EP4378064A1 - Ophthalmisches lasersystem und vorrichtung zur regelung einer elektrischen energiezufuhr - Google Patents

Ophthalmisches lasersystem und vorrichtung zur regelung einer elektrischen energiezufuhr

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EP4378064A1
EP4378064A1 EP22789598.4A EP22789598A EP4378064A1 EP 4378064 A1 EP4378064 A1 EP 4378064A1 EP 22789598 A EP22789598 A EP 22789598A EP 4378064 A1 EP4378064 A1 EP 4378064A1
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EP
European Patent Office
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switching element
switching
electrical
load
load element
Prior art date
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Pending
Application number
EP22789598.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Krause
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Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Definitions

  • a laser ophthalmic system an apparatus for controlling an electrical power supply for an electrical load element, a method for providing electrical power for a load element of an ophthalmic laser system, a method for interrupting an electrical power supply for an electrical load element of an ophthalmic laser system.
  • the embodiments are thus in particular in the field of ophthalmic laser systems and their electrical energy supply.
  • Ophthalmic laser devices are complex electromechanical systems consisting of different components, which are consumers of electrical energy and accordingly represent an electrical load.
  • electrical load elements can be represented by computers, user interfaces such as monitors or keyboards, controllers and actuators for mechanical movements, and the laser source and its controller of the ophthalmic laser system.
  • a system for electromotive adjustment of the laser beam and thus of the point of interaction is also often included, which also represents a load element. All of these components typically consume electrical power, whereby the power consumption can usually be divided into a quasi-constant basic consumption and a variable component that depends on the device status. The variable portion can increase significantly, for example, during a laser treatment and/or with a larger movement of the device and cause a corresponding load fluctuation.
  • the peripheral devices which in some cases are powered by the same system and accordingly represent load elements, can also include the following components:
  • peripheral components can introduce significant input capacitance into the ophthalmic laser system and its components, resulting in high inrush currents that typically cannot be fully limited peripherally.
  • the following additional requirements for the energy supply and measures to be taken are conventionally made:
  • Microcontroller-controlled power management In addition to hardware components, such systems also have specially provided software. The development of the software can and can take a lot of development time can also be very complex in terms of regulation, especially in safety-relevant power supply areas.
  • DE 10 2017 211 233 A1 describes a semiconductor control device for electric vehicles, in which a first FET is arranged between the anode of a battery and load and a second FET is arranged between load and ground.
  • the circuit also has a current detection unit 40 and an anomaly detection unit 50, by means of which an abnormal current flow between the battery and the first FET can be detected and used to open the first FET.
  • DE 11 2018 005 925 T5 describes a battery system that has a high-side switch and a low-side switch between the battery and the load.
  • DE 10 2017 202 103 B3 describes a method for operating an electronic circuit breaker.
  • the underlying object is therefore to provide an electrical energy supply for an ophthalmic laser system which enables the device for the energy supply to be switched on with little load and the energy supply to be switched off safely in the event of a fault.
  • a first embodiment relates to an ophthalmic laser system comprising at least one electrical load element and a device for controlling an electrical energy supply for the electrical load element.
  • the device for controlling an electrical energy supply comprises a first switching element, which connects a voltage source and the at least one load element in a switchable manner, and a second switching element, which connects the at least one load element and a ground potential in a switchable manner.
  • the device includes a current limiter, which is designed to limit a current flow to determine between the voltage source and the first switching element and to control a switching state of the first switching element depending on the current flow determined.
  • the device includes a gate driver, which is designed to control a switching state of the second switching element as a function of an electrical potential of the at least one load element. The current limiter and/or the gate driver are set up to switch the first switching element or the second switching element to an open state when the electrical current flow between the voltage source and the first switching element exceeds a predetermined threshold value.
  • a further embodiment relates to a device for controlling an electrical energy supply for an electrical load element.
  • the device comprises a first switching element, which is designed to switchably connect a voltage source and the load element, and a second switching element, which is designed to switchably connect the load element and a ground potential.
  • the device includes a current limiter, which is designed to determine a current flow between the voltage source and the first switching element and to control a switching state of the first switching element as a function of the current flow determined, and a gate driver, which is designed to do this as a function to control a switching state of the second switching element from an electrical potential of the at least one load element.
  • the current limiter and/or the gate driver are set up to switch the first switching element or the second switching element to an open state when the electrical current flow between the voltage source and the first switching element exceeds a predetermined threshold value.
  • a further embodiment relates to the use of a device according to an embodiment for controlling an electrical energy supply of an ophthalmic laser system.
  • a further aspect relates to a method for providing electrical energy for at least one electrical load element of an ophthalmic laser system. The method includes connecting the at least one electrical load element to a voltage source by closing a first switching element in such a way that the at least one load element is brought to an electrical working potential provided by the voltage source.
  • the method also includes determining the electrical potential at which the at least one load element is located and connecting the at least one load element to a ground potential by closing a second switching element using a gate driver if the determined electrical potential of the at least load element exceeds a predetermined threshold value exceeds and/or the amount of a potential difference between the potential of the load element and the working potential of the voltage source falls below a predetermined threshold value.
  • a further aspect relates to a method for interrupting an electrical energy supply for at least one electrical load element of an ophthalmic laser system, the load element being connected to a voltage source by a first switching element and to a ground potential by a second switching element.
  • the method includes determining an electrical current flow between the voltage source and the first switching element using a current limiter, with which the first switching element can be controlled, and checking whether the determined current flow exceeds a predetermined threshold value.
  • the method also includes providing information as to whether the determined current flow exceeds the predetermined threshold value to a gate driver, with which the second switching element can be controlled.
  • the first switching element is opened by the current limiter to disconnect the load element from the voltage source, and/or the second switching element is opened by the method Gate driver for separating the at least one load element from ground potential.
  • An ophthalmic laser system is a laser system for the refractive surgical treatment of a patient's eye, in particular the cornea.
  • the ophthalmic laser system can comprise a laser source and also one or more optical elements in order to apply the laser beam provided by the laser source to the patient's eye.
  • the ophthalmic laser system generally also includes other components which require electrical energy for operation and therefore represent consumers of electrical energy.
  • the laser source can be designed as a femtosecond laser source.
  • An ophthalmic laser system is also referred to as a laser system within the scope of the present disclosure.
  • An electrical load element is part of the ophthalmic laser system, which requires electrical energy to operate and consumes electrical energy during operation.
  • An electrical load element is also simply referred to as a “load element” within the scope of the disclosure.
  • the load element can have one or more electrical components.
  • an electrical load element represents a consumer of electrical energy or has one or more such consumers.
  • the at least one electrical load element can have at least one of the following elements: a computer, a user interface, a control device, an actuator, and a laser source.
  • the device for controlling an electrical energy supply for the electrical load element can be present in particular in the form of an electrical circuit and/or an electrical circuit.
  • a voltage source and/or the at least one load element can form part of the device, although in some optional embodiments the at least one load element and/or the voltage source are not part of the device.
  • Regulation of the electrical energy supply is to be understood as meaning the controlled provision of electrical energy. This does not necessarily have to include regulation in the sense of regulation technology, although this is possible. Rather, the regulation within the meaning of the disclosure can also include or consist of a control.
  • the regulation of the electrical energy supply can in particular include switching on and/or switching off the energy supply.
  • the regulation can include a variation of the power supplied, for example in order to adapt the power supplied to a power requirement prevailing in the ophthalmic laser system or in the load element.
  • a switching element is an electrical switching element that allows the electrical conductivity to be switched.
  • a switching element can thus be used for switching and/or varying an electrical current flow in a controlled manner.
  • the switching element can have different switching states.
  • the switching element can have an open or opened switching state in which the switching element does not produce a conductive current path and accordingly does not allow an electrical current to flow between the terminals of the switching element.
  • the switching element can also have a closed switching state, in which the switching element creates a conductive current path between the terminals and thereby enables a current to flow through the switching element.
  • the first and/or the second switching element can optionally be in the form of a MOSFET.
  • the voltage source can be designed as a voltage source that is matched to the requirements of the ophthalmic laser system and/or the at least one load element.
  • the voltage source can be designed as a DC voltage source.
  • the voltage source can be designed to provide a DC voltage of 48 V.
  • the voltage is a potential difference compared to the system's own ground potential, which can correspond to the electrical potential of the conductive soil or can differ from it.
  • a current limiter is an electrical component or an arrangement of electrical components which monitors an electrical current flowing in an assigned monitoring area and, if a current exceeds a predetermined threshold value, takes a measure to reduce or interrupt the flow of current.
  • the current limiter is set up to open the first switching element in the event that the current flow exceeds the threshold value and in this way to interrupt the current flow.
  • the feature according to which the current limiter controls the switching state of the first switching element as a function of the determined current flow does not prevent other parameters from being optionally used for controlling or regulating the switching state of the first switching element, which is optionally independent of the current limiter.
  • a gate driver is an electrical component and/or an arrangement of electrical components which is used to change the switching state of the second switching element. It should be noted that a switching time depends on the switching element used, i.e. on the hardware used, such as a MOSFET. In this case, the gate driver can be designed to change the switching state of the second switching state in the shortest possible switching time, for example within a switching time of no more than 200 ps.
