DE19827948A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Erfindungsgemäß wird ein Phasenmeßsignal (S¶phi¶) zwischen einem ermittelten Polaritätssignal (S¶IVZ¶) eines Primärstromes (i¶p¶) des Wandlers und einem aus einem erzeugten Frequenzsignal (f) generierten, frequenzproportionalen Rechtecksignal (S¶UVZ¶) synchron zur Grundschwingungsperiode dieses Rechtecksignals (S¶UVZ¶) ermittelt, wobei aus diesem ermittelten Phasenmeßsignal (S¶phi¶) derart ein Frequenzssignal (f) generiert wird, daß das Phasenmeßsignal (S¶phi¶) im Übertragungsminimum zu Null wird. Somit kann mittels einer Phasenregelung im Übertragungsminimum die Betriebsfrequenz bei Lastschwankungen schnell nachgeführt werden, ohne daß der Phasenregelkreis außer Tritt fällt, wobei sich die Stabilität der Regelschleife deutlich erhöht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Frequenzre­ gelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Elektronische Baugruppen, die gegenüber Erde auf hohem und sich schnell ändernden elektrischen Potential betrieben wer­ den, wie z. B. Ansteuerschaltungen für elektrische Leistungs­ halbleiter oder Strommeßeinrichtungen, stellen an ihre Ener­ gieversorgung extreme Anforderungen. Die für den Betrieb der Baugruppe benötigte elektrische Energie muß potentialfrei auf das hohe Spannungsniveau übertragen werden, ohne daß ein elektrischer Überschlag und damit eine Gefährdung von Perso­ nen auftreten kann. Zur Vermeidung von kapazitiven Ableit­ strömen und den damit verbundenen Potentialschwankungen auf der Baugruppe darf nur eine sehr geringe kapazitive Verkopp­ lung mit der speisenden Energieversorgung vorhanden sein. Des weiteren lassen sich die immer strengeren Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit mit den herkömmlichen Schaltnetzteilen nur schwer erfüllen.

Die potentialgetrennte Übertragung elektrischer Energie er­ folgt fast ausschließlich mit magnetischen Transformatoren. Der Isolationsaufwand wächst jedoch stark mit dem zu über­ brückenden Potentialunterschied. Insbesondere die begrenzte Teilentladungsfestigkeit der eingesetzten Isolierstoffe und Vergußmaterialien bereiten dabei Probleme. Die Koppelkapazi­ tät zwischen Primär- und Sekundärseite ist nicht vernachläs­ sigbar.

Die potentialgetrennte Übertragung der Energie kann aber auch auf akustischem Wege erfolgen. Dabei wird ausgenutzt, daß sich Schall in Festkörpern verlustarm ausbreitet. Die Schall­ wellen werden auf der Primärseite durch Anlegen einer elek­ trischen Wechselspannung an den Elektroden einer piezoelek­ trischen Keramik über den inversen Piezoeffekt erzeugt. Sie breiten sich über einen als akustischen Wellenleiter dienen­ den Festkörper aus und werden auf der Sekundärseite über den Piezoeffekt wieder in eine elektrische Wechselspannung umge­ wandelt.

Die Übertragungscharakteristik eines solchen Piezotransforma­ tors weist ebenso wie seine Eingangsimpedanz eine starke Fre­ quenzabhängigkeit auf. Die Übertragungsmaxima sind verhält­ nismäßig schmalbandig. Die Resonanzfrequenzen verschieben sich mit der Last, unterliegen einer Temperaturdrift und streuen fertigungsbedingt. Da der Wirkungsgrad und damit die übertragbare Leistung in der Nähe der mechanischen Resonanzen maximal wird, ist eine exakte Nachführung der Betriebsfre­ quenz notwendig. Dies stellt eines der größten Probleme beim Einsatz der Piezotransformatoren dar.

Aus dem Lehrbuch "Piezoxide (PXE) - Eigenschaften und Anwen­ dungen" von J. Koch, 1988, insbesondere den Seiten 29 und 30, ist ein piezoelektrischer Wandler bekannt, der mit einer In­ duktivität abgestimmt ist. Diese Abstimmung ist sowohl durch eine Parallel- als auch durch eine Serieninduktivität mög­ lich. Durch die Vorschaltung einer Drossel auf der Primärsei­ te des Piezotransformators wird ein weiterer Energiespeicher hinzugefügt. Die Drossel und die Metallisierungskapazität des Piezotransformators bilden zusammen mit dem mechanischen Sy­ stem zwei gekoppelte Schwingkreise. Werden die beiden Reso­ nanzfrequenzen aufeinander abgestimmt, so erhält man die von gekoppelten Schwingkreisen bekannte Durchlaßkurve, die bei mittlerer Kopplung und nicht so starker Dämpfung zwei neben­ einander liegende Maxima aufweist. Die Eingangsimpedanz eines derartigen serienabgestimmten piezoelektrischen Wandlers er­ hält deshalb zum einen eine zusätzliche Nullstelle und zum anderen bewirkt die Erhöhung der Bandbreite, daß die Pol- und Nullstellen erheblich weiter auseinander liegen (Fig. 3). Wie die Signalverläufe dieser beiden Fig. 3 und 4 zeigen, be­ steht jetzt bei einem Lastwechsel nicht mehr die Gefahr, daß die Frequenzen so weit verschoben werden können, daß sich der Regelsinn umkehrt. Da jetzt allerdings drei Phasennulldurch­ gänge vorhanden sind (Fig. 4), müssen Vorkehrungen getroffen werden, die den richtigen Betriebspunkt sicherstellen. In den Diagrammen gemäß der Fig. 3 und 4 sind jeweils drei Betriebs­ zustände dargestellt. Die durchgehende Linie zeigt einen Be­ lastungsfall, die Strich-Punkt-Linie den Kurzschlußfall und die unterbrochene Linie den Leerlauffall.

Zur Nachführung von Betriebsfrequenzen werden vor allem Nach­ laufsynchronisationen, auch als Phasenregelkreise bzw. PLLs bezeichnet, eingesetzt. Ihre Aufgabe besteht darin, die Fre­ quenz eines Oszillators so einzustellen, daß sie mit der Fre­ quenz eines Bezugsoszillators übereinstimmt, und zwar so ge­ nau, daß die Phasenverschiebung nicht wegläuft. Eine derarti­ ge Nachlaufsynchronisation ist aus dem Lehrbuch "Halbleiter- Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, insbesondere dem Kapitel 26.4, Seiten 817 bis 829, 1983, bekannt.

