DE10130351A1

DE10130351A1 - Circuit for supplying resonant operated piezoceramic transducer with superimposed d.c. voltage provides direct voltage directly from intermediate voltage circuit of current converter

Info

Publication number: DE10130351A1
Application number: DE10130351A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schulte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-02

Abstract

The electronic power circuit supplies resonant operated piezoceramic transducer with a.c. voltages in the ultrasonic range and a superimposed direct voltage for protection against depolarization. The direct voltage is provided directly from the intermediate voltage circuit of a current converter.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft eine leistungselektronische Schaltungstopologie, die es erlaubt, piezokeramischer Wandlern mit Wechselspannungen im Ultraschallbereich zu speisen und gleichzeitig zum Schutz gegen Depolarisationseffekte eine Gleichspannung einfach und kostengünstig zu überlagerten (Hilfsspannung). The invention relates to a power electronic circuit topology which allows to feed piezoceramic transducers with alternating voltages in the ultrasonic range and at the same time, to protect against depolarization effects, a DC voltage is simple and inexpensive to superimpose (auxiliary voltage).

Piezokeramische Wandler werden in unterschiedlichen Bauformen (Piezostacks, ring-, rohrförmige, flache oder gewölbte (parabolide) Piezoaktuatoren, Biegewandler, usw.) in verschiedenen Anwendungsgebieten zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich eingesetzt (Ultraschallschweißen, -schneiden, Piezomotoren, Zerstäubung von Flüssigkeiten und Stäuben, Ultraschallerzeugung in der Medizintechnik, zur Materialuntersuchung, -bearbeitung oder Reinigung, usw.). Sie müssen dabei mit Wechselspannungen entsprechender Frequenz gespeist werden. Piezoceramic transducers are available in different designs (piezostacks, ring, tubular, flat or curved (parabolic) piezo actuators, bending transducers, etc.) in different fields of application for the generation of mechanical vibrations in Ultrasonic range used (ultrasonic welding, cutting, piezomotors, atomization of liquids and dusts, ultrasound generation in medical technology, for Material inspection, processing or cleaning, etc.). You have to go with it AC voltages of the appropriate frequency are fed.

Piezokeramische Aktuatoren können bei hohen Temperaturen (Annäherung an die Curie- Temperatur) oder bei hohen elektrischen Feldstärken entgegen der (Vor-)Polarisationsrichtung ihre remanente Polarisation verlieren, also depolarisiert werden. Dies bedeutet in der Regel eine irreparable Leistungsminderung oder sogar Funktionsunfähigkeit des Anregesystems. Besonders hoch ist die Gefahr einer Depolarisation bei hochausgenutzten piezokeramischen Wandlern, die einerseits mit hohen elektrischen Feldstärken betrieben werden und bei denen andererseits (bedingt durch die hohe Ausnutzung) relative hohe Betriebstemperaturen auftreten. Die Depolarisation kann auch latent über einen relativ langen Betriebszeitraum erfolgen. Piezoceramic actuators can be used at high temperatures (approximation to the Curie Temperature) or at high electric field strengths against the (Pre) polarization direction lose its remanent polarization, i.e. become depolarized. This means in the Usually an irreparable reduction in performance or even inoperability of the Excitation system. The risk of depolarization is particularly high with highly utilized ones Piezoceramic transducers that are operated on the one hand with high electrical field strengths and on the other hand (due to the high utilization) relatively high Operating temperatures occur. Depolarization can also be latent over a relatively long period Operating period.

Eine naheliegende Lösung des Problems ist es, der Wechselspannung eine Gleichspannung in (Vor-)Polarisationsrichtung so zu überlagern, daß der Arbeitspunkt in dem die Anregung mit dem Wechselfeld erfolgt in Richtung der (Vor-)Polarisation verschoben wird. Der piezokeramische Aktuator wird im Idealfall nur noch mit einer unipolaren Spannung gespeist, was bedeutet, daß nur noch ein in (Vor-)Polarisationsrichtung orientiertes elektrisches Feld auftritt. Hierzu bedarf es einer entsprechenden Speiseeinrichtung. An obvious solution to the problem is to convert the AC voltage into a DC voltage To overlay the (pre) polarization direction so that the working point in which the excitation with the alternating field takes place in the direction of the (pre) polarization. The ideally, piezoceramic actuator is only fed with a unipolar voltage, which means that only one electric field oriented in the (pre) polarization direction occurs. A corresponding feeding device is required for this.

