DE102013212099B4 - High voltage modulation without following error - Google Patents

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Abstract

Hochspannungsversorgung (10, 10a) für einen Pockelszellentreiber mit einem ersten Spannungswandler (26, 26a) und einem zweiten Spannungswandler (26', 26a'), wobei der Spannungseingang des ersten Spannungswandlers (26, 26a) parallel zum Spannungseingang des zweiten Spannungswandlers (26', 26a') geschaltet ist und der erste Spannungswandler (26, 26a) einen ersten Ausgangsschaltkreis (70, 70a) und der zweite Spannungswandler (26', 26a') einen zweiten Ausgangsschaltkreis (70', 70a') aufweist und der erste Ausgangsschaltkreis (70, 70a) mit dem zweiten Ausgangsschaltkreis (70', 70a') seriell zwischen einem Spannungsausgang (22) der Hochspannungsversorgung (10, 10a) geschaltet ist, wobei die Ausgangsschaltkreise (70, 70a, 70', 70a') mit zumindest einer Entladeschaltung (80, 80a, 80') verbunden sind, und wobei zumindest eine Entladeschaltung (80, 80', 80", 80'"), insbesondere alle Entladeschaltungen (80, 80', 80", 80'"), eine aktiv gesteuerte Stromsenke (82) aufweist, wobei eine Steuerungseinheit (124a) zur Steuerung aller Spannungswandler (26, 26a, 26', 26a', 26", 26'") und Entladeschaltungen (80, 80a, 80', 80", 80'") vorgesehen ist, und wobei eine mit der Steuerungseinheit (124a) verbundene Spannungserfassung (24) am Spanungsausgang (22) der Hochspannungsversorgung (19, 10a) vorgesehen ist, sodass eine Regelung der Ausgangsspannung möglich ist.High-voltage supply (10, 10a) for a Pockels cell driver with a first voltage converter (26, 26a) and a second voltage converter (26 ', 26a'), the voltage input of the first voltage converter (26, 26a) parallel to the voltage input of the second voltage converter (26 ' , 26a ') and the first voltage converter (26, 26a) has a first output circuit (70, 70a) and the second voltage converter (26', 26a ') has a second output circuit (70', 70a ') and the first output circuit ( 70, 70a) with the second output circuit (70 ', 70a') is connected in series between a voltage output (22) of the high voltage supply (10, 10a), the output circuits (70, 70a, 70 ', 70a') having at least one discharge circuit (80, 80a, 80 ') are connected, and wherein at least one discharge circuit (80, 80', 80 ", 80 '"), in particular all discharge circuits (80, 80', 80 ", 80 '"), an actively controlled one Current sink (82), wherein a controller Unit (124a) for controlling all voltage converters (26, 26a, 26 ', 26a', 26 ", 26 '") and discharge circuits (80, 80a, 80', 80 ", 80 '") is provided, and one with Voltage detection (24) connected to the control unit (124a) is provided at the voltage output (22) of the high-voltage supply (19, 10a), so that regulation of the output voltage is possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsversorgung für einen Pockelszellentreiber.The invention relates to a high voltage supply for a Pockels cell driver.

Zum Schalten und Modulieren eines Laserstrahls wird in der Regel eine Pockelszelle eingesetzt. Die Pockelszelle wird mit einem Pockelszellentreiber betrieben. Dieser Pockelszellentreiber wird hierzu mit einer Hochspannung von ca. ± 1,5 kV versorgt. Um den Laserstrahl präzise führen und stoppen zu können, ist es nötig, die an dem Pockelszellentreiber anliegende Hochspannung ohne Schleppfehler modulieren zu können. Beispielsweise muss beim Bohren eines Sackloches der Laserstrahl präzise gesteuert werden können, um die Tiefe und Form der Bohrung exakt zu kontrollieren. Die Verzugszeit zwischen der Vorgabe der gewünschten Ausgangsspannung und dem tatsächlichen Erreichen dieser Ausgangsspannung, d.h. der Schleppfehler, beträgt jedoch bei bekannten Hochspannungsversorgungen beim Betrieb im Hochspannungsbereich mehr als 250µs. Bei sehr kurzen Bearbeitungsprozessen stellt eine solche Verzugszeit bereits einen signifikanten Anteil der Bearbeitungsdauer dar.A Pockels cell is usually used to switch and modulate a laser beam. The Pockels cell is operated with a Pockels cell driver. For this purpose, this Pockels cell driver is supplied with a high voltage of approx. ± 1.5 kV. In order to be able to precisely guide and stop the laser beam, it is necessary to be able to modulate the high voltage applied to the Pockels cell driver without following errors. For example, when drilling a blind hole, it must be possible to precisely control the laser beam in order to precisely control the depth and shape of the hole. The delay between the specification of the desired output voltage and the actual reaching of this output voltage, i.e. the following error, however, is more than 250µs in known high-voltage supplies when operating in the high-voltage range. In the case of very short machining processes, such a delay time already represents a significant proportion of the machining time.

Hochspannungsversorgungen sind seit langer Zeit bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 102 06 175 A1 eine Entladungslampen-Zündschaltung bekannt geworden. Die bekannte Schaltung setzt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um. Durch Begrenzung der Wechselspannung wird eine konstante Leistungssteuerung erzielt.High voltage supplies have been known for a long time. For example, from the DE 102 06 175 A1 a discharge lamp ignition circuit has become known. The known circuit converts a DC voltage into an AC voltage. By limiting the AC voltage, constant power control is achieved.

Weiterhin offenbart die US 3,343,007 A einen Impulsgenerator für eine Röntgenröhre. Der Impulsgenerator weist mehrere Spannungswandler mit parallel geschalteten Spannungseingängen auf.Furthermore, the US 3,343,007 A an impulse generator for an X-ray tube. The pulse generator has several voltage converters with voltage inputs connected in parallel.

Aus der DE 199 61 541 A1 ist ein Hochspannungswandler bekannt geworden, der eine Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle über einen Wechselrichter und einen Transformator mit nachgeschaltetem Ausgangsgleichrichter und Filter in ein Gleichspannungs-Ausgangssignal umsetzt.From the DE 199 61 541 A1 A high-voltage converter has become known which converts a DC voltage from a DC voltage source via an inverter and a transformer with a downstream output rectifier and filter into a DC voltage output signal.

Weiterhin offenbart die DE 690 18 525 T2 einen Apparat zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Dabei wird eine Röntgenröhre durch mehrere Spannungswandler, deren Spannungseingänge parallel geschaltet sind, versorgt.Furthermore, the DE 690 18 525 T2 an apparatus for generating x-rays. An X-ray tube is supplied by several voltage converters whose voltage inputs are connected in parallel.

Aus US 4,743,785 A ist eine Schaltung im Niedervoltbereich für einen Radarsender mit synthetischer Apertur bekannt geworden. Die US 4,743,785 A lehrt, ein Überschwingverhalten durch einen „tail biter circuit“ zu vermindern.Out US 4,743,785 A A circuit in the low-voltage range for a radar transmitter with a synthetic aperture has become known. The US 4,743,785 A teaches how to reduce overshoot behavior using a “tail biter circuit”.

Weiterhin offenbart die EP 0 419 727 A1 , eine schaltbare Stromsenke einzusetzen, um eine Schaltungsanordnung vor hohen Strömen zu schützen. Furthermore, the EP 0 419 727 A1 to use a switchable current sink to protect a circuit arrangement from high currents.

Aus Davari, Pooya et al.: „High-Voltage Modular Power Supply Using Parallel and Series Configurations of Flyback Converter for Pulsed Power Applications“ IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 40, No. 10, October 2012 ist als nächstkommender Stand der Technik eine Hochspannungsversorgung für einen Pockelszellentreiber bekannt geworden, bei dem ein Ausgangskondensator während jeder Periode vollständig entladen wird. Die Hochspannungsversorgung weist einen ersten Spannungswandler und einen zweiten Spannungswandler auf, wobei der Spannungseingang des ersten Spannungswandlers parallel zum Spannungseingang des zweiten Spannungswandlers geschaltet ist und der der erste Spannungswandler einen ersten Ausgangsschaltkreis und der zweite Spannungswandler einen zweiten Ausgangsschaltkreis aufweist und der erste Ausgangsschaltkreis mit dem zweiten Ausgangsschaltkreis seriell zwischen einem Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung geschaltet ist. Die vollständige Entladung des Ausgangskondensators hängt lediglich von der Periodendauer ab; der Ausgangskondensator wird daher automatisch entladen.Out Davari, Pooya et al .: "High-Voltage Modular Power Supply Using Parallel and Series Configurations of Flyback Converter for Pulsed Power Applications" IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 40, No. October 10, 2012 A high voltage supply for a Pockels cell driver is known as the closest prior art, in which an output capacitor is completely discharged during each period. The high-voltage supply has a first voltage converter and a second voltage converter, the voltage input of the first voltage converter being connected in parallel with the voltage input of the second voltage converter and the first voltage converter having a first output circuit and the second voltage converter having a second output circuit and the first output circuit having the second output circuit is connected in series between a voltage output of the high voltage supply. The complete discharge of the output capacitor only depends on the period; the output capacitor is therefore automatically discharged.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine signifikant verbesserte Hochspannungsversorgung für einen Pockelszellentreiber bereitzustellen, bei der eine Spannungsmodulation im Hochspannungsbereich mit möglichst geringem Schleppfehler erfolgt.In contrast, the present invention is based on the object of providing a significantly improved high-voltage supply for a Pockels cell driver, in which voltage modulation takes place in the high-voltage range with the lowest possible tracking error.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochspannungsversorgung für einen Pockelszellentreiber gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen wieder.This object is achieved by a high-voltage supply for a Pockels cell driver according to claim 1. The subclaims reflect preferred configurations.

Hierdurch können Pockelszellen, die mit dem Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung über einen Pockelszellentreiber verbunden sind, sehr präzise gesteuert werden.As a result, Pockels cells that are connected to the voltage output of the high-voltage supply via a Pockels cell driver can be controlled very precisely.

Die Entladeschaltung kann Teil eines Entladeschaltungsteils sein. Der Entladeschaltungsteil kann mehrere Entladeschaltungen aufweisen. Zusätzlich kann der Entladeschaltungsteil eine gesteuerte Spannungsquelle aufweisen. Mit einer solchen gesteuerten Spannungsquelle kann die Entladeschaltung bzw. können die Entladeschaltungen aktiviert werden.The discharge circuit can be part of a discharge circuit part. The discharge circuit part can have a plurality of discharge circuits. In addition, the discharge circuit part can have a controlled voltage source. The discharge circuit or the discharge circuits can be activated with such a controlled voltage source.

Die parallel geschalteten Spannungswandler ermöglichen einen präzisen und schnellen Spannungsaufbau, der nahezu unmittelbar dem Sollwert folgt. Ein praktisch unmittelbar dem Sollwert folgender Spannungsabfall wird durch die Entladeschaltung gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Hochspannungsversorgung kann ein Schleppfehler somit praktisch vermieden werden.The voltage converters connected in parallel enable precise and fast voltage build-up that follows the setpoint almost immediately. A voltage drop practically immediately following the setpoint is caused by the discharge circuit guaranteed. A lag error can thus be practically avoided by the high-voltage supply according to the invention.

