CN109089360B

CN109089360B - 一种汞灯光强控制电路

Info

Publication number: CN109089360B
Application number: CN201810968594.3A
Authority: CN
Inventors: 敖小强; 鞠林林
Original assignee: Beijing SDL Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing SDL Technology Co Ltd
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: CN109089360A

Abstract

本发明提供一种汞灯光强控制电路。所述电路包括：直流输入电路，输入直流电到DC/AC隔离变换电路，并提供稳压电源给数模转换电路供电；DC/AC隔离变换电路，将输入直流电变换成交流电送到电压及反馈电路；电压及反馈电路，通过交流电给汞灯供电，并将汞灯的实际工作电压反馈给电压比较电路；光强检测电路，检测汞灯的实际发光强度送到数模转换电路；数模转换电路，通过控制器MCU根据汞灯的实际发光强度输出控制电压送到电压比较电路；电压比较电路，比较控制电压与实际工作电压的大小，并根据比较结果控制打开或关闭DC/AC隔离变换电路，以打开或关闭汞灯。本发明可以精确控制汞灯的发光强度，提高了紫外分析等仪器设备的性能。

Description

一种汞灯光强控制电路

技术领域

本发明涉及汞灯控制技术领域，具体涉及一种汞灯光强控制电路。

背景技术

随着科学技术的发展和人们的生活水平逐渐提高，汞灯在医疗、环境检测、分析仪器、紫外光谱等领域应用十分广泛。汞灯(mercury lamp)是利用汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源。在这些领域中很多应用都需要汞灯维持一个稳定的发光强度。发光强度简称光强，国际单位是candela(坎德拉)简写cd。1cd即1000mcd是指单色光源(频率540X10^12HZ)的光，在给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)瓦特/球面度))的单位立体角发出的光通量。

汞灯随着使用时间的增加，自身的发光强度会逐渐降低。另一方面，即使是同一厂家同一型号的汞灯的发光强度也存在一定差异性。研究表明，汞灯的发光强度与汞灯的供电电压大小有直接关系。目前，现有汞灯供电方案中，大部分都是采用高压模块输出一个恒定电压直接给汞灯供电，并且也不具备汞灯光强检测功能。

当汞灯发光强度衰减后，或者是汞灯之间的发光强度存在差异性时，无法通过调节汞灯电压来对汞灯发光强度进行调节，导致汞灯发光强度不一致却又无法调节。这些存在的技术问题在实际应用中尤其是紫外分析中会对仪器设备的分析结果造成极大的影响。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种汞灯光强控制电路，以解决汞灯发光强度衰减造成的发光强度不一致的问题。