State of the art

Die elektrische Speisung der piezokeramischen Aktuatoren mit Wechselspannungen/-strömen mit Frequenzen im Ultraschallbereich erfolgt mit Linearverstärkern ([1], [2]) bzw. Stromrichtern und dabei vorzugsweise mit Resonanzstromrichtern [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. The electrical supply of the piezoceramic actuators with alternating voltages / currents with frequencies in the ultrasonic range with linear amplifiers ([1], [2]) or Converters and preferably with resonance converters [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8].

Bei einem Resonanzstromrichter erzeugt eine Wechselrichterstufe einen blockförmigen Spannungsverlauf (oder Stromverlauf bei Stromzwischenkreis [8]), wobei ein nachgeschalteter elektrischer Resonanzkreis (Serien-, [2] [3], [4], [5], Serienparallelkompensation oder LLCC-Resonanzkreis [6], [7]) für die notwendige Entkoppelung sowie Filterung und teilweise für eine Blindleistungsanpassung sorgt. Die inhärente Kapazität des piezokeramischen Wandlers wird dabei als Teil der Resonanzkreise genutzt. Oft werden dem piezokeramischen Wandler zusätzlich Kondensatoren parallelgeschaltet um die Verstimmung der Resonanzkreise bei Temperatur- und Arbeitspunktwechseln zu verringern. In the case of a resonant converter, an inverter stage produces a block-shaped one Voltage curve (or current curve for the DC link [8]), where a downstream electrical resonance circuit (series, [2] [3], [4], [5], series parallel compensation or LLCC resonance circuit [6], [7]) for the necessary decoupling as well as filtering and partially ensures a reactive power adjustment. The inherent capacity of the Piezoceramic transducers are used as part of the resonance circuits. Often that will Piezoceramic transducers also connected capacitors in parallel to detune them to reduce the resonance circuits when there are changes in temperature and operating point.

Die zur Erzeugung von mechanischen Ultraschallschwingungen dienenden piezoelektrischen Aktuatoren werden aber bisher in der Regel mit bipolarer, gleichanteilfreier und näherungweise sinusförmiger Wechselspannung betrieben. The piezoelectric used to generate mechanical ultrasonic vibrations So far, however, actuators have generally been made with a bipolar, DC component free and operated approximately sinusoidal AC voltage.

Nach oben geschilderter Idee, muß eine Speiseeinrichtung zur Vermeidung von Depolarisationseffekten folgende Eigenschaften aufweisen:

- Bereitstellung einer Wechselspannung von bis zu mehreren hundert Volt mit einer Frequenz im Ultraschallbereich (in der Regel größer 20 kHz) und bei
- Scheinleistungsflüssen von einigen Volt-Ampere bis einigen Kilo-Volt-Ampere sowie einem teilweise relativ niedrigen Leistungfaktor.
- Überlagerung eines Gleichspannungsanteils in Größenordnung der Wechselspannungsamplitude zur Vermeidung von Depolarisationseffekten,
- wobei wegen des sehr hohen Gleichspannungswiderstands des piezokeramischen Wandlers nur ein sehr kleiner Gleichstrom fließt und insofern kaum Verluste durch den Gleichspannungsanteil auftreten.

According to the idea outlined above, a feed device must have the following properties in order to avoid depolarization effects:

- Provision of an alternating voltage of up to several hundred volts with a frequency in the ultrasonic range (usually greater than 20 kHz) and at
- Apparent power flows from a few volt amperes to a few kilo volt ampere and a sometimes relatively low power factor.
Superimposition of a DC voltage component in the order of magnitude of the AC voltage amplitude to avoid depolarization effects,
- Whereby due to the very high DC voltage resistance of the piezoceramic converter only a very small DC current flows and in this respect hardly any losses occur due to the DC voltage component.

