JP7361666B2 - プラズマリアクタ用電源装置、及びプラズマリアクタ用電源装置の制御方法 - Google Patents

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、及びプラズマリアクタ用電源装置の制御方法に関する。

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。

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。

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、スイッチング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、スイッチング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、スイッチング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、スイッチング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。

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）をスイッチング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）は別のスイッチング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つのスイッチング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ング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、スイッチング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。

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ング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ング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。

特開２０１７－１５０４５６号公報 特開２０１７－１１８７５１号公報

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ング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ング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。

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、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、及びプラズマリアクタ用電源装置の制御方法を提供するものである。

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素子制御部と、を備えるプラズマリアクタ用電源装置であって、上記素子制御部は、上記直流電源及び上記プラズマリアクタを接続した状態において、上記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とをオンとして、上記直流電源から、上記一次コイルにエネルギをチャージさせるチャージ制御と、上記ローサイドスイッチ素子をオフとして、上記二次コイルを介して上記プラズマリアクタに正負交番する交番電圧を印加し、上記プラズマリアクタに正負交番する放電を発生させる交番放電制御と、上記交番放電制御における上記ローサイドスイッチ素子のオフと同時に、又は上記ローサイドスイッチ素子をオフとした直後の上記一次コイルに上記接地側端子が上記電源側端子よりも高電位となる電圧が発生している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オフとするハイサイドオフ制御と、上記ターンオフ許容期間より後に、上記ハイサイドスイッチ素子をオンとし、上記二次コイル及び上記プラズマリアクタに残留するエネルギの一部を、上記直流電源に回生させる回生制御と、を繰り返し実行可能に構成されてなるプラズマリアクタ用電源装置システムである。

上述のプラズマリアクタ用電源装置では、フライバック型昇圧トランス、ローサイドスイッチ素子、及び、ハイサイドスイッチ素子に加え、上述のチャージ制御、交番放電制御、ハイサイドオフ制御、及び回生制御を繰り返し実行可能に構成された素子制御部を備えている。このため、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。さらに一部のエネルギを直流電源に回生することができるので、エネルギ効率の良好なプラズマリアクタ用電源装置とすることができる。

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。

また、素子制御部は、チャージ制御、交番放電制御、ハイサイドオフ制御、及び回生制御を繰り返し実行可能に構成されていればよく、その全体をこれらの制御を実行する論理回路で構成しても良いし、マイクロコンピュータによるソフトウェア上の処理と、このマイクロコンピュータからの指示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駆動するドライバ回路で構成してもよい。また、マイクロコンピュータによるソフトウェア上の処理と、このマイクロコンピュータからの指示に従って所定の論理処理を行う論理回路、及び、この論理回路の指示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駆動するドライバ回路で構成してもよい。

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。

上述のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記一次コイルの前記接地側端子と前記電源側端子とに導通して、上記一次コイルと並列に接続されたスナバコンデンサを備える
プラズマリアクタ用電源装置とすると良い。

このプラズマリアクタ用電源装置では、一次コイルと並列にスナバコンデンサを設けている。これにより、チャージ制御において一次コイルにエネルギをチャージした後、ローサイドスイッチ素子をオフとして二次コイルに高電圧を発生させた際に生じる、サージ電圧を吸収して過電圧を低減し、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保護することができる。

更に、前述のいずれかに記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、前記素子制御部は、前記回生制御において前記ハイサイドスイッチ素子をオンとした後の前記チャージ制御において、上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ローサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第１しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ローサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を、実行可能に構成されてなるプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。

上述のプラズマリアクタ用電源装置では、ローサイド電圧検知部及びハイサイド電圧検知部の少なくともいずれかを備えており、素子制御部はチャージ制御において、ローサイド電圧検知部でローサイド電圧が第１しきい電圧以下であることを検知したとき、あるいはハイサイド電圧検知部で検知したハイサイド電圧を通じてローサイド電圧が第１しきい電圧以下であることを検知したときにローサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を行う。即ち、ローサイドスイッチ素子をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、チャージ制御において、ローサイドスイッチ素子をオンさせるに当たり、ローサイドスイッチ素子におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

更に、前述のいずれかに記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、前記素子制御部は、前記回生制御において、上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ハイサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第２しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ハイサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を、実行可能に構成されてなるプラズマリアクタ用電源装置とすると良い。