本发明实施例提供了一种汞灯光强控制电路，包括：

直流输入电路，输入直流电到DC/AC隔离变换电路，并提供稳压电源给数模转换电路供电；

所述DC/AC隔离变换电路，将所述输入直流电变换成交流电，送到电压及反馈电路；

所述电压及反馈电路，通过所述交流电给汞灯供电，并将汞灯的实际工作电压反馈给电压比较电路；

光强检测电路，检测所述汞灯的实际发光强度，并把所述实际发光强度送到所述数模转换电路；

所述数模转换电路，通过控制器MCU根据汞灯的实际发光强度控制输出控制电压，将所述控制电压送到所述电压比较电路；

所述电压比较电路，比较所述控制电压与所述实际工作电压的大小；并根据比较结果控制打开或关闭所述DC/AC隔离变换电路，以打开或关闭汞灯。

进一步地，所述稳压电源为+5VDC稳压电源。

进一步地，所述控制电压为0～+5VDC的电压。

进一步地，所述直流输入电路包括：

输入电源，输入直流电到保护电路；

所述保护电路，对所述输入直流电进行过流、过压、反接、浪涌保护；

滤波电路，对所述输入直流电进行储能、滤波后输出到所述DC/AC隔离变换电路；

稳压电路，对所述输入直流电进行稳压，提供所述稳压电源给所述数模转换电路供电。

进一步地，所述保护电路包括保险FU1、二极管D1、TVS管T2，所述滤波电路包括电容C2、电容C3，所述稳压电路包括稳压芯片U1、电阻R6、电容C4，其中，

所述保险FU1一端连接输入电源正极，另一端连接所述二极管D1的正极及TVS管T2的一端；所述二极管D1的负极连接所述电容C2的正极和所述电容C3的一端；所述TVS管T2的另一端连接所述电容C2的负极和电容C3的另一端一起连接到电源地；所述稳压芯片U1的3脚通过电阻R6与所述二极管D1的负极连接，所述稳压芯片的2脚连接到所述电源地，所述电容C4的一端与所述稳压芯片U1的3脚连接，另一端与所述稳压芯片U1的2脚连接。

进一步地，所述DC/AC隔离变换电路包括达林顿管Q1、电阻R2、R3、R4、R5、R9、R11、R12、二极管D7、D8、变压器T1、场效应管Q2、Q3、电容C1、C6、C7、C8、PWM控制芯片U4，其中，

所述达林顿管Q1的发射极与所述电阻R2一端及所述二极管D1的负极连接，所述林顿管Q1的基极与所述电阻R2的另一端及所述二极管D7的正极连接，所述二极管D7的负极与所述二极管D8的正极连接，所述二极管D8的负极与所述电阻R9的一端连接；

所述林顿管Q1的集电极与所述变压器T1的初级线圈中心抽头连接，所述变压器T1初级线圈异名端与所述电阻R3的一端和所述场效应管Q2的漏极连接，所述变压器T1初级线圈同名端与所述电容C1的一端和所述场效应管Q3的漏极连接，所述电阻R3的另一端同所述电容C1的另一端连接，所述场效应管Q2的源极与所述电阻R4的一端一起连接到所述电源地，所述场效应管Q2的栅极与所述电阻R4的另一端一起连接到所述PWM控制芯片U4的14脚；

所述场效应管Q3的源极与所述电阻R5的一端一起连接到所述电源地，所述场效应管Q3的栅极与所述电阻R5的另一端一起连接到所述PWM控制芯片U4的11脚，所述PWM控制芯片U4的13、15脚连接到所述二极管D1的负极，所述PWM控制芯片U4的16、2脚通过所述电容C8连接到所述电源地，所述PWM控制芯片U4的5脚连接所述电阻R11和所述电容C7的一端，所述电阻R11的另一端与所述PWM控制芯片U4的7脚连接，所述电容C7的另一端连接所述电源地，所述PWM控制芯片U4的6脚通过所述电阻R12与所述电源地连接，所述PWM控制芯片U4的12、10、1脚连接所述电源地，所述PWM控制芯片U4的8脚通过所述电容C6连接到所述电源地。

进一步的，所述电压及反馈电路包括电阻R1、R7、R13、二极管D3、D4、D5、D6、电容C9、其中，

所述变压器T1的次级线圈异名端通过电阻R1与汞灯供电端口一端连接，所述变压器T1的次级线圈同名端连接到所述二极管D3的负极和D6的正极，所述二极管D3的正极和D4的正极及电阻R7的一端一起连接到所述电源地，所述二极管D6的负极、D5的负极、电阻R13的一端、电阻R7的另一端连接，所述电阻R13的另一端与所述电容C9的一端连接，所述电容C9的另一端连接到所述电源地，所述二极管D4的负极和D5的正极一起连接到汞灯供电端口的另一端。

进一步的，所述光强检测电路包括光电传感器、放大器U3B、电阻R8、电容C5，其中，

所述光电传感器的阳极与所述放大器U3B的5脚一起连接到所述电源地，所述光电传感器的阴极与所述放大器U3B的6脚、所述电阻R8的一端、所述电容C5的一端连接，所述电阻R8的另一端、所述电容C5的另一端与所述放大器U3B的7脚连接，所述放大器U3B的7脚再与所述控制器MCU连接，所述放大器U3B的4脚连接到所述二极管D1的负极，所述放大器U3B的11脚连接到所述电源地。

