WO2017002845A1 - プラズマリアクタ用電源装置 - Google Patents

プラズマリアクタ用電源装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017002845A1
WO2017002845A1 PCT/JP2016/069248 JP2016069248W WO2017002845A1 WO 2017002845 A1 WO2017002845 A1 WO 2017002845A1 JP 2016069248 W JP2016069248 W JP 2016069248W WO 2017002845 A1 WO2017002845 A1 WO 2017002845A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
switching element
power supply
plasma reactor
primary coil
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/069248
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
道岡　力
下永吉　裕親
田中　裕久
Original Assignee
ダイハツ工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ダイハツ工業株式会社 filed Critical ダイハツ工業株式会社
Publication of WO2017002845A1 publication Critical patent/WO2017002845A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for a plasma reactor that generates a voltage applied to the plasma reactor.
  • Exhaust gas discharged from engines includes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide), PM (Particulate Matter) and the like.
  • 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.
  • the plasma reactor power supply device has a flyback converter configuration, and includes a DC power supply 91, a step-up transformer 92, and a MOSFET 93.
  • a MOSFET 93 is connected to the primary coil 94 of the step-up transformer 92, and a series circuit of the MOSFET 93 and the primary coil 94 is connected to the DC power supply 91.
  • the secondary coil 95 of the step-up transformer 92 is connected to the electrode 96 of the plasma reactor.
  • a snubber capacitor 97 is connected to the MOSFET 93 in parallel. Therefore, when MOSFET 93 is turned off, snubber capacitor 97 is charged by a part of energy released from primary coil 94. By charging the snubber capacitor 97, a transient high voltage (surge voltage) generated when the MOSFET 93 is turned off can be suppressed from being applied to the MOSFET 93, and the MOSFET 93 can be prevented from being destroyed by the high voltage.
  • the snubber capacitor 97 starts to discharge. Due to the discharge of the snubber capacitor 97, a current in the direction opposite to that when the MOSFET 93 is turned on flows in the primary coil 94, and the energy due to the current returns to the DC power source 91 and the like.
  • the discharge of the snubber capacitor 97 proceeds and the voltage between the terminals of the snubber capacitor 97 decreases to 0, an electromotive force is generated to keep current flowing through the primary coil 94. Due to this electromotive force, a current flows through the parasitic diode 98 of the MOSFET 93, and energy due to the current returns to the DC power source 91 and the like.
  • the parasitic diode 98 when the parasitic diode 98 is conductive, a loss due to the forward drop (about 1.7 V) of the parasitic diode 98 occurs. If this loss can be reduced, the circuit efficiency (conversion efficiency) of the plasma reactor power supply device can be improved.
  • An object of the present invention is to provide a plasma reactor power supply device that can reduce a loss caused by a current flowing through a parasitic diode of a switching element.
  • a plasma reactor power supply device is a plasma reactor power supply device that generates a voltage to be applied to a plasma reactor, and includes a DC power supply, a flyback type step-up transformer, A switching element that has a parasitic diode that allows energization to the primary coil side of the buck type step-up transformer and that is turned on / off to switch energization / cutoff from the DC power supply to the primary coil, and is connected in parallel with the switching element After turning off the snubber capacitor and the switching element from off to on, the voltage of the snubber capacitor is opposite to that when the snubber capacitor is charged by the energy released from the primary coil, and its absolute value is Switching means for turning on the switching element for a period that is greater than or equal to a predetermined value.