Für dieses Problem sind zahlreiche Schaltungsvarianten/Speisekonzepte denkbar bei denen entweder eine entsprechend steuerbare Spannungsquelle wie beispielsweise Linearverstärker oder PWM-Stromrichter oder aber die Serienschaltung von Wechselspannungs- und Gleichspannungsquellen verwendet wird:

- Relativ einfach gestaltet sich dies bei Linearverstärkern, die aber beispielsweise im Vergleich mit schaltenden Stromrichtern den Nachteil sehr hoher Verluste aufweisen.
- Stromrichter ohne elektrische Resonanzkreise (z. B. PWM-Stromrichter, Stufenstromrichter) sind ebenfalls zur Speisung oben bezeichneter piezokeramischer Wandler denkbar und lassen vergleichsweise einfach das Aufschalten einer überlagerten Gleichspannung zu. Wegen der notwendigen hohen Schaltfrequenzen (PWM-Stromrichter) bzw. wegen des relativ hohe Realisierungsaufwands (Stufenstromrichter) sind solche Stromrichter zur Speisung piezokeramischer Wandler bisher eine große Ausnahme.
- Bei Resonanzstromrichtern bietet sich als Lösung die Verwendung einer galvanisch unabhängigen Gleichspannungsquelle an, die aber einen vergleichsweise hohen Aufwand mit sich bringt. Eine andere Lösung ist der asymmetrische Betrieb einer Wechselrichtervollbrücke bzw. die Verwendung einer Halbbrückentopologie, wobei der Resonanzkreis mit dem piezokeramischen Wandler gegen das untere Potential des Zwischenkreises geklemmt wird, so daß die Wechselrichterausgangsspannung unipolar auf den Resonanzkreis wirkt. Nachteil dieser Lösung ist neben diversen einschränkenden Forderungen an den Resonanzkreis, der veränderliche Gleichspannungsanteil bzw. die nicht mehr beliebig variable Amplitude der Wechselspannung.

Literatur [1] W. Lehfeldt: Ultraschall, Vogel Verlag, 1973, S. 46-50.
[2] A. Durate, H. Rudriuez, A. R. Jimenez, J. L. Pons, R. Ceres: Global performance Evaluation of TWUM's Drivers, Proc. of 7th International Conference on New Actuators - ACTUATOR 2000, Bremen, 19-21 Juni, 2000.
[3] M, Crivii, M. Jufer: DC to AC Converters for Piezoelectric Motors, Proc. of EPE 1999, Lausanne, 1999.
[4] F.-J. Lin, W.-J. Hwang, R.-J. Wai: Ultrasonic Motor with online trained neural-network model-following controller, IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 145, No. 2, März 1998.
[5] J. Maas, P. Krafka, N. Fröhleke, H. Grotstollen: Prototype Drive and Modulation Concepts for DSP-Controlled Ultrasonic-Motors powered by Resonant Converters. Proc. of 6th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'95), Sevilla (Spain), S. 1777-1782, 1995.
[6] F.-J. Lin, R.-Y. Duan, H.-H. Lin: An Ultrasonic Motor Drive Using LLCC Resonant Technique, Proc. of PESC'99, Vol. 2, S. 947-952.
[7] T. Schulte, H. Grotstollen, N. Fröhleke: Control for Ultrasonic Motors with LLCC- Resonant Converter. Proc. of 7th International Conference on New Actuators - ACTUATOR 2000, Bremen, S. 367-370, 19-21 Juni, 2000.
[8] F.-J. Lin, R.-Y. Duan, J.-C. Yu: An Ultrasonic Motor Drive Using a Current-Souce Parallel-Resonant Inverter with Energy Feedback, IEEE Trans. on Power Electr., Vol. 14, No. 1, S. 31-42, Jan. 1999. Numerous circuit variants / supply concepts are conceivable for this problem, in which either an appropriately controllable voltage source such as, for example, linear amplifiers or PWM converters or the series connection of AC and DC voltage sources is used:

