DE102021123547A1

DE102021123547A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung und Lasersystem

Info

Publication number: DE102021123547A1
Application number: DE102021123547.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Notheis; Thomas Kaiser; Oliver Krumm; Arno Jakubaschk
Original assignee: Trumpf Laser GmbH
Current assignee: Trumpf Laser GmbH
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CA3230554A1; CN117916964A; KR20240051275A; WO2023036627A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung (V_out) für einen Stromtreiber einer Pumpdiode, insbesondere zum Betreiben einer Pumpdiode eines Pumpdioden-Faserlasers, umfassend eine Spannungsquelle (1) zum Erzeugen der Stromtreiberspannung (V_out), wobei die Spannungsquelle (1) eine Primärseite (10) und eine Sekundärseite (12) umfasst, wobei die Sekundärseite (12) von der Primärseite (10) potentialgetrennt ist, wobei die Primärseite (10) primäre Leistungsschalter (100) umfasst und wobei die Sekundärseite (12) einen Speicher (120) für elektrische Ladung umfasst, wobei die Spannungsquelle (1) dazu eingerichtet ist durch Schalten der primären Leistungsschalter (100) die Stromtreiberspannung (V_out) am Speicher (120) zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung (7), die dazu eingerichtet ist, eine Entladeauslösespannung zu empfangen und den Speicher (120) zu entladen, wenn die Entladeauslösespannung einen vorgegebenen Wert oder Wertebereich annimmt, sowie ein Pumpdioden-Faserlasersystem (999) mit einer solchen Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber der Pumpdiode (99).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung und ein Lasersystem, insbesondere Faserlasersystem, insbesondere mit einer solchen Vorrichtung.
Stand der Technik
Laser sind aufgrund ihrer kohärenten und energiereichen optischen Strahlung ein wichtiges und oft unentbehrliches Werkzeug in der Materialbearbeitung, der Produktion und der Forschung. Insbesondere können Laser hohe Strahlungsenergien erzeugen und Laserpulse mit hohen Energiedichten abgeben, die dazu geeignet sind, Materialien beispielsweise zu trennen oder zu schmelzen, beispielsweise um einen Fügeprozess zu initiieren. Laserleistungen, die geeignet sind Materialien zu trennen und zu schmelzen, sind typischerweise eine Gefahr für organisches Gewebe, insbesondere lebendes menschliches Gewebe. Dementsprechend müssen beim Verwenden eines Lasers im Labor und/oder einer Produktionsumgebung hohe Sicherheitsstandards etabliert und eingehalten werden.
Ein besonders wichtiger Sicherheitsfaktor ist hierbei die Möglichkeit des Abschaltens der Laserstrahlung und die damit verbundene Abschaltzeit. Im einem einfachen mechanischen Fall kann die Abschaltung der Laserstrahlung dadurch bewerkstelligt werden, dass hinter dem aktiven Medium, in welchem die Laserstrahlung erzeugt wird, ein mechanischer Verschluss angebracht wird, so dass die erzeugte Laserstrahlung nicht aus dem Laser austritt. Eine solche Lösung steht jedoch nicht bei sogenannten Faserlasern zur Verfügung, bei denen die optische Faser, die den Laserstrahl von der Laserzone ableitet, an die Laserdiode oder ein Laserdiodenarray angespleißt ist. Durch die optische Faser oder Fasern gibt es gewissermaßen keinen optischen Weg, der mechanisch unterbrochen werden kann, bevor die Laserstrahlung den Laser verlässt.
Eine bekannte Lösung des Problems ist den Laserstrahl mit einem mechanischen Zwischenstück zu unterbrechen, das an dem Austrittsende der optischen Faser angebracht ist. Das Zwischenstück beinhaltet einen ansteuerbaren mechanischen Verschluss, so dass die Laserstrahlung am Ende der optischen Faser unterbrochen wird. Ein mechanischer Verschluss weist jedoch auch einen mechanischen Verschleiß auf, so dass das mechanische Zwischenstück regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden muss. Zudem ist der mechanische Verschluss mit einer Verschlusszeit in der Größenordnung von 100ms bis hin zu einigen Sekunden sehr langsam. Hinzukommt, dass der Laserstrahl nach dem Durchlaufen des mechanischen Verschlusses häufig erneut in eine optische Faser eingekoppelt werden muss. Solche genannten Zwischenstücke sind dementsprechend teuer und aufwändig zu justieren und tragen aufgrund des Justageaufwands das Risiko eines Leistungsverlusts.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber einer Pumpdiode, bevorzugt für einen mit der Pumpdiode gepumpten Faserlaser, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber einer Pumpdiode, bevorzugt für einen mit der Pumpdiode gepumpten Faserlaser, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Vorgeschlagen wird daher eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber einer Pumpdiode, insbesondere für einen mit der Pumpdiode gepumpten Faserlaser, umfassend eine Spannungsquelle zum Erzeugen der Stromtreiberspannung, wobei die Spannungsquelle eine Primärseite und eine Sekundärseite umfasst, wobei die Sekundärseite von der Primärseite potentialgetrennt ist, wobei die Primärseite primäre Leistungsschalter umfasst und wobei die Sekundärseite einen Speicher für elektrische Ladung umfasst, wobei die Spannungsquelle dazu eingerichtet ist, durch Schalten der primären Leistungsschalter die Stromtreiberspannung am Speicher zu erzeugen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine Entladeauslösespannung zu empfangen und den Speicher zu entladen, wenn die Entladeauslösespannung einen vorgegebenen Wert oder Wertebereich annimmt.
Dadurch ist es möglich den Speicher über die Entladeschaltung zu entladen, so dass ein schnelles und sicheres Ausschalten der Spannungsquelle ermöglicht wird. Damit wird mit anderen Worten ein vorhersagbares, zuverlässiges Abschaltverhalten erreicht, das unabhängig vom jeweiligen Ladungszustand des Speichers ist.
Ein Stromtreiber ist hierbei eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, einen Strom bereitzustellen. Durch den Strom des Stromtreibers kann insbesondere eine Pumpdiode mit Energie versorgt werden, die ihrerseits wieder zum Pumpen eines Faserlasers verwendet werden kann. Durch die Energieversorgung einer Pumpdiode kann auf diese Weise beispielsweise mittelbar Laserstrahlung erzeugt werden, die für eine Vielzahl an Anwendungen in Technik und Wissenschaft Verwendung findet. In der Pumpdiode wird hierbei durch die zugeführte elektrische Energie eine Besetzungsinversion der elektronischen Zustände erreicht, die unter Abstrahlung von kohärenter Strahlung in ihre elektronischen Grundniveaus relaxieren.
Der Stromtreiber der Pumpdiode benötigt hierbei eine Spannungsversorgung. Diese Spannungsversorgung wird realisiert durch eine Spannungsquelle, die eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Die Primärseite und die Sekundärseite können hierbei voneinander potentialgetrennt sein. Potentialgetrennt sind die beiden Seiten, wenn keine elektrische Leitung zwischen den Seiten möglich ist, beide Seiten jedoch miteinander wechselwirken können. Insbesondere können dadurch beide Seiten auf unterschiedlichen Potentialen liegen, so dass die jeweiligen Teile der Spannungsversorgung ideal ihren entsprechenden Aufgaben nach ausgebildet werden können. Eine Potentialtrennung im Sinne der Anmeldung kann beispielsweise eine Galvanische Trennung sein.
