本發(fā)明涉及塑料閃爍體光電倍增管探測器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種便攜式小型多功能光電倍增管高壓電源模塊。

背景技術(shù)：

隨著目前閃爍探測器越來越多地應用于室外測量環(huán)境，比如需要積累大時間空間尺度上，不同海拔經(jīng)緯度上次級帶電宇宙射線通量的測量，要求探測器具備體積小、功耗低，便于攜帶，信號處理電路簡單的特點。而現(xiàn)有技術(shù)的探測器是基于傳統(tǒng)高壓電源模塊與camac/vme數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不僅造價昂貴，而且功耗高、體積大，完全不適應室外蓄電池或汽車電池供電的環(huán)境以及便攜的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種光電倍增管高壓電源模塊，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：所述的一種光電倍增管高壓電源模塊，其特點是采用3.7v-5v直流電源輸入，包括電源模塊、信號處理模塊和電壓顯示監(jiān)控模塊，所述的電源模塊采用升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580構(gòu)建pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路將輸入直流電壓調(diào)制為低壓脈沖信號，由微型變壓器升壓得到脈沖高壓，再通過倍壓整流電路和rc濾波電路給pmt各打拿極提供直流分壓并輸出；所述的信號處理模塊集成rc濾波、整形與閾值調(diào)節(jié)電路，包括光電倍增管微弱脈沖信號放大與甑別輸出電路、閾值設(shè)定電路與甑別輸出電路；所述的電壓顯示監(jiān)測模塊包括高壓分壓、運放反相跟隨輸出電路，數(shù)字電壓顯示電路，adc轉(zhuǎn)換電路，反饋調(diào)節(jié)電路；電壓顯示監(jiān)測模塊首先將輸出的高壓分壓、運放反相電路跟隨輸出，并由一個反饋調(diào)節(jié)電阻連接到升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580構(gòu)建pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路的電壓反饋調(diào)節(jié)端，然后由數(shù)字電壓顯示電路顯示，同時送入adc芯片經(jīng)電壓ad模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號送入選配的數(shù)據(jù)處理模塊,通過網(wǎng)絡顯示于上層界面，實現(xiàn)對base電源電壓的實時監(jiān)測。

所述的升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580是一款pwmdc/dc轉(zhuǎn)換器，包含一個內(nèi)部2a、42v開關(guān)和可調(diào)振蕩器；開關(guān)頻率可根據(jù)反饋電壓自動調(diào)節(jié)，芯片輸入電壓為2.5v-5v；在每個振蕩周期的起始時刻，sr鎖存器被置位，功率開關(guān)q1被打開；開關(guān)電流流經(jīng)內(nèi)部電流采樣電阻產(chǎn)生一個與自身成比例的電壓；該電壓被運放a4放大并與穩(wěn)定的鋸齒波電壓相加后送入pwm比較器a3的正輸入端；當a3正輸入電壓大于負輸入電壓，sr鎖存器被復位，功率開關(guān)被關(guān)閉。其中a3的負輸入電壓由誤差放大器a1或者a2將反饋電壓與參考電壓的差值放大得到；通過這種用誤差放大器校正峰值電流值的方式來達到調(diào)節(jié)輸出的目的；所述的pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路中的升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580的第3、5腳接電源輸入；第8、9腳接地；第7腳接0.47uf電容到地；第6腳rt端和地之間連接電阻器rfb來設(shè)定開關(guān)頻率，范圍在200khz至2.5mhz之間；第4腳開關(guān)輸出接變壓器同名輸入端，并連接二極管d1到地；第2腳接濾波網(wǎng)絡，r3為10k，c3為100pf,c4為10nf。

所述的變壓器升壓方式所采用的變壓器型號為ldt565630t,匝數(shù)比1:10.2，主邊電感14.5uh，尺寸為5.6mmx5.6mmx3mm，調(diào)節(jié)電阻rt使變壓器工作在200khz最佳工作狀態(tài)，主邊輸入端與地之間接一個100pf匹配電容。

所述的倍壓整流電路采用cockcroft-walton型電容二極管倍壓整流電路，為12階；該電路利用二極管的單向?qū)щ娦裕儔浩鬏敵鲎麟姾杀?，不斷對電容充電，讓電容上的電壓不斷累積，達到需要的輸出電壓；該電路沒有直流，功耗極低，且相比傳統(tǒng)升壓-分壓模式極大地減小了變壓器體積。

所述的rc濾波電路采用低通濾波，電阻100k歐姆，電容47pf，截止頻率33.9hz；信號濾波、整形電路采用的旁路電容大小分別為30pf和100nf；閾值調(diào)節(jié)電路包含兩個5k電阻和一個10k可調(diào)電位器構(gòu)成的分壓電路；電阻r34、r6與可調(diào)電位器r35將+5v對地分壓，電位器靠近地的一端連接電壓比較芯片lt1711的正輸入端。