This is relatively simple in the case of linear amplifiers which, however, have the disadvantage of very high losses, for example in comparison with switching converters.
- Converters without electrical resonance circuits (e.g. PWM converters, step converters) are also conceivable for supplying the above-mentioned piezoceramic converters and allow a superimposed DC voltage to be connected comparatively easily. Because of the necessary high switching frequencies (PWM converters) and because of the relatively high implementation costs (step converters), such converters for feeding piezoceramic converters have so far been a major exception.
- In the case of resonant converters, the solution is to use a galvanically independent DC voltage source, but this involves a comparatively high outlay. Another solution is the asymmetrical operation of a full inverter bridge or the use of a half-bridge topology, the resonant circuit with the piezoceramic converter being clamped against the lower potential of the intermediate circuit, so that the inverter output voltage acts unipolarly on the resonant circuit. The disadvantage of this solution is, in addition to various restrictive demands on the resonance circuit, the variable DC voltage component or the amplitude of the AC voltage, which is no longer arbitrarily variable.

Literature [1] W. Lehfeldt: Ultrasound, Vogel Verlag, 1973, pp. 46-50.
[2] A. Durate, H. Rudriuez, AR Jimenez, JL Pons, R. Ceres: Global performance Evaluation of TWUM's Drivers, Proc. of 7th International Conference on New Actuators - ACTUATOR 2000, Bremen, June 19-21, 2000.
[3] M, Crivii, M. Jufer: DC to AC Converters for Piezoelectric Motors, Proc. of EPE 1999, Lausanne, 1999.
[4] F.-J. Lin, W.-J. Hwang, R.-J. Wai: Ultrasonic Motor with online trained neural-network model-following controller, IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 145, No. March 2, 1998.
[5] J. Maas, P. Krafka, N. Fröhleke, H. Grotstollen: Prototype Drive and Modulation Concepts for DSP-Controlled Ultrasonic-Motors powered by Resonant Converters. Proc. of 6th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'95), Sevilla (Spain), pp. 1777-1782, 1995.
[6] F.-J. Lin, R.-Y. Duan, H.-H. Lin: An Ultrasonic Motor Drive Using LLCC Resonant Technique, Proc. of PESC'99, Vol. 2, pp. 947-952.
[7] T. Schulte, H. Grotstollen, N. Fröhleke: Control for Ultrasonic Motors with LLCC- Resonant Converter. Proc. of 7th International Conference on New Actuators - ACTUATOR 2000, Bremen, pp. 367-370, June 19-21, 2000.
[8] F.-J. Lin, R.-Y. Duan, J.-C. Yu: An Ultrasonic Motor Drive Using a Current-Souce Parallel-Resonant Inverter with Energy Feedback, IEEE Trans. On Power Electr., Vol. 14, No. 1, pp. 31-42, Jan. 1999.

Disadvantages of the prior art

Einige Nachteile der naheliegenden Speisekonzepte, insbesonders die auf einzelne Konzepte zutreffenden, sind bereit im vorhergehenden Kapitel erläutert. Zusammenfassend kann gesagt werden:
Da die zu überlagernde Gleichspannung lediglich eine Hilfsspannung zum Schutz gegen Depolarisationseffekte ist, über die keinerlei Leistung umgesetzt wird, verschenkt man bei fast allen oben aufgeführten Speisekonzepten Spannungsreserve des Zwischenkreises. Der Leistungsteil muß deutlich überdimensioniert werden und es ist eine hohe Verlustleistung der Speiseeinrichtung zu erwarten. Zusätzlich weisen fast alle oben aufgeführten Konzepte einen relativ hohen Schaltungs- bzw. Realisierungsaufwand auf. Some disadvantages of the obvious food concepts, especially those that apply to individual concepts, are already explained in the previous chapter. In summary it can be said:
Since the DC voltage to be superimposed is only an auxiliary voltage for protection against depolarization effects, via which no power is converted, the DC link's voltage reserve is wasted with almost all of the supply concepts listed above. The power section must be significantly oversized and a high power loss of the feed device can be expected. In addition, almost all of the concepts listed above have a relatively high circuit or implementation effort.

