DE112016001179B4

DE112016001179B4 - Energieversorgung zum Treiben von Laserdioden

Info

Publication number: DE112016001179B4
Application number: DE112016001179.2T
Authority: DE
Inventors: Shingo Tsuda; Taichiro Tamida; Takashi Hashimoto; Takeshi Morimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: US10361536B2; US20180097336A1; DE112016001179T5; JPWO2016167019A1; JP6577575B2; CN107534270B; WO2016167019A1; CN107534270A

Abstract

Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode (40), wobei die Energieversorgungsvorrichtung Folgendes aufweist:- eine Drosselspule (L1), deren eines Ende mit einer Laserdiode (40) verbunden ist, und deren anderes Ende in Reihe mit einer Energieversorgung (5, D1, 10, 20, C2, 30) verbunden ist, die der Laserdiode (40) Energie zuführt;- eine parallele Diode (D3), die eine geschlossene Schaltung zur Reihenschaltung der Laserdiode (40) und der Drosselspule (L1) konfiguriert;- eine Strom-Detektionseinrichtung (50), die einen Strom detektiert, der in der Drosselspule (L1) fließt,- eine erste Schalteinrichtung (S2, 81), die parallel zu der Laserdiode (40) geschaltet ist und die Laserdiode (40) mit Pulsen betreibt; und- eine Energieverbrauchseinrichtung (800), die auf der Basis eines vorab erhaltenen Strom-Befehlswerts und einer Ausgabe der Strom-Detektionseinrichtung (50) zur Zeit des Betreibens der Laserdiode (40) mit Pulsen betrieben wird, wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie verbraucht, bis der vorab erhaltene Strom-Befehlswert einen vorbestimmten Soll-Strom-Befehlswert erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode.
Stand der Technik
In jüngster Zeit haben Bearbeitungslaser, wie z. B. Halbleiteranregungs-Festkörper-Laser und Faser-Laser eine hohe Leistung erzielt. Demzufolge werden herkömmliche CO₂-Laser und YAG-Laser durch diese Halbleiteranregungs-Festkörper-Laser und Faser-Laser in den Bearbeitungsgebieten Schweißen, Schneiden und Markieren bzw. Kerben von Metall ersetzt, wobei man die CO₂-Laser und die YAG-Laser typischerweise eingesetzt hat. Eine Laserdiode (nachfolgend als „LD“ bezeichnet) wird normalerweise als eine Oszillationsquelle für Halbleiter-Anregungslaser verwendet.
Eine große Anzahl von Laserdioden, die in Reihe oder parallel zueinander in Laserbearbeitungs-Maschinen angeordnet sind, emittieren gleichzeitig Licht, um eine hohe Leistung zu erzielen. Solch ein Laserdioden-Array wird elektrisch konfiguriert, indem Laserdioden in Reihe geschaltet werden, oder indem Laserdioden-Reihenschaltungen parallelgeschaltet werden. Folglich ist insgesamt ein hoher Treiberstrom notwendig.
Außerdem ist die Laserdiode ein stromgetriebenes Element. Folglich wird sie typischerweise als eine Konstantstromquellenschaltung konfiguriert, die den Treiberstrom, der zum Oszillieren von Lasern mit einer gewünschten Leistung notwendig ist, als einen konstanten Strom zuführt. Solch eine hocheffiziente Konstantstromquellenschaltung, die in einem Energieversorgungssystem im geschalteten Modus verwendet wird, verwendet typischerweise Drosselspulen. Falls Laserpulse mit kurzer Breite gemäß den Bearbeitungsbedingungen ausgegeben werden sollen, hat der Ausgangsstrom demzufolge eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit, und er kann keine Rechteckwelle sein.
Es wurde eine Treiberschaltung entwickelt, in welcher eine Schalteinrichtung parallel zu Laserdioden angeordnet ist, und die ein- oder ausgeschaltet wird, um einen Strompfad zu den Laserdioden augenblicklich zu verändern, so dass folglich ein Ansprechen mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Außerdem wurde eine Treiberschaltung entwickelt, die den Ausgangsstrom einer Konstantstromquellenschaltung zwangsweise dämpft, indem sie einen Widerstand dazu veranlasst, den Ausgangsstrom aufzunehmen, um auf einen Strom bei einer höheren Geschwindigkeit anzusprechen (siehe beispielsweise die Patentdokumente 2 und 3).
Das Patentdokument 4 offenbart eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen LED-Schaltkreis , der eine oder mehrere LEDs enthält, eine Schaltstromquelle, die den LED-Schaltkreis mit Strom versorgt, und einen Lichtsteuerkreis, der die LED einschaltet und steuert, indem er die Schaltstromquelle mit einem voreingestellten Tastverhältnis zur Lichtsteuerung ansteuert. Wenn die Schaltstromquelle nicht mit dem Tastverhältnis für die Lichtsteuerung betrieben wird, treibt die Beleuchtungssteuerungsschaltung die Schaltstromquelle mit einem voreingestellten Tastverhältnis an.
Das Patentdokument 5 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Laserdiodenquelle, beispielsweise einer Laserdiode oder eines Laserdiodenarrays. Der Treiber steuert den Strom als Reaktion auf ein Signal, das einen übermäßigen Strom oder eine übermäßige Stromdichte anzeigt. Das Signal kann aus dem Treiberstrom, der Spannung an der Laserdiodenquelle oder der Impedanz der Laserdiodenquelle abgeleitet werden. Die Schaltung kann mit Hilfe eines Schalters, beispielsweise eines GCT, gepulst werden. Der zu erzeugende Strom treibt die Laserdiodenquelle an, die von einer kapazitiven oder induktiven Ladeschaltung gebildet wird.
Das Patentdokument 6 offenbart ein Anzeigegerät, das eine Lichtquelle enthält, die einen Stromgenerator zur Ausgabe eines vorgegebenen Steuerstroms enthält. Weiterhin vorgesehen sind ein erster Pfad zur Bereitstellung des vom Stromgenerator ausgegebenen Treiberstroms an die Lichtquelle und ein zweiter Pfad zum Unterbrechen des an die Lichtquelle bereitgestellten Treiberstroms. Ferner ist ein Schalter vorgesehen, um den von dem Stromgenerator ausgegebenen Treiberstrom entweder dem ersten Pfad oder dem zweiten Pfad zuzuführen; außerdem ist eine Steuerung vorgesehen, die dazu dient, einerseits den Schalter zu steuern, um den von dem Stromgenerator ausgegebenen Treiberstrom dem ersten Pfad zuzuführen, während die Lichtquelle eingeschaltet ist, und andererseits den Treiberstrom dem zweiten Pfad zuzuführen, während die Lichtquelle ausgeschaltet ist.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H11- 87 817 A
Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2010- 15 883 A
Patentdokument 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2011- 243 669 A
Patentdokument 4: JP 2009- 238 633 A
Patentdokument 5: US 2003 / 0 039 280 A1
