用于压电变压器的频率调节的方法以及具有压电变压器的电路装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于压电变压器（1）的频率调节的方法，其中，在输入侧（1a）以预先确定的频率的交流电压来激励压电变压器（1），在返回路径中检测所述压电变压器（1）的输入阻抗的相位信息。接着，在预先确定的相位标准方面分析处理所检测的相位信息，根据所分析处理的相位信息调节所述交流电压的频率。此外，描述一种用于执行相应的频率调节的电路装置。

【技术实现步骤摘要】
用于压电变压器的频率调节的方法以及具有压电变压器的电路装置
本专利技术涉及一种用于压电变压器的频率调节的方法以及一种电路装置，所述电路装置包括压电变压器和用于在压电变压器的输入侧上产生输入电压的交流电压源。
技术介绍
压电变压器能够实现将所供给的、作为输入侧上的输入电压的交流电压转换成作为在压电元件的输出侧上的输出电压的、较高的或较低的交流电压。压电元件经常由锆钛酸铅化合物（PZT）构造。根据压电元件的输入侧的以及输出侧的相应极化，使得在输入侧施加正弦形的交流电压的情况下，压电元件基于逆的压电效应而例如朝厚度方向变形，由此在压电元件的纵向方向产生振动。这又在输出侧由于直接的压电效应而产生相应的输出电压。如果所施加的输入电压与压电元件的谐振频率一致，则由此引起元件的电子机械谐振，使得机械振荡达到最大值。通过这种方式可以在压电元件的输出侧上产生非常高的输出电压。一个应用例如在于，将压电变压器作为等离子体生成器来运行，其中，基于在等离子体生成器的输出侧上的高的输出电压而发生环流等离子体生成器的工作气体的离子化，从而产生等离子体。此外在运行压电变压器时始终值得期望的是，使变压器在最大效率下运行。最大效率可以总是仅仅在确定的频率下才实现。该频率取决于众多参数、尤其取决于输入电压和所应用的工作环境。因此，对于最大效率的发现，需要组件的信息。对于常规的压电变压器的频率调节已经存在多种可能性。例如，可以考虑在次级侧上的电压（输出电压）。另一种可能性是，在变压器上应用附加的电极用于获得反馈信号。在第一种可能性中存在以下缺点，即输出电压的每次量取影响输出电压的幅度并且因此影响压电元件的振动行为以及最后影响压电变压器的功能方式。尤其在使用压电变压器作为等离子体生成器的情况下，频率调节的这种可能性将显著负面地影响等离子体生成器的功能方式。相反，第二变型方案具有以下缺点，即由此使压电组件的另外的接触变得必要，所述另外的接触使结构复杂化。
技术实现思路
因此存在以下任务，在频率方面如此调节压电变压器、尤其压电等离子体生成器，使得所述压电变压器始终在最大效率下运行，然而，功能方式在简单的结构的情况下尽可能少地受影响。在第一方面中，通过一种根据权利要求1的用于压电变压器的频率调节的方法来解决上述任务。所述方法包括以下步骤：-在输入侧以预先确定的频率的交流电压作为输入电压来激励压电变压器，-在返回路径中检测所述压电变压器的输入阻抗的相位信息，-在预先确定的相位标准方面分析处理所检测的相位信息，-根据所分析处理的相位信息来调节所述交流电压的频率。根据一种这样的方法，实现相位信息的探测、即关于在正弦形的输入电压和正弦形的输入电流之间的相位角的信息的探测，所述相位角相应于输入阻抗的相位角。最后，可以根据所分析处理的相位信息调节交流电压的频率。这样的方法的优点在于，对于频率调节仅仅使用在压电变压器的输入侧上检测的信息作为用于频率调节的标准。通过这种方式，压电变压器的运行行为实际上几乎不受影响或不显著受影响。尤其省去了在压电变压器的输出侧上的信号信息的量取。然而，单单基于在输入侧检测的信息，压电变压器可以始终在最优的条件下运行。相对于常规方案的决定性的一个优点是，在此可以实现的高效率。所述方法的一个重要原理在于，单单基于压电变压器的输入阻抗的相位或相位角而可能的是，使变压器在任意的外部条件下分别在最大效率下运行。这意味着，可以单单基于所检测的相位信息的在预先确定的相位标准方面的分析处理来在算数上推断出确定的运行频率，在所述运行频率的情况下满足预先确定的相位标准并且给出最大的效率。因此，可以将压电变压器调节到交流电压的运行频率上，从而变压器以该频率在最大效率下工作。在所阐述的类型的方法中，有利地选择所述预先确定的相位标准作为一个或多个零点（Nullstelle），或者选择所述输入阻抗的相位角的局部极点作为所述交流电压的频率的函数。例如，局部的极点可以是输入阻抗的相位角的局部最小值。所检测的相位信息的分析处理有利地包括所述预先确定的相位标准的充分满足的评估。输入阻抗的相位角的、作为交流电压的频率的函数的变化过程因此允许推断出确定的运行频率，在所述运行频率，压电变压器的效率在确定的运行条件下是最优的。通过这些相位标准中的一个或多个相位标准的数学表述和调节的相应实施可以实现频率的连续调节，使得始终如下分析处理所检测的相位信息：是否充分满足一个或多个相位标准。因此，可以调节到伴随相应的相位标准的运行频率上，该运行频率作为具有最大效率的压电变压器的最优运行频率。通过这种方式能够单单通过在频率上分析处理相位角来求取压电变压器的最优运行频率。在一种可能的状况中，在所述返回路径中，借助相位探测器将所述输入电压的信号与一个与在压电变压器的输入侧上的输入电流成比例的信号进行比较，并且由此求取所述相位探测器的输出信号。所述相位探测器的输出信号与在输入电压与输入电流之间的相位角的数值成比例，并且用作所述压电变压器的输入阻抗的相位信息。这样的措施允许：借助简单的手段根据输入电压与输入电流的比较来推断出这两个电参量的相位偏移。在另一种状况中，在所述返回路径中，借助阻抗分析器采样与在所述压电变压器的输入侧上的输入电流成比例的信号。借助傅里叶变换由采样值计算信号的相位角，所述相位角最终用作所述压电变压器的输入阻抗的相位信息。通过这种方式和方法也可以求取用于调节最优运行频率的相位角。有利地，在所阐述的类型的所述方法中，所述压电变压器作为等离子体生成器运行，使得在所述输入侧上的具有根据所述方法调节的频率的输入电压转换成输出电压，由此，在所述输出侧上，基于环流等离子体生成器的工作气体的离子化来产生等离子体。工作气体例如可以是空气或而也是惰性气体（例如氩气）。尤其在压电变压器作为等离子体生成器的相应运行中，以下频率取决于众多的参数、尤其也取决于所使用的工作环境（工作气体，温度等等），在所述频率的情况下，等离子体生成器具有最大效率。借助所阐述的用于频率调节的方法，可以使等离子体生成器的运行、尤其等离子体生成器的运行频率适配不同的工作环境和运行条件。基于所要求的用于频率调节的信息的单纯在输入侧的检测，等离子体生成器在其输出侧上的运行行为和因此等离子体产生不被负面地影响。然而，等离子体生成器可以在始终最优的条件下运行。由此也将压电元件或组件的变热减小到最小值。此外，等离子体生成器也可以在较高的等离子体功率的情况下运行。应用所阐述的方法用于在运行压电等离子体生成器时的频率调节的另一个优点在于，可以对误操作（例如相对导电物体的点火、触摸等等）作出反应。因为这样的情况导致，强烈地改变输入阻抗的相位或相位角，这通过所阐述的方法可以识别。由此，控制装置例如可以减小输入功率。在另一个方面中，通过根据权利要求6所述的电路装置解决上面提及的任务。所述电路装置包括：-压电变压器，所述压电变压器具有输入侧和输出侧，-交流电压源，所述交流电压源用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压电变压器（1）的频率调节的方法，所述方法包括以下步骤：/n- 在输入侧（1a）以预先确定的频率的交流电压作为输入电压来激励压电变压器（1），/n- 在返回路径中检测所述压电变压器（1）的输入阻抗的相位信息，/n- 在预先确定的相位标准方面分析处理所检测的相位信息，/n- 根据所分析处理的相位信息调节所述交流电压的频率/n其中在所述返回路径中，借助阻抗分析器对一个与在所述压电变压器（1）的输入侧（1a）上的输入电流成比例的信号采样，并且借助傅里叶变换由所述采样值计算所述信号的相位角，所述相位角用作所述压电变压器（1）的所述输入阻抗的相位信息。/n

