用于適配超聲發(fā)生器的ac電壓信號的輸出級的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種輸出級，用于將超聲發(fā)生器的AC電壓信號與可連接至該輸出級的轉(zhuǎn)換器相適配，其中該輸出級具有兩個輸入端子和兩個輸出端子以及輸出變壓器，兩個輸入端子用于接收由超聲發(fā)生器產(chǎn)生的AC電壓，兩個輸出端子用于輸出經(jīng)適配的AC電壓，輸出變壓器具有匝數(shù)為n1的初級線圈和匝數(shù)為n2的次級線圈，該輸出變壓器具有主電感LH以及漏電感Lσ，該兩個輸入端子經(jīng)由初級線圈彼此連接并且該兩個輸出端子經(jīng)由次級線圈彼此連接。為了公開允許經(jīng)濟(jì)地且不復(fù)雜地將發(fā)生器輸出與轉(zhuǎn)換器輸入相適配的輸出變壓器，根據(jù)本發(fā)明提議，提供濾波器電容器CP，該濾波器電容器CP將兩個輸出端子并聯(lián)連接到次級線圈，或者將一輸出端子連接至次級線圈的抽頭或者連接至具有匝數(shù)為n3的濾波器線圈，該濾波器線圈電感地耦合至初級線圈和次級線圈。
【專利說明】用于適配超聲發(fā)生器的AC電壓信號的輸出級
[0001] 本發(fā)明涉及用于將超聲發(fā)生器的輸出信號與超聲振蕩單元的轉(zhuǎn)換器相適配的輸 出級。
[0002] 超聲發(fā)生器是已知的，并且例如被用于驅(qū)動超聲振蕩單元。典型的超聲振蕩單元 包括轉(zhuǎn)換器和超聲焊極，該超聲焊極可任選地經(jīng)由振幅變換器連接至該轉(zhuǎn)換器。超聲發(fā)生 器被用于產(chǎn)生相應(yīng)的AC電壓或AC信號，該AC電壓或AC信號由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成機(jī)械振蕩，超 聲振蕩單元隨該機(jī)械振蕩來振蕩。
[0003] 這種類型的超聲振蕩單元可以例如用于超聲焊接。此處重要的是，以其諧振頻率 來激勵超聲振蕩單元。
[0004] 超聲發(fā)生器因此必須能夠產(chǎn)生相應(yīng)的AC信號。因此，超聲發(fā)生器和超聲振蕩單元 的轉(zhuǎn)換器必須彼此匹配?？蛇B接至超聲發(fā)生器或者甚至可整合在發(fā)生器外殼中的輸出級被 用于這種匹配。整合到轉(zhuǎn)換器中基本上也是可構(gòu)想的。
[0005] 輸出級的核心是輸出變壓器，S卩，該輸出級具有兩個輸入端子以接收由超聲發(fā)生 器產(chǎn)生的AC電壓和兩個輸出端子以輸出經(jīng)適配的AC電壓、以及具有匝數(shù)為ni的初級線圈 和匝數(shù)為n2的次級線圈的輸出變壓器，其中這兩個輸入端子經(jīng)由初級線圈彼此連接并且這 兩個輸出端子經(jīng)由次級線圈彼此連接。
[0006] -般而言，輸出變壓器（其單個功能是執(zhí)行所描述的適配）被使用在常規(guī)的超聲 發(fā)生器中。
[0007] 然而，輸出級還具有其他電感性功率組件。這些功率組件用于補(bǔ)償目的以例如能 夠推導(dǎo)出與振蕩振幅成正比的變量從而能夠控制或調(diào)節(jié)振蕩振幅，并且用于對輸出級的輸 出信號進(jìn)行濾波。
[0008] 圖1中示出現(xiàn)有技術(shù)的輸出級的布置。該輸出級具有兩個輸入端子1、2,由發(fā)生器 產(chǎn)生的AC電壓被施加于這兩個輸入端子1、2。
[0009] 初級線圈NP和次級線圈Ns形成理想的變壓器。兩個輸出端子3、4提供輸出電壓， 該輸出電壓隨后被施加于超聲振蕩單元的轉(zhuǎn)換器7。實(shí)際的適配功能由理想變壓器達(dá)成。
[0010] 在由虛線示出的框中重現(xiàn)真正的變壓器的簡化的替代電路圖。相應(yīng)地，該變壓器 包括理想變壓器和主電感Lh。除了輕微的泄漏之外，主電感1^對應(yīng)于初級線圈的電感。