Patentdokument 6: US 2007 / 0 001 620 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei den Energieversorgungsvorrichtungen zum Treiben einer Laserdiode, die oben beschrieben sind, gilt Folgendes: Falls gewünschte Stromsätze gemäß den Bearbeitungsbedingungen die gleichen wie diejenigen für die jeweiligen Pulse sind, ist es möglich, einen Strahl mit einer höheren Geschwindigkeit ein- und auszuschalten. Falls die eingestellten Ströme für die jeweiligen Pulse voneinander verschieden sind, kann der Strom sich infolge der in den Konstantstromquellenschaltungen vorhandenen Drosselspulen nicht mit einer höheren Geschwindigkeit verändern, und folglich ist es unmöglich, den gewünschten Strom zu erhalten.
Um die obigen Probleme zu lösen, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode und ein Steuerungsverfahren der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode anzugeben, die einem Strom mit einer höheren Geschwindigkeit folgen, und zwar selbst dann, wenn voneinander verschiedene Ströme für die jeweiligen Pulse eingestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Energieversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Energieversorgungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode angegeben. Die Energieversorgungsvorrichtung weist eine Energieversorgung zum Zuführen von Energie an einen Laseroszillator auf, der eine Laserdiode aufweist. Die Energieversorgungsvorrichtung weist Folgendes auf: eine Drosselspule, eine parallele Diode, eine Strom-Detektionseinrichtung, eine erste Schalteinrichtung und eine Energieverbrauchseinrichtung.
Das eine Ende der Drosselspule ist mit dem Laseroszillator verbunden, und das andere Ende ist in Reihe mit der Energieversorgung verbunden, und die parallele Diode konfiguriert eine geschlossene Schaltung zur Reihenschaltung des Laseroszillators und der Drosselspule, und die Strom-Detektionseinrichtung detektiert einen Strom, der in der Drosselspule fließt. Die erste Schalteinrichtung ist parallel zum Laseroszillator geschaltet und treibt den Laseroszillator mit Pulsen, und die Energieverbrauchseinrichtung verbraucht Energie in der Drosselspule.
Die Energieverbrauchseinrichtung erhält einen Strom-Befehlswert vorab (prefetch), und zwar auf der Basis eines Steuerungssignals von einer Steuerung zu einer Zeit, während der Laseroszillator mit Pulsen getrieben wird. Wenn der Strom-Befehlswert kleiner als ein Strom-Befehlswert eines vorhergehenden Pulses ist, verbraucht die Energieverbrauchseinrichtung Energie, bis der Strom-Befehlswert einen vorbestimmten Soll-Stromwert annimmt.
Wirkungen der Erfindung
Bei der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode und dem Steuerungsverfahren der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode der vorliegenden Erfindung ist eine Last vorgesehen, die augenblicklich die in einer Drosselspule akkumulierte Energie verbraucht. Folglich wird die Laserenergie mit 1 bis zu einigen kHz gemäß den Bearbeitungszwecken gepulst.
Selbst wenn Ströme eingestellt werden, die für die jeweiligen Pulse verschieden voneinander sind, ist es möglich, dem Treiberstrom für die Laserdiode mit einer höheren Geschwindigkeit zu folgen. Dies ermöglicht es, dass die Bedingungen für eine Laserbearbeitungs-Maschine mit einer höheren Geschwindigkeit umgeschaltet werden. Dadurch werden eine kurze Wartezeit und eine verbesserte Produktivität erzielt.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein Beispiel eines Pulsstrom-Betreibens in einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
3A ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein erstes Beispiel eines Pulsstrom-Betreibens in der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß 1 zeigt.
3B ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein zweites Beispiel des Pulsstrom-Betreibens in der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß 1 zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Laserdioden-Treibersteuerung 80 gemäß 1 zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Gatespannung und dem Einschaltwiderstand zeigt, wenn eine Schalteinrichtung S2 gemäß 7 mit einem MOS-Feldeffekttransistor konfiguriert ist.
9 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Gatespannung und dem Einschaltwiderstand zeigt, wenn die Schalteinrichtung S2 gemäß 7 ein SiC-Halbleiter ist, der aus einem Halbleitermaterial gebildet ist, das SiC als Hauptkomponente enthält.
10 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb in einem Fall zeigt, in welchem ein Strom-Befehlswert korrigiert wird, und zwar zu einem Strom-Befehlswert des nächsten Pulses, unmittelbar bevor die Schalteinrichtung S2 eingeschaltet wird, in der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß 7.
11 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es sei angemerkt, dass ähnliche Bezugszeichen ähnliche Bestandteile in den nachfolgenden Ausführungsformen bezeichnen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energieversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist beispielsweise eine Energieversorgungsvorrichtung, die Energie an Laserdioden in einer Laserbearbeitungs-Maschine zuführt, um die Laserdioden zu treiben, und die eine Laserdioden-Schaltung (nachfolgend als „LD-Schaltung“ bezeichnet) 40 steuert, die von einer Reihenschaltung einer Mehrzahl von Laserdioden D5 in einem Laseroszillator 2 gebildet wird.
Genauer gesagt: Bei der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt ein Benutzer eine optimale Bearbeitungsbedingung für ein Bearbeitungsziel im Voraus in eine computerisierte numerische Steuerung (nachfolgend als „CNC-Vorrichtung“ bezeichnet) 1 ein, und zwar mittels einer Eingabeeinheit 3. Außerdem weist die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode eine Energieverbrauchseinrichtung auf, die unmittelbar Energie verbraucht, die in einer Drosselspule L1 in einer Konstantstromquellenschaltung akkumuliert ist.
Insbesondere stellt die vorliegende Ausführungsform beispielhaft eine Reihenschaltung einer Schalteinrichtung S3 und eines stromverbrauchenden Widerstands R1 als Energieverbrauchseinrichtung dar, und sie weist ferner eine Laserdioden-Treibersteuerung 80 auf, die die Schalteinrichtung S3 auf der Basis eines Steuerungssignals, wie z. B. eines Strahl-Einschaltsignal von der CNC-Vorrichtung 1 steuert.
Die Laserdioden-Treibersteuerung 80 gemäß 4 ist mit einem Speicher 82 versehen, der die Bearbeitungsbedingungen (ein Strahl-Einschalt-Timing und Stromsteuerungsinformationen) von der CNC-Vorrichtung 1 ausliest und die Bearbeitungsbedingungen im Voraus darin speichert. Wenn der Stromwert des nächsten Strahl-Einschalt-Pulses aus dem Speicher 82 während jeder Puls-Pause vorab erhalten (prefetch) wird, so wird die Energie in der Drosselspule L1 mit einer höheren Geschwindigkeit verbraucht. Demzufolge ist es möglich, den Treiberstrom zum Treiben der Laserdioden-Schaltung 40 mit einem gewünschten Stromwert mit einer höheren Geschwindigkeit als der Geschwindigkeit im Stand der Technik zu treiben.