  • the snubber capacitor begins to discharge. Due to the discharge of the snubber capacitor, a current in the direction opposite to that when the switching element is on flows through the primary coil. When the discharge of the snubber capacitor progresses and the voltage between the terminals of the snubber capacitor decreases to 0, an electromotive force is generated that keeps the current flowing through the primary coil. Due to this electromotive force, a current flows through the parasitic diode of the switching element, and the energy due to the current returns to the DC power source or the like.
  • a voltage having a reverse sign (positive / negative) is generated between the terminals of the switching element (for example, between the drain and source in the case of MOSFET).
  • a voltage having the same sign as that between the terminals of the switching element appears in the snubber capacitor in parallel with the. This voltage is a voltage whose polarity is opposite to that when the snubber capacitor is charged by energy released from the primary coil.
  • the circuit efficiency (conversion efficiency) of the plasma reactor power supply device can be improved.
  • FIG. 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. It is a graph which shows the time change of the current which flows into the primary coil of a flyback type step-up transformer, the current which flows into a switching element, the current which flows into a snubber circuit, and the snubber voltage of a snubber circuit (capacitor). It is a circuit diagram which shows schematic structure of the conventional plasma reactor power supply device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the PM removal device 1.
  • 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.
  • the distribution 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
  • 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.
  • the plasma reactor 4 is disposed in the flow pipe 3.
  • the plasma reactor 4 includes a plurality of electrode panels 21.
  • 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. .
  • the positive wiring 24 and the 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.
  • 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.
  • the plasma reactor power supply 5 includes a DC power supply 31, a booster circuit 32, an input filter circuit 33, a snubber circuit 34, a voltage detection circuit 35, a comparator 36, a control circuit 37, and a gate drive circuit 38.
  • the DC power supply 31 is an in-vehicle battery that outputs a DC voltage of 12V, for example.
  • 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.
  • the switching element 42 is, for example, a MOSFET, its drain is connected to one end of the primary coil 43 of the flyback step-up transformer 41, and its source is grounded.
  • 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.
  • 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.
  • the input filter circuit 33 includes a capacitor for stabilizing the output voltage of the DC power supply 31.
  • the snubber circuit 34 includes a capacitor 51 and is provided in parallel with the switching element 42. That is, the capacitor 51 has one end electrically connected to the drain of the switching element 42 and the other end electrically connected to the source of the switching element 42, that is, grounded.
  • the voltage detection circuit 35 is configured by a series circuit in which one end of a resistor 62 is connected to the cathode of the Zener diode 61.
  • the anode of the Zener diode 61 is electrically connected to the source of the switching element 42, that is, grounded.
  • the other end of the resistor 62 is electrically connected to the drain of the switching element 42.
  • the voltage detection circuit 35 is connected in parallel with the switching element 42 and is connected in parallel with the snubber circuit 34.
  • a connection point 63 between the Zener diode 61 and the resistor 62 of the voltage detection circuit 35 is connected to the plus input terminal of the comparator 36 via the resistor 71.
  • a negative voltage (a voltage obtained by subtracting the voltage drop at the resistor 72 from 0) is applied to the negative input terminal of the comparator 36 by dividing a predetermined voltage by a resistance voltage dividing circuit composed of a series circuit of two resistors 72 and 73. Have been entered.
  • the voltage input to the positive input terminal is equal to or lower than the negative voltage (predetermined value) input to the negative input terminal, a current flows through the output terminal of the comparator 36.