Vorzugsweise ist der erste Ausgangsschaltkreis mit einer ersten Entladeschaltung und der zweite Ausgangsschaltkreis mit einer zweiten Entladeschaltung verbunden. Durch die individuelle Zuordnung einer Entladeschaltung zu jeweils einem Ausgangsschaltkreis kann die Spannung während des Spannungsabfalls besonders zeitnah am Sollwert geführt werden.The first output circuit is preferably connected to a first discharge circuit and the second output circuit is connected to a second discharge circuit. The individual assignment of a discharge circuit to an output circuit means that the voltage can be brought to the setpoint particularly promptly during the voltage drop.

Die Hochspannungsversorgung kann zumindest einen weiteren Spannungswandler aufweisen, dessen Spannungseingang parallel zum Spannungseingang des ersten Spannungswandlers und des zweiten Spannungswandlers geschaltet ist, wobei ein weiterer Ausgangsschaltkreis des weiteren Spannungswandlers seriell zwischen dem Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung geschaltet ist und der weitere Ausgangsschaltkreis mit einer weiteren Entladeschaltung verbunden ist. Mittels des zusätzlichen Spannungswandlers und der zusätzlichen Entladeschaltung kann die Spannung beim Spannungsaufbau und Spannungsabfall noch präziser gesteuert werden.The high-voltage supply can have at least one further voltage converter, the voltage input of which is connected in parallel to the voltage input of the first voltage converter and the second voltage converter, a further output circuit of the further voltage converter being connected in series between the voltage output of the high-voltage supply and the further output circuit being connected to a further discharge circuit. Using the additional voltage converter and the additional discharge circuit, the voltage during voltage build-up and voltage drop can be controlled even more precisely.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Hochspannungsversorgung vier Spannungswandler auf, deren Spannungseingänge parallel geschaltet sind, wobei die Spannungswandler jeweils einen Ausgangsschaltkreis aufweisen, die Ausgangsschaltkreise jeweils mit einer Entladeschaltung verbunden sind und die Ausgangsschaltkreise seriell zwischen dem Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung geschaltet sind.In a particularly preferred embodiment of the invention, the high voltage supply has four voltage converters, the voltage inputs of which are connected in parallel, the voltage converters each having an output circuit, the output circuits each being connected to a discharge circuit and the output circuits being connected in series between the voltage output of the high voltage supply.

Es ist eine Steuerungseinheit zur Steuerung aller Spannungswandler und Entladeschaltungen vorgesehen. Eine solche zentrale Steuerungseinheit ermöglicht eine exakte gleichzeitige Ansteuerung aller Spannungswandler und Entladeschaltungen. Die Steuerungseinheit umfasst vorzugsweise einen PI - Regler, das heißt einen Regler mit Proportionalverstärker und parallel geschaltetem Integrator.A control unit for controlling all voltage converters and discharge circuits is provided. Such a central control unit enables exact simultaneous control of all voltage converters and discharge circuits. The control unit preferably comprises a PI controller, that is to say a controller with a proportional amplifier and an integrator connected in parallel.

Die Hochspannungsversorgung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Steuerungseinheit verbundene Spannungserfassung am Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine Regelung der Ausgangsspannung ermöglicht.The high voltage supply is further characterized in that a voltage detection connected to the control unit is provided at the voltage output of the high voltage supply. This enables regulation of the output voltage.

Die Spannungserfassung kann sowohl konstruktiv einfach werden als auch präzise Messwerte liefern, wenn sie einen Spannungsteiler mit mehreren seriell geschalteten Widerständen umfasst.The voltage detection can be both structurally simple and deliver precise measured values if it comprises a voltage divider with several resistors connected in series.

Einem ersten Pol der Spannungseingänge der Spannungswandler kann ein Eingangszwischenkreis vorgeschaltet sein, der zumindest einen Eingangskondensator, insbesondere mehrere parallel geschaltete Eingangskondensatoren, aufweist.An input intermediate circuit which has at least one input capacitor, in particular a plurality of input capacitors connected in parallel, can be connected upstream of a first pole of the voltage inputs of the voltage converters.

Vorzugsweise ist zumindest ein Eingangskondensator, insbesondere alle Eingangskondensatoren, als Keramikkondensator ausgebildet. Keramikkondensatoren können aufgrund ihres niedrigen Verlustwiderstandes hohe Effektivstrombelastungen aushalten. Weiterhin ist die Alterung von Keramikkondensatoren nur von deren Betriebstemperatur abhängig und deutlich geringer ausgeprägt als bei herkömmlichen Elektrolytkondensatoren.At least one input capacitor, in particular all input capacitors, is preferably designed as a ceramic capacitor. Ceramic capacitors can withstand high effective current loads due to their low loss resistance. Furthermore, the aging of ceramic capacitors only depends on their operating temperature and is significantly less pronounced than with conventional electrolytic capacitors.

Zumindest ein Eingangskondensator, insbesondere alle Eingangskondensatoren, können für eine Betriebstemperatur von mehr als 100°C ausgelegt sein. Hierbei kommt insbesondere ein Eingangskondensator der Baureihe X7R, X7S oder X8R in Betracht. X7R-Kondensatoren sind auf eine Betriebstemperatur von bis zu 125°C spezifiziert.At least one input capacitor, in particular all input capacitors, can be designed for an operating temperature of more than 100 ° C. An input capacitor from the X7R, X7S or X8R series is particularly suitable. X7R capacitors are specified for an operating temperature of up to 125 ° C.

Dem Eingangszwischenkreis kann zumindest eine Schottky-Diode vorgeschaltet sein. Hierdurch kann eine Verpolung des Spannungseingangs verhindert werden. Weiterhin kann die Schottky-Diode ein Schwingen zwischen zwei Hochspannungsversorgungen unterbinden, die an der gleichen Spannungsversorgung betrieben werden.At least one Schottky diode can be connected upstream of the input intermediate circuit. In this way, polarity reversal of the voltage input can be prevented. Furthermore, the Schottky diode can prevent oscillation between two high-voltage supplies that are operated on the same voltage supply.

Den Spannungswandlern kann weiterhin ein Treiber vorgeschaltet sein. Der Treiber ist vorzugsweise zweistufig ausgebildet. Der Treiber kann dabei einen Gatetreiberbaustein und/oder eine bipolare Gegentaktstufe aufweist. Hierdurch kann der Spannungswandler präzise gesteuert werden.A driver can also be connected upstream of the voltage converters. The driver is preferably designed in two stages. The driver can have a gate driver module and / or a bipolar push-pull stage. This allows the voltage converter to be controlled precisely.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Spannungswandler, insbesondere alle Spannungswandler, einen Sperrwandler auf. Mithilfe des Sperrwandlers kann eine galvanisch getrennte Spannungsübertragung erfolgen. Darüber hinaus werden durch den Einsatz eines Sperrwandlers sehr hohe Ausgangsspannungen bei moderatem Übersetzungsverhältnis ermöglicht.In a particularly preferred embodiment of the invention, at least one voltage converter, in particular all voltage converters, has a flyback converter. A galvanically isolated voltage transmission can be carried out with the aid of the flyback converter. In addition, the use of a flyback converter enables very high output voltages with a moderate transmission ratio.

Zumindest ein Sperrwandler, insbesondere alle Sperrwandler, können einen Speichertransformator in Form eines Leiterplattentransformators aufweisen. Hierdurch kann die übertragene Energie im Magnetfeld der magnetisch gekoppelten Spulen des Speichertransformators zwischengespeichert werden. Weiterhin sind die Windungen der Spulen durch die Ausbildung des Speichertransformators als Leiterplattentransformator optimal gegen Verschmutzungen und Berührungen geschützt.At least one flyback converter, in particular all flyback converters, can have a storage transformer in the form of a printed circuit board transformer. As a result, the transmitted energy can be temporarily stored in the magnetic field of the magnetically coupled coils of the storage transformer. In addition, the windings of the coils are optimally protected against contamination and contact by designing the storage transformer as a circuit board transformer.

Vorzugsweise weist der Ausgangsschaltkreis zumindest eines Spannungswandlers an seinem Ausgang einen Ausgangskondensator auf, wobei der Spannungswandler dergestalt ausgelegt ist, dass zumindest 20% der Energie, die dem Spannungswandler in einem Taktzyklus an dessen Spannungseingang zugeführt wird, in den Ausgangskondensator innerhalb dieses Taktzyklus geleitet wird. The output circuit of at least one voltage converter preferably has an output capacitor at its output, the voltage converter being designed in such a way that at least 20% of the energy which is supplied to the voltage converter in a clock cycle at its voltage input is conducted into the output capacitor within this clock cycle.

Besonders bevorzugt weisen alle Ausgangsschaltkreise der Spannungswandler an ihren Ausgängen einen Ausgangskondensator auf, wobei die Spannungswandler dergestalt ausgelegt sind, dass zumindest 20% der Energie, die den Spannungswandlern in einem Taktzyklus an deren Spannungseingang zugeführt wird, in den Ausgangskondensator innerhalb dieses Taktzyklus geleitet wird. Die Spannungswandler können dadurch einstufig ausgebildet werden. Die so erzielte Wandlertopologie ermöglicht eine Energieübertragung innerhalb eines einzelnen Taktes. Bei jedem einzelnen Takt kann die zu übertragende Energie somit direkt von der Steuerungseinheit beeinflusst werden. Der Schleppfehler kann dadurch beim Spannungsaufbau besonders gering gehalten werden.All output circuits of the voltage converters particularly preferably have an output capacitor at their outputs, the voltage converters being designed in such a way that at least 20% of the energy which is supplied to the voltage converters in a clock cycle at their voltage input is conducted into the output capacitor within this clock cycle. The voltage transformers can thus be designed in one stage. The converter topology achieved in this way enables energy transmission within a single cycle. With each individual cycle, the energy to be transmitted can thus be influenced directly by the control unit. The following error can thus be kept particularly low when building up the voltage.

Zumindest ein Ausgangskondensator, insbesondere alle Ausgangskondensatoren, können in Form von Keramikkondensatoren ausgebildet sein. Zumindest ein Ausgangskondensator, insbesondere alle Ausgangskondensatoren, können mehrere parallel geschaltete Kondensatoren aufweisen.At least one output capacitor, in particular all output capacitors, can be designed in the form of ceramic capacitors. At least one output capacitor, in particular all output capacitors, can have several capacitors connected in parallel.

Vorzugsweise weist zumindest ein Ausgangsschaltkreis, insbesondere alle Ausgangsschaltkreise, eine Boostdiode auf. Als Boostdiode wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Silizium - Carbid (SiC) - Diode bezeichnet. Die Boostdiode ist insbesondere für Spannungen von mehr als 1000 V ausgelegt. Sie verhindert ein Entladen des Ausgangsschaltkreises des Spannungswandlers. Hierdurch wird die maximal mögliche Spannung am Spannungsausgang erhöht. Weist jeder Ausgangsschaltkreis eine Boostdiode auf, so wird ein Entladen aller Ausgangsschaltkreise der Spannungswandler verhindert.At least one output circuit, in particular all output circuits, preferably has a boost diode. A silicon carbide (SiC) diode is referred to as a boost diode in the sense of the present invention. The boost diode is especially designed for voltages of more than 1000 V. It prevents the voltage transformer output circuit from discharging. This increases the maximum possible voltage at the voltage output. If each output circuit has a boost diode, then all of the voltage transformer output circuits are prevented from being discharged.