Die Energieversorgungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass sie Folgendes aufweist: eine Gleichrichtereinheit D1, die die AC-Spannung von beispielsweise einer kommerziellen dreiphasigen 200V-AC-Energieversorgung 5 in eine gleichgerichtete Spannung gleichrichtet; einen Glättungskondensator C1, der die gleichgerichtete Spannung glättet, um eine DC-Spannung zu erhalten; eine Wechselrichtereinheit 10, die eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen Q1 bis Q4 aufweist, um die DC-Spannung in eine Hochfrequenzspannung zu konvertieren; eine Abwärtswandlungs-Transformatoreinheit 20, die die Hochfrequenzspannung auf eine niedrige Spannung verringert; eine Gleichrichtereinheit D2, die die verringerte AC-Spannung auf eine gleichgerichtete Spannung verringert; einen Glättungskondensator C2, der die gleichgerichtete Spannung zu einer DC-Spannung glättet;, und eine Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30, die die geglättete DC-Spannung der Laserdioden-Schaltung 40 als einen konstanten Strom zuführt.
In der Wechselrichtereinheit 10 führt eine Konstantspannungssteuerung 70 eine Steuerung für eine konstante Spannung aus, so dass die DC-Spannung aus dem Glättungskondensator C2 konstant ist. Außerdem weist die Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30 eine Stromsteuerungs-Schalteinrichtung S1, eine Rückflussdiode D3 und die Drosselspule L1 auf. Die Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30 detektiert den Strom, der in die Drosselspule L1 fließt, mittels einer Strom-Detektionseinheit 50, die von einem CT (Stromtransformator) konfiguriert wird, und sie führt ein detektiertes Signal, das einen detektierten Stromwert angibt, zu einem Fehler-Komparator einer Konstantstrom-Steuerung 60 zurück.
Die Konstantstrom-Steuerung 60 vergleicht den Stromwert des detektierten Signals mit einem Strom-Befehlswert, der in einer Befehlseinheit der CNC-Vorrichtung 1 eingestellt worden ist, um eine Steuerung mit Rückführung durchzuführen, so dass sie die Stromsteuerungs-Schalteinrichtung S1 so treibt, dass sie den gleichen Strom zuführt, wie der Strom-Befehlswert angibt.
Es sei angemerkt, dass die Induktivität der Drosselspule L1 so ausgewählt ist, dass sie ein geeigneter Wert ist, um einen großen Rippelstrom zu verhindern. Außerdem können die Dioden D11 bis D14, die in Reihe zu den Schalteinrichtungen Q1 bis Q4 der Wechselrichtereinheit 10 geschaltet sind, und die Dioden D21 bis D24 und D31 bis D34, die umgekehrt zu den Schalteinrichtungen Q1 bis Q4 parallel geschaltet sind, weggelassen werden, wenn die Schalteinrichtungen Q1 bis Q4 ausgezeichnete Schaltcharakteristiken haben.
Es ist bevorzugt, eine Schalteinrichtung, wie z. B. einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) zu verwenden, der eine Vorwärtsspannung hat, die niedriger ist als die Vorwärtsspannung der Rückflussdiode D3, und zwar anstelle der Schalteinrichtungen Q1 bis Q4, um eine synchrone Gleichrichtung zu erreichen. Eine synchrone Gleichrichtung ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad.
Bei der Energieversorgungsvorrichtung ist eine Schalteinrichtung S2 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 geschaltet, um zu bewirken, dass der Treiberstrom der Laserdioden-Schaltung 40 mit höherer Geschwindigkeit ansteigt oder abfällt, um einen Laser ein- oder auszuschalten. Zu der Zeit des Puls-Betreibens schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80, die die Schalteinrichtungen S2 und S3 steuert, die Schalteinrichtung S2 ein oder aus, um selektiv den Pfad des konstanten Stroms umzuschalten, der in der Drosselspule L1 fließt, und zwar zu der Laserdioden-Schaltung 40 oder zu der Schalteinrichtung S2. Der Strom der Laserdioden-Schaltung 40 kann folglich mit einer höheren Geschwindigkeit abfallen, indem augenblicklich der Pfad des konstanten Stroms umgeschaltet wird.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Treiberstrom der Laserdioden-Schaltung 40 groß ist, ferner eine vorbestimmte Snubber-Schaltung 81 parallel zu der Schalteinrichtung S2 angeordnet werden kann, um eine Stoßspannung zu unterbinden, die erzeugt wird, wenn die Schalteinrichtung S2 ausgeschaltet wird. Beispielsweise ist es möglich, als die Snubber-Schaltung 81 eine RC-Snubber-Schaltung zu verwenden, die eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator ist, oder eine RCD-Snubber-Schaltung, die so konfiguriert ist, dass Dioden parallel zu dem Widerstand oder dem Kondensator der Reihenschaltung geschaltet werden.
In großen Maschinen, wie z. B. einer Laserbearbeitungs-Maschine ist jedoch eine Energieversorgungsvorrichtung für gewöhnlich so angeordnet, dass sie entfernt von dem Laseroszillator 2 ist, wie in 1 gezeigt, und eine Leitung zwischen der Schalteinrichtung S2 und der Laserdioden-Schaltung 40 ist lang, so dass es schwierig ist, den Strom zu veranlassen, mit einer höheren Geschwindigkeit abzufallen, und zwar infolge der parasitären Impedanz des Drahtes.
Bei der Energieversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Schalteinrichtung S2 nahe der Laserdioden-Schaltung 40 im Laseroszillator 2 angeordnet, so dass die Laserdioden-Schaltung 40 und die Schalteinrichtung S2 ein Modul des Laseroszillators 2 bilden, um die Verzögerungszeit zu minimieren, die von der parasitären Impedanz des Drahts hervorgerufen wird. Außerdem ist es möglich, ein Modul durch die Laserdioden-Schaltung 40 und die Schalteinrichtung S2 in der zweiten bis fünften Ausführungsform zu konfigurieren.
Es ist möglich, ein Modul durch die Laserdioden-Schaltung 40 und die Schalteinrichtungen S2 und S3 zu konfigurieren. Es ist auch möglich, ein Modul durch die Laserdioden-Schaltung 40 und die Schalteinrichtungen S2 und S3 in der dritten Ausführungsform zu konfigurieren.
2 ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein Beispiel eines Pulsstrom-Betreibens in einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. Wie in 2 gezeigt, gilt auf das Ausgeben der Ströme hin, die voneinander für die jeweiligen Pulse zur Zeit des Puls-Betreibens verschieden sind, Folgendes: Wenn ein Laser wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, wenn die Schalteinrichtung S2 während eines Zeitraums eingeschaltet wird, wenn der Strom-Befehlswert eines Pulses Null ist, fließt der Strom, der in der Drosselspule L1 fließt, in einer geschlossenen Schaltung, die den Pfad der Schalteinrichtung S2 und der Rückflussdiode D3 beinhaltet.