Beispielsweise kann die Spannungsquelle einen Transformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite umfassen, wobei die Primärseite und Sekundärseite des Transformators die Primärseite und Sekundärseite der Spannungsquelle sind. Dadurch kann eine Spannung, die auf der Primärseite angelegt wird, über eine induktive Kopplung eine Spannung auf der Sekundärseite hervorrufen. Das Verhältnis der beiden Spannungen kann durch die physikalischen Eigenschaften des Transformators, wie beispielsweise die Anzahl an Wicklungen, Höhe, Breite und Länge der Transformatorspulen und so weiter eingestellt werden.
Die Primärseite kann hierbei primäre Leistungsschalter umfassen. Die primären Leistungsschalter können hierbei als spannungsgesteuerte Widerstände angesehen werden, die auf Basis eines empfangenen Schaltsignals einen Strom leiten oder blockieren. Beispielsweise können die primären Leistungsschalter Transistoren oder Leistungstransistoren oder MOSFETs oder BipolarTransistoren oder Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) sein.
Wenn die primären Leistungsschalter beispielsweise eingeschaltet sind, dann kann eine Transformatorversorgungsspannung auf der Primärseite des Transformators eine Spannung aufbauen, so dass auf der Sekundärseite der Spannungsquelle zwischen zwei Ausgangsklemmen des Transformators eine Sekundärspannung gebildet wird.
Zwischen die beiden Ausgangsklemmen des Transformators der Spannungsquelle ist hierbei ein Speicher für elektrische Ladung angeordnet, der durch mittelbar durch die Transformatorversorgungsspannung geladen wird. Die Spannung die über dem Speicher abfällt, ist hierbei die Stromtreiberspannung zur Versorgung des Stromtreibers. Der Speicher hat hierbei die Aufgabe, zwischen den Ausgangsklemmen der Sekundärseite die Stromtreiberspannung für den Stromtreiber zu stabilisieren. Typischerweise ist daher die Sekundärseite der Spannungsquelle als ein Tiefpassfilter ausgebildet, um eventuelle Schaltsignale oder Spannungsspitzen zu glätten.
Auf der Sekundärseite können des Weiteren auch Dioden eingesetzt werden, um eine bestimmte Stromrichtung beziehungsweise eine Polarität des Speichers zu gewährleisten.
Gewissermaßen kann dementsprechend durch ein Schalten der primären Leistungsschalter auf der Primärseite der Spannungsquelle ein Laden des Speichers auf der Sekundärseite der Spannungsquelle erreicht werden, wobei über dem Speicher die Stromtreiberspannung abfällt.
Erfindungsgemäß kann der Speicher für elektrische Energie durch die Entladeschaltung entladen werden. Hierfür empfängt die Entladeschaltung eine Entladeauslösespannung. Wenn die Entladeauslösungsspannung einen vorgegebenen Wert oder Wertebereich annimmt, so wird der Speicher durch die Entladeschaltung entladen, beziehungsweise eine Entladung des Speichers durch die Entladeschaltung ausgelöst.
Ein Empfangen der Entladeauslösespannung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Entladeschaltung an eine DC-Spannungsversorgung oder an einen Knoten des Schaltungsnetzwerks angeschlossen wird, an dem eine Entladeauslösespannung bereitgestellt wird.
Beispielsweise kann der vorgegebene Wert der Entladeauslösespannung 0V sein. Wenn die Entladeauslösespannung diesen Wert annimmt, dann wird der Speicher durch die Entladeschaltung entladen. Mit anderen Worten kann die Entladeschaltung aktiviert werden, wenn die DC-Spannungsversorgung abgeschaltet beziehungsweise auf den Wert 0V gesetzt wird.
Es kann aber auch sein, dass die Entladeschaltung den Speicher entlädt, wenn die Entladeauslösespannung unterhalb oder oberhalb eines Schwellwerts der Entladeauslösespannung liegt. Beispielsweise kann der Wertebereich der Entladeauslösespannung zwischen OV und 5V liegen oder unterhalb von 10V oder oberhalb von 20V. Beispielsweise beträgt der Schwellwert der Entladeauslösespannung mindestens 0V und/oder höchstens 30V.
Es kann aber auch sein, dass der Wertebereich betragsmäßig zu verstehen ist. Beispielsweise kann die Entladeauslösespannung dann betragsmäßig unter einem Wert liegen. Beispielsweise kann die Entladeauslösespannung betragsmäßig unterhalb von 30V, so dass die Entladeauslösespannung tatsächlich innerhalb einem Intervall von -30V bis +30V liegen kann, so dass die Entladeschaltung den Speicher entlädt.
Vorzugsweise liegt die Entladeauslösespannung zur Realisierung einer Sicherheitsfunktion unterhalb eines bestimmten Wertes, so dass durch ein Abschalten oder ein Ausfallen der DC-Spannungsversorgung, durch die die Entladeauslösespannung bereitgestellt wird, der Entladevorgang eingeleitet wird. Somit kann die Funktionalität der Entladeschaltung über einen gewissermaßen inversen Schalter gesteuert werden, der die Entladeschaltung aktiviert, wenn die DC-Spannungsversorgung deaktiviert wird.
Die Vorrichtung kann eine Treiberschaltung zum Schalten der primären Leistungsschalter der Spannungsquelle umfassen, wobei die Treiberschaltung ein Schaltglied umfasst, das dazu eingerichtet ist ein erstes Schaltsignal zu empfangen und basierend darauf die primären Leistungsschalter der Spannungsquelle zu schalten.
Eine Treiberschaltung bereitet allgemein den Umschaltvorgang eines Transistors vor, um die Umschaltzeit und die damit verbundenen Schaltverluste so kurz und gering wie möglich zu halten.
Ein erstes Schaltglied kann ein spannungs- oder stromgesteuerter Schalter sein, beispielsweise ein Transistor. Durch ein Schalten des ersten Schaltgliedes, sprich durch das spannungs- oder stromgesteuerte Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Knoten der Schaltung, können die primären Leistungsschalter geschaltet werden. Mittelbar kann demnach durch ein Schalten des ersten Schaltglieds eine Spannungsversorgung durch die Spannungsquelle bereitgestellt werden, beziehungsweise wird somit durch das Schalten des Schaltglieds der Treiberschaltung der Speicher für elektrische Energie geladen.
Das erste Schaltglied wird durch ein erstes Schaltsignal geschaltet. Ein Schaltsignal kann hier beispielsweise eine Spannung sein, insbesondere eine Rechteckspannung, oder eine Sägezahnspannung oder eine andere Spannungsform, die einen gewissen Tastgrad aufweist. Durch ein solches Schaltsignal wird beispielsweise das periodische Ein- und Ausschalten der Spannungsquelle ermöglicht.
Das Schaltglied schaltet hierbei basierend auf dem Wert des Schaltsignals. Beispielsweise kann das Schaltglied schalten, wenn das Schaltsignal einen bestimmten Wert überschreitet oder unterschreitet. Es ist aber auch möglich, dass das Schaltglied graduell und proportional zum Schaltsignal ein- und ausgeschaltet wird.
Zur Versorgung der Treiberschaltung und/oder zur Versorgung beziehungsweise zum Schalten der Entladeschaltung kann insbesondere eine gemeinsame Spannungsversorgung genutzt werden. Diese Spannungsversorgung kann über einen DC/DC-Wandler realisiert werden, wobei ein Schalten dieser Spannungsversorgung über einen Deaktivierungsschalter ermöglicht wird.
