回路は、上記第4タイミングにおける上記ターンオフ信号の入力により、上記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ローサイドドライブ制御信号を出力するように構成されているプラズマリアクタ用電源装置である。 Furthermore, in the above-mentioned power supply device for a plasma reactor, the microcontroller controls the above-mentioned microcontroller at a fourth timing when a charge period has elapsed from the instruction to turn on the low-side switch element in the drive logic circuit at the first timing. The drive logic circuit is configured to be able to execute a turn-off signal generation process that generates a turn-off signal instructing to turn off the low-side switch element, and the drive logic circuit turns off the low-side switch element by inputting the turn-off signal at the fourth timing. The plasma reactor power supply device is configured to output the low side drive control signal that turns off the plasma reactor.

この装置では、マイクロコントローラで、第4タイミングに、ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をするターンオフ信号を生成し、ドライブロジック回路では、ターンオフ信号の入力により、ローサイド素子をターンオフさせるローサイドドライブ制御信号を出力する。これにより、この装置では、マイクロコントローラで実行するソフトウェアによって、一次コイルへのチャージ期間(期間Pcとする)の長さを各回で同じに揃えたり、内燃機関の運転状況などに応じて、適宜の長さに変更調整することが出来る。このため例えば、チャージ期間の長さを各回で同じに揃えることにより、一次コイルにチャージされるエネルギを揃えることができ、各回の放電の状況(交番放電の回数や放電の強さなど)を揃えることができる。また、内燃機関の運転状況など、プラズマリアクタに届くガスの状況に応じて、チャージ期間の長さを適宜の長さに変化させることで、1回のチャージで蓄えられるエネルギの量を増減させ、排気ガスの浄化能力を高めたり低下させたりすることも出来る。 In this device, the microcontroller generates a turn-off signal that instructs to turn off the low-side switch element at the fourth timing, and the drive logic circuit outputs a low-side drive control signal that turns off the low-side element upon input of the turn-off signal. do. As a result, in this device, the length of the charging period (referred to as period Pc) to the primary coil can be made the same each time, and the length of the charging period (referred to as period Pc) to the primary coil can be adjusted as appropriate depending on the operating status of the internal combustion engine, etc., using software executed on the microcontroller. The length can be adjusted. Therefore, for example, by making the length of the charging period the same each time, the energy charged to the primary coil can be made the same, and the discharge conditions (number of alternating discharges, discharge strength, etc.) can be made the same for each time. be able to. In addition, the amount of energy stored in one charge can be increased or decreased by changing the length of the charging period to an appropriate length depending on the state of the gas that reaches the plasma reactor, such as the operating state of the internal combustion engine. It is also possible to increase or decrease the exhaust gas purification ability.

なお、マイクロコントローラは、生成したターンオフ信号を、前述の第1信号及び第2信号とは別に出力し、ドライブロジック回路はこのターンオフ信号を第1信号及び第2信号とは別に入力するようにすると良い。また、マイクロコントローラが出力し、ドライブロジック回路に入力する第2信号に、ターンオフ信号を兼用させることもできる。 Note that the microcontroller outputs the generated turn-off signal separately from the first signal and the second signal, and the drive logic circuit inputs this turn-off signal separately from the first signal and the second signal. good. Further, the second signal output by the microcontroller and input to the drive logic circuit can also be used as a turn-off signal.

また上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記第2信号生成処理において、前記第4タイミングに、又は、前記第4タイミングに続く、前記ローサイド電圧が前記第1しきい電圧を上回っているハイサイドターンオフ許容期間内に、上記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をする前記第2信号を生成し、前記ドライブロジック回路は、上記第2信号の入力により、前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されているプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。 Moreover, in the above-mentioned power supply device for a plasma reactor, the microcontroller may adjust the low-side voltage to the first threshold voltage at the fourth timing or following the fourth timing in the second signal generation process. The drive logic circuit generates the second signal that instructs to turn off the high-side switch element within a high-side turn-off allowable period that exceeds . The plasma reactor power supply device may be configured to output the high side drive control signal that turns off the plasma reactor.

この装置では、マイクロコントローラで、前述の第2信号として、ローサイド素子をターンオフさせるのと同じ第4タイミングに、又は、第4タイミングに続くハイサイドターンオフ許容期間内に、ハイサイド素子をターンオフさせる指示をする第2信号を生成し、ドライブロジック回路では、第2信号の入力により、ハイサイド素子をターンオフさせるハイサイドドライブ制御信号を出力する。
これにより、ハイサイド素子をオフとし、ハイサイド素子に電流が流れず電圧が掛かり、ハイサイド電圧が正となる状態を実現できるから、一次コイル及び二次コイルに正負交番電圧を発生させ、プラズマリアクタに正負交番放電を発生させることが出来る。
しかも、ローサイド素子のターンオフと同じ第4タイミングに、あるいは、ローサイド電圧が第1しきい電圧を上回っており、従ってこれとは逆に、ハイサイド電圧は、ローサイド電圧における第1しきい電圧に対応する第2しきい電圧よりも低下しているハイサイドターンオフ許容期間内に、ハイサイド素子をターンオフさせる。このため、ハイサイド素子のターンオフに当たっても、いわゆるソフトスイッチングを行うことができる。このため、このハイサイド素子のターンオフにおける損失を減少させることが出来、さらに、エネルギ効率を高めた装置とすることができる。
In this device, the microcontroller issues an instruction to turn off the high-side element as the second signal at the same fourth timing as when the low-side element is turned off, or within a high-side turn-off tolerance period following the fourth timing. The drive logic circuit outputs a high-side drive control signal that turns off the high-side element in response to the input of the second signal.
As a result, the high-side element is turned off, current does not flow to the high-side element, voltage is applied, and the high-side voltage becomes positive. Therefore, a positive/negative alternating voltage is generated in the primary coil and the secondary coil, and the plasma It is possible to generate alternating positive and negative discharges in the reactor.
Moreover, at the fourth timing, which is the same as the turn-off of the low-side element, or when the low-side voltage exceeds the first threshold voltage, the high-side voltage corresponds to the first threshold voltage at the low-side voltage. The high-side element is turned off within the high-side turn-off allowable period in which the voltage is lower than the second threshold voltage. Therefore, even when the high-side element is turned off, so-called soft switching can be performed. Therefore, it is possible to reduce the loss during turn-off of this high-side element, and furthermore, it is possible to provide a device with improved energy efficiency.

さらに、上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記マイクロコントローラは、前記第2信号生成処理において、前記ターンオフ信号生成処理を兼ねており、前記第4タイミングに、前記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をすると共に、前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をする、前記第2信号を生成し、前記ドライブロジック回路は、上記第2信号の入力により、前記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ローサイドドライブ制御信号を出力すると共に、前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されているプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。 Furthermore, in the plasma reactor power supply device described above, the microcontroller also performs the turn-off signal generation process in the second signal generation process, and instructs to turn off the low-side switch element at the fourth timing. and generates the second signal that instructs to turn off the high-side switch element, and upon input of the second signal, the drive logic circuit generates the low-side drive control signal that turns off the low-side switch element. The plasma reactor power supply device may be configured to output the high-side drive control signal that turns off the high-side switch element.

この装置では、第2信号によって、ローサイドスイッチ素子及びハイサイドスイッチ素子を、第4タイミングにおいて同時にターンオフさせるので、マイクロコントローラにおける制御が容易になると共に、マイクロコントローラからドライブロジック回路に入力される信号の数を低減して、ドライバ制御部の構成を簡易に出来る。 In this device, the second signal simultaneously turns off the low-side switch element and the high-side switch element at the fourth timing, which facilitates control in the microcontroller and also allows the control of the signal input from the microcontroller to the drive logic circuit. By reducing the number of drivers, the configuration of the driver control section can be simplified.

実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置で駆動するプラズマリアクタの概略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a plasma reactor driven by a plasma reactor power supply device according to an embodiment. バッテリ及びプラズマリアクタに接続した、実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置の概略回路構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic circuit configuration of a plasma reactor power supply device according to an embodiment, which is connected to a battery and a plasma reactor. 実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置の駆動制御のフローチャートである。It is a flowchart of drive control of the power supply device for plasma reactors concerning an embodiment. 実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置を駆動した場合の各部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation|movement of each part when the power supply device for plasma reactors which concerns on embodiment is driven.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1にプラズマリアクタPRの概略構成を、また、図2に実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置10の概略構成を示す。また、図3にプラズマリアクタ用電源装置10の駆動制御のフローチャートを示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a plasma reactor PR, and FIG. 2 shows a schematic configuration of a plasma reactor power supply device 10 according to an embodiment. Further, FIG. 3 shows a flowchart of drive control of the plasma reactor power supply device 10.

<プラズマリアクタの説明>
まず、プラズマリアクタ用電源装置10で駆動するプラズマリアクタPRについて説明する。プラズマリアクタPRは、たとえば、自動車のエンジン(図示しない)から排出される排ガスGSに含まれるPM、CO、HC、NOx等を除去するために、エンジンの排気管EXの途中に介装される。
<Description of plasma reactor>
First, the plasma reactor PR driven by the plasma reactor power supply device 10 will be explained. The plasma reactor PR is interposed in the middle of the exhaust pipe EX of the engine, for example, in order to remove PM, CO, HC, NOx, etc. contained in the exhaust gas GS discharged from an automobile engine (not shown).

プラズマリアクタPR(図1参照)は、バッテリBT(バッテリ電圧Vs、例えばVs=12V(公称))に接続されたプラズマリアクタ用電源装置10で駆動される。このプラズマリアクタPRでは、矩形板状の正放電電極Dpが矩形板状の誘電体Dd内に内蔵された正極パネルPNpと、矩形板状の負放電電極Dnが矩形板状の誘電体Dd内に内蔵された負極パネルPNnとを有しており、これらが、間隙GPを介して厚み方向に交互に積層されている。積層された正極パネルPNpと負極パネルPNnとは、間隙GPが排ガスGSの流れに沿う方向(図1において左右方向)に延びる姿勢に配置されている。正放電電極Dp及び負放電電極Dnの材質としては、例えばタングステンが例示できる。また、誘電体Ddの材質としては、アルミナが例示できる。 The plasma reactor PR (see FIG. 1) is driven by a plasma reactor power supply device 10 connected to a battery BT (battery voltage Vs, for example, Vs=12V (nominal)). In this plasma reactor PR, a positive electrode panel PNp has a rectangular plate-shaped positive discharge electrode Dp built in a rectangular plate-shaped dielectric Dd, and a rectangular plate-shaped negative discharge electrode Dn is built in a rectangular plate-shaped dielectric Dd. It has built-in negative electrode panels PNn, which are alternately stacked in the thickness direction with gaps GP in between. The stacked positive electrode panel PNp and negative electrode panel PNn are arranged such that the gap GP extends in the direction along the flow of the exhaust gas GS (left-right direction in FIG. 1). An example of the material for the positive discharge electrode Dp and the negative discharge electrode Dn is tungsten. In addition, an example of the material of the dielectric Dd is alumina.

本実施形態においては、後述するように、プラズマリアクタPRの正放電電極Dpと負放電電極Dnとの間に、プラズマリアクタ用電源装置10から出力される正負交番しつつ減衰する正弦波状で高電圧の二次コイル出力電圧VL2(図4(g)欄参照)が繰り返し(例えば、周波数が概ね100kHz)印加される。プラズマリアクタ用電源装置10の出力電圧VL2が放電電極Dp,Dn間に印加されると、正極パネルPNpと負極パネルPNnと間に誘電体バリア放電が生じ、この誘電体バリア放電によって間隙GPに低温プラズマが発生する。この低温プラズマの発生により、電極パネルPNp,PNn間を流通する排ガスGSに含まれるPMなどが酸化(燃焼)されて除去されるなど、無害化される。 In this embodiment, as will be described later, a high voltage is applied between the positive discharge electrode Dp and the negative discharge electrode Dn of the plasma reactor PR in the form of a sinusoidal wave that is output from the plasma reactor power supply 10 and is alternately positive and negative while attenuating. The secondary coil output voltage VL2 (see column (g) in FIG. 4) is repeatedly applied (for example, at a frequency of about 100 kHz). When the output voltage VL2 of the plasma reactor power supply device 10 is applied between the discharge electrodes Dp and Dn, a dielectric barrier discharge occurs between the positive electrode panel PNp and the negative electrode panel PNn, and this dielectric barrier discharge causes a low temperature in the gap GP. Plasma is generated. Due to the generation of this low-temperature plasma, PM and the like contained in the exhaust gas GS flowing between the electrode panels PNp and PNn is oxidized (burned) and removed, thereby rendering it harmless.

