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DE4100719A1 - Stabilised high-voltage pulse generator - has resonant transformer fed by diode which is bypassed during voltage doubling by set point comparator of capacitor voltage - Google Patents

Stabilised high-voltage pulse generator - has resonant transformer fed by diode which is bypassed during voltage doubling by set point comparator of capacitor voltage

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Publication number
DE4100719A1
DE4100719A1 DE19914100719 DE4100719A DE4100719A1 DE 4100719 A1 DE4100719 A1 DE 4100719A1 DE 19914100719 DE19914100719 DE 19914100719 DE 4100719 A DE4100719 A DE 4100719A DE 4100719 A1 DE4100719 A1 DE 4100719A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
circuit according
capacitor
circuit
switch element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19914100719
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Dr Winkelmann
Rustem Dr Osmanow
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Laser & Analytical Res
Original Assignee
Laser & Analytical Res
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Filing date
Publication date
Application filed by Laser & Analytical Res filed Critical Laser & Analytical Res
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Publication of DE4100719A1 publication Critical patent/DE4100719A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
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Abstract

A three-phase AC supply is connected to a rectifier bridge (G1-G6) with smoothing capacitors (C1, C2). A choke (D) and reverse-blocking diode (2), charging the storage capacitor (C3) to twice the DC voltage in less than 1 ms, are preceded and followed by differently delayed (1) thyristors (V1,V2) with inverse-parallel diodes (G8,G9). Another thyristor (V3) shorting the choke (D) is fired by the comparator (3) of an adjustable input (E) with a voltage (R6) proportional to the transformer sec. pulse driving the load (L). USE/ADVANTAGE - Pref. with pulsed lasers or flashlamps highly efficient circuit gives good voltage stability and low susceptibility to interference.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a circuit in the preamble of claim 1 specified Art.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur stabili­ sierten gepulsten Hochspannungsversorgung, vorzugsweise zur wiederholten Aufladung von Kondensatoren beim Betrei­ ben von Impulslasern, Blitzlampen oder anderen gepulsten Verbrauchern, die kurzzeitig hohe Energiedichten benöti­ gen. Diese Vorrichtungen werden bekanntlich durch Hoch­ spannungskondensatoren gespeist. Von ihrer wiederholten Aufladung mit möglichst konstanter Spannung hängt bei Lasern in hohem Maße die Stabilität ihrer Lichtemmision ab.The invention relates to a circuit for stabili based pulsed high-voltage supply, preferably  for repeated charging of capacitors during operation pulsed lasers, flash lamps or other pulsed Consumers who need high energy densities for a short time These devices are known to be high voltage capacitors fed. From your repeated Charging with as constant a voltage as possible is included Lasers greatly increase the stability of their light emission from.

Aus der Literatur sind bereits Schaltungen zum stabili­ sierten wiederholten Aufladen von Kondensatoren bekannt. Diese Geräte sind jedoch bei guter Stabilisierung und mittleren bis hohen Leistungen schaltungsmäßig sehr auf­ wendig.Circuits for stabili are already from the literature known repeated charging of capacitors. However, these devices are with good stabilization and middle to high performance very much in terms of circuitry agile.

In statischer Hinsicht gut stabilisierte Netzteile für Hochspannung mit Vorwiderständen und Hochspannungsschal­ tern (Funkenstrecken, Thyratrone) sind aufgrund ihres be­ grenzten Wirkungsgrades, der hohen statischen Belastung der Hochspannungskondensatoren und der niedrigen Repeti­ tionsrate, insbesondere bei mittleren Leistungen von eini­ gen Kilowatt, ungeeignet.Statically well stabilized power supplies for High voltage with series resistors and high voltage scarf ters (spark gaps, thyratrons) are due to their be limited efficiency, the high static load of high-voltage capacitors and low repeaters tion rate, especially in the case of medium performance from one gen kilowatts, unsuitable.

Beim Drosselaufwärtswandler entstehen Nachteile durch die Erzeugung unerwünschter Störsignale im Hochfrequenzbe­ reich. Diese Kondensatorladeeinrichtungen, die mittels Im­ pulsgenerator, Impulsverstärker, Impulstransformator und Hochspannungsgleichrichter mit einer Regelung der Impuls­ breitenmodulation zur Hochspannungsstabilisierung arbeiten (wie sie beispielsweise aus der DE-OS 32 35 502 bekannt sind), sind zwar sehr gut stabilisiert, jedoch recht auf­ wendig in der Herstellung und nur für kleine Leistungen und niedrige Repetitionsraten geeignet.The throttle step-up converter has disadvantages due to the Generation of unwanted interference signals in the radio frequency rich. These capacitor charging devices, which by means of Im pulse generator, pulse amplifier, pulse transformer and High voltage rectifier with regulation of the pulse wide modulation for high voltage stabilization work (as known for example from DE-OS 32 35 502 are very well stabilized, but quite open  manoeuvrable in production and only for small performances and low repetition rates.