进一步的，所述数模转换电路包括DAC芯片U2、控制器MCU，其中，

所述DAC芯片U2的1、2、3、5脚一起连接到所述稳压芯片U1的3脚，所述DAC芯片U2的6、7脚连接到所述控制器MCU，所述DAC芯片U2的8脚连接到所述电源地。

进一步地，所述电压比较电路包括放大器U3A、电阻R10，其中，

所述放大器U3A的4脚连接到所述二极管D1的负极，所述放大器U3A的11脚连接到所述电源地，所述电阻R10的一端连接到所述DAC芯片U2的4脚，所述放大器U3A的2脚连接到所述电阻R10的另一端，所述放大器U3A的3脚与所述电容C9的一端与所述电阻R13的另一端连接到一起，所述放大器U3A的1脚与所述电阻R9的另一端连接。

本发明的实施例提供的电路，采用直流电压输入方式，应用了过流保护、反接保护、过压保护、浪涌保护、输入滤波等保护措施，可以精确控制汞灯的发光强度，具有使用方便、安全性高、抗干扰能力强、输出电压可控、汞灯光强可控、动态响应快、稳定性强、精确度高等特点，极大的提高了紫外分析等应用中仪器设备的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种汞灯光强控制电路组成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例提供的一种汞灯光强控制电路组成示意图，电路包括直流输入电路1、DC/AC隔离变换电路2、电压及反馈电路3、光强检测电路4、数模转换电路5、电压比较电路6。

直流输入电路1输入直流电到DC/AC隔离变换电路2，并提供稳压电源给数模转换电路5供电。DC(Direct Current，直流)/AC(Alternating Current，交流)隔离变换电路2将输入直流电变换成交流电，送到电压及反馈电路3。电压及反馈电路3通过交流电给汞灯供电，并将汞灯的实际工作电压反馈给电压比较电路6。光强检测电路4检测汞灯的实际发光强度，并把实际发光强度送到数模转换电路5。数模转换电路5通过控制器MCU(MicroController Unit)根据汞灯的实际发光强度控制输出控制电压，将控制电压送到电压比较电路6。数模转换电路5又叫DAC电路，DAC(Digital to analog converter)是数字模拟转换。电压比较电路6比较控制电压与实际工作电压的大小；控制电压为0～5VDC的电压，并根据比较结果控制打开或关闭DC/AC隔离变换电路2，使得汞灯打开或关闭。

直流输入电路1包括输入电源、保护电路、滤波电路、稳压电路。保证了后级电路安全、可靠、稳定的工作，提高了电路的抗干扰能力。

输入电源输入直流电到保护电路。保护电路对输入直流电进行过流、过压、反接、浪涌保护。滤波电路对输入直流电进行储能、滤波后输出到DC/AC隔离变换电路2。稳压电路对输入直流电进行稳压，提供稳压电源给数模转换电路5供电，稳压电源为+5VDC稳压电源。

保护电路包括保险FU1、二极管D1、TVS管T2，滤波电路包括电容C2、电容C3，稳压电路包括稳压芯片U1、电阻R6、电容C4。

保险FU1一端连接输入电源正极，另一端连接二极管D1的正极及TVS管T2的一端；二极管D1的负极连接电容C2的正极和电容C3的一端；TVS管T2的另一端连接电容C2的负极和电容C3的另一端一起连接到电源地；稳压芯片U1的3脚通过电阻R6与二极管D1的负极连接，稳压芯片的2脚连接到电源地，电容C4的一端与稳压芯片U1的3脚连接，另一端与稳压芯片U1的2脚连接。