Es gibt keinen großen Widerstand zwischen der Schalteinrichtung S2 und der Rückflussdiode D3, und folglich verringert sich der Strom nur in Abhängigkeit der Zeit, die von der inneren Impedanz und Induktivität der Drosselspule L1, der Schalteinrichtung S2 und der Rückflussdiode D3 bestimmt wird. Wenn der Strom-Befehlswert des nächsten Laser-Einschaltpulses kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses ist, wird keine in der Drosselspule L1 akkumulierte Energie verbraucht, und folglich wird ein Strom, der größer als der eingestellte Befehlsstrom ist, kurzzeitig ausgegeben. Insbesondere verändert sich der Stromwert eines Laserpulses normalerweise gemäß einer bearbeiteten Form in einer Laserbearbeitungs-Maschine, und folglich kann ein solcher Laser zu einer minderwertigen Bearbeitung führen.
Demzufolge sind in der Energieversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 als Energieverbrauchseinrichtung 800 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 im Laseroszillator 2 geschaltet. Die Laserdioden-Treibersteuerung 80 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die Schalteinrichtungen S2 und S3 wie folgt steuert.
3A ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein erstes Beispiel eines Pulsstrom-Betreibens in der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß 1 zeigt. Wie in 3A gezeigt, schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80 die Schalteinrichtung S3 für einen vorbestimmten Pulszeitraum ein, wenn ein Strahl ausgeschaltet ist, um zu bewirken, dass die Energieverbrauchseinrichtung 800 in der Drosselspule L1 (102) akkumulierte Energie verbraucht, um den Strom mit einer höheren Geschwindigkeit zu verringern. Es ist folglich möglich, einem Strom-Befehlswert mit höherer Geschwindigkeit zu folgen, und zwar selbst dann, wenn Strom-Befehlswerte, die voneinander verschieden sind, für die jeweiligen Pulse eingestellt sind.
Es sei angemerkt, dass, falls die Schalteinrichtung S3 einen Einschaltzustand beibehält, die Verluste im stromverbrauchenden Widerstand R1 groß sind. Demzufolge schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80 die Schalteinrichtung S3 aus, und sie schaltet die Schalteinrichtung S2 nach dem Energieverbrauch ein, so dass folglich die Verluste im stromverbrauchenden Widerstand R1 minimiert werden. Falls ein Element, das einen verringerten Einschaltwiderstand hat, als die Schalteinrichtung S2 verwendet wird, ist es demzufolge möglich, die Verluste weiter zu verringern, wenn der Strahl ausgeschaltet ist.
Außerdem kann die Energieversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Timing zum Treiben der Schalteinrichtung S2 und der Schalteinrichtung S3 gemäß einer Bearbeitungsbedingung steuern. In einer Laserbearbeitungs-Maschine gibt ein Benutzer beispielsweise eine optimale Bearbeitungsbedingung für ein Bearbeitungsziel im Voraus in die CNC-Vorrichtung 1 durch die Eingabeeinheit 3 ein, um zu programmieren, mit welchem Timing ein Strom-Befehlswert gemäß einer Form eines Werkstücks verändert wird.
Wie in 4 gezeigt, liest die Laserdioden-Treibersteuerung 80 die Bearbeitungsbedingungen 1 bis „n“ (Strom-Befehlswerte und Strahl-Einschaltsignale) im Voraus aus der CNC-Vorrichtung 1 ein, speichert die Bearbeitungsbedingungen im internen Speicher 82 und erhält einen Strom-Befehlswert vorab (prefetch), und zwar beim nächsten Strahl-Einschalt-Timing aus einer Strombefehlswert-Ausleseschaltung 83, so dass folglich die Schalteinrichtung S2 und die Schalteinrichtung S3 von einem Gate-Pulssignal getrieben werden, das von einer Gate-Pulssignal-Erzeugungsschaltung 84 erzeugt wird.
3B ist ein Zeitdiagramm von Signalen, das ein zweites Beispiel des Pulsstrom-Betreibens in der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß 1 zeigt. Wie in 3B gezeigt, erhält die Laserdioden-Treibersteuerung 80 vorab (prefetch) einen Strom-Befehlswert (103 und 104) auf der Basis einer Information, die von einem Benutzer programmiert worden ist, wie oben beschrieben. Wenn der Strom-Befehlswert des nächsten Laserpulses kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses ist (103), schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80 die Schalteinrichtung S3 ein und detektiert den Strom, der in der Drosselspule L1 fließt, unter Verwendung der Strom-Detektionseinheit 50.
Die Energie in der Drosselspule L1 wird verbraucht, bis der Strom-Befehlswert einen vorbestimmten Soll-Strom-Befehlswert erreicht, und dann wird die Schalteinrichtung S2 eingeschaltet. Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Strom-Befehlswert des nächsten Laserpulses größer ist als derjenige des vorhergehenden Pulses (104), die Schalteinrichtung S2 eingeschaltet wird und der Strom-Befehlswert verändert wird, wenn der Puls ausgeschaltet ist.
Wie in 3A und 3B gezeigt, gilt Folgendes: Da die Zeit, wenn die Schalteinrichtung S2 und die Schalteinrichtung S3 eingeschaltet werden, so gesteuert wird, dass Energie verbraucht wird, bis der Strom-Befehlswert den Strom-Befehlswert des nächsten Laserpulses erreicht, kann der Laserpuls mit höherer Geschwindigkeit ansteigen oder abfallen.
Wie oben beschrieben, gilt gemäß der ersten Ausführungsform Folgendes: Da die Last des stromverbrauchenden Widerstands R1 die Energie verbraucht, die in der Drosselspule L1 akkumuliert ist, kann ein Strom-Befehlswert mit einer höheren Geschwindigkeit zu der Zeit des Puls-Betreibens umgeschaltet werden.
Es sei angemerkt, dass, während die Laserdioden-Treibersteuerung 80 in der vorliegenden Ausführungsform einen Strom-Befehlswert, der eine Bearbeitungsbedingung ist, von der CNC-Vorrichtung 1 vorab erhält (prefetch), kann auch die CNC-Vorrichtung 1 den Strom-Befehlswert vorab erhalten (prefetch). In einem solchen Fall ist die Speicherfunktion in der Laserdioden-Treibersteuerung 80 nicht notwendig. Das heißt, die CNC-Vorrichtung 1 kann den vorliegenden Strom-Befehlswert mit einem Strom-Befehlswert nach einer Pause vergleichen und ein Signal zum Treiben der Schalteinrichtung S3 übertragen, wenn der Strom-Befehlswert kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses ist.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der ersten Ausführungsform gemäß 1 in den folgenden Punkten.