Ein DC/DC-Wandler kann hierbei dazu eingerichtet sein, eine erste Steuerspannung zu empfangen und basierend auf der ersten Steuerspannung eine Ausgangsspannung an einem Ausgang des DC/DC-Wandlers bereitzustellen.
Ein DC/DC-Wandler oder auch Gleichspannungswandler kann hierbei aus der ersten Steuerspannung eine Ausgangsspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau erzeugen.
Einen Deaktivierungsschalter kann dazu eingerichtet sein eine zweite Steuerspannung zu empfangen und basierend auf der zweiten Steuerspannung eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des DC/DC-Wandlers und dem Knoten zu schalten.
Der Deaktivierungsschalter ermöglicht es somit, die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers an dem Knoten für die Entladeschaltung bereitzustellen. Ein Knoten ist hier insbesondere ein Punkt der Potentialverteilung des Schaltungsnetzes, der auf einem bestimmten Potential liegt.
Ein Deaktivierungsschalter kann hierbei als Optokoppler ausgebildet sein. Ein Optokoppler ist ein optoelektronisches Bauteil, welches eine Leuchtdiode oder Laserdiode und einen Phototransistor umfasst. Wenn eine Eingangsspannung an die Leuchtdiode angelegt wird, so beginnt diese zu leuchten. Der Phototransistor empfängt das Licht der Leuchtdiode und kann daraufhin eine elektrische Verbindung schalten, so dass eine Ausgangsspannung bereitgestellt werden kann. Die Ausgangsspannung bleibt solange bestehen, wie die Leuchtdiode Licht an den Phototransistor abgibt. Die Eingangsspannung kann hierbei insbesondere eine zweite Steuerspannung sein.
Der Optokoppler stellt somit auch eine Potentialtrennung zwischen dem Eingangsschaltkreis und dem Ausgangsschaltkreis bereit, da zwischen der Leuchtdiode und dem Phototransistor keine elektrische Verbindung besteht.
Als Ausgangsspannung des Deaktivierungsschalters kann hierbei insbesondere die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers durch die zweite Steuerspannung geschaltet werden. Somit wird insbesondere durch den Deaktivierungsschalter die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers an dem Knoten bereitgestellt.
Die Entladeschaltung kann hierbei mit einem Knoten verbunden sein, um die Entladeauslösespannung zu empfangen.
Das hat den Vorteil, dass die Entladeschaltung auf mindestens zweierlei Weise geschaltet werden kann, wie im Folgenden erläutert.
Der Deaktivierungsschalter kann dazu eingerichtet sein, die elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des DC/DC-Wandlers und dem Knoten herzustellen, wenn die zweite Steuerspannung einen ersten Wert oder Wertebereich aufweist, und die elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang und dem Knoten zu trennen, wenn die zweite Steuerspannung einen zweiten Wert oder Wertebereich aufweist, der unterschiedlich zum ersten Wert oder Wertebereich ist.
Wenn die elektrische Verbindung durch die zweite Steuerspannung hergestellt ist, ist die Entladeauslösespannung daher am Knoten gleich der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers, wenn die elektrische Verbindung nicht hergestellt ist, ist die Entladeauslösespannung am Knoten gleich Masse oder undefiniert. Wenn hingegen die erste Steuerspannung des DC/DC-Wandlers gleich Null ist, so kann der Deaktivierungsschalter zwar prinzipiell eine leitfähige Verbindung bereitstellen, jedoch wird keine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers bereitgestellt, so dass ein Schalten des Deaktivierungsschalters ohne Effekt bleibt.
Beispielsweise kann der Deaktivierungsschalter die elektrische Verbindung herstellen, wenn die zweite Steuerspannung einen Wert von 10V aufweist oder einen Wert von über 10V aufweist und die elektrische Verbindung trennen, wenn die zweite Steuerspannung einen Wert von weniger 5V aufweist oder weniger als 10V aufweist, insbesondere einen Wert von 0V aufweist.
Durch die elektrische Verbindung kann durch die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers am Knoten eine Spannung von 15V anliegen oder von 25V anliegen, wohingegen bei fehlender elektrischer Verbindung oder bei fehlender Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers der Knoten auf Masse oder einem undefinierten Zustand liegt.
Es kann aber auch sein, dass der Deaktivierungsschalter die elektrische Verbindung herstellt, wenn die zweite Steuerspannung einen Wert von weniger als 10V aufweist und die elektrische Verbindung trennen, wenn die zweite Steuerspannung einen Wert von mehr als 10V aufweist.
Die Entladeschaltung kann einen zweiten Deaktivierungsschalter, ein zweites Schaltglied und einen Entladewiderstand umfassen, der mit einem ersten Anschluss des Speichers verbunden ist, wobei der zweite Deaktivierungsschalter dazu eingerichtet ist die Entladeauslösespannung des Knotens zu empfangen, und basierend auf der Entladeauslösespannung das zweite Schaltglied zu schalten.
Wie bereits beschrieben, ist der Speicher zwischen zwei Ausgangsklemmen auf der Sekundärseite der Spannungsquelle angeschlossen. An eine dieser Ausgangsklemmen ist demnach ein Entladewiderstand der Entladungsschaltung angeschlossen. Gewissermaßen wird über den Entladewiderstand ein Reservoir für die elektrische Energie des Speichers bereitgestellt.
Der zweite Deaktivierungsschalter empfängt hierbei die Entladeauslöseschaltung des Knotens, die beispielsweise durch den ersten Deaktivierungsschalter und den DC/DC-Wandler am Knoten bereitgestellt wird. Indem der zweite Deaktivierungsschalter die Entladeauslösespannung empfängt, wird der zweite Deaktivierungsschalter durch die Entladeauslösespannung gesteuert. Der zweite Deaktivierungsschalter kann hierbei als Optokoppler ausgeführt sein.
Der zweite Deaktivierungsschalter schaltet ein zweites Schaltglied ein oder aus. Das zweite Schaltglied ist dazu eingerichtet eine elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand und dem zweiten Anschluss des Speichers zu schalten.
Sofern der zweite Deaktivierungsschalter eine elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand und dem zweiten Anschluss des Speichers herstellt, wird der Speicher über den Entladewiderstand entladen. Sofern der zweite Deaktivierungsschalter keine elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand und dem zweiten Anschluss des Speichers herstellt, wird der Speicher nicht über den Entladewiderstand entladen.
Der zweite Deaktivierungsschalter kann dazu eingerichtet sein, das zweite Schaltglied einzuschalten, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand und einem zweiten Anschluss des Speichers herzustellen, sodass der Speicher über den Entladewiderstand entladen wird, wenn die Entladeauslösespannung am Knoten den ersten Wert oder Wertebereich annimmt, oder der zweite Deaktivierungsschalter kann dazu eingerichtet sein, das zweite Schaltglied auszuschalten, um die elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand und dem zweiten Anschluss des Speichers zu trennen, sodass verhindert wird, dass der Speicher über den Entladewiderstand entladen wird, wenn die Entladeauslösespannung den ersten Wert oder Wertebereich nicht annimmt und/oder wenn die Entladeauslösespannung außerhalb des ersten Werts oder Wertebereichs liegt.
Die Entladeschaltung kann eine Indikatorschaltung umfassen, die dazu eingerichtet ist, ein Indikatorsignal mit einem ersten Wert oder Wertebereich auszugeben, wenn der Speicher über den Entladewiderstand entladen wird und das Indikatorsignal mit einem zweiten Wert oder Wertebereich auszugeben, wenn der Speicher über den Entladewiderstand nicht entladen wird.