<プラズマリアクタ用電源装置の説明>
次いで、プラズマリアクタPRを駆動するプラズマリアクタ用電源装置10ついて説明する。このプラズマリアクタ用電源装置10は、フライバック型昇圧トランス1、通電制御用のローサイド素子4及びハイサイド素子5、スナバコンデンサ6、及び、上述のローサイド素子4及びハイサイド素子5のオンオフを制御する素子制御部11を備えている。素子制御部11は、ローサイド素子4をオンオフさせるローサイドゲートドライバ12、ハイサイド素子5をオンオフさせるハイサイドゲートドライバ13、及びコントローラ(ドライバ制御部)15を有している。コントローラ15は、ローサイド電圧Vldsを検知する電圧検知部14L、マイクロコントローラ20、ドライブロジック回路30を有している。
<Description of power supply device for plasma reactor>
Next, the plasma reactor power supply device 10 that drives the plasma reactor PR will be explained. This plasma reactor power supply device 10 includes a flyback step-up transformer 1, a low-side element 4 and a high-side element 5 for controlling current flow, a snubber capacitor 6, and controls on/off of the above-mentioned low-side element 4 and high-side element 5. An element control section 11 is provided. The element control section 11 includes a low side gate driver 12 that turns on and off the low side element 4, a high side gate driver 13 that turns on and off the high side element 5, and a controller (driver control section) 15. The controller 15 includes a voltage detection section 14L that detects the low-side voltage Vlds, a microcontroller 20, and a drive logic circuit 30.

フライバック型昇圧トランス1は、一次コイル2および二次コイル3を有している。一次コイル2の電源側端子2sは、ハイサイド素子5を介して電源側端子10bpに接続されている。この電源側端子10bpには、バッテリBTの正極端子BTPが接続される。一方、一次コイル2の接地側端子2eは、ローサイド素子4を介して、接地電位GNDに接続(接地)されている。二次コイル3のうち図2において上側の一端は正極端子3pとされ、プラズマリアクタPRの正放電電極Dpに接続される。一方、二次コイル3の他端は負極端子3nとされ、プラズマリアクタPRの負放電電極Dnに接続される。 The flyback step-up transformer 1 has a primary coil 2 and a secondary coil 3. The power supply terminal 2s of the primary coil 2 is connected to the power supply terminal 10bp via the high side element 5. A positive terminal BTP of the battery BT is connected to this power supply side terminal 10bp. On the other hand, the ground side terminal 2e of the primary coil 2 is connected (grounded) to the ground potential GND via the low side element 4. One end of the secondary coil 3 on the upper side in FIG. 2 is used as a positive electrode terminal 3p, and is connected to a positive discharge electrode Dp of the plasma reactor PR. On the other hand, the other end of the secondary coil 3 is made into a negative electrode terminal 3n, and is connected to the negative discharge electrode Dn of the plasma reactor PR.

なお、本実施形態では、一次コイル2に生じる一次コイル電圧VL1は、図2に矢印で示すように、接地側端子2eを基準として電源側端子2sが高電位となるとき正の値をとり、その逆のときに負の値をとるものとする。また、一次コイル2に流れる一次コイル電流IL1は、電源側端子2sから接地側端子2eに向けて流れるときに正の値をとり、その逆向きに流れるときに負の値をとるものとする。さらに、二次コイル3に生じる二次コイル出力電圧VL2は、負極端子3nを基準として正極端子3pが高電位となるとき正の値をとり、その逆のときに負の値をとるものとする。 In addition, in this embodiment, the primary coil voltage VL1 generated in the primary coil 2 takes a positive value when the power supply side terminal 2s has a high potential with respect to the ground side terminal 2e, as shown by the arrow in FIG. In the opposite case, it takes a negative value. Further, it is assumed that the primary coil current IL1 flowing through the primary coil 2 takes a positive value when flowing from the power supply side terminal 2s toward the grounding side terminal 2e, and takes a negative value when flowing in the opposite direction. Further, the secondary coil output voltage VL2 generated in the secondary coil 3 takes a positive value when the positive terminal 3p has a high potential with respect to the negative terminal 3n, and takes a negative value when the opposite occurs. .

ローサイド素子4は、本実施形態では図2に示すように、たとえば、エンハンスメント型のnMOSFETであり、そのドレイン端子Dが一次コイル2の接地側端子2eに接続され、ソース端子Sが接地電位GNDに接続されている。一方、ゲート端子Gは、ローサイドゲートドライバ12に接続しており、このローサイドゲートドライバ12からのゲートドライブ信号Slgによりローサイド素子4のオンオフが切り替わる。なお、このローサイド素子4は、ドレイン-ソース間に寄生ダイオードを有している。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the low-side element 4 is, for example, an enhancement type nMOSFET, whose drain terminal D is connected to the ground side terminal 2e of the primary coil 2, and whose source terminal S is connected to the ground potential GND. It is connected. On the other hand, the gate terminal G is connected to a low-side gate driver 12, and the low-side element 4 is turned on and off by a gate drive signal Slg from the low-side gate driver 12. Note that this low-side element 4 has a parasitic diode between its drain and source.

一方、ハイサイド素子5は、本実施形態では図2に示すように、たとえば、エンハンスメント型のnMOSFETであり、そのドレイン端子Dが一次コイル2の電源側端子2sに接続され、ソース端子Sが電源側端子10bpを通じてバッテリBTの正極端子BTPに接続される。一方、ゲート端子Gは、ハイサイドゲートドライバ13に接続しており、このハイサイドゲートドライバ13からのゲートドライブ信号Shgによりハイサイド素子5のオンオフが切り替わる。なお、このハイサイド素子5も、ドレイン-ソース間に寄生ダイオードを有している。 On the other hand, in this embodiment, the high-side element 5 is, for example, an enhancement type nMOSFET, as shown in FIG. It is connected to the positive terminal BTP of the battery BT through the side terminal 10bp. On the other hand, the gate terminal G is connected to a high-side gate driver 13, and the high-side element 5 is turned on and off by a gate drive signal Shg from the high-side gate driver 13. Note that this high-side element 5 also has a parasitic diode between the drain and the source.

スナバコンデンサ6は、一次コイル2の接地側端子2eと電源側端子2sとに導通して、一次コイル2と並列に接続されている。なお、スナバコンデンサ6は、直列又は並列に接続された複数のコンデンサによって構成してもよい。 The snubber capacitor 6 is electrically connected to the ground side terminal 2e and the power supply side terminal 2s of the primary coil 2, and is connected in parallel to the primary coil 2. Note that the snubber capacitor 6 may be composed of a plurality of capacitors connected in series or in parallel.

素子制御部11は、前述したように、ローサイドゲートドライバ12、ハイサイドゲートドライバ13、及びコントローラ15を有する。ローサイドゲートドライバ12は、コントローラ15の出力するローサイドドライブ制御信号Sldrによる指示により、ゲートドライブ信号Slgを送出してローサイド素子4のオンオフを切り替える。また、ハイサイドゲートドライバ13は、コントローラ15の出力するハイサイドドライブ制御信号Shdrによる指示により、ゲートドライブ信号Shgを送出してハイサイド素子5オンオフを切り替える。 As described above, the element control section 11 includes the low side gate driver 12, the high side gate driver 13, and the controller 15. The low-side gate driver 12 sends out a gate drive signal Slg to turn on and off the low-side element 4 according to instructions from the low-side drive control signal Sldr output from the controller 15 . Further, the high-side gate driver 13 sends out a gate drive signal Shg to turn on and off the high-side element 5 according to instructions from the high-side drive control signal Shdr output from the controller 15.

コントローラ15は、前述したように、電圧検知部14L、マイクロコントローラ20、ドライブロジック回路30を有している。
このうち、電圧検知部14Lは、ローサイド素子4のドレイン-ソース間に生じるローサイド電圧Vlds、即ち、接地電位GNDに対する一次コイル2の接地側端子2eの電圧(接地側端子2eの電位)を検知し、正の第1しきい電圧Vth1を境界とした高低を示すハイレベル/ローレベルの二値を取るローサイド電圧信号Slvd(図4(h)欄参照)を、ドライブロジック回路30に向けて出力する。第1しきい電圧Vth1は、バッテリ電圧Vsよりも低い、予め定めた値(例えば、20V)に設定する。
なお、本実施形態の電圧検知部14Lでは、図4の(e)(h)欄を見れば理解できるように、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1以下の場合(Vlds≦Vth1)にローサイド電圧信号Slvdがハイレベルとされる一方、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1を越えた場合(Vlds>Vth1)にはローレベルとされるように設定されている。
As described above, the controller 15 includes the voltage detection section 14L, the microcontroller 20, and the drive logic circuit 30.
Of these, the voltage detection section 14L detects the low-side voltage Vlds generated between the drain and source of the low-side element 4, that is, the voltage at the ground-side terminal 2e of the primary coil 2 (the potential at the ground-side terminal 2e) with respect to the ground potential GND. , outputs a low-side voltage signal Slvd (see column (h) in FIG. 4) that takes a binary value of high level/low level indicating high/low level with the positive first threshold voltage Vth1 as the boundary (see column (h) in FIG. 4) toward the drive logic circuit 30. . The first threshold voltage Vth1 is set to a predetermined value (for example, 20V) lower than the battery voltage Vs.
Note that in the voltage detection unit 14L of this embodiment, as can be understood from columns (e) and (h) in FIG. While the voltage signal Slvd is set to a high level, it is set to be set to a low level when the low side voltage Vlds exceeds the first threshold voltage Vth1 (Vlds>Vth1).

図2において一点鎖線で示すマイクロコントローラ20は、図示しないCPU、ROM、RAM、入出力回路などからなり、予め記憶された所定のプログラム(ソフトウェア)に従って作動する。このマイクロコントローラ20は、プラズマリアクタPRを駆動するにあたり、チャージ制御、交番放電制御、ハイサイドオフ制御、回生制御などの各制御のため、ドライブロジック回路30に向けて出力する第1信号Sg1を生成する第1信号生成処理21、第2信号Sg2を生成する第2信号生成処理22、第1時刻検知処理23、周期確保タイマー処理24、ターンオフ信号生成処理25などの各処理を実行可能とされている。なお、本実施形態においては、ターンオフ信号生成処理25は、第2信号生成処理22の一部として実行される。 The microcontroller 20 shown by a dashed line in FIG. 2 includes a CPU, ROM, RAM, input/output circuit, etc. (not shown), and operates according to a predetermined program (software) stored in advance. The microcontroller 20 generates a first signal Sg1 to be outputted to the drive logic circuit 30 for various controls such as charge control, alternating discharge control, high side off control, and regeneration control when driving the plasma reactor PR. A first signal generation process 21 for generating a second signal Sg2, a second signal generation process 22 for generating a second signal Sg2, a first time detection process 23, a cycle securing timer process 24, a turn-off signal generation process 25, etc. can be executed. There is. Note that in this embodiment, the turn-off signal generation process 25 is executed as a part of the second signal generation process 22.

図2において破線で示すドライブロジック回路30は、ハードウェアロジック回路で、具体的には汎用ロジックICを組み合わせて構成されており、マイクロコントローラ20から第1信号Sg1及び第2信号Sg2が入力され、また電圧検知部14Lからローサイド電圧信号Slvdが入力される一方、これらを倫理処理して、ローサイドゲートドライバ12に向けたローサイドドライブ制御信号Sldr及びハイサイドゲートドライバ13に向けたハイサイドドライブ制御信号Shdrとして出力する。本実施形態におけるドライブロジック回路30は、具体的には例えば、図2に示すように接続された、2つのSRフリップフロップ33,34と、ANDゲート31及びNORゲート32とから構成されている。 The drive logic circuit 30 shown by a broken line in FIG. 2 is a hardware logic circuit, and is specifically configured by combining general-purpose logic ICs, and receives a first signal Sg1 and a second signal Sg2 from the microcontroller 20. Further, while a low side voltage signal Slvd is inputted from the voltage detection section 14L, it is ethically processed to generate a low side drive control signal Sldr directed to the low side gate driver 12 and a high side drive control signal Shdr directed to the high side gate driver 13. Output as . Specifically, the drive logic circuit 30 in this embodiment includes, for example, two SR flip-flops 33 and 34, an AND gate 31, and a NOR gate 32, which are connected as shown in FIG.