  • the embodiments offer the advantage that the at least one electrical load element can initially be connected to the voltage source by means of the device when the circuit is not yet closed, and can thereby be brought to the working potential of the voltage source. Since the second switching element can still be kept in the open state during this switching-on phase and the circuit is accordingly still interrupted, a high current flow can be avoided. As a result, the power loss and the load on the first switching element can be kept low. In a further step, after the load element the working potential has been brought or another potential threshold has been reached, and the working voltage has thereby been reached, the second switching element can be closed in order to also provide the working current.
  • the gate driver By means of the gate driver and due to the fact that the load element is already at the working potential, the switching process of the second switching element can be kept very short and in this way the power loss and corresponding wear in the second switching element can also be kept low.
  • the gate driver ensures that sufficiently high currents are provided for the rapid switching process of the second switching element.
  • the invention thus offers the advantage that a two-stage switch-on process for the electrical energy supply of the load element can be provided, the working voltage being provided first by means of the first switching element and only then the working current is provided by the second switching element.
  • This leads to a reduction in the power dissipation and the load in the switching elements and accordingly to an increase in the service life of the switching elements.
  • the second switching element can be dimensioned relatively small, which in particular can lead to a saving in material and/or cost.
  • the embodiments offer the advantage that the circuit can be interrupted by each of the two switching elements and the electrical energy supply can be switched off accordingly. This means that two redundant switching elements are available to switch off the power supply in the event of a fault. Consequently, the embodiments offer the possibility to increase the safety of the ophthalmic laser system and the device.
  • the embodiments offer the advantage that they enable purely hardware-based regulation of the energy supply. Accordingly, in contrast to microcontroller-controlled power management, no control software is required. Thus, the mandatory is omitted Requirement to provide appropriate software and the associated effort to develop and certify the software.
  • the embodiments offer the advantage that no additional discrete lines to the individual loads or load elements are absolutely necessary and the electrical cabling can be simplified accordingly, as is typically required for server backend supplies.
  • the embodiments offer the advantage that the load elements do not necessarily have to be designed with feedback capability and the device for regulating the energy supply can be developed accordingly load-independently. This can reduce development and deployment costs.
  • the embodiments also offer the advantage that they enable precise inrush current limitation, by means of which, in contrast to sluggish energy supply systems with heavily loaded switching elements in linear operation, an overload of the voltage source, for example a power supply unit, can be avoided even with tight power budgets. Also, the embodiments provide accurate overcurrent protection in the event of a short circuit.
  • the embodiments offer the advantage that switching elements can be used which can be switched very quickly and with almost no power, in particular switching elements designed as MOSFETs.
  • the embodiments offer the advantage that a delayed switch-on and a heavy load on the switching elements that is typically associated therewith can be avoided, as a result of which the service life of the switching elements can be increased.
  • the wear on the first switching element can be reduced by using a current limiter and the wear on the second switching element can be reduced by using a gate driver.
  • the embodiments offer the advantage that commercially available components can be used to implement the device.
  • the device for controlling the electrical energy supply is optionally set up to transmit information to the gate driver about the current flow between the voltage source and the first switching element exceeding the predetermined threshold value determined by the current limiter.
  • the current limiter and the gate driver are optionally coupled together in the form of a feedback loop.
  • the current limiter can transmit corresponding information or a corresponding signal to the gate driver.
  • the gate driver can then optionally open the second switching element and thereby break the circuit.
  • the current limiter can optionally also be set up to open the first switching element in the event of such a fault, a two-stage safety system can be provided, as a result of which safety can be increased.
  • the gate driver can also be set up to determine the prevailing electrical potential of the at least one load element or a voltage prevailing at the at least one load element compared to a reference potential, for example the ground potential, in order to determine the switching state of the second switching element based on this to control.
  • the first switching element and/or the second switching element is/are optionally designed as a transistor, in particular as a field effect transistor, FET, and in particular as a metal oxide semiconductor FET, MOSFET, or has one.
  • FET field effect transistor
  • MOSFET metal oxide semiconductor FET
  • the gate driver is optionally designed to convert the switching state of the second switching element from a closed to an open switching state within a switching time of 50 ps or 100 ps to 1 ms or 2 ms, preferably 200 ps.
  • the switching time of the second switching element (referred to as t_switch on in the following formula) can be selected as follows: 50 ps or 10 ops ⁇ t_switch on ⁇ 1 ms or 2 ms.
  • the switching time of the second switching element is preferably limited to 200 ps or is 200 ps. As a result, the period of time in which the switching element can be exposed to increased loads can be reduced in terms of time and the total load on the switching element can be reduced accordingly.
  • the method for providing the electrical energy is preferably designed such that the second switching element is closed by the gate driver within a switching time of 50 ps or 100 ps to 1 ms or 2 ms, preferably 200 ps.
  • the device for controlling an electrical energy supply for the electrical load element also has at least one temperature sensor.
  • the device can be set up to determine at least one temperature of the first switching element by means of the at least one temperature sensor.
  • further temperature sensors can be provided in order to measure the temperature at several points, for example.
  • a further temperature sensor can also be provided in order to measure the temperature at the second switching element.
  • the device for controlling an electrical energy supply for the electrical load element is also set up to use the current limiter and/or the gate driver to switch the first switching element or the second switching element into an opened state when the determined temperature of the first switching element exceeds a predetermined temperature threshold value switch state.
  • the current limiter and/or the gate driver to switch the first switching element or the second switching element into an opened state when the determined temperature of the first switching element exceeds a predetermined temperature threshold value switch state.
  • the predetermined temperature threshold value of the determined temperature of the first switching element can optionally be in a range between 60° and 90°, i.e. optionally not lower than 60° and/or not higher than 90°.
  • a temperature threshold of 70° can be predetermined.
  • the predetermined temperature threshold can be dependent on the nature and/or the type of the first switching element.
  • the temperature sensor in the device for controlling an electrical energy supply for the electrical load element can be arranged adjacent to the first switching element. This offers the possibility of reliably determining the temperature of the first switching element by means of the temperature sensor.
  • the device can have a circuit board on which both the first switching element and the temperature sensor are arranged.
  • some or all other components of the device can also be arranged on the circuit board. This offers the possibility that the device can be provided in a cost-effective and space-saving manner and, through a suitable positioning of the temperature sensor, a reliable one Temperature measurement of the first switching element is made possible without the need for further technical means to be provided for this purpose.
  • the method for interrupting an electrical energy supply for at least one electrical load element of an ophthalmic laser system can also include determining a temperature of at least the first switching element and checking whether the determined temperature of at least the first switching element exceeds a predetermined temperature threshold value. If the test shows that the determined temperature of at least the first switching element exceeds the predetermined temperature threshold value, according to the optional embodiment of the method, the first switching element is opened by the current limiter to disconnect the load element from the voltage source and the second switching element is opened by the gate Driver for separating the at least one load element (20) from ground potential.
  • the predetermined temperature threshold is optionally no lower than 60° and/or no higher than 90°.
  • FIG. 1 shows an exemplary circuit diagram for a device for regulating an electrical energy supply for an electrical load element of an ophthalmic laser system
  • FIG. 2 shows an ophthalmic laser system with a device for controlling an electrical energy supply.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an exemplary circuit diagram for a device 10 for controlling an electrical energy supply for an electrical load element 20 of an ophthalmic laser system 14.
  • the device 10 has a voltage source 16, which as a DC voltage source for providing a voltage of 48 V is designed.
  • the voltage source can be in the form of a power pack or can include one.
  • the device can be designed not to have a voltage source but to be connected to an external voltage source.
  • the device 10 has a first switching element 18a and a second switching element 18b, both of which can be embodied as transistors, in particular as MOSFETs.
  • the two switching elements 18a and 18b can be designed in the same way or different from each other.
  • the device 10 is designed such that the first switching element 18a is arranged in a supply line to at least one load element 20, ie between the voltage source 16 and the load element 20, and the second switching element 18b is arranged in a derivation from the load element 20, ie between the Load element 20 and a ground potential 22 is arranged.
  • the at least one load element 20 is surrounded by a dashed line to show that it does not necessarily have to form part of the device 10 .
  • the at least one load element can be one or more consumers of electrical energy of an ophthalmic laser system, such as a laser source and/or a computer and/or a user interface, and/or a control device and/or an actuator, such as a shifting unit.
  • the capacitance and the ohmic resistance of the load element 20 are indicated by a capacitor 20a and an electrical resistance 20b, for example.
  • the device 10 has a current limiter 24 which is designed to measure the voltage drop across a measuring resistor 26 between the voltage source 16 and the first switching element 18a and to determine the current flow through the measuring resistor 26 based thereon.
  • the current limiter 24 is also connected to the first switching element 18a in order to control it, i.e. to change its switching state.
  • the current limiter can be connected to the gate connection of the MOSFET in order to use it to control the switching state.
  • the device 10 has a gate driver 28 which is connected to the second switching element 18b in order to control its switching state.
  • the second switching element 18b can be in the form of a MOSFET and the gate driver 28 can be connected to the gate of the MOSFET.
  • the gate driver 28 can be designed to provide particularly high currents in order to change the switching state of the second switching element 18b as quickly as possible and thereby minimize the duration of the transition in which the second switching element can be exposed to particularly high loads.
  • the gate driver 28 is connected to the current limiter 24 via an error feedback line 30 .