Aus der EP 0 788 218 A2 ist ein DC-DC-Wandler mit piezoelek­ trischem Wandler bekannt, der zur potentialfreien Energiever­ sorgung einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter­ schalters einer Stromrichterschaltung aus deren Gleichspan­ nungs-Zwischenkreis verwendet wird. Dieser DC-DC-Wandler weist einen modifizierten Wechselrichter-Brückenzweig auf, der eingangsseitig über einen Eingangsfilter mit dem Gleich­ spannungs-Zwischenkreis und ausgangsseitig über einen eine Induktivität und einen piezoelektrischen Übertrager aufwei­ senden Schwingkreis und eine sekundärseitige Gleichrichter­ schaltung mit der Ansteuerschaltung elektrisch leitend ver­ bunden ist, wobei diesem modifizierten Wechselrichter- Brückenzweig ein Taktgenerator mit einer Energieversorgung zugeordnet ist, die eingangsseitig am Gleichspannungs- Zwischenkreis und ausgangsseitig mit dem Taktgenerator ver­ bunden ist. Außerdem ist ein Rückkopplungsnetzwerk vorgese­ hen, das zwei Kondensatoren und eine Zenerdiode aufweist. Eingangsseitig ist dieses Rückkopplungsnetzwerk mit dem Schwingkreis und ausgangsseitig mit dem Taktgenerator gekop­ pelt. Die über den einen Kondensator ausgekoppelte Piezospan­ nung wird mittels der Zener-Diode amplitudenbegrenzt. Mittels des Rückkopplungsnetzwerkes wird eine zusätzliche Ladung in Abhängigkeit der Phasenlage der Piezospannung in die Kapazi­ tät des zeitbestimmenden Gliedes des Taktoszillators einge­ speist. Befindet sich die Frequenz des Taktoszillators ober­ halb der Frequenz, bei der maximale Leistungsübertragung ein­ tritt (Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Übertragers), so wirkt der Strom des Rückkopplungsnetzwerkes dem eingepräg­ ten Strom entgegen, so daß die Frequenz des Taktoszillators herabgesetzt wird. Ändert sich die Resonanzfrequenz des pie­ zoelektrischen Übertragers aufgrund geänderter sekundärer Be­ lastung, und somit die Phasenlage der Piezospannung in bezug auf den durch die Induktivität vorgegebenen Piezostrom, so wird der Taktoszillator mitgezogen.

Die Anforderungen an den Taktoszillator bezüglich der Fre­ quenz- und Temperaturstabilität sind hoch, da der Ziehbereich des Oszillators beschränkt ist. Ferner muß das Einrasten des durch das Rückkopplungsnetzwerk mitgezogenen Oszillators si­ chergestellt werden. Bauelemente mit definierten Temperatur­ koeffizienten sind im Bereich des Oszillators zwingend erfor­ derlich. Die mögliche Bautoleranz der die Frequenz bestimmen­ den Elemente sollte 1% nicht überschreiten. Ein Einzelab­ gleich kann, je nach Anforderung an den DC-DC-Wandler, not­ wendig sein.

Aus der EP 0 758 159 A2 ist ein Verfahren zur Frequenzrege­ lung eines piezoelektrischen Wandlers bekannt, wobei die Fre­ quenznachführung durch ein pulsweitenmoduliertes Signal er­ folgt. Dieser Piezotransformator wird bei Personalcomputern zur Versorgung einer Lichtquelle verwendet, die ein von hin­ ten einfallendes Licht für einen Flüssigkristallbildschirm generiert. Als Lichtquelle wird eine Kaltkathodenlampe ver­ wendet, die einen sehr hohen Widerstand von beispielsweise mehreren hundert Kiloohm vor dem Einschalten und einen klei­ nen Widerstand nach dem Einschalten aufweist. Der piezoelek­ trische Wandler weist eine plattenförmige Piezokeramik und eine hart schaltende Spannungsquelle auf. Die plattenförmige Piezokeramik ist auf der einen Hälfte oben und unten metalli­ siert und auf der anderen Hälfte an der Stirnseite metalli­ siert. Primär- und Sekundärseite sind dadurch galvanisch mit­ einander verbunden. Als hart schaltende Spannungsquelle sind zwei elektrisch in Reihe geschaltete Schalter, die elektrisch parallel zu einer Gleichspannungsquelle geschaltet sind, vor­ gesehen. Da die Primär- und Sekundärseite dieses piezoelek­ trischen Wandlers galvanisch gekoppelt sind, kann die Nach­ führung der Betriebsfrequenz in Abhängigkeit der Ausgangs­ spannung des Wandlers erfolgen.

Da die Piezokeramik aufgrund der Metallisierungskapazität primärseitig im wesentlichen ein kapazitives Verhalten zeigt, kann diese Piezokeramik nicht direkt aus einer hart schalten­ den Spannungsquelle gespeist werden. Deshalb weist der piezo­ elektrische Wandler gemäß der Entgegenhaltung EP 0 758 159 A2 ein Beschaltungsnetzwerk aus Drosseln und Kondensatoren auf, das eine optimale Energieübertragung sicherstellen soll. Nachteilig ist dabei, daß die Schaltung durch die hinzugefüg­ ten Schwingkreise recht empfindlich auf Bauteiletoleranzen reagiert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabge­ stimmten piezoelektrischen Wandlers anzugeben, das gegenüber Bauteiletoleranzen unempfindlich ist, das leerlauf- und kurz­ schlußfest ist und das weder bei Lastschwankungen noch bei hoher Belastung außer Tritt fällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 9.

Durch die Verwendung der Phasenlage des primärseitigen Stro­ mes des serienabgestimmten Wandlers als Regelgröße kann mit­ tels einer Phasenregelung im Übertragungsminimum die Be­ triebsfrequenz bei Lastschwankungen schnell nachgeführt wer­ den, ohne daß das Regelverfahren außer Tritt fällt. Da außer­ dem die Phasenmessung zur Periodendauer der Betriebsfrequenz synchronisiert und über eine Periode integrierend gemessen wird, verbessert sich deutlich die Stabilität der Regel­ schleife, da auf eine Tiefpaß-Glättung bei der Phasenmessung verzichtet werden kann. Trotz I-Anteil im Phasenregelkreis wird dadurch ein stabiler Betrieb ohne Schwingneigung vom Leerlauf bis zum Kurzschluß erreicht. Die integrierende Meß­ werterfassung hat zudem den Vorteil, daß kurzzeitige Fehler im Stromvorzeichensignal, wie sie bei Umschaltvorgängen ent­ stehen können, praktisch keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Frequenzregelung ein serienabgestimmter piezoelektrischer Wandler im Punkt des maximalen Wirkungsgrades vom Leerlauf bis zum Kurzschluß be­ trieben werden.

Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Frequenzregelung wird durch ein Suchverfahren der Regelbereich ausgehend von einer Startfrequenz ermittelt, indem über die Phasenlage des pri­ märseitigen Stromes die optimale Betriebsfrequenz eingestellt werden kann. Die in den Unteransprüchen 2 und 3 angegebenen Suchverfahren unterscheiden sich von der Lage der Startfre­ quenz bezüglich des Regelbereichs.

Liegt die Startfrequenz außerhalb eines vorbestimmten Regel­ bereichs, wird die Betriebsfrequenz so lange erhöht oder er­ niedrigt, bis ein Phasennulldurchgang überschritten worden ist. Diese Phasennulldurchgänge liegen bei den beiden Über­ tragungsmaxima, wobei der Phasennulldurchgang des Regelbe­ reichs beim Übertragungsminimum liegt, wobei das Übertra­ gungsminimum mittig zwischen den beiden Übertragungsmaxima liegt. Ist beim Suchverfahren ein Phasennullpunkt überschrit­ ten, wird in den geregelten Betrieb umgeschaltet. Bei der Festlegung der Startfrequenz müssen alle Toleranzen derart berücksichtigt werden, daß die Startfrequenz immer außerhalb eines vorbestimmten Regelbereiches liegt.

Das Suchverfahren gemäß Anspruch 3 ist unabhängig von der Startfrequenz. Immer dann, wenn entweder ein vorbestimmter oberer oder unterer Frequenzgrenzwert über- oder unterschrit­ ten wird, wird von der Frequenzregelung in eine Frequenz­ steuerung umgeschaltet, wobei in umgekehrter Suchrichtung die Betriebsfrequenz so lange gesteuert erniedrigt oder erhöht wird, bis ein Phasennulldurchgang überschritten worden ist. Sobald dies zutrifft, wird wieder in die Frequenzregelung um­ geschaltet. Da bei diesem Suchverfahren die obigen Annahmen bezüglich der Toleranzen nicht gemacht werden müssen und die Startfrequenz in den meisten Fällen bereits innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs liegt, ist dieses Suchverfahren bevorzugt zu verwenden. Außerdem weist dieses suchverfahren den größten Frequenzsuchbereich auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser beiden vorteil­ haften Verfahren zur Frequenzregelung sind den Unteransprü­ chen 4 bis 6 zu entnehmen.

Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren zur Frequenzrege­ lung wird in Abhängigkeit von unterschiedlichen Versorgungs­ spannungen der Aussteuergrad der Ansteuersignale derart ver­ ändert, daß diese unterschiedlichen Versorgungsspannungen kompensiert werden. Dadurch wird ein weiter Versorgungsspan­ nungsbereich bei annähernd gleichbleibender Ausgangsspannung des Wandlers erzielt, ohne daß die Ausgangsspannung auf die Primärseite des Wandlers rückgekoppelt werden muß.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen einer Vor­ richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten piezoelektri­ schen Wandlers schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Energieübertra­ gungssystems, in

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs­ form einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in der

Fig. 3 ist in einem Diagramm über der Frequenz f die Ein­ gangsimpedanz des serienabgestimmten piezoelektri­ schen Wandlers dargestellt, wobei die

Fig. 4 in einem Diagramm über der Frequenz f den zugehöri­ gen Phasenfrequenzgang zeigt, die

Fig. 5-7 zeigen jeweils weitere Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens, die

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm über der Zeit t die An­ steuerspannung des serienabgestimmten Wandlers, in der

Fig. 9 ist eine vorteilhafte Realisierung der Vorrichtung gemäß Fig. 6 veranschaulicht, und die

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Phasenmeßeinrichtung der Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der

Fig. 11 die zugehörigen Signalverläufe der Ausführungsform gemäß Fig. 10 dargestellt sind.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Energieübertra­ gungssystems dargestellt, mit dem man beispielsweise elektro­ nische Baugruppen, die gegenüber Erde auf hohem und sich schnell ändernden elektrischen Potential betrieben werden, wie z. B. Ansteuerschaltungen für elektrische Leistungshalb­ leiter oder Strommeßeinrichtungen, mit elektrischer Energie versorgen kann, wobei diese potentialfrei auf das hohe Span­ nungsniveau übertragen werden muß. Dieses Energieübertra­ gungssystem besteht aus einer piezoelektrischen Keramik 2, einem Leistungsteil 4, einem Regelungsteil 6, einer Gleich­ richter- und Filterschaltung 8 und einer Last 10. Der Lei­ stungsteil 4 weist ein Stellglied, eine Anpassungsdrossel und eine Einrichtung zur Erfassung der Polarität eines Primär­ stromes i_p auf. Dieses ermittelte Polaritätssignal S_IVZ wird dem Regelungsteil 6 zugeführt. Eine erste Ausführungsform dieses Regelungsteils 6 ist in der Fig. 2 näher dargestellt und generiert Ansteuersignale St für das Stellglied des Lei­ stungsteils 4. Außerdem wird dem Regelungsteil 6 ein Span­ nungswert U_SL der Spannungsversorgung des Leistungsteils 4 zugeführt. Wird der Leistungsteil 4 und der Regelungsteil 6 aus derselben Spannungsversorgung gespeist, so entfällt die Zuführung des Spannungswertes U_SL.