Dadurch kann festgestellt werden, ob der Speicher entladen wird oder nicht beziehungsweise kann angezeigt werden, ob die Entladeschaltung so aktiviert ist, dass eine Entladung des Speichers erreicht wird.
Eine Indikatorschaltung kann hierbei beispielsweise parallel zum zweiten Schaltglied eine Spannung abgreifen. Wenn durch das zweite Schaltglied eine elektrische Verbindung hergestellt wird und der Speicher über den Entladewiderstand entladen wird, dann kann die Indikatorschaltung diese Spannung detektieren und beispielsweise über einen Optokoppler oder einen anderen potentialgetrennten Signalübertragungsweg an einen Ausgang leiten, so dass dort das Entladen des Speichers über den Entladewiderstand angezeigt wird.
Die erste Steuerspannung und/oder die zweite Steuerspannung kann durch einen Steuerungstrigger steuerbar sein, insbesondere kann der Steuerungstrigger ein Testschalter, Türöffner oder ein Notaus-Schalter sein, wobei der Speicher beim Betätigen des Steuerungstriggers über die Entladeschaltung entladen wird.
Beispielsweise kann ein Notausschalter oder ein Türöffner über ein integriertes oder separates Notausschaltgerät die erste Steuerspannung unterbrechen.
Insbesondere ist oder umfasst der Steuerungstrigger eine Schnittstelle und/oder eine Einrichtung, mittels welcher der Speicher im Bedarfsfall entladen werden kann. Beispielsweise ist der Steuerungstrigger eine Steuerungseinrichtung des Lasersystems oder in eine Steuerungseinrichtung des Lasersystems integriert.
Beispielsweise kann der Testschalter die zweite Steuerspannung unterbrechen, so dass der erste Deaktivierungsschalter das erste Schaltglied der Treiberschaltung ausschaltet, so dass die primären Leistungsschalter der Spannungsquelle ausgeschaltet werden.
Beispielweise kann somit ein isoliertes Testen der Entladeschaltung ohne die Beeinflussung anderer Komponenten, wie beispielsweise dem DC/DC-Wandler, vorgenommen werden.
Gleichzeitig wird in diesem Fall die Entladeauslösespannung an dem Knoten unterbrochen, so dass durch das Unterschreiten des Schwellwerts das zweite Schaltglied der Entladeschaltung durch den zweiten Deaktivierungsschalter eingeschaltet wird, so dass der Speicher über den Entladewiderstand der Entladeschaltung entladen werden kann.
Bei der Unterbrechung der ersten Steuerspannung, insbesondere im Falle eines Stromausfalles oder einer Betriebsstörung, kann der Speicher über die Entladeschaltung entladen werden.
Beispielsweise kann ein Unterschreiten eines Schwellwerts der ersten Steuerspannung dazu führen, dass an dem ersten Knoten keine Ausgangsspannung bereitgestellt wird. Dies hat zur Folge, dass das Steuerglied der Treiberschaltung ausgeschaltet wird, so dass der Speicher mittelbar nicht mehr durch die primären Leistungsschalter geladen wird. Gleichzeitig kann durch die Unterschreitung des Schwellwerts der Entladeauslösespannung der zweiten Deaktivierungsschalter das zweite Schaltglied einschalten, so dass der Speicher über den Entladewiderstand entladen wird.
Die Entladeschaltung kann dazu eingerichtet und bevorzugt dimensioniert sein, den Speicher in weniger als 100ms, bevorzugt in weniger als 50ms, zu entladen.
Die Entladezeit wird hierbei insbesondere durch die Größe des Entladewiderstands und der Kapazität des Speichers bestimmt.
Bei der sicheren Abschaltung von Laserstrahlung wird die Entladezeit auch die Reaktionszeit genannt, in der das System sicher abschaltet. Diese kann bei dem beschriebenen System weniger als 100ms, beispielsweise 50ms betragen.
Die Zeit, bis zu der kein Laserstrahl mehr aus dem Lasersystem austritt, wird Anhaltezeit genannt. Die Anhaltezeit kann bei einem System mit optischem Verschluss, also einer mechanischen Unterbrechung des Laserstrahls, über 300ms, beispielsweise 350ms betragen. Bei einem System mit der hier vorgeschlagenen Spannungsversorgung kann jedoch eine Anhaltezeit von weniger als 200ms, beispielsweise 1 00ms erreicht werden. Dementsprechend geht mit einer verkürzten Anhaltezeit eine erhöhte Sicherheit einher.
Der Speicher kann mit einer Rate zwischen 1 Hz und 100Hz schaltbar sein, insbesondere mit einer Rate von 5Hz schaltbar ist.
Das kann bedeuten, dass nach einer erfolgten Abschaltung die Vorrichtung insgesamt der Speicher erneut aufladen kann. In dem Entlade- und Ladevorgang des Speichers wird hierbei insbesondere die gesamte Signalstrecke von erster und zweiter Steuerspannung bis zum Speicher berücksichtigt.
Der Speicher kann hierbei ein Kondensator sein und die Kapazität des Kondensators kann weniger als 10000µF betragen, bevorzugt weniger als 5000µF betragen, besonders bevorzugt 4000µF oder 2000µF oder 1500µF betragen.
Dadurch kann eine große Stabilität der Stromtreiberspannung ermöglicht werden und gleichzeitig eine hohe Sicherheit durch geringe Entladungszeiten gewährleistet werden.
Die Entladeschaltung kann redundant in der Vorrichtung vorhanden sein, und/oder die Vorrichtung kann mindestens zwei Entladeschaltungen umfassen.
Dadurch kann insbesondere die Sicherheit weiter erhöht werden und/oder die Entladezeit weiter verringert werden. Beispielsweise kann damit erreicht werden, dass eine zweite Entladeschaltung den Speicher entlädt, wenn die erste Entladeschaltung defekt ist. Gleichzeitig kann durch die Indikatorschaltung ein solcher Defekt bemerkt und ausgegeben werden.
Die Vorrichtung kann einen Taktgeber aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Eingangstakt und die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers vom Knoten zu empfangen und basierend auf der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers am Knoten ein getaktetes Schaltsignal als das Schaltsignal zum Schalten des Schaltglieds auszugeben.
Der Taktgeber kann beispielsweise als Optokoppler ausgebildet sein, so dass die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers am Knoten die Versorgungsspannung für die Sekundärseite des Optokopplers ist. Dementsprechend wird bei einer unterbrochenen Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers am Knoten der Taktgeber ausgeschaltet, so dass der Taktgeber kein getaktetes Signal für das Schaltglied ausgibt. Dementsprechend bleibt das Schaltglied ausgeschaltet. Bei einem eingeschalteten Taktgeber wird dementsprechend die Ausgangsspannung am Knoten im Takt des Taktgebers vom Schaltglied empfangen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Lasersystem, insbesondere ein Faserlasersystem, zur Bereitstellung eines Laserstrahls, umfassend mindestens eine Pumpdiode, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber der mindestens eine Pumpdiode und einen Steuerungstrigger zur Deaktivierung des Laserstrahls, wobei der Steuerungstrigger dazu eingerichtet ist, zur Deaktivierung des Laserstrahls ein Steuerungstriggersignal an die Vorrichtung zu übermitteln, und wobei das Steuerungstriggersignal eine Deaktivierung der Stromtreiberspannung bewirkt.
Unter dem Laserstrahl ist ein aus dem Lasersystem ausgekoppelter Ausgangslaserstrahl zu verstehen.