Die Stabilisierung der Aufladung von Kondensatoren durch das Abzählen von hochtransformierten Hochfrequenzimpulsen mittels entsprechender digitaler Schaltungen kann höchstens bis auf die mit einem Impuls (1 Bit) verbundene Ladung oder ein entsprechendes Energiequantum genau erfolgen. Auf Grund der oberen Frequenzgrenze der benutzten Hochfrequenz von weniger als 20 kHz ist diese Stabilisierung vor allem bei hohen Repetitionsraten von mehr als 100 Hz sehr unge­ nau, da dann nur noch wenige Impulse bis zum nächsten Takt gezählt werden können und damit die relative Ungenauigkeit sehr groß wird.The stabilization of the charging of capacitors through the counting of highly transformed high-frequency pulses by means of appropriate digital circuits, at most except for the charge associated with a pulse (1 bit) or a corresponding quantum of energy take place exactly. On Because of the upper frequency limit of the radio frequency used This stabilization is above all less than 20 kHz very high at repetition rates of more than 100 Hz nau, because then only a few impulses until the next bar can be counted and thus the relative inaccuracy gets very big.

Der Wirkungsgrad bei Leistungen von einigen Kilowatt ist bei den bisher bekannten stabilisierten Netzteilen schlecht, so daß für eine intensive Kühlung der Bauteile zu sorgen ist. Der technologische Aufwand für die zu sta­ bilisierende Elektronik wächst mit der mittleren zu erzie­ lenden Leistung stark an.The efficiency is a few kilowatts in the previously known stabilized power supplies bad, so that for intensive cooling of the components to be worried. The technological effort for the sta accounting electronics grows with the middle to educate performance.

Eine unstabilisierte gepulste Hochspannungsversorgung für die Aufladung von Kondensatoren, von der die Erfindung ausgeht, ist aus der Veröffentlichung Pribori i technika experimenta Nr. 5 (1985), Seiten 107 bis 109, bekannt. Aufgrund der starken Abhängigkeit von Netzspannungsschwan­ kungen konnte sich dieses Verfahren bisher nicht durchset­ zen. Eine gewisse Vorstabilisierung war dabei bisher nur netzseitig durch große magnetische Spannungskonstanthalter zu erreichen. An unstabilized pulsed high voltage supply for the charging of capacitors from which the invention comes from the publication Pribori i technika experimenta No. 5 (1985), pages 107 to 109. Due to the strong dependence on the mains voltage swan This process has not been successful so far Zen. So far, there has only been a certain amount of pre-stabilization on the mains side thanks to large magnetic voltage stabilizers to reach.  

Eine andere denkbare Variante, die Netzspannungsschwan­ kungen über die Regelung des Phasenanschnittes in einer thyristorgesteuerten Gleichrichterbrücke auszugleichen, hat, abgesehen von der notwendigen aufwendigen Regelelek­ tronik, den Nachteil, daß aufgrund der großen Phasenan­ schnittwinkel, die nötig sind, um in den Regelbereich zu gelangen, eine stark pulsierende Gleichspannung entsteht, die durch zusätzliche aufwendige Siebungsmaßnahmen zu glätten ist.Another conceivable variant, the mains voltage swan kungen on the regulation of the leading edge in one compensate thyristor controlled rectifier bridge, has, apart from the necessary elaborate control electronics tronik, the disadvantage that due to the large phases cutting angles that are necessary to get into the control range a strongly pulsating DC voltage arises, through additional elaborate screening measures is smooth.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur stabilisierten, gepulsten Hochspannungsversorgung, vorzugsweise zur Aufladung von Kondensatoren zu entwik­ keln, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad, gute Stabilität der Impulsspannung, geringe Störanfälligkeit, einfachen Aufbau sowohl bei hohem Leistungsbedarf als auch bei hohen Repetitionsraten auszeichnet.The invention has for its object a circuit for stabilized, pulsed high voltage supply, preferably to develop capacitors for charging which are characterized by high efficiency, good Stability of the pulse voltage, low susceptibility to interference, simple construction both with high power requirements as well at high repetition rates.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out with the characteristic features of the Claim 1 solved.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß - ausgehend von einer Gleichspannungsquelle mit einem nachgeschalteten steuerbaren Schaltelement, die über eine Drossel mit Span­ nungsverdopplung einen Kondensator auflädt, welcher danach durch ein nachfolgendes Schaltelement über die Primärwick­ lung mindestens eines nachfolgenden Impulstransformators T entladen wird und so sekundärseitig einen Spannungsimpuls erzeugt - dieser Spannungsimpuls eine besonders hohe Sta­ bilität dann aufweist, wenn eine stabilisierte Aufladung des Kondensators durch die Steuerung der Spannungsverdopp­ lung in der vom Aufladestrom durchflossenen Drossel er­ folgt, wobei das Steuersignal für das Schaltelement, das die Drossel oder Teile von ihr kurzschließt, aus dem Ver­ gleichsignal zwischen der aktuellen Spannung am Kondensa­ tor und der einstellbar zu stabilisierenden Sollwert­ spannung gewonnen wird.The invention is based on the knowledge that - starting from a DC voltage source with a downstream one controllable switching element via a choke with span doubling the voltage charges a capacitor, which then by a subsequent switching element via the primary winding at least one subsequent pulse transformer T is discharged and thus a voltage pulse on the secondary side generates - this voltage pulse a particularly high sta bility when a stabilized charge of the capacitor by controlling the voltage doubling  in the throttle through which the charging current flows follows, the control signal for the switching element that shorts the choke or parts of it, from ver same signal between the current voltage at the condenser gate and the adjustable setpoint to be stabilized tension is gained.