[0011] 此處，與初級線圈附加地并聯(lián)布置的是濾波器電容器CP，該濾波器電容器CP與濾 波器電感器Lp-起被用于對發(fā)生器的通常為矩形的輸出信號進(jìn)行濾波。濾波器電容器和 濾波器電感器兩者均可布置在發(fā)生器中或者輸出級中?；旧?，真正的變壓器還具有漏電 感L。。這是每個真正的變壓器的在每對端子處有效的固有性質(zhì)。附加電感必須被構(gòu)想成 與每個個體的繞組電感串聯(lián)。該附加電感不與所觀察的變壓器的其他繞組電感耦合。確切 而言，必須構(gòu)想該附加電感關(guān)于其對相應(yīng)觀察的端子對的有效性方面是受限制的。
[0012] 此處觀察的變壓器中的漏電感具有所觀察的繞組的相應(yīng)主電感的約1 %到2%的 數(shù)量級。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，該漏電感顯著小于濾波器電感LP并且因此可被忽略。
[0013] 因?yàn)檫B接至輸出端子3、4的轉(zhuǎn)換器7具有固有的轉(zhuǎn)換器電容，所以在轉(zhuǎn)換器或輸 出變壓器中，相應(yīng)的補(bǔ)償電感器LA-般與電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)布置。
[0014] 為了濾波和補(bǔ)償，因此在發(fā)生器側(cè)使用電感器LP和電容器CP，并且在轉(zhuǎn)換器側(cè)使 用補(bǔ)償電感器la。
[0015] 這些附加元件增加了結(jié)構(gòu)成本并且需要附加的安裝空間。
[0016] 因此，本發(fā)明的目的是公開一種輸出變壓器，其允許經(jīng)濟(jì)地且不復(fù)雜地將發(fā)生器 輸出與轉(zhuǎn)換器輸入相適配。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過以下方式來達(dá)成的：提供濾波器電容器cP，該濾波器電 容器Cp將兩個輸出端子并聯(lián)連接至次級線圈、或者將一輸出端子連接至次級線圈的抽頭或 者具有匝數(shù)為n3的濾波器線圈，該濾波器線圈電感地耦合至初級線圈和次級線圈。
[0018] 基本上，本發(fā)明基于可以按以下方式來調(diào)節(jié)輸出變壓器的知識：輸出變壓器的漏 電感扮演濾波器電感器Lp的角色，從而可以免除單獨(dú)提供濾波器電感器LP。
[0019] 圖2示出輸出變壓器的擴(kuò)展替代電路圖。輸出變壓器可通過理想變壓器T示出， 該理想變壓器T具有相應(yīng)的變壓系數(shù)〇?；旧蠈?yīng)于初級線圈的電感的主電感LH位于與 初級線圈NP并聯(lián)。所示出的電感L。表示漏電感。在所示的示例中，漏電感L。包括初級線 圈的漏電感和次級線圈的漏電感兩者。如上所述，漏電感通常較小，因此可被忽略。
[0020]通過輸出變壓器的合適的尺寸設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以這樣的方式調(diào)節(jié)漏電感L。，使得該 漏電感L。對應(yīng)于期望的濾波器電感器LP，因此可以免除濾波器電感器LP。
[0021] 然而，顯然期望的濾波器電容器CP不能布置在圖2中所示的點(diǎn)5和6處（S卩，與 電感LH并聯(lián)），因?yàn)殡姼蠰H和L。不是真正的組件，而僅是替代電路圖的元件并且因此是真 正的輸出變壓器的固有性質(zhì)?；旧?，在虛線框中所示的替代電路圖表示單個元件。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在不在初級線圈側(cè)而是在次級線圈側(cè)提供濾波器電容器CP。例如， 如圖3中所示，次級線圈可具有抽頭10,因此濾波器電容器CP可以連接在抽頭10與輸出端 子4之間。濾波器電容器CP在次級線圈側(cè)上的布置最終導(dǎo)致與圖1中所示的輸出變壓器相 同的行為，但是其中分開的濾波器電感器LP的功能現(xiàn)在由漏電感L。承擔(dān)，該漏電感L?？?在任何情形中根據(jù)本發(fā)明故意調(diào)節(jié)得更大。由此可以節(jié)省物理組件。
