普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路和用于操作普克爾盒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路，普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路具有可連接至普克爾盒第一端 子的第一電路節(jié)點(diǎn)，和可連接至普克爾盒第二端子的第二電路節(jié)點(diǎn)，其中，第一電路節(jié)點(diǎn)通 過(guò)第一開(kāi)關(guān)連接至正電位且第二開(kāi)關(guān)連接至第二電路節(jié)點(diǎn)。
[0002] 本發(fā)明還涉及用于操作具有根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路的普克爾盒的 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 普克爾盒由電光晶體組成，電磁輻射（如波長(zhǎng)λ為〇. 2至2 μπι的激光）能夠穿 過(guò)電光晶體傳播。電磁輻射穿過(guò)晶體內(nèi)部產(chǎn)生的相位移能夠通過(guò)施加不同的電壓而改變 (普克爾效應(yīng)）。普克爾盒充當(dāng)依賴(lài)于電壓的波片。普克爾盒連同另外的光學(xué)部件，例如偏 振器，被用在電光調(diào)制器，并且因此被用作激光器電磁輻射的解耦器和輸入耦合器。為了將 調(diào)制器移動(dòng)為鎖定或斷開(kāi)狀態(tài)，施加可變電壓到普克爾盒。它們因此被用在激光器中，例 如根據(jù)"傾腔"原則在再生放大器或激光器中產(chǎn)生脈沖。電壓由普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路裝置控 制。當(dāng)在材料加工中使用激光器時(shí)，激光器通常需要提供超短高能量脈沖。在再生放大系 統(tǒng)中，例如，為此目的，激光束通過(guò)普克爾盒耦合到光放大器并且根據(jù)需要頻繁穿過(guò)它直到 達(dá)到所需的能量，然后再被解耦。為此，切換過(guò)程需要在一使用周期中發(fā)生在再生放大器的 諧振器內(nèi)。事實(shí)上，切換時(shí)間越短（陡峭的切換邊沿），在預(yù)定的放大時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的切換周 期越多（高時(shí)鐘頻率）。然而，往往被證明激活普克爾盒是困難的。特別是隨著高功率激 光輸出，高電壓是必需的，高電壓需要在短時(shí)間內(nèi)施加或關(guān)閉。普克爾盒驅(qū)動(dòng)器，例如，基于 US3910679的現(xiàn)有技術(shù)是已知的。文獻(xiàn)中所示的配置被稱(chēng)為"Η"配置，且運(yùn)行模式被稱(chēng)為推 挽電路。這種配置具有以下缺點(diǎn)，隨著高功率激光輸出和快速切換時(shí)間，影響元件的熱負(fù)荷 變得非常高，這是因?yàn)樵S多元件需要被使用和激活并且極短的切換時(shí)間不再能實(shí)現(xiàn)。由于 熱過(guò)載整個(gè)系統(tǒng)也變得越來(lái)越容易發(fā)生擊穿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種用于普克爾盒的驅(qū)動(dòng)電路以滿(mǎn)足上述要求。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路，上述問(wèn)題得以解決，該普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路 具有可連接至普克爾盒第一端子的第一電路節(jié)點(diǎn)，以及可連接至普克爾盒第二端子的第二 電路節(jié)點(diǎn)，其中，第一電路節(jié)點(diǎn)通過(guò)第一開(kāi)關(guān)連接到正電位且第二開(kāi)關(guān)連接到第二電路節(jié) 點(diǎn)，其中，第二電路節(jié)點(diǎn)通過(guò)第二開(kāi)關(guān)連接到負(fù)電位且第一電路節(jié)點(diǎn)通過(guò)短路開(kāi)關(guān)連接第 二電路節(jié)點(diǎn)，短路開(kāi)關(guān)被啟動(dòng)用于連接的普克爾盒放電。
[0006] 在此普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路情況下，普克爾盒端子，即電路節(jié)點(diǎn)，具有相對(duì)于接地對(duì)稱(chēng) 分布的正負(fù)電位。普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路的控制電路從而可以同樣接地。控制電路可與開(kāi)關(guān)相 連。根據(jù)本發(fā)明的普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路，普克爾盒能夠非?？焖俚倪M(jìn)行切換。此外，高電壓可 以被切換。普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路可以只用幾個(gè)元件來(lái)構(gòu)建，由此使得失效的可能性被降低。
[0007] 短路開(kāi)關(guān)可以以如下方式來(lái)配置：電路節(jié)點(diǎn)之間的電壓可以在一時(shí)間跨度內(nèi)被降 至小于100V，所述電壓大于1000V，尤其大于2kV，優(yōu)選地大于4kV，尤其優(yōu)選地大于8kV，所 述時(shí)間跨度小于200ns，尤其小于100ns，優(yōu)選地小于50ns，尤其優(yōu)選地小于10ns。