  • the current limiter 24 can inform the gate driver 28 of the presence of an error, for example by transmitting corresponding (error) information using at least one discrete, analog signal if the current limiter 24 has determined a current flow which is above is the predetermined threshold. This may cause the gate driver 28 to open the second switching element 18b, thereby breaking the circuit.
  • the gate driver 28 is connected to the line between the first switching element 18a and the at least one load element 20 in order to determine an electrical potential prevailing at the load element 20 or a voltage of the load element 20 compared to a reference potential, for example the ground potential 22.
  • a voltage feedback element 29 can be provided, which determines the voltage or the potential of the load element 20 and provides the gate driver 28 with corresponding information. Based on the determined potential, the gate driver 28 can determine whether the at least one load element 20 is already biased, ie is at the potential of the voltage source 16, or is still at a lower potential or even ground potential. As a result, the gate driver 28 can change the switching state of the second switching element 18b depending on the prevailing potential of the load element 20 .
  • the gate driver 28 can initially keep the second switching element 18b open and only then close when the at least one load element 20 is biased.
  • the second switching element 18b is closed, a high current flow can be provided at an early stage and the switching process can be correspondingly shortened and the load on the second switching element 18b can be kept low.
  • a capacitor is provided for the second switching element, which guarantees a repeatable or predefined switching time of the second switching element 18b.
  • the device 10 therefore offers the advantage that a switch-on process for the provision of electrical energy for the load element 20 can take place in a particularly gentle manner on the components and the wear on the switching elements can be kept low accordingly.
  • the device also offers a particularly high level of safety, since it enables the circuit to be interrupted in the event of a fault at two different points with two separate switching elements 18a and 18b.
  • a predetermined threshold value can be stored in the current limiter 24, when this is exceeded by the current flow, the current limiter can bring the first switching element 18a into an open state and consequently can interrupt the circuit.
  • the current limiter 24 can communicate the presence of a fault to the gate driver 28 via the fault feedback line 30, whereupon the gate driver 28 can also bring the second switching element 18b into an open state and also interrupt the position of the second switching element 18b .
  • the electric circuit is only interrupted with one of the switching elements 18a and 18b in the event of a fault and/or when switching off in normal operation, which is also sufficient for terminating the current flow.
  • a device 10 according to an optional embodiment 10, which uses both switching elements 18a and 18b to interrupt the circuit offers the advantage that the circuit can also be reliably interrupted if one of the two switching elements 18a and 18b is not fully functional and unable to break the circuit. In this case, the safe interruption of the circuit is then nevertheless ensured by the other, correctly functioning switching element in each case. In this way, a redundant system for interrupting the circuit can be provided.
  • the device can have a temperature sensor 34 which is arranged adjacent to the first switching element 18a. The temperature of the first switching element 18a can be determined by means of the temperature sensor 34 and compared with a predetermined temperature threshold value.
  • the comparison of the measured value with the temperature threshold value can take place within the temperature sensor 34 and/or optionally by another component, such as a comparator and/or a control unit.
  • the temperature sensor 34 can have a communication connection to the current limiter 24 and/or to the gate driver 28, so that the flow of current can be interrupted if the determined temperature of the first switching element 18a exceeds the temperature threshold value.
  • the first switching element 18a and/or the second switching element 18b can then be opened by means of the current limiter 24 and/or by means of the gate driver 28 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an ophthalmic laser system 14 according to an optional embodiment, which has a device 10 for controlling an electrical energy supply according to an optional embodiment and at least one load element 20 .
  • the ophthalmic laser system 14 is connected to an external power source 32 which provides electrical energy, but which cannot be readily used by the ophthalmic laser system.
  • the ophthalmic laser system 14 may require DC power to operate while the external power source 32 provides AC power.
  • the external voltage source can be in the form of a source of mains voltage, for example.
  • the electrical power or energy is fed into a power pack and converted by this into a direct voltage, which then serves as an internal voltage source 16 for the ophthalmic laser system 14 . Then the voltage provided by the internal voltage source 16 and the associated current flow regulated by the device 10, so that the at least one load element 20, the electrical energy is provided in a suitable form.

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Abstract

Bereitgestellt wird ein ophthalmisches Lasersystem (14) umfassend zumindest ein elektrisches Lastelement (20) und eine Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrisches Lastelement (20). Die Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr umfasst ein erstes Schaltelement (18a), welches eine Spannungsquelle (16) und das zumindest eine Lastelement (20) schaltbar verbindet, sowie ein zweites Schaltelement (18b), welches das zumindest eine Lastelement (20) und ein Massepotenzial (22) schaltbar verbindet. Zudem umfasst die Vorrichtung einen Strombegrenzer (24), welcher dazu ausgelegt ist, einen Stromfluss zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) zu ermitteln und in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss einen Schaltzustand des ersten Schaltelements (18a) steuern. Außerdem umfasst die Vorrichtung (10) einen Gate-Treiber (28), welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potenzial des zumindest einen Lastelements (20) einen Schaltzustand des zweiten Schaltelements (18b) zu steuern. Dabei sind der Strombegrenzer (24) und/oder der Gate-Treiber (28) dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) das erste Schaltelement (18a) bzw. das zweite Schaltelement (18b) in einen geöffneten Zustand zu schalten. Ferner werden eine Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr und Verfahren zur Bereitstellung und Unterbrechung einer elektrischen Energiezufuhr bereitgestellt.

Description

OPHTHALMISCHES LASERSYSTEM UND VORRICHTUNG ZUR
REGELUNG EINER ELEKTRISCHEN ENERGIEZUFUHR
Bereitgestellt werden ein ophthalmisches Lasersystem, eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für ein elektrisches Lastelement, ein Verfahren zur Bereitstellung einer elektrischen Energie für ein Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems, ein Verfahren zur Unterbrechung einer elektrischen Energiezufuhr für ein elektrisches Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems. Die Ausführungsformen liegen somit insbesondere auf dem Gebiet der ophthalmischen Lasersysteme und deren elektrischer Energieversorgung.
Ophthalmische Lasergeräte sind komplexe elektromechanische Systeme bestehend aus unterschiedlichen Komponenten, welche Verbraucher von elektrischer Energie darstellen und entsprechend eine elektrische Last darstellen. Beispielsweise können elektrische Lastelemente durch Computer, Benutzerschnittstellen, wie Monitore oder Tastaturen, Steuergeräte und Aktoren für mechanische Bewegungen sowie die Laserquelle und deren Steuergerät des ophthalmischen Lasersystems Lastelemente darstellen. Häufig ist auch ein System zur elektromotorischen Verstellung des Laserstrahls und damit des Wechselwirkungsortes enthalten, welches ebenfalls ein Lastelement darstellt. All diese Komponenten verbrauchen typischerweise elektrische Leistung, wobei sich die Leitungsaufnahme in der Regel aufteilen lässt in einen quasi konstanten Grundverbrauch und einen vom Gerätezustand abhängigen variablen Anteil. Der variable Anteil kann beispielsweise während einer Laserbehandlung und/oder bei einer größeren Gerätebewegung deutlich anwachsen und eine entsprechende Lastschwankung verursachen. Durch starke Lastschwankungen, ein begrenztes Leistungsbudget und zulassungstechnische Erfordernisse ergeben sich spezielle technische Anforderungen an die Energieversorgung der Lastelemente, welche durch Peripheriekomponenten und das Gesamtgerät des ophthalmischen Lasersystems gebildet werden können. Die Peripheriegeräte, welche in manchen Fällen vom selben System mit Energie versorgt werden und entsprechend Lastelemente darstellen, können außerdem folgende Komponenten umfassen:
- Große periphere Energiespeicher, um Lastspitzen örtlich zu glätten
- Elemente zur aktiven Begrenzung des Einschalt- und Laststromes
- Elemente zum Schutz vor Spannungstransienten
- Elemente für EMV-Filtermaßnahmen
Diese peripheren Komponenten können zu einer erheblichen Eingangskapazität des ophthalmischen Lasersystems und dessen Komponenten führen, welche zu einem hohen Einschaltstrom führen, der sich typischerweise nicht vollständig peripher begrenzen lässt. Um diesem Problem zu begegnen, werden herkömmlicherweise die folgenden zusätzlichen Anforderungen an die Energieversorgung und zu treffende Maßnahmen getroffen:
1 ) Anordnung der Lastelemente in mehreren schaltbaren Ausgangskanälen, die ein kaskadiertes Einschalten der Lastelemente ermöglichen.
2) Aktive Begrenzung des Einschalt- und Laststromes der Ausgangskanäle auf sehr hohem Stromniveau mit möglichst geringen Schaltverlusten.
3) Ergänzender Kurzschlussschutz der Ausgangskanäle, um das Abschalten des Gesamtgerätes im Fehlerfall zu verhindern, was die Diagnose und Reparatur erleichtert.
Die konkreten herkömmlichen Lösungen für dieses Problem lassen sich prinzipiell in die folgenden Kategorien einteilen:
1 ) Microcontroller-gesteuertes Leistungsmanagement: Derartige Systeme weisen neben Hardware-Komponenten auch eine speziell bereitgestellte Software auf. Die Entwicklung der Software kann viel Entwicklungszeit kosten und kann insbesondere in sicherheitsrelevanten Stromversorgungsbereichen auch regulatorisch sehr aufwändig sein.