(1) Die Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30, die die Schalteinrichtung S1 und die Rückflussdiode D3 aufweist, ist weggelassen.
(2) Eine Konstantstrom-Steuerung 60A ersetzt die Konstantstrom-Steuerung 60.

Diese Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
Wenn die Laserleistung klein ist und die Energieversorgungs-Kapazität ebenfalls klein ist, wie in 5 gezeigt, kann die Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30 weggelassen werden, um die Schaltung zu verkleinern. Die Konstantstrom-Steuerung 60A führt eine PWM-Steuerung an den Schalteinrichtungen Q1 bis Q4 in einer Wechselrichtereinheit 10 auf der Basis eines Stroms aus, der von einer Strom-Detektionseinheit 50 detektiert wird, so dass der Strom, der in einer Drosselspule L1 fließt, konstant ist. Dadurch wird eine Konstantstromquellenschaltung konfiguriert.
Falls die Leckinduktivität einer Abwärtswandlungs-Transformatoreinheit 20 anstelle der Drosselspule L1 verwendet wird, kann außerdem die Drosselspule L1 weggelassen werden.
Wie oben beschrieben, weist die Energieversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine Schalteinrichtung S2 auf, die parallel zu einer Laserdioden-Schaltung 40 im Laseroszillator 2 geschaltet ist, und sie weist ferner eine Energieverbrauchseinrichtung 800 auf, die parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 und der Schalteinrichtung S2 geschaltet ist, ähnlich wie die erste Ausführungsform.
Insbesondere weist die Energieversorgungsvorrichtung eine Schalteinrichtung S3 und einen stromverbrauchenden Widerstand R1 als Energieverbrauchseinrichtung 800 auf, und sie kann folglich einem Strom-Befehlswert selbst dann folgen, wenn Strom-Befehlswerte, die voneinander verschieden sind, für die jeweiligen Pulse eingestellt sind.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der zweiten Ausführungsform auch bei der dritten bis fünften Ausführungsform angewendet werden kann.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der ersten und zweiten Ausführungsform sind die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 im Laseroszillator 2 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 geschaltet. Die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Energieversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten.

(1) Wie in 6 gezeigt, sind eine Schalteinrichtung S3 und ein stromverbrauchender Widerstand R1, die als Energieverbrauchseinrichtung 800 fungieren, in Reihe zu einer Laserdioden-Schaltung 40 geschaltet.
(2) Eine Schalteinrichtung S4 ist parallel zu einer Reihenschaltung der Schalteinrichtung S3 und dem stromverbrauchenden Widerstand R1 geschaltet, die die Energieverbrauchseinrichtung 800 bilden.
(3) Eine Laserdioden-Treibersteuerung 80A, die die Schalteinrichtungen S2, S3 und S4 steuert, ersetzt die Laserdioden-Treibersteuerung 80 .