Durch die Vorschaltung einer Anpassungsdrossel auf der Pri­ märseite der piezoelektrischen Keramik 2 wird ein weiterer Energiespeicher hinzugefügt. Die Anpassungsdrossel und die Metallisierungskapazität bilden zusammen mit dem mechanischen System zwei gekoppelte Schwingkreise. Werden die beiden Reso­ nanzfrequenzen aufeinander abgestimmt, so erhält man die von gekoppelten Schwingkreisen bekannte Durchlaßkurve, die bei mittlerer Kopplung und nicht so starker Dämpfung zwei neben­ einander liegende Maxima aufweist. Die Eingangsimpedanz Z, die im Diagramm über der Frequenz f gemäß Fig. 3 näher darge­ stellt ist, erhält deshalb zum einen eine zusätzliche Null­ stelle und zum anderen bewirkt die Erhöhung der Bandbreite, daß die Pol- und Nullstellen erheblich weiter auseinander liegen. Bei einem Lastwechsel besteht jetzt nicht mehr die Gefahr, daß die Frequenz so weit verschoben werden kann, daß sich der Regelsinn umkehrt. Der zur Durchlaßkurve zugehörige Phasenfrequenzgang des Primärstromes i_P ist im Diagramm über der Frequenz f gemäß Fig. 4 näher dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs­ form einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Frequenzregelung gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung weist eine Phasenmeßeinrichtung 12, einen I-Regler 14, einen Fre­ quenzgenerator 16 und eine Einrichtung 18 zur Generierung von Ansteuersignalen St auf. Die Phasenmeßeinrichtung 12, von der eine vorteilhafte Ausführungsform in der Fig. 10 näher darge­ stellt ist, ist ausgangsseitig mit dem Eingang des I-Reglers 14 verbunden, der ausgangsseitig mit einem Eingang des Fre­ quenzgenerators 16 verknüpft ist. Ausgangsseitig ist dieser Frequenzgenerator 16 einerseits mit einem Eingang der Ein­ richtung 18 zur Generierung von Ansteuersignalen St und ande­ rerseits mit einem Signal-Eingang 20 der Phasenmeßeinrichtung 12 verbunden. Am zweiten Signal-Eingang 22 steht das ermit­ telte Polaritätssignal S_IVZ an. Außerdem ist ein Trigger- Ausgang des Frequenzgenerators 16 mit einem Trigger-Eingang 24 der Phasenmeßeinrichtung 12 verbunden. Mittels dieser Ver­ bindung gelangt ein vom Frequenzgenerator 16 generiertes Trigger-Signal S_Tr zur Phasenmeßeinrichtung 12. Am Ausgang 26 der Phasenmeßeinrichtung 12 steht ein Phasenmeßsignal S_ϕ zur Verfügung, das die Phasendifferenz der beiden Eingangssignale S_IVZ und S_UVZ anzeigt. Mittels des I-Reglers 14 wird ein Fre­ quenzsignal f erzeugt, das dafür sorgt, daß das Phasenmeßsig­ nal S_ϕ zu Null wird. Am Ausgang des Frequenzgenerators 16 steht ein frequenzproportionales Rechtecksignal S_UVZ an. Aus diesem frequenzproportionalen Rechtecksignal S_UVZ werden mit­ tels der Einrichtung 18 Ansteuersignale St generiert. Wie diese Ansteuersignale St generiert werden, hängt von der Aus­ gestaltung des Stellgliedes des Leistungsteils 4 ab. Wird als Stellglied eine schaltende Spannungsquelle verwendet, so er­ hält man als Ansteuerspannung u_q eine rechteckförmige Span­ nung gemäß Fig. 8.

In der Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darge­ stellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der er­ sten Ausführungsform gemäß Fig. 2 dadurch, daß eine Suchschal­ tung 28, mit der ein Frequenzbereich eines stabilen Regelbe­ reiches gesucht wird, und eine Einrichtung 30 zur Einstellung eines Aussteuergrades vorgesehen sind. Die Suchschaltung 28 weist eine Ablaufsteuereinrichtung 32, eine Einrichtung 34 zur Generierung eines Phasensuchwertes S_ϕK, einen Glättungs­ filter 36 und einen Umschalter 38 auf. Die Ablaufsteuerein­ richtung 32 ist eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des I-Reglers 14 und andererseits mit dem Ausgang des Glättungs­ filters 36 und ausgangsseitig jeweils mit einem Steuereingang der Einrichtung 34 und des Umschalters 38 verknüpft. Aus­ gangsseitig ist dieser Umschalter 38 mit dem Eingang des I-Reglers 14 und eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang der Einrichtung 34 und andererseits mit dem Ausgang 26 der Pha­ senmeßeinrichtung 12 verbunden. Das Glättungsfilter 36, das beispielsweise ein Verzögerungsglied erster Ordnung ist, ist eingangsseitig ebenfalls mit dem Ausgang 26 der Phasenmeßein­ richtung 12 verknüpft. Die Ablaufsteuereinrichtung 32 weist zwei weitere Eingänge 40 und 42 auf, an denen ein oberer und unterer Stellfrequenz-Grenzwert f_max und f_min anstehen. Die Einrichtung 30 zur Einstellung eines Aussteuergrades ist mit der Einrichtung 18 zur Generierung von Ansteuersignalen St verbunden.

Anhand dieser Ausführungsform und des Phasenfrequenzganges gemäß Fig. 4 soll im folgenden das Verfahren zur Frequenzrege­ lung näher erläutert werden:
Das ermittelte Polaritätssignal S_IVZ wird zusammen mit einem frequenzproportionalen Rechtecksignal S'_UVZ bzw. S_UVZ gemäß Fig. 2 der Phasenmeßeinrichtung 12 zugeführt. Das frequenzpro­ portionale Rechtecksignal S'_UVZ ist um 90° versetzt zum fre­ quenzproportionalen Rechtecksignal S_UVZ. Dieses um 90° ver­ setzte Rechtecksignal S'_UVZ wird benötigt, um die Phasenmeß­ einrichtung 12 besonders einfach aufbauen zu können (Fig. 10). Ansonsten wird das Rechtecksignal S_urz gemäß Fig. 2 verwendet. Am Ausgang der Phasenmeßeinrichtung 12 steht ein Phasenmeßsi­ gnal S_ϕ an, aus dem mittels des I-Reglers 14 ein Frequenzsi­ gnal f erzeugt wird. Dieses Frequenzsignal f wird in ein fre­ quenzproportionales Rechtecksignal S_UVZ und ein dazu um 90° versetztes Rechtecksignal S'_UVZ umgesetzt. Das Frequenzsig­ nal f ist derart generiert, daß das Phasenmeßsignal S_ϕ zu Null wird.

Wird angenommen, daß die Startfrequenz f_St zwischen den bei­ den Übertragungsmaxima, das sind die Nullstellen der Ein­ gangsimpedanz Z (Fig. 3), liegt und einen Wert von beispiels­ weise 45 kHz hat, kann über das Polaritätssignal S_IVZ des Pri­ märstromes i_p des serienabgestimmten piezoelektrischen Wand­ lers die optimale Betriebsfrequenz f gemäß Fig. 4 von etwa 47 kHz (Phasennulldurchgang) eingestellt werden. Auch ausge­ hend von einer Startfrequenz f_St = 49 kHz würde sich die op­ timale Betriebsfrequenz beispielsweise auf f ≈ 47 kHz mittels des Polaritätssignals S_IVZ des Primärstromes i_p einstellen.

Da es aufgrund von Toleranzen auch vorkommen kann, daß die Startfrequenz f_St nicht zwischen den beiden Übertragungsmaxi­ ma liegt, muß möglichst automatisch der stabile Regelungsbe­ reich für die Betriebsfrequenz gefunden werden. Für diesen Suchvorgang ist die Suchschaltung 28 vorgesehen. Damit der Suchvorgang automatisch ablaufen kann, wird bei einer ersten Ausführungsform des Suchverfahrens angenommen, daß beim Start der Frequenzregelung die Startfrequenz f_St immer außerhalb des stabilen Regelungsbereiches für die Betriebsfrequenz liegt.