【技术特征摘要】
20150729 DE 102015112410.61.一种用于压电变压器（1）的频率调节的方法，所述方法包括以下步骤：
-在输入侧（1a）以预先确定的频率的交流电压作为输入电压来激励压电变压器（1），
-在返回路径中检测所述压电变压器（1）的输入阻抗的相位信息，
-在预先确定的相位标准方面分析处理所检测的相位信息，
-根据所分析处理的相位信息调节所述交流电压的频率
其中在所述返回路径中，借助阻抗分析器对一个与在所述压电变压器（1）的输入侧（1a）上的输入电流成比例的信号采样，并且借助傅里叶变换由所述采样值计算所述信号的相位角，所述相位角用作所述压电变压器（1）的所述输入阻抗的相位信息。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择所述预先确定的相位标准作为零点，或者选择所述输入阻抗的相位角的局部极点作为所述交流电压的频率的函数，并且所检测的相位信息的分析处理包括所述预先确定的相位标准的充分满足的评估。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述压电变压器（1）作为等离子体生成器运行，使得在所述输入侧（1a）上具有根据所述方法调节的频率的输入电压被转换成输出高电压，其中，在所述输出侧（1b）上，基于环流所述等离子体生成器的工作气体的离子化来产生等离子体。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在返回支路中给探测设备递交仅仅一个电压信号u(i)，所述电压信号与所述压电变压器的输入侧上的输入电流成比例，并且其中所述信号u(i)在所述阻抗分析器（4）中被过采样。


5.一种电路装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：M魏尔古尼，M普夫，
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