  • the voltage input to the positive input terminal is greater than the negative voltage input to the negative input terminal, no current flows through the output terminal of the comparator 36.
  • a series circuit in which one end of a resistor 82 is connected to the cathode of the diode 81 is provided.
  • the anode of the diode 81 is grounded.
  • a positive voltage is applied to the other end of the resistor 82.
  • the output terminal of the comparator 36 and the output terminal of the control circuit 37 are connected to a connection point 85 between the diode 81 and the resistor 82 via resistors 83 and 84, respectively.
  • the input point of the gate drive circuit 38 is electrically connected to the connection point 85.
  • the output terminal of the gate drive circuit 38 is connected to the gate of the switching element 42.
  • a low level signal is input to the input terminal of the gate drive circuit 38.
  • a current flows through the output terminal of the control circuit 37 a low level signal is input to the input terminal of the gate drive circuit 38.
  • a gate signal is output from the output terminal of the gate drive circuit 38.
  • the current I 1 , the current I MOS and the current I S take positive values when flowing in the direction of the arrow in FIG.
  • the snubber voltage V S takes a positive value when the downstream voltage in the direction of the arrow in FIG. 2 is higher than the upstream voltage.
  • 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 the plasma reactor 4.
  • a secondary voltage output voltage of the plasma reactor power supply device 5
  • 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.
  • the capacitor 51 of the snubber circuit 34 (hereinafter referred to as “snubber capacitor 51”) is charged by a part of the energy.
  • loss due to current flowing through the parasitic diode D can be reduced, and energy returned to the DC power source 31 and the like can be increased.
  • the circuit efficiency (conversion efficiency) of the plasma reactor power supply device 5 can be improved.
  • the snubber voltage V S detects the negative state.
  • the switching element 42 is turned on based on the negative state of the snubber voltage V S , and thus the reliability of the timing (period) when the switching element 42 is turned on. There is also an advantage that is high. Further, when the energy accumulated in the primary coil 43 is released, the peak value of the snubber voltage V S becomes several hundreds V (about 200 to 400 V). It is possible to effectively reduce the voltage level that can be input to the + terminal.
  • the bypass voltage becomes a negative voltage due to a voltage drop caused by the negative current IMOS flowing through the switching element 42.
  • the negative voltage input to the negative input terminal of the comparator 36 may be set to a value that takes into account fluctuations due to noise in the potential of the connection point 63 input to the positive input terminal. Furthermore, it is possible to increase resistance to noise by providing the comparator 36 with hysteresis characteristics.
  • a current flows through the output terminal of the comparator 36, a low level signal is input to the gate drive circuit 38, the switching element 42 is turned on, and the connection point 63
  • the potential exceeds ⁇ 0.2 V for example, the current at the output terminal of the comparator 36 does not flow, and a high level signal is input to the gate drive circuit 38 so that the switching element 42 is turned off.
  • Such hysteresis characteristics can prevent chattering due to noise in the vicinity of the threshold value, and can also increase the reliability of operation.
  • the snubber circuit 34 is constituted by the capacitor 51, it may be constituted by a series circuit of a plurality of capacitors.
  • Plasma reactor 5 Power supply device for plasma reactor 31 DC power supply (DC power supply) 34 Snubber circuit (Snubber capacitor) 36 Comparator (switching means) 37 Control circuit (switching means) 38 Gate drive circuit (switching means) 41 Flyback Step-up Transformer 42 Switching Element 43 Primary Coil 44 Secondary Coil 51 Capacitor (Snubber Capacitor)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