Die Startfrequenz f_St weist den oberen oder unteren Frequenz­ grenzwert f_max oder f_min also beispielsweise einen Wert von 42 kHz oder 52 kHz auf. Beim Starten verbindet der Umschalter 38 die Einrichtung 34 zur Generierung eines Phasensuchwertes S_ϕK mit dem I-Regler 14. Da der Ablaufsteuereinrichtung 32 bekannt ist, ob von einer niedrigen oder hohen Frequenz ge­ startet wird, wird der Phasensuchwert S_ϕK so vorgegeben, daß entweder die Frequenz erhöht oder erniedrigt wird. Während dieses Suchvorgangs überwacht die Ablaufsteuereinrichtung 32 das geglättete Phasenmeßsignal S_ϕ und das Frequenzsignal f. Sobald das geglättete Phasenmeßsignal S_ϕ zum erstenmal Null wird, befindet man sich mit der Betriebsfrequenz wieder in dem Frequenzbereich, bei dem der Regelsinn der Vorrichtung korrekt ist. Nachdem der Phasennulldurchgang überschritten ist, steuert die Ablaufsteuereinrichtung 32 den Umschalter 38 derart, daß der Ausgang 26 der Meßeinrichtung 12 mit dem Ein­ gang des I-Reglers 14 verbunden ist.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Suchverfahrens kann die Startfrequenz f_St sowohl innerhalb als auch außerhalb des stabilen Regelbereichs liegen. Beim Starten beginnt dieses Suchverfahren im geregelten Betrieb, d. h. der Umschalter 38 verbindet den I-Regler 14 mit dem Ausgang der Phasenmeßein­ richtung 12, an dem das Phasenmeßsignal S_ϕ ansteht. Wenn die Startfrequenz f_St im stabilen Regelbereich liegt, stellt der I-Regler 14 anhand des zugeführten Phasenmeßsignals S_ϕ wie oben beschrieben die optimale Betriebsfrequenz ein. Wenn die Startfrequenz f_St nicht innerhalb des stabilen Regelbereichs liegt, also beispielsweise bei etwa 51 kHz oder bei etwa 43 kHz (Fig. 4), wird durch die Frequenzregelung die Betriebsfre­ quenz in Richtung des oberen bzw. unteren Stellfrequenz- Grenzwertes f_max bzw. f_min des Frequenzgenerators 16 erhöht bzw. erniedrigt.

Diese Frequenzwerte f_max und f_min sind der Ablaufsteuereinrich­ tung 32 zugeführt. Sobald die Ablaufsteuereinrichtung 32 feststellt, daß das Frequenzsignal f den oberen oder unteren Stellfrequenz-Grenzwert, beispielsweise f_max = 52 kHz oder f_min = 42 kHz (Fig. 4), erreicht hat, wird ein Steuersignal S_SU von der Ablaufsteuereinrichtung 32 generiert, mit dem der Um­ schalter 38 derart betätigt wird, daß die Einrichtung 34 aus­ gangsseitig mit dem I-Regler 14 verbunden ist. Außerdem wird mittels des Steuersignals S_SP die Suchrichtung vorgegeben. D.h., ausgehend von einer oberen oder unteren Stellfrequenz­ grenze des Frequenzgenerators 16 wird die Frequenz so lange erniedrigt oder erhöht, bis ein Phasennulldurchgang über­ schritten wird. Nachdem der Phasennulldurchgang überschritten ist, befindet man sich wieder im stabilen Regelungsbereich für die Betriebsfrequenz, so daß wieder die Phasenregelung zugeschaltet werden kann.

Bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsformen des Such­ verfahrens wird zum schnelleren Auffinden der optimalen Be­ triebsfrequenz jeweils der äußere Frequenzbereich des stabilen Regelbereichs nicht gesteuert durchlaufen. D.h., es wird nicht sofort nach dem gesteuerten Durchlaufen des Phasennull­ durchganges in den geregelten Betrieb umgeschaltet, sondern erst dann, wenn sich die Betriebsfrequenz in unmittelbarer Nähe der optimalen Betriebsfrequenz befindet. Dazu wird das geglättete Phasenmeßsignal S_ϕ derart mit dem abgespeicherten charakteristischen Phasenfrequenzgang verglichen, da erst dann in den geregelten Betrieb umgeschaltet wird, wenn der Betrag des geglätteten Phasenmeßsignals S_ϕ nach dem Null­ durchgang wieder unter eine vorgegebene Schwelle, die bei­ spielsweise 30° betragen kann, fällt. Generell kann zum schnelleren Auffinden der optimalen Betriebsfrequenz immer dann, wenn der Betrag des geglätteten Phasenmeßsignals S_ϕ, beispielsweise nach einem Lastwechsel über dem vorgegebenen Phasenschwellwert liegt, die Betriebsfrequenz entsprechend gesteuert vorgegeben werden.

Damit beim Suchvorgang alle Resonanzfrequenzen gefahrlos, d. h. ohne das Auftreten von unzulässig hohen Strom- oder Spannungswerten und den damit verbunden unzulässig hohen me­ chanischen Belastungen der Keramik, durchlaufen werden kön­ nen, wird mittels der Einrichtung 30 zur Einstellung des Aus­ steuergrades die Einrichtung 18 zur Generierung von Ansteuer­ signalen St so gesteuert, daß die Ansteuerspannung u_q einen kleinen Aussteuerungsgrad aufweist. Erst nach einer vorgege­ benen Verzögerungszeit nach der sichergestellt ist, daß die optimale Betriebsfrequenz gefunden worden ist, wird der Aus­ steuerungsgrad der Ansteuerspannung auf einen vorgegebenen Wert erhöht.

