JP6602573B2 - Power supply for plasma reactor - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマリアクタに印加される電圧を発生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 power supply device for a plasma reactor that generates a voltage applied to the plasma reactor.

エンジン、とくにディーゼルエンジン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 discharged from an engine, particularly a diesel engine, includes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide), PM (particulate matter), and the like.

排ガスに含まれるPMを除去する手法として、プラズマリアクタを用いて、排ガスに含まれるPMを除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、複数の電極パネルを備えている。電極パネルは、たとえば、誘電体に電極を内蔵した構成であり、複数の電極パネルは、排ガスの流れ方向と直交する方向に間隔を空けて対向配置される。プラズマリアクタ用電源装置から電極間にパルス電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、電極パネル間に低温プラズマ(非平衡プラズマ)が発生し、電極パネル間を流れる排ガス中のPMが酸化により除去される。   As a technique for removing PM contained in exhaust gas, a technique for removing PM contained in exhaust gas using a plasma reactor has been proposed. The plasma reactor includes a plurality of electrode panels. The electrode panel has, for example, a configuration in which an electrode is built in a dielectric, and the plurality of electrode panels are arranged to face each other with a gap in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. When a pulse voltage is applied between the electrodes from the power supply device for the plasma reactor, dielectric barrier discharge occurs, low temperature plasma (non-equilibrium plasma) is generated between the electrode panels, and PM in the exhaust gas flowing between the electrode panels is Removed by oxidation.

電極間には、数kVの高電圧が印加される。この高電圧は、たとえば、プラズマリアクタ用電源装置に内蔵されたフライバック型昇圧トランスで生成される。フライバック型昇圧トランスの一次側(一次コイル)には、直流電源が接続されている。直流電源の発生電圧がフライバック型昇圧トランスの一次側に入力されると、相互誘導作用により、二次側(二次コイル)に一次電圧より高い二次電圧が発生する。そして、その二次電圧がプラズマリアクタの電極間に印加される。   A high voltage of several kV is applied between the electrodes. This high voltage is generated by, for example, a flyback type step-up transformer built in the plasma reactor power supply device. A DC power source is connected to the primary side (primary coil) of the flyback type step-up transformer. When the voltage generated by the DC power supply is input to the primary side of the flyback type step-up transformer, a secondary voltage higher than the primary voltage is generated on the secondary side (secondary coil) due to mutual induction. Then, the secondary voltage is applied between the electrodes of the plasma reactor.

特開2002−129949号公報JP 2002-129949 A

フライバック型昇圧トランスの二次側(出力側)が断線故障で開放された場合、フライバック型昇圧トランスの一次コイルに蓄積されたエネルギを一次側で消費する必要があるなどの不都合を防ぎ、また開放部に高電圧の出力が印加されることを防止するために、以降は、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を停止することが望ましい。   When the secondary side (output side) of the flyback type step-up transformer is opened due to a disconnection failure, inconveniences such as the need to consume energy stored in the primary coil of the flyback type step-up transformer on the primary side are prevented. In order to prevent a high voltage output from being applied to the open portion, it is desirable to stop energization from the DC power source to the primary coil of the flyback type step-up transformer thereafter.

本発明の目的は、出力側に断線故障が生じた場合に、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を停止できる、プラズマリアクタ用電源装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a plasma reactor power supply device capable of stopping energization from a DC power supply to a primary coil of a flyback type step-up transformer when a disconnection failure occurs on the output side.

前記の目的を達成するため、本発明に係るプラズマリアクタ用電源装置は、プラズマリアクタに印加される電圧を発生するプラズマリアクタ用電源装置であって、直流電源と、フライバック型昇圧トランスと、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電/遮断を切り替えるためにオン/オフされるスイッチング素子と、スイッチング素子と並列に接続されたスナバコンデンサと、スナバコンデンサの両端間の電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路による分圧値が所定値を超えた場合に、スイッチング素子をオフにして、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を遮断する通電遮断手段とを含む。   In order to achieve the above object, a plasma reactor power supply apparatus according to the present invention is a plasma reactor power supply apparatus that generates a voltage to be applied to a plasma reactor, and includes a DC power supply, a flyback step-up transformer, A switching element that is turned on / off to switch energization / cutoff from the power source to the primary coil of the flyback type step-up transformer, a snubber capacitor connected in parallel with the switching element, and a voltage across the snubber capacitor are divided. A voltage dividing circuit, and an energization cutoff means for turning off the switching element and interrupting energization from the DC power source to the primary coil of the flyback type step-up transformer when the divided value by the voltage dividing circuit exceeds a predetermined value. Including.