スイッチング素子の寄生ダイオードを電流が流れることによる損失を低減できる、プラズマリアクタ用電源装置を提供する。スナバ回路３４（コンデンサ５１）は、スイッチング素子４２と並列に設けられている。電圧検出回路３５は、ツェナーダイオード６１のカソードに抵抗６２の一端を接続した直列回路により構成される。電圧検出回路３５は、スナバ回路３４と並列に接続されている。ツェナーダイオード６１と抵抗６２との接続点６３は、抵抗７１を介して、コンパレータ３６のプラス入力端子と接続されている。コンパレータ３６のマイナス入力端子には、所定の負電圧が入力されている。スイッチング素子４２をオフからオンを経てオフさせた後、コンパレータ３６のプラス入力端子に入力される電圧がマイナス入力端子に入力される負電圧以下であるとき、コンパレータ３６の出力端子に電流が流れ、スイッチング素子４２がオンされる。

Description

プラズマリアクタ用電源装置
　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。
　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。
　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。
　プラズマリアクタ用電源装置は、図４に示されるように、フライバック型コンバータの構成を有しており、ＤＣ電源９１、昇圧トランス９２およびＭＯＳＦＥＴ９３を備えている。昇圧トランス９２の一次コイル９４にＭＯＳＦＥＴ９３が接続されており、このＭＯＳＦＥＴ９３と一次コイル９４との直列回路がＤＣ電源９１に接続されている。昇圧トランス９２の二次コイル９５は、プラズマリアクタの電極９６に接続されている。
　ＭＯＳＦＥＴ９３がオンされると、昇圧トランス９２の一次コイル９４に電流が流れ、一次コイル９４にエネルギが蓄積される。その後、ＭＯＳＦＥＴ９３がオフされると、一次コイル９４に蓄積されたエネルギが開放されて、一次コイル９４に起電力が生じ、昇圧トランス９２の二次コイル９５に巻数比に応じた二次電圧が発生する。ＭＯＳＦＥＴ９３のオン／オフが一定の周期で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がプラズマリアクタの電極９６間に印加される。
　ＭＯＳＦＥＴ９３には、スナバコンデンサ９７が並列に接続されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ９３のオフ時には、一次コイル９４から開放されるエネルギの一部により、スナバコンデンサ９７が充電される。スナバコンデンサ９７の充電により、ＭＯＳＦＥＴ９３のオフ時に生じる過渡的な高電圧（サージ電圧）がＭＯＳＦＥＴ９３に印加されることを抑制でき、ＭＯＳＦＥＴ９３がその高電圧により破壊されることを抑制できる。
実用新案登録第２５９６１４２号公報
　一次コイル９４に蓄積されていたエネルギがすべて放出されて、スナバコンデンサ９７の充電が停止すると、スナバコンデンサ９７が放電し始める。スナバコンデンサ９７の放電により、一次コイル９４には、ＭＯＳＦＥＴ９３のオン時とは逆方向の電流が流れ、その電流によるエネルギがＤＣ電源９１などに戻る。スナバコンデンサ９７の放電が進み、スナバコンデンサ９７の端子間電圧が０まで低下すると、一次コイル９４に電流を流し続けようとする起電力が生じる。この起電力により、ＭＯＳＦＥＴ９３の寄生ダイオード９８に電流が流れ、その電流によるエネルギがＤＣ電源９１などに戻る。
　ところが、寄生ダイオード９８の導通時、寄生ダイオード９８のフォワード降下（約１．７Ｖ）による損失が発生する。この損失を低減することができれば、プラズマリアクタ用電源装置の回路効率（変換効率）を向上させることができる。
　本発明の目的は、スイッチング素子の寄生ダイオードを電流が流れることによる損失を低減できる、プラズマリアクタ用電源装置を提供することである。
　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、フライバック型昇圧トランスの一次コイル側への通電を許容する寄生ダイオードを有し、直流電源から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、スイッチング素子をオフからオンを経てオフさせた後、スナバコンデンサの電圧が一次コイルから開放されるエネルギによるスナバコンデンサの充電時と正負が逆
の電圧であって、その絶対値が所定値以上である期間、スイッチング素子をオンさせるスイッチング手段とを含む。
　この構成によれば、スイッチング素子がオンされると、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、スイッチング素子がオフされると、一次コイルに蓄積されたエネルギが開放されて、一次コイルに起電力が生じ、フライバック型昇圧トランスの二次コイルに巻数比に応じた二次電圧が発生する。また、一次コイルに蓄積されたエネルギが開放されると、そのエネルギの一部により、スナバコンデンサが充電される。
