特許 7361665 プラズマリアクタ用電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-05

(45)【発行日】2023-10-16

(54)【発明の名称】プラズマリアクタ用電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231006BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20231006BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H05H1/24

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020114336

(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公開番号】P2022012480

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】松元 裕次

(72)【発明者】

【氏名】小久保 一成

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１８７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１８７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７８７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２５２４０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０５Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項3】

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。

【請求項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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－１５０４５６号公報

【文献】特開２０１７－１１８７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【発明を実施するための形態】

【0038】

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。

【0039】

＜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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

＜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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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）。

【0054】

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）。

【0055】

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。

【0056】

＜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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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）。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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）。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【符号の説明】

【0101】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】