上述のプラズマリアクタ用電源装置でも、ローサイド電圧検知部及びハイサイド電圧検知部の少なくともいずれかを備えている。加えて、素子制御部は回生制御において、ローサイド電圧検知部で検知したローサイド電圧を通じてハイサイド電圧が第２しきい電圧以下であることを検知したとき、あるいはハイサイド電圧検知部でハイサイド電圧が第２しきい電圧以下であることを検知したときに、ハイサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を行う。即ち、ハイサイドスイッチ素子をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、回生制御のソフトオン制御において、ハイサイドスイッチ素子をオンさせるに当たり、ハイサイドスイッチ素子におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

上記課題を解決するための他の態様は、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との間に接続されたハイサイドスイッチ素子と、を備えるプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、上記直流電源及び上記プラズマリアクタを接続した状態において、上記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とをオンとして、上記直流電源から、上記一次コイルにエネルギをチャージさせるチャージステップと、上記ローサイドスイッチ素子をオフとして、上記二次コイルを介して上記プラズマリアクタに正負交番する交番電圧を印加し、上記プラズマリアクタに正負交番する放電を発生させる交番放電ステップと、上記交番放電ステップにおける上記ローサイドスイッチ素子のオフと同時に、又は上記ローサイドスイッチ素子をオフとした直後の上記一次コイルに上記接地側端子が上記電源側端子よりも高電位となる電圧が発生している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オフとするハイサイドオフステップと、上記ターンオフ許容期間より後に、上記ハイサイドスイッチ素子をオンとし、上記二次コイル及び上記プラズマリアクタに残留するエネルギの一部を、上記直流電源に回生させる回生ステップと、を繰り返し実行するプラズマリアクタ用電源装置の制御方法である。

上述のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法では、プラズマリアクタ用電源装置にフライバック型昇圧トランス、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備え、上述のチャージステップ、交番放電ステップ、ハイサイドオフステップ、及び回生ステップを繰り返し実行可能に構成された素子制御部を備えている。このため、この電源装置によって、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。さらに一部のエネルギを直流電源に回生できるので、エネルギ効率良好にプラズマリアクタ用電源装置を制御することができる。

また上述のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、前記プラズマリアクタ用電源装置は、前記一次コイルの前記接地側端子と前記電源側端子とに導通して、上記一次コイルと並列に接続されたスナバコンデンサを備えるプラズマリアクタ用電源装置の制御方法である。

このプラズマリアクタ用電源装置の制御方法では、プラズマリアクタ用電源装置において、一次コイルと並列にスナバコンデンサを設けている。これにより、チャージステップで一次コイルにエネルギをチャージした後の交番放電ステップで、ローサイドスイッチ素子をオフとして二次コイルに高電圧を発生させた際に生じる、サージ電圧を吸収して過電圧を低減し、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保護することができる。

さらに、上述のいずれかのプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、前記プラズマリアクタ用電源装置は、前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、前記回生ステップにおいて前記ハイサイドスイッチ素子をオンとした後の前記チャージステップは、上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ローサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第１しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ローサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオンステップを含む、プラズマリアクタ用電源装置の制御方法とすると良い。

上述のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法では、プラズマリアクタ用電源装置に、さらにローサイド電圧検知部及びハイサイド電圧検知部の少なくともいずれかを備えている。加えて、チャージステップのソフトオンステップでは、ローサイド電圧検知部でローサイド電圧が第１しきい電圧以下であることを検知したとき、あるいはハイサイド電圧検知部で検知したハイサイド電圧を通じてローサイド電圧が第１しきい電圧以下であることを検知したときに、ローサイドスイッチ素子をオンさせる。即ち、ローサイドスイッチ素子をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、チャージステップにおいて、ローサイドスイッチ素子をオンさせるに当たり、ローサイドスイッチ素子におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

加えて、前述のいずれかのプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、前記プラズマリアクタ用電源装置は、前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、前記回生ステップは、上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ハイサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第２しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ハイサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオンステップを含むプラズマリアクタ用電源装置の制御方法とすると良い。