さらに具体的には、ドライブロジック回路30は、ANDゲート31に、マイクロコントローラ20からの第1信号Sg1と、電圧検知部14Lからのローサイド電圧信号Slvdを入力し、そのAND出力をローサイドSRフリップフロップ(ローサイドFFともいう)33のS端子(セット端子)に入力する。また、このローサイドFF33のR端子(リセット端子)には、マイクロコントローラ20からの第2信号Sg2を入力し、ローサイドFF33のQ出力端子から、ローサイドゲートドライバ12に向けて、ローサイドドライブ制御信号Sldrを出力する構成としてある。一方、NORゲート32に、第2信号Sg2とローサイド電圧信号Slvdを入力し、そのNOR出力をハイサイドSRフリップフロップ(ハイサイドFFとも言う)34のS端子に入力する。またこのハイサイドFF34のR端子にも、ローサイドFF33のR端子と同じく、第2信号Sg2が入力し、ハイサイドFF34のnotQを出力するQB出力端子から、ハイサイドゲートドライバ13に向けて、ハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力する構成としてある。 More specifically, the drive logic circuit 30 inputs the first signal Sg1 from the microcontroller 20 and the low-side voltage signal Slvd from the voltage detection section 14L to the AND gate 31, and outputs the AND output from the low-side SR flip-flop. It is input to the S terminal (set terminal) of 33 (also referred to as low side FF). Furthermore, the second signal Sg2 from the microcontroller 20 is input to the R terminal (reset terminal) of the low-side FF 33, and the low-side drive control signal Sldr is sent from the Q output terminal of the low-side FF 33 to the low-side gate driver 12. It is configured to output. On the other hand, the second signal Sg2 and the low-side voltage signal Slvd are input to the NOR gate 32, and the NOR output thereof is input to the S terminal of the high-side SR flip-flop (also referred to as high-side FF) 34. Also, the second signal Sg2 is input to the R terminal of the high side FF 34 as well as the R terminal of the low side FF 33, and a high signal is sent from the QB output terminal that outputs notQ of the high side FF 34 to the high side gate driver 13. The configuration is such that a side drive control signal Shdr is output.

このため、ANDゲート31は、入力される第1信号Sg1とローサイド電圧信号Slvdの両者がハイレベルとなった場合にのみハイレベルが出力されるものであり、この出力はローサイドFF33のS端子に入力される(図4(h),(j),(l)欄参照)。ローサイドFF33では、S端子にハイレベルの信号が入力されると、R端子にハイレベルの信号が入力されるまで、Q出力端子はハイレベルの信号を出力し続ける一方、R端子にハイレベルの信号が入力されると、S端子にハイレベルの信号が入力されるまで、Q出力端子はローレベルの信号を出力し続ける。ローサイドFF33のQ出力端子から出力されるローサイドドライブ制御信号Sldrの指示に応じて、ローサイドゲートドライバ12からゲートドライブ信号Slgが出力されローサイド素子4がオンオフされるので、ローサイドドライブ制御信号Sldrとローサイドゲートドライバ12の出力するゲートドライブ信号Slgとは同期して変化する(図4(b),(l)欄参照)。 Therefore, the AND gate 31 outputs a high level only when both the input first signal Sg1 and low side voltage signal Slvd become high level, and this output is sent to the S terminal of the low side FF 33. (See columns (h), (j), and (l) in FIG. 4). In the low-side FF 33, when a high-level signal is input to the S terminal, the Q output terminal continues to output a high-level signal until a high-level signal is input to the R terminal, while a high-level signal is input to the R terminal. When a signal is input, the Q output terminal continues to output a low level signal until a high level signal is input to the S terminal. According to the instruction of the low-side drive control signal Sldr output from the Q output terminal of the low-side FF 33, the gate drive signal Slg is output from the low-side gate driver 12 and the low-side element 4 is turned on and off. It changes in synchronization with the gate drive signal Slg output from the driver 12 (see columns (b) and (l) in FIG. 4).

一方、NORゲート32は、入力される第2信号Sg2とローサイド電圧信号Slvdの両者がローレベルとなった場合にのみハイレベルが出力されるものであり、この出力はハイサイドFF34のS端子に入力される(図4(h),(i),(k)欄参照)。ハイサイドFF34では、S端子にハイレベルの信号が入力されると、R端子にハイレベルの信号が入力されるまで、QB出力端子はローレベルの信号を出力し続ける一方、R端子にハイレベルの信号が入力されると、S端子にハイレベルの信号が入力されるまで、QB出力端子はハイレベルの信号を出力し続ける。ハイサイドFF34のQB出力端子から出力されるハイサイドドライブ制御信号Shdrの指示に応じて、ハイサイドゲートドライバ13からゲートドライブ信号Shgが出力されハイサイド素子5がオンオフされるので、ハイサイドドライブ制御信号Shdrの反転とハイサイドゲートドライバ13の出力するゲートドライブ信号Shgとは同期して変化する(図4(a),(k)欄参照)。 On the other hand, the NOR gate 32 outputs a high level only when the input second signal Sg2 and low-side voltage signal Slvd both become low level, and this output is sent to the S terminal of the high-side FF 34. (See columns (h), (i), and (k) in FIG. 4). In the high-side FF 34, when a high-level signal is input to the S terminal, the QB output terminal continues to output a low-level signal until a high-level signal is input to the R terminal, while the high-level signal is input to the R terminal. When this signal is input, the QB output terminal continues to output a high level signal until a high level signal is input to the S terminal. According to the instruction of the high-side drive control signal Shdr output from the QB output terminal of the high-side FF 34, the gate drive signal Shg is output from the high-side gate driver 13 and the high-side element 5 is turned on and off, thereby controlling the high-side drive. The inversion of the signal Shdr and the gate drive signal Shg output from the high-side gate driver 13 change in synchronization (see columns (a) and (k) in FIG. 4).

なお、ローサイドFF33のQ出力端子から出力するローサイドドライブ制御信号Sldrは、分岐して、マイクロコントローラ20にも入力されている。 Note that the low-side drive control signal Sldr output from the Q output terminal of the low-side FF 33 is branched and input to the microcontroller 20 as well.

<プラズマリアクタ用電源装置の制御>
プラズマリアクタPRを作動させるためのプラズマリアクタ用電源装置10の制御について、図3のフローチャート及び図4のタイミングチャートを用いて説明する。
本実施形態では、このプラズマリアクタ用電源装置10の制御により、プラズマリアクタPRには、図4(g)欄に示す、正負交番しつつ減衰する正弦波状(例えば、約100kHzの周波数)の高電圧の二次コイル出力電圧VL2が、概ね50数μsのチャージ周期Tloo毎(図4(b)欄参照)に間欠的に繰り返し印加される。これによって、プラズマリアクタPRに、繰り返す誘電体バリア放電をチャージ周期Tloo毎に間欠的に生じさせる。
<Control of plasma reactor power supply>
Control of the plasma reactor power supply device 10 for operating the plasma reactor PR will be explained using the flowchart of FIG. 3 and the timing chart of FIG. 4.
In this embodiment, under the control of the plasma reactor power supply device 10, the plasma reactor PR receives a high voltage in the form of a sinusoidal wave (for example, a frequency of about 100 kHz) that attenuates while alternating positive and negative, as shown in column (g) of FIG. The secondary coil output voltage VL2 is intermittently and repeatedly applied every charging period Tloo of approximately 50-odd microseconds (see column (b) in FIG. 4). Thereby, repeated dielectric barrier discharge is caused intermittently in the plasma reactor PR at every charging period Tloo.

先ず前提として、第1時刻T1及び第2時刻T2よりも前(後述する第3時刻T3)には、予めコントローラ15によりハイサイドゲートドライバ13のゲートドライブ信号Shgがハイレベルとされており、ハイサイド素子5がオンとされている状態を考える(図4(a)欄参照)。これにより、ハイサイド電圧Vhds(図4(d)欄参照)は、ほぼ0とされている。但しこの時点では、ローサイド素子4がオフにされているので、一次コイル2には通電されない。 First, it is assumed that before the first time T1 and the second time T2 (third time T3, which will be described later), the gate drive signal Shg of the high side gate driver 13 is set to high level by the controller 15 in advance, and the gate drive signal Shg of the high side gate driver 13 is set to high level. Consider a state in which the side element 5 is turned on (see column (a) in FIG. 4). As a result, the high side voltage Vhds (see column (d) in FIG. 4) is approximately zero. However, at this point, since the low-side element 4 is turned off, the primary coil 2 is not energized.

なお、ハイサイドゲートドライバ13は、入力されたハイサイドドライブ制御信号Shdrに応じたゲートドライブ信号Shgを、ハイサイドスイッチ素子5のゲート端子Gに向けて出力して、ハイサイドスイッチ素子5をオンオフさせる。ハイサイドゲートドライバ13は、入力されたハイサイドドライブ制御信号Shdrを論理反転させ、かつ、電圧レベルを正側にシフトさせて、ハイサイドスイッチ素子5のゲート端子Gの駆動に適する大きさ(具体的には、ハイレベルはバッテリBTの正極電位よりも高く、ローレベルはバッテリBTの正極電位よりも低い電位)のゲートドライブ信号Shgを出力する。 Note that the high-side gate driver 13 outputs a gate drive signal Shg corresponding to the input high-side drive control signal Shdr toward the gate terminal G of the high-side switch element 5 to turn the high-side switch element 5 on and off. let The high-side gate driver 13 logically inverts the input high-side drive control signal Shdr and shifts the voltage level to the positive side, so that the high-side gate driver 13 has a size suitable for driving the gate terminal G of the high-side switch element 5 (specifically Specifically, a gate drive signal Shg is output whose high level is higher than the positive electrode potential of battery BT, and whose low level is lower than the positive electrode potential of battery BT.

一方、ローサイドゲートドライバ12は、入力されたハイサイドドライブ制御信号Sldrに応じたゲートドライブ信号Slgを、ローサイドスイッチ素子4のゲート端子Gに向けて出力して、ローサイドスイッチ素子4をオンオフさせる。ローサイドゲートドライバ12は、入力されたローサイドドライブ制御信号Sldrの電圧レベルを調整し、ローサイドスイッチ素子4のゲート端子Gの駆動に適する大きさ(具体的には、ハイレベルは接地電位よりも高く、ローレベルは接地電位よりも低い電位)のゲートドライブ信号Slgを出力する。 On the other hand, the low-side gate driver 12 outputs a gate drive signal Slg corresponding to the input high-side drive control signal Sldr toward the gate terminal G of the low-side switch element 4 to turn the low-side switch element 4 on and off. The low-side gate driver 12 adjusts the voltage level of the input low-side drive control signal Sldr to a level suitable for driving the gate terminal G of the low-side switch element 4 (specifically, the high level is higher than the ground potential, A gate drive signal Slg of a low level (a potential lower than the ground potential) is output.

さらに、前回の第1時刻T1(前回、一次コイル2へのチャージを開始した時刻)から、所定の周期確保期間P1(本実施形態では、例えば50μs)が経過した第2時刻T2の後に、ローサイド素子4のターンオンを許容するローサイドターンオン許容期間P2(本実施形態では、例えば10μs)を設けておく。具体的には、マイクロコントローラ20において、ローサイド素子4のターンオンを許容するローサイドターンオン許容期間P2を与える第1信号Sg1を生成する第1信号生成処理21(図2参照)を実行する。即ち、第2時刻T2からローサイドターンオン許容期間P2に亘り、ハイレベルとした第1信号Sg1(図4(j)欄参照)を、マイクロコントローラ20で生成し、ドライブロジック回路30のANDゲート31に入力する。 Further, after a second time T2 when a predetermined cycle securing period P1 (for example, 50 μs in this embodiment) has elapsed from the previous first time T1 (the time when charging to the primary coil 2 was started last time), the low side A low-side turn-on tolerance period P2 (in this embodiment, for example, 10 μs) is provided to allow turn-on of the element 4. Specifically, the microcontroller 20 executes a first signal generation process 21 (see FIG. 2) that generates a first signal Sg1 that provides a low-side turn-on tolerance period P2 that allows the low-side element 4 to be turned on. That is, from the second time T2 to the low-side turn-on permissible period P2, the first signal Sg1 (see column (j) in FIG. 4) at a high level is generated by the microcontroller 20 and sent to the AND gate 31 of the drive logic circuit 30. input.

さらに詳細には、マイクロコントローラ20は、ローサイドFF33のQ出力端子から得たローサイドドライブ制御信号Sldrを用いて、第1時刻T1を検知する第1時刻検知処理23と、この第1時刻検知処理23における第1時刻T1の検知から、周期確保期間P1(例えば本実施形態では50μs)が経過した第2時刻T2までを計時する周期確保タイマー処理24を実行するのに加え、前述の第1信号生成処理21において、第2時刻T2の経過時に、ローサイドターンオン許容期間P2を開始する第1信号Sg1を生成する。 More specifically, the microcontroller 20 performs a first time detection process 23 that detects the first time T1 using the low side drive control signal Sldr obtained from the Q output terminal of the low side FF 33; In addition to executing the period securing timer process 24 that measures the time from the detection of the first time T1 at 1 to the second time T2 at which the period securing period P1 (for example, 50 μs in this embodiment) has elapsed, the first signal generation described above is performed. In process 21, when the second time T2 has elapsed, a first signal Sg1 that starts the low-side turn-on permissible period P2 is generated.