Darstellung und Vorteile der ErfindungPresentation and advantages of the invention

Die Erfindung besteht aus einer Schaltungstopologie bei der die Wechselspannung durch einen Resonanzstromrichter erzeugt wird, während der Gleichspannungs-Zwischenkreis direkt über Spulen (L_DC) und/oder Widerstände (R_DC) an den piezokeramischen Wandler angeschlossen wird um die gewünschte überlagerte Gleichspannung zu erhalten. Unter dem Begriff Resonanzstromrichter wird hier die allgemein bekannte Schaltungstopologie verstanden bei der eine Wechselrichterstufe (Ausgangsspannung u_wr) über einen elektrischen Resonanzkreis auf den piezokeramischen Wandler wirkt. Bezüglich der Wechselrichterstufe und der elektrischen Resonanzkreise sind verschiedene Topologien denkbar. The invention consists of a circuit topology in which the AC voltage is generated by a resonance converter, while the DC link is connected directly to the piezoceramic converter via coils (L _DC ) and / or resistors (R _DC ) in order to obtain the desired superimposed DC voltage. The term resonance converter is understood here to mean the generally known circuit topology in which an inverter stage (output voltage u _wr ) acts on the piezoceramic converter via an electrical resonance circuit. Different topologies are conceivable with regard to the inverter stage and the electrical resonance circuits.

Ein Beispiel ist der LLCC-Resonanzstromrichter bei dem ein kombinierter Serien- Parallelschwingkreis (Bild 1) verwendet wird. Er kann aber auch als Verallgemeinerung anderer Schwingkreisstrukturen (z. B. Serienschwingkreis) betrachtet werden. Die Verwendung eines LLCC-Resonanzkreises ist günstig, da der Effektivwert der erzeugte Wechselspannung u_p die Größenordnung der Zwischenkreisspannung U_D der Wechselrichterstufe hat und sich somit ein günstiges Verhältnis zwischen Wechselspannung und überlagerter Gleichspannung (nahezu unipolare Speisung) erreichen läßt. Zusätzlich weist die Topologie der LLCC-Resonanzkreise abgesehen von der Parallelspule L_p, bereits den notwendige hohe Gleichspannungswiderstand auf, sofern die Serienkondensatoren (C_s) und der gegebenenfalls vorhandene Transformator geeignet angeordnet sind. Bezüglich der Parallelspule muß ein Kondensator C_off mit relativ hoher Kapazität zur Abblockung der Gleichspannung eingefügt werden, wobei der Einfluß der zusätzlichen Kapazität C_off auf das Übertragungsverhalten der Schwingkreise durch entsprechende Dimensionierung der Parallelinduktivität L_p minimiert werden kann. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß die Resonanzfrequenz des sich ergebenden elektrischen Schwingkreises relativ weit unterhalb der Betriebsfrequenz liegt und hinreichend gedämpft ist (Bild 2). Bei Verwendung anderer Schwingkreisstrukturen (z. B. Serienschwingkreis; L_p → ∞ , C_s → ∞ bzw. C_s » C_p) kann C_off entfallen, wenn auch L_p entfällt. One example is the LLCC resonance converter in which a combined series-parallel resonant circuit ( Figure 1) is used. However, it can also be viewed as a generalization of other resonant circuit structures (e.g. series resonant circuit). The use of an LLCC resonance circuit is favorable, since the effective value of the generated alternating voltage u _{p has} the order of magnitude of the intermediate circuit voltage U _{D of} the inverter stage and thus a favorable relationship between alternating voltage and superimposed direct voltage (almost unipolar supply) can be achieved. In addition to the parallel coil L _p , the topology of the LLCC resonance circuits already has the necessary high DC voltage resistance, provided the series capacitors (C _s ) and the transformer, if any, are suitably arranged. With regard to the parallel coil, a capacitor C _off with a relatively high capacitance has to be inserted to block the DC voltage, whereby the influence of the additional capacitance C _off on the transmission behavior of the resonant circuits can be minimized by appropriate dimensioning of the parallel inductance L _p . It is only necessary to ensure that the resonant frequency of the resulting electrical resonant circuit is relatively far below the operating frequency and is sufficiently damped ( Figure 2). When using other resonant circuit structures (e.g. series resonant circuit; L _p → ∞, C _s → ∞ or C _s »C _p ), C _off can be omitted if L _{p is also} omitted.