所述的信號放大電路采用運放opa2681構(gòu)建負反饋放大器，運放opa2681第8腳接+5v輸入電源，第4腳接-5v輸入電源；第3腳正輸入端接51歐姆采樣電阻r28與100歐姆匹配電阻r29；第2腳接電阻r30到地，接電阻r31到第1腳輸出，r30與r31構(gòu)成1:10的放大比例；±5v供電電路包含電源芯片pud0505；甑別電路包含電壓比較芯片lt1711，芯片lt1711第3腳負輸入端接放大信號輸入，第2腳正輸入端接閾值電壓，第1腳接+5v輸入，第4腳接-5v輸入，第5、6腳接地，第7腳接輸出,輸出為ttl信號。

所述的高壓分壓電路由一個0805封裝的500m歐姆高壓電阻和一個0603封裝的2m歐姆電阻串聯(lián)組成；所述的運放反相電路包含芯片opa2604做跟隨電路。

所述的電壓反饋調(diào)節(jié)端的輸出hvout經(jīng)一個500m歐姆電阻與一個2m歐姆電阻分壓后由運放opa2604跟隨輸出，再經(jīng)過連接fb腳的反饋電阻rfb將反饋腳的電壓調(diào)節(jié)至內(nèi)部偏壓1.215v，此時比較器a2處于閑置狀態(tài)，比較器a1完成fb到vc的反相放大。

所述的數(shù)字電壓顯示電路包含三位半數(shù)字表頭芯片icl7107，含積分型a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動led數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能。芯片第1腳接+5v供電，第36腳接基準電壓100mv，第26腳接-5v電源，第31腳接電壓正輸入，第30腳接電壓負輸入，第27、28、29腳接阻容網(wǎng)絡，第33、34腳接104電容，其余接數(shù)碼管相應管腳。數(shù)碼管為共陽型，型號為man6710。數(shù)字電壓表采用雙面板設(shè)計，尺寸為100mmx60mm。主要包含芯片icl7107和兩個雙位led數(shù)碼管；

所述的電壓ad模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包含adc芯片tlc1549，運放opa2604第2腳接分壓電壓，第3腳接地，第1腳將分壓電壓反相送入第5腳，第6腳與第7腳相連做跟隨輸出，第7腳輸出正電壓連接adc芯片tlc1549第2腳模擬輸入端，tlc1549第8腳接+5v電源，第1腳參考電平正極接+5v電源，第3腳負參考電源接地，第4腳接地，第5、6、7三路數(shù)字輸出。

本發(fā)明的有益效果是：所述的一種光電倍增管高壓電源模塊，其具有3.7v-5v直流電源輸入，體積小，功耗低，便攜性好，電壓實時顯示，具備信號處理能力，可滿足移動工作站中以蓄電池及汽車電池供電環(huán)境下為光電倍增管供電的需求。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的電路原理框架示意圖；

圖2是本發(fā)明的lt3580dc/dc升壓配置原理框圖；

圖3是本發(fā)明pwm驅(qū)動與cw倍壓整流電路原理圖；

圖4是本發(fā)明信號處理電路原理圖；

圖5是本發(fā)明高壓分壓與電壓ad轉(zhuǎn)換電路原理圖；

圖6是本發(fā)明數(shù)字電壓顯示電路原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖所示之最佳實例作進一步詳述：

如圖1至6所示，所述的一種光電倍增管高壓電源模塊，其特點是采用3.7v-5v直流電源輸入，包括電源模塊、信號處理模塊和電壓顯示監(jiān)控模塊，所述的電源模塊采用升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580構(gòu)建pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路，pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路將輸入直流電壓調(diào)制為低壓脈沖，由變壓器轉(zhuǎn)換為脈沖高壓，再通過倍壓整流電路和rc濾波電路給pmt各打拿極提供分壓并輸出；所述的信號處理模塊集成rc濾波、整形與閾值調(diào)節(jié)電路，包括光電倍增管微弱脈沖信號放大與甑別輸出電路、閾值設(shè)定電路與甑別輸出電路；所述的電壓顯示監(jiān)測模塊包括高壓分壓、運放反相跟隨輸出電路，數(shù)字電壓顯示電路，adc轉(zhuǎn)換電路，反饋調(diào)節(jié)電路；電壓顯示監(jiān)測模塊首先將輸出的高壓分壓、運放反相電路跟隨輸出，并由一個反饋調(diào)節(jié)電阻連接到升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580構(gòu)建pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路的電壓反饋調(diào)節(jié)端，然后由數(shù)字電壓顯示電路顯示，同時送入adc芯片經(jīng)電壓ad模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號送入選配的數(shù)據(jù)處理模塊,通過網(wǎng)絡顯示于上層界面，實現(xiàn)對base電源電壓的實時監(jiān)測。