Diese Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
Wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn der stromverbrauchende Widerstand R1 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 geschaltet ist, dann ist es notwendig, einen Widerstandswert auszuwählen, so dass die Spannung über den stromverbrauchenden Widerstand hinweg, die erzeugt wird, wenn die Schalteinrichtung S3 eingeschaltet wird, nicht größer als oder gleich groß wie die Vorwärtsspannung der Laserdioden-Schaltung 40 ist, um zu verhindern, dass Strom in den Laserdioden fließt, wenn der Strahl ausgeschaltet ist.
Wenn jedoch der stromverbrauchende Widerstand R1 in Reihe zu der Laserdioden-Schaltung 40 geschaltet ist, kann der Widerstandswert des stromverbrauchenden Widerstands R1 größer sein als diejenigen der stromverbrauchenden Widerstände R1 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform. Demzufolge ist es möglich, Energie in der Drosselspule L1 mit einer höheren Geschwindigkeit zu verbrauchen als die Geschwindigkeiten in der ersten und zweiten Ausführungsform.
Auch bei der Konfiguration der dritten Ausführungsform wird die Steuerung ausgeführt, wie in 3B gezeigt. Das heißt, ein Strom-Befehlswert wird im Voraus vorab erhalten (prefetch), und wenn dieser Strom-Befehlswert des nächsten Laserpulses kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses zur Zeit des Puls-Betreibens ist, werden die Schalteinrichtung S2 und die Schalteinrichtung S3 eingeschaltet, um Energie zu verbrauchen. Es ist folglich möglich, einem Strom-Befehlswert mit höherer Geschwindigkeit zu folgen, und zwar selbst dann, wenn Strom-Befehlswerte, die voneinander verschieden sind, für die jeweiligen Pulse eingestellt sind.
Es sei angemerkt, dass dann, falls die Schalteinrichtung S3 einen Einschaltzustand beibehält, die Verluste im stromverbrauchenden Widerstand R1 groß sind. Demzufolge wird die Schalteinrichtung S3 ausgeschaltet, und die Schalteinrichtung S4 wird eingeschaltet, und zwar nach dem Energieverbrauch. Folglich werden die Verluste im stromverbrauchenden Widerstand R1 verringert. Falls ein Element, das einen verringerten Einschaltwiderstand hat, als Schalteinrichtung S4 verwendet wird, ist es demzufolge möglich, die Verluste weiter zu verringern, wenn der Strahl ausgeschaltet ist.
Vierte Ausführungsform
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Außerdem ist 8 ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Gatespannung und dem Einschaltwiderstand zeigt, wenn eine Schalteinrichtung S2 gemäß 7 mit einem MOS-Feldeffekttransistor konfiguriert ist. Die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der ersten Ausführungsform gemäß 1 in den folgenden Punkten.

(1) Die Schalteinrichtung S2 wird von einem MOS-Feldeffekttransistor gebildet.
(2) Die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 sind weggelassen.
(3) Eine Laserdioden-Treibersteuerung 80B, die das Einschalten und Ausschalten der Schalteinrichtung S2 steuert, ersetzt die Laserdioden-Treibersteuerung 80.