[0023] 此時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，不計(jì)及輸出變壓器的繞組電容。然而，這是合理的，因?yàn)闉V波器電 容CP要比繞組電容大許多倍。
[0024] 測量電流IT(S卩，流過輸出變壓器的電流）通常是有幫助的，因?yàn)樵撾娏鱅T表示對 超聲振蕩單元的振蕩振幅的測量。在圖1中所示的已知實(shí)施例中，可以容易地測量該電流。 適用IE =IT+IC。換言之，在輸入端子1、2處饋入的電流被劃分成通過輸出變壓器的電流IT 和經(jīng)由濾波器電容器CP的電流I。。然而，在根據(jù)本發(fā)明提供的由漏電感L。來實(shí)現(xiàn)濾波器 電感器LP的解決方案中，電流IT不再能夠被直接測量。
[0025] 因此，根據(jù)本發(fā)明提出，由濾波器電容器CP來提供用于測量流經(jīng)輸入端子的電流 IE和電流Ic的差分電流IA的器件。換言之，從輸入電流、推斷出流過在次級線圈上提供 的濾波器電容器CP的電流。然而，差分電流IA對應(yīng)于電流IT。
[0026] 該差分測量可以例如在電感式電流測量變壓器的輔助下進(jìn)行，通過該電感式電流 測量變壓器引導(dǎo)流經(jīng)輸入端子的電流^所流過的導(dǎo)線以及流過濾波器電容器CP的電流Ic 所流過的導(dǎo)線。顯然，相應(yīng)的導(dǎo)線必須具有流過它們的相對電流，以便確保差分。
[0027] 如果nl與n2的比值等于1，則在優(yōu)選實(shí)施例中將濾波器電容器CP布置成使得該 濾波器電容器CP將兩個輸出端子3、4并聯(lián)連接到次級線圈并且使CP橋接nl個繞組。
[0028] 如果nl與n2的比值大于1，則在優(yōu)選實(shí)施例中附加地延長繞組n2,因而在次級線 圈側(cè)在nl個繞組處產(chǎn)生另一抽頭。CP的一側(cè)隨后連接至此抽頭10,因而CP橋接次級線圈 側(cè)上的nl個繞組。
[0029] 如果nl與n2的比值小于1，則在一個實(shí)施例中將濾波器電容器CP以這樣的方式 布置使得該濾波器電容器CP將一輸出端子與次級線圈的抽頭相連接，該抽頭布置在nl個 繞組之后，并且電容器CP由此橋接次級線圈側(cè)上的nl個繞組。
[0030] 作為替換方案，將濾波器電容器CP連接至具有n3個繞組的濾波器線圈也是可能 的，其中n3 = 。此濾波器線圈隨后必須電感地稱合至初級線圈和次級線圈。
[0031] 此舉再次確保電容1:1被從初級線圈側(cè)轉(zhuǎn)移到次級線圈側(cè)，并且與圖1完全類似 地形成所需要的與主電感LH并聯(lián)的電容器CP。
[0032] 這些優(yōu)選實(shí)施例使得特別容易實(shí)現(xiàn)所描述的電流差分。在關(guān)于CP連接的其他變壓 系數(shù)中，可構(gòu)想從電流IE推斷出流過CP的電流的倍數(shù)以達(dá)成相同的結(jié)果。在一優(yōu)選實(shí)施例 中，這可通過重復(fù)地將攜帶流過CP的電流的導(dǎo)線引導(dǎo)通過電感式電流測量變壓器來實(shí)現(xiàn)。 隨后，CP的值應(yīng)當(dāng)根據(jù)變壓系數(shù)和所產(chǎn)生的漏電感來恰當(dāng)?shù)剡m配。
[0033] 此外，本發(fā)明涉及一種超聲焊接裝置，其具有超聲振蕩單元、超聲發(fā)生器以及根據(jù) 本發(fā)明的輸出級，該超聲振蕩單元具有用于將交流電變換成機(jī)械振蕩的變換器。隨后在一 優(yōu)選實(shí)施例中提出，超聲發(fā)生器被配置成產(chǎn)生具有頻率f?的電信號，轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換器電 容Q，并且主電感LH以這樣的方式被選擇使得該主電感與轉(zhuǎn)換器電容一起形成阻塞電路， 該阻塞電路的阻塞頻率fs基本上對應(yīng)于頻率f。
[0034] 作為其替換方案或與其相組合地，濾波器電容器CP以這樣的方式被選擇使得
【權(quán)利要求】
