普克尔盒驱动电路和用于操作普克尔盒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及普克尔盒驱动电路，普克尔盒驱动电路具有可连接至普克尔盒第一端 子的第一电路节点，和可连接至普克尔盒第二端子的第二电路节点，其中，第一电路节点通 过第一开关连接至正电位且第二开关连接至第二电路节点。
[0002] 本发明还涉及用于操作具有根据本发明设计的普克尔盒驱动电路的普克尔盒的 方法。
【背景技术】
[0003] 普克尔盒由电光晶体组成，电磁辐射（如波长λ为〇. 2至2 μπι的激光）能够穿 过电光晶体传播。电磁辐射穿过晶体内部产生的相位移能够通过施加不同的电压而改变 (普克尔效应）。普克尔盒充当依赖于电压的波片。普克尔盒连同另外的光学部件，例如偏 振器，被用在电光调制器，并且因此被用作激光器电磁辐射的解耦器和输入耦合器。为了将 调制器移动为锁定或断开状态，施加可变电压到普克尔盒。它们因此被用在激光器中，例 如根据"倾腔"原则在再生放大器或激光器中产生脉冲。电压由普克尔盒驱动电路装置控 制。当在材料加工中使用激光器时，激光器通常需要提供超短高能量脉冲。在再生放大系 统中，例如，为此目的，激光束通过普克尔盒耦合到光放大器并且根据需要频繁穿过它直到 达到所需的能量，然后再被解耦。为此，切换过程需要在一使用周期中发生在再生放大器的 谐振器内。事实上，切换时间越短（陡峭的切换边沿），在预定的放大时间内实现的切换周 期越多（高时钟频率）。然而，往往被证明激活普克尔盒是困难的。特别是随着高功率激 光输出，高电压是必需的，高电压需要在短时间内施加或关闭。普克尔盒驱动器，例如，基于 US3910679的现有技术是已知的。文献中所示的配置被称为"Η"配置，且运行模式被称为推 挽电路。这种配置具有以下缺点，随着高功率激光输出和快速切换时间，影响元件的热负荷 变得非常高，这是因为许多元件需要被使用和激活并且极短的切换时间不再能实现。由于 热过载整个系统也变得越来越容易发生击穿。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的问题是提供一种用于普克尔盒的驱动电路以满足上述要求。
[0005] 根据本发明提供的普克尔盒驱动电路，上述问题得以解决，该普克尔盒驱动电路 具有可连接至普克尔盒第一端子的第一电路节点，以及可连接至普克尔盒第二端子的第二 电路节点，其中，第一电路节点通过第一开关连接到正电位且第二开关连接到第二电路节 点，其中，第二电路节点通过第二开关连接到负电位且第一电路节点通过短路开关连接第 二电路节点，短路开关被启动用于连接的普克尔盒放电。
[0006] 在此普克尔盒驱动电路情况下，普克尔盒端子，即电路节点，具有相对于接地对称 分布的正负电位。普克尔盒驱动电路的控制电路从而可以同样接地。控制电路可与开关相 连。根据本发明的普克尔盒驱动电路，普克尔盒能够非常快速的进行切换。此外，高电压可 以被切换。普克尔盒驱动电路可以只用几个元件来构建，由此使得失效的可能性被降低。
[0007] 短路开关可以以如下方式来配置：电路节点之间的电压可以在一时间跨度内被降 至小于100V，所述电压大于1000V，尤其大于2kV，优选地大于4kV，尤其优选地大于8kV，所 述时间跨度小于200ns，尤其小于100ns，优选地小于50ns，尤其优选地小于10ns。
[0008] 此外，短路开关还可以以如下方式来配置：电容为lpF-20pF且电压大于1000V、尤 其是大于2kV、优选地大于4kV、尤其优选地大于SkV的普克尔盒可以在一时间跨度内放电 到电压小于100V，所述时间跨度小于200ns、尤其是小于100ns、优选地小于50ns、尤其优选 地小于10ns。特别的，后者需要非常快的切换晶体管。自申请之日起，η-沟道MOS-FET的 发生是有利的。然而，在这个领域新技术正在不断发展，由此本发明不限于M0S-FET。
[0009] 此外，短路开关以如下方式被配置：当它接通时，可在小于l〇〇ns、尤其是小于 IOns的时间跨度内从普克尔盒释放大于100nC、尤其是大于200nC、优选地大于400nC、尤其 优选地大于800nC的电荷。
[0010] 为了能够切换高电压，如果短路开关包括串联连接的多个独立式开关是有利的。 独立式开关可以是可控的半导体元件，可以以电子方式被启用，尤其是M0SFET。
[0011] 第一和第二开关还可分别包括串联连接的多个独立式开关。这对于为了能够切换 高电压同样是有利的。
