操控电路和用于操控压电变压器的方法技术

本发明专利技术涉及一种操控电路（2），该操控电路（2）被构成用于将具有周期性变化过程的电压施加到压电变压器（3）上，所述电压的周期持续时间通过操控频率确定，其中操控电路（2）具有电感（8）和控制单元（16），并且其中所述控制单元（16）被构成用于根据流过所述电感（8）的电流的平均电流强度来适配所施加的电压的操控频率。根据另一方面，本发明专利技术涉及一种用于操控压电变压器（3）的方法。

Control circuit and method for manipulating piezoelectric transformer

The invention relates to a control circuit (2), which is constituted for applying a voltage with a periodic changing process to a piezoelectric transformer (3), which is determined by the control frequency, in which the control circuit (2) has an inductance (8) and a control unit (16), and the control circuit (2) has an inductance (8) and a control unit (16), and the control circuit (8) and the control unit (16) are included, and the control circuit (8) and the control unit (16) are used. The control unit (16) is configured to adapt the operating frequency of the applied voltage according to the average current intensity of the current flowing through the inductor (8). According to another aspect, the present invention relates to a method for manipulating piezoelectric transformers (3).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操控电路和用于操控压电变压器的方法
本专利技术涉及用于压电变压器的操控电路。操控电路的任务是在频率方面操控或调节压电变压器，使得该压电变压器能够可靠地对等离子体点火。为了能够实现等离子体点火，压电变压器应该以至少处于其谐振频率附近的频率被操控。由于谐振频率与许多参数有关、例如与由压电变压器产生的等离子体的功率、制造公差、所使用的工艺气体和环境温度有关，所以需要反馈，所述操控电路根据所述反馈能够持续地适配频率。
技术介绍
US5,923,542A描述一种用于压电变压器的操控电路。在这里，压电变压器的输出电压或输出电流被用作信号用于反馈。然而，如果应该在等离子体发生器中使用压电变压器，则不可能使用输出侧的信号、例如输出电压或输出电流用于反馈，因为等离子体应该在压电变压器的输出侧处被点火。由US8,710,761B2和DE102013103159A1分别已知在压电变压器的输入侧上获得反馈信号的操控电路。所述操控电路使用输入电压和输入电流之间的相位角值作为反馈信号，在所述反馈信号的基础上适配操控频率。相位的测量与不可忽略的技术耗费相关联，并且因此需要昂贵的测量电路。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是说明一种改善的操控电路以及一种用于操控压电变压器的改善的方法。该任务通过根据本权利要求1所述的操控电路和通过根据第二独立权利要求所述的用于操控压电变压器的方法来实现。建议一种操控电路，所述操控电路被构成用于将具有周期性变化过程的电压施加到压电变压器上，所述电压的周期持续时间由操控频率确定，其中操控电路具有电感和控制单元，并且其中所述控制单元被构成用于根据流过所述电感的电流的平均电流强度来适配所施加的电压的操控频率。与此相应地，流过电感的电流的平均电流强度（mittlereStromstärke）应该被用作用于反馈信号的参数，在所述反馈信号的基础上，操控电路适配操控频率，其中压电变压器以所述操控频率被运行。平均电流的使用具有大量优点。一方面，平均电流（mittlereStrom）可以利用少数量的器件被监控。例如，可以使用分流电阻、电流互感器或霍尔传感器用于测量平均电流。与此相应地，操控电路具有非常少数量的器件。由于少数量的构件，使对于操控电路所需的空间减小。与此相应地，操控电路尤其适用于具有有限空间的应用，例如在可用作手持式设备的等离子体发生器中。压电变压器可以是罗森型（Rosen-Typ）变压器。压电变压器可以适用于产生非热大气压等离子体。控制单元可以被构成用于确定和适配操控频率，其中操控电路以所述操控频率向压电变压器施加周期性电压信号。例如，控制单元可以以一频率操作开关，其中操作所述开关的频率确定操控频率。操控电路可以具有E类放大器，所述E类放大器具有电感。除此之外，E类放大器可以具有其他构件、诸如开关。E类放大器是其中切换级（Schaltstufe）在振荡回路上工作的放大器，所述振荡回路的电压经由低通滤波器到达负载。每当振荡回路到达过零点时，切换级闭合。振荡回路可以是具有电感元件和电容元件的LC振荡回路。在本操控电路中，E类放大器可以具有电感，所述电感构成振荡回路的电感元件。振荡回路的电容元件可以由压电变压器的电容构成，所述E类放大器与所述压电变压器接线。上面提及的切换级可以是E类放大器的开关。操控频率可以被调整为使得所述操控频率处于压电变压器的谐振频率和反谐振频率之间。通过这种方式，可以实现：如果在压电变压器上不施加电压，则操控电路始终操作开关。这被称为零电压切换（ZeroVoltageSwitching）。通过零电压切换可以减少损耗。压电变压器的谐振频率和反谐振频率取决于当前由压电变压器产生的等离子体功率。因此，可以持续地适配操控频率，使得所述操控频率始终处于反谐振频率和谐振频率之间。