但し、この第2時刻T2の時点では、ローサイド電圧Vlds(図4(e)欄参照)が第1しきい電圧Vth1よりも高い(Vlds>Vth1)ために、電圧検知部14LからANDゲート31に入力されるローサイド電圧信号Slvdが、ローレベルであるので、ANDゲート31の出力(ローサイドFF33のS端子の入力)はローレベルにされたままである。また、ローサイドFF33のR端子に入力される第2信号Sg2もローレベルにされている。ローサイドFF33のQ出力端子から出力されローサイドゲートドライバ12に入力されるローサイドドライブ制御信号Sldrもローレベルにされている。 However, at this second time T2, since the low side voltage Vlds (see column (e) in FIG. 4) is higher than the first threshold voltage Vth1 (Vlds>Vth1), the voltage from the voltage detection section 14L to the AND gate 31 is Since the input low-side voltage signal Slvd is at a low level, the output of the AND gate 31 (input to the S terminal of the low-side FF 33) remains at a low level. Further, the second signal Sg2 input to the R terminal of the low-side FF 33 is also set to a low level. The low-side drive control signal Sldr, which is output from the Q output terminal of the low-side FF 33 and input to the low-side gate driver 12, is also set to a low level.

その後、チャージステップS1(図3参照)において、素子制御部11のコントローラ15でチャージ制御を行う。具体的には、上述のように、ハイサイド素子5が既にオンとされており、ローサイドターンオン許容期間P2内の第1時刻T1に、ローサイド素子4をターンオンさせる。具体的には、一次コイル電圧VL1の交番変化と共に変化するローサイド電圧Vlds(図4(e),(f)欄参照)が第1しきい電圧Vth1よりも低下した(Vlds<Vth1)ために、電圧検知部14Lの出力するローサイド電圧信号Slvd(図4(h)欄参照)が、ローレベルからハイレベルに切り替わるローサイド電圧低下エッジEgllが発生した第1時刻T1に、ローサイド素子4をターンオンさせる。第1時刻T1に、ローサイド電圧信号Slvdが、ローレベルからハイレベルに切り替わると、ANDゲート31の出力がハイレベルに切り替わり、ローサイドFF33のS端子に入力される。このため、ローサイドFF33のQ出力端子から出力されるローサイドドライブ制御信号Sldrもハイレベルに切り替わり、ローサイドゲートドライバ12に入力される。このため、ゲートドライブ信号Slgも切り替えられて、ローサイド素子4がオンとされる。 Thereafter, in a charging step S1 (see FIG. 3), the controller 15 of the element control section 11 performs charging control. Specifically, as described above, the high-side element 5 is already turned on, and the low-side element 4 is turned on at the first time T1 within the low-side turn-on allowable period P2. Specifically, since the low-side voltage Vlds (see columns (e) and (f) in FIG. 4), which changes with alternating changes in the primary coil voltage VL1, has fallen below the first threshold voltage Vth1 (Vlds<Vth1), The low-side element 4 is turned on at a first time T1 when a low-side voltage drop edge Egll in which the low-side voltage signal Slvd (see column (h) in FIG. 4) outputted by the voltage detection section 14L switches from a low level to a high level occurs. At the first time T1, when the low-side voltage signal Slvd switches from low level to high level, the output of the AND gate 31 switches to high level and is input to the S terminal of the low-side FF 33. Therefore, the low-side drive control signal Sldr output from the Q output terminal of the low-side FF 33 also switches to high level and is input to the low-side gate driver 12. Therefore, the gate drive signal Slg is also switched, and the low-side element 4 is turned on.

すると、バッテリBTから、ハイサイド素子5、フライバック型昇圧トランス1の一次コイル2、ローサイド素子4を通じて、接地電位GNDに向けて、一次コイル電流IL1が流れ始める(図4(c)欄参照)。なお、一次コイル2のインダクタンスにより、一次コイル電流IL1としては、時間と共に増加する三角波パターンの正の電流となる。そしてこれにより一次コイル2にエネルギがチャージ(蓄積)される。 Then, the primary coil current IL1 starts to flow from the battery BT toward the ground potential GND through the high-side element 5, the primary coil 2 of the flyback step-up transformer 1, and the low-side element 4 (see column (c) in FIG. 4). . Note that due to the inductance of the primary coil 2, the primary coil current IL1 becomes a positive current with a triangular wave pattern that increases with time. As a result, energy is charged (stored) in the primary coil 2.

この本実施形態の装置10では、ローサイド素子4をターンオンさせて、一次コイル2への通電によるチャージを行わせるにあたり、ローサイド素子4のドレイン-ソース間に掛かるローサイド電圧Vldsが正の第1しきい電圧Vth1よりも低下した第1時刻T1に、ローサイド素子4をターンオンさせる、いわゆるソフトスイッチングを行っている。このため、このローサイド素子4のターンオンにおける損失を減少させることができ、エネルギ効率を高めた装置10とすることができる。 In the device 10 of this embodiment, when the low-side element 4 is turned on and charged by energizing the primary coil 2, the low-side voltage Vlds applied between the drain and source of the low-side element 4 is set to a positive first threshold. So-called soft switching is performed in which the low-side element 4 is turned on at a first time T1 when the voltage is lower than Vth1. Therefore, the loss during turn-on of the low-side element 4 can be reduced, and the device 10 can have improved energy efficiency.

しかも、コントローラ15のうちマイクロコントローラ20では、生成する第1信号によって、直接、ローサイド素子のターンオンを指示するのではなく、ローサイドターンオン許容期間P2を与える。その一方、コントローラ15のうちドライブロジック回路30は、ハイサイド素子5が既にオンとされており、ローサイドターンオン許容期間P2内で、かつ、ローサイド電圧低下エッジEgllが入力された第1時刻T1に、ローサイド素子4をターンオンさせ、一次コイル2への通電によるチャージを行わせるローサイドドライブ制御信号Sldrを出力するように構成されている。 Furthermore, the microcontroller 20 of the controller 15 does not directly instruct turn-on of the low-side element by the generated first signal, but gives a low-side turn-on permissible period P2. On the other hand, in the drive logic circuit 30 of the controller 15, at a first time T1 when the high side element 5 is already turned on, within the low side turn-on tolerance period P2, and when the low side voltage drop edge Egll is input, It is configured to output a low-side drive control signal Sldr that turns on the low-side element 4 and charges the primary coil 2 by energizing it.

このように、マイクロコントローラ20を用いることで、このマイクロコントローラ20で作動するソフトウェアによって、多様な要因を考慮して、第1信号Sg1で与えるローサイドターンオン許容期間P2の始期(第2時刻T2:開始タイミング)や長さ、終期(終了タイミング)などを適切かつ容易に設定することが出来る。その一方、予め定めた論理処理を短時間で処理できるドライブロジック回路30をも用いているので、ハイサイド素子5が既にオンとされており、第1信号Sg1で設定されたローサイドターンオン許容期間P2内で、かつ、電圧検知部14Lからのローサイド電圧低下エッジEgllが入力された第1時刻T1に、ローサイドドライブ制御信号Sldrを、遅滞なく出力することが出来る。 In this way, by using the microcontroller 20, the software running on the microcontroller 20 takes various factors into account and determines the start of the low-side turn-on permissible period P2 (second time T2: start) given by the first signal Sg1. Timing), length, end period (end timing), etc. can be set appropriately and easily. On the other hand, since the drive logic circuit 30 that can process predetermined logic processing in a short time is also used, the high side element 5 is already turned on, and the low side turn-on permissible period P2 set by the first signal Sg1 is used. The low-side drive control signal Sldr can be output without delay at the first time T1 when the low-side voltage drop edge Egll from the voltage detection section 14L is input.

しかも、マイクロコントローラ20は、第1信号生成処理21において、第1時刻T1における、ドライブロジック回路30でのローサイド素子4のターンオンの指示から、周期確保期間P1が経過した第2時刻T2に、次回のローサイドターンオン許容期間P2が開始する第1信号Sg1(図4(j)欄参照)を生成している。 Moreover, in the first signal generation process 21, the microcontroller 20 generates the next signal at a second time T2 when the period securing period P1 has elapsed from the instruction to turn on the low-side element 4 in the drive logic circuit 30 at the first time T1. A first signal Sg1 (see column (j) in FIG. 4) for starting the low side turn-on permissible period P2 is generated.

プラズマリアクタPRは容量性負荷であり、その大きさが変動するため、プラズマリアクタPRに複数回に亘る正負交番放電を生じさせる場合、交番放電の交番周期も変動する。このため、一次コイルへのチャージ周期を固定した長さとすると、変化するローサイド電圧Vldsと、ローサイド素子をターンオンさせるタイミングとを前述のようにして合わせることが困難となり、いわゆるソフトスイッチングができない場合が生じる虞がある。 The plasma reactor PR is a capacitive load, and its size varies. Therefore, when the plasma reactor PR is caused to generate alternating positive and negative discharges multiple times, the alternating cycle of the alternating discharges also varies. Therefore, if the charging period of the primary coil is set to a fixed length, it becomes difficult to match the changing low-side voltage Vlds with the timing of turning on the low-side element as described above, and so-called soft switching may not be possible. There is a possibility.

しかしこの装置10では、マイクロコントローラ20で、第2時刻T2に、ローサイドターンオン許容期間P2が開始する第1信号Sg1を生成する。このため、ローサイドターンオン許容期間P2中に、ローサイド素子4のオンさせるようにすれば良く、プラズマリアクタPRの容量成分の変動などによって交番放電の交番周期に変動が生じても、いわゆるソフトスイッチングとなる適切なタイミング(第1時刻T1)でローサイド素子4をオンさせることができる。 However, in this device 10, the microcontroller 20 generates the first signal Sg1 for starting the low-side turn-on permissible period P2 at the second time T2. Therefore, it is sufficient to turn on the low-side element 4 during the low-side turn-on tolerance period P2, and even if the alternating cycle of the alternating discharge changes due to changes in the capacitance component of the plasma reactor PR, so-called soft switching will occur. The low-side element 4 can be turned on at an appropriate timing (first time T1).

但し、前回のローサイド素子4のオン(第1時刻T1)から、次回のローサイド素子4のオン(次の第1時刻T1)までのチャージ周期Tlooを正確には定めることはできない。しかし、このチャージ周期Tlooを、周期確保期間P1以上で、周期確保期間P1とローサイドターンオン許容期間P2との和以下(P1≦Ploo≦P1+P2)の範囲に定めることができる。かくして、一次コイルへのチャージの繰り返し周期であるチャージ周期Tlooの値を、上記の範囲で概ね定め、プラズマリアクタPRにおけるチャージの繰り返しを制御することができる。
なお本実施形態では、このようにすることで、プラズマリアクタPR(図4(g)欄参照)において、第1時刻T1から次の第1時刻T1において、複数回の正負交番放電(正放電3回、負放電2回の合計5回)が間欠的に生じる周期の長さをP1~P1+P2の範囲(本実施形態では、50~60μsの範囲)とすることができる。
However, the charging period Tloo from the previous turn-on of the low-side element 4 (first time T1) to the next turn-on of the low-side element 4 (next first time T1) cannot be determined accurately. However, this charging period Tloo can be set in a range that is greater than or equal to the period securing period P1 and less than or equal to the sum of the period securing period P1 and the low side turn-on permissible period P2 (P1≦Ploo≦P1+P2). In this way, it is possible to control the repetition of charging in the plasma reactor PR by roughly setting the value of the charging period Tloo, which is the repetition period of charging the primary coil, within the above range.
In addition, in this embodiment, by doing this, in the plasma reactor PR (see column (g) in FIG. 4), from the first time T1 to the next first time T1, a plurality of positive and negative alternating discharges (positive discharge 3 The length of the period in which the negative discharge occurs intermittently (a total of 5 times, 2 times and 2 times) can be set in the range of P1 to P1+P2 (in the present embodiment, in the range of 50 to 60 μs).

またこの装置10では、マイクロコントローラ20の第1時刻検知処理23で、ドライブロジック回路30(ローサイドFF33)が出力するローサイドドライブ制御信号Sldrから第1時刻T1を検知し、周期確保タイマー処理24で、周期確保期間P1が経過した第2時刻T2まで待つ。そして、第1信号生成処理21では、この第2時刻T2の経過時にローサイドターンオン許容期間P2を開始する第1信号Sg1を生成するので、確実に、周期確保期間P1を確保することができる。 In this device 10, the first time detection process 23 of the microcontroller 20 detects the first time T1 from the low-side drive control signal Sldr output by the drive logic circuit 30 (low-side FF 33), and the period securing timer process 24 detects the first time T1. The process waits until the second time T2 when the cycle securing period P1 has elapsed. Then, in the first signal generation process 21, the first signal Sg1 that starts the low-side turn-on permissible period P2 is generated when the second time T2 has elapsed, so that the cycle securing period P1 can be reliably secured.