Dadurch, daß man für die Frequenzregelung eines serienabge­ stimmten piezoelektrischen Wandlers das Polaritätssignal S_IVZ des Primärstromes i_p dieses Wandlers verwendet und die Be­ triebsfrequenz dieses Wandlers auf das Übertragungsminimum (Maximum der Eingangsimpedanz Z) geregelt wird, erhält man eine Regelung, die weder bei Belastungsänderung noch bei zu hoher Belastung außer Tritt fällt und deren Frequenznachfüh­ rung unempfindlich gegenüber Streuungen der Anpassungsdrossel ist, so daß das Energieversorgungssystem gemäß Fig. 1 leer­ lauf- und kurzschlußfest ist.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten piezoelektri­ schen Wandlers, die sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 5 dadurch unterscheidet, daß eine Einrichtung 46 zur Versor­ gungsspannungskompensation vorgesehen ist. Zu diesem Zweck wird auch die Einrichtung 30 zur Einstellung des Aussteuer­ grades durch die im Funktionsumfang erweiterte Einrichtung 49 ersetzt. Dem Eingang der Einrichtung 46 wird ein dem Span­ nungswert U_SL der Spannungsversorgung des Leistungsteils 4 proportionales Signal U'_SL zugeführt. Da die Einrichtung 46 erst nach der abgeschlossenen Frequenz suche direkt für die Einstellung des Aussteuergrades verwendet wird, ist noch ein Umschalter 48 vorgesehen. Dieser Umschalter 48 ist eingangs­ seitig entweder mit einem Signalausgang 47 der Einrichtung 49 oder mit dem Ausgang der Einrichtung 46 verbunden. Ausgangs­ seitig ist der Umschalter 48 mit einem Steuereingang der Ein­ richtung 18 verbunden. Die Einrichtung 49 hat einen Eingang, der mit dem Ausgang der Einrichtung 46 verbunden ist, und ge­ neriert zusätzlich das Steuersignal S_SH, das am Steuerausgang 51 der Einrichtung 49 ansteht und mit dem der Umschalter 48 betätigt wird. Während der vorgegebenen Verzögerungszeit, al­ so solange der Frequenzsuchvorgang noch aktiv sein könnte, wird der Schalter 48 so angesteuert, daß die Einrichtung 18 zur Generierung der Ansteuerimpulse mit dem Ausgang 47 der Einrichtung 49 verbunden ist. Damit beim Suchvorgang wieder alle Resonanzfrequenzen gefahrlos durchlaufen werden können, wird auch mittels der Einrichtung 49 wie bereits zuvor mit­ tels der Einrichtung 30 die Einrichtung 18 zur Generierung von Ansteuersignalen St so gesteuert, daß die Ansteuerspan­ nung u_q einen kleinen Aussteuerungsgrad aufweist. Im Unter­ schied zur Einrichtung 30 wird der Aussteuergrad nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit bei der Einrichtung 49 nicht auf einen vorgegebenen Wert, sondern auf den am Eingang der Einrichtung 49 anliegenden Wert erhöht. Sobald dieser Wert erreicht worden ist, wird der Schalter 48 umgeschaltet, so daß die Einrichtung 46 direkt mit der Einrichtung 18 verbun­ den ist. Mittels dieser Einrichtung 46 werden Schwankungen im Spannungswert U_SL der Spannungsversorgung des Leistungsteils 4 ausgeglichen. Dazu weist diese Einrichtung 46 einen Kennli­ niengeber auf, der ein Ausgangssignal S_USL in Abhängigkeit vom Eingangssignal U'_SL generiert. Mittels diesem Steuersignal S_USL wird die Pulsbreite derart verändert, daß der Schwankung des Spannungswertes U_SL der Spannungsversorgung des Lei­ stungsteils 4 entgegengewirkt wird. Gemäß Fig. 8 wird die Pulsbreite stets symmetrisch im Schaltintervall t_Schalt ver­ stellt und nicht asynchron wie bei dem Verfahren zur Fre­ quenzregelung gemäß der eingangs genannten EP 0 758 159 A2. Durch diese symmetrische Verstellung der Pulsweite entstehen keine Phasensprünge wie bei der Asynchronverstellung der EP 0 759 159 A2. Bei dieser Kompensation von unterschiedlichen Spannungswerten U_SL der Spannungsversorgung des Leistungs­ teils 4 wird auch keine Rückführung der Ausgangsspannung von der Sekundärseite des Wandlers durchgeführt, wie bei der ein­ gangs genannten EP 0 758 159 A2. Eine derartige Rückkopplung wäre auch bei einem Energieübertragungssystem für die Verwen­ dung im Hochspannungsbereich sehr aufwendig. Mittels dieser Einrichtung 46 wird trotz eines weiten Spannungsbereiches der Spannungsversorgung des Leistungsteils 4 eine gleichbleibende Ausgangsspannung des Wandlers erzielt, ohne die Frequenznach­ führung zu beeinträchtigen.

In der Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten piezoelektri­ schen Wandlers dargestellt, der sich von der Ausführungsform gemäß der Fig. 6 dadurch unterscheidet, daß statt der Einrich­ tung 46 zur Versorgungsspannungskompesation eine Ausgangs­ spannungs-Regeleinrichtung 50 vorgesehen ist, die ausgangs­ seitig mittels des Umschalters 48 mit der Einrichtung 18 zur Generierung von Ansteuersignalen St verbindbar ist. Diese Ausgangsspannungs-Regeleinrichtung 50 weist einen Vergleicher 52 mit nachgeschaltetem Spannungsregler 54 auf. Am invertie­ renden Eingang des Vergleichers 52 steht ein Ausgangsspan­ nungs-Istwertsignal U_IST und an seinem nichtinvertierenden Eingang ein Ausgangsspannungs-Sollwertsignal U_SOLL an. Auch das vom Spannungsregler 54 erzeugte Steuersignal S_UA wird da­ zu verwendet, die Pulsbreite derart zu verändern, daß das Ausgangsspannungs-Istwertsignal U_IST dem Ausgangsspannungs- Sollwertsignal U_SOLL nachgeführt wird. Als Spannungsregler 54 kann jeder bekannte Reglertyp verwendet werden. Wird ein schaltender Regler verwendet, ist jedoch darauf zu achten, daß nicht zwischen Aussteuerungsgrad Null und dem maximalen Aussteuerungsgrad umgeschaltet werden darf, sondern nur zwi­ schen einem Minimalwert, der im wesentlichen die Leerlaufver­ luste deckt, und einem Maximalwert.

In der Fig. 9 ist eine vorteilhafte Realisierung der Vorrich­ tung gemäß Fig. 6 näher dargestellt. Diese Vorrichtung ist vollständig digital ausgeführt, wobei ein kundenspezifischer integrierter Baustein, auch als ASIC bezeichnet, oder ein programmierbarer Logikbaustein 56 verwendet wird. In diesem Logikbaustein 56 ist die Vorrichtung gemäß Fig. 6 unterge­ bracht. Je nach Ausführung dieses programmierbaren Logikbau­ steins 56 wird ein zusätzlicher Festwertspeicher 58, auch als ROM (Read-Only Memory) bezeichnet, benötigt. Aus diesem Grund ist dieser Festwertspeicher 58 mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt. Zusätzlich ist ein Analog-Digital-Wandler 59 vorgesehen, der aus dem Spannungswert U_SL der Spannungs­ versorgung des Leistungsteils 4 ein dazu proportionales digi­ tales Signal U'_SL erzeugt. Außerdem ist ein Taktgenerator 60 vorgesehen, der bei digitalen Ausführungsformen eine Selbst­ verständlichkeit ist. Ferner ist ein sogenannter Reset- Generator 62 vorgesehen, dem der Spannungswert U_SL der Span­ nungsversorgung des Leistungsteils 4 und der Spannungswert U_SR der Spannungsversorgung des Regelungsteils 6 zugeführt ist. Dieser Reset-Generator 62 überwacht die Spannungsversor­ gungen des Leistungsteils 4 und des Regelungsteils 6. Die Vorrichtung zur Frequenzregelung wird mittels eines erzeugten Reset-Signals S_R erst dann freigegeben, wenn beide Versor­ gungsspannungen U_SL und U_SR aufgebaut sind.