Die Boostdiode kann dabei direkt mit dem Ausgang ihres Ausgangsschaltkreises verbunden sein. Vorzugsweise ist jede Boostdiode direkt mit dem Ausgang ihres jeweiligen Ausgangssschaltkreises verbunden.The boost diode can be connected directly to the output of its output circuit. Each boost diode is preferably connected directly to the output of its respective output circuit.

Die Hochspannungsversorgung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ausgangsschaltkreis eines Spannungswandlers, insbesondere alle Ausgangsschaltkreise der Spannungswandler, zumindest einen Ausgangskondensator und zumindest einen parallel zu dem Ausgangskondensator geschalteten Entladewiderstand aufweisen. Hierdurch kann der Ausgangsschaltkreis, insbesondere alle Ausgangsschaltkreise, sehr schnell nach Abschalten der Hochspannungsversorgung auf eine ungefährliche, niedrige Spannung entladen werden. Vorzugsweise sind zumindest zwei parallel geschaltete Entladewiderstände vorgesehen, um sicherzustellen, dass die kurze Entladezeit auch bei einem Defekt eines Entladewiderstandes gewährleistet werden kann.The high-voltage supply is preferably characterized in that at least one output circuit of a voltage converter, in particular all output circuits of the voltage converter, have at least one output capacitor and at least one discharge resistor connected in parallel with the output capacitor. As a result, the output circuit, in particular all the output circuits, can be discharged to a safe, low voltage very quickly after the high-voltage supply has been switched off. At least two discharge resistors connected in parallel are preferably provided in order to ensure that the short discharge time can also be ensured in the event of a defect in a discharge resistor.

Die Hochspannungsversorgung weist vorzugsweise eine Entmagnetisierungsüberwachung auf. Hierzu kann zumindest ein Spannungswandler, insbesondere alle Spannungswandler, eine Messwicklung aufweisen, die mit der Entmagnetisierungserkennung verbunden sind. Die Entmagnetisierungserkennung kann dabei einen Komparator aufweisen, dessen Ausgang mit den seriell verbundenen Messwicklungen der Sperrwandler verbunden ist.The high-voltage supply preferably has demagnetization monitoring. For this purpose, at least one voltage converter, in particular all voltage converters, can have a measuring winding, which are connected to the demagnetization detection. The demagnetization detection can have a comparator whose output is connected to the series-connected measuring windings of the flyback converters.

Um einen sehr kontrollierten und sehr schnellen Spannungsabfall am Spannungsausgang der Hochspannungsversorgung zu ermöglichen, weist zumindest eine Entladeschaltung, insbesondere alle Entladeschaltungen, eine aktiv gesteuerte Stromsenke auf.In order to enable a very controlled and very rapid voltage drop at the voltage output of the high-voltage supply, at least one discharge circuit, in particular all discharge circuits, has an actively controlled current sink.

Vorzugsweise umfasst die Stromsenke einen Stromsenkentransistor, der mit dem Ausgangsschaltkreis des zugehörigen Spannungswandlers verbunden ist.The current sink preferably comprises a current sink transistor which is connected to the output circuit of the associated voltage converter.

Der Stromsenkentransistor kann in Form eines MOSFETs ausgebildet sein. Der Stromsenkentransistor kann dabei über Source und Drain mit dem Ausgangsschaltkreis des zugehörigen Spannungswandlers verbunden sein. Im Falle eines Bipolartransistors als Stromsenkentransistor entspricht dabei Source dem Kollektor, Drain dem Emitter und Gate der Basis.The current sink transistor can be in the form of a MOSFET. The current sink transistor can be connected to the output circuit of the associated voltage converter via source and drain. In the case of a bipolar transistor as a current sink transistor, source corresponds to the collector, drain corresponds to the emitter and gate corresponds to the base.

An dem Stromsenkentransistor, insbesondere an allen Stromsenkentransistoren, kann ein Sourcewiderstand, ein Drainwiderstand und/oder ein Gatewiderstand angeschlossen sein. Die Sourcewiderstände und/oder Drainwiderstände können Widerstandswerte zwischen 2 Ohm und 100 Ohm aufweisen. Die Gatewiderstände können Widerstandswerte zwischen 10 Ohm und 200 Ohm aufweisen. Über den Sourcewiderstand kann das Verhältnis zwischen Gatespannung und Entladestrom eingestellt werden. Der Gatewiderstand entkoppelt den jeweiligen Spannungswandler von der Stromsenke und verhindert dadurch ein Schwingen der Stromsenke, das durch eine veränderte Ladung eines Ausgangskondensators des Spannungskondensators entstehen kann. Der Drainwiderstand verhindert, dass sich die einzelnen Stromsenken in ihrer Reihenschaltung gegenseitig beeinflussen.A source resistor, a drain resistor and / or a gate resistor can be connected to the current sink transistor, in particular to all current sink transistors. The source resistors and / or drain resistors can have resistance values between 2 ohms and 100 ohms. The gate resistors can have resistance values between 10 ohms and 200 ohms. The ratio between gate voltage and discharge current can be set via the source resistor. The gate resistor decouples the respective voltage converter from the current sink and thereby prevents the current sink from oscillating, which can arise as a result of a changed charge in an output capacitor of the voltage capacitor. The drain resistor prevents the individual current sinks from influencing one another in their series connection.

Die Gatespannung zumindest eines Stromsenkentransistors kann über einen Transformator steuerbar sein, wobei das Gate mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist. Hierdurch kann ein Steuersignal potentialfrei an den Stromsenkentransistor übertragen werden. The gate voltage of at least one current sink transistor can be controllable via a transformer, the gate being connected to a secondary winding of the transformer. As a result, a control signal can be transmitted to the current sink transistor in a floating manner.

Am Gate des Stromsenkentransistors kann ein Gatekondensator vorgesehen sein, der parallel zu einem Kondensatorwiderstand geschaltet ist. Der Kondensatorwiderstand entlädt den Gatekondensator kontinuierlich und gewährleistet dadurch, dass die Spannung am Gate des Stromsenkentransistors mit ausreichender Geschwindigkeit verändert werden kann.A gate capacitor can be provided at the gate of the current sink transistor, which is connected in parallel with a capacitor resistor. The capacitor resistor continuously discharges the gate capacitor, thereby ensuring that the voltage at the gate of the current sink transistor can be changed with sufficient speed.

Vorzugsweise sind die Gatespannungen aller Stromsenkentransistoren über jeweils einen Transformator steuerbar, wobei erste Primärwicklungen der Transformatoren parallel geschaltet sind. Ein Steuersignal kann dadurch simultan und potentialfrei an alle Stromsenkentransistoren übertragen werden.The gate voltages of all current sink transistors are preferably controllable via one transformer each, first primary windings of the transformers being connected in parallel. A control signal can thus be transmitted simultaneously and potential-free to all current sink transistors.

Zumindest ein Transformator kann eine zweite Primärwicklung aufweisen. Die zweite Primärwicklung ermöglicht eine Entmagnetisierung des Transformators.At least one transformer can have a second primary winding. The second primary winding enables the transformer to be demagnetized.

Insbesondere können alle Transformatoren eine zweite Primärwicklung aufweisen, wobei die zweiten Primärwicklungen parallel zueinander geschaltet sind. Hierdurch können alle Transformatoren simultan entmagnetisiert werden.In particular, all transformers can have a second primary winding, the second primary windings being connected in parallel with one another. This allows all transformers to be demagnetized simultaneously.

Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung der ersten Primärwicklung eines Transformators, insbesondere die Ansteuerung der ersten Primärwicklungen jedes Transformators, über eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle. Hierdurch kann die Ansteuerung der Stromsenke, insbesondere die Ansteuerung aller Stromsenken, unbelastet erfolgen.The control of the first primary winding of a transformer, in particular the control of the first primary windings of each transformer, is preferably carried out via a voltage-controlled voltage source. As a result, the current sink, in particular the control of all current sinks, can be actuated without load.

Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle kann dabei einen Operationsverstärker und eine bipolare Gegentaktstufe umfasst, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers mit dem Eingang der Gegentaktstufe und der Ausgang der Gegentaktstufe mit der ersten Primärwicklung eines Transformators verbunden ist. Durch die direkte Verbindung des Ausgangs des Operationsverstärkers mit dem Eingang der Gegentaktstufe wird der maximal mögliche Ausgangsstrom des Operationsverstärkers erhöht.The voltage-controlled voltage source can comprise an operational amplifier and a bipolar push-pull stage, the output of the operational amplifier being connected to the input of the push-pull stage and the output of the push-pull stage being connected to the first primary winding of a transformer. The maximum possible output current of the operational amplifier is increased by the direct connection of the output of the operational amplifier to the input of the push-pull stage.

Der Ausgang der Gegentaktstufe kann weiterhin auf einen Eingang des Operationsverstärkers, insbesondere einen invertierenden Eingang des Operationsverstärkers, zurückgeführt sein. Durch die Rückführung kann die Ausgangsspannung der Gegentaktstufe direkt von dem Operationsverstärker gesteuert werden.The output of the push-pull stage can also be fed back to an input of the operational amplifier, in particular an inverting input of the operational amplifier. The feedback enables the output voltage of the push-pull stage to be controlled directly by the operational amplifier.

Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle kann mit einem spannungsreduzierten oder spannungserhöhten Signal gesteuert werden. Die Spannungsreduktion bzw. Spannungserhöhung bezieht sich dabei auf die zum Ansprechen der Entladeschaltung nötige Spannung. Durch die Spannungsreduktion bzw. Spannungserhöhung kann die Ansprechzeit der mit der spannungsgesteuerten Spannungsquelle gesteuerten Entladeschaltung stark reduziert werden.The voltage-controlled voltage source can be controlled with a voltage-reduced or voltage-increased signal. The voltage reduction or voltage increase relates to the voltage required to respond to the discharge circuit. The response time of the discharge circuit controlled by the voltage-controlled voltage source can be greatly reduced by reducing or increasing the voltage.

Vorzugsweise ist die Schaltung der Hochspannungsversorgung auf einer wassergekühlten Platine angeordnet, wobei die Platine einen Temperatursensor, insbesondere einen LM35 Temperatursensor, aufweist. Hierdurch kann über die Temperatur der Platine, die Kühlwassertemperatur gemessen und der Kühlwasserfluss entsprechend geregelt werden. Der Temperatursensor erzeugt dabei einen sich proportional zur Temperatur der Platine ändernden Strom. Im Falle eines LM35 Temperatursensors beträgt der vom Temperatursensor erzeugte Strom 50µA/°C.The circuit of the high-voltage supply is preferably arranged on a water-cooled circuit board, the circuit board having a temperature sensor, in particular an LM35 temperature sensor. In this way, the temperature of the circuit board, the cooling water temperature can be measured and the cooling water flow can be regulated accordingly. The temperature sensor generates a current that changes in proportion to the temperature of the circuit board. In the case of an LM35 temperature sensor, the current generated by the temperature sensor is 50µA / ° C.