次いで、ローサイド素子4をオンした第1時刻T1からマイクロコントローラ20において定めるチャージ期間Pcが経過したら(第4時刻T4)、交番放電ステップS2(図3参照)において、コントローラ15により交番放電制御を行う。具体的には、マイクロコントローラ20において、第1時刻T1におけるドライブロジック回路30でのローサイド素子4のターンオンの指示から、チャージ期間Pcが経過した第4時刻T4に、ローサイド素子4をターンオフさせる指示をするターンオフ信号Sgfを生成するターンオフ信号生成処理25をも実行する。但し、本実施形態では、マイクロコントローラ20において、ターンオフ信号Sgfを、第1信号Sg1及び第2信号Sg2とは別に生成するのではなく、第2信号Sg2をターンオフ信号Sgfに兼用している。即ち、第4時刻T4に、ローレベルからハイレベルに切り換える第2信号Sg2を生成する。 Next, when the charging period Pc determined by the microcontroller 20 has elapsed from the first time T1 when the low-side element 4 was turned on (fourth time T4), the controller 15 performs alternating discharge control in an alternating discharge step S2 (see FIG. 3). . Specifically, the microcontroller 20 issues an instruction to turn off the low-side element 4 at a fourth time T4 after a charging period Pc has elapsed from an instruction to turn on the low-side element 4 in the drive logic circuit 30 at the first time T1. A turn-off signal generation process 25 is also executed to generate a turn-off signal Sgf. However, in this embodiment, the microcontroller 20 does not generate the turn-off signal Sgf separately from the first signal Sg1 and the second signal Sg2, but uses the second signal Sg2 as the turn-off signal Sgf. That is, at the fourth time T4, the second signal Sg2 that switches from low level to high level is generated.

これと共に、本実施形態のドライブロジック回路30は、第4時刻T4におけるターンオフ信号Sgf(第2信号Sg2)の入力により、ローサイド素子4をターンオフさせるローサイドドライブ制御信号Sldrを出力し、ローサイドゲートドライバ12に入力するように構成されている。具体的には、第4時刻T4に、ローサイドFF33のR端子にハイレベルのターンオフ信号Sgf(第2信号Sg2)を入力することで、S端子の信号レベルに関わらず、ローサイドFF33のQ出力端子から出力されるローサイドドライブ制御信号Sldrはローレベルとされて、ローサイドゲートドライバ12に向けて出力される。これにより前述のように、第4時刻T4の後、ローサイドゲートドライバ12からは、速やかにローサイド素子4をオフさせるゲートドライブ信号Slgが出力され、ローサイド素子4が強制的にオフとされる(図4(b)欄参照)。このようにして第4時刻T4にローサイド素子4をオフとして一次コイル2を流れる一次コイル電流IL1を遮断すると、第4時刻T4の直後に、一次コイル2は、電源側端子2sよりも接地側端子2eが高電位となる負の高電圧VL1を発生する(図4(f)欄参照)。このため、ローサイド素子4のドレイン-ソース間に掛かるローサイド電圧Vldsは、正の大きな波形となる(図4(e)欄参照)。 At the same time, the drive logic circuit 30 of the present embodiment outputs a low-side drive control signal Sldr that turns off the low-side element 4 upon input of the turn-off signal Sgf (second signal Sg2) at the fourth time T4, and outputs a low-side drive control signal Sldr that turns off the low-side gate driver 12. is configured to input. Specifically, by inputting a high-level turn-off signal Sgf (second signal Sg2) to the R terminal of the low-side FF 33 at the fourth time T4, the Q output terminal of the low-side FF 33 is turned off regardless of the signal level of the S terminal. The low-side drive control signal Sldr output from the low-side drive control signal Sldr is set to a low level and is output toward the low-side gate driver 12. As a result, as described above, after the fourth time T4, the low-side gate driver 12 immediately outputs the gate drive signal Slg that turns off the low-side element 4, and the low-side element 4 is forcibly turned off (Fig. (See column 4(b)). In this way, when the low-side element 4 is turned off at the fourth time T4 and the primary coil current IL1 flowing through the primary coil 2 is cut off, immediately after the fourth time T4, the primary coil 2 is connected to the ground side terminal rather than the power supply side terminal 2s. 2e generates a negative high voltage VL1 at a high potential (see column (f) in FIG. 4). Therefore, the low-side voltage Vlds applied between the drain and source of the low-side element 4 has a large positive waveform (see column (e) in FIG. 4).

なお、スナバコンデンサ6は、ローサイド素子4をオフとした第4時刻T4の後に、一次コイル2に発生するサージ電圧を吸収して過電圧を低減し、ローサイド素子4及びハイサイド素子5を保護している。 Note that after the fourth time T4 when the low-side element 4 is turned off, the snubber capacitor 6 absorbs the surge voltage generated in the primary coil 2 to reduce overvoltage and protect the low-side element 4 and the high-side element 5. There is.

このように第4時刻T4の後、一次コイル2に蓄積されているエネルギが開放されて、フライバック型昇圧トランス1の二次コイル3には、まず、正のパルス状で高電圧の二次コイル出力電圧VL2が発生する(図4(g)欄参照)。そしてこれにより、二次コイル3に接続されているプラズマリアクタPRには、まず、正放電電極Dp側を正電位とする誘電体バリア放電(正極放電)が発生する。 In this way, after the fourth time T4, the energy stored in the primary coil 2 is released, and the secondary coil 3 of the flyback step-up transformer 1 first receives a high voltage secondary coil in the form of a positive pulse. Coil output voltage VL2 is generated (see column (g) in FIG. 4). As a result, in the plasma reactor PR connected to the secondary coil 3, first, a dielectric barrier discharge (positive electrode discharge) occurs in which the positive discharge electrode Dp side is set to a positive potential.

さらに、容量性のプラズマリアクタPRと二次コイル3との共振、及び一次コイル2とスナバコンデンサ6との共振により、図4(g)欄に示すように、第4時刻T4以降、二次コイル3には、二次コイル出力電圧VL2として、減衰しつつ正負交番する正弦波状の交番電圧が発生する。これにより、プラズマリアクタPRには、正放電電極Dp側を正電位とする正極放電と、これとは逆に正放電電極Dp側を負電位とする負極放電とが交番して発生する。なお、本実施形態においては、第1時刻T1から第4時刻T4までの一次コイル2への一度のチャージで、第4時刻T4から次回の第1時刻T1までに、二次コイル出力電圧VL2が正側に4回、負側に3回振れる波形のパルスが発生する例を示している。 Furthermore, due to the resonance between the capacitive plasma reactor PR and the secondary coil 3, and the resonance between the primary coil 2 and the snubber capacitor 6, as shown in column (g) of FIG. 3, a sinusoidal alternating voltage that alternates between positive and negative while attenuating is generated as the secondary coil output voltage VL2. As a result, in the plasma reactor PR, a positive discharge in which the positive discharge electrode Dp side is at a positive potential and, conversely, a negative discharge in which the positive discharge electrode Dp side is at a negative potential are alternately generated. In this embodiment, by charging the primary coil 2 once from the first time T1 to the fourth time T4, the secondary coil output voltage VL2 increases from the fourth time T4 to the next first time T1. An example is shown in which a pulse whose waveform swings four times to the positive side and three times to the negative side is generated.

この装置10では、前述のように、マイクロコントローラ20で、第4時刻T4に、ローサイド素子4をターンオフさせる指示をするターンオフ信号Sgf(第2信号Sg2)を生成し、ドライブロジック回路30では、ターンオフ信Sgf号の入力により、ローサイド素子4をターンオフさせるローサイドドライブ制御信号Sldrを出力する。これにより、この装置10では、マイクロコントローラ25で実行するソフトウェアによって、一次コイル2へのチャージ期間Pcの長さを、チャージの各回で同じに揃えたり、内燃機関の運転状況などに応じて、適宜の長さに変更調整することが出来る。このため例えば、チャージ期間の長さを各回で同じに揃えることにより、一次コイル2にチャージされるエネルギを揃えることができ、各回の放電の状況(交番放電の回数や放電の強さなど)を揃えることができる。また、内燃機関の運転状況など、プラズマリアクタPRに届くガスの状況に応じて、チャージ期間Pcの長さを適宜の長さに変化させることで、1回のチャージで蓄えられるエネルギの量を増減させ、放電の強さを変えるなどにより、排気ガスの浄化能力を高めたり低下させたりすることも出来る。 In this device 10, as described above, the microcontroller 20 generates the turn-off signal Sgf (second signal Sg2) that instructs to turn off the low-side element 4 at the fourth time T4, and the drive logic circuit 30 generates the turn-off signal Sgf (second signal Sg2) that instructs to turn off the low-side element 4. In response to input of the signal Sgf, a low-side drive control signal Sldr that turns off the low-side element 4 is output. As a result, in this device 10, the length of the charging period Pc to the primary coil 2 can be made the same for each charge, or can be adjusted as appropriate depending on the operating status of the internal combustion engine, etc., using the software executed by the microcontroller 25. The length can be adjusted. For this reason, for example, by making the length of the charging period the same each time, the energy charged to the primary coil 2 can be made the same, and the discharge status (number of alternating discharges, intensity of discharge, etc.) of each time can be made the same. You can arrange them. In addition, the amount of energy that can be stored in one charge can be increased or decreased by changing the length of the charging period Pc to an appropriate length depending on the state of the gas that reaches the plasma reactor PR, such as the operating state of the internal combustion engine. It is also possible to increase or decrease the exhaust gas purification ability by changing the intensity of the discharge.

また本実施形態では、第4時刻T4における交番放電ステップS2の開始と同時に、ハイサイドオフステップS3も実行し、コントローラ15でハイサイドオフ制御も行う(図2参照)。即ち、本実施形態では、図4(a),(b)欄に示すように、第4時刻T4にローサイド素子4を強制的にオフしたのと同時に、ハイサイド素子5もオフとする。具体的には、マイクロコントローラ20において、下記する第2信号Sg2を生成する第2信号生成処理22(図2参照)を実行する。具体的には、第4時刻T4に、ローサイド素子4のほか、ハイサイド素子5をもターンオフさせる指示をする第2信号Sg2を生成する。さらに具体的には、図4(i)欄に示すように、第4時刻T4に、ローレベルからハイレベルに切り替わる第2信号Sg2を生成する。そして、この第2信号Sg2を、ローサイドFF33のR端子のほか、ハイサイドFF34のR端子、及び、ドライブロジック回路30のNORゲート32にそれぞれ入力する。なお前述したように、第2信号Sg2はターンオフ信号Sgfを兼用している。 Furthermore, in this embodiment, simultaneously with the start of the alternating discharge step S2 at the fourth time T4, the high side off step S3 is also executed, and the controller 15 also performs high side off control (see FIG. 2). That is, in this embodiment, as shown in columns (a) and (b) of FIG. 4, at the fourth time T4, the low-side element 4 is forcibly turned off and at the same time, the high-side element 5 is also turned off. Specifically, the microcontroller 20 executes a second signal generation process 22 (see FIG. 2) that generates a second signal Sg2, which will be described below. Specifically, at the fourth time T4, a second signal Sg2 is generated that instructs to turn off not only the low-side element 4 but also the high-side element 5. More specifically, as shown in column (i) of FIG. 4, the second signal Sg2 that switches from low level to high level is generated at the fourth time T4. The second signal Sg2 is then input to the R terminal of the low side FF 33, the R terminal of the high side FF 34, and the NOR gate 32 of the drive logic circuit 30, respectively. Note that, as described above, the second signal Sg2 also serves as the turn-off signal Sgf.

本実施形態のドライブロジック回路30は、この第2信号Sg2の入力により、ハイサイド素子5をターンオフさせるハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力し、ハイサイドゲートドライバ13に入力するように構成されている。具体的には、第4時刻T4に、ハイサイドFF34のR端子にハイレベルの第2信号Sg2を入力することで、S端子の信号レベルに関わらず、ハイサイドFF34のQB出力端子からは、ハイレベルのハイサイドドライブ制御信号Shdrがハイサイドゲートドライバ13に向けて出力される。ハイサイドゲートドライバ13は負論理で動作するように構成されており、第4時刻T4の後、速やかにハイサイド素子5をオフさせるゲートドライブ信号Shgが出力され、ハイサイド素子5がオフとされる。 The drive logic circuit 30 of this embodiment is configured to output a high-side drive control signal Shdr that turns off the high-side element 5 in response to the input of the second signal Sg2, and input it to the high-side gate driver 13. . Specifically, by inputting the high-level second signal Sg2 to the R terminal of the high-side FF 34 at the fourth time T4, the signal from the QB output terminal of the high-side FF 34 is transmitted, regardless of the signal level of the S terminal. A high-level high-side drive control signal Shdr is output toward the high-side gate driver 13. The high-side gate driver 13 is configured to operate with negative logic, and after the fourth time T4, a gate drive signal Shg that turns off the high-side element 5 is immediately output, and the high-side element 5 is turned off. Ru.