この構成によれば、フライバック型昇圧トランスの二次側、つまりプラズマリアクタ用電源装置の出力側に断線故障が生じた場合、一次コイルに蓄積されたエネルギは、プラズマリアクタでの放電により消費されないので、スイッチング素子と並列に接続されたスナバコンデンサに吸収される。これにより、スナバコンデンサの両端間の電圧が上昇する。スナバコンデンサの両端間の電圧を分圧する分圧回路が設けられており、スナバコンデンサの両端間の電圧が上昇すると、それに伴って、分圧回路による分圧値が上昇する。したがって、分圧回路による分圧値が所定値を超えたことを以て、出力側に断線故障が生じたと判断することができる。分圧回路による分圧値が所定値を超えた場合には、スイッチング素子がオフにされて、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電が遮断される。   According to this configuration, when a disconnection failure occurs on the secondary side of the flyback type step-up transformer, that is, on the output side of the plasma reactor power supply device, the energy stored in the primary coil is not consumed by the discharge in the plasma reactor. Therefore, it is absorbed by the snubber capacitor connected in parallel with the switching element. This increases the voltage across the snubber capacitor. A voltage dividing circuit that divides the voltage between both ends of the snubber capacitor is provided. When the voltage between both ends of the snubber capacitor rises, the divided value by the voltage dividing circuit rises accordingly. Therefore, it can be determined that a disconnection failure has occurred on the output side when the divided voltage value by the voltage dividing circuit exceeds a predetermined value. When the divided voltage value by the voltage dividing circuit exceeds a predetermined value, the switching element is turned off and the energization from the DC power source to the primary coil of the flyback type step-up transformer is cut off.

よって、出力側に断線故障が生じた場合に、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を停止することができる。   Therefore, when a disconnection failure occurs on the output side, energization from the DC power supply to the primary coil of the flyback step-up transformer can be stopped.

なお、出力側に高電圧下での電圧または電流を検出するセンサを設けて、そのセンサの検出値に基づいて、出力側での断線故障を検出する構成が考えられる。しかしながら、高電圧下での電圧や、急峻なパルス電流を検出可能なセンサが高価であるので、当該構成を採用すると、プラズマリアクタ用電源装置のコストが大幅にアップする。これに対し、比較的低い電圧であるスナバコンデンサの両端間の電圧の分圧値を使用する構成では、高価なセンサが不要であり、プラズマリアクタ用電源装置のコストアップを抑制することができる。   In addition, the structure which provides the sensor which detects the voltage or electric current under a high voltage on the output side, and detects the disconnection failure on the output side based on the detected value of the sensor can be considered. However, since a sensor capable of detecting a voltage under a high voltage or a steep pulse current is expensive, the use of this configuration greatly increases the cost of the plasma reactor power supply device. On the other hand, in the configuration using the divided voltage value of the voltage across the snubber capacitor, which is a relatively low voltage, an expensive sensor is unnecessary, and the cost increase of the plasma reactor power supply device can be suppressed.

スナバコンデンサは、単一のコンデンサにより構成されていてもよいし、複数のコンデンサの直列回路により構成されていてもよい。   The snubber capacitor may be composed of a single capacitor or may be composed of a series circuit of a plurality of capacitors.

分圧回路は、複数の抵抗を直列に接続した回路を備えていてもよい。   The voltage dividing circuit may include a circuit in which a plurality of resistors are connected in series.

また、スナバコンデンサが複数のコンデンサの直列回路により構成される場合、分圧回路は、ツェナーダイオードと抵抗との直列回路を複数のコンデンサのうちの1つに並列に接続した構成を有していてもよい。   Further, when the snubber capacitor is configured by a series circuit of a plurality of capacitors, the voltage dividing circuit has a configuration in which a series circuit of a Zener diode and a resistor is connected in parallel to one of the plurality of capacitors. Also good.

本発明によれば、出力側に断線故障が生じた場合に、直流電源からフライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を停止することができる。また、高電圧下で使用可能な高価なセンサが不要であり、プラズマリアクタ用電源装置のコストアップを抑制することができる。   According to the present invention, energization from the DC power source to the primary coil of the flyback type step-up transformer can be stopped when a disconnection failure occurs on the output side. Further, an expensive sensor that can be used under a high voltage is unnecessary, and the cost increase of the plasma reactor power supply device can be suppressed.

PM除去装置の構成を図解的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of PM removal apparatus schematically. 本発明の一実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置の概略構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a power supply device for a plasma reactor according to an embodiment of the present invention. 別構成のスナバ回路および分圧回路が採用されたプラズマリアクタ用電源装置5の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the power supply apparatus 5 for plasma reactors where the snubber circuit and voltage dividing circuit of another structure were employ | adopted. 図2に示されるプラズマリアクタ用電源装置にエネルギ消費回路が追加された構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure by which the energy consumption circuit was added to the power supply device for plasma reactors shown by FIG. 図3に示されるプラズマリアクタ用電源装置にエネルギ消費回路が追加された構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure by which the energy consumption circuit was added to the power supply device for plasma reactors shown by FIG.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<PM除去装置> <PM removal device>

図1は、PM除去装置1の構成を図解的に示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the PM removal device 1.

