引言

　　高壓電源是核輻射探測儀器中不可缺少的一部分,供給核輻射探測器件(如:正比計數管、GM計數管、光電倍增管以及半導體探測器等)高壓,配合其它儀器做能譜分析或放射性強度測量之用。此外,高壓直流電源也廣泛應用于各行各業(yè),農業(yè)領域也有應用,例如農業(yè)環(huán)境靜電除塵,靜電噴霧殺蟲,農業(yè)物料靜電噴涂包裹,農產品加工中的靜電植絨、農業(yè)生物靜電效應研究、靜電殺菌、農業(yè)種子靜電處理等等。

　　目前產生高壓電源的方法大致分為兩種:一種是模擬方法,另一種是數字方法。前者的穩(wěn)壓電路、調節(jié)電路和顯示電路均采用模擬電路控制,而后者則是通過數字電路進行自動控制。傳統(tǒng)的高壓電源一般通過調整十圈電位器和波段開關預置所需電壓,電壓值由電壓表頭指示,這種手工控制和指示方式有很多缺點:調整麻煩,不能很快獲得所需電壓,指針讀數不精確,也不能在大負載和其他異常情況下自動監(jiān)測和自身保護。另外,實驗室中的儀器或設備,有些同學難免會亂動旋鈕和開關,造成下次開機時因電壓過高而損壞儀器。本文所介紹的數字系統(tǒng)采用鍵盤輸入、程序控制、數碼顯示,可以很好的解決以上問題。

　　1　硬件電路的設計

　　根據設計要求,采用數模結合, 智能控制方案完成數字式高壓直流穩(wěn)壓電源的設計。系統(tǒng)可分為數字和模擬兩部分,數字部分發(fā)揮單片機智能控制功能,并結合顯示模塊、按鍵控制模塊、APD轉換模塊、DPA轉換模塊,使其完成對系統(tǒng)的智能控制,達到能自動控制電源輸出電壓的大小,實時測量電壓并顯示。模擬部分包括波形產生電路,倍壓整流電路,取樣電路,控制電路及外圍元件組成。系統(tǒng)控制采用單片機完成,單片機結合軟件編程完成LED顯示、DPA轉換、APD轉換、鍵盤控制、實時電壓測量等。單片機采用Atmal公司的AT89C52芯片,軟件編程應用匯編語言。

　　方案的原理與系統(tǒng)框圖如圖1所示。電路由兩個PNP型三極管構成推挽型開關電路,波形發(fā)生電路產生兩個幅度相等、相位相反的方波,分別加在兩個開關管的基極,使得兩個三極管輪流導通。當開關管導通的瞬間在Q、C、T組成的回路中產生一個很大的電流,根據楞次定律,由于電感兩端電流不能突變,使變壓器次極產生感應電壓,這樣初級的能量通過變壓器傳送到了次極,由于變壓器是升壓型,這樣次極電壓高于初級,經倍壓整流達到設計所要求的電壓。取樣電路和鍵盤輸入數據通過單片機處理后,經DPA轉換調節(jié)電壓控制電路,使變壓器初級電壓大小發(fā)生變化,從而使得輸出電壓也相應的發(fā)生變化,達到所需要的電壓值。

　　1.1　振蕩電路

　　振蕩電路的原理圖如圖2所示,電路采用555定時器接成的多諧振蕩器來產生所需一定大小的方波信號。從圖中可以看到:R2、R3、C2是振蕩電路的定時元件,調節(jié)它們可以得到不同的振蕩頻率;C1的作用是防止干擾電壓對電路的影響。

 1.4　倍壓整流電路的設計

　　倍壓整流電路適用于輸出直流高電壓、小電流的小功率整流。倍壓整流有半波倍壓整流和全波倍壓整流。根椐本電路的設計要求,采用了圖4所示的電路。

　　它是由高壓整流堆D1、D2、D3、D4及倍壓電容C5、C6、C7、C8構成的四倍壓整流電路。

　　1.5　控制電路的設計

　　圖5為89C52單片機系統(tǒng)框圖,單片機通過APD采樣直流高壓輸出電壓值,CPU對此值與預值電壓比較,調整相應DPA轉換,使實際輸出電壓與預值電壓相同。

　　2　軟件設計

　　程序設計主要包括鍵盤處理程序模塊、APD轉換程序設計模塊、DPA轉換程序設計模塊、誤差處理程序設計模塊、報警狀態(tài)輸出模塊等等。

　　3　總結

　　不同類型的探測器,所需要的供電高壓的大小不同。例如閃爍探測器光電倍增管的供電高壓一般在幾百伏到1500伏的范圍。而正比計數器GM計數管所需要的高壓則多在1500伏以上,因此為了使儀器具有通用性,高壓電源輸出電壓應能在相當大的范圍內連續(xù)調節(jié),經測試本系統(tǒng)高壓連續(xù)調節(jié)的范圍為300～ 3000伏,達到了設計要求。