Die Anbindung des Spannungszwischenkreises kann sowohl über entsprechend belastbare Widerstände R_DC (ohmsch), als auch über Spulen L_DC (induktiv) oder eine Kombination von beidem erfolgen. Sie ist in der Regel unproblematisch, da keine Leistung umgesetzt wird, also kein Gleichstrom fließt. Bauelemente und Zuleitungen könne somit "klein dimensioniert" werden, parasitäre Effekte sind unproblematisch. Lediglich auf Lade-/Entladevorgänge sowie auf eine ausreichende Dämpfung der entstehende elektrischen Schwingkreise bei induktiver Anbindung muß geachtet werden. Die Gleichspannung läßt sich durch Aufbau eines ohmschen Spannungsteilers zusätzlich variieren, also kleiner als die Zwischenkreisspannung einstellen. The connection of the voltage intermediate circuit can take place both via appropriately resilient resistors R _DC (ohmic), as well as via coils L _DC (inductive) or a combination of both. It is usually not a problem since no power is converted, i.e. no direct current flows. Components and supply lines can thus be "small-sized", parasitic effects are unproblematic. You only need to pay attention to charging / discharging processes as well as sufficient damping of the resulting electrical oscillating circuits with inductive connection. The DC voltage can be additionally varied by setting up an ohmic voltage divider, that is, set smaller than the intermediate circuit voltage.

Vorteil dieses Konzepts im Vergleich mit anderen Lösungen ist, daß es sich einfach und damit kostengünstig realisieren läßt und durch die Verwendung nur weniger passiver Bauelemente zur Bereitstellung der überlagerten Gleichspannung eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Zusätzlich ergeben sich bei Verwendung eines LLCC-Resoanzstromrichters die bekannten Vorteile, wie sein näherungsweise spannungseinprägendes Verhalten, hohe Dynamik und Parameter- sowie Störunempfindlichkeit. Die Nachteil der in den vorhergehenden Kapiteln aufgeführter Konzepte wie z. B. der Verlust an Spannungsreserve treten nicht auf. The advantage of this concept in comparison with other solutions is that it is simple and therefore can be realized inexpensively and by using only less passive components has a high reliability to provide the superimposed DC voltage. In addition, the known ones result when using an LLCC resonance converter Advantages such as its approximately tension-inducing behavior, high dynamics and Insensitivity to parameters and interference. The disadvantage of the previous chapters listed concepts such as B. the loss of voltage reserve does not occur.