Die Drossel und der Ladekondensator bilden einen Serienre­ sonanzkreis, der durch die Schaltelemente jeweils für eine Schwingung angeregt wird, die sich mittels des Impuls­ transformators auf die gewünschte Spannung heraufsetzen läßt. Obgleich die Steuerung damit auf günstige Weise auf der Niederspannungsseite des Impulstransformators erfolgen kann, ergibt sich eine präzise einstellbare Impulsamplitu­ de auf der Hochspannungsseite. Jegliche Spannungsschwan­ kungen der Gleichspannungsquelle bzw. des Versorgungsnet­ zes lassen sich damit präzise ausregeln.The choke and the charging capacitor form a series re sonanzkreis, by the switching elements for one Vibration is excited by means of the pulse Increase the transformer to the desired voltage leaves. Although the control is on in a favorable way the low-voltage side of the pulse transformer can, there is a precisely adjustable pulse amplitude de on the high voltage side. Any tension swan kungen the DC voltage source or the supply network zes can be precisely regulated.

Die erfindungsgemäße Schaltung für eine gepulste Hochspan­ nungsversorgung gestattet es, die Forderungen nach effek­ tivem Energietransfer, geringem technologischem und mate­ riellem Aufwand, geringem Platzbedarf und guter Stabili­ sierung zu verbinden. Durch die geringen Verluste des Ver­ fahrens können aufwendige Kühlsysteme entfallen.The circuit according to the invention for a pulsed high voltage Power supply allows the demands for effec tiv energy transfer, low technological and mate rial effort, small space requirements and good stabilization connection. Due to the low losses of the Ver complex cooling systems can be omitted.

Durch den einfachen und störsicheren Aufbau, kann die Hochspannungsversorgung unkompliziert in andere Geräte wie Impulslaser integriert werden.Due to the simple and interference-free construction, the High voltage supply easily in other devices such as Pulse lasers can be integrated.

Die Stabilisierung der Impulshochspannung arbeitet im Be­ reich der Verdopplung der Ausgangsspannung der Gleich­ spannungsquelle. Verwendet man beispielsweise ein Sechstel des maximalen Wertes zur Ausregelung von Netzspannungs­ schwankungen, so ist die stabilisierte Hochspannung im oberen Drittel durch Verändern des Sollwertes E einstell­ bar, bzw. problemlos über einen Rechner zu steuern.The stabilization of the pulse high voltage works in the loading range of doubling the DC output voltage  voltage source. For example, if you use a sixth the maximum value for regulating the mains voltage fluctuations, so is the stabilized high voltage in the Set the upper third by changing the setpoint E. bar, or easy to control via a computer.

Die Hochspannungskondensatoren bleiben zwischen den Aufla­ dezyklen hochspannungsfrei. Die im Vergleich zu anderen Netzteilen sehr kurzzeitige Impulsbelastung wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Hochspannungsbauteile aus.The high voltage capacitors remain between the Aufla high voltage free cycles. The compared to others Power supplies very short-term impulse effects beneficial to the life of high voltage components out.

Der Maximalwert der Hochspannung wird durch die Ausgangs­ spannung der Gleichspannungsquelle und das Übersetzungs­ verhältnis des Impulstransformators bestimmt.The maximum value of the high voltage is determined by the output voltage of the DC voltage source and the translation ratio of the pulse transformer is determined.

Wird der Impulstransformator als Abwärtsregler betrieben oder entfällt er ganz, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch stabilisierte, stromstarke Niederspannungs­ impulse erzeugt werden. In weiterer Ausbildung der Erfin­ dung kann durch entsprechende lastseitige Kontrollmessun­ gen die weitere Hochspannungserzeugung gesteuert und ein hoher Sicherheitsstandard gewährleistet werden.The pulse transformer is operated as a step-down regulator or if it is omitted entirely, the inventive method can be used Process also stabilized, low-voltage current impulses are generated. In further training the Erfin can be checked by appropriate load-side control measurements controlled and a further high voltage generation high security standards can be guaranteed.

Das erfindungsgemäße Prinzip gestattet es, sehr kleine kom­ pakte Impulsnetzteile mit mittleren Leistungen im 10 kW-Bereich zu bauen. Impulsfolgefrequenzen bis ca. 1 kHz sind möglich. Auch für höhere mittlere Leistungen und höhere Impulsfolgefrequenzen ist die erfindungsgemäße Schaltung geeignet. Eine Synchronisation des Netzteils und der Laserimpulse mit anderen Geräten ist bis in den Nano­ sekundenbereich über einen internen Triggereingang mög­ lich.The principle of the invention allows very small com compact pulse power supplies with medium power in 10 kW area to build. Pulse repetition frequencies up to approx. 1 kHz are possible. Also for higher medium outputs and higher pulse repetition frequencies is that of the invention Suitable circuit. A synchronization of the power supply and the laser pulse with other devices is down to the nano  range of seconds possible via an internal trigger input Lich.

Einzelne Baugruppen der erfindungsgemäßen Schaltung können jeweils auch in unterschiedlicher Konfiguration zwei- oder mehrfach parallel vorgesehen sein, um auf diese Weise bei­ spielsweise Schaltungen mit noch höherer Ausgangsleistung zu erzeugen oder aber gleichzeitig stabilisierte Hochspan­ nungsimpulse unterschiedlicher Amplitude zu erzeugen.Individual modules of the circuit according to the invention can each with two or different configurations be provided several times in parallel in this way for example circuits with an even higher output power to generate or at the same time stabilized high chip generate impulses of different amplitudes.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Diese zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Schaltung. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are in the subclaims or are identified below along with the description of the preferred embodiment the invention with reference to the figures. These show a preferred embodiment of the Invention appropriate circuit. Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung in Blockdarstellung, Fig. 1 shows an embodiment of the inventive circuit in a block diagram,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung des Ausführungsbei­ spiels gemäß Fig. 1 sowie Fig. 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fi­ gur 2. FIG. 2 shows a detailed illustration of the exemplary embodiment according to FIG. 1 and FIG. 3 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 2 .

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Hochspannungsimpulsversorgung in eine Impulsgaslaserquelle integriert.In the embodiment shown in FIG. 1, the high-voltage pulse supply according to the invention is integrated in a pulse gas laser source.

Der Ausgang einer Gleichspannungsquelle G ist über ein Schalterelement V1 mit einer Drossel D verbunden und diese mittels eines weiteren Schalterelements V3 insgesamt oder teilweise kurzschließbar. Der zweite Anschluß der Drossel D liegt am Eingang eines Gleichrichterelementes 2, welches ausgangsseitig mit einem Kondensator K verbunden ist. Hiermit wird eine Spannungsverdopplerschaltung gebildet, da durch die in der Drossel D gespeicherte Energie der Kondensator K auf einen Wert aufgeladen wird, der bis zum Doppelten der Spannung der Gleichspannungsquelle G be­ trägt. Der Wert der Spannung am Kondensator K, (Lade­ spannung Uk), dient zusammen mit einer einstellbaren, hochstabilisierten Sollwertspannung E als Eingangsgröße für eine Steuerschaltung S zur Steuerung des Schalterele­ ments V3. Der Kondensators K ist über ein weiteres Schal­ terelement V2 mit der Primärwicklung eines Impulstransfor­ mators T verbunden. Aktiviert werden die Schalterelemente V1 und V2 nacheinander in vorgegebenem Zeitabstand durch das Ausgangssignal einer Steuerschaltung 1.The output of a DC voltage source G is connected via a switch element V 1 to a choke D and this can be short-circuited in whole or in part by means of a further switch element V 3 . The second connection of the choke D is at the input of a rectifier element 2 , which is connected on the output side to a capacitor K. A voltage doubler circuit is hereby formed, since the energy stored in the inductor D charges the capacitor K to a value which is up to twice the voltage of the DC voltage source G. The value of the voltage across the capacitor K, (charging voltage U k ), together with an adjustable, highly stabilized setpoint voltage E, serves as an input variable for a control circuit S for controlling the switch element V 3 . The capacitor K is connected to the primary winding of a pulse transformer T via a further scarf element V 2 . The switch elements V 1 and V 2 are activated one after the other at a predetermined time interval by the output signal of a control circuit 1 .