Die Hochspannungsversorgung kann auf einer Platine angeordnet sein, die in ein Verbindungsplatinenmodul einsteckbar ist, wobei auf der Platine eine mit dem Verbindungsplatinenmodul verbindbare Kurzschlussbrücke vorgesehen sein kann. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Hochspannungsversorgung nur dann betrieben wird, wenn die Kurzschlussbrücke geschlossen, d.h. die Platine korrekt in das Verbindungsplatinenmodul eingesteckt ist. Das Verbindungsplatinenmodul kann eine Leiterkarte mit einer auf ihm angeordneten oder ausgebildeten Steuer- und/oder Regeleinheit aufweisen. Das Verbindungsplatinenmodul kann in einem Gehäuse angeordnet sein oder Teil eines Gehäuses sein.The high-voltage supply can be arranged on a circuit board that can be plugged into a connection board module, wherein a short-circuit bridge that can be connected to the connection board module can be provided on the board. This can ensure that the high-voltage supply is only operated when the short-circuit bridge is closed, i.e. the board is correctly inserted into the connection board module. The connection board module can have a printed circuit board with a control and / or regulating unit arranged or formed on it. The connection board module can be arranged in a housing or can be part of a housing.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Patentansprüchen.Further features and advantages of the invention result from the following detailed description of two exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows details essential to the invention, and from the patent claims.

Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind nicht notwendigerweise maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.The features shown in the drawing are not necessarily to be understood to scale and are shown in such a way that the special features according to the invention can be made clearly visible. The various features can each be implemented individually or in groups in any combination in variants of the invention.

In der schematischen Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the schematic drawing and are explained in more detail in the description below.

Es zeigen:

  • 1 ein Schaltbild einer ersten Hochspannungsversorgung mit einem Spannungswandlerteil und einem Entladeschaltungsteil;
  • 2 ein Schaltbild des Spannungswandlerteils der ersten Hochspannungsversorgung;
  • 2a einen ersten vergrößerten Ausschnitt aus 2, der einen ersten Spannungswandler und einen ersten Ausgangsschaltkreis darstellt;
  • 2b einen zweiten vergrößerten Ausschnitt aus 2, der einen Eingangsschaltkreis und eine Entmagnetisierungserkennung darstellt;
  • 2c einen dritten vergrößerten Ausschnitt aus 2, der einen Treiber darstellt;
  • 3 ein Schaltbild des Entladeschaltungsteils der ersten Hochspannungsversorgung;
  • 3a einen ersten vergrößerten Ausschnitt aus 3, der eine erste Entladeschaltung darstellt;
  • 3b einen zweiten vergrößerten Ausschnitt aus 3, der eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle darstellt; und
  • 4 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer zweiten Hochspannungsversorgung.
Show it:
  • 1 a circuit diagram of a first high voltage supply with a voltage converter part and a discharge circuit part;
  • 2 a circuit diagram of the voltage converter part of the first high voltage supply;
  • 2a a first enlarged section 2 which represents a first voltage converter and a first output circuit;
  • 2 B a second enlarged section 2 representing an input circuit and demagnetization detection;
  • 2c a third enlarged section 2 representing a driver;
  • 3 a circuit diagram of the discharge circuit part of the first high voltage supply;
  • 3a a first enlarged section 3 which represents a first discharge circuit;
  • 3b a second enlarged section 3 , which is a voltage controlled voltage source; and
  • 4 a highly simplified circuit diagram of a second high voltage supply.

1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen ersten Hochspannungsversorgung 10. Die erste Hochspannungsversorgung 10 umfasst eine Platine 12, die in ein Verbindungsplatinenmodul 14 gesteckt ist. Um die korrekte Verbindung der Platine 12 mit dem Verbindungsplatinenmodul 14 zu gewährleisten, ist auf der Platine 12 eine Kurzschlussbrücke 16 vorgesehen. 1 shows a circuit diagram of a first high-voltage supply according to the invention 10 , The first high voltage supply 10 includes a circuit board 12 that are in a connector board module 14 is stuck. To correctly connect the board 12 with the connector board module 14 to ensure is on the board 12 a short circuit bridge 16 intended.

Die erste Hochspannungsversorgung 10 umfasst einen Spannungswandlerteil 18 und einen Entladeschaltungsteil 20. Spannungswandlerteil 18, Entladeschaltungsteil 20 und das Verbindungsplatinenmodul 14 sind über die dargestellten Leitungen miteinander verbunden. Der Spannungswandlerteil 18 bezieht eine 24V-Versorgungsspannung (24V) und Masse (GND) von entsprechenden Anschlüssen des Verbindungsplatinenmoduls 14. Die gesamte Platine 12 bezieht über mehrere Kontakte Masse (GND) sowie die Versorgungspannungen +15V und -15V und führt diese sowohl dem Spannungswandlerteil 18 als auch dem Entladeschaltungsteil 20 zu. Weiterhin wird der Spannungswandlerteil 18 von entsprechenden Anschlüssen des Verbindungsplatinenmoduls 14 mit einer 3,3V-Spannung (3,3V) für eine, einen Entmagnetisierungskomparator 36 aufweisende, Entmagnetisierungserkennung 34 (vgl. 2b) und einer 15V-Spannung (+15V_Driver) für einen Treiber 54 (vgl. 2c) versorgt. Der Treiber 54 des Spannungswandlerteils 18 ist weiterhin über die Anschlüsse „Dri-ver_Enable“ zum Ein- und Ausschalten des Treibers 54 und „Gate_Driver“ zum Ansteuern des Treibers 54 mit entsprechenden Anschlüssen des Verbindungsplatinenmoduls 14 verbunden. Ferner ist ein Ausgang (Komp) des Entmagnetisierungskomparators 34 mit einem entsprechenden Anschluss des Verbindungsplatinenmoduls 14 verbunden.The first high voltage supply 10 includes a voltage converter part 18th and a discharge circuit part 20th , Voltage converter part 18th , Discharge circuit part 20th and the connector board module 14 are connected to each other via the lines shown. The voltage converter part 18th obtains a 24V supply voltage (24V) and ground (GND) from the corresponding connections of the connection board module 14 , The entire board 12 receives ground (GND) and the supply voltages + 15V and -15V via several contacts and carries them to both the voltage converter part 18th as well as the discharge circuit part 20th to. Furthermore, the voltage converter part 18th of corresponding connections of the connection board module 14 with a 3.3V voltage (3.3V) for a demagnetization comparator 36 having demagnetization detection 34 (see. 2 B) and a 15V voltage (+ 15V_Driver) for a driver 54 (see. 2c ) provided. The driver 54 of the voltage converter part 18th is still via the "Dri-ver_Enable" connections for switching the driver on and off 54 and "Gate_Driver" to control the driver 54 with corresponding connections of the connection board module 14 connected. There is also an output (Komp) of the demagnetization comparator 34 with a corresponding connection of the connection board module 14 connected.

Am Spannungswandlerteil 18 ist ein Spannungsausgang 22 der ersten Hochspannungsversorgung 10 vorgesehen. Die Pole des Spannungsausgangs 22 sind mit „High“ und „Low“ bezeichnet. Die Spannung an „High“ beträgt zwischen 0V und 2000V. Die Spannung an „Low“ beträgt zwischen 0V und -2000V. Der Spannungsausgang 22 ist mit einem Pockelszellentreiber (nicht gezeigt) verbindbar. Der Spannungswandlerteil 18 arbeitet mit einer Abgabeleistung von 100W bis 500W, insbesondere 200W. Die Pole des Spannungsausgangs 22 („High“ und „Low“) können auf der Platine 12 angeordnet sein. Sie können auch mit entsprechenden Anschlüssen (nicht gezeigt) des Verbindungsplatinenmoduls 14 verbunden sein.On the voltage converter part 18th is a voltage output 22 the first high voltage supply 10 intended. The poles of the voltage output 22 are labeled "High" and "Low". The voltage at "High" is between 0V and 2000V. The voltage at "Low" is between 0V and -2000V. The voltage output 22 can be connected to a Pockels cell driver (not shown). The voltage converter part 18th works with a power output from 100W to 500W, especially 200W. The poles of the voltage output 22 ("High" and "Low") can on the board 12 be arranged. You can also use appropriate connectors (not shown) on the connector board module 14 be connected.

Am Spannungswandlerteil 18 ist weiterhin eine Spannungserfassung 24 vorgesehen. Die Pole der Spannungserfassung 24 sind mit „High_Mess“ und „Low_Mess“ gekennzeichnet. An „High_Mess“ kann eine Spannungsmessung bei positiver Ausgangsspannung, an „Low_Mess“ bei negativer Ausgangsspannung erfolgen. Die Spannung an „Low_Mess“ und „High_Mess“ beträgt maximal 4V, wobei 4V der maximalen bzw. minimalen Ausgangsspannung entspricht.On the voltage converter part 18th is still a voltage detection 24 intended. The poles of voltage detection 24 are marked with "High_Mess" and "Low_Mess". With "High_Mess" a voltage measurement with positive output voltage can take place, with "Low_Mess" with negative output voltage. The voltage at "Low_Mess" and "High_Mess" is a maximum of 4V, where 4V corresponds to the maximum or minimum output voltage.

Der Entladeschaltungsteil 20 bezieht über den Anschluss „Curr_Sink_Pos_Reg“ die Spannung und über den Anschluss „Discharge_Clock“ den Ansteuertakt von einer Steuerungseinheit (nicht gezeigt) der ersten Hochspannungsversorgung 10.The discharge circuit part 20th obtains the voltage via the "Curr_Sink_Pos_Reg" connection and the control clock from a control unit (not shown) of the first high-voltage supply via the "Discharge_Clock" connection 10 ,

Die Ausgangsschaltkreise 70, 70', 70", 70'" (vgl. 2) des Spannungswandlerteils 18 sind über die Anschlüsse „High“, „Trafo1_Sink“, „Trafo2_Sink“, „Trafo3_Sink“ und „Low“ mit dem Entladeschaltungsteil 20 verbunden. Weiterhin ist eine Temperatursensorschaltung 120 (vgl. 3) des Spannungswandlerteils 18 über den Anschluss „Temp“ mit einem entsprechenden Anschluss des Verbindungsplatinenmoduls 14 verbunden.The output circuits 70 . 70 ' . 70 " . 70 '" (see. 2 ) of the voltage transformer part 18th are connected to the discharge circuit via the "High", "Trafo1_Sink", "Trafo2_Sink", "Trafo3_Sink" and "Low" connections 20th connected. There is also a temperature sensor circuit 120 (see. 3 ) of the voltage transformer part 18th via the "Temp" connection with a corresponding connection of the connection board module 14 connected.