この装置10では、上述のようにすることで、ハイサイド素子5をオフとし、ハイサイド素子5に電流が流れず電圧が掛かり、ハイサイド電圧Vhdsが正となる状態を実現できるから、一次コイル2及び二次コイル3に正負交番電圧を発生させ、プラズマリアクタPRに正負交番放電を発生させることが出来る。
しかも、第4時刻T4において、ハイサイド電圧Vhdsは、0Vとなっている。即ち、ハイサイド素子5のドレイン-ソース間には、電圧が掛かっていない(図4(d)欄参照)。このため、第4時刻T4でのハイサイド素子5のターンオフも、いわゆるソフトスイッチングとなっており、このハイサイド素子5のターンオフにおける損失を減少させることが出来、さらに、エネルギ効率を高めた装置とすることができる。
In this device 10, by doing as described above, it is possible to turn off the high-side element 5, to realize a state in which no current flows through the high-side element 5 but a voltage is applied thereto, and the high-side voltage Vhds becomes positive, so that the primary coil 2 and the secondary coil 3 to generate a positive/negative alternating voltage, it is possible to generate a positive/negative alternating discharge in the plasma reactor PR.
Furthermore, at the fourth time T4, the high side voltage Vhds is 0V. That is, no voltage is applied between the drain and source of the high-side element 5 (see column (d) in FIG. 4). Therefore, the turn-off of the high-side element 5 at the fourth time T4 is also a so-called soft switching, and it is possible to reduce the loss during the turn-off of the high-side element 5, and furthermore, it is possible to realize a device with improved energy efficiency. can do.

特に本実施形態の装置10では、前述のようにマイクロコントローラ20は、第2信号生成処理22において、ターンオフ信号生成処理25を兼ねており(図2参照)、第4時刻T4に、ローサイド素子4をターンオフさせる指示をすると共に、ハイサイド素子5をターンオフさせる指示をする第2信号Sg2を生成する。そしてドライブロジック回路30は、(ターンオフ信号Sgfを兼ねる)第2信号Sg2の入力により、ローサイド素子4をターンオフさせるローサイドドライブ制御信号Sldrを出力すると共に、ハイサイド素子5をターンオフさせるハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力するように構成されている。 In particular, in the device 10 of this embodiment, as described above, the microcontroller 20 also functions as the turn-off signal generation process 25 in the second signal generation process 22 (see FIG. 2), and at the fourth time T4, the microcontroller 20 also functions as the turn-off signal generation process 25. It generates a second signal Sg2 that instructs to turn off the high-side element 5 as well as instructs to turn off the high-side element 5. In response to input of the second signal Sg2 (which also serves as the turn-off signal Sgf), the drive logic circuit 30 outputs a low-side drive control signal Sldr that turns off the low-side element 4 and a high-side drive control signal that turns off the high-side element 5. It is configured to output Shdr.

このためこの装置10では、第2信号Sg2によって、ローサイド素子4及びハイサイド素子5を、第4時刻T4において同時にターンオフさせるので、マイクロコントローラ20における制御が容易になると共に、マイクロコントローラ20からドライブロジック回路30に入力される信号の数を低減して、コントローラ15の構成を簡易に出来る。 Therefore, in this device 10, the low-side element 4 and the high-side element 5 are simultaneously turned off at the fourth time T4 by the second signal Sg2, so that the control in the microcontroller 20 is facilitated, and the drive logic By reducing the number of signals input to the circuit 30, the configuration of the controller 15 can be simplified.

なお、図4(d),(f)欄から理解できるように、第4時刻T4から始まるハイサイドターンオフ許容期間P5においては、電源側端子2sよりも接地側端子2eが高電位となる負の高い一次コイル電圧VL1が発生しており、一次コイル電流IL1も流れていないので、ハイサイド電圧Vhdsはほぼ0となる。従って、交番放電ステップS2の開始の後に、ハイサイドオフステップS3を実行することもできる。即ち、第4時刻T4に続くこの期間P5の期間中に、ハイサイド素子5をターンオフさせることもできる。 As can be understood from the columns (d) and (f) in FIG. 4, during the high-side turn-off tolerance period P5 starting from the fourth time T4, the ground side terminal 2e has a higher potential than the power supply side terminal 2s. Since the high primary coil voltage VL1 is generated and the primary coil current IL1 is not flowing, the high side voltage Vhds becomes almost zero. Therefore, the high side off step S3 can also be executed after the start of the alternating discharge step S2. That is, the high-side element 5 can also be turned off during this period P5 following the fourth time T4.

つまり、マイクロコントローラ20の第2信号生成処理22において、第4時刻T4に続く、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1を上回っているハイサイドターンオフ許容期間P5内に、ハイサイド素子5をターンオフさせる指示をする第2信号Sg2を生成する。これと共に、ドライブロジック回路30は、第2信号Sg2の入力により、ハイサイド素子5をターンオフさせるハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力し、ハイサイドゲートドライバ13に入力するように構成しても良い。具体的には、第4時刻T4に続く期間P5に、ハイサイドFF34のR端子にハイレベルの第2信号Sg2を入力することで、QB出力端子からハイレベルのハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力させても良い。このようにしても、負論理で動作するハイサイドゲートドライバ13は、期間P5内の第2信号Sg2の入力後、速やかにハイサイド素子5をオフさせるゲートドライブ信号Shgが出力され、ハイサイド素子5がオフとされる。 That is, in the second signal generation process 22 of the microcontroller 20, the high-side element 5 is turned off during the high-side turn-off tolerance period P5 following the fourth time T4 during which the low-side voltage Vlds exceeds the first threshold voltage Vth1. A second signal Sg2 is generated that instructs to do so. At the same time, the drive logic circuit 30 may be configured to output a high-side drive control signal Shdr that turns off the high-side element 5 in response to the input of the second signal Sg2, and input the high-side drive control signal Shdr to the high-side gate driver 13. Specifically, in the period P5 following the fourth time T4, by inputting the high-level second signal Sg2 to the R terminal of the high-side FF 34, the high-level high-side drive control signal Shdr is output from the QB output terminal. You can let me. Even in this case, after the input of the second signal Sg2 within the period P5, the high-side gate driver 13 operating with negative logic immediately outputs the gate drive signal Shg that turns off the high-side element 5, and the high-side gate driver 13 operates with negative logic. 5 is turned off.

このようにしても、ハイサイド素子5をオフとし、ハイサイド素子5に電流が流れず電圧が掛かり、ハイサイド電圧Vhdsが正となる状態を実現できるから、一次コイル2及び二次コイル3に正負交番電圧を発生させ、プラズマリアクタPRに正負交番放電を発生させることが出来る。
しかも、期間P5においても、ハイサイド電圧Vhdsは0Vとなっている(図4(d)欄参照)。このため、期間P5におけるハイサイド素子5のターンオフも、いわゆるソフトスイッチングとすることができ、このハイサイド素子5のターンオフにおける損失を減少させ、さらに、エネルギ効率を高めた装置とすることができる。
Even in this case, it is possible to realize a state in which the high-side element 5 is turned off, current does not flow through the high-side element 5, voltage is applied, and the high-side voltage Vhds becomes positive, so that the primary coil 2 and the secondary coil 3 It is possible to generate a positive/negative alternating voltage and generate a positive/negative alternating discharge in the plasma reactor PR.
Moreover, the high-side voltage Vhds is 0V also in the period P5 (see column (d) in FIG. 4). Therefore, the turn-off of the high-side element 5 during the period P5 can also be done by so-called soft switching, and the loss in the turn-off of the high-side element 5 can be reduced, and a device with improved energy efficiency can be achieved.

次いで、回生ステップS4(図3参照)において、第4時刻T4におけるローサイド素子4のオフから予め定めたハイサイドオフ期間P3が経過したら(第3時刻T3)、ハイサイド素子5をオンとする。これにより、ハイサイドターンオフ許容期間P5の経過後にも、プラズマリアクタPRに正負交番する放電が発生する期間を確保する。その上で、その後のハイサイドターンオン許容期間P4には、二次コイル3とプラズマリアクタPRに、さらには、一次コイル2とスナバコンデンサ6に、なおも残留しているエネルギの一部を、バッテリBTに回生させる。また、前述したようにローサイド素子4のターンオンによって開始させる一次コイル2への通電によるチャージに備えて、予めハイサイド素子5をオンさせておくこともできている。 Next, in regeneration step S4 (see FIG. 3), when a predetermined high-side off period P3 has elapsed since the low-side element 4 was turned off at the fourth time T4 (third time T3), the high-side element 5 is turned on. Thereby, even after the high-side turn-off permissible period P5 has elapsed, a period in which alternating positive and negative discharges occur in the plasma reactor PR is ensured. On top of that, during the subsequent high-side turn-on tolerance period P4, a portion of the energy still remaining in the secondary coil 3 and plasma reactor PR, as well as in the primary coil 2 and snubber capacitor 6, is transferred to the battery. Let BT regenerate. Furthermore, as described above, the high-side element 5 can be turned on in advance in preparation for charging by energizing the primary coil 2, which is started by turning on the low-side element 4.

具体的には、マイクロコントローラ20において、第4時刻T4から所定のハイサイドオフ期間P3(例えば本実施形態では、第4時刻T4以降、ローサイド電圧Vldsが正側に2回振れた後で3回振れる前までの期間)に亘ってハイレベルとする第2信号Sg2(図4(i)欄参照)を生成し、この期間P3においては、ハイサイド素子5がターンオンするのを禁止しオフ状態を維持させる。これにより、少なくともハイサイドオフ期間P3に亘って、プラズマリアクタPRにおいて、正負交番する放電を発生させることができる。 Specifically, in the microcontroller 20, from the fourth time T4, a predetermined high side off period P3 (for example, in the present embodiment, after the fourth time T4, the low side voltage Vlds swings to the positive side twice, and then three times. A second signal Sg2 (see column (i) in FIG. 4) is generated to be at a high level during the period (before swinging), and during this period P3, the high-side element 5 is prohibited from turning on and kept in the off state. maintain it. Thereby, alternating positive and negative discharges can be generated in the plasma reactor PR over at least the high side off period P3.

一方、ハイサイドオフ期間P3の経過後から次回のハイサイドオフ期間P3が開始する第4時刻T4までの、ハイサイドターンオン許容期間P4には、ハイサイド素子5のターンオンを許容する。そして、ハイサイドターンオン許容期間P4が開始した後の第3時刻T3に、ハイサイド素子5をターンオンさせるハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力する。具体的には、マイクロコントローラ20は、第2信号生成処理22において、ハイサイドオフ期間P3の経過後から次回のハイサイドオフ期間P3が開始する第4時刻T4まで、ハイサイド素子5のターンオンを許容するハイサイドターンオン許容期間P4を与える第2信号Sg2を生成する。さらに具体的には、ハイサイドターンオン許容期間P4に亘り、ローレベルとした第2信号Sg2(図4(i)欄参照)を、マイクロコントローラ20で生成し、ドライブロジック回路30のNORゲート32、ローサイドFF33及びハイサイドFF34のR端子にそれぞれ入力する。 On the other hand, turn-on of the high-side element 5 is allowed during the high-side turn-on permissible period P4 from the end of the high-side off period P3 until the fourth time T4 when the next high-side off period P3 starts. Then, at a third time T3 after the start of the high-side turn-on permissible period P4, a high-side drive control signal Shdr that turns on the high-side element 5 is output. Specifically, in the second signal generation process 22, the microcontroller 20 turns on the high-side element 5 from after the high-side off period P3 has elapsed until the fourth time T4 when the next high-side off period P3 starts. A second signal Sg2 is generated that provides a permissible high side turn-on period P4. More specifically, the microcontroller 20 generates the second signal Sg2 (see column (i) in FIG. 4) at a low level over the high-side turn-on permissible period P4, and the NOR gate 32 of the drive logic circuit 30, It is input to the R terminals of the low-side FF 33 and high-side FF 34, respectively.

一方、ドライブロジック回路30は、ローサイド素子4がオフとされており(図4(ab)欄参照)、ハイサイドターンオン許容期間P4内で、かつ、ローサイド電圧信号Slvd(図4(h)欄参照)において、ローサイド電圧Vlds(図4(e)欄参照)が第1しきい電圧Vth1を上回ったことを示すローサイド電圧上昇エッジEghlが発生した第3時刻T3に、ハイサイド素子5をターンオンさせるハイサイドドライブ制御信号Shdrを出力するように構成されている。具体的には、上述のように、ハイサイドターンオン許容期間P4内は、第2信号Sg2はローレベルとされている。ローサイド電圧信号Slvd(図4(h)欄参照)において、第3時刻T3にハイレベルからローレベルに切り替わるローサイド電圧上昇エッジEghlが発生すると、既にローレベルの第2信号が入力されていたNORゲート32の出力は、第3時刻T3にローレベルからハイレベルに切り替わる。このため、このNORゲート32の出力がS端子に入力されたハイサイドFF34のQB出力端子からは、ハイレベルからローレベルに切り替わったハイサイドドライブ制御信号Shdrが出力される。そして、この信号Shdrが入力されたハイサイドゲートドライバ13により、ハイサイド素子5をターンオンされる(図4(a)欄参照)。 On the other hand, in the drive logic circuit 30, the low-side element 4 is turned off (see column (ab) in FIG. 4), and within the high-side turn-on permissible period P4, and the low-side voltage signal Slvd (see column (h) in FIG. 4). ), at the third time T3 when the low-side voltage rising edge Eghl indicating that the low-side voltage Vlds (see column (e) in FIG. 4) exceeds the first threshold voltage Vth1 occurs, the high-side voltage that turns on the high-side element 5 occurs. It is configured to output a side drive control signal Shdr. Specifically, as described above, the second signal Sg2 is at a low level during the high-side turn-on permissible period P4. In the low-side voltage signal Slvd (see column (h) in FIG. 4), when a low-side voltage rising edge Eghl that switches from high level to low level occurs at the third time T3, the NOR gate to which the second signal at low level has already been input The output of 32 switches from low level to high level at third time T3. Therefore, the high-side drive control signal Shdr switched from high level to low level is output from the QB output terminal of the high-side FF 34 to which the output of the NOR gate 32 is input to the S terminal. The high-side gate driver 13 to which this signal Shdr is input turns on the high-side element 5 (see column (a) in FIG. 4).