PM除去装置1は、たとえば、自動車のエンジン(図示せず)から排出される排ガスに含まれるPMを除去するための装置であり、エキゾーストパイプなどの排気管2の途中部に介装される。PM除去装置1は、流通管3、プラズマリアクタ4およびプラズマリアクタ用電源装置5を備えている。   The PM removal device 1 is a device for removing PM contained in exhaust gas discharged from an automobile engine (not shown), for example, and is interposed in the middle of an exhaust pipe 2 such as an exhaust pipe. The PM removal device 1 includes a flow tube 3, a plasma reactor 4, and a plasma reactor power supply device 5.

流通管3は、一端部および他端部にそれぞれ排ガス流入口11および排ガス流出口12を有する管状(筒状)をなしている。排ガス流入口11は、排気管2におけるエンジン側の部分2Aに接続され、排ガス流出口12は、排気管2におけるエンジン側と反対側の部分2Bに接続されている。エンジンから排出される排ガスは、排気管2におけるエンジン側の部分2Aを流れ、排ガス流入口11から流通管3に流入して、流通管3を流通し、排ガス流出口12から排気管2におけるエンジン側と反対側の部分2Bに流出する。   The flow pipe 3 has a tubular shape (cylindrical shape) having an exhaust gas inlet 11 and an exhaust gas outlet 12 at one end and the other end, respectively. The exhaust gas inlet 11 is connected to the engine side portion 2A of the exhaust pipe 2, and the exhaust gas outlet 12 is connected to the portion 2B of the exhaust pipe 2 opposite to the engine side. The exhaust gas discharged from the engine flows through the engine side portion 2A of the exhaust pipe 2, flows into the flow pipe 3 from the exhaust gas inlet 11, flows through the flow pipe 3, and the engine in the exhaust pipe 2 from the exhaust gas outlet 12 It flows out to the part 2B on the opposite side.

プラズマリアクタ4は、流通管3内に配置されている。プラズマリアクタ4は、複数の電極パネル21を備えている。   The plasma reactor 4 is disposed in the flow pipe 3. The plasma reactor 4 includes a plurality of electrode panels 21.

電極パネル21は、四角板状をなし、誘電体22に電極23を内蔵した構成、言い換えれば、電極23をその両面から誘電体22で挟み込んだ構成を有している。誘電体22の材料としては、Al(アルミナ)を例示することができる。電極23の材料としては、タングステンを例示することができる。電極パネル21は、流通管3における排ガスの流通方向(排ガス流入口11から排ガス流出口12に向かう方向)に延び、排ガスの流通方向と直交する方向に等間隔を空けて並列に配置されている。 The electrode panel 21 has a rectangular plate shape and has a configuration in which the electrode 23 is built in the dielectric 22, in other words, a configuration in which the electrode 23 is sandwiched between the dielectrics 22 from both sides. An example of the material of the dielectric 22 is Al 2 O 3 (alumina). An example of the material of the electrode 23 is tungsten. The electrode panel 21 extends in the flow direction of the exhaust gas in the flow pipe 3 (the direction from the exhaust gas inlet 11 toward the exhaust gas outlet 12), and is arranged in parallel at equal intervals in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. .

電極23には、誘電体22の積層方向の一端側から順に、プラス配線24およびマイナス配線25が交互に接続されている。プラス配線24およびマイナス配線25は、それぞれプラズマリアクタ用電源装置5のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。   A positive wiring 24 and a negative wiring 25 are alternately connected to the electrode 23 in order from one end side in the stacking direction of the dielectric 22. The plus wiring 24 and the minus wiring 25 are electrically connected to the plus terminal and the minus terminal of the plasma reactor power supply device 5, respectively.

<プラズマリアクタ用電源装置> <Power supply for plasma reactor>

図2は、本発明の一実施形態に係るプラズマリアクタ用電源装置5の概略構成を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the plasma reactor power supply device 5 according to one embodiment of the present invention.

プラズマリアクタ用電源装置5は、DC電源31、昇圧回路32、入力フィルタ回路33、スナバ回路34、分圧回路35、故障検出回路36、制御回路37およびゲートドライブ回路38を備えている。   The plasma reactor power supply device 5 includes a DC power supply 31, a booster circuit 32, an input filter circuit 33, a snubber circuit 34, a voltage divider circuit 35, a failure detection circuit 36, a control circuit 37, and a gate drive circuit 38.

DC電源31は、たとえば、12Vの直流電圧を出力する車載バッテリである。   The DC power source 31 is, for example, an in-vehicle battery that outputs a DC voltage of 12V.