2) Serverbackendversorgungen mit einzelnen Feedbacksignalen der nachgeschalteten Lastelemente. Dies erfordert eine große Anzahl an diskreten Leitungen zu den einzelnen Lastelementen. Darüber hinaus vermag diese Anordnung die hohen Einschaltströme nicht zu reduzieren, die typischerweise durch die kapazitive Last der Leitungen und der passiven Eingangskapazitäten der Lastelemente entstehen. Zudem müssen für diese Ausgestaltung die Lastelemente feedbackfähig sein, was zur Folge hat, dass die Schaltung nicht lastunabhängig entwickelt werden kann.
3) Träge Systeme mit stark belasteten Schaltelementen, die im Linearbetrieb betrieben werden: Durch eine derartige Variante kann in der Regel keine präzise Einschaltstrombegrenzung realisiert werden, sodass es bei sehr engem Leistungsbudget zur Überlastung der Energiequelle, beispielsweise beim Netzteil, kommen kann. Darüber hinaus ist kein präziser Überstromschutz im Kurzschlussfall möglich, sodass es nicht ohne weiteres möglich ist, Teillasten zu deaktivieren, ohne das Gesamtsystem abzuschalten.
4) Einfache „Hot Swap Controller“ Schaltungen: Um das gewünschte Verhalten zu erzielen, müssen in der Regel hohe Ströme schnell aber definiert eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Hierzu eignen sich lediglich elektronische Schaltelemente, allen voran MOSFETs. Diese lassen sich statisch nahezu leistungslos schalten. Bei starker Schaltungs-Dynamik durch ein schnelles Schalten wirken sich kapazitive Einflüsse sehr stark aus, die mit der Größe des Transistors stark zunehmen. Dies hat zur Folge, dass hohe Steuerströme nötig sind, um die Bauelemente schnell zu schalten. Handelsübliche „Hot Swap Controller“ können daher nicht direkt eingesetzt werden, da diese zwar ein schnelles Ausschaltvermögen besitzen, beim Einschalten aber nur sehr geringe Ströme liefern können. Dies kann zu einem stark verzögerten Einschalten führen. Während dieser Zeit wird das Schaltelement linear betrieben und sehr stark belastet. Solche Systeme sind daher nicht direkt für die in einem ophthalmischen Lasersystem erforderlichen Leistungsbereiche geeignet.
Die DE 10 2017 211 233 A1 beschreibt eine Halbleiter-Steuervorrichtung für Elektrofahrzeuge, bei welcher ein erster FET zwischen der Anode einer Batterie und Last und ein zweiter FET zwischen Last und Masse angeordnet ist. Die Schaltung weist ferner eine Stromerfassungseinheit 40 auf und eine Anomalitäts- Erfassungseinheit 50, mittels welchen ein anomaler Stromfluss zwischen Batterie und erstem FET erkannt werden kann und zum Öffnen des ersten FETs verwendet werden kann. Die DE 11 2018 005 925 T5 beschreibt ein Batteriesystem, welches einen High-Side-Schalter und einen Low-Side Schalter zwischen der Batterie und der Last aufweist. Die DE 10 2017 202 103 B3 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Schutzschalters.
Es liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Energieversorgung für ein ophthalmisches Lasersystem bereitzustellen, welches einen Einschaltvorgang mit geringer Belastung der Vorrichtung zur Energieversorgung und ein sicheres Abschalten der Energieversorgung im Störfall ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein ophthalmisches Lasersystem, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Optionale Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Eine erste Ausführungsform betrifft ein ophthalmisches Lasersystem umfassend zumindest ein elektrisches Lastelement und eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrische Lastelement. Die Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr umfasst ein erstes Schaltelement, welches eine Spannungsquelle und das zumindest eine Lastelement schaltbar verbindet, sowie ein zweites Schaltelement, welches das zumindest eine Lastelement und ein Massepotenzial schaltbar verbindet. Zudem umfasst die Vorrichtung einen Strom begrenzer, welcher dazu ausgelegt ist, einen Stromfluss zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement zu ermitteln und in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss einen Schaltzustand des ersten Schaltelements zu steuern. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Gate-Treiber, welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potenzial des zumindest einen Lastelements einen Schaltzustand des zweiten Schaltelements zu steuern. Dabei sind der Strom begrenzer und/oder der Gate-Treiber dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement das erste Schaltelement bzw. das zweite Schaltelement in einen geöffneten Zustand zu schalten.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für ein elektrisches Lastelement. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Schaltelement, welches dazu ausgelegt ist, eine Spannungsquelle und das Lastelement schaltbar zu verbinden, sowie ein zweites Schaltelement, welches dazu ausgelegt ist, das Lastelement und ein Massepotenzial schaltbar zu verbinden. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Strombegrenzer, welcher dazu ausgelegt ist, einen Stromfluss zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement zu ermitteln und in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss einen Schaltzustand des ersten Schaltelements zu steuern, sowie einen Gate-Treiber, welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potenzial des zumindest einen Lastelements einen Schaltzustand des zweiten Schaltelements zu steuern. Der Strombegrenzer und/oder der Gate-Treiber sind dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement das erste Schaltelement bzw. das zweite Schaltelement in einen geöffneten Zustand zu schalten.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr eines ophthalmischen Lasersystems. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer elektrischen Energie für zumindest ein elektrisches Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems. Das Verfahren umfasst ein Verbinden des zumindest einen elektrischen Lastelements mit einer Spannungsquelle durch Schließen eines ersten Schaltelements derart, dass das zumindest eine Lastelement auf ein durch die Spannungsquelle bereitgestelltes elektrisches Arbeitspotenzial gebracht wird. Außerdem umfasst das Verfahren ein Ermitteln des elektrischen Potenzials, auf welchem sich das zumindest eine Lastelement befindet und ein Verbinden des zumindest einen Lastelements mit einem Massepotenzial durch Schließen eines zweiten Schaltelements mittels eines Gate-Treibers, sofern das ermittelte elektrische Potenzial des zumindest Lastelements einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet und/oder der Betrag einer Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial des Lastelements und dem Arbeitspotenzial der Spannungsquelle einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Unterbrechung einer elektrischen Energiezufuhr für zumindest ein elektrisches Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems, wobei das Lastelement durch ein erstes Schaltelement mit einer Spannungsquelle und durch ein zweites Schaltelement mit einem Massepotenzial verbunden ist. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement anhand eines Strombegrenzers, mit welchem das erste Schaltelement steuerbar ist und ein Prüfen, ob der ermittelte Stromfluss einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Information, ob der ermittelte Stromfluss den vorbestimmten Schwellwert übersteigt, an einen Gate-Treiber, mit welchem das zweite Schaltelement steuerbar ist. Sofern die Prüfung ergibt, dass der ermittelte Stromfluss den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, erfolgt gemäß dem Verfahren ein Öffnen des ersten Schaltelements durch den Strom begrenzer zur Trennung des Lastelements von der Spannungsquelle, und/oder ein Öffnen des zweiten Schaltelements durch den Gate-Treiber zur Trennung des zumindest einen Lastelements vom Massepotenzial.
Ein ophthalmisches Lasersystem ist dabei ein Lasersystem für die refraktive chirurgische Behandlung eines Patientenauges, insbesondere der Cornea. Das ophthalmische Lasersystem kann insbesondere eine Laserquelle umfassen und auch eine oder mehrere optische Elemente, um den von der Laserquelle bereitgestellten Laserstrahl auf das Patientenauge zu applizieren. Zudem umfasst das ophthalmische Lasersystem neben der Laserquelle in der Regel noch weitere Komponenten, welche zum Betrieb elektrische Energie benötigen und daher Verbraucher von elektrischer Energie darstellen. Optional kann die Laserquelle als eine Femtosekundenlaserquelle ausgebildet sein. Ein ophthalmisches Lasersystem wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch als Lasersystem bezeichnet.
Ein elektrisches Lastelement ist dabei ein Teil des ophthalmischen Lasersystems, welches zum Betrieb elektrische Energie benötigt und im Betrieb elektrische Energie verbraucht. Ein elektrisches Lastelement wird im Rahmen der Offenbarung auch lediglich als „Lastelement“ bezeichnet. Das Lastelement kann dabei eine oder mehrere elektrische Komponenten aufweisen. Mit anderen Worten stellt ein elektrisches Lastelement einen Verbraucher von elektrischer Energie dar oder weist einen oder mehrere solche Verbraucher auf. Insbesondere kann das zumindest eine elektrische Lastelement zumindest eines der folgenden Elemente aufweisen: einen Computer, eine Benutzerschnittstelle, ein Steuergerät, einen Aktor, und eine Laserquelle.