上述のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法でも、プラズマリアクタ用電源装置に、さらにローサイド電圧検知部及びハイサイド電圧検知部の少なくともいずれかを備えている。加えて、回生ステップのうちソフトオンステップでは、ローサイド電圧検知部で検知したローサイド電圧を通じてハイサイド電圧が第２しきい電圧以下であることを検知したとき、あるいはハイサイド電圧検知部でハイサイド電圧が第２しきい電圧以下であることを検知したときに、ハイサイドスイッチ素子をオンさせる。即ち、ハイサイドスイッチ素子をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、回生ステップのソフトオンステップにおいて、ハイサイドスイッチ素子をオンさせるに当たり、ハイサイドスイッチ素子におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

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。 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。 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。 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。

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。

＜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。

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＝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。

本実施形態においては、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（ｊ）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。

＜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スイッチ素子４及びハイサイドスイッチ素子５、スナバコンデンサ６、及び、ローサイドスイッチ素子４及びハイサイドスイッチ素子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、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、ローサイド電圧Ｖｌｄｓを検知する電圧検知部１４Ｌ、及びコントローラ１５を有している。

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、ハイサイドスイッチ素子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、ローサイドスイッチ素子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。

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、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。

ローサイドスイッチ素子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によりローサイドスイッチ素子４のオンオフが切り替わる。なお、このローサイドスイッチ素子４は、ドレイン－ソース間に寄生ダイオードを有している。

一方、ハイサイドスイッチ素子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によりハイサイドスイッチ素子５のオンオフが切り替わる。なお、このハイサイドスイッチ素子５も、ドレイン－ソース間に寄生ダイオードを有している。

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。

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、電圧検知部１４Ｌ、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スイッチ素子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の指示により、ゲートドライブ信号Ｓｈｇを送出してローサイドスイッチ素子４のオンオフを切り替える。電圧検知部１４Ｌは、ローサイドスイッチ素子４のドレイン－ソース間に生じるローサイド電圧Ｖｌｄｓを検知し、その値をコントローラ１５に送出する。
なお、次述するコントローラ１５では、検知したローサイド電圧Ｖｌｄｓから、このローサイド電圧Ｖｌｄｓが第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下（ボトム、例えば２０Ｖ以下）となったか否かを示す、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄを生成する（図４（ｆ）欄参照）。この第１しきい電圧Ｖｔｈ１は、バッテリ電圧Ｖｓよりも低い、予め定めた値に設定する。また、後述する、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓと比較する第２しきい電圧Ｖｔｈ２は、バッテリ電圧Ｖｓよりも低い、予め定めた値に設定される。

コントローラ１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、論理回路からなり、予め記憶された所定のプログラムに従って作動する。このコントローラ１５は、プラズマリアクタＰＲを駆動するにあたり、チャージ制御部１６、交番放電制御部１７、ハイサイドオフ制御部１８、回生制御部１９として機能し、これらの制御を実行可能とされている。

＜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、正負パルス波状の高電圧（図４（ｉ）欄参照）が繰り返し（例えば、１００ｋＨｚの周波数で）印加され、プラズマリアクタＰＲに正負の誘電体バリア放電が繰り返し生じる。

先ず前提として、時刻Ｔ１よりも前（後述する時刻Ｔ３）に、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、ハイサイドスイッチ素子５をオンとした状態を考える（図４（ａ）欄参照）。これにより、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓは、ほぼ０とされる。但しこの時点では、ローサイドスイッチ素子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。

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をチャージ制御部１６として機能させる。即ち、時刻Ｔ１において、コントローラ１５によりローサイドゲートドライバ１２のゲートドライブ信号Ｓｌｇをハイレベルとさせ、ローサイドスイッチ素子４をオンさせる（図４（ｂ）欄参照）。すると、バッテリＢＴから、ハイサイドスイッチ素子５、フライバック型昇圧トランス１の一次コイル２、ローサイドスイッチ素子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。

次いで、ローサイドスイッチ素子４をオンした時刻Ｔ１から所定の時間が経過したら（時刻Ｔ２）、交番放電ステップＳ２（図３参照）において、コントローラ１５を交番放電制御部１７として機能させる。即ち、コントローラ１５によりローサイドゲートドライバ１２のゲートドライブ信号Ｓｌｇをローレベルにさせ、ローサイドスイッチ素子４を強制的にオフとする（図４（ｂ）欄参照）。時刻Ｔ２にローサイドスイッチ素子４がオフされると、一次コイル電流ＩＬ１が流れ得なくなる。このため、一次コイル２は、時刻Ｔ２の直後に、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、ローサイドスイッチ素子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）。