在此，为了运行变压器可以选择以下操控频率，即所述操控频率比反谐振频率更接近谐振频率。紧接在接通变压器之后，可以首先以以下操控频率操控所述变压器，即所述操控频率比谐振频率更接近反谐振频率。尤其是当使运行变压器的频率朝谐振频率的方向减小时，由变压器产生的等离子体的功率升高。在特定的应用中，也可以选择不比反谐振频率更接近谐振频率的操控频率，例如用以设定低的等离子体功率。所述控制单元可以被构成用于当平均电流强度超过第一预定极限值时提高操控频率，其中，所述控制单元被构成用于当平均电流强度未超过第二预定极限值时减小操控频率。通过这种方式可以确保：平均电流始终被保持在第一和第二极限值之间。从而得出通过操控电路运行的压电变压器的稳定特性。可替代地，控制单元可以被构成用于当平均电流强度超过预定目标值时提高操控频率，并且当平均电流强度未超过预定目标值时减小操控频率。与此相应地，操控电路持续地试图将平均电流强度调节到预定目标值。这也导致压电变压器的稳定特性。所施加的电压可以具有半正弦形或正弦形变化过程。正弦形变化过程可以例如通过操控电路来实现，其中两个E类放大器以彼此相反的方式被切换。该操控电路此外可以具有用于测量经由电感的平均电流的测量单元，所述测量单元与电感串联。测量单元可以例如具有分流电阻、霍尔传感器或电流互感器。与此相应地，可以利用简单的器件进行平均电流的测量，从而需要用于实现电路的总共少量构件。由此，使用于操控电路的空间需求减小并且使得能够在手持式设备中使用。用于测量平均电流强度的测量单元应该以比周期性信号的周期持续时间大得多的间隔测量电流。例如，测量单元应该以周期性间隔测量平均电流强度，所述周期性间隔至少是施加到压电变压器上的周期性信号的周期持续时间的十倍。由此，使得能够在一定的测量时间上对电流强度进行积分，并且从而确定平均电流强度。分别在测量平均电流强度之后，可以接着适配操控频率，只要如果这看起来是必要的。控制单元可以具有微控制器或压控振荡器。两者使得能够适配开关被操作的频率。操控电路可以具有开关，其中控制单元被构成用于周期性地操作开关，其中操控频率通过所述开关的操作的周期持续时间确定。在此情况下，在开关的两个接通过程之间过去的时间被称为周期持续时间。开关的操作可以是开关的断开或闭合。开关可以是开关晶体管、尤其是MOSFET。本专利技术的另一方面涉及具有上述操控电路和压电变压器的等离子体发生器。压电变压器具有两个外电极，其中操控电路被构成用于在压电变压器的外电极之间施加电压。等离子体发生器被设计用于产生非热大气压等离子体。本专利技术的另一方面涉及用于操控压电变压器的方法，其中压电变压器与操控电路连接，所述操控电路被构成用于向压电变压器施加电压，并且具有电感。操控电路尤其可以是上述操控电路。与此相应地，结合操控电路公开的每个功能或结构特征也可以适用于该方法。该方法具有以下步骤：-将具有周期性变化过程的电压施加到压电变压器上，所述电压的周期持续时间通过操控频率确定，-测量流过电感的电流的平均电流强度，以及-根据所测量的平均电流强度调节操控频率。由于经由电感的平均电流强度直接与在压电变压器处的输入电流的电流强度相关，所以经由该参量可以直接推断出由压电变压器产生的等离子体功率。如上面已经阐述的，该方法此外使得能够使用具有少数量器件的操控电路，使得该方法尤其适用于手持式设备。在施加周期性电压的步骤中，首先可以在压电变压器上以操控频率施加电压，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.操控电路（2），所述操控电路被构成用于将具有周期性变化过程的电压施加到压电变压器（3）上，所述电压的周期持续时间通过操控频率确定，其中所述操控电路（2）具有电感（8）和控制单元（16），以及其中所述控制单元（16）被构成用于根据流过所述电感（8）的电流的平均电流强度来适配所施加的电压的所述操控频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.12 DE 102015119574.71.操控电路（2），所述操控电路被构成用于将具有周期性变化过程的电压施加到压电变压器（3）上，所述电压的周期持续时间通过操控频率确定，其中所述操控电路（2）具有电感（8）和控制单元（16），以及其中所述控制单元（16）被构成用于根据流过所述电感（8）的电流的平均电流强度来适配所施加的电压的所述操控频率。2.根据权利要求1所述的操控电路（2），其中所述操控频率被调整为使得所述操控频率位于所述压电变压器（3）的谐振频率和反谐振频率之间。3.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），其中所述控制单元（16）被构成用于当所述平均电流强度超过第一预定极限值时，使所述操控频率提高，并且其中所述控制单元（16）被构成用于当所述平均电流强度未超过第二预定极限值时，使所述操控频率减小。4.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），其中所述控制单元（16）被构成用于当所述平均电流强度超过预定目标值时，使所述操控频率提高，并且其中所述控制单元（16）被构成用于当所述平均电流强度未超过所述预定目标值时，使所述操控频率减小。5.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），其中所述所施加的电压具有半正弦形变化过程或正弦形变化过程。6.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），具有用于测量经由电感（8）的平均电流的测量单元（18），所述测量单元与所述电感（8）串联，其中所述测量单元（18）具有分流电阻、霍尔传感器或电流互感器。7.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），其中所述控制单元（16）具有微控制器（17）或压控振荡器（20）。8.根据前述权利要求之一所述的操控电路（2），其中所述操控电路（2）具有开关（7），其中，所述控制单元（16）被构成用于周期性...

【专利技术属性】
技术研发人员：M魏尔古尼，
申请(专利权)人：埃普科斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE