DE4025637A1 - Ultraschallstromversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Stromver­ sorgung zum Betreiben eines elektroakustischen Wandlers mit dessen Resonanzultraschallfrequenz, bei der es sich üb­ licherweise um eine vorbestimmte Frequenz in dem Bereich zwischen 18 kHz und 60 kHz handelt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Stromversorgung zum Betreiben eines pie­ zoelektrischen Wandlers, der mit einem Schweißhorn oder ei­ ner Sonotrode versehen ist, bei dessen Parallelresonanzfre­ quenz, wobei diese Kombination aus Wandler und Schweißhorn meistens zum Schweißen von thermoplastischen Teilen benutzt wird, bei dem eine Leistung von mehreren hundert Watt bis zu einigen Kilowatt für Zeitintervalle benötigt wird, die von mehreren Millisekunden bis zu einigen Sekunden reicht. Eine typische bekannte Stromversorgung dieses Typs ist in der US-PS 34 32 691 gezeigt. Die Stromversorgung, die im folgenden beschrieben ist, beinhaltet Verbesserungen und neue Merkmale, die die bekannte Stromversorgung nicht aufweist, wobei diese Merkmale wegen der Forderung notwendig sind, daß eine Ultraschallschweißvorrichtung durch Computersteuerung mit hoher Geschwindigkeit und unter Bedingungen hoher Präzision und Wiederholbarkeit bei sich verändernden Werkstücken und Produktionsläufen betreibbar sein soll.

Die Erfindung schafft eine Stromversorgung zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers, der mit einem Schweißhorn versehen ist, mit dessen Parallelresonanzfrequenz von übli­ cherweise 20 kHz, wobei die Amplitude der mechanischen Schwingungen, die an der Ausgangsfläche des Schweißhorns erzeugt werden, eingestellt und auf dem eingestellten Wert konstantgehalten werden kann, wobei die Startsequenz, in welcher der Wandler mit dem Schweißhorn aus dem Stillstand auf seine volle Schwingungsamplitude gebracht wird, schnell und stufenlos ausgeführt wird, wobei die Resonanzfrequenz der Kombination aus Wandler und Schweißhorn verfolgt und als Steuersignal zum Einstellen der Frequenz der Stromver­ sorgung benutzt wird, wobei der Stromfluß in dem und aus dem Wandler auf voreingestellte Werte begrenzt wird, und schließlich mit Einrichtungen, die höhere Betriebsgeschwin­ digkeiten (Zahl von Schweißzyklen) zulassen, als es bei den bekannten Vorrichtungen möglich gewesen ist. Die folgende Beschreibung wird einen Überblick über die oben aufgeführ­ ten neuen Merkmale geben.

Ultraschallwandler für Leistungszwecke werden normalerweise in ihrer Parallelresonanzbetriebsart betrieben. Durch die Verwendung einer Kompensationsdrossel wird sich die Strom­ versorgung wie eine Spannungsquelle verhalten. Bei geeigne­ ter Abstimmung ist dann die Amplitude der mechanischen Schwingungen, die an der Wandlerausgangsfläche auftreten, proportional zu der Treiberspannung (Bewegungsspannung), und der Wert des Stroms ist proportional zu der Leistung, die durch das Werkstück verlangt wird. Auf diese Weise kann die Schwingungsamplitude leichter geregelt oder eingestellt werden, und zwar trotz großer Veränderungen in den verlang­ ten Leistungen.

Bei den meisten bekannten Stromversorgungen wird eine zweiteilige Schaltung benutzt, um die Schwingungsamplitu­ deneinstellung vorzunehmen. (Das hat nichts mit der Verwen­ dung von mechanischen Zusatzschweißhörnern oder von Hörnern mit unterschiedlicher mechanischer Verstärkung zu tun, die mit der Wandlervorrichtung zur Amplitudeneinstellung gekop­ pelt sind.) Die Hauptkomponente der Stromversorgung ist eine Stromrichterschaltung, in der elektrische Schaltvor­ richtungen benutzt werden, um eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, deren Frequenz durch die me­ chanische Resonanz des Ultraschallwandlers diktiert wird. Die Amplitude der Wechselspannung wird durch den Wert der Gleichspannung geregelt, welche den Schaltvorrichtungen ge­ liefert wird, und daher ist die Amplitude der Schwingung eine Funktion der Gleichspannungsamplitude. Zum Ändern der Schwingungsamplitude muß der Wert der Gleichspannung geän­ dert werden. Die Gleichspannung wird durch Gleichrichten und Filtern der Netzwechselspannung gewonnen. Um die Wechselspannung veränderlich zu machen, ist entweder ein variabler Spartransformator oder ein Schaltregler benutzt worden. Diese Technik ist ineffizient und teuer, da die Leistung zweimal verarbeitet wird und das Ansprechen auf eine Änderung in der Amplitudeneinstellung langsam erfolgt.

Im Gegensatz dazu wird bei der im folgenden beschriebenen Stromversorgung eine Gleichstromleistungsquelle benutzt, die eine Spannung konstanter Amplitude liefert, und ein Stromrichter oder Umformer, der in einer Impulsdauermodula­ tionsbetriebsart arbeitet, um eine Wechselspannung geeigne­ ter Frequenz zum Betreiben des Wandlers zu liefern. Die Netzwechselspannung wird gleichgerichtet, gefiltert und auf einem festen Wert gehalten. Der Stromrichter erzeugt dann die Betriebsfrequenzspannung. Die Betriebsspannung wird elektronisch geregelt, in dem dieselben Schaltvorrichtungen des Stromrichters benutzt werden. Das Ergebnis ist eine we­ nig kostende, ein geringes Gewicht aufweisende und sehr schnell ansprechende Schaltung. Die Schaltung gestattet, die Schwingungsamplitude während des Schweißvorganges ein­ zustellen, statt diese auf einem voreingestellten Wert zu halten.

Durch Verwendung der Impulsdauermodulation in dem Gleich­ strom in Wechselstrom umwandelnden Stromrichter kann die Schwingungsamplitude des Wandlers und des Horns leicht elektronisch gesteuert werden. Eine bei der Kompensation verwendete Rückführungsschaltung wird außerdem in der Aus­ gangsstufe der Stromversorgung benutzt. Diese Schaltung liefert ein Signal, das der Bewegungsspannung oder Bewe­ gungsamplitude entspricht, die an der Wandlerausgangsfläche vorhanden ist. Das Signal wird elektronisch verarbeitet und zur Impulsdauermodulationsschaltung rückgekoppelt. Diese Technik gestattet, die Schwingungsamplitude in bezug auf Netzspannungsänderungen und Laständerungen zu regeln. Daher kann ein Steuerspannungssignal benutzt werden, um die Schwingunsgamplitude des Wandlers einzustellen oder zu ver­ ändern, und zwar mit wenig oder ohne Beeinflussung durch Netzspannungs- oder Belastungsschwankungen. Das schnelle Ansprechen gestattet die Steuerung der Amplitude von Schwingungen während des Schweißvorgangs.

Die Impulsdauermodulationstechnik, die oben beschrieben ist, wird auch benutzt, um die Ultraschallwandlerschwingun­ gen aus dem Ruhezustand heraus zu starten. Eine Sägezahn­ spannung wird benutzt, um die Bewegungsspannung auf lineare Weise von null bis auf einen geregelten Wert zu erhöhen. Das ist eine Verbesserung gegenüber der schrittweisen Startmethode, die gemäß der US-PS 34 69 211 angewandt wird. Die Steuerung ist kontinuierlich, linear und selbstanpas­ send.

Unterschiedliche Wandlervorrichtungen erfordern unter­ schiedliche Zeitspannen, um eine Sollamplitude der Schwin­ gung zu erreichen, und zwar wegen der Trägheit und der ge­ speicherten mechanischen Energie. Bei der hier beschriebe­ nen Anordnung wird eine Schaltung benutzt, um den verfügba­ ren Strom zu überwachen, den die Stromversorgung während des Hochlaufzyklus liefern kann. Dieses Signal wird eben­ falls zu der Impulsdauermodulationsschaltung rückgekoppelt und benutzt, um das Sägezahn- oder Rampensignal zu modifi­ zieren. Mit dieser Technik wird die Stromversorgung die Ausgangsleistung selbst einstellen, die an den Wandler ab­ gegeben wird, und den Wandler in der kürzest möglichen Zeit auf die Sollschwingungsamplitude bringen.

Die Eigenbetriebs- oder Eigenresonanzfrequenz eines Ultra­ schallwandlers wird sich mit den Betriebsbedingungen etwas ändern. Zu diesen Bedingungen gehören mechanischer Ver­ schleiß der Schweißhornvorrichtung, die Temperatur und die mechanische Belastung. Außerdem gibt es eine inhärente Va­ rianz zwischen den einzelnen Wandlervorrichtungen. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung mit phasensyn­ chronisierter Schleife oder PLL-Schaltung benutzt, um die Grundfrequenzstrom- und -spannungsphasenbeziehung in der Leistungsschaltung zu erfassen, und die Betriebsfrequenz wird eingestellt als eine Funktion der Resonanzfrequenz des Wandlers, wobei bei dieser Frequenz die Phasenverschiebung null ist. Diese Anordnung ergibt die maximale Vorwärtslei­ stungsübertragung und den maximalen Betriebswirkungsgrad bei dem geringsten Ausmaß an Beanspruchung der Schaltkompo­ nenten. Diese Schaltung ist während des gesamten Schweißzy­ klus aktiv, d.h. sowohl während des Hochlauf- als auch wäh­ rend des Leistungsübertragungsintervalls.

Die meisten bekannten Stromversorgungen arbeiten auf Im­ pulszeitbasis. Das heißt, die Stromversorgung und der Wand­ ler sind am Anfang in Ruhe. Ein Schweißbefehl startet die Stromversorgung, was diese veranlaßt, Leistung an den Wand­ ler und ein mit diesem in Kontakt befindliches Werkstück für eine Zeitspanne abzugeben, woraufhin die Stromversor­ gung und der Wandler in ihren Ruhezustand zurückkehren. Die Geschwindigkeit, mit der diese Sequenz ablaufen kann, wird durch mehrere Faktoren begrenzt, wobei einer dieser Fakto­ ren die Leistung ist, die durch die Anlage verbraucht wird, und ein weiterer Faktor die Reaktionszeit der Schaltungen und der Wandleranordnung. Gegenwärtig verfügbare Stromver­ sorgungen sind auf etwa einhundert Operationen pro Minute begrenzt. Die Leistung, die in der Hochlaufsequenz ver­ braucht wird, wird ein beschränkender Faktor ebenso wie die Ansprechzeit der Steuerschaltung.

Durch die Verwendung eines Sägezahnstarts und einer Schalt­ betriebsartsteuerung der Leistungsschaltung wird die Ver­ lustleistung auf einem Minimum gehalten. Die vorgenannte Steuerschaltung ist so ausgelegt, daß sie mit einer schnel­ leren Geschwindigkeit arbeitet und der Stromrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom mittels Impulsdauermodulation umwandelt, ergibt eine viel bessere Steuerung für die Vor­ wärts- und Rückwärtsleistung an dem Wandler, wobei Rück­ wärtsleistung die Leistung ist, die durch den Wandler als Ergebnis von gespeicherter mechanischer Energie erzeugt wird, wenn die dem Wandler zugeführte Leistung schnell ver­ ringert wird. Infolgedessen kann eine Stromversorgung mit den oben aufgeführten Verbesserungen mit zweihundert Opera­ tionen pro Minute arbeiten, was eine wichtige Verbesserung ist, die für sehr schnelle computergesteuerte Produktions­ läufe benötigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der neuen und verbesserten Stromversorgung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein elektrischen Schaltbild des Wechselrichters,

Fig. 3 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild der Ausgangsstufe,

Fig. 4 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild des Stromfilters,

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild des De­ modulators,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild des Schleifenfilters,

Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild des spannungsgesteuerten Oszillators,

Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild der Spannungssteuerschaltung,

Fig. 9 ein elektrisches Schaltbild der Stromsteuerschaltung,

Fig. 10 ein elektrisches Schaltbild der Verknüpfungsschaltung, und

Fig. 11 ein elektrisches Schaltbild der Mo­ dulator- und Treiberschaltung.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild, das benutzt wird, um den Aufbau der neuen und verbesserten Ultraschall­ stromversorgung auf allgemeine Weise zu erläutern. Eine Gleichstromversorgung 10, in der herkömmliche Einrichtungen benutzt werden, gibt gleichgerichtete und gefilterte Gleichstromleistung über Leiter 12 und 14 an einen Wechsel­ richter 100 ab, der den Gleichstrom in Wechselstrom um­ formt. Der Wechselrichter 100 enthält Halbleiterschalter zum Umwandeln der Gleichspannung aus der Stromversorgung 10 in eine Ultraschallfrequenz von üblicherweise 20 kHz, eine übliche Frequenz, die zum Betreiben von Hochleistungsultra­ schallschweißvorrichtungen benutzt wird. Die Schaltvorrich­ tungen in dem Wechselrichter 100 werden in einer Schaltbe­ triebsart (nichtlinear) betrieben, um sowohl die Frequenz (20 kHz) zu erzeugen, als auch die Ausgangsspannung mittels einer Impulsdauermodulationstechnik zu steuern.

Die Ausgangsstufe 200 empfängt über Leiter 102 und 104 die Ausgangsspannung mit Ultraschallfrequenz aus dem Wechsel­ richter 100 und gibt über einen Leiter 16 die Treiberspan­ nung und den Treiberstrom an die Ultraschallwandlervorrich­ tung 18 ab. Die Ausgangsstufe 200 transformiert die Aus­ gangsimpedanz des Wechselrichters und paßt sie an die Impe­ danz der Wandlervorrichtung an. Die Ausgangsstufe 200 ent­ hält elektrische Komponenten, die zusammen mit der Wandler­ vorrichtung 18 einen Schwingkreis bilden. Die Ausgangsstufe liefert außerdem die Eingangssignale für gewisse Steuer­ schaltungen.

Die Wandlervorrichtung 18 enthält einen Stapel von piezo­ elektrischen Scheiben, die zwischen Metallmassen einge­ spannt sind, und ein Schweißhorn 19, das damit gekuppelt ist, zum Koppeln der Schwingungen, die durch die piezoelek­ trischen Scheiben aufgrund der zugeführten elektrischen En­ ergie erzeugt werden, mit einem zu schweißenden Werkstück. Die Wandlervorrichtung hat einen herkömmlichen Aufbau und ist auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator 300 ist der Hauptfre­ quenz- und -taktgenerator für die gesamte Stromversorgung und deren Steuerschaltungen. Er enthält einen spannungsge­ steuerten Oszillator, der mit einer harmonischen Frequenz der Grundultraschallfrequenz, 20 kHz bei der hier beschrie­ benen Ausführungsform, arbeitet, und einen digitalen Fre­ quenzteiler zum Gewinnen von Systemreferenzsignalen.

Eine Modulator- und Treiberschaltung 400 empfängt drei Ein­ gangssignale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 300, die mit den Bezugszahlen 302, 304 und 306 bezeichnet sind und dem Zweifachen der Grundfrequenz (2f_p), dem um 180 Grad phasenverschobenen Zweifachen der Grundfrequenz und der Grundfrequenz (f_p) entsprechen. Die Modulator- und Treiberschaltung enthält lineare und digitale Schaltungen zum Erzeugen von Signalen auf Leitern 402, 404, 406 und 408 zum Steuern des Betriebes des Wechselrichters 100. Ein Zweiphasensignal wird durch den Modulator erzeugt, welches die Impulsdauermodulation des Wechselrichters 100 bewirkt. Die Betriebsfrequenz entspricht dem Eingangssignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 300 und wird zeitlich durch ein Analogeingangssignal aus einer Spannungssteuerschaltung 500 und einer Stromsteuerschaltung 600 gesteuert. Die Aus­ gangssignale des Modulators werden durch Treiberstufen ver­ stärkt und dann zum Steuern der Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 100 benutzt.

Die Stromfilterschaltung 700 ist ein elektronisches Filter, das benutzt wird, um das Grundstromsignal (f_p) zu erzielen. Ein Eingangssignal, das dem Betriebsstrom entspricht, wird von der Ausgangsstufe 200 über Leiter 202 und 204 ausgege­ ben. Das Eingangssignal enthält die Grundstromfrequenz (f_p) und die ungeraden Harmonischen der Grundfrequenz. Das Fil­ ter ist ein besonderes Filter insoweit, als es sich um ein Bandpaßfilter für einen Bereich von Frequenzen um die Grundfrequenz handelt, das aber die harmonischen Frequenzen dämpft. Gleichzeitig ist das Filter für die Grundfrequenz innerhalb des Bandpaßbereiches im wesentlichen phasentrans­ parent, d.h. es erfolgt im wesentlichen keine Phasenverzer­ rung des durch das Filter hindurchgehenden Signals.

Ein Stromdemodulator 800 ist ein synchroner Analogschalter oder Ringdemodulator. Das gefilterte Signal aus dem Strom­ filter 700 auf einem Leiter 702 wird durch digitale Refe­ renzsignale zerhackt, die der spannungsgesteuerte Oszilla­ tor 300 auf Leitungen 308, 310 abgibt. Die sich ergebenden Ausgangssignale sind zu den Real- und Imaginärkomponenten, welche in dem ursprünglichen Stromsignal enthalten sind, proportional. Diese Signale transportieren Information über den Wert und die Phasenbeziehung der Stromkomponenten in bezug auf die Grundfrequenztreiberspannung. Das Realkompo­ nentensignal wird als ein Eingangssignal über einen Leiter 802 an die Stromsteuerschaltung 600 angelegt, wogegen das Imaginärkomponentensignal über einen Leiter 804 als ein Eingangssignal an die Stromsteuerschaltung 600 und an eine Schleifenfilterschaltung 900 angelegt wird.

Das Schleifenfilter 900 ist ein Tiefpaßfilter. Das Ima­ ginärkomponenten- oder Blindstromsignal auf dem Leiter 804 wird an den Eingang des Schleifenfilters angelegt. Das Aus­ gangssignal des Filters, das auf einem Leiter 902 geliefert wird, wird als die phasenbezogene Steuer- oder Rückkopp­ lungsspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator 300 zum Einstellen von dessen Frequenz benutzt. Auf diese Weise wird eine phasensynchronisierte Schleife erzeugt, die be­ strebt ist, die Spannung und den Strom an den Schaltern des Wechselrichters 100 miteinander in Phase zu halten. Das wird erreicht, indem die Frequenz gesucht wird, für die der Blindstrom auf einem Minimum ist. Maximale Leistungsüber­ tragung erfolgt, wenn minimale Beanspruchung auf die Schaltvorrichtungen des Wechselrichters 100 ausgeübt wird. Das Filter ist ein integraler Bestandteil der PLL- oder phasensynchronisierten Schleife. Seine Parameter diktieren die gesamte Rate der Frequenzkompensation und steuern die Stabilität der Schleife.

Die Kombination von Schaltungen, d.h. der spannungsgesteu­ erte Oszillator 300, der Demodulator 800 und das Schleifen­ filter 900, wie eine sogenannte PLL- oder phasensynchroni­ sierte Schleife bilden, ist im Stand der Technik bereits umfangreich beschrieben worden, vgl. zum Beispiel die DE-OS 27 26 249 oder die US-PS 46 42 581.

Die Spannungssteuerschaltung 500 wird benutzt, um die ge­ samte Bewegungsspannung zu regeln, welche an den Wandler 18 angelegt wird. Ein Signal, das der Bewegungsspannung ent­ spricht, wird in der Ausgangsstufe 200 gewonnen. Dieses Be­ wegungsspannungssignal wird an die Spannungssteuerschaltung 500 über den Leiter 206 angelegt, verstärkt und mit der Steuerspannung verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleiches ist das Eingangssignal, das an die Modulator- und Treiber­ schaltung 400 über eine Verknüpfungsschaltung 20 und Leiter 502 und 22 angelegt wird. Auf diese Weise wird der Lei­ tungswinkel der Schaltvorrichtungen in dem Wechselrichter 100 gesteuert, um eine konstante Bewegungsspannung an dem Wechselrichter aufrechtzuerhalten.

Während des Startzyklus wird eine Sägezahn- oder Rampen­ spannung in der Spannungssteuerschaltung 500 erzeugt, so daß die Ausgangsamplitude des Signals an der Modulator- oder Treiberschaltung 400 mit einer gesteuerten linearen Geschwindigkeit von null auf einen maximalen Grenzwert, der durch eine Spannungssteuereinstellung diktiert wird, erhöht wird, damit die Gleichspannung aus dem Wechselrichter 100 ebenfalls von null auf ein Maximum erhöht wird.

Die Stromsteuerschaltung 600 wird benutzt, um die maximale Stärke des Stroms zu regeln, die die Stromversorgung wäh­ rend der Start- und der Betriebszyklen liefert. Sowohl die Blind- als auch die Realstromkomponente werden als Ein­ gangssignale über Leiter 802 und 804 empfangen und derart verknüpft, daß die Stromversorgung in verschiedenen Be­ triebsarten geschützt wird. Die Schaltung enthält eine Gruppe von Differenzverstärkern zum Begrenzen des Vorwärts­ stroms und des Rückwärtsstroms auf vorbestimmte Werte. Die Ausgangssignale auf den Leitern 602 und 604 werden außerdem als ein Rückführungssignal an die Modulator- und Treiber­ schaltung 400 über die Verknüpfungsschaltung 20 angelegt, um den Leitungswinkel der Schaltvorrichtungen in dem Wech­ selrichter 100 und damit die Bewegungsspannung an dem Wand­ ler zu steuern. Während des Hochlaufzyklus kann die Schal­ tung das Startsägezahnspannungssignal als Funktion der Wandlerkennlinie modifizieren.

Nachdem die Schaltungen allgemein beschrieben worden sind, werden in der folgenden Beschreibung die einzelnen Schal­ tungen mehr ins einzelne gehend erläutert.

Fig. 2 ist ein Schaltbild des Wechselrichters 100. Er ent­ hält vor allem einen Vollwellenbrückengleichrichter und Gate-Treiberschaltungen zum Steuern des Betriebes der Gleichrichterschalter. Die Schaltung enthält vier Halbleiterschaltvorrichtungen 106, 108, 110 und 112, von denen jede eine Leistungs-MOSFET-Vorrichtung 114 zum Schalten der Leistung und eine Schottky-Diode 116, die mit dem Drain-Anschluß in Reihe geschaltet ist, um zu verhindern, daß die Schottky-Diode in der Vorrichtung 114 Strom in umgekehrter Richtung leitet, enthält. Eine schnelle Diode 118 ist zu der Reihenschaltung aus der MOSFET-Vorrichtung 114 und der Diode 116 parallelgeschaltet, um Rückwärtsstrom zu leiten, der an der Schaltvorrichtung auftritt.

Die Schaltvorrichtungen werden durch Treiberstufen 120, 122 aufgrund der Ausgangssignale aus der Modulator- und Trei­ berschaltung 400 betrieben. Der sich ergebende Ausgangs­ wechselstrom wird über die Leiter 102 und 104 abgegeben. Der Schaltkreis ist im wesentlichen ein Modulator, bei dem die Ausgangsspannung eine Funktion der Impulsdauermodula­ tion ist. Zu jeder Zeit werden zwei Schalter leitend und zwei Schalter nichtleitend sein. Eine Schaltung dieser Kon­ figuration, die als "Clamped-Mode Resonant Converter" (soviel wie im Klemmbetrieb arbeitender Resonanzstromrich­ ter) bezeichnet wird, ist ausführlich in dem Aufsatz "Constant-Frequency Clamped-Mode Resonant Converters" von F. Tsai et al, IEEE Transactions on Power Electronics, Band 3, Nr. 4, Oktober 1988, Seiten 460-473, Fig. 2, Seite 462, beschrieben.

Die Schalter sind, wie dargestellt, in zwei Halbbrücken­ schaltungen aufgeteilt, und jede Halbbrückenschaltung ist mit einer gemeinsamen Gate-Treiberschaltung 120, 122 ver­ bunden. Jede Gate-Treiberschaltung enthält Schaltungskompo­ nenten zum elektrischen Isolieren jedes Schalters und zur richtigen Pegelerzeugung und Wellenformtaktgebung, um eine Querleitung während Übergangsvorgängen zu verhindern. Die Wellenformen werden durch die Modulator- und Treiberschal­ tung 400 erzeugt.

Der Vorteil dieser Wechselschaltung liegt in der Tatsache, daß die Amplitudenänderungen der Ausgangsspannung schnell gemacht werden können, ohne die Phasenbeziehungen zu stö­ ren, die in der phasensynchronisierten Schleife vorhanden sind, welche zum Steuern der Betriebsfrequenz der Wechsel­ richterschaltung und somit der Frequenz des Ausgangswech­ selstroms benutzt wird. Außerdem ermöglicht die Schaltung, die Resonanzbelastung mit einem viel größeren Wirkungsgrad zu speisen. Außerdem kann die Leistung in beiden Richtungen gesteuert werden, d.h. in die und aus der Belastung. Schließlich ist das Energiemanagement gut, weil die Lei­ stung, die der Ausgangsstufe und dem Wandler während einer EIN-Periode geliefert wird, kontinuierlich ist.

Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schaltbild der Ausgangsstufe. Da Ausgangsstufen, die auch als Impedanzanpassungsschaltun­ gen bezeichnet werden, bekannt sind und im Stand der Tech­ nik bereits benutzt worden sind, wird die Schaltung nur kurz beschrieben. Die Ausgangsstufe 200 empfängt über Lei­ ter 102, 104 den Wechselstrom zum Betreiben des Wandlers 18. Ein Ausgangstransformator 208 paßt die Spannungs- und Stromwerte zwischen dem Wechselrichter 100 und der Wandler­ vorrichtung 18 an. Die Komponenten, die in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators liegen, werden so ge­ wählt, daß die Primärseite zusammen mit der Sekundärseite, mit welcher der Wandler 18 verbunden ist, bei der Parallel­ resonanzfrequenz des Wandlers elektrisch in Resonanz sind. Ein Stromwandler 210, der mit der Primärseite der Schaltung verbunden ist, liefert an einem Widerstand 212 ein Signal, das dem Strom entspricht, welcher zu dem Wandler fließt. Dieses Signal ist sowohl linear als auch im wesentlichen phasentransparent bei dem Strom in der Primärseite, und dieses Signal, das sich als eine Spannung an den Leitern 202 und 204 äußert, wird seinerseits zum Steuern des Stroms, der dem Wandler 18 zugeführt wird, und zur Fre­ quenzabstimmung benutzt.

Der Sekundärwicklung des Transformators 208 wird ein Aus­ gangssignal über einen Leiter 206 entnommen, das der Bewe­ gungspannung entspricht, mit welcher der Wandler 18 betrie­ ben wird, d.h. der Spannung, die zu der Schwingungsampli­ tude proportional ist. Diese Spannung wird an die Span­ nungssteuerschaltung 500 angelegt und zum Regeln der Bewe­ gungsausgangsamplitude des Wandlers 18 benutzt.

Fig. 4 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Stromfilters 700. Das Filter ist ein elektrisches Bandpaßfilter, das die Frequenz dämpft, welche außerhalb der Frequenzen des Durch­ laßbereiches liegen, das aber Signale durchläßt, die inner­ halb des gewählten Frequenzbandes oder Durchlaßbereiches liegen. Ein spezielles Merkmal des Filters ist die Eigen­ schaft, daß für den Frequenzbereich innerhalb des Durchlaß­ bandes die Phasenverschiebung eines Signals von dem Eingang zu dem Ausgang minimal sein wird, d.h. das Filter ist pha­ sentransparent.

Die pulsierende Ausgangsspannung aus dem Wechselrichter 100 wird durch die Ausgangsstufe 200 und den Wandler 18 natür­ lich gefiltert. Das Ausgangssignal enthält verschiedene Frequenzkomponenten, nämlich die Grundfrequenz (20 kHz) und ungerade Harmonische der Grundfrequenz. Das führt auf glei­ che und bezogene Stromsignale. Von Hauptinteresse ist das Grundfrequenzstromsignal. Bei Resonanz werden der Grundfre­ quenzstrom und die Grundfrequenzspannung miteinander in Phase sein. Daher ist es die erste Aufgabe des Filters, das Grundfrequenzstromsignal durchzulassen, aber die harmoni­ schen Signale zu dämpfen.

Das Stromsignal, das dem Stromfluß zwischen der Ausgangs­ stufe 200 und dem Wandler 18 entspricht, wird über die Lei­ ter 202, 204 an die Stromfilterschaltung 700 angelegt. Die Schaltung enthält gemäß Fig. 4 zwei gestaffelt abgestimmte Parallelschwingkreise. Die Betriebsfrequenz und Q (der Gü­ tefaktor) jedes Schwingkreises 704, 706 werden so gewählt, daß sie die gleiche und entgegengesetzte Phasensteigung in­ nerhalb des interessierenden Frequenzbandes haben. Zum Bei­ spiel kann bei einer Grundfrequenz von 20 kHz der Schwing­ kreis 704 auf 19 kHz und der Schwingkreis 706 auf 21 kHz ab­ gestimmt sein, was einen Durchlaßbereich und Phasentranspa­ renz für die Grundfrequenz von 20 kHz ergibt. Die Signale aus den Schwingkreisen werden dann in einer Summierschal­ tung 708 summiert, was ein Ausgangssignal auf einem Leiter 702 ergibt, das nur die Information in bezug auf die Grund­ frequenz enthält, weil harmonische Frequenzen oberhalb oder unterhalb der gewählten Bandbreite durch die Resonanz­ schwingkreise gedämpft wurden. Das Signal auf dem Leiter 702 repräsentiert deshalb ein Signal, das der Amplitude und der Phase der Grundfrequenz des Stroms entspricht, welcher zwischen dem Stromrichter 100 und dem Wandler 18 fließt.

Fig. 5 ist ein Schaltbild des Demodulators 800. Um den Wandler 18 auf seinem Resonanzbetriebspunkt zu halten, müs­ sen der Strom und die Spannung aus dem Wechselrichter 100 in Phase sein. Das Stromsignal, das in der Schaltung 700 gefiltert wird, wird über den Leiter 702 an den Demodulator 800 angelegt, um sowohl die Größen- als auch die Phasenin­ formation des Eingangssignals zu gewinnen.

Der Demodulator enthält eine Gruppe von synchronen Analog­ schaltungen. Das Analogausgangssignal 702 aus dem Filter 700 wird an zwei Analogschalter 806 und 808 angelegt, bei denen es sich um im Handel erhältliche integrierte Schal­ tungsvorrichtungen handelt. Der Schalter 806 empfängt au­ ßerdem ein Digitalsignal f′_p über einen Leiter 308, das der Grundbetriebsfrequenz entspricht, aber um neunzig Grad pha­ senverschoben ist. Ebenso empfängt der Schalter 808 ein Di­ gitalsignal f_p über einen Leiter 310, das der Grundbe­ triebsfrequenz entspricht, aber keine Phasenverschiebung aufweist. Deshalb wird das Signal, das durch einen Leiter 804 geliefert wird, die Imaginär- oder Blindstromkomponente darstellen, welche zu dem Wandler 18 fließt, wogegen das Signal, welches durch einen Leiter 802 geliefert wird, dem Realkomponentenwert dieses Stroms entspricht. Wenn keine Imaginärstromkomponente in dem Strom vorhanden ist, der zu dem Wandler 18 fließt, wird das Ausgangssignal aus dem Lei­ ter 804 null sein. Wenn eine Imaginärkomponente vorhanden ist, wird das Ausgangssignal auf den Leiter 804 ein positi­ ves oder negatives Spannungssignal sein.

Fig. 6 ist ein elektrisches Schaltbild des Schleifenfil­ ters. Das Filter ist im wesentlichen ein Tiefpaßfilter und wird benutzt, um das Imaginärstromkomponentensignal aus dem Demodulator 800 zu verarbeiten. Der Gehalt an harmonischer Frequenz wird blockiert, und eine mittlere Gleichstromfeh­ lerspannung wird gewonnen und als ein Korrektur- oder Steu­ ersignal an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszilla­ tors zum Einstellen der Frequenz des Oszillators angelegt. Das Filter enthält eine integrierende Schaltung 904, welche das Ausgangssignal über den Leiter 804 aus dem Demodulator empfängt, wie oben beschrieben.

Der Integrator 904 hat gesteuerte Zeitkonstanten, die das gesamte Ansprechen der phasensynchronisierten Schleife re­ geln und im Hinblick auf Stabilitäts- und Geschwindigkeits­ überlegungen gewählt werden. Eine Phasen- und Stromver­ schiebung wird bewirken, daß ein Kondensator 906 der inte­ grierenden Schaltung sich auflädt oder entlädt. Die resul­ tierende Spannung wird bewirken, daß die Frequenz des span­ nungsgesteuerten Oszillators sich derart ändert, daß die Phasenverschiebung verringert wird. Die Spannung an dem In­ tegratorausgang, Leiter 902, wird sich beruhigen und stabil werden, wenn sich die Phasenverschiebung null nähert (abgestimmter Zustand). Änderungen in der Phasenverschie­ bung werden eine Änderung im Ausgangssignal bewirken, das an den Oszillator angelegt wird, um eine entsprechende Fre­ quenzkorrektur zu bewirken. Die Ausgangsspannung des Schleifenfilters ist deshalb ein Spannungssignal, das die Phasenbeziehung zwischen dem Strom und der Spannung reprä­ sentiert, welche an den Wandler 18 angelegt werden, und dieses Spannungssignal wird eine konstante Gleichspannung sein, wenn ein Phasenverschiebungszustand von im wesentli­ chen null vorherrscht, d.h. wenn der spannungsgesteuerte Oszillator die richtige Frequenz für präzisen Parallelreso­ nanzbetrieb des Wandlers liefert.

Fig. 7 ist ein elektrisches Schaltbild des spannungsgesteu­ erten Oszillators. Es ist zwar eine besondere Schaltung ge­ zeigt, es könnten jedoch andere Anordnungen benutzt werden, um dieselbe Funktion zu erfüllen. Der Oszillator enthält eine im Handel erhältliche Oszillatortaktschaltung 312, wie zum Beispiel Nr. 555 von Texas Instruments, die so angeord­ net ist, daß sie in einer astabilen Betriebsart arbeitet. Die Schaltungskomponenten 314, 316, 318 und 320 werden so gewählt, daß der Oszillator mit einer Frequenz 4f_p arbeitet, die das Vierfache der Parallelresonanzfrequenz des Wandlers 18 ist. Die Betriebsfrequenz des Taktgebers 312 ist außerdem eine Funktion des Wertes des Gleichspannungssignals, das an dessen Eingangssteueranschluß über den Leiter 902 angelegt wird und bei dem es sich um das Signal aus dem Schleifenfilter handelt. Widerstände 322, 324, 326 und 328 bilden eine Spannungsverschiebungs- und -skalierschaltung, welche die Steuer- oder Rückkopplungseingangsspannung an den Steuersignalstift an dem Taktgeber 312 anlegt. Wenn die Spannung an dem Eingangsstift des Taktgebers 312 positiver gemacht wird, nimmt die Frequenz des Taktgebers ab, und um­ gekehrt bewirkt eine negativere Steuerspannung, daß die Frequenz zunimmt.

Ein variabler Widerstand 326 wird benutzt, um die Größe der Frequenzabweichung einzustellen, welche die Steuerspannung bewirken wird. Auf diese Weise wird ein Grenzwert für den Bereich von Frequenzen (Bandbreite) eingestellt, in welchem die Stromversorgung arbeiten wird. Ein variabler Widerstand 314 wird benutzt, um die Mittenfrequenz einzustellen.

Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 312, der mit dem Vierfachen der Grundfrequenz arbeitet, wird an ein D-Flipflop 330 abgegeben, das so geschaltet ist, daß es eine durch zwei teilende Schaltung bildet. Das Frequenzsignal 4f_p aus dem Oszillator wird somit durch einen Faktor zwei dividiert, um zwei Signale zu liefern, nämlich ein Signal 2f_p auf dem Leiter 302 und dessen kom­ plementäres, um 180 Grad phasenverschobenes Signal 2f auf dem Leiter 304.

Zwei weitere D-Flipflop-Schaltungen 332 und 334 werden be­ nutzt, um Referenzsignale zu erzeugen. Das Flipflop 332 ist wieder so geschaltet, daß es eine durch zwei teilende Schaltung bildet, wobei das Signal 2f_p an seinen Eingang angelegt wird. Die Ausgangssignale des Flipflops 332 sind das Grundfrequenzsignal f_p, das auf dem Leiter 306 er­ scheint, und das komplementäre Signal , das auf dem Lei­ ter 310 erscheint. Diese letztgenannten Signale sind gegen­ einander um 180 Grad phasenverschoben. Das Signal wirkt als Taktsignal für das Flipflop 334, und das Signal wirkt als das Dateneingangssignal. Das Ergebnis ist, daß das Flipflop 334 ein Durchgangssignal f′_p auf einem Leiter 308 erzeugt, welches ein Grundfrequenzsignal ist, das aber um neunzig Grad phasenverschoben ist. Die Signale in digi­ taler Form auf den Leitern 308 und 310 werden an den Demo­ dulator 800 angelegt, wie oben beschrieben, wogegen die Si­ gnale auf den Leitern 302, 304, und 306 an die Modulator- und Treiberschaltung 400 angelegt werden.

Die Spannungs(Amplituden-)-steuerschaltung ist in Fig. 8 gezeigt. Ein Parameter von großer Bedeutung für eine Ultra­ schallvorrichtung des vorliegenden Typs ist die Amplitude der mechanischen Schwingung, die durch den Wandler und das Schweißhorn erzeugt wird. Ein der Bewegungsamplitude ent­ sprechendes Signal wird, wie oben beschrieben, über einen Leiter 206, Fig. 3, in der Ausgangsschaltung gewonnen. Die­ ses Signal ist zu der an den Wandler angelegten Treiber­ spannung proportional. Diese Spannung wird auch als "Bewegungsspannung" bezeichnet. Die Bewegungsspannung wird skaliert und gleichgerichet. Sie wird dann zu einer Refe­ renzspannung addiert, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Fehlersignal wird verstärkt und an eine Verknüpfungsschal­ tung sowie an den Eingang der Modulator- und Treiberschal­ tung angelegt. Diese Rückkopplungsschleife hat den Zweck, eine gewünschte Bewegungsamplitudeneinstellung aufrechtzu­ erhalten. Weil die Bewegungsspannung erfaßt wird, ist die Schaltungsanordnung so, daß eine eingestellte Amplitude un­ geändert von Netzspannungsveränderungen und von Belastungs­ auswirkungen, die auf die Stromversorgung zurückwirken, aufrechterhalten wird.

Vorkehrungen sind getroffen zum Verändern der Referenzspan­ nung entweder innerhalb oder außerhalb der Stromversorgung. Auf diese Weise kann die Schwingungsamplitude durch ein Steuerpotentiometer oder durch ein externes Signal, bei­ spielsweise ein aus dem Prozeß gewonnenes Signal, einge­ stellt werden. Das System hat eine kurze Ansprechzeit, so daß eine Amplitudenveränderung sogar während eines besonde­ ren Schweißzyklus bewirkt werden kann. Während der Hoch­ laufperiode wird das Referenzspannungsignal durch einen Hochlaufgeber modifiziert. Das Ergebnis ist, daß die Bewe­ gungsspannung und die sich ergebende Schwingungsamplitude ab einem Ruhezustand beginnen und mit einer eingestellten linearen Geschwindigkeit zunehmen, bis der voreingestellte Regelpunkt erreicht ist. Der Wandler wird deshalb veran­ laßt, seine Schwingungsamplitude auf eine regelmäßige Weise mit einer linearen Geschwindigkeit statt stufenweise zu vergrößern.

Das Bewegungsspannungssignal auf dem Leiter 206 wird durch einen Gleichrichter 504 gleichgerichtet und durch einen Kondensator 506 gefiltert. Das sich ergebende Gleichstrom­ signal wird an einen integrierenden Verstärker 508 ange­ legt. In dem Verstärker 508 wird das Gleichstromsignal auf­ grund der an den Wandler 18 angelegten Treiberspannung mit einer Referenzspannungseinstellung verglichen. Der Refe­ renzspannungswert kann ein Sollsignal aus einem Amplituden­ einstellpotentiometer 518 oder ein variables Signal wie ein Sägezahnsignal aus dem Sägezahnspannungsgenerator 510 sein, der einen Verstärker 512 und einen Kondensator 514 in Ver­ bindung mit einer Spannungsquelle und einem in Reihe ge­ schalteten Schalter 516 enthält, der eine "STOP"-Stellung und eine "BETRIEB"-Stellung hat.

Wenn das der Amplitude entsprechende Signal niedriger als die Referenzspannung ist, wird das Ausgangssignal des Ver­ stärkers 508 den Signalwert an der Verknüpfungsschaltung 20 und der Modulator- und Treiberschaltung 400 erhöhen, um zu bewirken, daß die Ausgangsspannung, die durch den Wechsel­ richter geliefert wird, erhöht wird. Wenn das der Amplitude entsprechende Signal größer als die Referenzspannung ist, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 508 abnehmen und bewirken, daß die an den Wandler angelegte Bewegungsspan­ nung ebenfalls abnimmt.

Zum Starten der Stromversorgung aus dem Ruhezustand heraus wird der Sägezahngenerator 510 benutzt, um die Referenz­ spannung aus dem Potentiometer 518 zu modifizieren. Im Ru­ hezustand ist ein Schalter 516 in der "STOP"-Einstellung, wie dargestellt. Der Sägezahngenerator 510 klemmt die Refe­ renzspannung auf den Wert null. Wenn der Schalter in die "BETRIEB"-Stellung bewegt wird, steigt das Sägezahngenera­ torausgangssignal mit einer linearen Geschwindigkeit lang­ sam an und gestattet der Referenzspannung, ebenfalls anzu­ steigen. Das erfolgt, bis eine Klemmdiode 520 nicht mehr leitend ist, in welchem Zustand die Stromversorgung in ei­ nem stationären Zustand arbeitet. Es ist selbstverständlich klar, daß der Schalter 516 ein elektronischer Schalter sein wird.

Fig. 9 ist ein Schaltbild der Stromsteuerschaltung 600. Die Stromsteuerschaltungskomponenten regulieren und begrenzen die normalen Ausgangsstromwerte, die durch die Stromversor­ gung erzeugt werden. Während einer normalen Folge des Stromversorgungsbetriebes gibt es verschiedene Zustände, in welchen diese Schaltungskomponenten in Betrieb kommen.

Während der Betriebszeit kann von der Stromversorgung ver­ langt werden, daß sie mehr Leistung liefert, als sie sicher erzeugen kann. Der Betriebsstromwert wird in der Ausgangs­ stufe 200 erfaßt und durch das Stromfilter 700 und durch die Realstromkomponentenschaltung des Demodulators 800 ver­ arbeitet. Das sich ergebende Signal wird in der Stromsteu­ erschaltung 600 mit einem Referenzsignal verglichen, das einen maximalen Strom festlegt. Dieses sich ergebende Dif­ ferenz- oder Fehlersignal, das einem übermäßigen Strom ent­ spricht, wird benutzt, um die Modulator- und Treiberschal­ tung 400 zu steuern, nachdem es durch die Verknüpfungs­ schaltung 20 hindurchgegangen ist. Der Zweck ist, die Am­ plitude der Wechselstromausgangsspannung des Wechselrich­ ters 100 zu reduzieren und somit den Strom zu reduzieren und auf seinen voreingestellten Maximalwert einzustellen. Diese Steuerung ist in ihrer Charakteristik linear.

Der Wandler 18 ist darüber hinaus eine mechanische Reso­ nanzvorrichtung und wird Energie speichern. Die Vorrichtung ist bidirektional insofern, als sie Energie, d.h. elektri­ schen Strom sowohl verbraucht als auch erzeugt. Zum Steuern der Schwingungsamplitude des Wandlers mit hoher Geschwin­ digkeit muß die Stromversorgung in der Lage sein, einen ma­ ximalen Strom sowohl zu empfangen als auch zu erzeugen. Das Ausgangssignal aus dem Realstromkomponententeil des Demodu­ lators auf dem Leiter 802 wird seine Polarität und seinen Wert entsprechend der Stärke des Stroms und der Richtung desselben zu oder aus dem Wandler ändern. Das Ausgangssi­ gnal aus der Stromsteuerschaltung wird über die Verknüp­ fungsschaltung 20 die Modulator- und Treiberschaltung 400 steuern, um die effektive Ausgangswechselspannung aus dem Wechselrichter 100 in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses in den oder aus dem Wandler zu verringern oder zu vergrößern.

Während des Hochlaufzyklus können große Blindstromkomponen­ ten auf dem Stromweg von dem Wechselrichter zu dem Wandler vorhanden sein. In diesem Fall wird ein Abtastwert des Ima­ ginär- oder Blindkomponentensignals aus dem Demodulator auf dem Leiter 804 mit dem Realkomponentenstromsignal ver­ knüpft. Das Ergebnis ist eine Belastungskennlinienformung oder -modifizierung des Stromsollwerts, um die Schaltvor­ richtungen besser vor einem Versagen zu schützen, das durch übermäßige Energieumschaltung während Perioden von Bela­ stungsübergangszuständen verursacht wird.

Außerdem können während des Hochlaufs große mechanische Schweißhörner übermäßige Energie erfordern, um eine einge­ stellte Schwingungsamplitude zu erreichen. In diesem Fall wird, wenn der Strombedarf zu groß ist, um den Wandler mit dem Schweißhorn die Sollamplitude während eines zugeordne­ ten Zeitintervalls erreichen zu lassen, die Stromsteuer­ schaltung die Startzykluszeit modifizieren, indem sie das Signal an der Modulator- und Treiberschaltung 400 automa­ tisch reduziert. Auf diese Weise wird die Hochlaufzeit ver­ längert und die Stromversorgung daran gehindert, einen Überlastungszustand zu erreichen.

Die Realkomponente des Stromsignals auf dem Leiter 802 aus dem Demodulator 800 wird einen Wert haben, der von der Stromflußrichtung abhängig ist. Ihre Polarität wird positiv sein, wenn der Stromfluß zu dem Wandler 18 gerichtet ist, und negativ, wenn der Stromfluß von dem Wandler weggerich­ tet ist. Dieses Realstromkomponentensignal wird an zwei in­ tegrierende Verstärker 605 und 606 zusammen mit einem Refe­ renzsignal angelegt. Ein Signal, das dem maximalen zulässi­ gen Vorwärtsstrom entspricht, wird durch ein Potentiometer 608 erzeugt, und das Signal, das dem maximalen zulässigen Rückwärtsstrom entspricht, wird durch ein Potentiometer 610 erzeugt.

Wenn das Istvorwärtsstromsignal den Referenzvorwärtssignal­ wert übersteigt, wird der Verstärker 605 ein Ausgangsspan­ nungssignal an die Verknüpfungsschaltung 20 und an die Mo­ dulator- und Treiberschaltung auf einem Leiter 602 anlegen, um das Ausgangssignal der Stromversorgung durch Verringern der Wechselspannung aus dem Wechselrichter zu verringern. Dieser Zustand wird entweder die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms an dem Wandler begrenzen oder den Strom auf einen vorbestimmten sicheren Wert reduzieren.

Wenn jedoch das Rückwärtsstromsignal den Referenzrückwärts­ signalwert übersteigt, wird der Verstärker 606 ein Aus­ gangsspannungssignal an dem Modulator auf einem Leiter 604 erzeugen, um eine Verstärkung des Stromflusses aus der Stromversorgung zu bewirken, d.h. um die Wechselstromspan­ nung aus dem Wechselrichter zu erhöhen. Durch diesen Vor­ gang wird die Abnahmegeschwindigkeit des Stromflusses aus dem Wandler 18 auf einen sicheren Wert begrenzt.

Ein Teil der Imaginär- oder Blindstromkomponente, die aus dem Demodulator über den Leiter 804 empfangen wird, wird mit der Realstromkomponente an einer Verbindungsstelle 612 addiert. Dieser Addiervorgang führt dazu, daß die Gesamt­ stärke des Vorwärtsstroms während des Hochlaufs der Strom­ versorgung gesteuert wird, wenn ein verstimmter Zustand vorherrscht.

Fig. 10 zeigt die Verknüpfungsschaltung, welche an einer Verbindungsstelle 24 das Ausgangssignal aus der Spannungs­ steuerschaltung 502, das Spannungssteuersignal, mit Aus­ gangssignalen aus der Stromsteuerschaltung verknüpft, die entweder über den Leiter 602 oder über den Leiter 604 ge­ liefert werden, um über einen Pufferverstärker 26 ein ver­ knüpftes Steuersignal auf einem Leiter 22 zu erzeugen, der zu der Modulator- und Treiberschaltung 400 führt. Dieses Steuersignal dient als ein Verbundsteuersignal zum Regeln der Ausgangsspannung, die durch den Wechselrichter 100 ge­ liefert wird. Wenn der Wandler innerhalb vorbestimmter Werte des Stromflusses arbeitet, wird nur das Amplituden­ steuersignal 502 als Ausgangssignal aus der Verknüpfungs­ schaltung 22 wirksam sein. Wenn der Stromfluß zu dem Wand­ ler oder aus dem Wandler über dem gewünschten Wert ist, wird das Spannungssteuersignal durch das dem Strom entspre­ chende Signal modifiziert, wie beschrieben.

Fig. 11 ist ein Schaltbild der Modulator- und Treiberschal­ tung 400, die die der Frequenz entsprechenden Signale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator und das verknüpfte Spannungssteuersignal aus der Spannungssteuerschaltung und der Stromsteuerschaltung empfängt. Deshalb arbeitet die Mo­ dulator- und Treiberschaltung 400 mit einem Spannungssteu­ ersignal und den durch den spannungsgesteuerten Osziallator erzeugten Signalen und liefert Ausgangssignale zum geeigne­ ten Steuern des Betriebes des Wechselrichters 100.

Das Taktsignal auf dem Leiter 302 (das Doppelfrequenzsignal 2f_p), das aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 300 kommt, wird an eine integrierende Verstärkerschaltung 410 angelegt, die ein dreieckförmiges Ausgangssignal mit glei­ chen Steigungen hervorruft. Dieses Signal wird seinerseits an eine Komparatorschaltung 412 angelegt. Die Komparator­ schaltung 412 empfängt außerdem über den Leiter 22 das sta­ tionäre Verbundsignal aus der Verknüpfungsschaltung 22, welches ein Spannungssteuersignal darstellt. Der Komparator wird benutzt, um die Steuerspannung mit dem dreieckförmigen Signal zu vergleichen. Das Ausgangssignal aus dem Kompara­ tor 412 wird an eine NAND-Schaltung 414 und an eine UND- Schaltung 416 angelegt. Die NAND-Schaltung 414 empfängt au­ ßerdem das Taktsignal 2f_p über den Leiter 302. Die UND- Schaltung 416 empfängt an ihrem zweiten Eingang das Signal von dem Leiter 304, welches das Signal doppelter Frequenz der Imaginärstromkomponente darstellt. Das Ausgangssi­ gnal der NAND-Schaltung 414 und das Ausgangssignal der UND- Schaltung 416 werden als Eingangssignale an Flipflops 418 bzw. 420 angelegt, die jeweils auch ein Signal f_p von dem Leiter 306 empfangen, das ein Takt- oder Zeitsteuersignal darstellt.

Die Ausgangssignale des Flipflops 418 und des Flipflops 420 haben eine variable gegenseitige Phasenbeziehung, die von einem Minimum von null Grad, bei dem es sich um die mini­ male Ausgangsspannung des Wechselrichters 100 handeln wird, bis zu einem Maximum von 180 Grad, welches die maximale Ausgangsspannung ergibt, variiert. Die Pufferverstärker 422 bilden Treiberstufen. Die um 180 Grad verschobenen Aus­ gangssignale, die an den Leitern 402 und 404 und an den Leitern 406 und 408 erscheinen, werden an die Treiberstuf­ entransformatoren 120 und 122 der Wechselrichterschaltung angelegt, vgl. Fig. 2. Deshalb wird der Wechselrichter 100 veranlaßt, durch Impulsmodulation eine rückkopplungsgesteu­ erte Wechselstromausgangsspannung zu liefern, die hinsicht­ lich der Frequenz, der Amplitude der Bewegungsspannung und des maximalen Stromflusses genau gesteuert ist. Somit hat die Stromversorgung alle gewünschten Eigenschaften, die in der Beschreibungseinleitung angegeben worden sind.

Claims (25)

1. Stromversorgung zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers (18), gekennzeichnet durch:
eine Gleichstromversorgung (10);
einen Clamped-Mode-Resonanz-Wechselrichter (100), der so ge­ schaltet ist, daß er Gleichstrom aus der Gleichstromversor­ gung (10) empfängt und Wechselstrom zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers (18) mit dessen Parallelresonanz­ frequenz abgibt;
eine Ausgangsstufe (200), die mit dem Wechselrichter (100) verbunden ist, um den von dem Wechselrichter (100) abgege­ benen Wechselstrom zu empfangen und einen Wechselstrom ge­ eigneter Größe zum Betreiben des piezoelektrischen Wandlers (18) mit dessen Resonanzfrequenz abzugeben, und außerdem eine Einrichtung (210) enthält, um ein erstes Wechselstrom­ signal zu liefern, welches dem Strom entspricht, der zwi­ schen der Ausgangsstufe (200) und dem Wandler (18) fließt;
ein Stromfilter (700), das mit der Ausgangsstufe (200) ver­ bunden ist, um das erste Wechselstromsignal zu empfangen und ein zweites Signal zu liefern, das der Amplitude und der Phase der Grundfrequenz des Stroms entspricht, welcher zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt;
einen Demodulator (800), der so geschaltet ist, daß er das zweite Signal empfängt und außerdem ein Digitalsignal, das der Grundfrequenz des Stroms entspricht, welcher zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt, aber um neunzig Grad phasenverschoben ist, und ein drittes Si­ gnal liefert, das dem Wert der Imaginärstromkomponente der Grundfrequenz des Stroms entspricht, welcher zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt;
ein Schleifenfilter (900), das mit dem Demodulator (800) verbunden ist, um das dritte Signal zu empfangen, und eine Einrichtung enthält zum Erzeugen eines vierten Signals, das eine Gleichstromamplitude hat, die der Amplitude der Imaginärstromkomponente entspricht; einen spannungsge­ steuerten Oszillator (300), der mit einer vorbestimmten Frequenz arbeitet und so geschaltet ist, daß er das vierte Signal als Steuersignal empfängt, damit der Oszillator (300) seine Frequenz entsprechend der Amplitude des vierten Si­ gnals ändert, das Digitalsignal an den Demodulator (800) ab­ gibt und weitere Ausgangssignale liefert, die der Betriebs­ frequenz des Oszillators (300) entsprechen; und
eine Modulator- und Treiberschaltung (400), die so geschal­ tet ist, daß sie die weiteren Ausgangssignale aus dem Os­ zillator (300) empfängt und Steuersignale an den Wechsel­ richter (100) abgibt, um den Wechselrichter (100) zu veran­ lassen, den Ausgangswechselstrom mit einer Frequenz zu er­ zeugen, die bewirkt, daß der Wandler (18) mit seiner Paral­ lelresonanzfrequenz arbeitet.

2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern des ersten Wechselstrom­ signals einen Stromwandler (210) aufweist, der in dem Strom­ kreis des Stroms liegt, welcher zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt.

3. Stromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromfilter (700) ein Bandpaßfilter ist, das zwei gestaffelt abgestimmte Parallelschwingkreise (704, 706) ent­ hält zum Dämpfen von Frequenzen außerhalb eines bestimmten Durchlaßbereiches der Grundparallelresonanzfrequenz des Wandlers (18) und zum Durchlassen des Grundresonanzfrequenz­ signals im wesentlichen ohne Phasenverschiebung.

4. Stromversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromfilter (700) zwei gestaffelt abgestimmte Pa­ rallelschwingkreise (704, 706) aufweist, die so geschaltet sind, daß sie das erste Signal empfangen, wobei die Schwing­ kreise gleiche und entgegengesetzte Phasenflanken zum Dämpfen von Frequenzen außerhalb eines vorbestimmten Durchlaßbe­ reiches der Grundparallelresonanzfrequenz des Wandlers (18) haben, und eine Summierschaltung (708), die die Signale aus den gestaffelt abgestimmten Parallelschwingkreisen (704, 706) addiert, um das zweite Signal zu bilden.

5. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator (800) Analogschaltein­ richtungen (806, 808) enthält, welche das zweite Signal und das Digitalsignal empfangen und an ihrem Ausgang ein drittes Signal abgeben.

6. Stromversorgung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des vierten Signals in dem Schleifenfilter (900) eine Integrierschaltung (904) aufweist, welche an ihrem Eingang das dritte Signal empfängt und an ihrem Ausgang das vierte Signal abgibt.

7. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator (300) eine Taktgeberschaltung (312) enthält, die im wesentlichen mit einem Vielfachen der Grundfrequenz des zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließenden Stroms arbeitet.

8. Stromversorgung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeberschaltung (312) im wesentlichen mit dem Vierfachen der Frequenz des Stroms arbeitet und Flipflop­ schaltungen (330, 332, 334) enthält, die das Ausgangssi­ gnal aus der Taktgeberschaltung (312) empfangen, um die wei­ teren Ausgangssignale zu liefern, die eine Frequenz haben, welche gleich der Parallelresonanzfrequenz ist, bzw. eine Frequenz, die das Zweifache der Parallelresonanzfrequenz ist.

9. Stromversorgung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulator- und Treiberschaltung (400) eine Gruppe von Torschaltungen (414, 416) enthält zum Empfangen der weiteren Ausgangssignale und eine Gruppe von Flipflopschal­ tungen (418, 420), die an die Torschaltungen (414, 416) an­ geschlossen sind, um die Steuersignale aufgrund der Aus­ gangssignale aus dem Oszillator (300) zu liefern, wobei die Steuersignale an dem Wechselrichter (100) eine Gruppe von phasenverschobenen Signalen zum Betreiben des Wechselrich­ ters (100) umfassen.

10. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung, die mit der Ausgangs­ stufe (200) verbunden ist, zum Liefern eines Signals, das der Bewegungsspannung entspricht, die an dem Wandler (18) anliegt, und durch eine Spannungssteuerschaltung (500), die so geschaltet ist, daß sie das Signal empfängt, welches der Bewegungsspannung entspricht, und es mit einem voreinge­ stellten Spannungssignal vergleicht, um ein Bewegungsampli­ tudensteuersignal zu erzeugen, das an die Modulator- und Treiberschaltung (400) angelegt wird, damit die Steuersi­ gnale an dem Wechselrichter (100) aufgrund des Bewegungs­ amplitudensteuersignals den Wechselrichter (100) veranlas­ sen, den Ausgangswechselstrom mit einer Spannung zu liefern, deren Amplitude dem Bewegungsamplitudensteuersignal ent­ spricht.

11. Stromversorgung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das voreingestellte Spannungssignal einstellbar ist.

12. Stromversorgung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungssteuerschaltung (500) außerdem einen Sägezahnspannungsgenerator (510) enthält zum Liefern eines Sägezahnspannungssignals, wenn die Stromversorgung aus ei­ nem Ruhezustand heraus gestartet wird, und eine Schaltungs­ einrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie das Sägezahn­ signal veranlaßt, das voreingestellte Spannungssignal zu modifizieren, um das Bewegungsamplitudensteuersignal zu er­ zeugen, welches bewirkt, daß die Spannung des Wechselstrom­ ausgangs sägezahnartig ansteigt, um dadurch die Schwingungs­ amplitude des Wandlers (18) zu veranlassen, ebenfalls säge­ zahnartig anzusteigen.

13. Stromversorgung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahnspannungsgenerator (510) mit einem Schalter (516) in Reihe geschaltet ist und daß das Ausgangssignal des Sägezahnspannungsgenerators (510), das voreingestellte Span­ nungssignal und das der Bewegungsspannung entsprechende Si­ gnal an den Eingang eines integrierenden Verstärkers (508) angelegt werden, der an seinem Ausgang das Bewegungsamplitu­ densteuersignal abgibt.

14. Stromversorgung zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers (18), gekennzeichnet durch:
eine Gleichstromversorgung (10);
einen Clamped-Mode-Resonanz-Wechselrichter (100), der so ge­ schaltet ist, daß er Gleichstrom aus der Gleichstromver­ sorgung (10) empfängt und einen Wechselstrom zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers (18) mit dessen Parallel­ resonanzfrequenz abgibt;
eine Ausgangsstufe (200), die mit dem Wechselrichter (100) verbunden ist, um den Ausgangswechselstrom des Wechsel­ richters (100) zu empfangen und den Ausgangswechselstrom an den Wandler (18) abzugeben, um den Wandler (18) mit des­ sen Parallelresonanzfrequenz zu betreiben, wobei die Aus­ gangsstufe (200) eine Einrichtung (210) enthält zum Abge­ ben eines ersten Signals, das dem Strom entspricht, der zwischen der Ausgangsstufe (200) und dem Wandler (18) fließt, und eines zweiten Signals, das der Bewegungsspannung ent­ spricht, die an dem Wandler (18) anliegt;
ein Stromfilter (700), das so geschaltet ist, daß es das er­ ste Signal empfängt und ein drittes Signal liefert, welches der Amplitude und der Phase der Grundfrequenz des Stroms entspricht, welcher zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt;
einen Demodulator (800), der so geschaltet ist, daß er das dritte Signal und außerdem ein Digitalsignal empfängt, welches der Grundfrequenz entspricht, aber um neunzig Grad phasenverschoben ist, und ein keine Phasenverschiebung auf­ weisendes Digitalsignal, das der Grundfrequenz entspricht, und ein viertes Signal abgibt, welches den Wert der Imaginär­ stromkomponente der Grundfrequenz des Stroms entspricht, der zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) fließt, und ein fünftes Signal liefert, welches den Wert der Real­ stromkomponente des Stroms entspricht;
ein Schleifenfilter (900), das so geschaltet ist, daß es das vierte Signal empfängt, und eine Einrichtung aufweist zum Er­ zeugen eines sechsten Signals, das eine Gleichstromamplitude hat, die der Amplitude der Imaginärstromkomponente entspricht;
einen spannungsgesteuerten Oszillator (300), der mit einer vorbestimmten Frequenz arbeitet und so geschaltet ist, daß er das sechste Signal als ein Frequenzrückkopplungssignal empfängt, um den Oszillator (300) zu veranlassen, seine Fre­ quenz entsprechend der Amplitude des sechsten Signals zu än­ dern, die Digitalsignale an den Demodulator (800) abgibt, und weitere Ausgangssignale aufgrund der Betriebsfrequenz des Oszillators (300) liefert;
eine Spannungssteuerschaltung (500), die so geschaltet ist, daß sie das zweite Signal empfängt, und eine Einrichtung ent­ hält, die das zweite Signal mit einer einstellbaren Re­ ferenzspannung verknüpft und daraufhin ein Bewegungsamplitu­ densteuersignal liefert;
eine Stromsteuerschaltung (600), die so geschaltet ist, daß sie das vierte Signal und das fünfte Signal aus der Demodu­ latorschaltung (800) empfängt, und eine Einrichtung enthält zum Liefern eines Referenzsignals aufgrund des maximal zu­ lässigen Vorwärtsstroms, der zu dem Wandler (18) fließt, und
eines Referenzsignals aufgrund des maximal zulässigen Rück­ wärtsstroms, der aus dem Wandler (18) fließt, und ein Aus­ gangssignal aufgrund des Zustands liefert, daß ein Strom fließt, der größer als der maximal zulässige Vorwärtsstrom ist, und ein Strom fließt, der größer als der maximal zuläs­ sige Rückwärtsstrom ist;
eine Verknüpfungsschaltung (20), die so geschaltet ist, daß sie das Bewegungsamplitudensteuersignal aus der Spannungs­ steuerschaltung (500) und das Ausgangssignal aus der Strom­ steuerschaltung (600) empfängt und ein verknüpftes Bewegungs­ amplitudensteuersignal liefert; und
eine Modulator- und Treiberschaltung (400), die so geschaltet ist, daß sie die weiteren Ausgangssignale aus dem spannungs­ gesteuerten Oszillator (300) und das verknüpfte Bewegungsam­ plitudensteuersignal aus der Verknüpfungsschaltung (20) em­ pfängt und aufgrund dessen Steuersignale an dem Wechselrich­ ter (100) erzeugt, um den Wechselrichter (100) zu veranlas­ sen, den Ausgangswechselstrom mit einer Frequenz zu erzeugen, die den weiteren Ausgangssignalen entspricht, und mit einer Spannungsamplitude, die dem verknüpften Bewegungsamplituden­ steuersignal entspricht.