Die Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer besonders vorteil­ haften digitalen Ausführungsform der Phasenmeßeinrichtung 12. Diese Phasenmeßeinrichtung 12 weist ein EXOR-Gatter 64, einen n-Bit Auf-/Abwärtszähler 66 und ein Register 68 auf. Die Ein­ gänge des EXOR-Gatters 64 sind mit den Signal-Eingängen 20 und 22 der Phasenmeßeinrichtung 12 verbunden, wobei sein Aus­ gang mit einem Vorwärts-Rückwärts-Umschalteingang 70 des Auf-/Abwärtszählers 66 verknüpft ist. Ausgangsseitig ist dieser Auf-/Abwärtszähler 66 mit einem Daten-Eingang 72 des Regi­ sters 68 verbunden, dessen Ausgang mit dem Ausgang 26 der Phasenmeßeinrichtung 12 verknüpft ist. Der Trigger-Eingang 24 der Phasenmeßeinrichtung 12 ist einerseits mit einem Clear- Eingang 74 des Auf-/Abwärtszählers 66 und andererseits mit einem Trigger-Eingang 76 des Registers 68 verbunden. Außerdem sind der Clock-Eingang 78 des Auf-/Abwärtszählers 66 und der Clock-Eingang 80 des Registers 68 mit einem Takteingang 82 Phasenmeßeinrichtung 12 verknüpft. Die zugehörigen Signalver­ läufe S_EO, S_Z, S_Tr, S_IVZ, S'_UVZ, S_ϕ und S_UVZ sind in der Fig. 11 je­ weils über der Zeit t dargestellt.

Bedingt durch die Verwendung eines EXOR-Gatters 64 werden nicht das Polaritätssignal S_IVZ des Primärstromes i_p des Wand­ lers mit dem vom Frequenzgenerator 16 erzeugten frequenzpro­ portionalen Rechtecksignals S_UVZ, sondern mit dem um 90° ver­ setzten frequenzproportionalen Rechtecksignals S'_UVZ vergli­ chen. D.h., wenn diese beiden Signale S_IVZ und S'_UVZ eine Pha­ senverschiebung von 90° aufweisen, hat das rechteckförmige Ausgangssignal S_EO des EXOR-Gatters 64 ein Tastverhältnis von 1 : 1 innerhalb einer halben Abtastperiode, die durch das Trigger-Signal S_Tr bestimmt ist, wodurch der nachfolgende Auf-/Abwärtszähler 66 am Ende der Abtastperiode einen Zähler­ stand von 0 aufweist. Der Zählerstand wird jeweils synchron zum Trigger-Signal S_Tr abgespeichert und gleichzeitig der Zähler 66 zurückgesetzt. Bevor ein neuer Zählerstand, der proportional der Phasendifferenz des Polaritätssignals S_IVZ des Primärstromes i_p des Wandlers und der um 90° versetzten frequenzproportionalen Rechteckspannung S'_UVZ des Frequenzge­ nerators 16 ist, in das Register 68 geladen wird, wird der vorherige abgespeicherte Wert ausgelesen.

Dadurch, daß die Phasenmessung zur Periodendauer der Be­ triebsfrequenz synchronisiert und über eine Periode integrie­ rend gemessen wird, kann auf die sonst bei Phasenregelkreisen notwendigen Glättungsfilter verzichtet werden. Die Stabilität der Regelschleife ist deshalb gegenüber einer analogen Erfas­ sung mit einem Glättungsfilter deutlich verbessert. Trotz ei­ nes I-Reglers 14 im Phasenregelkreis wird dadurch ein stabi­ ler Betrieb ohne Schwingneigung vom Leerlauf bis zum Kurz­ schluß erreicht. Die integrierende Meßwerterfassung hat zudem den Vorteil, daß kurzzeitige Fehler im Polaritätssignal S_IVZ des Primärstromes i_p des serienabgestimmten piezoelektrischen Wandlers, wie sie bei Umschaltvorgängen entstehen können, praktisch keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Claims (18)

