CN102053231A - 一种包含氘灯电源的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含氘灯电源的测量装置，包含氘灯电源，所述的氘灯电源包括单片机控制电路、开关电源、氘灯启辉工作电路、氘灯恒流源电路、氘灯电源管理单元、氘灯工作状态指示单元、指令开关；所述的开关电源分别连接有氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元、氘灯恒流源电路，且开关单元分别经所述的氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元至单片机控制电路，所述的单片机控制电路连接有指令开关，所述氘灯电源管理单元与所述的氘灯工作状态指示单元相连。本发明体积小、模块化程度高，可以同时驱动氘灯和钨灯；且氘灯启辉成功率高，同时氘灯的电流、电压及阴极温度稳定性高。

Description

一种包含氘灯电源的测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种包含氘灯电源的测量装置。

背景技术

氘灯电源是一种专为特种氘灯光源设计的专用电源。氘灯，是一种气体放电管，它的阳极在未击穿之前呈高阻特性，一旦击穿立即进入低阻状态。灯丝只是在阳极未击穿之前，发射电子帮助阳极击穿。当阳极一旦击穿灯丝电流应减半或关闭，以延长氘灯寿命。因此氘灯电源是一种恒流状态下工作的特殊稳定电源。中国专利号200320110816.7中介绍了一种典型的氘灯电源电路，如图1所示，该电源设计采用了工频变压器和大功率三极管，具有纹波噪声小，电路相对简单，控制方便等特点。但也存在着一些不足的地方，工频变压器体积大，交流输入范围小，电源整体效率低；氘灯的时序控制是固定的，若需要更改预热时间则需要更换元器件，不能监测氘灯的工作状态；另一方面该电源仅能驱动氘灯，不能驱动钨灯，稳定性不理想。

发明内容

本发明在于改进上述现有技术中的不足提供一种包含氘灯电源的测量装置，该装置的氘灯电源体积小、效率高，方便对氘灯进行时序控制、工作状态监测，可同时驱动钨灯，提高了电流、电压、及阴极温度的稳定性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种包含氘灯电源的测量装置，包含氘灯电源，所述的氘灯电源包括单片机控制电路、开关电源、氘灯启辉工作电路、氘灯恒流源电路、氘灯电源管理单元、氘灯工作状态指示单元、指令开关；所述的开关电源分别连接氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元、氘灯恒流源电路，且开关单元分别经所述的氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元至单片机控制电路，所述的单片机控制电路连接指令开关，所述氘灯电源管理单元与所述的氘灯工作状态指示单元相连。

所述的开关电源还连接有钨灯电源管理单元，且经所述钨灯电源管理单元连接至指令开关，所述钨灯电源管理单元还连接有钨灯工作状态指示单元。

所述的氘灯启辉工作电路中包含充电电路、放电电路，所述放电电路与继电器K1的第一触点相连，所述充电电路与继电器K1的第二触点相连，继电器K1的第三触点作为氘灯阳极触点。

所述的氘灯恒流源电路包括一比较器，所述比较器的第一输入端与所述氘灯启辉工作电路的一个采样电阻相连接，所述比较器的第一输入端还连接一个基准6.95V电路，所述比较器的第二输入端连接一参考电平，所述比较器的输出端与所述开关电源的补偿调整端相连，用于控制所述氘灯启辉工作电路输出的电流稳定在300mA。