なお、スナバコンデンサ６は、ローサイドスイッチ素子４をオフとした時刻Ｔ２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、ローサイドスイッチ素子及びハイサイドスイッチ素子を保護している。

そして時刻Ｔ２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、二次コイル出力電圧ＶＬ２がパルス的に発生する（図４（ｊ）欄参照）。

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、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。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（ｊ）欄に示すように、時刻Ｔ２以降、二次コイル３には、二次コイル出力電圧ＶＬ２として、減衰しながらも、正負が交番する交番電圧が発生する。これにより、プラズマリアクタＰＲでは、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、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までにおける一次コイル２への一度のチャージで、時刻Ｔ２から次回の時刻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。

また、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を、ハイサイドオフ制御部１８として機能させる（図２参照)。即ち、本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）欄に示すように、時刻Ｔ２にローサイドスイッチ素子４を強制的にオフしたのと同時に、ハイサイドスイッチ素子５もオフとする。
時刻Ｔ２において、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓは、０Ｖとなっている。即ち、ハイサイドスイッチ素子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、ハイサイドスイッチ素子５のターンオフは、いわゆるソフトスイッチングとなっており、ハイサイドスイッチ素子５において大きな損失が生じないでターンオフさせることができている。

なお、図４（ｄ）欄から理解できるように、時刻Ｔ２から始まる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が発生しているか、一次コイル電流ＩＬ１が流れていないので、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、時刻Ｔ２に続くこのターンオフ許容期間Ｐ５の期間中に、ハイサイドスイッチ素子５をターンオフさせることもできる。

次いで、回生ステップＳ４（図３参照）において、コントローラ１５を時刻Ｔ２におけるローサイドスイッチ素子４のオフから概ね所定の期間が経過したら（時刻Ｔ３）、ハイサイドスイッチ素子５をオンとする。これにより、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、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。

具体的には、コントローラ１５内において生成する、ハイサイドスイッチオン禁止信号Ｓｈｏｉ（図４（ｉ）欄参照）を、時刻Ｔ２から所定のターンオン禁止期間Ｐ３（例えば本実施形態では、時刻Ｔ２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）に亘って生成し、この期間Ｐ３においては、ハイサイドスイッチ素子５がターンオンするのを禁止する。これにより、少なくともターンオン禁止期間Ｐ３においては、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。

一方、ターンオン禁止期間Ｐ３の経過後から次回の時刻Ｔ２までの、ターンオン許容期間Ｐ４では、ハイサイドスイッチ素子５のターンオンを許容する。そこで、本実施形態では、ターンオン禁止期間Ｐ３を経過しターンオン許容期間Ｐ４が開始した後の時刻Ｔ３において、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をハイレベルとして、ハイサイドスイッチ素子５をオンとする（図４（ａ）欄参照）。

これにより、図４（ｃ）（ｄ）（ｆ）欄に示すように、時刻Ｔ３の後で次回の時刻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時刻Ｔ４～Ｔ５の期間に、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、残留エネルギによって発生する一次コイル電圧ＶＬ１の振動を抑制し、次回の時刻Ｔ１～Ｔ２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（ｊ）欄に示すように、回生により、時刻Ｔ４～Ｔ５に発生する二次コイル出力電圧ＶＬ２も、ごく小さくなっている。

しかも本実施形態では、回生ステップＳ４（図３参照）には、コントローラ１５をソフトオン制御部１９ｓとして機能させるソフトオンステップＳ４ｓを含んでいる。具体的には、時刻Ｔ３として、ターンオン禁止期間Ｐ３の経過後、電圧検知部１４Ｌでローサイド電圧Ｖｌｄｓを検知して得たローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄ（図４（ｇ）欄参照）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ている。なお、このローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄは、ローサイド電圧Ｖｌｄｓが、バッテリ電圧Ｖｓよりも低い第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下であることを検知すると、ハイレベルとされる信号である。

このようにしているのは、図２及び図４（ｄ），（ｅ）欄から理解できるように、ローサイドスイッチ素子４及びハイサイドスイッチ素子５のいずれもがオフとされている時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間（図４（ａ）（ｂ）欄参照）においては、ローサイドスイッチ素子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、ハイサイドスイッチ素子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。

