CN101521975B

CN101521975B - 一种用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路

Info

Publication number: CN101521975B
Application number: CN 200910029811
Authority: CN
Inventors: 刘召贵; 应刚; 胡晓斌; 韦大纶; 李胜辉
Original assignee: Jiangsu Skyray Instrument Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Skyray Instrument Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: CN101521975A

Abstract

本发明公开了一种用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，用于控制给氘灯负载提供的电源切换，包括：一电源输入端，用于为氘灯负载提供电源；一单片机接口端，用于为电路提供控制信号及一氘灯负载接口端，连接到氘灯负载上，所述电源输入端与一DC/DC转换电路连接，DC/DC转换电路再与单片机接口端连接，所述DC/DC转换电路由DC/DC转换模块，滤波模块，输出电压控制模块，电路使能模块连接组成，所述输出电压控制模块的输出电压端与氘灯负载接口端连接。本发明通过将DC/DC转换电路应用到氘灯电源的控制中，通过改变反馈量来适时变换输出电压，从而使氘灯的寿命大为增加，扣背景效果更好。

Description

一种用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路

技术领域

本发明涉及一种原子吸收光谱仪器领域，具体的讲是一种原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路。

背景技术

分光光度计就是利用分光光度法对物质进行定量定性分析的仪器。分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。常用的波长范围为：(1)200～400nm的紫外光区，(2)400～760nm的可见光区，(3)2.5～25μm(按波数计为4000cm<-1>～400cm<-1>)的红外光区。所用仪器为紫外分光光度计、可见光分光光度计(或比色计)、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。

原子吸收光谱分析法是利用基态原子对特征波长的辐射吸收现象的一种测量方法。通常原子处于基态，对于每种元素，其原子的基态跃迁到激发态所需能量是一定的，这种特定的能量称为特征谱线。在原子吸收光谱分析法中，利用空心阴极灯作为光源，发射某一元素特征波长，通过原子蒸汽以后，原子蒸汽对该特征波长光产生吸收，根据光的吸收程度计算元素原子浓度。

当光强度为IO的光束通过原子浓度为C的媒质时，光强度减弱至I，它遵循郎伯-比尔吸收定律：

A＝lg(IO/I)＝KCL

A：吸光度

I₀：入射特征谱线辐射光强度

I：出射特征谱线辐射光强度

k：吸收系数

L：特征辐射光经过火焰路程

C：原子浓度

这个方程告诉我们吸光度与原子浓度在一定条件下成线性关系。利用待测元素的共振辐射，通过其原子蒸汽，测定其吸光度的装置称为原子吸收分光光度计。它有单光束，双光束，双波道，多波道等结构形式。如图1所示，其基本结构包括光源，原子化器8，光学系统和检测系统，空心阴极灯6为光源，阴极灯电源1氘灯电源2及半透半反镜7组成了光学系统，平衡步进马达3、波长步进马达4、步进马达驱动5、单色器9、光电倍增管10、微处理机11、计算机12、直流稳压电源13构成监测系统，空心阴极灯6发射某一元素特征波长，通过计算机12控制微处理机11控制步进马达驱动5间接控制平衡步进马达3、波长步进马达4，使半透半反镜7进行局部调整，光透过透镜经过原子化器8再经过单色器9及光电倍增管10，从而通过微处理机11进行计算。它主要用于痕量元素杂质的分析，具有灵敏度高及选择性好两大主要优点，广泛应用于特种气体，金属有机化合物，金属醇盐中微量元素的分析。

在利用氘灯扣背景的原子吸收光谱仪器的设计中，给氘灯灯丝加热的氘灯电源2是一个非常重要的问题，因为第一、氘灯灯丝加热状态的稳定与否，会对氘灯扣背景的效果产生非常大的影响，氘灯工作越稳定，扣背景效果会越好，仪器性能也会得到很大的提高，而如果氘灯工作不稳定，扣背景效果会很差，甚至会产生错误；第二，氘灯的使用寿命很大程度上取决于氘灯加热灯丝的使用寿命，长时间加热会降低它的寿命，理论上讲，如果降低氘灯点燃后的工作电压，就可以延长氘灯的寿命，但是，氘灯在点燃时又需要比较大的电压与电流，从而造成了难以调和的矛盾。理想的情况应该是：氘灯电源在氘灯启动时能提供一个较高的电压，而在氘灯工作时，则能提供一个较低的稳定电压，从而延长氘灯的使用寿命。