　一次コイルに蓄積されていたエネルギがすべて放出されて、スナバコンデンサの充電が停止すると、スナバコンデンサが放電し始める。スナバコンデンサの放電により、一次コイルには、スイッチング素子のオン時とは逆方向の電流が流れる。スナバコンデンサの放電が進み、スナバコンデンサの端子間電圧が０まで低下すると、一次コイルに電流を流し続けようとする起電力が生じる。この起電力により、スイッチング素子の寄生ダイオードに電流が流れ、その電流によるエネルギが直流電源などに戻る。
　スイッチング素子の寄生ダイオードに電流が流れると、スイッチング素子の端子間（たとえば、ＭＯＳＦＥＴの場合、ドレイン－ソース間）にスイッチング素子のオン時と逆符号（正負が逆）の電圧が発生し、スイッチング素子と並列のスナバコンデンサにスイッチング素子の端子間と同符号の電圧が現れる。この電圧は、一次コイルから開放されるエネルギによるスナバコンデンサの充電時と正負が逆の電圧である。
　したがって、スナバコンデンサの電圧が一次コイルから開放されるエネルギによるスナバコンデンサの充電時と正負が逆の電圧であるときには、スイッチング素子の寄生ダイオードに電流が流れていることになる。そこで、当該電圧の絶対値が所定値以上であるときには、スイッチング素子がオンにされる。これにより、寄生ダイオードよりも電圧降下の小さいスイッチング素子に電流が流れるので、寄生ダイオードを電流が流れることによる損失を低減でき、直流電源に戻されるエネルギを増大させることができる。その結果、プラズマリアクタ用電源装置の回路効率（変換効率）を向上させることができる。
　本発明によれば、スナバコンデンサの電圧が一次コイルから開放されるエネルギによるスナバコンデンサの充電時と正負が逆の電圧であるときに、スイッチング素子の寄生ダイオードを電流が流れることによる損失（寄生ダイオードのフォワード降下による損失）を低減でき、直流電源に戻されるエネルギを増大させることができる。その結果、プラズマリアクタ用電源装置の回路効率（変換効率）を向上させることができる。
ＰＭ除去装置の構成を図解的に示す断面図である。 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。 フライバック型昇圧トランスの一次コイルに流れる電流、スイッチング素子に流れる電流、スナバ回路に流れる電流およびスナバ回路（コンデンサ）のスナバ電圧の時間変化を示すグラフである。 従来の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。
　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。
＜ＰＭ除去装置＞
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、Ａｌ２Ｏ３（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。
　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。
＜プラズマリアクタ用電源装置＞
　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。
　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、電圧検出回路３５、コンパレータ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。
　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。
　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、ＭＯＳＦＥＴであり、そのドレイン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、ソースが接地されている。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。
　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。
　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。
　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のドレインと電気的に接続され、他端がスイッチング素子４２のソースと電気的に接続、つまり接地されている。