Die Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrische Lastelement kann insbesondere in Form einer elektrischen Schaltung und/oder eines elektrischen Schaltkreises vorliegen. Dabei können eine Spannungsquelle und/oder das zumindest eine Lastelement einen Teil der Vorrichtung bilden, wenngleich in manchen optionalen Ausführungsformen das zumindest eine Lastelement und/oder die Spannungsquelle nicht Teil der Vorrichtung sind. Unter einer Regelung der elektrischen Energiezufuhr ist dabei das kontrollierte Bereitstellen von elektrischer Energie zu verstehen. Dies muss nicht zwingend eine Regelung im Sinne der Regelungstechnik umfassen, wenngleich dies möglich ist. Vielmehr kann die Regelung im Sinne der Offenbarung auch eine Steuerung umfassen oder daraus bestehen. Die Regelung der elektrischen Energiezufuhr kann insbesondere ein Einschalten und/oder Abschalten der Energiezufuhr umfassen. Außerdem kann die Regelung eine Variation der zugeführten Leistung umfassen, etwa um die zugeführte Leistung einem im ophthalmischen Lasersystem bzw. in Lastelement vorherrschenden Leistungsbedarf anzupassen.
Ein Schaltelement ist dabei ein elektrisches Schaltelement, welches ein Schalten der elektrischen Leitfähigkeit erlaubt. So kann ein Schaltelement zum Schalten und/oder kontrollierten Variieren eines elektrischen Stromflusses verwendet werden. Das Schaltelement kann dabei verschiedene Schaltzustände aufweisen. Insbesondere kann das Schaltelement einen offenen bzw. geöffneten Schaltzustand aufweisen, in welchem das Schaltelement keinen leitfähigen Strompfad herstellt und entsprechend keinen elektrischen Stromfluss zwischen den Anschlüssen des Schaltelements ermöglicht. Auch kann das Schaltelement einen geschlossenen Schaltzustand aufweisen, in welchem das Schaltelement einen leitfähigen Strompfad zwischen den Anschlüssen herstellt und dadurch einen Stromfluss durch das Schaltelement ermöglicht. Optional kann das erste und/oder das zweite Schaltelement als ein MOSFET ausgebildet sein.
Die Spannungsquelle kann dabei als eine auf den Bedarf des ophthalmischen Lasersystems und/oder das zumindest eine Lastelement abgestimmte Spannungsquelle ausgebildet sein. Insbesondere kann die Spannungsquelle als eine Gleichspannungsquelle ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Spannungsquelle dazu ausgelegt sein, eine Gleichspannung in Höhe von 48 V bereitzustellen. Dabei ist die Spannung eine Potenzialdifferenz gegenüber dem systemeigenen Massepotenzial, welches dem elektrischen Potenzial des leitfähigen Erdreichs entsprechen kann oder von diesem abweichen kann. Ein Strom begrenzer ist ein elektrisches Bauteil oder eine Anordnung von elektrischen Bauteilen, welche einen in einem zugewiesenen Überwachungsbereich fließenden elektrischen Strom überwachen und bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwert eines Stroms eine Maßnahme zur Reduktion oder Unterbrechung des Stromflusses bewirkt. Insbesondere ist der Strombegrenzer dazu eingerichtet, im Falle eines Überschreitens des Schwellwertes durch den Stromfluss das erste Schaltelement zu öffnen und auf diese Weise den Stromfluss zu unterbrechen. Dem Merkmal, wonach der Strombegrenzer den Schaltzustand des ersten Schaltelements in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss steuert, steht nicht entgegen, dass optional auch andere Parameter für die Steuerung oder Regelung des Schaltzustands des ersten Schaltelements herangezogen werden, welche optional unabhängig vom Strombegrenzer ist.
Ein Gate-Treiber ist dabei ein elektrisches Bauteil und/oder eine Anordnung von elektrischen Bauteilen, welche einer Änderung des Schaltzustands des zweiten Schaltelements dienen. Dabei ist zu bedenken, dass eine Schaltzeit vom verwendeten Schaltelement, d.h. von der verwendeten Hardware, wie beispielsweise einem MOSFET, abhängt. Dabei kann der Gate-Treiber dazu ausgelegt sein, den Schaltzustand des zweiten Schaltzustands in einer möglichst kurzen Schaltzeit zu ändern, etwa innerhalb einer Schaltzeit von nicht mehr als 200 ps.
Die Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass mittels der Vorrichtung das zumindest eine elektrische Lastelement zunächst bei noch nicht geschlossenem Stromkreis mit der Spannungsquelle verbunden werden kann und dadurch auf das Arbeitspotenzial der Spannungsquelle gebracht werden kann. Dadurch, dass während dieser Phase des Einschaltens das zweite Schaltelement noch in geöffnetem Zustand gehalten werden kann und entsprechend der Stromkreis noch unterbrochen ist, kann ein hoher Stromfluss vermieden werden. Demzufolge kann die Verlustleistung und die Belastung des ersten Schaltelements gering gehalten werden. In einem weiteren Schritt kann sodann, nachdem das Lastelement auf das Arbeitspotenzial gebracht wurde oder eine anderweitige Potenzialschwelle erreicht wurde, und dadurch die Arbeitsspannung erreicht wurde, das zweite Schaltelement geschlossen werden, um auch den Arbeitsstrom bereitzustellen. Mittels des Gate-Treibers und aufgrund der Tatsache, dass sich das Lastelement bereits auf dem Arbeitspotenzial befindet, kann der Schaltvorgang des zweiten Schaltelements sehr kurz gehalten werden und auf diese Weise ebenfalls die Verlustleistung und entsprechend der Verschleiß im zweiten Schaltelement gering gehalten werden. Der Gate-Treiber stellt dabei sicher, dass ausreichend hohe Ströme für den schnellen Schaltvorgang des zweiten Schaltelements bereitgestellt werden.
Somit bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein zweistufiger Einschaltprozess für die elektrische Energieversorgung des Lastelements bereitgestellt werden kann, wobei zunächst die Arbeitsspannung mittels des ersten Schaltelements und erst im Anschluss daran der Arbeitsstrom mit dem zweitem Schaltelement bereitgestellt wird. Dies führt zu einer Verringerung der Verlustleistung und der Belastung in den Schaltelementen und entsprechend zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Schaltelemente. Das zweite Schaltelement kann dadurch relativ klein dimensioniert werden, was insbesondere zu einer Materialeinsparung und/oder einer Kosteneinsparung führen kann.
Außerdem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass durch jedes der beiden Schaltelemente der Stromkreis unterbrochen und entsprechend die elektrische Energieversorgung abgeschaltet werden kann. Somit stehen zwei redundante Schaltelemente für die Abschaltung der Energieversorgung in einem Störfall zur Verfügung. Folglich bieten die Ausführungsformen die Möglichkeit, die Sicherheit des ophthalmischen Lasersystems und der Vorrichtung zu erhöhen.
Ferner bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass diese eine rein hardwarebasierte Regelung der Energiezufuhr ermöglichen. Entsprechend ist im Gegensatz zu einem microcontrollergesteuerten Leistungsmanagement keine Verwendung einer Steuerungssoftware erforderlich. Somit entfällt das zwingende Erfordernis, eine entsprechende Software bereitzustellen und der damit verbundene Aufwand zur Entwicklung und Zertifizierung der Software.
Zudem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass keine zusätzlichen diskreten Leitungen zu den einzelnen Lasten bzw. Lastelementen zwingend erforderlich sind und entsprechend die elektrische Verkabelung vereinfacht werden kann, wie dies typischerweise bei Serverbackendversorgungen erforderlich ist. Außerdem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass die Lastelemente nicht zwingend feedbackfähig ausgestaltet sein müssen und die Vorrichtung zur Regelung der Energiezufuhr entsprechend lastunabhängig entwickelt werden kann. Dadurch können die Entwicklungs- und Bereitstellungskosten reduziert werden.
Auch bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass diese eine präzise Einschaltstrombegrenzung ermöglichen, mittels welcher, im Gegensatz zu trägen Systemen zur Energieversorgung mit stark belasteten Schaltelementen im Linearbetrieb, auch bei knapp bemessenen Leistungsbudgets eine Überlastung der Spannungsquelle, beispielsweise eines Netzteils, vermieden werden kann. Auch bieten die Ausführungsformen einen präzisen Überstromschutz im Falle eines Kurzschlusses.
Ferner bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass Schaltelemente verwendet werden können, welche sehr schnell und nahezu leistungslos geschaltet werden können, insbesondere als MOSFETs ausgebildete Schaltelemente. Insbesondere bieten die Ausführungsformen dabei den Vorteil, dass ein verzögertes Einschalten und eine typischerweise damit einhergehende starke Belastung der Schaltelemente vermieden werden kann, wodurch die Lebensdauer der Schaltelemente erhöht werden kann. Insbesondere kann der Verschleiß des ersten Schaltelements durch den Einsatz eines Strombegrenzers und der Verschleiß des zweiten Schaltelements durch den Einsatz eines Gate-Treibers reduziert werden. Außerdem bieten die Ausführungsformen den Vorteil, dass handelsübliche Bauteile zur Realisierung der Vorrichtung verwendet werden können.
Insbesondere können handelsübliche Schaltelemente, wie etwa MOSFETs, Gate- Treiber und/oder Strombegrenzer für die Realisierung der Vorrichtung Verwendung finden. Dadurch können die Herstellungskosten reduziert werden.