而现有技术中，氘灯灯丝加热电源都是通过继电器控制灯丝与变压器的输出来实现加热电压的切换。如图2所示，在此电路中，接口P_Power1与接口P_Control1为输入接口，P_D1为输出接口，连至氘灯加热丝两端。接口P_Power1接到电源输入端，电源电压范围11V～15V，电流不小于2.5A；P_Control1接到单片机输出口，接口为5V；P_D1接到氘灯加热丝两端。JD1为欧姆龙继电器，型号为OMRON-G6B。当控制端Heat为高电平时，继电器不工作，P_D1两端电压为0V；当控制端Heat为低电平时，继电器正常工作，3脚与4脚导通，P_D1两端电压等于输入电压Vin，此时对氘灯加热丝加热。这样氘灯一直输入恒定电压，工作状态没法改变，长时间的加热肯定会缩短氘灯寿命；同时加热频率较低，对背景扣除信号影响很大。

发明内容

本发明的目的是通过将DC/DC转换电路应用到原子吸收分光光度计的氘灯电源的控制中，通过改变反馈量来适时变换输出电压，从而使氘灯的寿命大为增加，扣背景效果更好。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：

一种用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，用于控制给氘灯负载提供的电源切换，包括：

一电源输入端，用于为氘灯负载提供电源；

一单片机接口端，用于为控制电路提供控制信号；

及一氘灯负载接口端，连接到氘灯负载上，所述电容与一DC/DC转换电路连接，DC/DC转换电路再与单片机接口端连接，所述DC/DC转换电路由DC/DC转换模块，滤波模块，输出电压控制模块，电路使能模块连接组成，所述输出电压控制模块的输出电压端与氘灯负载接口端连接。

进一步地，在电源输入端连接一用于对输入电压进行滤波的电容。

进一步地，所述DC/DC转换模块包括一电源管理芯片，一续流二极管，一储能电感，一储能电容，第三电阻及第三电容，所述电源管理芯片的第一脚接电源输入端，第二、三脚接地，第四脚接输出电压控制模块，第五脚串接第三电阻及第三电容后接地，第六脚接电路使能控制模块，第七、八脚接一续流二极管后接地，接一储能电感后连接到氘灯负载接口端，储能电感同时连接一储能电容后接地。

进一步地，所述滤波模块包括一第二电感、第五、六电容，所述滤波模块一端接储能电感，另一端接氘灯负载接口端。

进一步地，所述输出电压控制模块包括第一、第四、第六、第七、第八电阻及第三光耦合器，所述第三光耦合器的第三脚接电源管理芯片的第四脚，第三光耦合器的第四脚串接第八、第六、第一、第四电阻，第三光耦合器的第一脚接第七电阻后接入单片机接口端，第三光耦合器的第二脚接数字地；当单片机接口端的输入信号为高电平时，第三光耦合器开始工作，由第八、第六、第一、第四电阻组成一电压反馈回路，当单片机接口端的输入信号为低电平时，第三光耦合器不工作，由第一、第四电阻组成一电压反馈回路。

进一步地，所述电路使能模块由第二、第五电阻，第二电容、第二光耦合器组成，第二光耦合器的第一脚接第五电阻后接入单片机接口端，第二脚接数字地，第三脚接电源管理芯片的第六脚，第四脚接电源输入端，第二电阻、第二电容与第二光耦合器组成反馈网络为电源管理芯片提供工作使能信号。

DC/DC转换电路：DC(Direct Current)表示的是直流电源，DC/DC转换电路是指直流/直流转换电路。主要目的是进行电压的变换，先将直流变成交流，变成交流后通过整流、滤波、稳压等变回直流。DC/DC转换电路一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。