Im Betrieb wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der in einen Impulsgaslaser integrierten Hochspannnungs­ versorgung - ausgehend von der 6-Puls-Diodengleichrich­ terbrücke G mit Siebkondensator (1,5 mF) durch den Thyri­ stor V1 (mit Schutzdiode) und die abschaltbare Drossel D (1,25 mH) und die Gleichrichterdiode 2, der Kondensator K (66 µF) auf maximal das Doppelte der Eingangsgleichspan­ nung G in bis zu ca. 900 µs aufgeladen. Da die Drossel D durch die Beschaltung mit einem Kondensator einen Teil ei­ nes Schwingkreises darstellt, bildet sich eine Teil­ schwingung aus.In operation, in the illustrated embodiment, the high-voltage supply integrated in a pulse gas laser - starting from the 6-pulse diode rectifier terbrücke G with filter capacitor (1.5 mF) through the thyristor V 1 (with protective diode) and the choke D (1 , 25 mH) and the rectifier diode 2 , the capacitor K (66 µF) are charged to a maximum of twice the input DC voltage G in up to approx. 900 µs. Since the inductor D represents part of a resonant circuit through the connection to a capacitor, a partial oscillation is formed.

Wenn eine durch Spannungsteilung von der Ladespannung Uk abgeleitete Teilspannung Ut den Wert der Vergleichsspan­ nung E erreicht, wird durch Zünden des die Drossel ab­ schaltenden schnellen Thyristors V3 der Aufladevorgang ab­ gebrochen und so unabhängig von Netzspannungsschwankungen eine Stabilisierung der Ladespannung Uk erreicht. Durch einen zeitvezögert (um ca. 1 ms) getriggerten schnellen Thyristor V2 wird die Energie des Kondensators K über den Impulstransformator T (Übersetzungsverhältnis ca. 1 : 30) resonant auf den Hochspannungskondensator (70 nF) des nachgeschalteten Impulsgaslasers übertragen.If a partial voltage U t derived by voltage division from the charging voltage U k reaches the value of the comparative voltage E, the charging process is interrupted by igniting the fast thyristor V 3 which switches off the choke and thus stabilizes the charging voltage U k regardless of mains voltage fluctuations. The energy of the capacitor K is resonantly transmitted to the high-voltage capacitor (70 nF) of the downstream pulse gas laser via the pulse transformer T (transformation ratio approx. 1:30) by a time-delayed (around 1 ms) triggered fast thyristor V 2 .

Die einzuhaltende Sollspannung der Hochspannungsimpulse ist um den Faktor eines mit dem Kondensator K verbundenen Ausgangsspannungsteilers, multipliziert mit dem Über­ setzungsverhältnis des Impulstransformators größer als die Vergleichsspannung E. Damit kann die Amplitude der Hoch­ spannungsimpulse mit einer niedrigen, einfach zu handha­ benden Spannung beeinflußt werden.The target voltage of the high-voltage pulses to be observed is connected to the capacitor K by a factor of one Output voltage divider multiplied by the over setting ratio of the pulse transformer is greater than that Comparative voltage E. This allows the amplitude of the high voltage pulses with a low, easy to handle voltage can be influenced.

Durch das Zünden des Lasers wird der Hochspannungskonden­ sator entladen, so daß die Hochspannung nur ca. 30 µs lang anliegt. Die nur kurzzeitige Impulsbelastung der Hochspan­ nungsbauteile wirkt sich günstig auf ihre Lebensdauer aus. Die maximal mögliche Repetitionsrate des Ausführungsbei­ spiels liegt bei nahezu 1 kHz. Die Hochspannungsversorgung ist unmittelbar neben der Entladeeinheit des Lasers ange­ ordnet, wodurch der Laserkopf keine langen Hochspannungs­ zuleitungen benötigt und sich die Gefährdungen durch Hoch­ spannung vermindern. Störungen durch die Laserentladungen haben keinen Einfluß auf den Betrieb der Hochspannungsver­ sorgung. By igniting the laser, the high voltage condenser Discharge sator so that the high voltage is only about 30 µs long is present. The only brief impulse load of the high chip Components have a favorable effect on their service life. The maximum possible repetition rate of execution game is almost 1 kHz. The high voltage supply is located directly next to the laser discharge unit arranges, making the laser head no long high voltage supply lines required and the dangers due to high reduce tension. Interference from the laser discharges have no influence on the operation of the high voltage ver care.  