昇圧回路32は、フライバック型昇圧トランス41およびスイッチング素子42を含む。フライバック型昇圧トランス41の一次コイル43にスイッチング素子42が接続されており、このスイッチング素子42と一次コイル43との直列回路が入力フィルタ回路33を介してDC電源31に接続されている。具体的には、スイッチング素子42は、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であり、そのコレクタがフライバック型昇圧トランス41の一次コイル43の一端に接続され、エミッタが接地されている。一次コイル43の他端は、入力フィルタ回路33を介して、DC電源31のプラス端子に接続されている。   The booster circuit 32 includes a flyback boost transformer 41 and a switching element 42. A switching element 42 is connected to the primary coil 43 of the flyback step-up transformer 41, and a series circuit of the switching element 42 and the primary coil 43 is connected to the DC power supply 31 via the input filter circuit 33. Specifically, the switching element 42 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the collector of which is connected to one end of the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41, and the emitter of which is grounded. ing. The other end of the primary coil 43 is connected to the plus terminal of the DC power supply 31 via the input filter circuit 33.

フライバック型昇圧トランス41の二次コイル44の一端および他端は、それぞれプラズマリアクタ用電源装置5のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。これにより、二次コイル44の一端は、プラス端子およびプラス配線24を介してプラズマリアクタ4の電極23に接続され、二次コイル44の他端は、マイナス端子およびマイナス配線25を介して電極23に接続されている。   One end and the other end of the secondary coil 44 of the flyback step-up transformer 41 are electrically connected to the plus terminal and the minus terminal of the plasma reactor power supply device 5, respectively. Thereby, one end of the secondary coil 44 is connected to the electrode 23 of the plasma reactor 4 via the plus terminal and the plus wire 24, and the other end of the secondary coil 44 is connected to the electrode 23 via the minus terminal and the minus wire 25. It is connected to the.

入力フィルタ回路33は、DC電源31の出力電圧を安定させるためのコンデンサなどを含む。   The input filter circuit 33 includes a capacitor for stabilizing the output voltage of the DC power supply 31.

スナバ回路34は、コンデンサ51により構成され、スイッチング素子42と並列に設けられている。すなわち、コンデンサ51は、一端がスイッチング素子42のコレクタと電気的に接続され、他端がスイッチング素子42のエミッタと電気的に接続、つまり接地されている。   The snubber circuit 34 includes a capacitor 51 and is provided in parallel with the switching element 42. In other words, the capacitor 51 has one end electrically connected to the collector of the switching element 42 and the other end electrically connected to the emitter of the switching element 42, that is, grounded.

分圧回路35は、2個の分圧用抵抗61,62を直列に接続した抵抗直列回路である。分圧回路35の一端は、スイッチング素子42のコレクタと電気的に接続され、他端がスイッチング素子42のエミッタと電気的に接続、つまり接地されている。これにより、分圧回路35は、スイッチング素子42と並列に接続され、また、スナバ回路34と並列に接続されている。   The voltage dividing circuit 35 is a resistor series circuit in which two voltage dividing resistors 61 and 62 are connected in series. One end of the voltage dividing circuit 35 is electrically connected to the collector of the switching element 42, and the other end is electrically connected to the emitter of the switching element 42, that is, grounded. Thereby, the voltage dividing circuit 35 is connected in parallel with the switching element 42 and is connected in parallel with the snubber circuit 34.

故障検出回路36は、分圧回路35の分圧用抵抗61,62の接続点63と電気的に接続されている。故障検出回路36は、たとえば、コンパレータを含む。コンパレータのプラス入力端子には、接続点63の電位が入力されるようになっている。一方、コンパレータのマイナス入力端子には、所定電圧が入力されるようになっている。接続点63の電位が所定電圧以下であるときには、コンパレータの出力端子からローレベル信号が出力され、接続点63の電位が所定電圧を上回ると(超えると)、コンパレータの出力端子からハイレベル信号が出力される。   The failure detection circuit 36 is electrically connected to the connection point 63 of the voltage dividing resistors 61 and 62 of the voltage dividing circuit 35. Failure detection circuit 36 includes, for example, a comparator. The potential at the connection point 63 is input to the positive input terminal of the comparator. On the other hand, a predetermined voltage is input to the negative input terminal of the comparator. When the potential at the connection point 63 is equal to or lower than a predetermined voltage, a low level signal is output from the output terminal of the comparator. When the potential at the connection point 63 exceeds (exceeds) the predetermined voltage, a high level signal is output from the output terminal of the comparator. Is output.