Diese Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform sind die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 als die Energieverbrauchseinrichtung 800 hinzugefügt, und der stromverbrauchende Widerstand R1 nimmt die in einer Drosselspule akkumulierte Energie auf. Wenn der Einschaltwiderstand der Schalteinrichtung S2 so gesteuert werden kann, wie in 8 gezeigt, können die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 weggelassen werden, und die Schalteinrichtung S2 kann als Energieverbrauchseinrichtung verwendet werden.
Wenn beispielsweise ein MOSFET als die Schalteinrichtung S2 verwendet wird, hat das Verhältnis zwischen der Gatespannung und dem Einschaltwiderstand die in 8 gezeigte Kennlinie. Falls die Gatespannung der Schalteinrichtung S2 verringert wird, wenn ein Strahl ausgeschaltet wird, ist es demzufolge möglich, den Strom mit einer höheren Geschwindigkeit zu verringern, indem die in der Drosselspule L1 akkumulierte Energie verbraucht wird. Das bedeutet, die Schalteinrichtung S2 kann als Energieverbrauchseinrichtung 800 arbeiten.
Wenn der MOS-Feldeffekttransistor eine SiC-Halbleitereinrichtung ist, die aus einem Halbleitermaterial gebildet ist, das hauptsächlich SiC enthält, wird außerdem die Steuerbarkeit zur Zeit des Energieverbrauchens verbessert, da das Verhältnis zwischen der Gatespannung und dem Einschaltwiderstand eine linearere Kennlinie hat, wie in 9 gezeigt, im Vergleich zu der in 8 gezeigten Kennlinie. Die Einrichtung kann bei einer hohen Temperatur arbeiten, und folglich ist es möglich, eine große in einer Drosselspule akkumulierte Energiemenge ohne jegliches thermisches Versagen zu verbrauchen.
Außerdem kann in der Energieversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Strom-Detektionseinheit 50 den Strom detektieren, der in der Drosselspule L1 fließt. Demzufolge wird ein Strom-Befehlswert im Voraus vorab erhalten (prefetch), und wenn dieser Strom-Befehlswert des nächsten Laserpulses kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses zur Zeit des Betreibens des Lasers mit Pulsen ist, wird die Gatespannung gesteuert, um den Strom-Befehlswert zu erhalten, so dass es möglich ist, einem Strom-Befehlswert mit einer höheren Geschwindigkeit selbst dann zu folgen, wenn voneinander verschiedene Strom-Befehlswerte für die jeweiligen Pulse eingestellt sind.
Genauer gesagt: Die Laserdioden-Treibersteuerung 80B liest eine Bearbeitungsbedingung aus einer CNC-Vorrichtung 1 im Voraus in einen Speicher 82 aus, und sie erhält einen Strom-Befehlswert vorab (prefetch), und zwar aus einer Strom-Befehlswert-Ausleseschaltung 83, auf der Basis eines Steuerungssignals zu der Zeit, zu welcher ein Laseroszillator 40 mit Pulsen betrieben wird. Wenn der Strom-Befehlswert kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses ist, schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80B die Schalteinrichtung S2 ein und steuert die Schalteinrichtung S2 unter Verwendung der Kennlinie (8) des Einschaltwiderstands gegen die Gatespannung des MOS-Feldeffekttransistors der Schalteinrichtung S2, so dass die in der Drosselspule L1 akkumulierte Energie verbraucht wird, bis der Strom-Befehlswert einen vorbestimmten Soll-Stromwert erreicht.
Zum Beispiel benötigt die Laserdioden-Schaltung 40, die für eine Laserbearbeitungs-Maschine verwendet wird, einen großen Treiberstrom. Um die Schalteinrichtung S3 in einem Pfad mit großem Strom anzuordnen, muss die Schalteinrichtung S3 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 hinzugefügt werden, was zu einer großflächigen Schaltung führt. Mit der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist es nur notwendig, dass die Schalteinrichtung S2 parallel zu der Laserdioden-Schaltung 40 angeordnet ist, und es ist möglich, die Energieversorgungsvorrichtung im Vergleich zu den Energieversorgungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform signifikant zu verkleinern.
Wie oben beschrieben, hat die vierte Ausführungsform ein Betriebsverhalten und eine Wirkung, die ähnlich zu denjenigen wie bei der ersten Ausführungsform sind, und es ist möglich, die Energieversorgungsvorrichtung im Vergleich zu den Energieversorgungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform signifikant zu verkleinern.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform ist eine modifizierte Ausführungsform der ersten bis vierten Ausführungsform. In der ersten bis vierten Ausführungsform wird in einer Drosselspule akkumulierte Energie von dem stromverbrauchenden Widerstand R1 und dem Einschaltwiderstand einer Schalteinrichtung verbraucht. Eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsformen hat die gleiche Konfiguration wie die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode, die in 7 gezeigt ist. Sie unterscheidet sich von der in 7 gezeigten Energieversorgungsvorrichtung durch das Steuerungsverfahren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Bearbeitungsbedingung im Voraus aus einer CNC-Vorrichtung 1 in einen Speicher 82 in einer Laserdioden-Treibersteuerung 80 gelesen, und wenn der Strom-Befehlswert kleiner als derjenige des vorhergehenden Pulses während der Zeit des Puls-Betreibens ist, wie in 10 gezeigt, wird der Strom-Befehlswert auf den Strom-Befehlswert des nächsten Pulses korrigiert, und zwar unmittelbar bevor die Schalteinrichtung S2 eingeschaltet wird (d. h. unmittelbar bevor der Strahl ausgeschaltet wird). Eine Diodenlast kann somit die in der Drosselspule akkumulierte Energie verbrauchen, wenn der Strahl ausgeschaltet ist, und dann den Strahl ausschalten.
Genauer gesagt: Falls der aktuelle Strom-Befehlswert bis zu einem Zeitpunkt t2 ausgegeben wird, dann wird, wenn herausgefunden wird, dass der Strom-Befehlswert für die nächste Bearbeitung klein ist, der Strom-Befehlswert auf einen Sollwert korrigiert, d. h. den nächsten Strom-Befehlswert zum Zeitpunkt t1. Ein Drosselspulen-Stromwert verringert sich demzufolge im Wesentlichen auf den nächsten Laserdiode-Treiberstromwert zum Zeitpunkt t2.
Es ist demzufolge möglich, die Energieversorgungsvorrichtung im Vergleich zu den Energieversorgungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform signifikant zu verkleinern. Das heißt, die Laserdioden-Schaltung 40 arbeitet selbst als ein Teil der Energieverbrauchseinrichtung 800, und folglich können die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 beseitigt werden.
Sechste Ausführungsform
11 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode gemäß der ersten Ausführungsform gemäß 1 in den folgenden Punkten.

(1) Die Schalteinrichtung S3 und der stromverbrauchende Widerstand R1 sind weggelassen.
(2) Eine Schaltung mit einer Diode D4, einer Schalteinrichtung S5 und einer negativen Spannungsquelle 71 ist an einem Verbindungspunkt P1 auf einer Energieversorgungsseite einer Drosselspule L1 vorgesehen.
(3) Eine Laserdioden-Treibersteuerung 80C, die das Einschalten und Ausschalten der Schalteinrichtungen S2 und S5 steuert, ersetzt die Laserdioden-Treibersteuerung 80.

Diese Unterschiede werden nachstehend beschrieben.
Während die Last des stromverbrauchenden Widerstands R1, der als Energieverbrauchseinrichtung 800 fungiert, Energie in der Drosselspule L1 in der ersten bis dritten Ausführungsform verbraucht, ist es möglich, wenn zusätzlich die negative Spannungsquelle 71 vorbereitet wird, die in 11 gezeigte Konfiguration einzusetzen. In diesem Fall weist die Energieverbrauchseinrichtung 800 die negative Spannungsquelle 71, die Diode D4 und die Schalteinrichtung S5 auf.
Gemäß 11 ist der Verbindungspunkt P1 auf der Energieversorgungsseite der Drosselspule L1 über die Diode D4 und die Schalteinrichtung S5 mit der negativen Spannungsquelle 71 verbunden. Außerdem steuert die Laserdioden-Treibersteuerung 80C das Einschalten und Ausschalten der Schalteinrichtungen S2 und S5.
Bei der in 11 gezeigten Konfiguration schaltet die Laserdioden-Treibersteuerung 80C die Schalteinrichtung S5 ein und hält sie im Einschaltzustand, wenn der Strahl ausgeschaltet ist, um die Energie in der Drosselspule L1 über die Diode D4 und die Schalteinrichtung S5 zu der Seite der negativen Spannungsquelle 71 hin zu regenerieren, so dass die Energie in der Drosselspule L1 verbraucht wird. Außerdem ist die Diode D4 eingebaut, um zu verhindern, dass ein Strom von der negativen Spannungsquelle 71 in eine Hauptschaltung fließt, die eine Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit 30 und eine Laserdioden-Schaltung 40 aufweist. Die Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzielt eine hohe Effizienz der Energieversorgung, da die Energieversorgungsverluste zur Zeit eines Verbrauchsbetriebs verringert werden und es nicht notwendig ist, die Schalteinrichtung S3 in einem Strompfad anzuordnen, wenn der Strahl eingeschaltet ist.
Wie oben beschrieben, hat die sechste Ausführungsform ein Betriebsverhalten und eine Wirkung, die ähnlich zu denjenigen wie bei der ersten Ausführungsform sind, und es ist möglich, die Energieversorgungsvorrichtung im Vergleich zu den Energieversorgungsvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform signifikant zu verkleinern.
Bei der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode und dem Steuerungsverfahren der Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung vorgesehen, die augenblicklich die in einer Drosselspule akkumulierte Energie verbraucht. Folglich wird die Laserenergie mit 1 bis zu einigen kHz gemäß den Bearbeitungszwecken gepulst. Selbst wenn Ströme eingestellt werden, die für die jeweiligen Pulse verschieden voneinander sind, ist es möglich, dem Treiberstrom für die Laserdiode mit einer höheren Geschwindigkeit zu folgen. Dies ermöglicht es, dass die Bedingungen für eine Laserbearbeitungs-Maschine mit einer höheren Geschwindigkeit umgeschaltet werden. Dadurch werden eine kurze Wartezeit und eine verbesserte Produktivität erzielt.
Bezugszeichenliste