上述の装置10では、前述したようにローサイド素子4のターンオンによって開始させる一次コイル2への通電によるチャージに備えて、予めハイサイド素子5をオンさせておくにあたり、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1を上回った第3時刻T3に、ハイサイド素子5をターンオンさせる。ところで、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1を上回ったこと(Vlds>Vth1)は、ハイサイド電圧Vhdsが、ローサイド電圧Vldsにおける第1しきい電圧Vth1に対応する第2しきい電圧Vth2よりも低下したこと(Vhds<Vth2)を示すものにもなっている。以下で説明する。 In the above-described device 10, in order to turn on the high-side element 5 in advance in preparation for charging by energizing the primary coil 2 which is started by turning on the low-side element 4 as described above, the low-side voltage Vlds is set to the first threshold. At the third time T3 when the voltage exceeds Vth1, the high side element 5 is turned on. By the way, the fact that the low side voltage Vlds exceeds the first threshold voltage Vth1 (Vlds>Vth1) means that the high side voltage Vhds is higher than the second threshold voltage Vth2 corresponding to the first threshold voltage Vth1 at the low side voltage Vlds. It also indicates that the voltage has decreased (Vhds<Vth2). This will be explained below.

図2及び図4(d),(e)欄から理解できるように、ローサイド素子4及びハイサイド素子5のいずれもがオフとされている第4時刻T4から第3時刻T3までの期間(図4(a)(b)欄参照)においては、ローサイド素子4のうち、ソース端子Sの電位はそもそも接地電位GNDに固定されている一方、ドレイン端子Dの電位は接地電位GNDから切り離された状態となっている。同様に、ハイサイド素子5のうち、ソース端子Sの電位はそもそもバッテリBTの正極端子BTPの電位(例えば+12V)に固定されている一方、ドレイン端子Dの電位は正極端子BTPの電位から切り離された状態となっている。その中で、一次コイル2には、前述のように、正負に交番する一次コイル電圧VL1(図4(f)欄参照)が生じている。このため、正のローサイド電圧Vldsが発生する期間と、正のハイサイド電圧Vhdsが発生する期間とは、逆の期間となる。 As can be understood from the columns (d) and (e) of FIG. 2 and FIG. 4(a) and (b)), the potential of the source terminal S of the low-side element 4 is originally fixed to the ground potential GND, while the potential of the drain terminal D is separated from the ground potential GND. It becomes. Similarly, in the high-side element 5, the potential of the source terminal S is originally fixed to the potential of the positive terminal BTP of the battery BT (for example, +12V), while the potential of the drain terminal D is separated from the potential of the positive terminal BTP. The situation is as follows. Among them, as described above, a primary coil voltage VL1 (see column (f) in FIG. 4) which alternates between positive and negative is generated in the primary coil 2. Therefore, the period in which the positive low-side voltage Vlds is generated and the period in which the positive high-side voltage Vhds is generated are opposite periods.

従って、本実施形態では、ローサイド電圧信号Slvd(図4(h)欄参照)がハイレベルである場合は、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1以下であることを示すほか、間接的に、ハイサイド電圧Vhdsがバッテリ電圧Vsよりも低い第2しきい電圧Vth2よりも大きな正の値となっていることを示している。逆に、このローサイド電圧信号Slvdがローレベルである場合は、ローサイド電圧Vldsが第1しきい電圧Vth1よりも大きな正の値となっていることを示すほか、間接的に、ハイサイド電圧Vhdsが第2しきい電圧Vth2以下であることを示している。このため、ローサイド電圧信号Slvdが、ハイレベルからローレベルに変化するローサイド電圧上昇エッジEghlが発生するタイミング(例えば第3時刻T3)は、ハイサイド電圧Vhdsが、第2しきい電圧Vth2よりも大きな正の値から第2しきい電圧Vth2以下の値になったことをも示している。 Therefore, in this embodiment, when the low-side voltage signal Slvd (see column (h) in FIG. 4) is at a high level, it not only indicates that the low-side voltage Vlds is equal to or lower than the first threshold voltage Vth1, but also indirectly indicates that This indicates that the high side voltage Vhds has a larger positive value than the second threshold voltage Vth2, which is lower than the battery voltage Vs. Conversely, when this low-side voltage signal Slvd is at a low level, it not only indicates that the low-side voltage Vlds has a positive value larger than the first threshold voltage Vth1, but also indirectly indicates that the high-side voltage Vhds This indicates that the second threshold voltage Vth2 is lower than the second threshold voltage Vth2. Therefore, at the timing when the low-side voltage rising edge Eghl at which the low-side voltage signal Slvd changes from high level to low level occurs (for example, at the third time T3), the high-side voltage Vhds is higher than the second threshold voltage Vth2. It also indicates that the value has changed from a positive value to a value equal to or lower than the second threshold voltage Vth2.

そして、第3時刻T3は、ハイサイドオフ期間P3の経過後のうち、振動する一次コイル電圧VL1が正から負の値に変化するために、ハイサイド素子5のドレイン-ソース間に掛かるハイサイド電圧Vhdsが、正の値から第2しきい電圧Vth2より小さい(Vhds<Vth2)ほぼ0になるタイミングである。即ち、この第3時刻T3には、ハイサイド素子5のドレイン-ソース間には、大きな電圧が掛かっていない(図4(d)欄参照)。従って、第3時刻T3におけるハイサイド素子5のターンオンは、いわゆるソフトスイッチングとなっている。このため、ハイサイド素子5のターンオンにおける損失を減少させることができ、さらにエネルギ効率を高めた装置10とすることができる。 Then, at the third time T3, after the high side off period P3 has elapsed, the oscillating primary coil voltage VL1 changes from a positive value to a negative value. This is the timing when the voltage Vhds changes from a positive value to approximately 0, which is smaller than the second threshold voltage Vth2 (Vhds<Vth2). That is, at this third time T3, no large voltage is applied between the drain and source of the high-side element 5 (see column (d) in FIG. 4). Therefore, the turn-on of the high-side element 5 at the third time T3 is so-called soft switching. Therefore, the loss during turn-on of the high-side element 5 can be reduced, and the device 10 can have further improved energy efficiency.

加えて、本実施形態のマイクロコントローラ20では、生成する第2信号Sg2によって、直接、ハイサイド素子5のターンオンを指示するのではなく、ハイサイドターンオン許容期間P4を与える。その一方、ドライブロジック回路30では、第3時刻T3に、ハイサイド素子5をターンオンさせるハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている。 In addition, in the microcontroller 20 of this embodiment, the generated second signal Sg2 does not directly instruct turn-on of the high-side element 5, but provides a high-side turn-on permissible period P4. On the other hand, the drive logic circuit 30 is configured to output a high-side drive control signal that turns on the high-side element 5 at the third time T3.

このように、マイクロコントローラ20を用いることで、このマイクロコントローラ20で作動するソフトウェアによって、内燃機関の作動状態などの変動要因や使用するプラズマリアクタPRの品番の違いなどを考慮して、第2信号Sg2で与えるハイサイドターンオン許容期間P4の始期(第4時刻T4:開始タイミング)や長さ、終期(終了タイミング)などを適切かつ容易に設定することが出来る。その一方、予め定めた論理処理を短時間で処理できるドライブロジック回路30をも用いるので、ローサイド素子4が既にオフとされており、第2信号Sg2で設定されたハイサイドターンオン許容期間P4内で、かつ、ローサイド電圧上昇エッジEghlが入力された第3時刻T3に、ハイサイドドライブ制御信号Shdrを遅滞なく出力することが出来る。 In this way, by using the microcontroller 20, the software running on the microcontroller 20 can control the second signal by taking into consideration fluctuation factors such as the operating state of the internal combustion engine and differences in the product numbers of the plasma reactors PR used. The start time (fourth time T4: start timing), length, end time (end timing), etc. of the high side turn-on permissible period P4 given by Sg2 can be appropriately and easily set. On the other hand, since the drive logic circuit 30 that can process predetermined logic processing in a short time is also used, the low-side element 4 is already turned off, and within the high-side turn-on permissible period P4 set by the second signal Sg2. , and the high-side drive control signal Shdr can be output without delay at the third time T3 when the low-side voltage rising edge Eghl is input.

しかも、ハイサイド素子5を第3時刻T3でターンオンさせたことにより、図4(c)(d)(f)欄に示すように、第3時刻T3の後で次回の第1時刻T1よりも前の期間のうち、一次コイル電圧VL1として(バッテリ電圧Vsよりも高い)正電圧が発生して、ハイサイド電圧Vhdsが正の値となるはずの第5時刻T5~第6時刻T6の期間に、バッテリ電圧Vsにほぼ等しい一次コイル電圧VL1及びごく低いハイサイド電圧Vhdsしか発生しない一方、負の一次コイル電流IL1がバッテリBTに向けて流れている。このようにしてバッテリBTに向けてエネルギを回生することができ、プラズマリアクタ用電源装置10のエネルギ効率をさらに良好とすることができる。また、このようにして一次コイル2等に残留しているエネルギを十分減少させることで、次回の第1時刻T1~第4時刻T4のチャージ期間Pcにおける一次コイル2へのエネルギチャージをスムーズに行い得る利点もある。
なお、図4(g)欄に示すように、回生により、時刻T5~T6には、二次コイル出力電圧VL2の大きさも、ごく小さくなっている。
Moreover, by turning on the high side element 5 at the third time T3, as shown in columns (c), (d), and (f) of FIG. During the previous period, a positive voltage (higher than the battery voltage Vs) is generated as the primary coil voltage VL1, and the high-side voltage Vhds is supposed to have a positive value during the period from the fifth time T5 to the sixth time T6. , only a primary coil voltage VL1 approximately equal to the battery voltage Vs and a very low high side voltage Vhds are generated, while a negative primary coil current IL1 is flowing toward the battery BT. In this way, energy can be regenerated toward the battery BT, and the energy efficiency of the plasma reactor power supply device 10 can be further improved. In addition, by sufficiently reducing the energy remaining in the primary coil 2, etc. in this way, energy can be charged smoothly to the primary coil 2 during the next charging period Pc from the first time T1 to the fourth time T4. There are also benefits to be gained.
Note that, as shown in column (g) of FIG. 4, due to regeneration, the magnitude of the secondary coil output voltage VL2 also becomes very small from time T5 to T6.

なお本実施形態では、図4に示すように、第3時刻T3として、電圧検知部14Lにおけるローサイド電圧信号Slvdが、ハイレベルからローレベルに変化したタイミングを用いた。
しかし例えば、ハイサイドターンオン許容期間P4の期間のうち、ローサイド電圧信号Slvdが、ハイレベルからローレベルに変化してから1μs間に亘りローレベルが継続した後など、ハイサイドターンオン許容期間P4の期間のうち、電圧検知部14Lによって間接的に検知したハイサイド電圧Vhdsが第2しきい電圧Vth2以下であることを検知している期間(即ち、ローサイド電圧信号Slvdがローレベルである期間)の中から選んだ適宜のタイミングを、第3時刻T3として、ハイサイド素子5をターンオンさせるソフトオン制御を実行しても良い。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the timing at which the low-side voltage signal Slvd in the voltage detection section 14L changes from high level to low level is used as the third time T3.
However, for example, during the period of the high-side turn-on permissible period P4, after the low-side voltage signal Slvd changes from a high level to a low level and continues to be at a low level for 1 μs, the period of the high-side turn-on permissible period P4 During the period in which it is detected that the high side voltage Vhds indirectly detected by the voltage detection unit 14L is equal to or lower than the second threshold voltage Vth2 (that is, the period in which the low side voltage signal Slvd is at a low level). A soft-on control for turning on the high-side element 5 may be executed by setting an appropriate timing selected from the above as the third time T3.