制御回路37は、IC回路である。制御回路37には、故障検出回路36のコンパレータの出力信号が検出信号として入力される。その検出信号がローレベル信号であるときには、制御回路37は、通常動作により、ゲートドライブ回路38からスイッチング素子42のゲートに入力されるゲート電圧を制御する。故障検出回路36から制御回路37にハイレベル信号が入力されると、制御回路37は、通常動作を停止する。通常動作の停止により、それ以後は、スイッチング素子42がオフに保たれる。また、制御回路37は、故障検出回路36からのハイレベル信号の入力に応答して、プラズマリアクタ用電源装置5の出力側(フライバック型昇圧トランス41の二次側)における断線故障の発生を表す断線故障発生信号を出力する。制御回路37から出力される断線故障発生信号は、たとえば、車両に搭載されているメータECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)に入力される。メータECUは、断線故障発生信号の入力に応答して、車両のメータパネルに配設された警告灯を点灯させる。   The control circuit 37 is an IC circuit. An output signal from the comparator of the failure detection circuit 36 is input to the control circuit 37 as a detection signal. When the detection signal is a low level signal, the control circuit 37 controls the gate voltage input from the gate drive circuit 38 to the gate of the switching element 42 by a normal operation. When a high level signal is input from the failure detection circuit 36 to the control circuit 37, the control circuit 37 stops normal operation. Since the normal operation is stopped, the switching element 42 is kept off thereafter. Further, in response to the input of the high level signal from the failure detection circuit 36, the control circuit 37 generates a disconnection failure on the output side of the plasma reactor power supply 5 (secondary side of the flyback step-up transformer 41). A disconnection failure occurrence signal is output. The disconnection failure occurrence signal output from the control circuit 37 is input to, for example, a meter ECU (Electronic Control Unit) mounted on the vehicle. The meter ECU turns on a warning light provided on the meter panel of the vehicle in response to the input of the disconnection failure occurrence signal.

制御回路37の通常動作時には、ゲート電圧の制御により、スイッチング素子42のオン/オフが一定の周期で繰り返される。スイッチング素子42がオンされると、フライバック型昇圧トランス41の一次コイル43に電流が流れ、一次コイル43にエネルギが蓄積される。その後、スイッチング素子42がオフされると、一次コイル43に蓄積されたエネルギが開放されて、一次コイル43に起電力が生じ、フライバック型昇圧トランス41の二次コイル44に巻数比に応じた二次電圧が発生する。スイッチング素子42のオン/オフが繰り返されることにより、二次電圧がパルス的に発生し、パルス波状に変化する二次電圧(プラズマリアクタ用電源装置5の出力電圧)がプラズマリアクタ4の電極23間に印加される。プラズマリアクタ用電源装置5の出力電圧が電極23間に印加されることにより、電極パネル21(図1参照)間に誘電体バリア放電が生じ、その誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。プラズマの発生により、電極パネル21間を流通する排ガスに含まれるPMが酸化(燃焼)されて除去される。   During normal operation of the control circuit 37, on / off of the switching element 42 is repeated at a constant cycle by controlling the gate voltage. When the switching element 42 is turned on, a current flows through the primary coil 43 of the flyback step-up transformer 41 and energy is accumulated in the primary coil 43. Thereafter, when the switching element 42 is turned off, the energy accumulated in the primary coil 43 is released, an electromotive force is generated in the primary coil 43, and the secondary coil 44 of the flyback step-up transformer 41 is in accordance with the turn ratio. A secondary voltage is generated. By repeating ON / OFF of the switching element 42, a secondary voltage is generated in a pulsed manner, and a secondary voltage (output voltage of the plasma reactor power supply device 5) that changes in a pulse waveform is generated between the electrodes 23 of the plasma reactor 4. To be applied. When the output voltage of the plasma reactor power supply 5 is applied between the electrodes 23, a dielectric barrier discharge is generated between the electrode panels 21 (see FIG. 1), and plasma is generated by the dielectric barrier discharge. Due to the generation of plasma, PM contained in the exhaust gas flowing between the electrode panels 21 is oxidized (burned) and removed.

また、スイッチング素子42がオフされたときに、一次コイル43から開放されるエネルギの一部により、スナバ回路34のコンデンサ51が充電される。コンデンサ51の充電により、スイッチング素子42のターンオフ時に生じる過渡的な高電圧(サージ電圧)がスイッチング素子42に印加されることが抑制され、スイッチング素子42がその高電圧により破壊されることが抑制される。   Further, when the switching element 42 is turned off, the capacitor 51 of the snubber circuit 34 is charged by a part of the energy released from the primary coil 43. By charging the capacitor 51, a transient high voltage (surge voltage) generated when the switching element 42 is turned off is suppressed from being applied to the switching element 42, and the switching element 42 is prevented from being destroyed by the high voltage. The