[0008] 此外，短路開(kāi)關(guān)還可以以如下方式來(lái)配置：電容為lpF-20pF且電壓大于1000V、尤 其是大于2kV、優(yōu)選地大于4kV、尤其優(yōu)選地大于SkV的普克爾盒可以在一時(shí)間跨度內(nèi)放電 到電壓小于100V，所述時(shí)間跨度小于200ns、尤其是小于100ns、優(yōu)選地小于50ns、尤其優(yōu)選 地小于10ns。特別的，后者需要非?？斓那袚Q晶體管。自申請(qǐng)之日起，η-溝道MOS-FET的 發(fā)生是有利的。然而，在這個(gè)領(lǐng)域新技術(shù)正在不斷發(fā)展，由此本發(fā)明不限于M0S-FET。
[0009] 此外，短路開(kāi)關(guān)以如下方式被配置：當(dāng)它接通時(shí)，可在小于l〇〇ns、尤其是小于 IOns的時(shí)間跨度內(nèi)從普克爾盒釋放大于100nC、尤其是大于200nC、優(yōu)選地大于400nC、尤其 優(yōu)選地大于800nC的電荷。
[0010] 為了能夠切換高電壓，如果短路開(kāi)關(guān)包括串聯(lián)連接的多個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)是有利的。 獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以是可控的半導(dǎo)體元件，可以以電子方式被啟用，尤其是M0SFET。
[0011] 第一和第二開(kāi)關(guān)還可分別包括串聯(lián)連接的多個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)。這對(duì)于為了能夠切換 高電壓同樣是有利的。
[0012] 在這方面，第一和第二開(kāi)關(guān)可分別包括同樣數(shù)目的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)。短路開(kāi)關(guān)的串聯(lián) 連接的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以包括比第一開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)數(shù)量更多的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)， 尤其是兩倍的數(shù)量。反之，第一和第二開(kāi)關(guān)與短路開(kāi)關(guān)相比可具有數(shù)量更少的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)， 尤其是一半的數(shù)量。這可以節(jié)約元件并增加安全等級(jí)。
[0013] 短路開(kāi)關(guān)的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接與第一和第二開(kāi)關(guān)的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接 一起形成所有獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的串聯(lián)連接。一個(gè)或多個(gè)電阻可被配置在上述串聯(lián)連接中。這使 得不需要的振蕩得以衰減。尤其是，電阻可以分別被配置在第一電路節(jié)點(diǎn)和正電位之間以 及在第二電路節(jié)點(diǎn)和負(fù)電位之間。電阻尤其可直接布置在相應(yīng)正負(fù)電位的端子處。這提供 了特別有效的振蕩衰減并維持了對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)而改善了同步啟用。電阻的電阻值為1 至200歐姆。
[0014] 普克爾盒可與電路節(jié)點(diǎn)連接。尤其是，電阻可分別布置在第一電路節(jié)點(diǎn)和第一普 克爾盒端子之間，以及第二電路節(jié)點(diǎn)和第二普克爾盒端子之間。這些電阻也有助于衰減不 需要的振蕩。電阻的電阻值為0.1至20歐姆。
[0015] 每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以具有接通驅(qū)動(dòng)器，其被配置為將獨(dú)立式開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀 態(tài)。尤其是，每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以被分配給相應(yīng)的接通驅(qū)動(dòng)電路。每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以獨(dú) 立地接通，且獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間相互同步。
[0016] 每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)還可以設(shè)有關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路，其被配置為將獨(dú)立式開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換為非導(dǎo) 通狀態(tài)。尤其是，每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)可以被分配給相應(yīng)的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路。每個(gè)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)在 其關(guān)斷行為方面可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)，且獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間相互同步。尤其是，對(duì)于分別 具有單獨(dú)的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和接通驅(qū)動(dòng)電路的配置，接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間可以相互獨(dú)立地調(diào) 節(jié)。因此，切換可以以最少損失被啟動(dòng)。