　電圧検出回路３５は、ツェナーダイオード６１のカソードに抵抗６２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６１のアノードは、スイッチング素子４２のソースと電気的に接続、つまり接地されている。抵抗６２の他端は、スイッチング素子４２のドレインと電気的に接続されている。これにより、電圧検出回路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。
　電圧検出回路３５のツェナーダイオード６１と抵抗６２との接続点６３は、抵抗７１を介して、コンパレータ３６のプラス入力端子と接続されている。コンパレータ３６のマイナス入力端子には、所定電圧を２個の抵抗７２，７３の直列回路からなる抵抗分圧回路で分圧した負電圧（０から抵抗７２での電圧降下分を差し引いた電圧）が入力されている。
プラス入力端子に入力される電圧がマイナス入力端子に入力される負電圧（所定値）以下であるとき、コンパレータ３６の出力端子に電流が流れる。一方、プラス入力端子に入力される電圧がマイナス入力端子に入力される負電圧よりも大きいときには、コンパレータ３６の出力端子に電流が流れない。
　制御回路３７とゲートドライブ回路３８との間には、ダイオード８１のカソードに抵抗８２の一端を接続した直列回路が設けられている。ダイオード８１のアノードは、接地されている。抵抗８２の他端には、正電圧が印加されている。コンパレータ３６の出力端子および制御回路３７の出力端子は、それぞれ抵抗８３，８４を介して、ダイオード８１と抵抗８２との接続点８５に接続されている。
　また、接続点８５には、ゲートドライブ回路３８の入力端子が電気的に接続されている。ゲートドライブ回路３８の出力端子は、スイッチング素子４２のゲートに接続されている。コンパレータ３６の出力端子に電流が流れると、ゲートドライブ回路３８の入力端子にローレベル信号が入力される。また、制御回路３７の出力端子に電流が流れると、ゲートドライブ回路３８の入力端子にローレベル信号が入力される。ゲートドライブ回路３８の入力端子にローレベル信号が入力されると、ゲートドライブ回路３８の出力端子からゲート信号が出力される。スイッチング素子４２のゲートにゲート信号が入力されると、ス
イッチング素子４２がオンになる。
＜作用効果＞
　図３は、フライバック型昇圧トランス４１の一次コイル４３に流れる電流Ｉ１、スイッチング素子４２に流れる電流ＩＭＯＳ、スナバ回路３４に流れる電流ＩＳおよびスナバ回路３４（コンデンサ５１）のスナバ電圧ＶＳの時間変化を示すグラフである。
　なお、電流Ｉ１、電流ＩＭＯＳおよび電流ＩＳは、図２における矢印の方向に流れるときに正の値をとるものとする。また、スナバ電圧ＶＳは、図２における矢印の方向の下流側の電圧が上流側の電圧よりも高いときに正の値をとるものとする。
　制御回路３７に含まれるトランジスタがオンにされて、制御回路３７の出力端子に電流が流れると、ゲートドライブ回路３８の入力端子にローレベル信号が入力され、ゲートドライブ回路３８の出力端子からスイッチング素子４２のゲートにゲート信号が入力される。ゲート信号の入力により、スイッチング素子４２がオンになると、フライバック型昇圧トランス４１の一次コイル４３に正の電流Ｉ１が流れ（時刻Ｔ１）、一次コイル４３にエネルギが蓄積される。その後、制御回路３７の出力端子の通電が遮断されて、ゲートドライブ回路３８からスイッチング素子４２へのゲート信号の入力が停止されると、スイッチング素子４２がオフになる（時刻Ｔ２）。スイッチング素子４２がオフになると、一次コイル４３に蓄積されたエネルギが開放されて、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／オフが一定の周期で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。
　また、一次コイル４３に蓄積されたエネルギが開放されると、そのエネルギの一部により、スナバ回路３４のコンデンサ５１（以下、「スナバコンデンサ５１」という。）が充電される。
　一次コイル４３に蓄積されていたエネルギがすべて放出されて、スナバコンデンサ５１の充電が停止すると（時刻Ｔ３）、スナバコンデンサ５１が放電し始める。スナバコンデンサ５１の放電により、一次コイル４３には、スイッチング素子４２のオン時とは逆方向の負の電流Ｉ１が流れる。スナバコンデンサ５１の放電が進み、スナバコンデンサ５１の端子間電圧が０まで低下すると（時刻Ｔ４）、一次コイル４３に電流を流し続けようとする起電力が生じる。この起電力により、スイッチング素子４２の寄生ダイオードＤに負の電流ＩＭＯＳが流れ、その電流ＩＭＯＳによるエネルギがＤＣ電源３１および入力フィルタ回路３３に含まれるコンデンサなどに戻る。