<作用効果> <Effect>

プラズマリアクタ用電源装置5の出力側における断線故障が発生すると、フライバック型昇圧トランス41の一次コイル43に蓄積されたエネルギは、プラズマリアクタ4での放電により消費されないので、スイッチング素子42と並列に接続されたスナバ回路34のコンデンサ51に吸収される。これにより、コンデンサ51の両端間の電圧が上昇する。コンデンサ51の両端間の電圧が上昇すると、それに伴って、分圧回路35の分圧用抵抗61,62の接続点63の電位が上昇する。接続点63の電位が所定電圧を上回ると、故障検出回路36からハイレベル信号(ハイレベルの検出信号)が出力される。このハイレベル信号の出力に応答して、制御回路37による通常動作が停止され、それ以後は、スイッチング素子42がオフに保たれて、DC電源31からフライバック型昇圧トランス41の一次コイル43への通電が遮断される。   When a disconnection failure occurs on the output side of the plasma reactor power supply device 5, the energy accumulated in the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41 is not consumed by the discharge in the plasma reactor 4, so that it is in parallel with the switching element 42. It is absorbed by the capacitor 51 of the connected snubber circuit 34. As a result, the voltage across the capacitor 51 increases. When the voltage across the capacitor 51 increases, the potential at the connection point 63 of the voltage dividing resistors 61 and 62 of the voltage dividing circuit 35 increases accordingly. When the potential at the connection point 63 exceeds a predetermined voltage, the failure detection circuit 36 outputs a high level signal (high level detection signal). In response to the output of the high level signal, the normal operation by the control circuit 37 is stopped, and thereafter, the switching element 42 is kept off and the DC power source 31 to the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41. Is turned off.

よって、プラズマリアクタ用電源装置5の出力側に断線故障が生じた場合に、DC電源31からフライバック型昇圧トランス41の一次コイル43への通電を停止することができる。   Therefore, when a disconnection failure occurs on the output side of the plasma reactor power supply device 5, energization from the DC power supply 31 to the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41 can be stopped.

<プラズマリアクタ用電源装置の他の構成> <Other configuration of power supply for plasma reactor>

図3は、別構成のスナバ回路71および分圧回路72が採用されたプラズマリアクタ用電源装置5の概略構成を示す回路図である。図3において、図2に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the plasma reactor power supply device 5 in which the snubber circuit 71 and the voltage dividing circuit 72 having different configurations are employed. In FIG. 3, parts corresponding to the parts shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those parts. In the following description, the description of the parts with the same reference numerals is omitted.

プラズマリアクタ用電源装置5では、図3に示されるように、図2に示されるスナバ回路34および分圧回路35に代えて、スナバ回路71および分圧回路72が採用されてもよい。   As shown in FIG. 3, the plasma reactor power supply 5 may employ a snubber circuit 71 and a voltage dividing circuit 72 instead of the snubber circuit 34 and the voltage dividing circuit 35 shown in FIG. 2.

スナバ回路71は、2個のコンデンサ73,74の直列回路により構成され、スイッチング素子42と並列に設けられている。具体的には、2個のコンデンサ73,74は、直列に接続されている。このコンデンサ73,74の直列回路は、一端がスイッチング素子42のコレクタと電気的に接続され、他端がスイッチング素子42のエミッタと電気的に接続、つまり接地されている。これにより、コンデンサ73,74の直列回路は、スイッチング素子42と並列に接続されている。   The snubber circuit 71 is constituted by a series circuit of two capacitors 73 and 74 and is provided in parallel with the switching element 42. Specifically, the two capacitors 73 and 74 are connected in series. One end of the series circuit of the capacitors 73 and 74 is electrically connected to the collector of the switching element 42, and the other end is electrically connected to the emitter of the switching element 42, that is, grounded. Thereby, the series circuit of the capacitors 73 and 74 is connected in parallel with the switching element 42.

分圧回路72は、ツェナーダイオード75のアノードに抵抗76の一端を接続した直列回路により構成される。ツェナーダイオード75のカソードは、スナバ回路71のコンデンサ73,74の接続点に電気的に接続されている。抵抗76の他端は、スイッチング素子42のエミッタと電気的に接続、つまり接地されている。これにより、分圧回路72は、コンデンサ73と並列に接続されている。ツェナーダイオード75と抵抗76との接続点77の電位が故障検出回路36に入力されるようになっている。   The voltage dividing circuit 72 is configured by a series circuit in which one end of a resistor 76 is connected to the anode of the Zener diode 75. The cathode of the Zener diode 75 is electrically connected to the connection point of the capacitors 73 and 74 of the snubber circuit 71. The other end of the resistor 76 is electrically connected to the emitter of the switching element 42, that is, grounded. Thereby, the voltage dividing circuit 72 is connected in parallel with the capacitor 73. The potential at the connection point 77 between the Zener diode 75 and the resistor 76 is input to the failure detection circuit 36.