Der Wirkungsgrad der Hochspannungsversorgung ist besser als 85%. Die Schwankungen der Hochspannung von Impuls zu Impuls sind dabei kleiner als 1%. Der Einstellbereich der stabilisierten Ausgangsspannung liegt zwischen 18 und 27 kV. Auch kann die exakte Triggerung der Laserimpulse ohne weiteres von anderen Lasern oder Ereignissen ausge­ löst werden. Der Aufbau der stabilisierten gepulsten Hoch­ spannungsversorgung als selbständiges Gerät ist ebenfalls möglich.The efficiency of the high voltage supply is better than 85%. The fluctuations in high voltage from pulse to The impulse is less than 1%. The setting range of the stabilized output voltage is between 18 and 27 kV. Also the exact triggering of the laser impulses easily caused by other lasers or events be solved. Building the stabilized pulsed high Power supply as an independent device is also possible.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung zeigt in detaillier­ terer Form das Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellt ist. Die Gleichspannungsquelle G ist als Netzteil ausgebildet, wobei Drosseln Dr1 bis Dr3 mit jeweils einer Phase eines Drehstromnetzes verbunden sind. Über eine Gleichrichterbrücke G1 bis G6 wird ein Siebkondensator C1/C2 aufgeladen, der aus Spannungsgründen aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren C1 und C2 besteht, denen jeweils ein Widerstand R1 und R2 parallel­ geschaltet ist. Die steuerbaren Gleichrichter V1 und V2, die vor der Drossel D3 bzw. hinter einem Kondensator C3 angeordnet sind, sind jeweils mit einer antiparallel ge­ schalteten Diode G8 bzw. G9 versehen, welche bei entspre­ chenden Spannungsspitzen eine Rückladung auf die Kondensa­ toren C1/C2 bzw. C3 ermöglicht. Die Diode 2 zwischen der Drossel D2 und dem Kondensator C3 sperrt den Stromrückfluß vom Kondensator C3 in den Kondensator C3 entladende Rich­ tung.The circuit shown in Fig. 2 shows in more detail form the embodiment which is shown in Fig. 1 as a block diagram. The DC voltage source G is designed as a power supply unit, wherein chokes Dr 1 to Dr 3 are each connected to one phase of a three-phase network. A filter capacitor C 1 / C 2 is charged via a rectifier bridge G 1 to G 6 , which for voltage reasons consists of two capacitors C 1 and C 2 connected in series, each of which has a resistor R 1 and R 2 connected in parallel. The controllable rectifiers V 1 and V 2 , which are arranged upstream of the inductor D 3 or behind a capacitor C 3 , are each provided with an antiparallel connected diode G 8 or G 9 , which reloads on the corresponding voltage peaks Capacitors C 1 / C 2 or C 3 allows. The diode 2 between the inductor D 2 and the capacitor C 3 blocks the current reflux from the capacitor C 3 in the capacitor C 3 discharging direction.

Der Thyristor V3 wird über einen Trenntransformator Tr ange­ steuert, wenn an einem Komparator 3 eine einstellbare Ver­ gleichsspannung gleich der an einem einen Teil eines Span­ nungsteilers (Widerstände R4 bis R6) bildenden Widerstand R6 abfallenden Teilspannung ist. Die Teilspannung am Wi­ derstand R6 entspricht der Versorgungsspannung der sekun­ därseitig am Impulstransformator T anstehenden Hochspan­ nungsimpulse unter Berücksichtigung des Übersetzungsver­ hältnisses des Impulstransformators T und dem Teilungsver­ hältnis des Spannungsteilers R4 bis R6.The thyristor V 3 is controlled via an isolating transformer Tr when an adjustable comparative voltage on a comparator 3 is equal to the voltage voltage divider falling on a part of a voltage divider (resistors R 4 to R 6 ) forming resistor R 6 . The partial voltage at the resistor R 6 corresponds to the supply voltage of the high-voltage pulses present on the secondary side of the pulse transformer T, taking into account the translation ratio of the pulse transformer T and the division ratio of the voltage divider R 4 to R 6 .