　スイッチング素子４２の寄生ダイオードＤに負の電流ＩＭＯＳが流れると、スイッチング素子４２の端子間（たとえば、ＭＯＳＦＥＴの場合、ドレイン－ソース間）に負の電圧が発生し、スイッチング素子４２と並列のスナバコンデンサ５１に負のスナバ電圧ＶＳが現れる。たとえば、負のスナバ電圧ＶＳが－０．７［Ｖ］よりも低下すると、電圧検出回路３５のツェナーダイオード６１がフォワード方向に導通し、ツェナーダイオード６１と抵抗６２との接続点６３が０からツェナーダイオード６１のフォワード降下分だけ低下した負の電位となる。
　接続点６３の電位がコンパレータ３６のマイナス入力端子に入力される負電圧以下に低下すると、コンパレータ３６の出力端子に電流が流れる。コンパレータ３６の出力端子に電流が流れると、ゲートドライブ回路３８の入力端子にローレベル信号が入力され、ゲートドライブ回路３８の出力端子からスイッチング素子４２のゲートにゲート信号が入力されて、スイッチング素子４２がオンになる。これにより、スイッチング素子４２に負の電流ＩＭＯＳが流れ、スナバ電圧ＶＳの波形の一部の拡大図に示されるように、スナバ電圧ＶＳ（＝スイッチング素子４２のドレイン－ソース間の電圧）が寄生ダイオードＤの通電によるダイオード降下電圧からスイッチング素子４２の通電によるバイパス電圧に変化する。その結果、寄生ダイオードＤを電流が流れることによる損失を低減でき、ＤＣ電源３１などに戻されるエネルギを増大させることができる。その結果、プラズマリアクタ用電源装置５の回路効率（変換効率）を向上させることができる。
　また、ツェナーダイオード６１および抵抗６２で構成される電圧検出回路３５とコンパレータ３６とによる比較的安価な構成により、スナバ電圧ＶＳが負の状態を検出することができる。
　さらには、スナバ電圧ＶＳにはノイズが乗りにくいので、スナバ電圧ＶＳの負の状態に基づいてスイッチング素子４２がオンされることにより、スイッチング素子４２がオンされるタイミング（期間）の信頼性が高いという利点もある。さらに、一次コイル４３に蓄積されていたエネルギが放出されると、スナバ電圧ＶＳの波高値は数百Ｖ（約２００～４００Ｖ）になるが、ツェナーダイオード６１を使用することにより、コンパレータ３６の＋端子に入力可能な電圧レベルまで効果的に低減させることができる。一方で、スナバ電圧Ｖｓが負の状態を検出する場合にも、ツェナーダイオード６１が導通した場合にはそのフォワード降下分、ツェナーダイオード６１が非導通の場合にはスイッチング素子４２の負のドレイン電圧が接続点６３に生じる。ツェナーダイオード６１および抵抗６２で構成される電圧検出回路３５によれば、スナバ電圧ＶＳを例えば抵抗で分圧した場合に比べて、感度良く負のスナバ電圧ＶＳを検出できる。
　なお、スイッチング素子４２に負の電流ＩＭＯＳが流れることによる電圧降下により、バイパス電圧は負の電圧となる。
　コンパレータ３６のマイナス入力端子に入力される負電圧は、プラス入力端子に入力される接続点６３の電位のノイズによる変動を考慮した値に設定されるとよい。さらに、コンパレータ３６にヒステリシス特性を付与することにより、ノイズへの耐性を高めることが可能である。接続点６３の電位が例えば－０．５Ｖを下回ると、コンパレータ３６の出力端子に電流が流れて、ゲートドライブ回路３８にローレベル信号が入力され、スイッチング素子４２がオンになり、接続点６３の電位が例えば－０．２Ｖを上回ると、コンパレータ３６の出力端子の電流が流れず、ゲートドライブ回路３８にハイレベル信号が入力さ
れて、スイッチング素子４２がオフになるようにする。このようなヒステリシス特性により、閾値近傍でのノイズによるチャタリングを防止でき、作動の信頼性を高めることも可能である。
＜変形例＞
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
　たとえば、スナバ回路３４は、コンデンサ５１により構成されるとしたが、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。
　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。
　本国際出願は、２０１５年６月３０日に出願された日本国特許出願である特願２０１５－１３１６５１号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本国特許出願である特願２０１５－１３１６５１号の全内容は、本国際出願に援用される。
　本発明の特定の実施の形態についての上記説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上記の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。
　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）
　３６　コンパレータ（スイッチング手段）
　３７　制御回路（スイッチング手段）
　３８　ゲートドライブ回路（スイッチング手段）
　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）