Description of exemplary embodiments

Die Grundidee der Erfindung wurde bereits zu Anfang des vorstehenden Abschnitts beschrieben. Es sollen hier nun verschiedene Modifikationen und Ausführungsbeispiele genannt werden:
Bild 2 zeigt eine entsprechende Topologie. Die für den LLCC-Resonanzkreis notwendige Serienkapazität C_s wurde dabei durch zwei Kondensatoren in Serie realisiert die sich auf Hin- und Rückleiter des LLCC-Resonanzkreises aufteilen. Sie sorgen damit für die notwendige Gleichspannungsentkoppelung der als Vollbrücke ausgeführten Wechselrichterstufe. Die zusätzliche Verbindung über L_DCD und R_DCD wird lediglich eingefügt wenn die überlagerte Gleichspannung kleiner als die Zwischenkreisspannung eingestellt werden soll (Spannungsteiler mit R_DC+, R_DCD und R_DC-). The basic idea of the invention was already described at the beginning of the preceding section. Various modifications and exemplary embodiments are now to be mentioned here:
Figure 2 shows a corresponding topology. The series capacitance C _s required for the LLCC resonance circuit was realized by two capacitors in series, which are divided between the forward and return conductors of the LLCC resonance circuit. They thus ensure the necessary DC decoupling of the inverter stage designed as a full bridge. The additional connection via L _DCD and R _DCD is only inserted if the superimposed DC voltage is to be set lower than the DC link voltage (voltage divider with R _{DC +} , R _DCD and R _DC- ).

Bild 3 zeigt die gleiche Topologie mit einem Transformator. Hierbei ist es nicht mehr notwendig Serienkondensatoren in Hin- und Rückleiter des Serienschwingkreises einzufügen. Anstelle dessen kann ein Kondensator zur Verhinderung eines Gleichsstroms über die Primärwicklung des Transformators primärseitig eingefügt werden. Figure 3 shows the same topology with a transformer. It is no longer necessary to insert series capacitors in the outgoing and return conductors of the series resonant circuit. Instead, a capacitor for preventing a direct current can be inserted on the primary side via the primary winding of the transformer.

Bild 4 zeigt eine ähnliche Topologie bei der zwei piezokeramische Akuatoren in Serie geschaltet sind. Um das sich ergebende Mittenpotential zu stabilisieren wird es ebenfalls induktiv und/oder ohmsch and das Mittenpotential des Zwischenkreises angebunden. Figure 4 shows a similar topology in which two piezoceramic actuators are connected in series. In order to stabilize the resulting center potential, it is also connected inductively and / or ohmically to the center potential of the intermediate circuit.

Bild 5 und 6 zeigen die Lösungen mit Halbbrücken-Wechselrichterstufen und Transformator, wobei in Bild 5 die Primärwicklung des Transformators gegen das Zwischenkreis- Mittenpotential geklemmt ist, während in Bild 6 alternativ ein Kondensator zur Abblockung des Gleichspannungsanteils primärseitig eingefügt wurde und so auf die Realisierung eines Zwischenkreis-Mittenpotentials verzichtet werden kann. Figures 5 and 6 show the solutions with half-bridge inverter stages and transformer, whereby in Figure 5 the primary winding of the transformer is clamped against the intermediate circuit center potential, while in Figure 6 alternatively a capacitor for blocking the DC voltage component was inserted on the primary side and thus to implement a DC link center potential can be dispensed with.

Bild 7 zeigt eine Lösung mit einem Dreiwicklungstransformator. Figure 7 shows a solution with a three-winding transformer.

Claims

1. Power electronic circuit topology for feeding piezoceramic transducers with AC voltages in the ultrasound range while simultaneously providing a superimposed DC voltage component for protection against depolarization, characterized in that the DC voltage is provided directly by the voltage intermediate circuit of the converter.

2. Power electronic circuit topology according to claim 1, characterized in that the AC voltage is generated by a resonance converter.

3. Power electronic circuit topology according to one of the preceding claims, characterized in that LLCC resonance circuits are used, the DC voltage component by a Capacitor is blocked by the parallel voice coil.

4. Power electronic circuit topology according to one of the preceding claims, characterized in that the AC voltage is only inductive and / or ohmic from the voltage intermediate circuit is decoupled.

5. Power electronic circuit topology according to one of the preceding claims, characterized in that the desired DC voltage by building an ohmic voltage divider can be set smaller than the DC link voltage.

6. Power electronic circuit topology according to one of the preceding claims, characterized in that a potential that can be tapped at the piezoceramic transducer with the DC link center potential is inductively and / or ohmically connected, which optionally provided by an ohmic / capacitive voltage divider.