従って、本実施形態では、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄ（図４（ｇ）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、この信号Ｓｂｄ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、信号Ｓｂｄが、ハイレベルからローレベルに変化するタイミング（例えば時刻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。

そして、時刻Ｔ３は、ターンオン禁止期間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、ハイサイドスイッチ素子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以下のほぼ０になるタイミングである。即ち、ハイサイドスイッチ素子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、時刻Ｔ３におけるハイサイドスイッチ素子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おり、このハイサイドスイッチ素子５において大きな損失が生じさせないでターンオンさせることができる。

このように、素子制御部１１のコントローラ１５は、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た時刻Ｔ３に、ハイサイドスイッチ素子５をオンさせるソフトオン制御をも実行可能に構成されている。これにより、ハイサイドスイッチ素子５をオンさせるに当たり、ハイサイドスイッチ素子５におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。
また、回生ステップＳ４のうちソフトオンステップＳ４ｓでは、電圧検知部１４Ｌによって間接的にハイサイド電圧Ｖｈｄｓが第２しきい電圧Ｖｔｈ２以下であることを検知したときに、ハイサイドスイッチ素子５をオンさせる。即ち、ハイサイドスイッチ素子５をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、回生ステップＳ４のソフトオンステップＳ４ｓにおいて、ハイサイドスイッチ素子５をオンさせるに当たり、ハイサイドスイッチ素子５におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

なお本実施形態では、図４に示すように、時刻Ｔ３として、電圧検知部１４Ｌにおけるローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄ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、ターンオン許容期間Ｐ４の期間のうち、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄ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、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、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄ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、時刻Ｔ３として、ハイサイドスイッチ素子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。

時刻Ｔ３にハイサイドスイッチ素子５をターンオンさせた後は、次回の時刻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。

なお、回生ステップＳ４を行った後に再びチャージステップＳ１を行うに当たっては、前回ローサイドスイッチ素子４をオンさせた時刻Ｔ１から、周期確保期間Ｐ１が経過した後の、ターンオン許容期間Ｐ２内に、ローサイドスイッチ素子４をオンとして一次コイル２に電流ＩＬ１を流し、エネルギのチャージを開始する。

具体的には、コントローラ１５内において生成する、ローサイドスイッチオン許可信号Ｓｌｏｐ（図４（ｈ）欄参照）において、前回の時刻Ｔ１から所定の周期確保期間Ｐ１（本実施形態では、例えば５０μｓ）が経過した後に、これに続いてローサイドスイッチ素子４のターンオンを許容するターンオン許容期間Ｐ２（本実施形態では、例えば１０μｓ）を設ける。そして、ターンオン許容期間Ｐ２内の時刻Ｔ１において、コントローラ１５によりローサイドゲートドライバ１２のゲートドライブ信号Ｓｌｇをハイレベルとして、ローサイドスイッチ素子４をターンオンする（図４（ｂ）欄参照）。このようにすることで、プラズマリアクタＰＲ（図４（ｊ）欄参照）において、複数回の正負交番放電（時刻Ｔ２以降、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所定の範囲（Ｐ１＋Ｐ２、本実施形態では、概ね５０～６０μｓ）とすることができる。

しかも、本実施形態においては、チャージステップＳ１（図３参照）には、コントローラ１５をソフトオン制御部１６ｓとして機能させるソフトオンステップＳ１ｓも含んでいる。即ち、ターンオン許容期間Ｐ２の期間のうち、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄが、ローレベルからハイレベルに変化したタイミング（時刻Ｔ１）にローサイドスイッチ素子４をターンオンさせる（図４（ｂ）欄参照）。

この時刻Ｔ１は、ターンオン許容期間Ｐ２の期間のうち、振動する一次コイル電圧ＶＬ１（図４（ｆ）欄参照）が負から正の値に変化するために、ローサイドスイッチ素子４のドレイン－ソース間に掛かるローサイド電圧Ｖｌｄｓが、正の値から第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下のほぼ０になるタイミングである。即ち、ローサイドスイッチ素子４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（ｅ）欄参照）。このため、ローサイドスイッチ素子４のターンオンに際して、いわゆるソフトスイッチングとなっており、このローサイドスイッチ素子４において大きな損失が生じさせないでターンオンさせることができる。