 

Claims (1)

  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、
    　前記フライバック型昇圧トランスの一次コイル側への通電を許容する寄生ダイオードを有し、前記直流電源から前記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、
    　前記スイッチング素子をオフからオンを経てオフさせた後、前記スナバコンデンサの電圧が前記一次コイルから開放されるエネルギによる前記スナバコンデンサの充電時と正負が逆の電圧であって、その絶対値が所定値以上である期間、前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング手段とを含む、プラズマリアクタ用電源装置。

     
PCT/JP2016/069248 2015-06-30 2016-06-29 プラズマリアクタ用電源装置 WO2017002845A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-131651 2015-06-30
JP2015131651A JP6673651B2 (ja) 2015-06-30 2015-06-30 プラズマリアクタ用電源装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017002845A1 true WO2017002845A1 (ja) 2017-01-05

Family

ID=57608835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/069248 WO2017002845A1 (ja) 2015-06-30 2016-06-29 プラズマリアクタ用電源装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6673651B2 (ja)
WO (1) WO2017002845A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059688A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Denso Corp 放電灯装置
JP2005192371A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
JP2010220385A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Fdk Corp スイッチング素子の損失低減回路
JP2013520148A (ja) * 2010-02-18 2013-05-30 ピーター ヴァルダマー レーン 高入力対出力電圧変換のためのｄｃ−ｄｃコンバータ回路
JP2014090570A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置、冷凍サイクル装置、空気調和機および冷蔵庫

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2596142Y2 (ja) * 1992-10-05 1999-06-07 ネミック・ラムダ株式会社 フライバック型コンバータ
JP3505068B2 (ja) * 1997-10-24 2004-03-08 富士通株式会社 同期整流式ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP3664012B2 (ja) * 1999-12-14 2005-06-22 富士電機デバイステクノロジー株式会社 スイッチング電源装置
JP4406929B2 (ja) * 2005-02-08 2010-02-03 Ｔｄｋラムダ株式会社 スイッチング電源装置
JP5468871B2 (ja) * 2009-10-16 2014-04-09 オリジン電気株式会社 コンバータ回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059688A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Denso Corp 放電灯装置
JP2005192371A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置
JP2010220385A (ja) * 2009-03-17 2010-09-30 Fdk Corp スイッチング素子の損失低減回路
JP2013520148A (ja) * 2010-02-18 2013-05-30 ピーター ヴァルダマー レーン 高入力対出力電圧変換のためのｄｃ−ｄｃコンバータ回路
JP2014090570A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置、冷凍サイクル装置、空気調和機および冷蔵庫

Also Published As

Publication number Publication date
JP6673651B2 (ja) 2020-03-25
JP2017017851A (ja) 2017-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5827382B2 (ja) 出力電源保護装置及びその操作方法
JP6794050B2 (ja) Ｐｍ堆積検出装置
JP5523511B2 (ja) 電力変換装置
JP4519333B2 (ja) パルスａｃ式除電装置
JP6623063B2 (ja) プラズマリアクタ用電源装置
JP6633389B2 (ja) プラズマリアクタ用電源装置
KR100829326B1 (ko) 전기차 제어 장치
WO2005112246A1 (ja) 高電圧パルス発生回路
US6489732B2 (en) Discharge lamp lighting circuit
WO2017002845A1 (ja) プラズマリアクタ用電源装置
JP6602573B2 (ja) プラズマリアクタ用電源装置
US6624594B2 (en) Discharge lamp lighting circuit
JP2017133459A (ja) 点火装置
JP3480307B2 (ja) 放電灯装置
JP6563263B2 (ja) プラズマリアクタ用電源装置のスナバ回路
JP6675786B2 (ja) プラズマリアクタの電源装置
JP2019157818A (ja) イオン電流検出回路
JP5105098B2 (ja) 電源瞬断対策回路、スイッチング電源装置、及び、制御方法
JP6461731B2 (ja) プラズマリアクタの印加電圧制御装置
JP6713199B2 (ja) プラズマリアクタ用制御装置
US9982650B2 (en) Ignition apparatus and ignition control method
JP2018018777A (ja) プラズマリアクタの異常検出装置および制御装置
JP6927818B2 (ja) プラズマリアクター用電源システム
CN216794848U (zh) 电源转换器的二次侧保护侦测电路
SU1297158A1 (ru) Устройство дл контрол состо ни последовательно соединенных тиристоров

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16817953

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16817953

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1