Optional ist die Vorrichtung zur Regelung der elektrischen Energiezufuhr dazu eingerichtet, eine Information über ein durch den Strom begrenzer ermitteltes Überschreiten des vorbestimmten Schwellwertes durch den Stromfluss zwischen der Spannungsquelle und dem ersten Schaltelement an den Gate-Treiber zu übermitteln. Mit anderen Worten sind der Strombegrenzer und der Gate-Treiber optional in Form einer Feedback-Schleife miteinander gekoppelt. Insbesondere kann bei Erkennen eines Überschreitens des Schwellwertes durch den Stromfluss, d.h. etwa bei Vorliegen eines Stromflusses, welcher einen zulässigen Maximalwert überschreitet, durch den Strombegrenzer eine entsprechende Information bzw. ein entsprechendes Signal an den Gate-Treiber übermittelt werden. Der Gate-Treiber kann optional daraufhin das zweite Schaltelement öffnen und dadurch den Stromkreis unterbrechen. Da optional auch der Strombegrenzer dazu eingerichtet sein kann, in solch einem Fehlerfalle das erste Schaltelement zu öffnen, kann ein zweistufiges Sicherheitssystem bereitgestellt werden, wodurch die Sicherheit erhöht werden kann. Insbesondere kann auch der Gate-Treiber dazu eingerichtet sein, dass dieser das vorherrschende elektrische Potenzial des zumindest einen Lastelements bzw. eine am zumindest einen Lastelement vorherrschende Spannung gegenüber einem Referenzpotenzial, beispielsweise dem Massepotenzial, zu ermitteln, um etwa darauf basierend den Schaltzustand des zweiten Schaltelements zu steuern.
Optional ist das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement jeweils als ein Transistor, insbesondere als ein Feldeffekt-Transistor, FET, und insbesondere als ein Metalloxid-Halbleiter-FET, MOSFET, ausgebildet oder weist einen solchen auf. Dies bietet den Vorteil, dass ein besonders schnelles Ein- und/oder Ausschalten der Schaltelemente ermöglicht wird. Ferner bietet dies den Vorteil, dass handelsübliche Komponenten verwendet werden können.
Optional ist der Gate-Treiber dazu ausgelegt, den Schaltzustand des zweiten Schaltelements innerhalb einer Schaltzeit von 50 ps oder 100 ps bis 1 ms oder 2 ms, bevorzugt von 200 ps, von einem geschlossenen in einen offenen Schaltzustand zu überführen. Das heißt, die Schaltzeit des zweiten Schaltelements (in nachfolgender Formel als t_Einschalt bezeichnet) kann wie folgt gewählt werden: 50ps oder 10Ops < t_Einschalt < 1 ms oder 2ms. Bevorzugt wird die Schaltzeit des zweiten Schaltelements jedoch auf 200 ps begrenzt oder beträgt 200 ps. Dadurch kann der Zeitraum, in welchem das Schaltelement erhöhten Belastungen ausgesetzt sein kann, zeitlich reduziert werden und entsprechend die Gesamtbelastung des Schaltelements verringert werden. Folglich bietet dies den Vorteil, dass ein Verschleiß des zweiten Schaltelements verringert und die Lebensdauer erhöht werden kann. Entsprechend ist auch das Verfahren zur Bereitstellung der elektrischen Energie vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das Schließen des zweiten Schaltelements durch den Gate- Treiber innerhalb einer Schaltzeit von 50 ps oder 100 ps bis 1 ms oder 2 ms, bevorzugt von 200 ps, erfolgt.
Optional weist die Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrische Lastelement ferner zumindest einen Temperatursensor auf. Dabei kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, mittels des zumindest einen Temperatursensors zumindest eine Temperatur des ersten Schaltelements zu ermitteln. Optional können noch weitere Temperatursensoren bereitgestellt werden, um etwa an mehreren Stellen die Temperatur zu messen. So kann etwa auch ein weiterer Temperatursensor vorgesehen sein, um am zweiten Schaltelement die Temperatur zu messen. Dadurch kann beispielsweise ein Überhitzen des ersten Schaltelements und/oder anderer Komponenten der Vorrichtung erkannt werden. Optional ist die Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrische Lastelement ferner dazu eingerichtet, mittels des Strombegrenzers und/oder des Gate-Treibers bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes durch die ermittelte Temperatur des ersten Schaltelements das erste Schaltelement bzw. das zweite Schaltelement in einen geöffneten Zustand zu schalten. Dadurch kann etwa bei einer festgestellten Überhitzung des ersten Schaltelements der Stromfluss mittels des zweiten Schaltelements unterbrochen werden. Dies bietet somit die Möglichkeit, auch dann den Stromfluss zuverlässig zu unterbrechen, wenn das erste Schaltelement aufgrund der Überhitzung und/oder aus einem anderen Grund den Stromfluss nicht mehr unterbrechen kann. Zudem bietet dies den Vorteil, dass das überhitzte erste Schaltelement nicht durch einen Schaltvorgang einer zusätzlichen Belastung ausgesetzt wird, wodurch die Überhitzung des ersten Schaltelements noch weiter begünstigt werden könnte.
Der vorbestimmte Temperaturschwellwert der ermittelten Temperatur des ersten Schaltelements kann optional in einem Bereich zwischen 60° und 90° liegen, d.h. optional nicht niedriger als 60° und/oder nicht höher als 90° sein. Optional kann ein Temperaturschwellwert von 70° vorbestimmt sein. Der vorbestimmte Temperaturschwellwert kann dabei von der Art und/oder dem Typ des ersten Schaltelements abhängig sein.
Der Temperatursensor in der Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrische Lastelement kann an das erste Schaltelement angrenzend angeordnet sein. Dies bietet die Möglichkeit, mittels des Temperatursensors die Temperatur des ersten Schaltelements zuverlässig zu bestimmen. Optional kann die Vorrichtung eine Platine aufweisen, auf welcher sowohl das erste Schaltelement und auch der Temperatursensor angeordnet sind. Optional können auch manche oder alle weiteren Komponenten der Vorrichtung auf der Platine angeordnet sein. Dies bietet die Möglichkeit, dass die Vorrichtung kostengünstig und platzsparend bereitgestellt werden kann und durch eine geeignete Positionierung des Temperatursensors eine zuverlässige Temperaturmessung des ersten Schaltelements ermöglicht wird, ohne dass weitere technische Mittel zu diesem Zweck zwingend bereitgestellt werden müssen.
Optional kann das Verfahren zur Unterbrechung einer elektrischen Energiezufuhr für zumindest ein elektrisches Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems ferner ein Ermitteln einer Temperatur zumindest des ersten Schaltelements umfassen, sowie ein Prüfen, ob die ermittelte Temperatur zumindest des ersten Schaltelements einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet. Sofern die Prüfung ergibt, dass die ermittelte Temperatur zumindest des ersten Schaltelements den vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet, erfolgt gemäß der optionalen Ausgestaltung des Verfahrens ein Öffnen des ersten Schaltelements durch den Strombegrenzer zur Trennung des Lastelements von der Spannungsquelle und ein Öffnen des zweiten Schaltelements durch den Gate- Treiber zur Trennung des zumindest einen Lastelements (20) vom Massepotenzial. Dies bietet den Vorteil, dass eine Überhitzung des ersten Schaltelements zuverlässig festgestellt werden kann und im Falle einer Überhitzung des ersten Schaltelements der Stromfluss zuverlässig unterbrochen werden kann. Der vorbestimmte Temperaturschwellwert ist optional nicht niedriger als 60° und/oder nicht höher als 90°.
Die oben genannten und im Folgenden erläuterten Merkmale und Ausführungsformen sind dabei nicht nur als in den jeweils explizit genannten Kombinationen offenbart anzusehen, sondern sind auch in anderen technisch sinnhaften Kombinationen und Ausführungsformen vom Offenbarungsgehalt umfasst.
Weitere Einzelheiten und Vorteile sollen nun anhand von den folgenden Beispielen und optionalen Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen: Figur 1 einen beispielhaften Schaltplan für eine Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für eine elektrisches Lastelement eines ophthalmischen Lasersystems;
Figur 2 ein ophthalmisches Lasersystem mit einer Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr.
In den folgenden Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen der Einfachheit halber mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen beispielhaften Schaltplan für eine Vorrichtung 10 zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für ein elektrisches Lastelement 20 eines ophthalmischen Lasersystems 14. Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 eine Spannungsquelle 16 auf, welche als Gleichspannungsquelle zur Bereitstellung einer Spannung von 48 V ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Spannungsquelle als ein Netzteil ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Gemäß anderen optionalen Ausführungsformen kann die Vorrichtung dazu ausgelegt sein, keine Spannungsquelle aufzuweisen, sondern mit einer externen Spannungsquelle verbunden zu werden.
Zudem weist die Vorrichtung 10 ein erstes Schaltelement 18a und ein zweites Schaltelement 18b auf, welche beide als Transistoren, insbesondere als MOSFETs, ausgebildet sein können. Dabei können die beiden Schaltelemente 18a und 18b gleichartig oder verschiedenartig voneinander ausgebildet sein.