1. Verfahren zur Frequenzregelung eines serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers, wobei ein Phasenmeßsignal (S_ϕ) zwischen einem ermittelten Polaritätssignal (S_IVZ) eines Pri­ märstromes (i_p) des serienabgestimmten, piezoelektrischen Wandlers und einem aus einem erzeugten Frequenzsignal (f) ge­ nerierten, frequenzproportionalen Rechtecksignal (S_UVZ, S'_UVZ) synchron zur Grundschwingungsperiode dieses generierten, fre­ quenzproportionalen Rechtsignals (S_UVZ, S'_UVZ) ermittelt wird, wobei aus diesem ermittelten Phasenmeßsignal (S_ϕ) derart ein Frequenzsignal (f) generiert wird, daß das Phasenmeßsignal (S_ϕ) im Übertragungsminimum zu Null wird, und wobei aus dem erzeugten, frequenzproportionalen Rechtecksignal (S_UVZ, S'_UVZ) Ansteuersignale (St) für den serienabgestimmten, piezoelek­ trischen Wandler erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ausgehend von einer vor­ bestimmten außerhalb eines vorbestimmten Regelbereiches lie­ genden Startfrequenz (f_St) das erzeugte Frequenzsignal (f) so lange gesteuert erhöht oder erniedrigt wird, bis das Phasen­ meßsignal (S_ϕ) zu Null wird, und wobei nach diesem Frequenz­ signal (f) vom gesteuerten in einen geregelten Betrieb umge­ schaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ausgehend von einer be­ liebigen Startfrequenz (f_St) vom geregelten Betrieb in einen gesteuerten umgeschaltet wird, sobald das erzeugte Frequenz­ signal (f) eine vorbestimmte oberen oder unteren Stellfre­ quenzgrenze (f_max, f_min) erreicht hat, wobei im gesteuerten Be­ trieb dieses Frequenzsignal (f) so lange gesteuert erniedrigt oder erhöht wird, bis das ermittelte Phasenmeßsignal (S_ϕ) zu Null wird, und wobei anschließend vom gesteuerten in den ge­ regelten Betrieb umgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, wobei im gesteuerten Betrieb das ermittelte Phasenmeßsignal (S_ϕ) derart mit einem charakteristischen Phasenfrequenzgang verglichen wird, daß erst dann in den geregelten Betrieb um­ geschaltet wird, wenn das ermittelte Phasenmeßsignal (S_ϕ) mit ansteigendem oder fallendem Frequenzmeßsignal (f) wieder kleiner wird und einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das ermittelte Phasenmeß­ signal (S_ϕ) im gesteuerten Betrieb geglättet wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 5, wobei nach Ablauf einer vom Startaugenblick an zählenden vor­ bestimmten Zeitspanne auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Aus­ steuerungsgrad in Abhängigkeit von unterschiedlichen Versor­ gungsspannungen derart verändert wird, daß diese unterschied­ lichen Versorgungsspannungen kompensiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Aus­ steuerungsgrad in Abhängigkeit einer Ausgangsspannungsrege­ lung verändert wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Frequenz­ regelung eines serienabgestimmten piezoelektrischen Wandlers nach Anspruch 1, wobei diese Vorrichtung eine Phasenmeßein­ richtung (12), einen I-Regler (14), einen Frequenzgenerator (16) und eine Einrichtung (18) zur Generierung von Ansteuer­ signalen (St) aufweist, wobei der I-Regler (14) eingangssei­ tig mit einem Ausgang (26) der Phasenmeßeinrichtung (12) und ausgangsseitig mit einem Eingang des Frequenzgenerators (16) verknüpft ist, der ausgangsseitig mit einem Eingang der Ein­ richtung (18) zur Generierung von Ansteuersignalen (St) und mit einem Signal-Eingang (20) der Phasenmeßeinrichtung (12) verbunden ist, an deren zweiten Signal-Eingang (22) ein er­ mitteltes Polaritätssignal (S_IVZ) eines Primärstromes (i_p) des serienabgestimmten piezoelektrischen Wandlers ansteht, und wobei ein Trigger-Ausgang des Frequenzgenerators (16) mit ei­ nem Trigger-Eingang (24) der Phasenmeßeinrichtung (12) ver­ knüpft ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Ablaufsteuerein­ richtung (32), eine Einrichtung (34) zur Generierung eines Phasensuchwertes (S_ϕK), ein Glättungsfilter (36) und ein Um­ schalter (38) vorgesehen ist, wobei die Ablaufsteuereinrich­ tung (32) eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des I- Reglers (14) und andererseits mit dem Ausgang des Glättungs­ filters (36) und ausgangsseitig jeweils mit einem Steuerein­ gang der Einrichtung (34) zur Generierung eines Phasensuch­ wertes (S_ϕK) und des Umschalters (38) verknüpft ist, der aus­ gangsseitig mit dem Eingang des I-Reglers (14) und eingangs­ seitig einerseits mit dem Ausgang der Einrichtung (34) zur Generierung eines Phasensuchwertes (S_ϕK) und andererseits mit dem Ausgang (26) der Phasenmeßeinrichtung (12) verbunden ist, wobei das Glättungsfilter (36) eingangsseitig mit dem Ausgang (26) der Phasenmeßeinrichtung (12) verknüpft ist und wobei an zwei weiteren Eingängen (40, 42) der Ablaufsteuereinrichtung (32) ein oberer und unterer Frequenzgrenzwert (f_max, f_min) an­ stehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Einrich­ tung (30) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades vorgese­ hen ist, die ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Ein­ richtung (18) zur Generierung von Ansteuersignalen (St) ver­ bunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Einrich­ tung (46) zur Versorgungsspannungskompensation, eine Einrich­ tung (49) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades und ein Umschalter (48) vorgesehen sind, wobei der Umschalter (48) eingangsseitig einerseits mit einem Ausgang der Einrichtung (46) zur Versorgungsspannungskompensation und andererseits mit einem Ausgang (47) der Einrichtung (49) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades und ausgangsseitig mit einem Steu­ ereingang der Einrichtung (18) zur Generierung von Ansteuer­ signalen (St) verbunden ist, wobei ein Steuerausgang (51) der Einrichtung (49) zur Erstellung eines Aussteuerungsgrades mit einem Steuereingang des Umschalters (48) verknüpft ist, und wobei die Einrichtung (49) zur Einstellung eines Aussteue­ rungsgrades eingangsseitig mit dem Ausgang der Einrichtung (46) zur Versorgungsspannungskompensation verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Ausgangs­ spannungs-Regeleinrichtung (50), eine Einrichtung (49) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades und ein Umschalter (48) vorgesehen sind, wobei der Umschalter (48) eingangsseitig ei­ nerseits mit einem Ausgang der Ausgangsspanungs-Regeleinrich­ tung (50) und andererseits mit einem Ausgang (27) der Ein­ richtung (49) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades und ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Einrichtung (81) zur Generierung von Ansteuersignalen (St) verbunden ist, wo­ bei ein Steuerausgang (51) der Einrichtung (49) zur Erstel­ lung eines Aussteuerungsgrades mit einem Steuereingang des Umschalters (48) verknüpft ist, und wobei die Einrichtung (49) zur Einstellung eines Aussteuerungsgrades eingangsseitig mit dem Ausgang der Ausgangsspannungs-Regeleinrichtung (50) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Phasenmeßeinrichtung (12) ein EXOR-Gatter (64), einen n-Bit Auf-/Abwärtszähler (66) und ein Register (68) aufweist, wobei der Auf-/Abwärtszähler (66) mit seinem Vorwärts-Rückwärts- Umschalteingang (70) mit einem Ausgang des EXOR-Gatters (64) und mit seinem Ausgang mit einem Daten-Eingang (72) des Regi­ sters (68) verbunden ist, wobei die beiden Eingänge des EXOR- Gatters (64) mit den beiden Signal-Eingängen (20, 22) und der Ausgang des Registers (68) mit dem Ausgang (26) der Phasen­ meßeinrichtung (12) verknüpft sind, wobei der Trigger-Eingang (24) der Phasenmeßeinrichtung (12) mit einem Clear-Eingang (74) des Auf-/Abwärtszählers (66) und mit einem Trigger-Ein­ gang (76) des Registers (68) verbunden ist, und wobei jeweils ein Clock-Eingang (78, 80) des Auf-/Abwärtszählers (66) und des Registers (68) mit einem Takt-Eingang (82) der Phasen­ meßeinrichtung (12) verknüpft ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Vorrichtung als programmierbarer Logikbaustein (56) ausge­ führt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der programmierbare Logikbaustein (56) mit einem Festwertspeicher (58) versehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Vorrichtung als kundenspezifischer Schaltkreis ausgeführt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Reset-Generator (62) vorgesehen ist, der eingangsseitig mit den Spannungsver­ sorgungseinrichtungen für den serienabgestimmten piezoelek­ trischen Wandler und ausgangsseitig mit einem Starteingang des programmierbaren Logikbausteins (56) verbunden ist.