Unter dem Steuerungstrigger ist beispielsweise eine Schnittstelle und/oder eine Einrichtung des Lasersystems zu verstehen, welche ein Steuerungstriggersignal an die Vorrichtung zur Erzeugung der Stromtreiberspannung übermitteln kann, um den Laserstrahl im Bedarfsfall zu deaktivieren.
Das Steuerungstriggersignal kann hierbei insbesondere ein Schaltsignal sein. Ein Schaltsignal kann insbesondere das Unterbrechen oder Herstellen einer elektrischen Verbindung umfassen oder als Schaltsignal an einen Schalter, das eine elektrische Verbindung schaltet oder unterbricht, ausgebildet sein.
Die Vorrichtung zur Erzeugung der Stromtreiberspannung kann dazu eingerichtet sein, die Stromtreiberspannung und/oder den Laserstrahl bei Empfang des Steuerungstriggersignals in weniger als 200ms, bevorzugt weniger als 100ms, besonders bevorzugt in weniger als 50ms, zu deaktivieren.
Insbesondere ist das Lasersystem derart eingerichtet und/oder ausgebildet, dass eine Deaktivierung der Stromtreiberspannung eine Deaktivierung des aus dem Lasersystem ausgekoppelten Laserstrahls bewirkt.
Die Vorrichtung zur Erzeugung der Stromtreiberspannung kann eine der oben beschriebenen Vorrichtungen sein, wobei das mittels des Steuerungstriggers übermittelte Steuerungstriggersignal eine Entladung des Speichers über die Entladeschaltung bewirkt. Beispielsweise bewirkt das Steuerungstriggersignal die Bereitstellung einer Entladeauslösespannung in dem vorgegebenen Wert oder Wertebereich an der Entladeschaltung, um den Speicher zu entladen.
Beispielsweise bewirkt der Steuerungstrigger eine Unterbrechung der ersten Steuerspannung (SIK_DPS), beziehungsweise sendet der Steuerungstrigger ein Unterbrechungssignal an einen Schalter, der die erste Steuerspannung unterbricht, sodass der Speicher über die Entladeschaltung entladen wird.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung Spannungsquelle und des Speichers;
4A, B eine schematische Darstellung der Treiberschaltung und des Taktgebers;
5 eine schematische Darstellung der Entladeschaltung;
6 eine weitere schematische Darstellung der Entladeschaltung;
7 eine schematische Darstellung der Entladeschaltung und der Indikatorschaltung;
8 einen schematischen Übersichtsschaltplan der Vorrichtung; und
9 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Lasersystems.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist schematisch die Vorrichtung 9 zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung V_out für einen Stromtreiber einer Pumpdiode 99 gezeigt. In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform soll für die Pumpdiode 99 eine Stromtreiberspannung V_out durch die Spannungsquelle 1 zur Verfügung gestellt werden. Die Spannungsquelle 1 umfasst dabei einen Speicher 120, der beispielsweise einen Kondensator umfassen kann, mit dem die Stromtreiberspannung V_out geglättet oder anderweitig konditioniert wird, um die Pumpdiode 99 zuverlässig mit der Stromtreiberspannung zu versorgen.
Die Spannungsquelle 1 und insbesondere der Speicher 120 kann hierbei über eine Entladeschaltung 7 entladen werden. Hierzu kann die Entladeschaltung 7 eine Entladeauslösespannung empfangen. Wenn die Entladeauslösespannung einen vorgegebenen Wert annimmt oder in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, dann kann der Speicher 120 der Spannungsquelle 1 über die Entladeschaltung 7 entladen werden, so dass die Pumpdiode 99 keine Spannung mehr empfängt, beziehungsweise die Spannungsversorgung schnellstmöglich, beispielsweise innerhalb von 100ms oder 50ms, unterbrochen wird.
Die Spannungsquelle 1 weist hierbei eine Primärseite 10 und eine Sekundärseite 12 auf, die voneinander potentialgetrennt sein können. Beispielsweise kann die Spannungsquelle 1 daher einen Transformator mit einer Primärseite und einer Sekundärseite umfassen. Auf der Primärseite 10 können primäre Leistungsschalter angeordnet sein (nicht gezeigt), durch die eine Energieversorgung der Sekundärseite 12 schaltbar erreicht werden kann.
Da die Spannungsquelle 1 nicht gleichzeitig betrieben und über die Entladeschaltung 7 entladen werden soll, kann der Betriebszustand der Spannungsquelle 1 und der Betriebszustand der Entladeschaltung 7 von einem gemeinsamen Referenzpotential abhängig gemacht werden, wie in 2 gezeigt.
2 zeigt eine allgemeine erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei die Spannungsquelle 1 und die Entladeschaltung 7 zumindest mittelbar an einen gemeinsamen Knoten 30 angeschlossen sind, von dem eine Spannung empfangen wird. Diese Spannung kann einerseits die Ausgangsspannung eines DC/DC-Wandlers 5 genannt werden und sein, andererseits kann diese Spannung auch die Entladeauslösespannung genannt werden.
In 2 werden die primären Schaltglieder (nicht gezeigt) der Spannungsquelle 1 von einer Treiberschaltung 2 geschaltet. Die Treiberschaltung 2 umfasst hierbei ein Schaltglied (nicht gezeigt), welches ein Schaltsignal empfangen kann und basierend darauf die primären Leistungsschalter der Spannungsquelle 1 zu schalten.
Beispielsweise kann von dem Knoten 30 eine Ausgangsspannung von der Treiberschaltung zumindest mittelbar empfangen werden. Sofern die Ausgangsspannung hier einen ersten Wert oder Wertebereich annimmt, wird die Treiberschaltung 2 geschaltet, wodurch die primären Leistungsschalter geschaltet werden und somit die Spannungsquelle 1 betrieben wird. Sofern die Ausgangsspannung beziehungsweise nun die Entladeauslösespannung einen zweiten Wert oder Wertebereich annimmt, wird die Entladeschaltung 7 aktiviert und die Spannungsquelle 1 entladen. Gleichzeitig wird die Spannungsquelle 1 nicht mehr betrieben. Es wird demnach bevorzugt eine gewisse komplementäre oder inverse Schaltungseigenschaft der Treiberschaltung 2 und der Entladeschaltung 7 realisiert.
In 2 ist des Weiteren gezeigt, dass der Knoten 30 eine Spannung von einem ersten Deaktivierungsschalter 3 empfängt, die wiederum von einem DC/DC-Wandler 5 aufgrund einer ersten Steuerspannung SIK_DPS erzeugt wird. Gleichzeitig wird der erste Deaktivierungsschalter 3 durch eine zweite Steuerspannung Disable_con gesteuert. Wenn die zweite Steuerspannung Disable_con den ersten Deaktivierungsschalter 3 leitend schaltet, dann wird an dem Knoten 30 die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 5 empfangen. Wenn der erste Deaktivierungsschalter durch die zweite Steuerspannung Disable_con nichtleitend geschaltet ist, oder durch den DC/DC-Wandler keine Ausgangsspannung erzeugt wird, so liegt an dem Knoten 30 entweder das Massepotential oder ein undefiniertes Potential an.
Durch den Deaktivierungsschalter 3 wird eine Funktion in die Vorrichtung 100 integriert, die es ermöglicht, die Spannungsquelle 1 über die Entladeschaltung 7 zu entladen, wenn die erste Steuerspannung SIK_DPS ausfällt, beispielsweise bei einem Stromausfall. Gleichzeitig wird die Spannungsquelle 1 auch entladen, wenn eine zweite Steuerspannung Disable_con eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, beispielsweise durch einen Steuerungstrigger, etwa einen Testschalter zum Testen der Entladefunktion. Gewissermaßen werden an dem ersten Deaktivierungsschalter mehrere Funktionalitäten und Sicherheitsmechanismen miteinander kombiniert.
Eine alternative Implementierungsmöglichkeit wäre es hierbei den Deaktivierungsschalter 3 durch ein logisches Und-Gatter zu ersetzen, so dass an dem Knoten 30 nur eine Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers 5 anliegt, wenn sowohl eine erste als auch eine zweite Steuerspannung Disable_con vorhanden sind.
In beiden Fällen wird ein schnelles Entladen der Spannungsquelle 1 über die Entladeschaltung 7 ermöglicht, um so die Betriebssicherheit der Vorrichtung 1 zu erhöhen.
In 3 ist schematisch ein vereinfachter Schaltplan der Spannungsquelle 1 gezeigt. Die Spannungsquelle 1 weist eine Primärseite 10 und eine Sekundärseite 12 auf, wobei vorzugsweise eine induktive Kopplung zwischen den beiden Seiten besteht. Die Sekundärseite 12 umfasst zudem zwei Ausgangsklemmen 1200, 1202 zwischen denen ein Speicher für elektrische Ladung 120 angeordnet ist. Der Speicher 120 kann hierbei beispielsweise als Kondensator ausgebildet sein, dessen Kapazität weniger als 10000µF beträgt, bevorzugt weniger als 5000µF beträgt, besonders bevorzugt 1500µF beträgt. Beispielsweise kann die Kapazität 4000µF oder 2000pF oder 1500µF betragen.
Indem der Speicher 120 zwischen den Ausgangsklemmen 1200, 1202 der Sekundärseite 12 angeordnet ist, stabilisiert der Speicher 120 die Stromtreiberspannung V_out der Spannungsquelle 1, mit der beispielsweise ein Stromtreiber einer Pumpdiode mit Spannung versorgt werden kann.
Auf der Primärseite 10 der Spannungsquelle 1 sind primäre Leistungsschalter 100 angeordnet. Die primären Leistungsschalter 100 sind im vorliegenden Beispiel als MOSFET ausgebildet, die für das Leiten und Sperren besonders großer elektrischer Ströme und Spannungen optimiert sind. Werden die MOSFETs über ein Schaltsignal an dem Schaltungseingang 1000 eingeschaltet, sprich leitfähig geschaltet, dann erzeugt die Spannung V_IMC auf der Primärseite 10 durch die induktive Kopplung eine Spannung auf der Sekundärseite 12, wodurch der Speicher 120 geladen wird.
Ausgangspunkt der diesem Aufbau zugrundeliegenden Überlegungen ist es, das schnelle Abschalten und Entladen des Speichers 120 zu ermöglichen. Bisher wurde in einem Störfall oder einem Notfall lediglich durch Unterbrechen der Stromversorgung der Ladevorgang des Speichers 120 durch Unterbrechen der Spannungsversorgung V_IMC unterbrochen, so dass der Speicher erst nach einer Zeitkonstanten, die durch die Kapazität des Speichers 120 bestimmt ist, keine Energie mehr speichert und somit die Spannungsversorgung des Stromtreibers der Pumpdiode unterbricht. Gewissermaßen musste sich der Speicher über die Pumpdiode oder den Verbraucher entladen, so dass eine definierte Abschaltzeit nicht erreicht werden konnte.
Gemäß dem nun hier vorgeschlagenen Aufbau kann der Speicher 120 jedoch nun auch definiert und schnell über die Entladeschaltung 7 entladen werden, wie weiter unten gezeigt.
In 4A ist die Treiberschaltung 2 zum Schalten der primären Leistungsschalter 100 der Spannungsquelle 1 gezeigt. Die Treiberschaltung 2 weist eine Primärseite 20 und eine Sekundärseite 22 auf, wobei die Primärseite 20 und die Sekundärsite 22 induktiv gekoppelt sind. Auf der Primärseite 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Schaltglied 200 angeordnet, welches insbesondere als Transistor ausgebildet sein kann. Der Transistor ist ein Schalter, der durch eine Steuerspannung oder einen Steuerstrom eine Versorgungsspannung V_supply der Primärseite 20 ein- und/oder ausschalten kann. Das Schaltglied 200 empfängt hierzu ein erstes Schaltsignal.
Die Primärseite 20 umfasst des Weiteren beispielsweise zwei parallel geschaltete Induktivitäten, die jeweils Teil eines Transformators beziehungsweise eines induktiven Kopplungselements sind. Auf der Sekundärseite 22 der Treiberschaltung 2, die sogleich durch die Sekundärseiten 22 jedes Transformators gegeben ist, kann die transformierte Spannung durch einen Verstärker verstärkt und zu den Leistungsschaltern 100 der Spannungsquelle 1 geführt werden. Der Verstärker kann hierbei beispielsweise als CMOS-Inverter ausgeführt sein, wobei durch die Transformatoren eine Versorgungsspannung der CMOS-Inverter erzeugt wird und durch eine Gate-Spannung der CMOS-Inverter eine Verstärkung eingestellt werden kann.
Wenn also das Schaltsignal das Schaltglied 200 leitend schaltet, dann kann die Primärseite 20 eine Versorgungsspannung V_supply empfangen, wobei durch die Transformtoren in der Sekundärseite 22 eine Spannung induziert wird, die über die eine Verstärkerschaltung die primären Leistungsschalter 100 der Spannungsquelle 1 schalten kann. Wenn das Schaltglied 200 kein Schaltsignal empfängt, dann wird auch keine Spannung in der Sekundärseite 22 der Treiberschaltung 2 induziert, so dass die primären Leistungsschalter 100 nicht geschaltet werden.
Das Schaltsignal des Schaltglieds 200 kann hierbei beispielsweise durch einen Taktgeber 4 bereitgestellt werden, der exemplarisch in 4B dargestellt ist. der Taktgeber 4 weist hierzu einen Eingang 40 auf, der mit einem Taktsignal gespeist wird, beispielsweise mit einer Rechteckspannung einer bestimmten Amplitude. Zusätzlich ist der Taktgeber 4 mit einem Spannungseingang 42 versehen, durch den der Taktgeber 4 Spannung empfängt. Sofern die Spannung größer ist als eine kritische Spannung oder Schwellspannung, kann der Taktgeber 4 eine Ausgangsspannung oder die Versorgungsspannung an seinem Ausgang 44 im Takt des Taktsignals am Eingang 40 abgeben. Dadurch kann das Schaltglied 200 geschaltet werden, beispielsweise periodisch geschalten werden.
Der Taktgeber 4 kann hierbei insbesondere auch als Optokoppler ausgebildet sein. Sofern die Versorgungsspannung des Optokopplers einen Schwellwert unterschreitet, gibt der Optokoppler keine Ausgangsspannung aus, so dass der Speicher 120 der Spannungsquelle 1 nicht geladen wird. Der Taktgeber 4 kann hierbei insbesondere ebenfalls an den Knoten 30 angeschlossen werden.