所述单片机控制电路具有如下控制步骤：

步骤1：使所述氘灯电源管理单元输出预热电压，并使所述氘灯启辉工作电路为第一电容充电；

步骤2：延时，等待氘灯预热完成；

步骤3：使所述氘灯启辉工作电路的输出端与氘灯的阳极连通，使第一电容放电，同时，使所述氘灯启辉工作电路向氘灯输出300mA电流；

步骤4：使所述氘灯电源管理单元向氘灯阴极输出的预热电压调整为维持电压。

本发明的优点在于：

1.体积小、模块化程度高，可以同时驱动氘灯和钨灯；

2.启辉成功率高；

3.氘灯的电流稳定性高，可以达到±30ppm/8小时；

4.氘灯的电压稳定性高，1小时内可以达到±0.03％；

5.氘灯的阴极温度稳定性高，1小时内可以达到±0.03％。

附图说明

图1为现有技术氘灯电源电路原理图；

图2为氘钨灯电源原理结构框图；

图3为图2中开关电源、氘灯启辉工作电路、氘灯恒流源电路电路图；

图4为图2中钨灯电源管理单元电路图；

图5为图2中氘灯电源管理单元电路图；

图6为图2中单片机控制电路原理图；

图7为图2中钨灯工作状态指示单元电路图；

图8为图2中指令开关电路图；

图9为图2中氘灯工作状态指示单元电路图；

图10为氘灯的电流随时间变化示意图；

图11为氘灯的电压随时间变化示意图；

图12为氘灯的阴极温度随时间变化示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示，一种包含氘灯电源的测量装置，所述的氘灯电源包括开关电源1、氘灯启辉工作电路2、单片机控制电路3、氘灯电源管理单元4、氘灯恒流源电路5、氘灯工作状态指示单元6、指令开关7；所述的开关电源1分别连接有氘灯启辉工作电路2、氘灯电源管理单元4、氘灯恒流源电路5，且开关单元1分别经所述的氘灯启辉工作电路2、氘灯电源管理单元4至单片机控制电路3，所述的单片机控制电路3连接有指令开关7，所述氘灯电源管理单元4与所述的氘灯工作状态指示单元相连6。

图3-9为图2框图中各个部分的电路图，氘灯的工作过程为指令开-预热-启辉-限流-状态指示，

1.指令开：如图8所示，短接指令开关7中J4的1、2管脚，或者利用计算机发低电平指令给指令开关7，使J3的3管脚为低电平，低电平为氘灯开指令。

2.预热：如图3、6、8所示，J3的3管脚与单片机控制电路3中的单片机U5的6管脚相连接，单片机控制电路3接收氘灯开的指令后，首先，将单片机U5的1管脚置为高电平，使得氘灯电源管理单元4中的电源管理芯片U4的7管脚为高电平，电源管理芯片U4开始工作，电源管理芯片U4的1管脚输出2.5V预热电压，该预热电压经J1的5管脚、7管脚给氘灯阴极加热，此时单片机控制电路3计时，预热时间定为20秒。作为举例说明，预热时间也可以定为30秒或其它时间。

同时，单片机控制电路3通过J2的4管脚控制继电器的开关K1接通上面的触点，此时，氘灯启辉工作电路2中，由C42，D17，D12，C31组成的倍压整流电路构成充电电路，输出500V电压用于给电容C32充电。3.启辉：参考图5、6，单片机控制电路3计时20秒后，其1管脚维持高电平不变，其3管脚由低电平转为高电平，继电器K1吸合到氘灯阳极触点；电阻R34、R35和电容C32构成放电电路，C32上的500VDC通过R35、R34、K1、R62、R63、L3经端子J1-8加到氘灯的阳极，使氘灯内气体放电，氘灯的阴阳极之间由高阻变为低阻，同时单片机控制电路3的3管脚高电平控制Q12和电源管理芯片U4，使氘灯电源管理单元4的预热电压减至维持电压。根据不同的氘灯，维持电压有的为0V，有的为1V左右，例如室温为25°时，电压控制在1V，可使氘灯的阴极温度控制在245-290℃之间的某一点，如265℃±0.1％。

氘灯在各电路的控制下的启辉步骤为：

1)氘灯电源管理单元4向氘灯的阴极输出预热电压，并使氘灯启辉工作电路2为电容C32充电；

2)单片机控制电路3通过延时，等待氘灯预热完成；

3)氘灯启辉工作电路2的输出端和氘灯的阳极连通，使电容C32经过电阻R34、R35向氘灯的阳极放电；

4)由氘灯启辉工作电路2向氘灯输出300mA电流，并使氘灯电源管理单元4把向氘灯阴极输出的预热电压调整为维持电压。

4.限流：图3中，氘灯启辉的同时，由开关电源1中的PMW控制芯片驱动的推挽电路经高频变压器T1和D5，D8整流输出+140V，通过L2、D13、K1、R62、R63、L3经端子J1-8加到氘灯的阳极，使氘灯阴阳极之间电流迅速增加到300mA；电流采样电阻R33上的压降被连接到比较器U2的一个输入端，该输入端还通过一个电阻R29连接Z1基准6.95v电路，在本实施例中，基准Z1采用LM399，比较器U2的另一输入端连接一参考电平，该比较器U2的输出端输出的开关信号，通过Q10连接到开关电源电路中PMW控制芯片的补偿调整端12管脚，用于控制氘灯启辉工作电路2向氘灯输出的电流稳定在300mA。