プラズマリアクタ用電源装置5の出力側における断線故障が発生すると、フライバック型昇圧トランス41の一次コイル43に蓄積されたエネルギは、プラズマリアクタ4での放電により消費されないので、スイッチング素子42と並列に接続されたスナバ回路71のコンデンサ73,74に吸収される。これにより、コンデンサ73の両端間の電圧が上昇する。コンデンサ73の両端間の電圧がツェナーダイオード75のツェナー電圧以上に上昇すると、ツェナーダイオード75が作動し、抵抗76に電流が流れることにより、ツェナーダイオード75と抵抗76との接続点77の電位(抵抗76の電圧)が上昇する。接続点77の電位が所定電圧を上回ると、故障検出回路36からハイレベル信号が出力される。このハイレベル信号の出力に応答して、制御回路37による通常動作が停止され、それ以後は、スイッチング素子42がオフに保たれて、DC電源31からフライバック型昇圧トランス41の一次コイル43への通電が遮断される。   When a disconnection failure occurs on the output side of the plasma reactor power supply device 5, the energy accumulated in the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41 is not consumed by the discharge in the plasma reactor 4, so that it is in parallel with the switching element 42. It is absorbed by the capacitors 73 and 74 of the connected snubber circuit 71. As a result, the voltage across the capacitor 73 increases. When the voltage between both ends of the capacitor 73 rises above the Zener voltage of the Zener diode 75, the Zener diode 75 is activated and a current flows through the resistor 76, whereby the potential (resistance) of the connection point 77 between the Zener diode 75 and the resistor 76 is increased. 76 voltage). When the potential at the connection point 77 exceeds a predetermined voltage, a high level signal is output from the failure detection circuit 36. In response to the output of the high level signal, the normal operation by the control circuit 37 is stopped, and thereafter, the switching element 42 is kept off and the DC power source 31 to the primary coil 43 of the flyback type step-up transformer 41. Is turned off.

この構成によっても、プラズマリアクタ用電源装置5の出力側に断線故障が生じた場合に、DC電源31からフライバック型昇圧トランス41の一次コイル43への通電を停止することができる。   With this configuration as well, energization from the DC power source 31 to the primary coil 43 of the flyback step-up transformer 41 can be stopped when a disconnection failure occurs on the output side of the plasma reactor power supply device 5.

<エネルギ消費回路> <Energy consumption circuit>

図4は、図2に示されるプラズマリアクタ用電源装置5にエネルギ消費回路81が追加された構成を示す回路図である。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration in which an energy consuming circuit 81 is added to the plasma reactor power supply device 5 shown in FIG.

図2に示されるプラズマリアクタ用電源装置5には、スナバ回路34のコンデンサ51に蓄積されるエネルギを消費するためのエネルギ消費回路81が追加されてもよい。   An energy consuming circuit 81 for consuming energy stored in the capacitor 51 of the snubber circuit 34 may be added to the plasma reactor power supply device 5 shown in FIG.

エネルギ消費回路81は、スイッチング素子82および抵抗83の直列回路により構成される。スイッチング素子82は、たとえば、IGBTである。抵抗83の一端は、スイッチング素子82のコレクタと電気的に接続されている。抵抗83の他端は、スイッチング素子42のコレクタと電気的に接続されている。スイッチング素子82のエミッタは、接地されている。   The energy consuming circuit 81 is configured by a series circuit of a switching element 82 and a resistor 83. The switching element 82 is, for example, an IGBT. One end of the resistor 83 is electrically connected to the collector of the switching element 82. The other end of the resistor 83 is electrically connected to the collector of the switching element 42. The emitter of the switching element 82 is grounded.

スイッチング素子82のゲートには、故障検出回路36(コンパレータ)の検出信号が入力されるようになっている。   A detection signal of the failure detection circuit 36 (comparator) is input to the gate of the switching element 82.