In 5 ist schematisch die Entladeschaltung 7 gezeigt. Die Entladeschaltung 7 weist einen zweiten Deaktivierungsschalter 75 auf, der die Entladeauslösespannung des Knotens 30 empfängt. Auf Basis der empfangenen Entladeauslösespannung kann ein zweites Schaltglied 73 geschaltet werden. Das zweite Schaltglied 73 ist mit einem Ende mit einem Entladewiderstand 72 verbunden, der wiederum mit einem Anschluss des Speichers 120 verbunden ist. Das andere Ende des Schaltglieds 73 ist mit dem anderen Anschluss des Speichers 120 verbunden. Wenn das Schaltglied 73 auf Basis der empfangenen Entladeauslöseschaltung am Deaktivierungsschalter 75 geschaltet wird, dann kann eine elektrische Verbindung der Anschlüsse des Speichers 120 über den Entladewiderstand 72 hergestellt werden, so dass der Speicher 120 über der Entladewiderstand 72 entladen wird. Im umgekehrt geschalteten Zustand des Schaltglieds 73 wird der Speicher 120 nicht über den Entladewiderstand entladen.
In 6 ist eine detailliertere Darstellung des Schaltplans der Entladeschaltung 7 dargestellt. Hierbei ist der Deaktivierungsschalter 75 durch einen Optokoppler gegeben, der die Entladeauslösespannung empfängt. Wenn der Optokoppler 75 aktiviert wird, so unterbricht das Schaltglied 73 die elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand 72 und dem Speicher 120, der an den Anschlussklemmen 1200, 1202 angeschlossen ist. Wird der Optokoppler 75 hingegen deaktiviert, so wird die elektrische Verbindung durch das Schaltglied 73 geschlossen, bis der Speicher 120 entladen ist. Der Transistor 77 dient hierbei zur Stromverstärkung und dem Bereitstellen einer definierten Schaltschwelle für das Schaltglied 73.
Die Vorrichtung 9 kann insbesondere auch eine Indikatorschaltung 76 aufweisen, die ein Indikatorsignal ausgibt oder nicht ausgibt, wenn der Speicher 120 über den Entladewiderstand 72 entladen wird.
In 7 ist die Indikatorschaltung 76 als Optokoppler ausgeführt. Der Optokoppler ist parallel zum zweiten Schaltglied 73 zwischen den Entladewiderstand 72 und den zweiten Anschluss 1202 des Speichers 120 geschaltet. Über den Optokoppler wird hierbei stets ein Teil der Speicherenergie gespeist, so dass immer eine geringfügige Entladung des Speichers 120 durch den Entladewiderstand 72 erfolgt. Dieser Effekt wird hierbei in Kauf genommen. Beim Schalten des zweiten Schaltglieds 73 und beim Entladen des Speichers 120 über den Entladewiderstand 72 kann am Ausgang des Optokopplers jedoch ein Indikatorschaltelement geschalten werden, durch das eine Indikatorspannung ausgegeben werden kann. Die Indikatorspannung ist hierbei ein Maß für den Entladestrom über den Entladewiderstand 72.
In den vorgenannten Ausführungsformen kann somit eine Entladung des Speichers 120 auf vielfältige Weise ausgelöst werden:

Wenn die erste Steuerspannung SIK_DPS ausfällt, beispielsweise durch einen Stromausfall bedingt, dann empfängt der Knoten 30 keine Spannung, da der DC/DC-Wandler 5 keine Ausgangsspannung erzeugt. Dadurch wird einerseits der zweite Deaktivierungsschalter 75 der Entladeschaltung 7 aktiviert, so dass ein Entladen des Speichers 120 über den Entladewiderstand 72 der Entladeschaltung 7 erfolgt. Andererseits kann zudem der Taktgeber 4 kein Schaltsignal mehr erzeugen, so dass auch die Treiberschaltung 2 nicht mit Energieversorgt wird und der Speicher 120 mittelbar über die primären Leistungsschalter 100 nicht mehr geladen wird.

Das Entladen des Speichers 120 kann jedoch auch über den ersten Deaktivierungsschalter 3 ausgelöst werden, indem die zweite Steuerspannung Disable_con des ersten Deaktivierungsschalters 3 unterbrochen wird. Dann wird an dem Knoten 30 ebenfalls keine Spannung empfangen, so dass wiederum die Entladeschaltung 7 aktiviert wird und den Speicher 120 entlädt.
Durch die Entladeschaltung kann der Speicher 120 in weniger als 100ms, bevorzugt in weniger als 50ms entladen werden. Dadurch ist ein besonders sicherer Betrieb der Vorrichtung möglich, insbesondere, wenn damit die Laserdiode eines Lasers betrieben wird.
In 8 ist ein Übersichtsschaltplan der Vorrichtung gezeigt, der all oben genannten Elemente enthält.
In 9 ist ein Lasersystem 999 mit der vorgeschlagenen Entladeschaltung schematisch dargestellt.
Das Lasersystem 999 ist beispielsweise ein Faserlasersystem, welches mindestens eine Pumpdiode 99 umfasst. Die Pumpdiode 99 wird über eine Vorrichtung 9 zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber und einen zugehörigen Stromtreiber (nicht gezeigt) betrieben. Wenn die Vorrichtung 9 eine erste Steuerspannung SIK_DPS empfängt, dann wird die Pumpdiode 99 über den Stromtreiber mit Strom versorgt, um einen Laserstrahl 990 bereitzustellen.
Unter diesem Laserstrahl 990 ist ein aus dem Lasersystem 999 austretender Ausgangslaserstrahl des Lasersystems 999 zu verstehen.
Zur Bereitstellung des Laserstrahls 990 wird mittels der Pumpdiode 99 beispielsweise Pumplaserstrahlung bereitgestellt, um ein aktives Medium des Lasersystems 999 optisch zu pumpen (nicht gezeigt).
Insbesondere ist das aktive Medium Teil einer optischen Faser (nicht gezeigt) des Lasersystems 999. Der Laserstrahl 990 ist in diesem Fall der aus der optischen Faser austretende Laserstrahl.
Das Lasersystem 999 weist einen Steuerungstrigger 92 auf. Der Steuerungstrigger 92 kann ein Steuerungstriggersignal an die Vorrichtung 9 übermitteln, so dass dadurch eine Deaktivierung der Stromtreiberspannung bewirkt wird und somit der Laserstrahl 990 abgeschaltet wird. Beispielsweise kann das Steuerungstriggersignal eine entsprechende Steuerspannung SIK_DPS sein oder bereitstellen, beispielsweise eine Unterbrechung der ersten Steuerspannung SIK_DPS.