2 stellt den Spannungswandlerteil 18 im Detail dar. Der Spannungswandlerteil 18 weist einen ersten Spannungswandler 26, einen zweiten Spannungswandler 26', einen dritten Spannungswandler 26" und einen vierten Spannungswandler 26"" auf. Die Spannungswandler 26, 26', 26", 26'" sind identisch in Form von Sperrwandlern ausgebildet. Die Sperrwandler weisen jeweils einen Speichertransformator in Form eines achtlagigen Leiterplattentransformators auf. Die Windungen der Leiterplattentransformatoren befinden sich im Inneren der Platine der Leiterplattentransformatoren und sind dadurch optimal gegen Verschmutzungen und Berührungen geschützt. 2 represents the voltage converter part 18th in detail. The voltage converter part 18th has a first voltage converter 26 , a second voltage converter 26 ' , a third voltage converter 26 " and a fourth voltage converter 26 "" on. The voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 '" are identical in the form of flyback converters. The flyback converters each have a storage transformer in the form of an eight-layer circuit board transformer. The turns of the Circuit board transformers are located inside the circuit board of the circuit board transformers and are therefore optimally protected against contamination and contact.

Nachfolgend ist in 2a aus Gründen der Vereinfachung lediglich der erste Spannungswandler 26 näher beschrieben. In den beiden äußeren Lagen des Leiterplattentransformators des ersten Spannungswandlers 26 befindet sich eine erste Primärwicklung 28 sowie eine erste Messwicklung 30. Die erste Messwicklung 30 dient der Erkennung der Entmagnetisierung des Leiterplattentransformators. Zwischen der ersten Primärwicklung 28 und einer ersten Sekundärwicklung 32 des ersten Spannungswandlers 26 befindet sich eine erste Schirmwicklung 33 zur Reduzierung der Verschiebeströme über die parasitären Kapazitäten des Leiterplattentransformators.The following is in 2a only the first voltage converter for simplification 26 described in more detail. In the two outer layers of the circuit board transformer of the first voltage converter 26 there is a first primary winding 28 as well as a first measuring winding 30th , The first measuring winding 30th serves to detect the demagnetization of the circuit board transformer. Between the first primary winding 28 and a first secondary winding 32 of the first voltage converter 26 there is a first shield winding 33 to reduce the displacement currents via the parasitic capacitances of the circuit board transformer.

Die Messwicklungen der Spannungswandler 26, 26', 26", 26"', unter anderem die erste Messwicklung 30, sind - wie aus 2 und 2b erkennbar - mit einer Entmagnetisierungserkennung 34 verbunden. Die Entmagnetisierungserkennung 34 umfasst gemäß 2b einen Komparator 36, dessen Ausgang mit den seriell verbundenen Messwicklungen - beispielsweise der ersten Messwicklung 30 - der Spannungswandler 26, 26', 26", 26'" verbunden ist. Der Komparator 36 überwacht die Polarität der Spannung an den Messwicklungen, die von der Stromflussrichtung in den Spannungswandlern 26, 26', 26", 26'" (vgl. 2) abhängt. Durch die antiparallele Serienschaltung zweier Z-Dioden 38, 40 mit zwei Schottky-Dioden 42, 44 wird der Eingang des Komparators 36 vor zu hohen Differenzspannungen geschützt. Die Reihenschaltung der Schottky-Dioden 42, 44 sorgt für eine ausreichend hohe Grenzfrequenz. Über einen Rückkopplungswiderstand 46 kann die Hysterese des Komparators 36 eingestellt werden.The measuring windings of the voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 "' , including the first measurement winding 30th , are - like from 2 and 2 B recognizable - with demagnetization detection 34 connected. Demagnetization detection 34 includes according to 2 B a comparator 36 whose output is connected to the serially connected measuring windings - for example the first measuring winding 30th - the voltage converter 26 . 26 ' . 26 " . 26 '" connected is. The comparator 36 monitors the polarity of the voltage on the measuring windings by the direction of current flow in the voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 '" (see. 2 ) depends. Due to the anti-parallel series connection of two Z diodes 38 . 40 with two Schottky diodes 42 . 44 becomes the input of the comparator 36 protected against excessive differential voltages. The series connection of the Schottky diodes 42 . 44 ensures a sufficiently high cut-off frequency. Via a feedback resistor 46 can the hysteresis of the comparator 36 can be set.

Die Spannungswandler 26, 26', 26", 26'" (siehe 2) sind über einen ersten Pol (Knotenpunkt) 48 mit einem in 2b dargestellten Eingangszwischenkreis 49 verbunden. Der Eingangszwischenkreis 49 weist identische Eingangskondensatoren in Form von Keramikkondensatoren, insbesondere der Bauart X7R, auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein erster Eingangskondensator 50 und ein zweiter Eingangskondensator 50' mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Eingangskondensatoren 50, 50' sind parallel zwischen GND und ersten Pol (Knotenpunkt) 48 bzw. zweiten Pol (Knotenpunkt) 48' geschaltet. Die Eingangskondensatoren 50, 50' weisen Werte im Bereich von 50µF bis 5000µF, insbesondere im Bereich von 100µF bis 1000µF, auf. Bevorzugt werden dreißig parallelgeschaltete Kondensatoren zu je 10µF verwendet.The voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 '" (please refer 2 ) are over a first pole (node) 48 with an in 2 B shown input DC link 49 connected. The input DC link 49 has identical input capacitors in the form of ceramic capacitors, in particular of the X7R type, of which only a first input capacitor is used for reasons of clarity 50 and a second input capacitor 50 ' are provided with a reference symbol. The input capacitors 50 . 50 ' are parallel between GND and first pole (node) 48 or second pole (node) 48 ' switched. The input capacitors 50 . 50 ' have values in the range from 50µF to 5000µF, in particular in the range from 100µF to 1000µF. Thirty capacitors connected in parallel, each with 10 μF, are preferably used.

Um eine Verpolung der Eingangsspannung (24V /GND) zu verhindern, sind dem Eingangszwischenkreis 49 zwei Schottky-Dioden 52, 52' vorgeschaltet. Die Schottky-Dioden 52, 52' verhindern weiterhin ein Schwingen zwischen der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1) und einer weiteren Spannungsversorgung (nicht gezeigt), wenn diese an der gleichen Spannungsquelle angeschlossen werden.To reverse the polarity of the input voltage ( 24V / GND) are the input DC link 49 two Schottky diodes 52 . 52 ' upstream. The Schottky diodes 52 . 52 ' continue to prevent oscillation between the first high voltage supply 10 (see. 1 ) and another power supply (not shown) if these are connected to the same voltage source.

Die Spannungswandler 26, 26', 26", 26"' (siehe 2) sind weiterhin mit einem Treiber 54 (siehe 2c) verbunden. Der Treiber 54 umfasst einen ersten Primärtransistor 56 und einen zweiten Primärtransistor 56'. Die Ansteuerung der beiden Primärtransistoren 56, 56' erfolgt über zwei Stufen: Eine erste Stufe, die der Pegelerhöhung dient, besteht aus einem Gatetreiber-Baustein 58. Der Gatetreiber-Baustein 58 hebt das Signal „Gate_Driver“ der Steuerungseinheit (nicht gezeigt) von 3,3V auf 15V an. In einer zweiten Stufe wird der Ausgangsstrom des Gatetreiber-Bausteins 58 durch eine bipolare Gegentaktstufe 60 verstärkt.The voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 "' (please refer 2 ) are still with a driver 54 (please refer 2c ) connected. The driver 54 comprises a first primary transistor 56 and a second primary transistor 56 ' , The control of the two primary transistors 56 . 56 ' takes place over two stages: A first stage, which serves to increase the level, consists of a gate driver module 58 , The gate driver device 58 raises the signal "Gate_Driver" of the control unit (not shown) from 3.3V to 15V. In a second stage, the output current of the gate driver module 58 through a bipolar push-pull stage 60 reinforced.

Dem ersten Primärtransistor 56 ist ein erster Spannungsteiler 62, dem zweiten Primärtransistor 56' ein zweiter Spannungsteiler 62' zugeordnet. Die Spannungsteiler 62, 62' sind identisch aufgebaut. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird nachfolgend daher nur der erste Spannungsteiler 62 näher erläutert. Der erste Spannungsteiler 62 umfasst einen ersten Widerstand 64 in der Gateleitung. Die Gateleitung ist die Leitung zwischen der bipolaren Gegentaktstufe 60 und dem Gate des ersten Primärtransistors 56. Der erste Widerstand 64 in der Gateleitung weist einen Wert im Bereich von 1 Ohm bis 100 Ohm auf, bevorzugt werden 10 Ohm verwendet. Der erste Spannungsteiler 62 umfasst weiterhin einen zweiten Widerstand 66 und einen dritten Widerstand 68 zwischen Gate und Source des ersten Primärtransistors 56. Die parallel geschalteten Widerstände 66 und 68 können auch durch einen einzigen Widerstand realisiert werden. Der Wertebereich des aus den Widerständen 66 und 68 resultierenden Widerstands beträgt zwischen 10 Ohm und 1000 Ohm, insbesondere zwischen 80 Ohm und 220 Ohm. Der erste Spannungsteiler 62 verhindert, dass der erste Primärtransistor 56 bei einem Defekt des Gatetreiber-Bausteins 58 mit dem 3,3V-Pegel der Steuerungseinheit angesteuert wird. An die beiden Ausgangsanschlüsse des ersten Primärtransistors 56, insbesondere an Source und Drain dieses Transistors, ist eine erste Schaltspitzenabfangschaltung 57 angeordnet. Diese besteht - wie in 2c gezeigt - vorzugsweise aus einer Kapazität und einem Widerstand. Mit dieser Schaltung wird der Primärtransistor 56 vor Spannungsspitzen beim Schalten geschützt.The first primary transistor 56 is a first voltage divider 62 , the second primary transistor 56 ' a second voltage divider 62 ' assigned. The voltage dividers 62 . 62 ' are constructed identically. For the sake of clarity, only the first voltage divider will be used below 62 explained in more detail. The first voltage divider 62 includes a first resistor 64 in the gate line. The gate line is the line between the bipolar push-pull stage 60 and the gate of the first primary transistor 56 , The first resistance 64 in the gate line has a value in the range from 1 ohm to 100 ohms, 10 ohms are preferably used. The first voltage divider 62 also includes a second resistor 66 and a third resistance 68 between gate and source of the first primary transistor 56 , The resistors connected in parallel 66 and 68 can also be realized by a single resistor. The range of values from the resistors 66 and 68 resulting resistance is between 10 ohms and 1000 ohms, in particular between 80 ohms and 220 ohms. The first voltage divider 62 prevents the first primary transistor 56 in the event of a defect in the gate driver module 58 is controlled with the 3.3V level of the control unit. To the two output connections of the first primary transistor 56 , especially to The source and drain of this transistor is a first switching peak interception circuit 57 arranged. This consists - as in 2c shown - preferably from a capacitance and a resistor. With this circuit the primary transistor 56 protected against voltage peaks when switching.