从以上氘灯工作过程及图3可以看出，氘灯启辉工作电路2、由C42，D17，D12，C31组成的倍压整流电路及与PMW控制芯片与高频变压器T1，及开关K1之间的这种连接方式，可以使电容C32放电启辉后，氘灯恒流源电路5输出的电流300mA无间隙地施加在氘灯的阳极上，使得氘灯的启辉率极大提高。

5.状态指示：如图9氘灯工作状态指示电路图，I-和基准3.3v经运放U6A作比较，输出DF信号，低电平为氘灯点亮，高电平为未点亮，通过端子J3-5输出，用于通知计算机。

实施例2

本发明测量装置还可以在实施例1的基础上进一步包括钨灯电源管理单元8、连接于钨灯电源管理单元8的钨灯工作状态指示单元9，开关电源1经钨灯电源管理单元8接于指令开关7。

钨灯的工作过程：指令开-稳压工作-状态指示。

指令开：如图8所示，短路指令开关7中J3的1、2管脚，或者计算机发给低电平指令给指令开关7中J3的2管脚，低电平为钨灯开指令。

钨灯稳压工作：如图4钨灯稳压工作电路图，钨灯开关信号w通过Q7，将电源管理芯片U7的7管脚由低电平转为高电平；U7开始工作，输出4v/1.5A，经J1的1管脚，J1的2管脚给钨灯灯丝。

钨灯状态指示：如图7钨灯状态指示电路图，钨灯工作电压+4V经D6，R6，输出WF信号，低电平为钨灯点亮，高电平为未点亮，通过端子J3-4输出，用于通知计算机。

本发明经测试氘灯的电流、电压及阴极温度稳定性高，图10为氘灯的电流随时间变化示意图，电流稳定性高，可以达到±30ppm/8小时；图11为氘灯的电压随时间变化示意图，1小时内可以达到±0.03％；图12为氘灯的阴极温度随时间变化示意图，1小时内可以达到±0.03％。

Claims (4)

1.一种包含氘灯电源的测量装置，包含氘灯电源，其特征在于：所述的氘灯电源包括单片机控制电路、开关电源、氘灯启辉工作电路、氘灯恒流源电路、氘灯电源管理单元、氘灯工作状态指示单元、指令开关；所述的开关电源分别连接氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元、氘灯恒流源电路，且开关单元分别经所述的氘灯启辉工作电路、氘灯电源管理单元至单片机控制电路，所述的单片机控制电路连接指令开关，所述氘灯电源管理单元与所述的氘灯工作状态指示单元相连。

2.如权利要求1所述的包含氘灯电源的测量装置，其特征在于：所述的开关电源还连接有钨灯电源管理单元，且经所述钨灯电源管理单元连接至指令开关，所述钨灯电源管理单元还连接有钨灯工作状态指示单元。

3.如权利要求1所述的包含氘灯电源的测量装置，其特征在于：所述的氘灯恒流源电路包括一比较器，所述比较器的第一输入端与所述氘灯启辉工作电路的一个采样电阻相连接，所述比较器的第一输入端还连接一个基准6.95V电路，所述比较器的第二输入端连接一参考电平，所述比较器的输出端通过一个三极管与所述开关电源的补偿调整端相连，用于控制所述氘灯启辉工作电路输出的电流稳定在300mA。

4.如权利要求1所述的包含氘灯电源的测量装置，其特征在于：所述单片机控制电路具有如下控制步骤：

步骤1：使所述氘灯电源管理单元输出预热电压，并使所述氘灯启辉工作电路为第一电容充电；

步骤2：延时，等待氘灯预热完成；

步骤3：使所述氘灯启辉工作电路的输出端与氘灯的阳极连通，使第一电容放电，同时，使所述氘灯启辉工作电路向氘灯输出300mA电流；

步骤4：使所述氘灯电源管理单元向氘灯阴极输出的预热电压调整为维持电压。

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