Damit kann die Amplitude der Hochspannungsimpulse durch Veränderung einer wesentlich niedrigeren Vergleichsspan­ nung (Pfeil zum Block E hin) verändert werden. Der Ausgang des Impulstransformators T ist mit der Laserquelle L über eine gleiche Gleichrichterdiode G7 verbunden. Die Sekun­ därwicklung des Impulstransformators T ist an einer Mit­ telanzapfung geerdet. Die Laserquelle L ist mit der Strom­ versorgungsschaltung zu einer Baugruppe zusammengefaßt, so daß die Verbindung zwischen dem Impulstransformator T und der Laserquelle sehr kurz gehalten werden können. Die ge­ samte Baugruppe ist lediglich mit einem Netzkabel an das Versorgungsnetz anzuschließen.The amplitude of the high-voltage pulses can thus be changed by changing a substantially lower reference voltage (arrow towards block E). The output of the pulse transformer T is connected to the laser source L via an identical rectifier diode G 7 . The secondary winding of the pulse transformer T is grounded to a center tap. The laser source L is combined with the power supply circuit to form an assembly, so that the connection between the pulse transformer T and the laser source can be kept very short. The entire assembly is only to be connected to the supply network with a power cable.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drossel schaltungsmäßig lediglich während der Zeiten, in denen der Thyristor V1 durchgeschaltet ist, mit dem Po­ tential der Siebkondensatoren C1/C2 verbunden. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Verein­ fachung vorgesehen, welche dann vorgenommen werden kann, wenn keine potentialmäßige Trennung zwischen der Drossel D und den Kondensatoren C1/C2 nötig ist. In diesem Fall ist der Thyristor V1 mit der Diode 2 des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 zusammengefaßt. Es entfällt auch der Glei­ chrichter G8.In the embodiment shown in FIG. 2, the choke is connected to the potential of the filter capacitors C 1 / C 2 only during the times in which the thyristor V 1 is switched through. In the embodiment shown in Fig. 3, a simplification is provided, which can be made when no potential separation between the inductor D and the capacitors C 1 / C 2 is necessary. In this case, the thyristor V 1 is combined with the diode 2 of the embodiment of FIG. 2. There is also no G 8 judge.

Als weitere Variante ist eine Rückführung von der Laser­ quelle L zum Steuerteil 1 vorgesehen, wobei in Abhängig­ keit von Lastparameteren die Impulszahl, d. h. die Zahl der Steuerzyklen, für die Schaltung variiert werden kann. Auf diese Weise kann die bereitgestellte Hochspannungsleistung in weiten Grenzen an den tatsächlichen Bedarf angepaßt werden. So kann beispielsweise die zur Verfügung gestellte Anzahl der stabilisierten Impulse zwischen 0 und der benö­ tigten maximalen Zahl verändert werden.As a further variant, a return from the laser source L to the control part 1 is provided, the number of pulses, ie the number of control cycles, for the circuit being able to be varied as a function of load parameters. In this way, the high-voltage power provided can be adapted to actual requirements within wide limits. For example, the number of stabilized pulses made available can be changed between 0 and the required maximum number.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The invention is not restricted in its implementation to the preferred embodiment given above game. Rather, a number of variants are conceivable which of the solution shown also in principle makes use of different types.

Claims (15)