[0012] 在这方面，第一和第二开关可分别包括同样数目的独立式开关。短路开关的串联 连接的独立式开关可以包括比第一开关的串联连接的独立式开关数量更多的独立式开关， 尤其是两倍的数量。反之，第一和第二开关与短路开关相比可具有数量更少的独立式开关， 尤其是一半的数量。这可以节约元件并增加安全等级。
[0013] 短路开关的独立式开关的串联连接与第一和第二开关的独立式开关的串联连接 一起形成所有独立式开关的串联连接。一个或多个电阻可被配置在上述串联连接中。这使 得不需要的振荡得以衰减。尤其是，电阻可以分别被配置在第一电路节点和正电位之间以 及在第二电路节点和负电位之间。电阻尤其可直接布置在相应正负电位的端子处。这提供 了特别有效的振荡衰减并维持了对称结构，从而进而改善了同步启用。电阻的电阻值为1 至200欧姆。
[0014] 普克尔盒可与电路节点连接。尤其是，电阻可分别布置在第一电路节点和第一普 克尔盒端子之间，以及第二电路节点和第二普克尔盒端子之间。这些电阻也有助于衰减不 需要的振荡。电阻的电阻值为0.1至20欧姆。
[0015] 每个独立式开关可以具有接通驱动器，其被配置为将独立式开关转换为导通状 态。尤其是，每个独立式开关可以被分配给相应的接通驱动电路。每个独立式开关可以独 立地接通，且独立式开关的切换时间相互同步。
[0016] 每个独立式开关还可以设有关断驱动电路，其被配置为将独立式开关转换为非导 通状态。尤其是，每个独立式开关可以被分配给相应的关断驱动电路。每个独立式开关在 其关断行为方面可以独立地调节，且独立式开关的切换时间相互同步。尤其是，对于分别 具有单独的关断驱动电路和接通驱动电路的配置，接通时间和关断时间可以相互独立地调 节。因此，切换可以以最少损失被启动。
[0017] 接通驱动电路和关断驱动电路可均设有第一和第二输入端子以及第一和第二输 出端子。因此，通过信号变压器启动独立式开关是可能的。因此如果接通驱动电路或关断 驱动电路都设有信号变压器，尤其是相同结构的信号变压器，是有利的。
[0018] 信号变压器可设有初级侧端子，初级侧端子各连接到一输入端子。
[0019] 信号变压器可各以次级侧的第一端子与对应的独立式开关的功率端子连接，尤其 是直接地连接。电位隔离可以通过信号变压器实现。信号变压器的使用还具有使得独立式 开关对称地且在完全相同时刻被启动成为可能的优势。
[0020] 信号变压器可各以次级侧的第二端子与对应的独立式开关的驱动端子连接。
[0021] 每个信号变压器可各以次级侧的第二端子通过中间电路与对应的独立式开关的 驱动端子连接，所述中间电路尤其是具有带非线性电流/电压特性的元件，优选地包括二 极管或二极管与齐纳二极管的串联电路。这样电荷有力地被引导到控制端子并保持开关、 特别是晶体管被开启足够长一段时间。在包括二极管和齐纳二极管的串联电路的情况下， 二极管和齐纳二极管可以彼此相反地连接。因此，电压可以在控制端子被调节，且切换速度 增加。如果变压器输出的电压变化非常明显，那么齐纳二极管进入导通模式。这样可以实 现安全切换，且可以避免振荡。
[0022] 第一和第二开关的接通驱动电路以及短路开关的关断驱动电路可以在它们的输 入端子处以第一串联电路来连接。从而可以保证当第一和第二开关接通时，短路开关一直 有效地被阻断。同步的、尤其是同时发生的切换可以通过串联连接得以实现。
[0023] 第一和第二开关的关断驱动电路以及短路开关的接通驱动电路可以在它们的输 入端子处以第二串联电路来连接。从而可以保证第一和第二开关是同步的，尤其是当短路 开关接通时，第一和第二开关同时被关断。
[0024] 第一和第二开关的关断驱动电路以及短路开关的接通驱动电路的串联连接可以 通过第一驱动开关连接到驱动电压。驱动电压可以是约350V，尤其是落在100至500V的范 围内。
[0025] 第一和第二开关的接通驱动电路以及短路的关断驱动电路的串联连接可以通过 第二驱动开关连接到单独或相同的驱动电压。
[0026] 当第一和第二开关闭合时，电路节点可处在绝对值相同的公共电位上。换句话说， 他们基本上是处在不同极性绝对值相同的电位上。这导致普克尔盒端子具有相对于接地 (地电位）对称分布的正负电位。
[0027] 用于普克尔盒驱动电路的一个或多个接通驱动电路，特别是它们全部，以及一个 或多个关断驱动电路，特别是它们全部，可以在到地电平的电位距小于50V的电位或接地。
[0028] 地电平可尤其是连接到房屋地面或者是在相同或接近地面房屋的电位。"接近"指 的是在房屋地面和中间电位之间的电位差