Dabei ist die Vorrichtung 10 derart ausgebildet, dass das erste Schaltelement 18a in einer Zuleitung zu zumindest einem Lastelement 20 angeordnet ist, d.h. zwischen der Spannungsquelle 16 und dem Lastelement 20, und das zweite Schaltelement 18b in einer Ableitung vom Lastelement 20, d.h. zwischen dem Lastelement 20 und einem Massepotenzial 22, angeordnet ist. Das zumindest eine Lastelement 20 ist dabei mit einer gestrichelten Linie umrandet, um dazustellen, dass dieses nicht notwendigerweise einen Teil der Vorrichtung 10 bilden muss. Insbesondere kann es sich bei dem zumindest einen Lastelement um einen oder mehrere Verbraucher von elektrischer Energie eines ophthalmischen Lasersystems handeln, wie etwa eine Laserquelle und/oder ein Computer und/oder eine Benutzerschnittstelle, und/oder ein Steuergerät und/oder ein Aktor, wie etwa eine Verschiebeeinheit. Die Kapazität und der ohmsche Widerstand des Lastelements 20 sind beispielhaft durch einen Kondensator 20a und einen elektrischen Widerstand 20b indiziert.
Außerdem weist die Vorrichtung 10 einen Strom begrenzer 24 auf, welcher dazu ausgelegt ist, zwischen der Spannungsquelle 16 und dem ersten Schaltelement 18a die über einem Messwiderstand 26 abfallende Spannung zu messen und darauf basierend den Stromfluss durch den Messwiderstand 26 zu ermitteln. Der Strombegrenzer 24 ist ferner mit dem ersten Schaltelement 18a verbunden, um dieses zu steuern, d.h. um dessen Schaltzustand zu ändern. Insbesondere kann bei einem als MOSFET ausgebildeten ersten Schaltelement 18a der Strombegrenzer mit dem Gate-Anschluss des MOSFETs verbunden sein, um darüber den Schaltzustand zu steuern.
Zudem weist die Vorrichtung 10 einen Gate-Treiber 28 auf, welcher mit dem zweiten Schaltelement 18b verbunden ist, um dessen Schaltzustand zu steuern. Auch dabei kann das zweite Schaltelement 18b als MOSFET ausgebildet sein und der Gate-Treiber 28 mit dem Gate des MOSFETs verbunden sein. Insbesondere kann der Gate-Treiber 28 dazu ausgelegt sein, besonders hohe Ströme bereitzustellen, um den Schaltzustand des zweiten Schaltelements 18b möglichst schnell zu ändern und dadurch die Zeitdauer des Übergangs, in welchem das zweite Schaltelement besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein kann, zeitlich zu minimieren. Um eine präzise Steuerung des zweiten Schaltelements 18b durch den Gate-Treiber 28 zu ermöglichen, ist der Gate-Treiber 28 zum einen über eine Fehler-Feedbackleitung 30 mit dem Strombegrenzer 24 verbunden. Über die Fehler-Feedbackleitung 30 kann der Strombegrenzer 24 dem Gate-Treiber 28 das Vorliegen eines Fehlers mitteilen, beispielsweise durch ein Übermitteln einer entsprechenden (Fehler-) Information mittels zumindest eines diskreten, analogen Signals, falls der Strom begrenzer 24 einen Stromfluss ermittelt hat, welcher über dem vorbestimmten Schwellwert liegt. Dies kann den Gate-Treiber 28 dazu veranlassen, das zweite Schaltelement 18b zu öffnen und dadurch den Stromkreis zu unterbrechen.
Außerdem ist der Gate-Treiber 28 mit der Leitung zwischen dem ersten Schaltelement 18a und dem zumindest einen Lastelement 20 verbunden, um ein am Lastelement 20 vorherrschendes elektrisches Potenzial bzw. eine Spannung des Lastelements 20 gegenüber einem Referenzpotenzial, beispielsweise dem Massepotenzial 22, zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann ein Spannungs- Feedback-Element 29 bereitgestellt sein, welches die Spannung bzw. das Potenzial des Lastelements 20 ermittelt und dem Gate-Treiber 28 eine entsprechende Information bereitstellt. Auf Basis des ermittelten Potenzials kann der Gate-Treiber 28 ermitteln, ob das zumindest eine Lastelement 20 bereits vorgespannt ist, d.h. sich auf dem Potenzial der Spannungsquelle 16 befindet, oder sich noch auf einem niedrigeren Potenzial oder gar dem Massepotenzial befindet. Dadurch kann der Gate-Treiber 28 den Schaltzustand des zweiten Schaltelements 18b in Abhängigkeit vom vorherrschenden Potenzial des Lastelements 20 ändern. Insbesondere kann zum Einschalten der elektrischen Energiezufuhr der Gate-Treiber 28 das zweite Schaltelement 18b zunächst geöffnet halten und erst dann schließen, wenn das zumindest eine Lastelement 20 vorgespannt ist. Dadurch kann beim Schließen des zweiten Schaltelements 18b frühzeitig ein hoher Stromfluss bereitgestellt werden und entsprechend der Schaltvorgang verkürzt und die Belastung des zweiten Schaltelements 18b gering gehalten werden. Denkbar ist, dass ein Kondensator für das zweite Schaltelement bereitgestellt wird, der eine wiederholbare bzw. vordefinierte Schaltzeit des zweiten Schaltelements 18b garantiert. Die Vorrichtung 10 bietet demnach den Vorteil, dass ein Einschaltvorgang der Bereitstellung von elektrischer Energie für das Lastelement 20 besonders schonend für die Bauteile erfolgen kann und entsprechend der Verschleiß der Schaltelemente gering gehalten werden kann. Darüber hinaus bietet die Vorrichtung zudem auch ein besonders hohes Maß an Sicherheit, da diese die Unterbrechung des Stromkreises im Falle einer Störung an gleich zwei verschiedenen Stellen mit zwei separaten Schaltelementen 18a und 18b ermöglicht.
Dabei kann zur Vermeidung einer Überlastung der Vorrichtung 10 im Strombegrenzer 24 ein vorbestimmter Schwellwert hinterlegt sein, bei dessen Überschreiten durch den Stromfluss der Strom begrenzer das erste Schaltelement 18a in einen geöffneten Zustand bringen kann und folglich den Stromkreis unterbrechen kann. Zudem kann der Strombegrenzer 24 über die Fehler- Feedbackleitung 30 das Vorliegen eines Fehlers dem Gate-Treiber 28 mitteilen, woraufhin auch der Gate-Treiber 28 ebenfalls das zweite Schaltelement 18b in einen geöffneten Zustand bringen kann und auch der Stelle des zweiten Schaltelements 18b unterbrechen kann. Selbstverständlich kann gemäß manchen optionalen Ausführungsformen vorgesehen sein, den Stromkreis im Falle eines Fehlers und/oder beim Ausschalten im Regelbetrieb lediglich mit einem der Schaltelemente 18a und 18b zu unterbrechen, was für die Beendigung des Stromflusses auch ausreichend ist. Allerdings bietet eine Vorrichtung 10 gemäß einer optionalen Ausführungsform 10, welche sich beider Schaltelemente 18a und 18b zum Unterbrechen des Stromkreises bedient, den Vorteil, dass auch dann der Stromkreis zuverlässig unterbrochen werden kann, wenn eines der beiden Schaltelemente 18a und 18b nicht vollständig funktionstüchtig ist und den Stromkreis nicht zu unterbrechen vermag. In diesem Fall wird sodann dennoch durch das jeweils andere, korrekt funktionierende Schaltelement, das sichere Unterbrechen des Stromkreises gewährleistet. Auf diese Weise kann ein redundantes System zur Unterbrechung des Stromkreises bereitgestellt werden. Außerdem kann die Vorrichtung gemäß der gezeigten optionalen Ausführungsform einen Temperatursensor 34 aufweisen, welcher an das erste Schaltelement 18a angrenzend angeordnet ist. Mittels des Temperatursensors 34 kann die Temperatur des ersten Schaltelements 18a ermittelt und mit einem vorbestimmten Temperaturschwellwert verglichen werden. Der Vergleich des Messwertes mit dem Temperaturschwellwert kann dabei innerhalb des Temperatursensors 34 und/oder optional durch eine andere Komponente, etwa einen Komparator und/oder eine Steuereinheit, erfolgen. Zudem kann der Temperatursensor 34 eine Kommunikationsverbindung zum Strom begrenzer 24 und/oder zum Gate-Treiber 28 aufweisen, sodass bei einer festgestellten Überschreitung des Temperaturschwellwerts durch die ermittelte Temperatur des ersten Schaltelements 18a der Stromfluss unterbrochen werden kann. Dazu kann sodann mittels des Strombegrenzers 24 und/oder mittels des Gate-Treibers 28 das erste Schaltelement 18a und/oder das zweite Schaltelement 18b geöffnet werden.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein ophthalmisches Lasersystem 14 gemäß einer optionalen Ausführungsform, welches eine Vorrichtung 10 zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr gemäß einer optionalen Ausführungsform und zumidnest einen Lastelement 20 aufweist. Das ophthalmische Lasersystem 14 ist mit einer externen Spannungsquelle 32 verbunden, welches elektrische Energie bereitstellt, die jedoch vom ophthalmischen Lasersystem nicht ohne Weiteres verwendet werden kann. Beispielsweise kann das ophthalmische Lasersystem 14 für den Betrieb eine Gleichspannung benötigen, während die externe Spannungsquelle 32 eine Wechselspannung bereitstellt. Die externe Spannungsquelle kann beispielsweise als ein Quelle von Netzspannung ausgebildet sein.