15. Stromversorgung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungssteuerschaltung (500) einen Sägezahn­ spannungsgenerator (510) enthält zum Liefern eines Säge­ zahnspannungssignals zum kurzen Modifizieren der einstell­ baren Referenzspannung, wenn die Stromversorgung aus ihrem Ruhezustand in ihren Betriebszustand umgeschaltet wird.

16. Stromversorgung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sägezahnspannungsgenerator (510) mit einem Schalter (516) verbunden ist und die Sägezahnspannung auf­ grund eines Signals aus dem Schalter (516) abgibt.

17. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuersignale an dem Wechsel­ richter (100), die durch die Modulator- und Treiberschaltung (400) geliefert werden, eine Gruppe von gegeneinander pha­ senverschobenen Ausgangssignalen zum Steuern des Wechsel­ richters (100) umfassen.

18. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung der Stromsteuer­ schaltung (600) zum Liefern der maximal zulässigen Stromre­ ferenzsignale Potentiometer (608, 610) aufweist.

19. Stromversorgung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung der Stromsteuerschaltung (600) wei­ ter zwei integrierende Verstärkerschaltungen (605, 606) auf­ weist, wobei eine der Eingangsklemmen der Verstärkerschal­ tungen (605, 606) miteinander verbunden sind, und das fünfte Signal empfangen, wobei eine der Verstärkerschaltungen (605, 606) außerdem das vierte Signal und das Referenzsignal auf­ grund des maximal zulässigen Vorwärtsstroms empfängt und wo­ bei die andere Verstärkerschaltung das Referenzsignal auf­ grund des maximal zulässigen Rückwärtsstroms empfängt, so daß die Verstärkerschaltungen (605, 606) das Signal liefern, das entweder einem Strom entspricht, der größer als der ma­ ximal zulässige Vorwärtsstrom ist, oder einem Strom, der größer als der maximal zulässige Rückwärtsstrom ist.

20. Stromversorgung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulator- und Treiberschaltung (400) so angeordnet ist, daß sie ein Signal hervorruft, welches einem Strom ent­ spricht, der größer als der maximal zulässige Vorwärtsstrom ist, um die Spannung des durch den Wechselrichter (100) ge­ lieferten Ausgangswechselstroms zu reduzieren, und ein Si­ gnal, das einem Strom entspricht, der größer als der maximal zulässige Rückwärtsstrom ist, um die Spannung des von dem Wechselrichter (100) gelieferten Ausgangswechselstroms zu er­ höhen.

21. Stromversorgung zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers (18), gekennzeichnet durch:
eine Gleichstromversorgung (10);
einen Clamped-Mode-Resonanz-Wechselrichter (100), der so ge­ schaltet ist, daß er Gleichstrom aus der Gleichstromversor­ gung (10) empfängt und einen Ausgangswechselstrom zum Be­ treiben eines piezoelektrischen Wandlers (18) mit dessen Parallelresonanzfrequenz abgibt;
eine Ausgangsstufe (200), die an den Wechselrichter (100) an­ geschlossen ist, um den Ausgangswechselstrom zu empfangen und den Ausgang mit dem Wandler (18) zu verbinden;
eine Modulator- und Treiberschaltung (400), die mit dem Wech­ selrichter (100) verbunden ist, um Steuersignale an den Wech­ selrichter (100) abzugeben, damit die Frequenz und die Span­ nung des von dem Wechselrichter (100) abgegebenen Stroms den Steuersignalen entsprechen;
eine phasensynchronisierte Schleifenschaltung (PLL), die zwi­ schen die Ausgangsstufe (200) und die Modulator- und Treiber­ schaltung (400) geschaltet ist, um aus der Ausgangsstufe (200) ein Signal zu empfangen, das dem Strom entspricht, wel­ cher zwischen der Ausgangsstufe (200) und dem Wandler (18) fließt, und aufgrund dessen an die Modulator- und Treiber­ schaltung (400) Signale abzugeben, die bewirken, daß die Steuersignale an dem Wechselrichter (100) den Wechselrichter (100) in Betrieb setzen und diesen veranlassen, den Aus­ gangswechselstrom mit einer Frequenz zu erzeugen, die mit der Parallelresonanzfrequenz des Wandlers (18) im wesentlichen zusammenfällt;
eine Spannungssteuerschaltung (300), die an die Ausgangsstu­ fe (200) angeschlossen ist, um ein Spannungssignal zu em­ pfangen, das der Bewegungsspannung entspricht, die an dem Wandler (18) anliegt, und eine Einrichtung enthält zum Ver­ gleichen des Spannungssignals mit einem Referenzsignal und zum Liefern eines dementsprechenden Spannungssteuersignals;
eine Stromsteuerschaltung (600), die mit der Ausgangsstufe (200) verbunden ist, zum Empfangen eines der Stromamplitu­ de entsprechenden Signals des zwischen der Ausgangsstufe (200) und dem Wandler (18) fließenden Stroms, und eine Ein­ richtung enthält zum Vergleichen des der Stromamplitude ent­ sprechenden Signals mit Referenzsignalen, welche dem maximal zulässigen Stromfluß zwischen dem Wechselrichter (100) und dem Wandler (18) entsprechen, und zum dementsprechenden Erzeugen eines Stromsteuersignals, welches angibt, daß das der Stromamplitude entsprechende Signal den maximal zulässi­ gen Stromfluß überschreitet; und
eine Verknüpfungsschaltung (20), die so geschaltet ist, daß sie das Stromsteuersignal und das Spannungssteuersignal em­ pfängt und aufgrund derselben ein verknüpftes Spannungs­ steuersignal an die Modulator- und Treiberschaltung (400) abgibt, um zu bewirken, daß die an den Wechselrichter (100) angelegten Steuersignale zur Folge haben, daß die Spannungs­ amplitude des Ausgangswechselstroms des Wechselrichters (100) dem verknüpften Spannungssteuersignal entspricht.

22. Stromversorgung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Referenzsignale des Stromsteuersignals dem maxi­ mal zulässigen Stromfluß von dem Wechselrichter (100) zu dem Wandler (18) bzw. dem maximal zulässigen Stromfluß von dem Wandler (18) zu dem Wechselrichter (100) entsprechen.

23. Stromversorgung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß das verknüpfte Spannungssteuersignal an der Modu­ lator- und Treiberschaltung (400) bewirkt, daß die Span­ nungsamplitude des Ausgangswechselstroms des Wechselrich­ ters (100) abnimmt, wenn das Stromsteuersignal einem Strom­ fluß entspricht, der größer als der maximal zulässige Strom­ fluß von dem Wechselrichter (100) zu dem Wandler (18) ist, und daß die Spannungsamplitude des Ausgangswechselstroms des Wechselrichters (100) zunimmt, wenn das Stromsteuersignal einem Stromfluß entspricht, der größer als der maximal zu­ lässige Stromfluß von dem Wandler (18) zu dem Wechselrich­ ter (100) ist.

24. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerschaltung (500) eine Sägezahnspannungserzeugungsschaltung (510) ent­ hält, die aufgrund eines Schaltsignals bewirkt, daß das Spannungssteuersignal sägezahnartig ansteigt, wodurch die Amplitude der Spannung des Ausgangswechselstroms aus dem Wechselrichter (100) veranlaßt wird, ebenfalls sägezahnar­ tig anzusteigen.

25. Stromversorgung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (100) einen Ausgangswechselstrom liefert, der bewirkt, daß der Wandler (18) mit einer vorbestimmten Parallelresonanzfrequenz in dem Bereich von 18 kHz bis 60 kHz arbeitet.