[发明专利]用于操控压电变压器的电路装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于操控压电变压器的电路装置和方法。

技术背景

还可被称为压电式变压器的压电变压器为一种机电系统，其用作谐振变压器。压电变压器能够实现将输送的电交流电压转变成更高或更低的交流电压。转变可在压电变压器的谐振频率中进行，其由压电变压器的机械尺寸和材料确定。

一种用于调节压电变压器的方法规定将输入电压、输入电流和其相位用作调节信息。借助这些参数可进行压电变压器的操控和其特性的调节。然而，由此并未达到压电变压器的最佳的工作点。由于不可协调的调节影响出现的损失妨碍压电变压器的性能和效率。无功功率由供体提供并且由压电变压器仅在初级侧上进行转变。

探测用于调节压电变压器的合适的调节参数的目的是确保在压电变压器的所选择的使用条件下在所选取的使用范围或使用领域中具有最低损失的最佳的运行。应不仅在脉冲式运行中而且在连续运行中在期望的范围中实现压电变压器的运行。通过利用合适的反馈参数应确保压电变压器的保持不变的运行状态。

为了运行压电变压器，需要为压电变压器在所有的运行状态(起动、运行、负荷变化、改变的环境条件)中以相应的相位供给其运行频率和所需的工作电压和工作电流，以便保证压电变压器的功能。

发明内容

本发明的目的通过下述的电路装置实现。电路装置包括：第一电路支路，其具有压电变压器，该压电变压器具有输入电容；第二电路支路，其补偿输入电容；和差分放大器，其具有与第一电路支路耦合的第一输入端和与第二电路支路耦合的第二输入端。所述第一电路支路具有压电变压器和第一电阻的串联电路，所述第二电路支路具有电容元件和第二电阻的串联电路，以及所述第二电路支路的电容元件和第二电阻的串联电路的时间常数与所述第一电路支路的输入电容和第一电阻的串联电路的时间常数相同。

耦合可通过直接的连接或通过其他的组件实现。

电路装置控制调节参数(其相位且幅度正确地存在以说明压电变压器性能)并且能够实现低损耗地激励压电变压器的振荡。

压电变压器的输入电容是在压电变压器电极之间的由结构决定的电容量。压电变压器的性能可通过替代电路图说明。压电变压器利用串联振荡回路(其包括电容元件、电感元件和电阻)的替代电路图将输入电容看作电容元件，其与串联振荡回路并联。说明串联振荡回路的性能的电流和电压参数由于并联的输入电容而不可直接得到。

在一种设计方案中，第一电路支路具有压电变压器和第一电阻的串联电路。第二电路支路具有电容元件和第二电阻的串联电路。第二电路支路以和输入电容和第一电阻的串联电路相同的方式建造。

电容和电阻的串联电路是高通滤波器。在第一电路支路和第二电路支路中的高通滤波器的对称性允许通过以下方式补偿输入电容，即，第一电路支路的电容元件和第二电阻的串联电路的时间常数与第二电路支路的输入电容和第一电阻的串联电路的时间常数相同或近似相同。

在一种设计方案中，压电变压器在第一电路支路中的第一电势点和第二电势点之间，并且第一电阻在第一电路支路中的第二电势点和第三电势点之间。电容元件在第二电路支路中的第一电势点和第二电势点之间，并且第二电阻在第二电路支路中的第二电势点和第三电势点之间。在该设计方案中，在第一电路支路中的第二电势点与第一输入端耦合，并且在第二电路支路中的第二电势点与第二输入端耦合。

由于相同的时间常数，出现在高通滤波器中具有相同的幅度和相位的信号，与操控的频率和幅度无关。一起来看，两个信号作为共模电压出现在差分放大器的输入端处，从而它们由差分放大器滤出并且因此从压电变压器的输入电容的信号分量中滤出。

如此获得信号被反馈至回路中并且是压电变压器操控的基础。为此目的，差分放大器的输出端通过反馈支路与压电变压器耦合。有利地，反馈的信号存在于第一电路支路和第二电路支路的第一电势点处并且由此存在于压电变压器的输入电极处。第三电势点处在参考电势上，这还被称为地，从而存在高通滤波器的并联电路。

在一种设计方案中，在反馈支路中设置有另一放大器，其可提供用于压电变压器的操控电压。在反馈支路中可设置幅度调整器，其置于另一放大器之前。

在一种设计方案中，差分放大器的输出端通过脉冲宽度调制器和两个串联在两个电势点之间的开关元件与压电变压器耦合。开关元件通过以下方式由脉冲宽度信号操控，即，取决于脉冲宽度信号，开关中的一个传导地与相邻的参考电势连接。在开关元件之间量取压电变压器的操控电压。该装置增强矩形的的脉冲宽度信号。