由于在检测仪器领域，大家固定俗成的沿用原有的技术思路，一直都将继电器作为转换电路进行使用，本发明将DC/DC转换电路应用到氘灯电源的控制中，采用的DC/DC转换电路是工作状态及工作输出电压均可以控制的电源电路。DC/DC转换电路由DC/DC转换模块，滤波模块，输出电压控制模块，电路使能模块连接组成，电源输入为12V，电流不小于1.5A，通过由单片机输出的一个电平信号来控制整个电路是否工作，以决定是否让氘灯工作；通过由单片机输出的另外一个电平信号来对输出电压进行选择(可选择7V或10V)，从而决定氘灯的工作电压大小。当单片机的控制端口PD2EN为低电平时，电源控制芯片不工作，电路输出电压为0V，此时氘灯不工作。当PD2EN为高电平时，电源控制芯片开始工作，输出电压则取决于电压选择信号PD2CH。若PD2CH为低电平，输出电压为10V，此时是对氘灯进行加热，可以很快地点亮氘灯；若PD2CH为高电平，输出电压为7V，此时可以维持氘灯点亮的状态，但灯丝不会很热，可以延长氘灯寿命。滤波模块使得输出的电压非常稳定，噪声很小，从而使扣背景效果更好。通过以上分析，我们发现此电路很好的解决了氘灯电源的问题。长时间实际使用结果表明，此电路结构比较简单，占用PCB板面积小，输出电压稳定，对氘灯的寿命起了很大的延长作用，对提高仪器性能起到很大的帮助。

附图说明

图1为原子吸收分光光度计的结构示意图；

图2为现有技术中氘灯电源控制电路；

图3为本发明氘灯电源控制电路；

图4为本发明的滤波模块的等效电路图；

图5为本发明的DC/DC转换模块等效电路图；

附图标号说明：

1、阴极灯电源 2、D2灯电源 3、平衡步进马达 4、波长步进马达

5、步进马达驱动 6、空心阴极灯 7、半透半反镜 8、原子化器

9、单色器 10、光电倍增管 11、微处理机 12、计算机

13、直流稳压电源

具体实施方式

现结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图3、图4、图5所示，在此电路中，接口P_Power1与接口P_Control1为输入接口，P_D1为氘灯负载输出接口。接口P_Power1接到电源输入端，电源电压范围11V～15V，电流不小于2.5A；P_Control1接到单片机输出口，可接3.3V或5V；P_D1接到氘灯加热丝两端。在电源输入端P_Power1连接一用于对输入电压进行滤波的电容C1，Vin_12V为DC-DC转换电路的输入电源，电源输入端P_Power1与一DC/DC转换电路连接，DC/DC转换电路再与单片机接口端连接，DC/DC转换电路由DC/DC转换模块，滤波模块，输出电压控制模块，电路使能模块连接组成。

DC/DC转换模块由U1，L1，D1，C4，R3，C3组成。其中U1为电源管理芯片，D1为续流二极管，L1为储能电感，C4为储能电容，电阻R3、电容C3为电源管理芯片的补偿电路。电源管理芯片型号为AOZ10104，是alpha半导体公司的产品，输入电源电压为4.5V～16V，输出电压最低为0.8V，电流可达5A，电源转换效率高达95％，其中，电源管理芯片的第1脚接电源输入端，第2、3脚接地，第4脚接输出电压控制模块，第5脚为补偿端，串接第三电阻R3及第三电容C3后接地，第6脚接电路使能控制模块，第7、8脚为输出端，接一续流二极管D1后接地，接一储能电感L1后连接到氘灯负载接口端P_D1，储能电感L1同时连接一储能电容C4后接地。

滤波模块由电感L2、电容C5、C6组成，这是一个典型的π型滤波电路。滤波模块一端接储能电感L1，另一端接氘灯负载接口端P_D1。

输出电压控制模块由电阻R1、R4、R6、R7、R8和光耦合器U3组成。第三光耦合器U3的第3脚接电源管理芯片U1的第4脚，第4脚串接电阻R1、R4、R6、R8，第1脚接第七电阻R7后接入单片机接口端P_Control1，第2脚接数字地；当单片机接口端P_Control1的输入信号PD2CH为高电平时，第三光耦合器U3开始工作，此时电压反馈回路由R1、R4、R6、R8组成，输出电压为