このように、素子制御部１１のコントローラ１５は、電圧検知部１４Ｌによって検知したローサイド電圧Ｖｌｄｓが第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下であることを検知した時刻Ｔ１に、ローサイドスイッチ素子４をオンさせるソフトオン制御をも実行可能に構成されている。これにより、ローサイドスイッチ素子４をオンさせるに当たり、ローサイドスイッチ素子４におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。
また、チャージステップＳ１のソフトオンステップＳ１ｓでは、電圧検知部１４Ｌでローサイド電圧Ｖｌｄｓが第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下であることを検知したときに、ローサイドスイッチ素子４をオンさせる。即ち、ローサイドスイッチ素子４をソフトスイッチングによりオンさせる。これにより、チャージステップＳ１において、ローサイドスイッチ素子４をオンさせるに当たり、ローサイドスイッチ素子４におけるスイッチング損失を低減でき、さらにエネルギ効率を高めることができる。

なお本実施形態では、時刻Ｔ１として、電圧検知部１４Ｌにおけるローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄが、ローレベルからハイレベルに変化したタイミングを用いた。
しかし例えば、ターンオン許容期間Ｐ２の期間のうち、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄが、ローレベルからハイレベルに変化してから１μｓ間に亘りハイレベルが継続した後など、ターンオン許容期間Ｐ２の期間のうち、電圧検知部１４Ｌによって検知したローサイド電圧Ｖｌｄｓが第１しきい電圧Ｖｔｈ１以下であることを検知している期間（即ち、ローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄがハイレベルである期間）の中から選んだ適宜のタイミングを、時刻Ｔ１として、ローサイドスイッチ素子４をターンオンさせるソフトオン制御を実行しても良い。

以上で説明したように、本実施形態のプラズマリアクタ用電源装置１０では、フライバック型昇圧トランス１、ローサイドスイッチ素子４、及び、ハイサイドスイッチ素子５に加え、上述のチャージ制御、交番放電制御、ハイサイドオフ制御、及び回生制御を繰り返し実行可能に構成された素子制御部１１を備えている。このため、一次コイル２への一度のエネルギのチャージで、プラズマリアクタＰＲ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。さらに一部のエネルギをバッテリＢＴに回生することができるので、エネルギ効率の良好なプラズマリアクタ用電源装置１０とすることができる。
また、この電源装置１０によって、一次コイル２への一度のエネルギのチャージで、プラズマリアクタＰＲ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。さらに一部のエネルギをバッテリに回生することができるので、エネルギ効率良好にプラズマリアクタ用電源装置を制御することができる。

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。
例えば、実施形態においては、ローサイド電圧Ｖｌｄｓを検知する電圧検知部１４Ｌを用いた。しかし、図２において破線で示すように、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓを検知する電圧検知部１４Ｈを用いて、実施形態とは逆にハイサイド電圧ボトム検知信号を得るなど、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓと第２しきい電圧Ｖｔｈ２との大小を検知すると共に、これを用いて、間接的に、ローサイド電圧Ｖｌｄｓと第１しきい電圧Ｖｔｈ１との大小を検知するようにしてもよい。また、電圧検知部１４Ｌと電圧検知部１４Ｈの両者を用い、電圧検知部１４Ｌによって、実施形態と同様にローサイド電圧ボトム検知信号Ｓｂｄを得るなど、ローサイド電圧Ｖｌｄｓと第１しきい電圧Ｖｔｈ１との大小を検知する一方、電圧検知部１４Ｈによって、ハイサイド電圧ボトム検知信号を得るなど、ハイサイド電圧Ｖｈｄｓと第２しきい電圧Ｖｔｈ２との大小を検知するようにしても良い。

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）
１４Ｈ 電圧検知部（ハイサイド電圧検知部）
Ｓｂｄ ローサイド電圧ボトム検知信号
１５ コントローラ
１６ チャージ制御部
１６Ｓ ソフトオン制御部
Ｖｔｈ１ 第１しきい電圧
１７ 交番放電制御部
１８ ハイサイドオフ制御部
１９ 回生制御部
１９Ｓ ソフトオン制御部
Ｖｔｈ２ 第２しきい電圧
Ｓ１ チャージステップ
Ｓ１ｓ ソフトオンステップ
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
Ｓ４ｓ ソフトオンステップ
Ｐ５ ターンオフ許容期間
Ｔ１～Ｔ５ 時刻

Claims (8)