1: computerisierte numerische Steuerung (CNC-Vorrichtung)
2: Laseroszillator
3: Eingabeeinheit
5: dreiphasige AC-Energieversorgung
10: Wechselrichtereinheit
20: Abwärtswandlungs-Transformatoreinheit
30: Abwärtswandlungs-Zerhackereinheit
40: Laserdiode (LD)
50: Strom-Detektionseinheit
60, 60A: Konstantstrom-Steuerung
70: Konstantspannungssteuerung
71: negative Spannungsquelle
80, 80A: Laserdioden-Treibersteuerung
80B, 80C: Laserdioden-Treibersteuerung
81: Snubber-Schaltung
82: Speicher
83: Strom-Befehlswert-Ausleseschaltung
84: Gate-Pulssignal-Erzeugungsschaltung
800: Energieverbrauchseinrichtung
C1: Glättungskondensator
C2: Glättungskondensator
D1, D2: Gleichrichtereinheit
D3: Rückflussdiode
D4 bis D5: Gleichrichterdiode
D11 bis D34: Diode
L1: Drosselspule
P1: Verbindungspunkt
Q1 bis Q4: Schalteinrichtung
R1: stromverbrauchender Widerstand
S1 bis S5: Schalteinrichtung

Claims

Energieversorgungsvorrichtung zum Treiben einer Laserdiode (40), wobei die Energieversorgungsvorrichtung Folgendes aufweist: - eine Drosselspule (L1), deren eines Ende mit einer Laserdiode (40) verbunden ist, und deren anderes Ende in Reihe mit einer Energieversorgung (5, D1, 10, 20, C2, 30) verbunden ist, die der Laserdiode (40) Energie zuführt; - eine parallele Diode (D3), die eine geschlossene Schaltung zur Reihenschaltung der Laserdiode (40) und der Drosselspule (L1) konfiguriert; - eine Strom-Detektionseinrichtung (50), die einen Strom detektiert, der in der Drosselspule (L1) fließt, - eine erste Schalteinrichtung (S2, 81), die parallel zu der Laserdiode (40) geschaltet ist und die Laserdiode (40) mit Pulsen betreibt; und - eine Energieverbrauchseinrichtung (800), die auf der Basis eines vorab erhaltenen Strom-Befehlswerts und einer Ausgabe der Strom-Detektionseinrichtung (50) zur Zeit des Betreibens der Laserdiode (40) mit Pulsen betrieben wird, wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie verbraucht, bis der vorab erhaltene Strom-Befehlswert einen vorbestimmten Soll-Strom-Befehlswert erreicht.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Zeit des Betreibens der Laserdiode (40) mit Pulsen, wenn eine Scheitelwert-Ausgabe eines vorhergehenden Pulses durch die Strom-Detektionseinrichtung (50) größer als der Soll-Strom-Befehlswert ist, die Energieverbrauchseinrichtung (800) in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie verbraucht, und wenn eine Scheitelwert-Ausgabe eines vorhergehenden Pulses durch die Strom-Detektionseinrichtung (50) kleiner als oder gleich groß wie der Soll-Strom-Befehlswert ist, die Energieverbrauchseinrichtung (800) die in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie nicht verbraucht.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) eine Reihenschaltung (S3, R1) ist, die so aufgebaut ist, dass ein stromverbrauchender Widerstand (R1) und eine zweite Schalteinrichtung (S3) in Reihe geschaltet sind.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Reihenschaltung (S3, R1) parallel zu der Laserdiode (40) und der Energieversorgung (5, D1, 10, 20, C2, 30) geschaltet ist.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Reihenschaltung (S3, R1) in Reihe mit der Laserdiode (40) und der Energieversorgung (5, D1, 10, 20, C2, 30) geschaltet ist.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner eine dritte Schalteinrichtung (S4) aufweist, die parallel zu der Reihenschaltung (S3, R1) geschaltet ist.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) die erste Schalteinrichtung (S2, 81) aufweist und die Gatespannung der ersten Schalteinrichtung (S2, 81) verringert und den Einschaltwiderstand (81) der ersten Schalteinrichtung (S2, 81) erhöht, um in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie zu verbrauchen.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) eine zweite Schalteinrichtung (S5) aufweist, deren eines Ende mit einem Verbindungspunkt der Drosselspule (L1) und der Energieversorgung (D2, C2) verbunden ist, und eine negative Spannungsquelle (71), die mit einem anderen Ende der zweiten Schalteinrichtung (S5) verbunden ist, und wobei die Energieverbrauchseinrichtung (800) die zweite Schalteinrichtung (S5) einschaltet und in der Drosselspule (L1) akkumulierte Energie zu der negativen Spannungsquelle (71) hin regeneriert, um die Energie zu verbrauchen.
Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 8, wobei die Laserdiode (40) und die zweite Schalteinrichtung (S3 oder S5) ein Modul (2) bilden.