DE3317387C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung, wie diese im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Aus dem Stande der Technik sind beispielsweise Ansteuer­ schaltungen für einen Piezoschwinger bekannt, (vgl. Zeit­ schrift "Elektronik", Sonderteil H. 6 vom 26. 3. 82, Bilder 7+8). Üblicherweise werden in diesen Anwendungen die An­ steuer- und Oszillatorschaltungen mit Logikbausteinen ausge­ führt, die naturgemäß rechteckförmige Steuerspannungen erzeugen. Weiterhin ist aus der DE 25 49 654 A1 eine Ultra­ schall-Erzeugungsschaltung mit einem piezoelektrischen Wandler bekannt, bei der eine Serieninduktivität in Reihe zum Wandler liegt und wobei nach der Serieninduktivität ein zusätzlicher Kondensator dem Eingang des Wandlers parallel geschaltet ist, dessen Größe der Eingangskapazität des Wandlers entspricht. Daraus resultiert eine Serienresonanz mit der Serieninduktivität und der effektiven Kapazität; wobei diese aus der zusätzlich parallel geschalteten Kapazi­ tät und der Eigen- bzw. Eingangskapazität des Wandlers besteht. Dabei errechnet sich die zusätzliche Induktivität aus der Serienschwingfrequenz des Wandlers, seiner Eingangs­ kapazität parallel mit der zusätzlich geschalteten, gleich großen Kondensatorkapazität nach der bekannten Schwingungs­ formel. Da es sich um eine Serienresonanzstelle ergo Strom­ resonanz handelt, wird im aktiv schwingenden Zustand über die Spule, die parallel geschaltete Kondensatorkapazität sowie über die Eingangskapazität des Wandlers ein sehr hoher Strom aus den Treibern gezogen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Treiberschaltung für Piezoschwinger zu entwickeln, die bei weniger Leistungsauf­ nahme aus der Betriebsquelle als bei den bisher bekannten Schaltungen die gleiche mechanische Leistung erbringt und die insgesamt aufgrund des eingeschlagenen Lösungsweges eine bessere Leistungsbilanz für eine rechteckförmige Ansteuerung bringt.

Diese Aufgabe wird durch eine Treiberschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. In den Zeich­ nungsfiguren zeigt

Fig. 1 das Ersatzschaltbild eines Piezoschwingers,

Fig. 2 das Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 jedoch mit der erfindungsgemäß eingefügten Serieninduktivität,

Fig. 3 den Leitwertverlauf des Piezoschwingers entsprechend Fig. 1,

Fig. 4 den Leitwertverlauf des Piezoschwingers entsprechend der Fig. 2.

Wie bekannt, entstehen bei einem Piezoschwinger bei drei Blindkomponenten wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Resonanzfre­ quenzen. Fügt man wie vorgeschlagen eine vierte Blindkompo­ nente entsprechend Fig. 2 hinzu, müssen sich folglich drei Resonanzstellen ergeben. Nach Fig. 1 ergeben sich folgende zwei Resonanzfrequenzen:

Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag mit zusätzlicher Serien­ induktivität λ (Lambda) ergeben sich folgende Frequenzen:

Hieraus erkennt man, daß die Parallelresonanz sich nicht verändert. Als Serienresonanz ist gegenüber der ursprüngli­ chen Schaltung eine hinzugekommen. Mit den bekannten Bauele­ mentwerten des jeweils gewählten Piezoschwingers, die sich aus den Resonanzfrequenzen und den Eigenkapazitäten ermit­ teln lassen, ist es nun möglich, die tiefere der sich aus der Gleichung

Resonanzfrequenzen so zu wählen, daß die höhere Serienresonanz derselben Gleichung auf die sich nicht veränderte Parallelresonanz fällt. Ergab sich vorher ohne die Serien­ resonanz ein Leitwertverlauf entsprechend Fig. 3, so ergibt sich jetzt ein Verlauf entsprechend Fig. 4.

Nach Fourier kann die Rechteckschwingung am Ausgang in folgende Sinusschwingungen zerlegt werden:

Es ist einzusehen, daß der Wirkungsgrad mit nachgeschaltetem Piezoschwinger gemäß Fig. 1 sehr schlecht wird, da K» C ist und der Piezoschwinger für die Oberwellen eine kapazitive Charakteristik annimmt. Gemäß der vorteilhaft ausgestalteten Erfindung wird dies durch die große Serieninduktivität λ verhindert. Als weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfin­ dung zur Verbesserung des Wirkungsgrades trägt noch folgen­ des Merkmal bei: So schwingt ein mechanischer Schwinger je nach Belastung nicht direkt auf der Serienresonanzstelle oder Parallelresonanzstelle, sondern mit mehr oder weniger großen Abweichungen zwischen diesen beiden Stellen. Während in den bekannten Schaltungen der Strom von der Parallelreso­ nanzstelle zur Serenresonanzstelle, die beide sehr nahe beieinander liegen, sinkt in dem Schaltungsvorschlag nach Fig. 2 der Strom nach beiden Seiten der durch die Serienre­ sonanz kompensierten Parallelresonanz sehr stark ab. Beides hat zur Folge, daß bei einem nach der Erfindung gemachten Lösungsvorschlag die Leistungsaufnahme ungefähr um den Faktor fünf verkleinert wird und dies bei gleicher abgegebener Leistung.

Claims (2)

1. Treiberschaltung für Piezoschwinger, bei der der Piezo­ schwinger mit einer Rechteckschwingung über eine Serien­ induktivität angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienresonanzstelle (ω _{s 2}) des Piezoschwingers (P) durch die Serieninduktivität (λ) so verschoben wird, daß sie mit der Parallelresonanzstelle (ω _p ) des Piezo­ schwingers zusammenfällt.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Serieninduktivität (λ) abgleichbar ist.