所述的升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580是一款pwmdc/dc轉(zhuǎn)換器，包含一個內(nèi)部2a、42v開關(guān)和可調(diào)振蕩器；開關(guān)頻率可根據(jù)反饋電壓自動調(diào)節(jié)，芯片輸入電壓為2.5v-5v；在每個振蕩周期的起始時刻，sr鎖存器被置位，功率開關(guān)q1被打開；開關(guān)電流流經(jīng)內(nèi)部電流采樣電阻產(chǎn)生一個與自身成比例的電壓；該電壓被運放a4放大并與穩(wěn)定的鋸齒波電壓相加后送入pwm比較器a3的正輸入端；當a3正輸入電壓大于負輸入電壓，sr鎖存器被復位，功率開關(guān)被關(guān)閉。其中a3的負輸入電壓由誤差放大器a1或者a2將反饋電壓與參考電壓的差值放大得到；通過這種用誤差放大器校正峰值電流值的方式來達到調(diào)節(jié)輸出的目的；所述的pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動電路中的升壓轉(zhuǎn)換芯片lt3580的第3、5腳接電源輸入；第8、9腳接地；第7腳接0.47uf電容到地；第6腳rt端和地之間連接電阻器rfb來設(shè)定開關(guān)頻率，范圍在200khz至2.5mhz之間；第4腳開關(guān)輸出接變壓器同名輸入端，并連接二極管d1到地；第2腳接濾波網(wǎng)絡，r3為10k，c3為100pf,c4為10nf。

所述的變壓器升壓方式所采用的變壓器型號為ldt565630t,匝數(shù)比1:10.2，主邊電感14.5uh，尺寸為5.6mmx5.6mmx3mm，調(diào)節(jié)電阻rt使變壓器工作在200khz最佳工作狀態(tài)，主邊輸入端與地之間接一個100pf匹配電容。

所述的倍壓整流電路采用cockcroft-walton型電容二極管倍壓整流電路，為12階；該電路利用二極管的單向?qū)щ娦裕儔浩鬏敵鲎麟姾杀?，不斷對電容充電，讓電容上的電壓不斷累積，達到需要的輸出電壓；該電路沒有直流，功耗極低，且相比傳統(tǒng)升壓-分壓模式極大地減小了變壓器體積。

所述的rc濾波電路采用低通濾波，電阻100k歐姆，電容47pf，截止頻率33.9hz；信號濾波、整形電路采用的旁路電容大小分別為30pf和100nf；閾值調(diào)節(jié)電路包含兩個5k電阻和一個10k可調(diào)電位器構(gòu)成的分壓電路；電阻r34、r6與可調(diào)電位器r35將+5v對地分壓，電位器靠近地的一端連接電壓比較芯片lt1711的正輸入端。

所述的信號放大電路采用運放opa2681構(gòu)建負反饋放大器，運放opa2681第8腳接+5v輸入電源，第4腳接-5v輸入電源；第3腳正輸入端接51歐姆采樣電阻r28與100歐姆匹配電阻r29；第2腳接電阻r30到地，接電阻r31到第1腳輸出，r30與r31構(gòu)成1:10的放大比例；±5v供電電路包含電源芯片pud0505；甑別電路包含電壓比較芯片lt1711，芯片lt1711第3腳負輸入端接放大信號輸入，第2腳正輸入端接閾值電壓，第1腳接+5v輸入，第4腳接-5v輸入，第5、6腳接地，第7腳接輸出,輸出為ttl信號。

所述的高壓分壓電路由一個0805封裝的500m歐姆高壓電阻和一個0603封裝的2m歐姆電阻串聯(lián)組成；所述的運放反相電路包含芯片opa2604做跟隨電路。

所述的電壓反饋調(diào)節(jié)端的輸出hvout經(jīng)一個500m歐姆電阻與一個2m歐姆電阻分壓后由運放opa2604跟隨輸出，再經(jīng)過連接fb腳的反饋電阻rfb將反饋腳的電壓調(diào)節(jié)至內(nèi)部偏壓1.215v，此時比較器a2處于閑置狀態(tài)，比較器a1完成fb到vc的反相放大。

所述的數(shù)字電壓顯示電路包含三位半數(shù)字表頭芯片icl7107，含積分型a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動led數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能。芯片第1腳接+5v供電，第36腳接基準電壓100mv，第26腳接-5v電源，第31腳接電壓正輸入，第30腳接電壓負輸入，第27、28、29腳接阻容網(wǎng)絡，第33、34腳接104電容，其余接數(shù)碼管響應管腳。數(shù)碼管為共陽型，型號為man6710。數(shù)字電壓表采用雙面板設(shè)計，尺寸為100mmx60mm。主要包含芯片icl7107和兩個雙位led數(shù)碼管；

所述的電壓ad模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包含adc芯片tlc1549，運放opa2604第2腳接分壓電壓，第3腳接地，第1腳將分壓電壓反相送入第5腳，第6腳與第7腳相連做跟隨輸出，第7腳輸出正電壓連接adc芯片tlc1549第2腳模擬輸入端，tlc1549第8腳接+5v電源，第1腳參考電平正極接+5v電源，第3腳負參考電源接地，第4腳接地，第5、6、7三路數(shù)字輸出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施案例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。