Insbesondere kann die Vorrichtung 9 des Lasersystems 999 die Stromtreiberspannung und/oder den Laserstrahl 990 in weniger als 100ms, bevorzugt in weniger als 50ms deaktivieren. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die Vorrichtung 9 entsprechend der Schaltung in 8 ausgebildet sein. Dann kann etwa durch das Übermitteln eines Steuerungstriggersignals an die Vorrichtung 9 eine Entladung des Speichers 120 über die Entladeschaltung 7 bewirken. Das Steuerungstriggersignal kann zu diesem Zweck beispielsweise die erste Steuerspannung unterbrechen.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Spannungsquelle
10: Primärseite
100: primärer Leistungsschalter
1000: Schaltungseingang
12: Sekundärseite
120: Speicher für elektrische Ladung
1200: Anschlussklemme
1202: Anschlussklemme
2: Treiberschaltung
20: Primärseite
22: Sekundärseite
200: Schaltglied
3: Deaktivierungsschalter
30: Knoten
4: Taktgeber
40: Eingang
42: Spannungseingang
44: Ausgang
5: DC/DC-Wandler
7: Entladeschaltung
72: Entladewiderstand
73: zweites Schaltglied
75: zweiter Deaktivierungsschalter
76: Indikatorschaltung
77: Transistor
9: Vorrichtung
92: Steuerungseinrichtung
99: Pumpdiode
990: Laserstrahl
999: Lasersystem

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung (V_out) für einen Stromtreiber einer Pumpdiode, insbesondere zum Betreiben einer Pumpdiode eines mittels der Pumpdiode gepumpten Faserlasers, umfassend: eine Spannungsquelle (1) zum Erzeugen der Stromtreiberspannung (V_out), wobei die Spannungsquelle (1) eine Primärseite (10) und eine Sekundärseite (12) umfasst, wobei die Sekundärseite (12) von der Primärseite (10) potentialgetrennt ist, wobei die Primärseite (10) primäre Leistungsschalter (100) umfasst und wobei die Sekundärseite (12) einen Speicher (120) für elektrische Ladung umfasst, wobei die Spannungsquelle (1) dazu eingerichtet ist durch Schalten der primären Leistungsschalter (100) die Stromtreiberspannung (V_out) am Speicher (120) zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung (7), die dazu eingerichtet ist, eine Entladeauslösespannung zu empfangen und den Speicher (120) zu entladen, wenn die Entladeauslösespannung einen vorgegebenen Wert oder Wertebereich annimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Treiberschaltung (2) zum Schalten der primären Leistungsschalter (100) der Spannungsquelle (1), wobei die Treiberschaltung ein Schaltglied (200) umfasst, das dazu eingerichtet ist, ein erstes Schaltsignal zu empfangen und basierend darauf die primären Leistungsschalter (100) der Spannungsquelle (1) zu schalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Entladeschaltung (7) mit einem Knoten verbunden ist, um die Entladeauslösespannung zu empfangen, gekennzeichnet durch einen DC/DC-Wandler (5), der dazu eingerichtet ist, eine erste Steuerspannung (SIK_DPS) zu empfangen und basierend auf der ersten Steuerspannung (SIK_DPS) eine Ausgangsspannung an einem Ausgang davon bereitzustellen, und einen Deaktivierungsschalter (3), der dazu eingerichtet ist, eine zweite Steuerspannung (Disable_con) zu empfangen und basierend auf der zweiten Steuerspannung (Disable_con) eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des DC/DC-Wandlers (5) und dem Knoten zu schalten.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deaktivierungsschalter (3) dazu eingerichtet ist, die elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang des DC/DC-Wandlers (5) und dem Knoten (30) herzustellen, wenn die zweite Steuerspannung (Disable_Con) einen ersten Wert oder Wertebereich aufweist, und die elektrische Verbindung zwischen dem Ausgang und dem Knoten zu trennen, wenn die zweite Steuerspannung (Disable_Con) einen zweiten Wert oder Wertebereich aufweist, der unterschiedlich zum ersten Wert oder Wertebereich ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (7) einen zweiten Deaktivierungsschalter (75), ein zweites Schaltglied (73) und einen Entladewiderstand (72) umfasst, der mit einem ersten Anschluss des Speichers (120) verbunden ist, wobei der zweite Deaktivierungsschalter (75) dazu eingerichtet ist die Entladeauslösespannung des Knotens (30) zu empfangen, und basierend auf der Entladeauslösespannung das zweite Schaltglied (73) zu schalten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Deaktivierungsschalter (75) dazu eingerichtet ist, das zweite Schaltglied (73) einzuschalten, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand (72) und einem zweiten Anschluss des Speichers (120) herzustellen, sodass der Speicher über den Entladewiderstand (72) entladen wird, wenn die Entladeauslösespannung am Knoten den ersten Wert oder Wertebereich annimmt, und/oder der zweite Deaktivierungsschalter (75) dazu eingerichtet ist, das zweite Schaltglied (73) auszuschalten, um die elektrische Verbindung zwischen dem Entladewiderstand (72) und dem zweiten Anschluss des Speichers (120) zu trennen, sodass verhindert wird, dass der Speicher (120) über den Entladewiderstand (72) entladen wird, wenn die Entladeauslösespannung den ersten Wert oder Wertebereich nicht annimmt und/oder wenn die Entladeauslösespannung außerhalb des ersten Werts oder Wertebereichs liegt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (7) eine Indikatorschaltung (76) umfasst, die dazu eingerichtet ist ein Indikatorsignal mit einem ersten Wert oder Wertebereich auszugeben, wenn der Speicher (120) über den Entladewiderstand (72) entladen wird und das Indikatorsignal mit einem zweiten Wert oder Wertebereich auszugeben, wenn der Speicher (120) über den Entladewiderstand (72) nicht entladen wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerspannung (SIK_DPS) und/oder die zweite Steuerspannung (Disable_Con) durch einen Steuerungstrigger steuerbar ist, insbesondere der Steuerungstrigger ein Testschalter, oder ein Türöffner oder einen Notaus-Schalter ist und wobei der Speicher (120) beim Betätigen des Steuerungstriggers über die Entladeschaltung (7) entladen wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Unterbrechung der ersten Steuerspannung (SIK_DPS), insbesondere im Falle eines Stromausfalles oder einer Betriebsstörung, der Speicher (120) über die Entladeschaltung (7) entladen wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (7) eingerichtet ist, um den Speicher (120) in weniger als 100ms, bevorzugt in weniger als 50ms, zu entladen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (120) mit einer Rate zwischen 1Hz und 100Hz schaltbar ist, insbesondere mit einer Rate von 5Hz schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (120) ein Kondensator ist und die Kapazität des Kondensators weniger als 10000µF beträgt, bevorzugt weniger als 5000µP beträgt, besonders bevorzugt 4000µF oder 2000µm oder 1500µF beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (7) redundant in der Vorrichtung vorhanden ist, und/oder dass die Vorrichtung mindestens zwei Entladeschaltungen (7) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (4), der dazu eingerichtet ist, einen Eingangstakt und die Entladeauslösespannung zu empfangen und basierend auf der Entladeauslösespannung ein getaktetes Schaltsignal als das erste Schaltsignal zum Schalten des Schaltglieds (200) auszugeben.
Lasersystem (999), insbesondere Faserlasersystem, zur Bereitstellung eines Laserstrahls (990), umfassend mindestens eine Pumpdiode (99), eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung einer Stromtreiberspannung für einen Stromtreiber der mindestens einen Pumpdiode (99), und einen Steuerungstrigger (92) zur Deaktivierung des Laserstrahls (990), wobei der Steuerungstrigger (92) dazu eingerichtet ist zur Deaktivierung des Laserstrahls (990) ein Steuerungstriggersignal an die Vorrichtung (9) zu übermitteln, und wobei das Steuerungstriggersignal eine Deaktivierung der Stromtreiberspannung bewirkt.
Lasersystem (999) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Erzeugung der Stromtreiberspannung dazu eingerichtet ist, die Stromtreiberspannung und/oder den Laserstrahl (990) bei Empfang des Steuerungstriggersignals in weniger als 200ms, bevorzugt in weniger als 100ms, besonders bevorzugt in weniger als 50ms, zu deaktivieren.
Lasersystem (999) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Erzeugung der Stromtreiberspannung eine Vorrichtung (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst, wobei das mittels des Steuerungstriggers (92) übermittelte Steuerungstriggersignal eine Entladung des Speichers (120) über die Entladeschaltung (7) bewirkt.