自恢复保险FU1会限制电路工作电流，当电路工作电流大于自恢复保险FU1熔断值时FU1将会断开，实现了电路的过流保护。TVS管T2会限制电路的输入电压，当电路输入电压过高时，例如浪涌冲击，T2会限制输入电压到一个安全电压以保护后级电路。二极管D1可以防止输入电源反接，当输入电源反接时，二极管D1将会关断，以防止后级电路损毁。电容C2、C3可以对输入电源进行滤波，以减小输入电压的纹波提高系统的稳定性。稳压芯片U1可以产生低纹波、低噪声、高精度的+5V电压来给数模转换电路5供电，以提高数模转换电路5输出电压的精确度。

DC/AC隔离变换电路2包括达林顿管Q1、电阻R2、R3、R4、R5、R9、R11、R12、二极管D7、D8、变压器T1、场效应管Q2、Q3、电容C1、C6、C7、C8、PWM控制芯片U4。

达林顿管Q1的发射极与电阻R2一端及二极管D1的负极连接，林顿管Q1的基极与电阻R2的另一端及二极管D7的正极连接，二极管D7的负极与二极管D8的正极连接，二极管D8的负极与电阻R9的一端连接，电阻R9另一端连接到电压比较芯片U3A的1脚。

林顿管Q1的集电极与变压器T1的初级线圈中心抽头连接，变压器T1初级线圈异名端与电阻R3的一端和场效应管Q2的漏极连接，变压器T1初级线圈同名端与电容C1的一端和场效应管Q3的漏极连接，电阻R3的另一端同电容C1的另一端连接，场效应管Q2的源极与电阻R4的一端一起连接到电源地，场效应管Q2的栅极与电阻R4的另一端一起连接到PWM控制芯片U4的14脚。

场效应管Q3的源极与电阻R5的一端一起连接到电源地，场效应管Q3的栅极与电阻R5的另一端一起连接到PWM控制芯片U4的11脚，U4的13、15脚连接到二极管D1的负极，U4的16、2脚通过电容C8连接到电源地，U4的5脚连接电阻R11和电容C7的一端，电阻R11的另一端与U4的7脚连接，电容C7的另一端连接电源地，PWM控制芯片U4的6脚通过电阻R12与电源地连接，U4的12、10、1脚连接电源地，U4的8脚通过电容C6连接到电源地。

汞灯的工作电压是交流电，本系统输入电源是直流电，因此需要DC/AC隔离变换电路2把直流电变换成交流电，在DC/AC隔离变换电路2中PWM控制芯片U4分别输出相位相差180°的两路PWM波，这两路PWM波交替控制场效应管Q2、Q3的导通与关断。当Q2导通Q3截至时，电流会从变压器T1初级线圈中心抽头流向T1初级线异名端。当Q2截至Q3导通时，电流会从变压器T1初级线圈中心抽头流向T1初级线同名端。因此，变压器T1次级线圈将会产生交流电压。

电压及反馈电路3包括电阻R1、R7、R13、二极管D3、D4、D5、D6、电容C9。

变压器T1的次级线圈异名端通过电阻R1与汞灯供电端口一端连接，变压器T1的次级线圈同名端连接到二极管D3的负极和D6的正极，二极管D3的正极和D4的正极及电阻R7的一端一起连接到电源地，二极管D6的负极、D5的负极、电阻R13的一端、电阻R7的另一端连接，电阻R13的另一端与电容C9的一端连接到电压比较芯片U3A的3脚，电容C9的另一端连接到电源地，二极管D4的负极和D5的正极一起连接到汞灯供电端口的另一端。

电压及反馈电路3是为了给汞灯提供工作所需要的电压，并通过桥式整流的方式把汞灯的当前实际工作电压反馈给电压比较电路6。其中，变压器T1次级线圈同名端、二极管D3、D4、D5、D6同通过桥式整流的方式将交流电转换成直流电，然后经过由电阻R13和电容C9构成的低通滤波器反馈给电压比较器U3A。