プラズマリアクタ用電源装置5の出力側における断線故障が発生すると、フライバック型昇圧トランス41の一次コイル43に蓄積されたエネルギは、スナバ回路34のコンデンサ51に吸収される。コンデンサ51の両端間の電圧が上昇に伴って、分圧回路35の分圧用抵抗61,62の接続点63の電位が上昇し、その電位が所定電圧を上回ると、故障検出回路36からハイレベルの検出信号が出力される。この検出信号の出力に応答して、制御回路37による通常動作が停止される。また、ハイレベルの検出信号がスイッチング素子82のゲートに入力されることにより、エネルギ消費回路81のスイッチング素子82がオンになり、コンデンサ51に蓄積された電荷がエネルギ消費回路81を流れる。その結果、コンデンサ51に蓄積されたエネルギがエネルギ消費回路81の抵抗83でジュール熱に変換されて消費される。これにより、コンデンサ51に蓄積されたエネルギを速やかに消失させることができる。コンデンサ51に蓄積されたエネルギを十分に消失させた後に、スイッチング素子82をオフさせる。   When a disconnection failure occurs on the output side of the plasma reactor power supply 5, the energy accumulated in the primary coil 43 of the flyback step-up transformer 41 is absorbed by the capacitor 51 of the snubber circuit 34. As the voltage between both ends of the capacitor 51 rises, the potential at the connection point 63 of the voltage dividing resistors 61 and 62 of the voltage dividing circuit 35 rises, and when the potential exceeds a predetermined voltage, the failure detection circuit 36 sets the high level. Detection signal is output. In response to the output of the detection signal, the normal operation by the control circuit 37 is stopped. Further, when a high-level detection signal is input to the gate of the switching element 82, the switching element 82 of the energy consumption circuit 81 is turned on, and the charge accumulated in the capacitor 51 flows through the energy consumption circuit 81. As a result, the energy stored in the capacitor 51 is converted into Joule heat by the resistor 83 of the energy consumption circuit 81 and consumed. Thereby, the energy accumulated in the capacitor 51 can be quickly lost. After the energy stored in the capacitor 51 is sufficiently lost, the switching element 82 is turned off.

エネルギ消費回路81は、図5に示されるように、スナバ回路71および分圧回路72が採用されたプラズマリアクタ用電源装置5に追加されてもよい。   As shown in FIG. 5, the energy consuming circuit 81 may be added to the plasma reactor power supply device 5 in which the snubber circuit 71 and the voltage dividing circuit 72 are employed.

<変形例> <Modification>

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

たとえば、スイッチング素子42,82は、IGBTに限らず、MOSFETであってもよい。   For example, the switching elements 42 and 82 are not limited to IGBTs but may be MOSFETs.

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.

4 プラズマリアクタ
5 プラズマリアクタ用電源装置
31 DC電源(直流電源)
34 スナバ回路(スナバコンデンサ)
35 分圧回路
36 故障検出回路(通電遮断手段)
37 制御回路(通電遮断手段)
38 ゲートドライブ回路(通電遮断手段)
41 フライバック型昇圧トランス
42 スイッチング素子
43 一次コイル
44 二次コイル
51 コンデンサ(スナバコンデンサ)
71 スナバ回路
72 分圧回路
73 コンデンサ(スナバコンデンサ)
74 コンデンサ(スナバコンデンサ)
4 Plasma reactor 5 Power supply device for plasma reactor 31 DC power supply (DC power supply)
34 Snubber circuit (Snubber capacitor)
35 Voltage divider circuit 36 Fault detection circuit (energization interruption means)
37 Control circuit (energization interruption means)
38 Gate drive circuit (energization interruption means)
41 Flyback Step-up Transformer 42 Switching Element 43 Primary Coil 44 Secondary Coil 51 Capacitor (Snubber Capacitor)
71 Snubber circuit 72 Voltage divider circuit 73 Capacitor (Snubber capacitor)
74 Capacitor (Snubber Capacitor)

Claims (1)

プラズマリアクタに印加される電圧を発生するプラズマリアクタ用電源装置であって、
直流電源と、
フライバック型昇圧トランスと、
前記直流電源から前記フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電/遮断を切り替えるためにオン/オフされるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と並列に接続されたスナバコンデンサと、
前記スナバコンデンサの両端間の電圧を分圧する分圧回路と、
前記分圧回路による分圧値が所定値を超えた場合に、前記スイッチング素子をオフにして、前記直流電源から前記フライバック型昇圧トランスの一次コイルへの通電を遮断する通電遮断手段と、
第2のスイッチング素子と抵抗との直列回路により構成され、前記分圧値が前記所定値を超えた場合に前記第2のスイッチング素子のオンにより前記スナバコンデンサに蓄積されるエネルギを消費するエネルギ消費回路とを含む、プラズマリアクタ用電源装置。
A power supply device for a plasma reactor that generates a voltage applied to the plasma reactor,
DC power supply,
A flyback step-up transformer,
A switching element that is turned on / off to switch energization / cutoff from the DC power supply to the primary coil of the flyback step-up transformer;
A snubber capacitor connected in parallel with the switching element;
A voltage dividing circuit for dividing the voltage across the snubber capacitor;
An energization cut-off means for turning off the switching element to cut off energization from the DC power supply to the primary coil of the flyback step-up transformer when the divided voltage value by the voltage dividing circuit exceeds a predetermined value;
Is constituted by a series circuit of a resistor and a second switching element, by turning on the second switching element when the divided voltage value exceeds the predetermined value, the energy that consumes the energy stored in the snubber capacitor A power supply device for a plasma reactor, including a consumption circuit.
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