An die beiden Ausgangsanschlüsse des zweiten Primärtransistors 56', insbesondere an Source und Drain dieses Transistors, ist eine zweite Schaltspitzenabfangschaltung 57' angeordnet. Diese besteht ebenfalls vorzugsweise aus einer Kapazität und einem Widerstand. Mit dieser Schaltung wird der zweite Primärtransistor 56' vor Spannungsspitzen beim Schalten geschützt.To the two output connections of the second primary transistor 56 ' , in particular at the source and drain of this transistor, is a second switching peak interception circuit 57 ' arranged. This also preferably consists of a capacitance and a resistor. With this circuit, the second primary transistor 56 ' protected against voltage peaks when switching.

Die Spannungseingänge der Spannungswandler 26, 26', 26", 26"' (siehe 2) sind parallel geschaltet. Die Spannungswandler 26, 26', 26", 26'" sind dadurch gleichzeitig ansteuerbar. Dies ermöglicht einen schnellen und präzisen Spannungsaufbau der Ausgangsspannung der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1), der nahezu unmittelbar einem von der Steuerungseinheit (nicht gezeigt) vorgegebenen Sollwert folgt.The voltage inputs of the voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 "' (please refer 2 ) are connected in parallel. The voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " . 26 '" can be controlled simultaneously. This enables a fast and precise voltage build-up of the output voltage of the first high-voltage supply 10 (see. 1 ), which almost immediately follows a setpoint specified by the control unit (not shown).

Die Spannungswandler 26, 26', 26", 26'" weisen jeweils einen Ausgangsschaltkreis 70, 70', 70", 70'" auf. Die Ausgangsschaltkreise 70, 70', 70", 70'" sind seriell zwischen dem Spannungsausgang 22 der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1) geschaltet.The voltage transformers 26 . 26 ' . 26 " , 26 '"each have an output circuit 70 . 70 ' . 70 " . 70 '" on. The output circuits 70 . 70 ' . 70 " . 70 '" are serial between the voltage output 22 the first high voltage supply 10 (see. 1 ) switched.

Zwischen dem Spannungsausgang 22 ist die Spannungserfassung 24 vorgesehen. Die Spannungserfassung 24 umfasst einen Spannungsteiler mit mehr als acht Widerständen, vorzugsweise zwölf bis vierzehn Widerständen. Die Widerstände sind vorzugsweise identisch. Der Wert des resultierenden Widerstands kann dabei in einem Bereich von 100 kOhm bis zu 10 MOhm liegen, besonders bevorzugt liegt er in einem Bereich von 1 MOhm bis zu 2 MOhm. Realisiert wird er beispielsweise mit zwölf in Serie geschalteten 0,5 MOhm Widerständen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich ein erster Widerstand 72 und ein zweiter Widerstand 72' mit einem Bezugszeichen versehen. Der Widerstandswert der Widerstände weist eine Toleranz von 0,1% auf. Die hohe Anzahl der Widerstände erhöht die Sicherheit beim Ausfall eines Widerstandes und verringert die Spannungsbelastung der einzelnen Widerstände so weit, dass standardisierte Widerstände eingesetzt werden können.Between the voltage output 22 is the voltage detection 24 intended. The voltage detection 24 comprises a voltage divider with more than eight resistors, preferably twelve to fourteen resistors. The resistors are preferably identical. The value of the resulting resistance can be in a range from 100 kOhm to 10 MOhm, particularly preferably in a range from 1 MOhm to 2 MOhm. It is implemented, for example, with twelve 0.5 MOhm resistors connected in series. For the sake of clarity, are only a first resistance 72 and a second resistor 72 ' provided with a reference number. The resistance value of the resistors has a tolerance of 0.1%. The large number of resistors increases safety in the event of a resistor failure and reduces the voltage load on the individual resistors to such an extent that standardized resistors can be used.

Bei dem ersten Widerstand 72 und dem zweiten Widerstand 72' handelt es sich um Messwiderstände. Bei negativer Spannung am Spannungsausgang 22 wird die Messspannung am ersten Widerstand 72 erfasst und der zweite Widerstand 72' überbrückt. Bei positiver Spannung am Spannungsausgang 22 wird die Spannung am zweiten Widerstand 72' erfasst und der erste Widerstand 72 überbrückt. Der Skalierungsfaktor des Spannungsteilers beträgt 0,002. Dies entspricht einer Messspannung von 4V bei einer Ausgangsspannung von 2000V.At the first resistance 72 and the second resistance 72 ' are measuring resistors. With negative voltage at the voltage output 22 becomes the measuring voltage at the first resistor 72 captured and the second resistance 72 ' bridged. With positive voltage at the voltage output 22 becomes the voltage across the second resistor 72 ' captured and the first resistance 72 bridged. The scaling factor of the voltage divider is 0.002. This corresponds to a measuring voltage of 4V with an output voltage of 2000V.

Die Ausgangsschaltkreise 70, 70', 70", 70"' sind identisch ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nachfolgend daher nur ein erster Ausgangsschaltkreis 70 näher erläutert.The output circuits 70 . 70 ' . 70 " . 70 "' are identical. For reasons of clarity, there is therefore only a first output circuit below 70 explained in more detail.

Gemäß 2a weist der erste Ausgangsschaltkreis 70 eine erste Boostdiode 74 auf. Bei der ersten Boostdiode 74 handelt es sich um eine 1200V-Silizium-Carbid-Diode (SiC-Diode). Die erste Boostdiode 74 verhindert ein Entladen des ersten Ausgangsschaltkreises 70, wenn die erste Boostdiode 74 durch den Diodenrückstrom gesperrt wird. Hierdurch wird die maximal mögliche Ausgangsspannung erhöht. Die Verluste in der ersten Boostdiode 74 können durch eine hohe Schaltfrequenz minimiert werden.According to 2a has the first output circuit 70 a first boost diode 74 on. At the first boost diode 74 it is a 1200V silicon carbide diode (SiC diode). The first boost diode 74 prevents the first output circuit from discharging 70 when the first boost diode 74 is blocked by the diode reverse current. This increases the maximum possible output voltage. The losses in the first boost diode 74 can be minimized by a high switching frequency.

Der erste Ausgangsschaltkreis 70 weist Ausgangskondensatoren 76, 76', 76" auf. Drei solcher Ausgangskondensatoren sind parallel geschaltet. Sie können alle identische Werte aufweisen. Bei den Ausgangskondensatoren 76, 76', 76" handelt es sich um Hochspannungs-Keramikkondensatoren, die im Bereich von 10 nF bis 10 µF liegen. Bevorzugt werden drei parallel geschaltete 100 nF Kondensatoren verwendet. Zu den Ausgangskondensatoren 76, 76', 76" sind Entladewiderstände 78, 78', 78" vorgesehen. Es sind drei Entladewiderstände parallel geschaltet. Jeder Entladewiderstand 78, 78', 78" weist zwei seriell geschaltete Widerstände auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit einem Bezugszeichen versehen sind. Jeder Entladewiderstand 78, 78', 78" ist in der Lage, die Ausgangsspannung des ersten Ausgangsschaltkreises 70, d.h. die Spannung zwischen den Anschlüssen „High“ und „Trafo1_Sink“, innerhalb von weniger als einer Sekunde nach Abschalten der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1) auf unter 40V zu entladen. Durch die Parallelschaltung der Entladewiderstände 78, 78', 78" wird gewährleistet, dass diese Entladezeit von weniger als einer Sekunde auch bei einem Defekt eines oder zwei der Entladewiderstände 78, 78', 78" stets erreicht werden kann. Der erste Ausgangsschaltkreis 70 wird dadurch besonders sicher ausgebildet. Der Wert des resultierenden Widerstands der Entladewiderstände 78, 78', 78" kann dabei in einem Bereich von 10 kOhm bis zu 2 MOhm liegen, besonders bevorzugt liegt er in einem Bereich von 0,1 MOhm bis zu 1 MOhm. Realisiert wird er beispielsweise mit zwei parallel geschalteten 0,4 MOhm Widerständen.The first output circuit 70 has output capacitors 76 . 76 ' . 76 " on. Three such output capacitors are connected in parallel. They can all have identical values. With the output capacitors 76 . 76 ' . 76 " are high-voltage ceramic capacitors in the range from 10 nF to 10 µF. Three 100 nF capacitors connected in parallel are preferably used. To the output capacitors 76 . 76 ' . 76 " are discharge resistors 78 . 78 ' . 78 " intended. Three discharge resistors are connected in parallel. Any discharge resistance 78 . 78 ' . 78 " has two series-connected resistors, which are not provided with a reference symbol for reasons of clarity. Any discharge resistance 78 . 78 ' . 78 " is able to control the output voltage of the first output circuit 70 , ie the voltage between the "High" and "Trafo1_Sink" connections, within less than one second after the first high voltage supply has been switched off 10 (see. 1 ) to discharge below 40V. Through the parallel connection of the discharge resistors 78 . 78 ' . 78 " it is ensured that this discharge time of less than one second even if one or two of the discharge resistors are defective 78 . 78 ' . 78 " can always be achieved. The first output circuit 70 is particularly safe. The value of the resulting resistance of the discharge resistors 78 . 78 ' . 78 " can be in a range from 10 kOhm to 2 MOhm, particularly preferably it is in a range from 0.1 MOhm to 1 MOhm. It is implemented, for example, with two 0.4 MOhm resistors connected in parallel.

Der erste Spannungswandler 26 ist derart ausgebildet, dass zumindest 20% der Energie, die dem Spannungswandler 26 in einem Taktzyklus an dessen Spannungseingang zugeführt wird, in die Ausgangskondensatoren 76, 76', 76" geleitet wird. Hierdurch wird ein besonders geringer Schleppfehler beim Spannungsaufbau der Ausgangsspannung ermöglicht.The first voltage converter 26 is designed such that at least 20% of the energy required by the voltage converter 26 is fed to the output capacitors in a clock cycle at its voltage input 76 . 76 ' . 76 " is directed. This enables a particularly low following error in the voltage build-up of the output voltage.

Die Ausgangsschaltkreise 70, 70', 70", 70'" (siehe 2) sind jeweils mit einer Entladeschaltung des Entladeschaltungsteils 20 (vgl. 1) verbunden. Dies ermöglicht einen präzisen Spannungsabfall der Ausgangsspannung der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1), der praktisch unmittelbar der Vorgabe der Steuerungseinheit (nicht gezeigt) folgt. The output circuits 70 . 70 ' . 70 " . 70 '" (please refer 2 ) are each with a discharge circuit of the discharge circuit part 20th (see. 1 ) connected. This enables a precise voltage drop in the output voltage of the first high-voltage supply 10 (see. 1 ) that follows the specification of the control unit (not shown) practically immediately.

In 3 ist eine erste Entladeschaltung 80, eine zweite Entladeschaltung 80', eine dritte Entladeschaltung 80" und eine vierte Entladeschaltung 80'" dargestellt. Die Entladeschaltungen 80, 80', 80", 80'" sind identisch ausgebildet. Aus Gründen der Beschreibungsvereinfachung ist daher nachfolgend lediglich die erste Entladeschaltung 80 genauer erläutert.In 3 is a first discharge circuit 80 , a second discharge circuit 80 ' , a third discharge circuit 80 " and a fourth discharge circuit 80 '"is shown. The discharge circuits 80 . 80 ' . 80 " . 80 '" are identical. For reasons of simplification of the description, only the first discharge circuit is therefore below 80 explained in more detail.