1. Schaltung zur stabilisierten Erzeugung von Hochspan­ nungsimpulsen mit vorgegebener Rate, wobei ausgehend von einer Gleichspannungsquelle (G) mit einem ersten Schalter­ element (V1), das im Takte der vorgebenenen Rate über eine Drossel (D) einen nachgeschalteten Kondensator (K) in ei­ ner so gebildeten Spannungsverdopplerschaltung auflädt, welcher anschließend über ein nachfolgendes weiteres Schalterelement (V2) und zeitverzögert ebenfalls im Takte der vorgegebenen Rate über die Primärwicklung eines Impulstransformators (T) entladen wird, an dem sekundär­ seitig die Hochspannungsimpulse anstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Kondensators (K) auf eine gleich­ bleibende Spannung unterhalb der doppelten Spannung der Gleichspannungsquelle eine Schaltung zur Steuerung der vom Ladestrom durchflossenen Drossel (D) in einen Freilaufzu­ stand vorgesehen ist, sobald diese Spannung einen vorgege­ benen Wert erreicht hat, die unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Impulstransformators (T) der Sollspannung der Hochspannungsimpulse entspricht.1. Circuit for the stabilized generation of high-voltage impulses at a predetermined rate, starting from a DC voltage source (G) with a first switch element (V 1 ), the clocked at the predetermined rate via a choke (D) a downstream capacitor (K) in ei ner voltage doubler circuit thus formed, which is then discharged via a subsequent further switch element (V 2 ) and delayed also in time with the predetermined rate via the primary winding of a pulse transformer (T), on the secondary side the high voltage pulses are present, characterized in that for Charging the capacitor (K) to a constant voltage below twice the voltage of the DC voltage source, a circuit for controlling the choke (D) through which the charging current flows is provided in a freewheeling state as soon as this voltage has reached a predetermined value, taking into account the Translation ratio ltnisses of the pulse transformer (T) corresponds to the nominal voltage of the high voltage pulses. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Freilaufzustand der Drossel (D) durch Kurzschließen der gesamten Wicklung oder Teilen davon mittels eines Schalterelements (V3), gesteu­ ert durch ein von der Ladespannung des Kondensators (K) abgeleitetes Steuersignal, erzeugt wird.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the free-running state of the inductor (D) by short-circuiting the entire winding or parts thereof by means of a switch element (V 3 ), controlled by a control signal derived from the charging voltage of the capacitor (K), is produced. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuersignal für das Schalterelement (V3), das die Drossel (D) oder Teile von ihr kurzschließt, mittels eines Komparators (3) aus dem Vergleichssignal zwischen der aktuellen Spannung am Kon­ densator (K) und einer einstellbaren stabilisierten Soll­ wertspannung (E) abgeleitet wird.3. A circuit according to claim 2, characterized in that the control signal for the switch element (V 3 ), which shorts the inductor (D) or parts of it, by means of a comparator ( 3 ) from the comparison signal between the current voltage at the capacitor (K) and an adjustable stabilized setpoint voltage (E) is derived. 4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Se­ kundärwicklung des Impulstransformators (T) geteilt ist.4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the Se secondary winding of the pulse transformer (T) is divided. 5. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine An­ zapfung der Sekundärwicklung des nachgeschalteten Impuls­ transformators (T) geerdet ist.5. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that an An tapping the secondary winding of the downstream pulse transformer (T) is grounded. 6. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon­ densator (K) in seiner Kapazität umschaltbar und vorzugs­ weise resonant der Last angepaßt ist.6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the Kon capacitor (K) in its capacity switchable and preferred is resonantly adapted to the load. 7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichspannungsquelle (G) eine Batterie, eine Solarzellen­ vorrichtung oder eine Netzgleichrichterschaltung mit Sieb­ kondensatoren vorgesehen ist.7. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that as  DC voltage source (G) a battery, a solar cell device or a mains rectifier circuit with sieve capacitors is provided. 8. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochstabilisierte Sollwertspannung (E) digital oder analog einstellbar ist.8. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the highly stabilized setpoint voltage (E) digital or analog is adjustable. 9. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterelemente (V1, V2 und V3) durch mindestens ein steuerbares Halbleiterbauelement, insbesondere einen Thy­ ristor, oder mindestens eine Elektronenröhre gebildet wer­ den.9. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the switch elements (V 1 , V 2 and V 3 ) are formed by at least one controllable semiconductor component, in particular a thyristor, or at least one electron tube. 10. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens einem Schalterelement (V1, V2) eine entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung des Schalterelements gepolte Diode (G8, G9) parallelgeschaltet ist.10. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that at least one switch element (V 1 , V 2 ) is an opposite polarity to the forward direction of the switch element diode (G 8 , G 9 ) is connected in parallel. 11. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rate der Impulse in Abhängigkeit von einem Lastparameter verän­ derbar ist. 11. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the rate the impulses change depending on a load parameter is derbar.   12. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hoch­ spannungsseitig mindestens eine weitere, eine steuerbare Freilaufschaltung aufweisende Drossel vorgesehen ist.12. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that high On the voltage side, at least one more, one controllable Throttle having freewheeling circuit is provided. 13. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Laserquelle (L) eine gemeinsame räumlich zusammenge­ faßt aufgebaute Baugruppe bildet.13. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that with a laser source (L) a common spatially together summarizes assembled assembly forms. 14. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an­ geschlossene Last einen mit den Hochspannungsimpulsen auf­ zuladenden Kondensator aufweist.14. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the at closed load one with the high voltage pulses has to be charged capacitor. 15. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Im­ pulstransformator in Resonanz arbeitet.15. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the Im pulse transformer works in resonance.
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