第3時刻T3にハイサイド素子5をターンオンさせた後は、次回の第1時刻T1以降において、チャージステップS1から回生ステップS4を繰り返す。 After turning on the high side element 5 at the third time T3, the charging step S1 to the regeneration step S4 are repeated from the next first time T1 onward.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied with appropriate modifications without departing from the gist thereof.

PR プラズマリアクタ
GND 接地電位
BT バッテリ(直流電源)
Vs バッテリ電圧(直流電源の出力電圧)
BTP (バッテリの)正極端子
10 プラズマリアクタ用電源装置
1 フライバック型昇圧トランス
2 (フライバック型昇圧トランスの)一次コイル
2e (一次コイルの)接地側端子
2s (一次コイルの)電源側端子
3 (フライバック型昇圧トランスの)二次コイル
3p (二次コイルの)正極端子
3n (二次コイルの)負極端子
VL2 二次コイル出力電圧
4 ローサイドスイッチ素子
Vlds ローサイド電圧
5 ハイサイドスイッチ素子
Vhds ハイサイド電圧
6 スナバコンデンサ
11 素子制御部
14L 電圧検知部(ローサイド電圧検知部)
Slvd ローサイド電圧信号
Egll ローサイド電圧低下エッジ
Eghl ローサイド電圧上昇エッジ
15 コントローラ(ドライバ制御部)
20 マイクロコントローラ
21 第1信号生成処理
22 第2信号生成処理
23 第1時刻検知処理(第1タイミング検知処理)
24 周期確保タイマー処理
25 ターンオフ信号生成処理
Tloo チャージ周期
Pc チャージ期間
P5 ハイサイドターンオフ許容期間
Sg1 第1信号
Sg2 第2信号
Sgf ターンオフ信号
T1 第1時刻(第1タイミング)
T2 第2時刻(第2タイミング)
T3~T6 時刻
TP1 第1経過タイミング
30 ドライブロジック回路
Sldr ローサイドドライブ制御信号
Shdr ハイサイドドライブ制御信号
31 ANDゲート
32 NORゲート
33 ローサイドSRフリップフロップ
34 ハイサイドSRフリップフロップ
Vth1 第1しきい電圧
Vth2 第2しきい電圧
S1 チャージステップ
S2 交番放電ステップ
S3 ハイサイドオフステップ
S4 回生ステップ
PR Plasma reactor GND Ground potential BT Battery (DC power supply)
Vs Battery voltage (DC power supply output voltage)
BTP (battery) positive terminal 10 Plasma reactor power supply 1 Flyback step-up transformer 2 (flyback step-up transformer) primary coil 2e (primary coil) ground terminal 2s (primary coil) power supply terminal 3 ( Secondary coil 3p (of flyback step-up transformer) Positive terminal 3n (of secondary coil) Negative terminal VL2 (of secondary coil) Secondary coil output voltage 4 Low-side switch element Vlds Low-side voltage 5 High-side switch element Vhds High-side voltage 6 Snubber capacitor 11 Element control section 14L Voltage detection section (low side voltage detection section)
Slvd Low-side voltage signal Egll Low-side voltage drop edge Eghl Low-side voltage rise edge 15 Controller (driver control section)
20 Microcontroller 21 First signal generation process 22 Second signal generation process 23 First time detection process (first timing detection process)
24 Period securing timer processing 25 Turn-off signal generation processing Tloo Charge period Pc Charge period P5 High side turn-off tolerance period Sg1 First signal Sg2 Second signal Sgf Turn-off signal T1 First time (first timing)
T2 Second time (second timing)
T3 to T6 Time TP1 First elapsed timing 30 Drive logic circuit Sldr Low-side drive control signal Shdr High-side drive control signal 31 AND gate 32 NOR gate 33 Low-side SR flip-flop 34 High-side SR flip-flop Vth1 First threshold voltage Vth2 Second Threshold voltage S1 Charge step S2 Alternate discharge step S3 High side off step S4 Regeneration step

Claims (7)

接地側端子及び電源側端子を含む一次コイル、及び、
プラズマリアクタを両端に接続する二次コイル、を有する
フライバック型昇圧トランスと、
上記一次コイルの上記接地側端子と接地電位との間に接続されたローサイドスイッチ素子と、
上記一次コイルの上記電源側端子と直流電源の正極端子に接続する電源側端子との間に接続されたハイサイドスイッチ素子と、
上記ローサイドスイッチ素子をオンオフさせるローサイドドライバと、
上記ハイサイドスイッチ素子をオンオフさせるハイサイドドライバと、
上記ローサイドドライバ及び上記ハイサイドドライバによる上記ローサイドスイッチ素子及び上記ハイサイドスイッチ素子のオンオフを制御するドライバ制御部と、を備え、
上記一次コイルへの一度のエネルギのチャージで、接続した上記プラズマリアクタにおいて複数回に亘る正負交番放電を生じさせる
プラズマリアクタ用電源装置であって、
上記ドライバ制御部は、
接地電位に対する上記一次コイルの上記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知し、正の第1しきい電圧を境界とした高低を示す二値のローサイド電圧信号を出力するローサイド電圧検知部と、
上記ローサイドスイッチ素子のターンオンを許容するローサイドターンオン許容期間を与える第1信号を生成する第1信号生成処理を実行可能に構成されたマイクロコントローラと、
ハードウェアロジック回路で構成され、
上記第1信号、及び、
上記ローサイド電圧信号が入力され、
上記ローサイドドライバに向けたローサイドドライブ制御信号、及び、
上記ハイサイドドライバに向けたハイサイドドライブ制御信号、を出力する
ドライブロジック回路であって、
上記ハイサイドスイッチ素子がオンとされており、
上記ローサイドターンオン許容期間内で、かつ、
上記ローサイド電圧信号において、上記ローサイド電圧が上記第1しきい電圧よりも低下したことを示すローサイド電圧低下エッジが発生した、
第1タイミングに、
上記ローサイドスイッチ素子をターンオンさせ、上記一次コイルへの通電によるチャージを行わせる上記ローサイドドライブ制御信号を出力するように構成された
ドライブロジック回路と、を有する
プラズマリアクタ用電源装置。
a primary coil including a ground side terminal and a power side terminal, and
a flyback step-up transformer having a secondary coil connected to both ends of the plasma reactor;
a low side switch element connected between the ground side terminal of the primary coil and ground potential;
a high side switch element connected between the power supply side terminal of the primary coil and a power supply side terminal connected to the positive terminal of the DC power supply;
a low-side driver that turns on and off the low-side switch element;
a high-side driver that turns on and off the high-side switch element;
a driver control unit that controls on/off of the low side switch element and the high side switch element by the low side driver and the high side driver,
A power supply device for a plasma reactor that generates positive and negative alternating discharges multiple times in the connected plasma reactor by charging energy once to the primary coil,
The above driver control section is
a low-side voltage detection unit that detects a low-side voltage that is a voltage of the ground-side terminal of the primary coil with respect to a ground potential, and outputs a binary low-side voltage signal indicating high and low levels with a positive first threshold voltage as a boundary;
a microcontroller configured to be able to execute a first signal generation process that generates a first signal that provides a low-side turn-on tolerance period that allows turn-on of the low-side switch element;
Consists of hardware logic circuits,
the first signal; and
The above low side voltage signal is input,
a low-side drive control signal directed to the low-side driver, and
A drive logic circuit that outputs a high-side drive control signal directed to the high-side driver,
The above high side switch element is turned on,
Within the above low side turn-on permissible period, and
In the low-side voltage signal, a low-side voltage drop edge indicating that the low-side voltage has decreased below the first threshold voltage has occurred;
At the first timing,
a drive logic circuit configured to output the low-side drive control signal that turns on the low-side switch element and charges the primary coil by energizing it.
請求項1に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記第1信号生成処理において、前記第1タイミングにおける、前記ドライブロジック回路での前記ローサイドスイッチ素子のターンオンの指示から、周期確保期間が経過した第2タイミングに、次回の前記ローサイドターンオン許容期間が開始する前記第1信号を生成する
プラズマリアクタ用電源装置。
The plasma reactor power supply device according to claim 1,
The microcontroller is
In the first signal generation process, the next low-side turn-on permissible period starts at a second timing when a period ensuring period has elapsed from the instruction to turn on the low-side switch element in the drive logic circuit at the first timing. A power supply device for a plasma reactor that generates the first signal.
請求項2に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記ローサイドドライブ制御信号を用いて、前記第1タイミングを検知する第1タイミング検知処理と、
上記第1タイミング検知処理における上記第1タイミングの検知から、前記周期確保期間が経過した前記第2タイミングまでを計時する周期確保タイマー処理に加え、
上記第2タイミングの経過時に、前記ローサイドターンオン許容期間を開始する前記第1信号を生成する前記第1信号生成処理と、を実行可能に構成されている
プラズマリアクタ用電源装置。
The plasma reactor power supply device according to claim 2,
The microcontroller is
a first timing detection process of detecting the first timing using the low side drive control signal;
In addition to cycle securing timer processing that measures time from the detection of the first timing in the first timing detection processing to the second timing when the cycle securing period has elapsed;
A power supply device for a plasma reactor configured to be capable of executing the first signal generation process of generating the first signal for starting the low-side turn-on permissible period when the second timing has elapsed.
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記ハイサイドスイッチ素子のターンオンを許容するハイサイドターンオン許容期間を与える第2信号を生成する第2信号生成処理をも実行可能に構成されており、
ドライブロジック回路は、
前記ローサイドスイッチ素子がオフとされており、
上記ハイサイドターンオン許容期間内で、かつ、
前記ローサイド電圧信号において、前記ローサイド電圧が前記第1しきい電圧を上回ったことを示すローサイド電圧上昇エッジが発生した、
第3タイミングに、
上記ハイサイドスイッチ素子をターンオンさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている
プラズマリアクタ用電源装置。
A power supply device for a plasma reactor according to any one of claims 1 to 3,
The microcontroller is
It is also configured to be able to execute a second signal generation process that generates a second signal that provides a high-side turn-on permissible period that allows turn-on of the high-side switch element,
The drive logic circuit is
the low side switch element is turned off;
Within the above high side turn-on permissible period, and
A low-side voltage rising edge indicating that the low-side voltage exceeds the first threshold voltage has occurred in the low-side voltage signal;
At the third timing,
A power supply device for a plasma reactor configured to output the high side drive control signal that turns on the high side switch element.
請求項4に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記第1タイミングにおける、前記ドライブロジック回路での前記ローサイドスイッチ素子のターンオンの指示から、チャージ期間が経過した第4タイミングに、上記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をするターンオフ信号を生成するターンオフ信号生成処理をも実行可能に構成されており、
前記ドライブロジック回路は、
上記第4タイミングにおける上記ターンオフ信号の入力により、上記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ローサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている
プラズマリアクタ用電源装置。
The plasma reactor power supply device according to claim 4,
The microcontroller is
Turn-off signal generation that generates a turn-off signal that instructs to turn off the low-side switch element at a fourth timing when a charge period has elapsed from an instruction to turn on the low-side switch element in the drive logic circuit at the first timing. It is configured to be able to execute processing as well.
The drive logic circuit is
A power supply device for a plasma reactor configured to output the low-side drive control signal that turns off the low-side switch element upon input of the turn-off signal at the fourth timing.
請求項5に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記第2信号生成処理において、
前記第4タイミングに、又は、
前記第4タイミングに続く、前記ローサイド電圧が前記第1しきい電圧を上回っているハイサイドターンオフ許容期間内に、
上記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をする前記第2信号を生成し、
前記ドライブロジック回路は、
上記第2信号の入力により、前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている
プラズマリアクタ用電源装置。
The plasma reactor power supply device according to claim 5,
The microcontroller is
In the second signal generation process,
At the fourth timing, or
Following the fourth timing, within a high-side turn-off tolerance period during which the low-side voltage exceeds the first threshold voltage,
generating the second signal that instructs to turn off the high-side switch element;
The drive logic circuit is
A power supply device for a plasma reactor configured to output the high-side drive control signal that turns off the high-side switch element upon input of the second signal.
請求項6に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
前記マイクロコントローラは、
前記第2信号生成処理において、前記ターンオフ信号生成処理を兼ねており、
前記第4タイミングに、
前記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をすると共に、
前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる指示をする、
前記第2信号を生成し、
前記ドライブロジック回路は、
上記第2信号の入力により、
前記ローサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ローサイドドライブ制御信号を出力すると共に、
前記ハイサイドスイッチ素子をターンオフさせる前記ハイサイドドライブ制御信号を出力するように構成されている
プラズマリアクタ用電源装置。
The plasma reactor power supply device according to claim 6,
The microcontroller is
The second signal generation process also serves as the turn-off signal generation process,
At the fourth timing,
Instructing to turn off the low side switch element, and
instructing to turn off the high side switch element;
generating the second signal;
The drive logic circuit is
By inputting the above second signal,
Outputting the low side drive control signal that turns off the low side switch element,
A power supply device for a plasma reactor configured to output the high side drive control signal that turns off the high side switch element.
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