Die erste Entladeschaltung 80 weist gemäß 3a eine erste aktiv gesteuerte Stromsenke 82 auf, die einen ersten Stromsenkentransistor 84 umfasst. Der Entladestrom der ersten Stromsenke 82 wird über die Gatespannung des ersten Stromsenkentransistors 84 eingestellt. Die erste Stromsenke 82 umfasst weiterhin einen ersten Gatewiderstand 86, einen ersten Sourcewiderstand 88 und einen ersten Drainwiderstand 90. Der erste Gatewiderstand 86 entkoppelt den ersten Spannungswandler 26 (vgl. 2) von der ersten Stromsenke 82 und verhindert ein Schwingen der Stromsenke 82, das andernfalls bei sich ändernden Ladungen der Ausgangskondensatoren 76, 76', 76" (vgl. 2a) auftreten könnte. Der erste Gatewiderstand 86 weist Werte im Bereich von 10 Ohm bis 1000 Ohm auf, bevorzugt werden Werte von 50 Ohm bis 200 Ohm. Über den ersten Sourcewiderstand 88 wird das Verhältnis zwischen Gatespannung und Entladestrom des Stromsenkentransistors 84 eingestellt. Der erste Sourcewiderstand 88 weist Werte im Bereich von 5 Ohm bis 100 Ohm auf, bevorzugt werden Werte von 10 Ohm bis 50 Ohm. Der erste Drainwiderstand 90 verhindert, dass sich die Stromsenken - unter anderem die erst Stromsenke 82 - der Entladeschaltungen 80, 80', 80", 80"' (vgl. 3) in ihrer Reihenschaltung gegenseitig beeinflussen. Der erste Drainwiderstand 90 weist Werte im Bereich von 1 Ohm bis 100 Ohm auf, bevorzugt werden Werte von 5 Ohm bis 20 Ohm. Eine Zenerdiode 99 zwischen dem Anschluss „Trafo1_Sink“ und dem Gate des Stromsenkentransistors 84 begrenzt die Spannung am Gate auf zulässige Werte. Eine Diode 89 zwischen Sekundärwicklung 98 und Gate des Stromsenkentransistors 84 wirkt als Gleichrichterdiode.The first discharge circuit 80 points according to 3a a first actively controlled current sink 82 on that a first current sink transistor 84 includes. The discharge current of the first current sink 82 is about the gate voltage of the first current sink transistor 84 set. The first current sink 82 also includes a first gate resistor 86 , a first source resistor 88 and a first drain resistor 90 , The first gate resistor 86 decouples the first voltage converter 26 (see. 2 ) from the first current sink 82 and prevents the current sink from vibrating 82 , otherwise with changing charges of the output capacitors 76 . 76 ' . 76 " (see. 2a) could occur. The first gate resistor 86 has values in the range from 10 ohms to 1000 ohms, values from 50 ohms to 200 ohms are preferred. Via the first source resistor 88 becomes the ratio between gate voltage and discharge current of the current sink transistor 84 set. The first source resistor 88 has values in the range from 5 ohms to 100 ohms, values from 10 ohms to 50 ohms are preferred. The first drain resistor 90 prevents the current sinks - including the first current sink 82 - The discharge circuits 80 . 80 ' . 80 " . 80 "' (see. 3 ) influence each other in their series connection. The first drain resistor 90 has values in the range from 1 ohm to 100 ohms, values from 5 ohms to 20 ohms are preferred. A zener diode 99 between the "Trafo1_Sink" connection and the gate of the current sink transistor 84 limits the voltage at the gate to permissible values. A diode 89 between secondary winding 98 and gate of the current sink transistor 84 acts as a rectifier diode.

Am Gate des ersten Stromsenkentransistors 84 ist ein erster Gatekondensator 92 vorgesehen, der parallel zu einem ersten Kondensatorwiderstand 94 geschaltet ist. Der erste Kondensatorwiderstand 94 entlädt den ersten Gatekondensator 92 kontinuierlich und gewährleistet dadurch, dass die Spannung am Gate des ersten Stromsenkentransistors 84 mit ausreichender Geschwindigkeit verändert werden kann. Der erster Gatekondensator 92 weist Werte im Bereich von 1 nF bis 100 nF auf, bevorzugt werden 10 nF verwendet. Der erste Kondensatorwiderstand 94 weist Werte im Bereich von 1 kOhm bis 20 kOhm auf, bevorzugt werden 4,7 kOhm verwendet.At the gate of the first current sink transistor 84 is a first gate capacitor 92 provided in parallel with a first capacitor resistor 94 is switched. The first capacitor resistance 94 discharges the first gate capacitor 92 continuously, thereby ensuring that the voltage at the gate of the first current sink transistor 84 can be changed with sufficient speed. The first gate capacitor 92 has values in the range from 1 nF to 100 nF, 10 nF are preferably used. The first capacitor resistance 94 has values in the range from 1 kOhm to 20 kOhm, preferably 4.7 kOhm are used.

Die Gatespannung des ersten Stromsenkentransistors 84 ist über einen ersten Transformator 96 steuerbar, wobei das Gate mit einer Sekundärwicklung 98 des ersten Transformators 96 verbunden ist. Hierdurch kann ein Steuersignal potentialfrei an den ersten Stromsenkentransistor 84 übertragen werden. Der erste Transformator 96 ist in Form eines Planartransformators ausgebildet. Der erste Transformator 96 ist als Durchflusswandler mit Spitzenwertgleichrichtung ausgebildet.The gate voltage of the first current sink transistor 84 is about a first transformer 96 controllable, the gate with a secondary winding 98 of the first transformer 96 connected is. As a result, a control signal can be potential-free to the first current sink transistor 84 be transmitted. The first transformer 96 is designed in the form of a planar transformer. The first transformer 96 is designed as a flow converter with peak value rectification.

Der erste Transformator 96 weist eine erste Primärwicklung 100 und eine zweite Primärwicklung 102 auf. Die zweite Primärwicklung 102 weist eine zur ersten Primärwicklung 100 umgekehrte Polarität auf. Die zweite Primärwicklung 102 sorgt zusammen mit einer Freilaufdiode 104 (siehe 3) für die Entmagnetisierung des ersten Transformators 96.The first transformer 96 has a first primary winding 100 and a second primary winding 102 on. The second primary winding 102 points to the first primary winding 100 reverse polarity. The second primary winding 102 together with a free-wheeling diode 104 (please refer 3 ) for the demagnetization of the first transformer 96 ,

Die Ansteuerung der parallel geschalteten Entladeschaltungen 80, 80', 80", 80"' erfolgt dann, wenn die Steuerungseinheit (nicht gezeigt) der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1) eine negative Regelspannung ausgibt, das heißt wenn der Sollwert der Ausgangsspannung der ersten Hochspannungsversorgung 10 niedriger ist als die aktuelle Ausgangsspannung. Die Steuerungseinheit umfasst dabei einen PI-Regler. Um diesen nicht zu belasten, erfolgt die Ansteuerung der Entladeschaltungen 80, 80', 80", 80"' über eine gesteuerte Spannungsquelle 106. Diese kann insbesondere - wie im vorliegenden Fall - eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle sein.The control of the discharge circuits connected in parallel 80 . 80 ' . 80 " . 80 "' takes place when the control unit (not shown) of the first high voltage supply 10 (see. 1 ) outputs a negative control voltage, i.e. if the setpoint of the output voltage of the first high-voltage supply 10 is lower than the current output voltage. The control unit includes a PI controller. In order not to burden it, the discharge circuits are activated 80 . 80 ' . 80 " . 80 "' via a controlled voltage source 106 , In particular, as in the present case, this can be a voltage-controlled voltage source.

Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle 106 weist gemäß 3b einen Operationsverstärker 108 und eine bipolare Gegentaktstufe 110 auf. Die bipolare Gegentaktstufe 110 ist direkt mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 108 verbunden und erhöht dessen maximal möglichen Ausgangsstrom. Der Operationsverstärker 108 ist als invertierender Verstärker geschaltet. Der Ausgang 112 der bipolaren Gegentaktstufe 110 ist auf einen Eingang 114 des Operationsverstärkers 108 zurückgeführt. Somit steuert der Operationsverstärker 108 direkt die Ausgangsspannung der Gegentaktstufe 110. Eine Diode 116 begrenzt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108 auf den positiven Spannungsbereich. Eine negative Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 108 wird weiterhin durch eine unipolare Versorgungsspannung der Gegentaktstufe 110 verhindert.The voltage controlled voltage source 106 points according to 3b an operational amplifier 108 and a bipolar push-pull stage 110 on. The bipolar push-pull stage 110 is directly with the output of the operational amplifier 108 connected and increases its maximum possible output current. The operational amplifier 108 is connected as an inverting amplifier. The exit 112 the bipolar push-pull stage 110 is on an entrance 114 of the operational amplifier 108 returned. Thus, the operational amplifier controls 108 directly the output voltage of the push-pull stage 110 , A diode 116 limits the output voltage of the operational amplifier 108 to the positive voltage range. A negative output voltage from the operational amplifier 108 continues to be provided by a unipolar supply voltage of the push-pull stage 110 prevented.

Die Versorgungsspannung unter anderem für den Operationsverstärker 108 (+15V / -15V) oder einen Komparator 36 wird von einer Entkopplungsschaltung 118 (vgl. 2) bezogen. Die Entkopplungsschaltung 118 kann für einen oder jeden Versorgungspannungsanschluss je einen Stützkondensator im Bereich von 1 bis 500 nF insbesondere 100 nF aufweisen. Der Stützkondensator kann zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss und Masseanschluss oder zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen angeschlossen sein. Die Entkopplungsschaltung 118 kann insbesondere zusätzlich für einen oder jeden Versorgungsspannungsanschluss je einen Längswiderstand im Bereich von 1 Ohm bis 200 Ohm, insbesondere im Bereich von 10 Ohm bis 100 Ohm, aufweisen. Der Längswiderstand kann zwischen die Versorgungsspannung (+15V / -15V) und den Versorgungsspannungsanschluss angeschlossen sein. Durch die Entkopplungsschaltung 118 können Schwingungen transformierter Wechselspannungsquellen, insbesondere eine 50Hz-Schwingung, vermindert werden.The supply voltage for, among other things, the operational amplifier 108 (+ 15V / -15V) or a comparator 36 is by a decoupling circuit 118 (see. 2 ) based. The decoupling circuit 118 can have a backup capacitor in the range from 1 to 500 nF, in particular 100 nF, for each or each supply voltage connection. The backup capacitor can be connected between the supply voltage connection and ground connection or between the supply voltage connections. The decoupling circuit 118 can in particular additionally have a series resistance in the range from 1 ohm to 200 ohms, in particular in the range from 10 ohms to 100 ohms, for each or each supply voltage connection. The series resistor can be connected between the supply voltage (+ 15V / -15V) and the supply voltage connection. Through the decoupling circuit 118 vibrations of transformed AC voltage sources, in particular a 50 Hz oscillation, can be reduced.