Vout＝Vref×[(R6+R8)//R1)/R4+1]

式中Vref为电源管理芯片的输出基准电压，为0.8V。

当单片机接口端P_Control1的输入信号为低电平时，第三光耦合器U3不工作，此时电压反馈回路由R1、R4组成，输出电压为

Vout＝Vref×(R1/R4+1)

电阻R7为限流电阻，起到保护芯片U3的作用。这样，我们实现了通过PD2CH来改变输出电压的功能。

电路使能模块由电阻R2、R5，电容C2，第二光耦合器U2组成。第二光耦合器U2的第1脚接电阻R5后接入单片机接口端P_Control1，第2脚接数字地，第3脚接电源管理芯片U1的第6脚，第4脚接电源输入端P_Power1，电阻R5为限流电阻，起到保护芯片U2的作用，电阻R2、R5，电容C2组成反馈网络为电源管理芯片U1提供工作使能信号。

如图3所示，在各个接口连接完毕的条件下，控制端口PD2EN为低电平，此时第一光耦U2(PC817系列)不工作，芯片AOZ1014的6脚为低电平，芯片不工作，输出电压Vout为0；当PD2EN为高电平时，第一光耦U2正常工作，芯片U1的6脚为高电平，芯片正常工作，输出电压Vout由PD2CH来决定，当PD2CH为低电平时，由电阻第一电阻R1、第四电阻R4组成的反馈网络输出电压Vout为10V；当PD2CH为高电平时，由第一电阻R1、第四电阻R4、第六电阻R6、第八电阻R8组成的反馈网络输出电压Vout为6V。

Claims

1.一种用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，用于控制给氘灯负载提供的电源切换，包括：

一电源输入端，用于为氘灯负载提供电源；

一单片机接口端，用于为控制电路提供控制信号；

及一氘灯负载接口端，连接到氘灯负载上，

其特征在于：所述电源输入端分别连接一用于对输入电压进行滤波的电容和一DC/DC转换电路，DC/DC转换电路再与单片机接口端连接，所述DC/DC转换电路由DC/DC转换模块，滤波模块，输出电压控制模块，电路使能模块连接组成，所述输出电压控制模块的输出电压端与氘灯负载接口端连接；所述DC/DC转换模块包括一电源管理芯片，一续流二极管，一储能电感，一储能电容，第三电阻及第三电容，所述电源管理芯片的第一脚接电源输入端，第二、三脚接地，第四脚接输出电压控制模块，第五脚串接第三电阻及第三电容后接地，第六脚接电路使能控制模块，第七、八脚接一续流二极管后接地，接一储能电感后连接到氘灯负载接口端，储能电感同时连接一储能电容后接地。

2.根据权利要求1所述用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，其特征在于：所述滤波模块包括一第二电感、第五、六电容，所述滤波模块一端接储能电感，另一端接氘灯负载接口端。

3.根据权利要求1所述用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，其特征在于：所述输出电压控制模块包括第一、第四、第六、第七、第八电阻及第三光耦合器，所述第三光耦合器的第三脚接电源管理芯片的第四脚，第三光耦合器的第四脚串接第八、第六、第一、第四电阻，第三光耦合器的第一脚接第七电阻后接入单片机接口端，第三光耦合器的第二脚接数字地；当单片机接口端的输入信号为高电平时，第三光耦合器开始工作，由第八、第六、第一、第四电阻组成一电压反馈回路，当单片机接口端的输入信号为低电平时，第三光耦合器不工作，由第一、第四电阻组成一电压反馈回路。

4.根据权利要求1所述用于原子吸收分光光度计的氘灯电源控制电路，其特征在于：所述电路使能模块由第二、第五电阻，第二电容、第二光耦合器组成，第二光耦合器的第一脚接第五电阻后接入单片机接口端，第二脚接数字地，第三脚接电源管理芯片的第六脚，第四脚接电源输入端，第二电阻、第二电容与第二光耦合器组成反馈网络为电源管理芯片提供工作使能信号。