1. 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素子制御部と、を備える
   プラズマリアクタ用電源装置であって、
   上記素子制御部は、
   上記直流電源及び上記プラズマリアクタを接続した状態において、
   上記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とをオンとして、上記直流電源から、上記一次コイルにエネルギをチャージさせるチャージ制御と、
   上記ローサイドスイッチ素子をオフとして、上記二次コイルを介して上記プラズマリアクタに正負交番する交番電圧を印加し、上記プラズマリアクタに正負交番する放電を発生させる交番放電制御と、
   上記交番放電制御における上記ローサイドスイッチ素子のオフと同時に、又は上記ローサイドスイッチ素子をオフとした直後の上記一次コイルに上記接地側端子が上記電源側端子よりも高電位となる電圧が発生している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オフとするハイサイドオフ制御と、
   上記ターンオフ許容期間より後に、上記ハイサイドスイッチ素子をオンとし、上記二次コイル及び上記プラズマリアクタに残留するエネルギの一部を、上記直流電源に回生させる回生制御と、
   を繰り返し実行可能に構成されてなる
   プラズマリアクタ用電源装置。
2. 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、
   前記一次コイルの前記接地側端子と前記電源側端子とに導通して、上記一次コイルと並列に接続されたスナバコンデンサを備える
   プラズマリアクタ用電源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプラズマリアクタ用電源装置であって、
   前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、
   前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、
   前記素子制御部は、
   前記回生制御において前記ハイサイドスイッチ素子をオンとした後の前記チャージ制御において、
   上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ローサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第１しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ローサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を、
   実行可能に構成されてなる
   プラズマリアクタ用電源装置。
4. 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、
   前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、
   前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、
   前記素子制御部は、
   前記回生制御において、上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ハイサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第２しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ハイサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオン制御を、
   実行可能に構成されてなる
   プラズマリアクタ用電源装置。
5. 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との間に接続されたハイサイドスイッチ素子と、を備える
   プラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、
   上記直流電源及び上記プラズマリアクタを接続した状態において、
   上記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とをオンとして、上記直流電源から、上記一次コイルにエネルギをチャージさせるチャージステップと、
   上記ローサイドスイッチ素子をオフとして、上記二次コイルを介して上記プラズマリアクタに正負交番する交番電圧を印加し、上記プラズマリアクタに正負交番する放電を発生させる交番放電ステップと、
   上記交番放電ステップにおける上記ローサイドスイッチ素子のオフと同時に、又は上記ローサイドスイッチ素子をオフとした直後の上記一次コイルに上記接地側端子が上記電源側端子よりも高電位となる電圧が発生している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オフとするハイサイドオフステップと、
   上記ターンオフ許容期間より後に、上記ハイサイドスイッチ素子をオンとし、上記二次コイル及び上記プラズマリアクタに残留するエネルギの一部を、上記直流電源に回生させる回生ステップと、
   を繰り返し実行する
   プラズマリアクタ用電源装置の制御方法。
6. 請求項５に記載のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、
   前記プラズマリアクタ用電源装置は、
   前記一次コイルの前記接地側端子と前記電源側端子とに導通して、上記一次コイルと並列に接続されたスナバコンデンサを備える
   プラズマリアクタ用電源装置の制御方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、
   前記プラズマリアクタ用電源装置は、
   前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、
   前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、
   前記回生ステップにおいて前記ハイサイドスイッチ素子をオンとした後の前記チャージステップは、
   上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ローサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第１しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ローサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオンステップを含む、
   プラズマリアクタ用電源装置の制御方法。
8. 請求項５～請求項７のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ用電源装置の制御方法であって、
   前記プラズマリアクタ用電源装置は、
   前記接地電位に対する前記一次コイルの前記接地側端子の電圧であるローサイド電圧を検知するローサイド電圧検知部、及び、
   前記直流電源の前記正極端子に対する前記一次コイルの前記電源側端子の電圧であるハイサイド電圧を検知するハイサイド電圧検知部、の少なくともいずれかを備え、
   前記回生ステップは、
   上記ローサイド電圧検知部又は上記ハイサイド電圧検知部によって上記ハイサイド電圧が前記直流電源の出力電圧より低い第２しきい電圧以下であることを検知したときに、前記ハイサイドスイッチ素子をオンさせるソフトオンステップを含む
   プラズマリアクタ用電源装置の制御方法。

Images