Das von der Steuerungseinheit (nicht gezeigt) zur Steuerung der ersten Hochspannungsversorgung 10 (vgl. 1) ausgegebene Signal wird von der ersten Hochspannungsversorgung 10 erniedrigt. Hierbei wird die zum Erreichen der Ansprech-Spannung (Threshold-Spannung) des ersten Stromsenkentransistors 84 (siehe. 3a) benötigte Reglerspannung um 2V bis 5V, insbesondere um 2,7V, reduziert. Die Zeit bis zum Ansprechen des ersten Stromsenkentransistors 84 kann dadurch weiter reduziert werden.That from the control unit (not shown) for controlling the first high voltage supply 10 (see. 1 ) Output signal is from the first high voltage supply 10 degraded. This is used to reach the response voltage (threshold voltage) of the first current sink transistor 84 (please refer. 3a) required regulator voltage reduced by 2V to 5V, especially by 2.7V. The time until the first current sink transistor responds 84 can be further reduced.

Gemäß 3 weist der Entladeschaltungsteil 20 schließlich eine Temperatursensorschaltung 120 zur Temperaturüberwachung und eventuell zur Temperaturregelung der Platine 12 (vgl. 1) auf. Die Temperatursensorschaltung 120 umfasst einen LM35-Temperatursensor 122.According to 3 has the discharge circuit part 20th finally a temperature sensor circuit 120 for temperature monitoring and possibly for temperature control of the board 12 (see. 1 ) on. The temperature sensor circuit 120 includes an LM35 temperature sensor 122.

4 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße zweite Hochspannungsversorgung 10a. Anhand von 4 sollen einige Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung hervorgehoben werden. 4 shows a highly simplified representation of a second high-voltage supply according to the invention 10a , Based on 4 some basic principles of the present invention are to be emphasized.

Die zweite Hochspannungsversorgung 10a umfasst einen Spannungswandlerteil 18a und einen Entladeschaltungsteil 20a. Der Spannungswandlerteil 18a und der Entladeschaltungsteil 20a sind miteinander verbunden. Der Spannungswandlerteil 18a ist dazu ausgebildet, eine von einer Steuerungseinheit 124a angeforderte Hochspannung ohne Schleppfehler am Spannungsausgang, das heißt zwischen den Anschlüssen „High“ und „Low“, bereitzustellen.The second high voltage supply 10a includes a voltage converter part 18a and a discharge circuit part 20a , The voltage converter part 18a and the discharge circuit part 20a are connected. The voltage converter part 18a is designed to be one of a control unit 124a to provide the requested high voltage without lag error at the voltage output, ie between the "High" and "Low" connections.

Der Spannungswandlerteil 18a umfasst hierzu einen ersten Spannungswandler 26a und einen zweiten Spannungswandler 26a'. Die Spannungseingänge der Spannungswandler 26a, 26a' sind parallel geschaltet. Der erste Spannungswandler 26a umfasst einen ersten Ausgangsschaltkreis 70a, der zweite Spannungswandler 26a' umfasst einen zweiten Ausgangsschaltkreis 70a". Die Ausgangsschaltkreise 70a, 70a' sind mit einer Entladeschaltung 80a des Entladeschaltungsteils 20a verbunden. Weiterhin ist der erste Ausgangsschaltkreis 70a mit dem zweiten Ausgangsschaltkreis 70a' seriell zwischen dem Spannungsausgang der zweiten Hochspannungsversorgung 10a geschaltet.The voltage converter part 18a for this purpose comprises a first voltage converter 26a and a second voltage converter 26a ' , The voltage inputs of the voltage transformers 26a . 26a ' are connected in parallel. The first voltage converter 26a comprises a first output circuit 70a , the second voltage converter 26a ' includes a second output circuit 70a ". The output circuits 70a . 70a ' are with a discharge circuit 80a of the discharge circuit part 20a connected. Furthermore, the first output circuit 70a with the second output circuit 70a ' serially between the voltage output of the second high voltage supply 10a switched.

Durch die beschriebene Schaltung können Pockelszellen (nicht gezeigt), die mit dem Spannungsausgang der zweiten Hochspannungsversorgung 10a über einen Pockelszellentreiber (nicht gezeigt) verbunden sind, sehr präzise gesteuert werden.The circuit described enables Pockels cells (not shown) to be connected to the voltage output of the second high-voltage supply 10a connected via a Pockels cell driver (not shown) can be controlled very precisely.

Claims (8)

Hochspannungsversorgung (10, 10a) für einen Pockelszellentreiber mit einem ersten Spannungswandler (26, 26a) und einem zweiten Spannungswandler (26', 26a'), wobei der Spannungseingang des ersten Spannungswandlers (26, 26a) parallel zum Spannungseingang des zweiten Spannungswandlers (26', 26a') geschaltet ist und der erste Spannungswandler (26, 26a) einen ersten Ausgangsschaltkreis (70, 70a) und der zweite Spannungswandler (26', 26a') einen zweiten Ausgangsschaltkreis (70', 70a') aufweist und der erste Ausgangsschaltkreis (70, 70a) mit dem zweiten Ausgangsschaltkreis (70', 70a') seriell zwischen einem Spannungsausgang (22) der Hochspannungsversorgung (10, 10a) geschaltet ist, wobei die Ausgangsschaltkreise (70, 70a, 70', 70a') mit zumindest einer Entladeschaltung (80, 80a, 80') verbunden sind, und wobei zumindest eine Entladeschaltung (80, 80', 80", 80'"), insbesondere alle Entladeschaltungen (80, 80', 80", 80'"), eine aktiv gesteuerte Stromsenke (82) aufweist, wobei eine Steuerungseinheit (124a) zur Steuerung aller Spannungswandler (26, 26a, 26', 26a', 26", 26'") und Entladeschaltungen (80, 80a, 80', 80", 80'") vorgesehen ist, und wobei eine mit der Steuerungseinheit (124a) verbundene Spannungserfassung (24) am Spanungsausgang (22) der Hochspannungsversorgung (19, 10a) vorgesehen ist, sodass eine Regelung der Ausgangsspannung möglich ist.High-voltage supply (10, 10a) for a Pockels cell driver with a first voltage converter (26, 26a) and a second voltage converter (26 ', 26a'), the voltage input of the first voltage converter (26, 26a) parallel to the voltage input of the second voltage converter (26 ' , 26a ') and the first voltage converter (26, 26a) has a first output circuit (70, 70a) and the second voltage converter (26', 26a ') has a second output circuit (70', 70a ') and the first output circuit ( 70, 70a) with the second output circuit (70 ', 70a') is connected in series between a voltage output (22) of the high voltage supply (10, 10a), the output circuits (70, 70a, 70 ', 70a') having at least one discharge circuit (80, 80a, 80 ') are connected, and wherein at least one discharge circuit (80, 80', 80 ", 80 '"), in particular all discharge circuits (80, 80', 80 ", 80 '"), an actively controlled one Current sink (82), wherein a controller Unit (124a) for controlling all voltage converters (26, 26a, 26 ', 26a', 26 ", 26 '") and discharge circuits (80, 80a, 80', 80 ", 80 '") is provided, and one with Voltage detection (24) connected to the control unit (124a) is provided at the voltage output (22) of the high-voltage supply (19, 10a), so that regulation of the output voltage is possible. Hochspannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ausgangsschaltkreis (70) mit einer ersten Entladeschaltung (80) und der zweite Ausgangsschaltkreis (70') mit einer zweiten Entladeschaltung (80') verbunden ist.High voltage supply after Claim 1 , characterized in that the first output circuit (70) is connected to a first discharge circuit (80) and the second output circuit (70 ') is connected to a second discharge circuit (80'). Hochspannungsversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsversorgung (10) zumindest einen weiteren Spannungswandler (26", 26"') aufweist, dessen Spannungseingang parallel zum Spannungseingang des ersten Spannungswandlers (26) und des zweiten Spannungswandlers (26') geschaltet ist, wobei ein weiterer Ausgangsschaltkreis (70", 70"') des weiteren Spannungswandlers (26", 26"') seriell zwischen dem Spannungsausgang (22) der Hochspannungsversorgung (10) geschaltet ist und der weitere Ausgangsschaltkreis (70", 70'") mit einer weiteren Entladeschaltung (80", 80"') verbunden ist. High voltage supply after Claim 1 or 2 , characterized in that the high-voltage supply (10) has at least one further voltage converter (26 ", 26"'), the voltage input of which is connected in parallel with the voltage input of the first voltage converter (26) and the second voltage converter (26'), a further output circuit (70 ", 70"') of the further voltage converter (26 ", 26"') is connected in series between the voltage output (22) of the high-voltage supply (10) and the further output circuit (70 ", 70 '") with a further discharge circuit ( 80 ", 80"') is connected. Hochspannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannungswandlern (26, 26', 26", 26"') ein Treiber (54) vorgeschaltet ist.High-voltage supply according to one of the preceding claims, characterized in that a driver (54) is connected upstream of the voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"'). Hochspannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spannungswandler (26, 26', 26", 26"'), insbesondere alle Spannungswandler (26, 26', 26", 26"'), einen Sperrwandler aufweisen.High-voltage supply according to one of the preceding claims, characterized in that at least one voltage converter (26, 26 ', 26 ", 26"'), in particular all voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"'), have a flyback converter. Hochspannungsversorgung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sperrwandler, insbesondere alle Sperrwandler, einen Speichertransformator in Form eines Leiterplattentransformators aufweisen.High voltage supply after Claim 5 , characterized in that at least one flyback converter, in particular all flyback converters, have a storage transformer in the form of a circuit board transformer. Hochspannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandler (26, 26', 26", 26"') an ihren Ausgängen jeweils einen Ausgangskondensator (76, 76', 76") aufweisen, wobei die Spannungswandler (26, 26', 26", 26"') dergestalt ausgelegt sind, dass zumindest 20% der Energie, die den Spannungswandlern (26, 26', 26", 26"') in einem Taktzyklus an deren Spannungseingang zugeführt wird, in den Ausgangskondensator (76, 76', 76") innerhalb dieses Taktzyklus geleitet wird.High-voltage supply according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"') each have an output capacitor (76, 76 ', 76 ") at their outputs, the voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"') are designed in such a way that at least 20% of the energy that is supplied to the voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"') in a clock cycle at their voltage input is fed into the output capacitor (76 , 76 ', 76 ") is conducted within this clock cycle. Hochspannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spannungswandler (26, 26', 26", 26"'), insbesondere alle Spannungswandler (26, 26', 26", 26"'), eine Messwicklung (30) aufweisen, die mit einer Entmagnetisierungserkennung (34) verbunden sind.High-voltage supply according to one of the preceding claims, characterized in that at least one voltage converter (26, 26 ', 26 ", 26"'), in particular all voltage converters (26, 26 ', 26 ", 26"'), a measuring winding (30) have, which are connected to a demagnetization detection (34).
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