1. 一種輸出級，用于將超聲發(fā)生器的AC電壓信號與可連接至所述輸出級的轉(zhuǎn)換器相 適配，其中所述輸出級具有兩個輸入端子和兩個輸出端子以及輸出變壓器，所述兩個輸入 端子用于接收由所述超聲發(fā)生器產(chǎn)生的所述AC電壓，所述兩個輸出端子用于輸出經(jīng)適配 的AC電壓，所述輸出變壓器具有匝數(shù)為ni的初級線圈和匝數(shù)為n2的次級線圈，所述輸出變 壓器具有主電感LH以及漏電感L。，所述兩個輸入端子經(jīng)由所述初級線圈彼此連接并且所 述兩個輸出端子經(jīng)由所述次級線圈彼此連接，其特征在于，提供濾波器電容器CP，所述濾波 器電容器CP將所述兩個輸出端子并聯(lián)連接到所述次級線圈，或者將一輸出端子連接至所述 次級線圈的抽頭或者連接至具有匝數(shù)為n3的濾波器線圈，所述濾波器線圈電感地耦合至所 述初級線圈和所述次級線圈。
2. 如權(quán)利要求1所述的輸出級，其特征在于，提供了用于測量流經(jīng)所述輸入端子的電 流IE和流過所述濾波器電容器CP的電流I。的差分電流IA的設(shè)備。
3. 如權(quán)利要求2所述的輸出級，其特征在于，電感式電流測量變壓器被用作所述用于 測量所述差分電流IA的設(shè)備，通過所述電感式電流測量變壓器來引導(dǎo)流經(jīng)所述輸入端子 的所述電流IE所流過的導(dǎo)線以及流過所述濾波器電容器CP的所述電流I。所流過的導(dǎo)線。
4. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的輸出級，其特征在于，與n2的比值等于
并且所述濾波器電容器CP以這樣的方式被布置使得所述濾波器電容器CP將所 述兩個輸出端子并聯(lián)連接到所述次級線圈。
5. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的輸出級，其特征在于，^與^的比值大于
'并且所述濾波器電容器CP以這樣的方式被布置使得所述濾波器電容器CP被連 接至所述次級線圈的擴(kuò)展繞組n3，其中適用
6. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的輸出級，其特征在于，ni與112的比值小于
并且所述濾波器電容器CP以這樣的方式被布置使得所述濾波器電容器CP將一 輸出端子連接至所述次級線圈的抽頭，其中所述抽頭布置在^個繞組之后。
7. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的輸出級，其特征在于，所述濾波器電容器CP連接 至具有匝數(shù)為n3的濾波器線圈，所述濾波器線圈電感地耦合至所述輸出變壓器，其中適用 n3=n1〇
8. -種超聲焊接裝置，其具有超聲振蕩單元、超聲發(fā)生器以及如權(quán)利要求1到7中任一 項(xiàng)所述的輸出級，其特征在于，所述超聲振蕩單元具有用于將交流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械振蕩的變 換器，并且所述超聲發(fā)生器被配置成產(chǎn)生頻率f?的電信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的超聲焊接裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換器電容CK，并 且所述輸出變壓器的所述主電感LH以這樣的方式被選擇使得所述主電感與所述轉(zhuǎn)換器電 容一起形成阻塞電路，所述阻塞電路的阻塞頻率fs基本上對應(yīng)于f。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的超聲焊接裝置，其特征在于，所述濾波器電容器CP以這樣 的方式被選擇使得
-在所述頻率f的1. 5倍與2. 5倍之間。
【文檔編號】B29C65/08GK104411417SQ201380035118
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】D·尤茨扎 申請人:海爾曼超聲波技術(shù)兩合有限公司