光强检测电路4是为了检测当前汞灯的实际发光强度，并把当前汞灯的实际发光强度传输给控制器MCU。光强检测电路4包括光电传感器、放大器U3B、电阻R8、电容C5。

光电传感器的阳极与放大器U3B的5脚一起连接到电源地，光电传感器的阴极与放大器U3B的6脚、电阻R8的一端、电容C5的一端连接，电阻R8的另一端、电容C5的另一端与放大器U3B的7脚连接，放大器U3B的7脚再与控制器MCU连接，放大器U3B的4脚连接到二极管D1的负极，放大器U3B的11脚连接到电源地。

数模转换电路5由控制器MCU控制输出0～5V的电压，该电压与汞灯实际供电反馈电压进行比较，并根据比较结果控制汞灯的供电开关，由该电压的大小控制汞灯的发光强度。数模转换电路5包括DAC芯片U2。

DAC芯片U2的1、2、3、5脚一起连接到稳压芯片U1的3脚，DAC芯片U2的4脚连接到电阻R10的一端，DAC芯片U2的6、7脚连接到控制器MCU，DAC芯片U2的8脚连接到电源地。

电压比较电路6是为了比较DAC电路输出电压与汞灯供电实际反馈电压的大小，并根据比较结果通过控制达林顿管的开关来打开或关闭汞灯供电。电压比较电路6包括放大器U3A、电阻R10。

电阻R10的一端连接到DAC芯片U2的4脚，放大器U3A的4脚连接到二极管D1的负极，放大器U3A的11脚连接到电源地，放大器U3A的2脚连接到电阻R10的另一端，放大器U3A的3脚与电容C9与电阻R13的一端连接到一起，放大器U3A的1脚与电阻R9的一端连接。

电路工作原理：汞灯发光强度与汞灯的供电电压有直接关系，在一定区间内，汞灯供电电压越高，汞灯的发光强度越强。在本发明实施例提供的技术方案中，光电传感器会检测汞灯的发光强度并产生与之相对应的电流，光强检测电路4通过运算放大器U3B把光电传感器产生的电流转换成电压并传送给控制器MCU。控制器MCU通过算法处理计算当前的汞灯发光强度与目标设定发光强度之间的关系。

当汞灯发光强度高于目标光强时，控制器MCU控制DAC电路5减小输出电压，该电压与当前汞灯实际供电反馈电压进行比较，比较结果是当前汞灯实际供电反馈电压大于DAC电路5的输出电压，因此电压比较器U3A将关断达林顿三极管Q1，从而关闭汞灯电源。关闭汞灯电源后，汞灯供电电压将会降低，因此汞灯光强也会降低。

同理，当汞灯发光强度低于目标光强时，控制器MCU控制DAC电路5增加输出电压。该电压与当前汞灯实际供电反馈电压进行比较，比较结果是当前汞灯实际供电反馈电压小于DAC电路输出电压，因此电压比较器U3A将打开达林顿三极管Q1，从而打开汞灯电源。打开汞灯电源后，汞灯供电电压将会增加，因此汞灯光强也会增加。

如此反复调节，直到汞灯实际光强与目标光强相等，当实际光强与目标光强相等后，汞灯输出电压和汞灯光强将达到平衡状态。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims

1.一种汞灯光强控制电路，包括：

所述电压比较电路，比较所述控制电压与所述实际工作电压的大小；并根据比较结果控制打开或关闭所述DC/AC隔离变换电路，以打开或关闭所述汞灯。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述稳压电源为+5VDC稳压电源。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电压为0～+5VDC的电压。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述直流输入电路包括：