[0017] 接通驅(qū)動(dòng)電路和關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路可均設(shè)有第一和第二輸入端子以及第一和第二輸 出端子。因此，通過(guò)信號(hào)變壓器啟動(dòng)獨(dú)立式開(kāi)關(guān)是可能的。因此如果接通驅(qū)動(dòng)電路或關(guān)斷 驅(qū)動(dòng)電路都設(shè)有信號(hào)變壓器，尤其是相同結(jié)構(gòu)的信號(hào)變壓器，是有利的。
[0018] 信號(hào)變壓器可設(shè)有初級(jí)側(cè)端子，初級(jí)側(cè)端子各連接到一輸入端子。
[0019] 信號(hào)變壓器可各以次級(jí)側(cè)的第一端子與對(duì)應(yīng)的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的功率端子連接，尤其 是直接地連接。電位隔離可以通過(guò)信號(hào)變壓器實(shí)現(xiàn)。信號(hào)變壓器的使用還具有使得獨(dú)立式 開(kāi)關(guān)對(duì)稱(chēng)地且在完全相同時(shí)刻被啟動(dòng)成為可能的優(yōu)勢(shì)。
[0020] 信號(hào)變壓器可各以次級(jí)側(cè)的第二端子與對(duì)應(yīng)的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)端子連接。
[0021] 每個(gè)信號(hào)變壓器可各以次級(jí)側(cè)的第二端子通過(guò)中間電路與對(duì)應(yīng)的獨(dú)立式開(kāi)關(guān)的 驅(qū)動(dòng)端子連接，所述中間電路尤其是具有帶非線(xiàn)性電流/電壓特性的元件，優(yōu)選地包括二 極管或二極管與齊納二極管的串聯(lián)電路。這樣電荷有力地被引導(dǎo)到控制端子并保持開(kāi)關(guān)、 特別是晶體管被開(kāi)啟足夠長(zhǎng)一段時(shí)間。在包括二極管和齊納二極管的串聯(lián)電路的情況下， 二極管和齊納二極管可以彼此相反地連接。因此，電壓可以在控制端子被調(diào)節(jié)，且切換速度 增加。如果變壓器輸出的電壓變化非常明顯，那么齊納二極管進(jìn)入導(dǎo)通模式。這樣可以實(shí) 現(xiàn)安全切換，且可以避免振蕩。
[0022] 第一和第二開(kāi)關(guān)的接通驅(qū)動(dòng)電路以及短路開(kāi)關(guān)的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路可以在它們的輸 入端子處以第一串聯(lián)電路來(lái)連接。從而可以保證當(dāng)?shù)谝缓偷诙_(kāi)關(guān)接通時(shí)，短路開(kāi)關(guān)一直 有效地被阻斷。同步的、尤其是同時(shí)發(fā)生的切換可以通過(guò)串聯(lián)連接得以實(shí)現(xiàn)。
[0023] 第一和第二開(kāi)關(guān)的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路以及短路開(kāi)關(guān)的接通驅(qū)動(dòng)電路可以在它們的輸 入端子處以第二串聯(lián)電路來(lái)連接。從而可以保證第一和第二開(kāi)關(guān)是同步的，尤其是當(dāng)短路 開(kāi)關(guān)接通時(shí)，第一和第二開(kāi)關(guān)同時(shí)被關(guān)斷。
[0024] 第一和第二開(kāi)關(guān)的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路以及短路開(kāi)關(guān)的接通驅(qū)動(dòng)電路的串聯(lián)連接可以 通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)連接到驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)電壓可以是約350V，尤其是落在100至500V的范 圍內(nèi)。
[0025] 第一和第二開(kāi)關(guān)的接通驅(qū)動(dòng)電路以及短路的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路的串聯(lián)連接可以通過(guò) 第二驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)連接到單獨(dú)或相同的驅(qū)動(dòng)電壓。
[0026] 當(dāng)?shù)谝缓偷诙_(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路節(jié)點(diǎn)可處在絕對(duì)值相同的公共電位上。換句話(huà)說(shuō)， 他們基本上是處在不同極性絕對(duì)值相同的電位上。這導(dǎo)致普克爾盒端子具有相對(duì)于接地 (地電位）對(duì)稱(chēng)分布的正負(fù)電位。
[0027] 用于普克爾盒驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)或多個(gè)接通驅(qū)動(dòng)電路，特別是它們?nèi)?，以及一個(gè) 或多個(gè)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路，特別是它們?nèi)?，可以在到地電平的電位距小?0V的電位或接地。
[0028] 地電平可尤其是連接到房屋地面或者是在相同或接近地面房屋的電位。"接近"指 的是在房屋地面和中間電位之間的電位差