Dabei wird die elektrische Leistung bzw. Energie in ein Netzteil eingespeist und von diesem in eine Gleichspannung umgewandelt, welches sodann als interne Spannungsquelle 16 für das ophthalmsiche Lasersystem 14 dient. Daraufhin wird die von der internen Spannungsquelle 16 bereitgestellte Spannung und der zugehörige Stromfluss durch die Vorrichtung 10 geregelt, sodass dem zumindest einen Lastelement 20 die elektrische Energie in geeigneter Form bereitgestellt wird.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr
14 ophthalmisches Lasersystem 16 Spannungsquelle
18a erstes Schaltelement
18b zweites Schaltelement
20 Lastelement
20a Kondensator (Kapazität des Lastelements) 20b Widerstand (ohmscher Widerstand des Lastelements)
22 Massepotenzial
24 Strombegrenzer
26 Messwiderstand
28 Gate-Treiber 29 Feedback-Element
30 Fehler-Feedbackleitung
32 externe Spannungsquelle
34 Temperatursensor

Claims

23 Patentansprüche
1 . Ophthalmisches Lasersystem (14) umfassend zumindest ein elektrisches Lastelement (20) und eine Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrisches Lastelement (20), die Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr umfassend:
- ein erstes Schaltelement (18a), welches eine Spannungsquelle (16) und das zumindest eine Lastelement (20) schaltbar verbindet;
- ein zweites Schaltelement (18b), welches das zumindest eine Lastelement (20) und ein Massepotenzial (22) schaltbar verbindet;
- einen Strom begrenzer (24), welcher dazu ausgelegt ist, einen Stromfluss zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) zu ermitteln und in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss einen Schaltzustand des ersten Schaltelements (18a) steuern;
- einen Gate-Treiber (28), welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potenzial des zumindest einen Lastelements (20) einen Schaltzustand des zweiten Schaltelements (18b) zu steuern; wobei der Strombegrenzer (24) und/oder der Gate-Treiber (28) dazu eingerichtet sind, bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) das erste Schaltelement (18a) bzw. das zweite Schaltelement (18b) in einen geöffneten Zustand zu schalten.
2. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (10) zur Regelung der elektrischen Energiezufuhr dazu eingerichtet ist, eine Information über ein durch den Strom begrenzer (24) ermitteltes Überschreiten des vorbestimmten Schwellwertes durch den Stromfluss zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) an den Gate- Treiber (28) zu übermitteln.
3. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Schaltelement (18a) und/oder das zweite Schaltelement (18b) jeweils als ein Transistor, insbesondere als ein Feldeffekt-Transistor, FET, und insbesondere als ein Metalloxid-Halbleiter-FET, MOSFET, ausgebildet ist oder einen solchen aufweist.
4. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungsquelle (16) als eine Gleichspannungsquelle ausgebildet ist.
5. Ophthalmisches Lasersystem (14), wobei das zumindest eine elektrische Lastelement (20) zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: einen Computer, eine Benutzerschnittstelle, ein Steuergerät, einen Aktor, und eine Laserquelle.
6. Ophthalmisches Lasersystem (14), wobei der Gate-Treiber (28) dazu ausgelegt ist, den Schaltzustand des zweiten Schaltelements (18b) innerhalb einer Schaltzeit von 50 ps oder 100 ps bis 1 ms oder 2 ms, bevorzugt von 200 ps, von einem geschlossenen in einen offenen Schaltzustand zu überführen.
7. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrisches Lastelement (20) ferner zumindest einen Temperatursensor (34) aufweist und dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Temperatursensors (34) zumindest eine Temperatur des ersten Schaltelements (18a) zu ermitteln.
8. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß Anspruch 7, wobei die Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrisches Lastelement (20) ferner dazu eingerichtet ist, mittels des Strombegrenzers (24) und/oder des Gate-Treibers (28) bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperaturschwellwertes durch die ermittelte Temperatur des ersten Schaltelements (18a) das erste Schaltelement (18a) bzw. das zweite Schaltelement (18b) in einen geöffneten Zustand zu schalten.
9. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Temperaturschwellwert der ermittelten Temperatur des ersten Schaltelements (18a) nicht niedriger als 60° und/oder nicht höher als 90° ist.
10. Ophthalmisches Lasersystem (14) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Temperatursensor (34) in der Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für das elektrisches Lastelement (20) an das erste Schaltelement (18a) angrenzend angeordnet ist.
11 . Vorrichtung (10) zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr für ein elektrisches Lastelement (20), die Vorrichtung (10) umfassend:
- ein erstes Schaltelement (18a), welches dazu ausgelegt ist, eine Spannungsquelle (16) und das Lastelement (20) schaltbar zu verbinden;
- ein zweites Schaltelement (18b), welches dazu ausgelegt ist, das Lastelement (20) und ein Massepotenzial (22) schaltbar zu verbinden;
- einen Strombegrenzer (24), welcher dazu ausgelegt ist, einen Stromfluss zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) zu ermitteln und in Abhängigkeit vom ermittelten Stromfluss einen Schaltzustand des ersten Schaltelements (18a) steuern;
- einen Gate-Treiber (24), welcher dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potenzial des zumindest einen Lastelements (20) einen Schaltzustand des zweiten Schaltelements (18b) zu steuern; wobei der Strombegrenzer (24) und/oder der Gate-Treiber (28) dazu eingerichtet sind, bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) das erste Schaltelement (18a) bzw. das zweite Schaltelement (18b) in einen geöffneten Zustand zu schalten. 26
12. Verwendung einer Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 11 zur Regelung einer elektrischen Energiezufuhr eines ophthalmischen Lasersystems (14).
13. Verwendung einer Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 12 zur Zufuhr von elektrischer Energie zu zumindest einem elektrischen Lastelement (20) eines ophthalmischen Lasersystems (14), wobei das zumindest eine Lastelement (20) zumindest eines der folgenden Elemente aufweist: einen Computer, eine Benutzerschnittstelle, ein Steuergerät, einen Aktor, und eine Laserquelle.
14. Verfahren zur Bereitstellung einer elektrischen Energie für zumindest ein elektrisches Lastelement (20) eines ophthalmischen Lasersystems (14), das Verfahren umfassend:
- Verbinden des zumindest einen elektrischen Lastelements (20) mit einer Spannungsquelle (16) durch Schließen eines ersten Schaltelements (18a) derart, dass das zumindest eine Lastelement (20) auf ein durch die Spannungsquelle (16) bereitgestelltes elektrisches Arbeitspotenzial gebracht wird;
- Ermitteln des elektrischen Potenzials, auf welchem sich das zumindest eine Lastelement (20) befindet,
- Verbinden des zumindest einen Lastelements (20) mit einem Massepotenzial (22) durch Schließen eines zweiten Schaltelements (18b) mittels eines Gate-Treibers (28), sofern das ermittelte elektrische Potenzial des zumindest Lastelements (20) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet und/oder der Betrag einer Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial des Lastelements und dem Arbeitspotenzial der Spannungsquelle einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Schließen des zweiten Schaltelements (18b) durch den Gate-Treiber (28) innerhalb einer Schaltzeit von 50 ps oder 100 ps bis 1 ms oder 2 ms, bevorzugt von 200 ps, erfolgt. 27 Verfahren zur Unterbrechung einer elektrischen Energiezufuhr für zumindest ein elektrisches Lastelement (20) eines ophthalmischen Lasersystems (14), wobei das Lastelement (20) durch ein erstes Schaltelement (18a) mit einer Spannungsquelle (16) und durch ein zweites Schaltelement (16) mit einem Massepotenzial (22) verbunden ist, das Verfahren umfassend:
- Ermitteln eines elektrischen Stromflusses zwischen der Spannungsquelle (16) und dem ersten Schaltelement (18a) anhand eines Strombegrenzers (24), mit welchem das erste Schaltelement (18a) steuerbar ist;
- Prüfen, ob der ermittelte Stromfluss einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet;
- Bereitstellen einer Information, ob der ermittelte Stromfluss den vorbestimmten Schwellwert übersteigt, an einen Gate-Treiber (28), mit welchem das zweite Schaltelement (18b) steuerbar ist;
- Sofern die Prüfung ergibt, dass der ermittelte Stromfluss den vorbestimmten Schwellwert überschreitet:
+ Öffnen des ersten Schaltelements (18a) durch den Strombegrenzer (24) zur Trennung des Lastelements (20) von der Spannungsquelle (16), und
+ Öffnen des zweiten Schaltelements (18b) durch den Gate-Treiber (28) zur Trennung des zumindest einen Lastelements (20) vom Massepotenzial (22). Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner umfassend:
- Ermitteln einer Temperatur zumindest des ersten Schaltelements (18a);
- Prüfen, ob die ermittelte Temperatur zumindest des ersten Schaltelements (18a) einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet;
- Sofern die Prüfung ergibt, dass die ermittelte Temperatur zumindest des ersten Schaltelements (18a) den vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet: 28
+ Öffnen des ersten Schaltelements (18a) durch den Strombegrenzer (24) zur Trennung des Lastelements (20) von der Spannungsquelle (16), und
+ Öffnen des zweiten Schaltelements (18b) durch den Gate-Treiber (28) zur Trennung des zumindest einen Lastelements (20) vom
Massepotenzial (22). Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der vorbestimmte Temperaturschwellwert nicht niedriger als 60° und/oder nicht höher als 90° ist.
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