输入电源，输入直流电到保护电路；

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，

所述保护电路包括保险FU1、二极管D1、TVS管T2，所述滤波电路包括电容C2、电容C3，所述稳压电路包括稳压芯片U1、电阻R6、电容C4，其中，

所述保险FU1一端连接输入电源正极，另一端连接所述二极管D1的正极及TVS管T2的一端；所述二极管D1的负极连接所述电容C2的正极和所述电容C3的一端；所述TVS管T2的另一端连接所述电容C2的负极和电容C3的另一端一起连接到电源地；所述稳压芯片U1的输入端通过电阻R6与所述二极管D1的负极连接，所述稳压芯片U1的接地端连接到所述电源地，所述电容C4的一端与所述稳压芯片U1的输入端连接，另一端与所述稳压芯片U1的接地端连接。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述DC/AC隔离变换电路包括达林顿管Q1、电阻R2、R3、R4、R5、R9、R11、R12、二极管D7、D8、变压器T1、场效应管Q2、Q3、电容C1、C6、C7、C8、PWM控制芯片U4，其中，

所述PWM控制芯片U4的型号为SG3525，所述达林顿管Q1的发射极与所述电阻R2一端及所述二极管D1的负极连接，所述林顿管Q1的基极与所述电阻R2的另一端及所述二极管D7的正极连接，所述二极管D7的负极与所述二极管D8的正极连接，所述二极管D8的负极与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端连接所述电压比较电路的输出端；

所述林顿管Q1的集电极与所述变压器T1的初级线圈中心抽头连接，所述变压器T1初级线圈异名端与所述电阻R3的一端和所述场效应管Q2的漏极连接，所述变压器T1初级线圈同名端与所述电容C1的一端和所述场效应管Q3的漏极连接，所述变压器T1次级线圈与所述电压及反馈电路连接，产生交流电压给所述汞灯供电，所述电阻R3的另一端同所述电容C1的另一端连接，所述场效应管Q2的源极与所述电阻R4的一端一起连接到所述电源地，所述场效应管Q2的栅极与所述电阻R4的另一端一起连接到所述PWM控制芯片U4的14脚；

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电压及反馈电路包括电阻R1、R7、R13、二极管D3、D4、D5、D6、电容C9，其中，

所述变压器T1的次级线圈异名端通过电阻R1与汞灯供电端口一端连接，所述变压器T1的次级线圈同名端连接到所述二极管D3的负极和D6的正极，所述二极管D3的正极和D4的正极及电阻R7的一端一起连接到所述电源地，所述二极管D6的负极、D5的负极、电阻R13的一端、电阻R7的另一端连接，所述电阻R13的另一端与所述电容C9的一端连接后与所述电压比较电路的同相输入端连接，所述电容C9的另一端连接到所述电源地，所述二极管D4的负极和D5的正极一起连接到汞灯供电端口的另一端。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述光强检测电路包括光电传感器、放大器U3B、电阻R8、电容C5，其中，

所述光电传感器的阳极与所述放大器U3B的同相输入端一起连接到所述电源地，所述光电传感器的阴极与所述放大器U3B的反相输入端、所述电阻R8的一端、所述电容C5的一端连接，所述电阻R8的另一端、所述电容C5的另一端与所述放大器U3B的输出端连接，所述放大器U3B的输出端再与所述控制器MCU连接，所述放大器U3B的电源端连接到所述二极管D1的负极，所述放大器U3B的接地端连接到所述电源地。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述数模转换电路包括DAC芯片U2、控制器MCU，其中，

所述DAC芯片U2的型号为AD5321，所述DAC芯片U2的1、2、3、5脚一起连接到所述稳压芯片U1的输入端，所述DAC芯片U2的6、7脚连接到所述控制器MCU，所述DAC芯片U2的8脚连接到所述电源地，所述DAC芯片U2的4脚通过电阻R10连接所述电压比较电路的反相输入端。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电压比较电路包括放大器U3A、电阻R10，其中，

所述放大器U3A的电源端连接到所述二极管D1的负极，所述放大器U3A的接地端连接到所述电源地，所述电阻R10的一端连接到所述DAC芯片U2的4脚，所述放大器U3A的反相输入端连接到所述电阻R10的另一端，所述放大器U3A的同相输入端与所述电容C9的一端与所述电阻R13的另一端连接到一起，所述放大器U3A的输出端与所述电阻R9的另一端连接。