[發明專利]用于壓電變壓器的頻率調節的方法以及具有壓電變壓器的電路裝置

在審

• 申請號: 202010638915.0
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN111726926A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: M.魏爾古尼;M.普夫
• 申請（專利權）人: 埃普科斯股份有限公司
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24;H02M5/10;H02N2/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉晗曦;申屠偉進

本發明涉及一種用于壓電變壓器（1）的頻率調節的方法，其中，在輸入側（1a）以預先確定的頻率的交流電壓來激勵壓電變壓器（1），在返回路徑中檢測所述壓電變壓器（1）的輸入阻抗的相位信息。接著，在預先確定的相位標準方面分析處理所檢測的相位信息，根據所分析處理的相位信息調節所述交流電壓的頻率。此外，描述一種用于執行相應的頻率調節的電路裝置。

技術領域

本發明涉及一種用于壓電變壓器的頻率調節的方法以及一種電路裝置，所述電路裝置包括壓電變壓器和用于在壓電變壓器的輸入側上產生輸入電壓的交流電壓源。

背景技術

壓電變壓器能夠實現將所供給的、作為輸入側上的輸入電壓的交流電壓轉換成作為在壓電元件的輸出側上的輸出電壓的、較高的或較低的交流電壓。壓電元件經常由鋯鈦酸鉛化合物（PZT）構造。根據壓電元件的輸入側的以及輸出側的相應極化，使得在輸入側施加正弦形的交流電壓的情況下，壓電元件基于逆的壓電效應而例如朝厚度方向變形，由此在壓電元件的縱向方向產生振動。這又在輸出側由于直接的壓電效應而產生相應的輸出電壓。

如果所施加的輸入電壓與壓電元件的諧振頻率一致，則由此引起元件的電子機械諧振，使得機械振蕩達到最大值。通過這種方式可以在壓電元件的輸出側上產生非常高的輸出電壓。一個應用例如在于，將壓電變壓器作為等離子體生成器來運行，其中，基于在等離子體生成器的輸出側上的高的輸出電壓而發生環流等離子體生成器的工作氣體的離子化，從而產生等離子體。

此外在運行壓電變壓器時始終值得期望的是，使變壓器在最大效率下運行。最大效率可以總是僅僅在確定的頻率下才實現。該頻率取決于眾多參數、尤其取決于輸入電壓和所應用的工作環境。因此，對于最大效率的發現，需要組件的信息。

對于常規的壓電變壓器的頻率調節已經存在多種可能性。例如，可以考慮在次級側上的電壓（輸出電壓）。另一種可能性是，在變壓器上應用附加的電極用于獲得反饋信號。

在第一種可能性中存在以下缺點，即輸出電壓的每次量取影響輸出電壓的幅度并且因此影響壓電元件的振動行為以及最后影響壓電變壓器的功能方式。尤其在使用壓電變壓器作為等離子體生成器的情況下，頻率調節的這種可能性將顯著負面地影響等離子體生成器的功能方式。

相反，第二變型方案具有以下缺點，即由此使壓電組件的另外的接觸變得必要，所述另外的接觸使結構復雜化。

發明內容

因此存在以下任務，在頻率方面如此調節壓電變壓器、尤其壓電等離子體生成器，使得所述壓電變壓器始終在最大效率下運行，然而，功能方式在簡單的結構的情況下盡可能少地受影響。

在第一方面中，通過一種根據權利要求1的用于壓電變壓器的頻率調節的方法來解決上述任務。

所述方法包括以下步驟：

- 在輸入側以預先確定的頻率的交流電壓作為輸入電壓來激勵壓電變壓器，

- 在返回路徑中檢測所述壓電變壓器的輸入阻抗的相位信息，

- 在預先確定的相位標準方面分析處理所檢測的相位信息，

- 根據所分析處理的相位信息來調節所述交流電壓的頻率。

根據一種這樣的方法，實現相位信息的探測、即關于在正弦形的輸入電壓和正弦形的輸入電流之間的相位角的信息的探測，所述相位角相應于輸入阻抗的相位角。最后，可以根據所分析處理的相位信息調節交流電壓的頻率。

這樣的方法的優點在于，對于頻率調節僅僅使用在壓電變壓器的輸入側上檢測的信息作為用于頻率調節的標準。通過這種方式，壓電變壓器的運行行為實際上幾乎不受影響或不顯著受影響。尤其省去了在壓電變壓器的輸出側上的信號信息的量取。然而，單單基于在輸入側檢測的信息，壓電變壓器可以始終在最優的條件下運行。相對于常規方案的決定性的一個優點是，在此可以實現的高效率。