CN207399036U - 一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，连接在输入电压与光离子化检测器的第一电极之间，包括反激式DC/DC升压电路，所述反激式DC/DC升压电路接收输入电压并输出直流偏置电压至所述光离子化检测器的第一电极。本实用新型的电路结构简单明了，功耗低，整个电路安全性高；所用电子器件少，成本低，可移植性强。当所需要的光离子化检测器偏置电压不同时，只需调整不同稳压值的稳压二极管D2、D3和电阻R2即可实现。

Description

一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地，涉及一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路。

背景技术

光离子化检测器(Photoionization Detector，PID)可以检测易挥发性有机气体或化合物。光离子化检测器包括一个紫外线(UV)灯，它通过光学窗口将UV光子或紫外光辐射到离子化室中。UV光子与离子化室内的易挥发性气体分子碰撞，碰撞使得那些电离能低于光子能量的分子离子化，产生可检测的离子和电子。

离子检测器位于离子化室内，并且靠近光学窗口，用于收集经离子化而产生的电子和离子。离子检测器包括一对电极，它们是偏置电极和测量电极。偏置电极上连接的电压称为偏置电压。

偏置电压产生电路为偏置电极提供正偏置电压(例如，约4-150V的DC电压)。于是，偏置电极排斥光离子化产生的正离子。测量电极接近于地电压，并与偏置电极隔开，因此在偏置电极和测量电极之间形成一偏置电场。测量电极吸收正离子，产生测量电流。测量电路与测量电极相连，并测量通过收集正离子而产生的电流，即测量电流，经过后续信号处理电路处理，从而确定易挥发气体的浓度。

下面两种电路是光离子化检测器的偏置电压产生电路的传统方式，都是利用变压器的升压原理产生交流高压，通过整流滤波后得到光离子化检测器(PID)所需的直流偏置电压。

方式1：

在交流变压器的初级线圈上加上交变电压，当交流变压器的次级绕组匝数远大于其初级绕组匝数时，根据电磁转换原理和变压器的升压原理将在变压器的次级获得较高交流输出电压。然后通过整流滤波就能得到所需的高直流电压。

图1工作原理如下：“VIN”是一个低直流输入电压，变压器T1初级绕组和电容C2形成振荡电路。使用控制电路去让交变电流在变压器初级绕组N12、N23轮流导通形成回路。然后在变压器的次级绕组N54上得到一个较高的交流电压输出。输出交流电压根据下面的计算公式得到：VAC＝(N54/N13)×Vin。然后再将此交流电压通过后面的整流和滤波得到光离子化检测器(PID)所需的直流偏压。

方式2：

图2主要应用了变压器的升压功能和电感型升压DC/DC转换器的工作原理。

升压变压器的工作原理同方式1中所述，而电感型升压DC/DC转换器的工作原理如下：通过DC/DC转换器内部控制开关使电感(变压器的初级绕组)一端快速与地导通和断开，而电感(变压器的初级绕组)另一端接电源。这样电感(变压器的初级绕组)中就会有不断变化的电流产生。根据电磁转换原理，在变压器的次级就会得到感应电压，如果变压器的次级绕组匝数大于其初级绕组匝数，就能在变压器次级得到较高的输出电压。

另外，为了使输出更稳定，一个负反馈网络是必需的，在图中R2，R3构成了DC/DC转换器的主反馈网络。且直流电压的输出值与“R2，R3和“VFB”处的电压有关。典型计算公式如下：Vout＝VFB*[1+R2/R3]。而R5，Q1，R4和D2主要功能也是使输出电压更稳定。

以上是两种传统的光离子化检测器(PID)偏置电压产生电路，也能满足光离子化检测器(PID)工作需要。但电路结构复杂，所需元器件多，成本太高；并且不同的光离子化检测器(PID)偏置电压不一样，需要进行设计更改，且涉及其它外围电路的调整；以上传统电路更改起来也很不方便，没有好的移植性；由于电路没有限功率限流的保护措施，当设备使用时间长一些或是在潮湿环境中使用时，导致直流偏置电压通过检测部件短路到后续的低压检测电路，直接后果就是直流偏置电压产生电路损坏或是偏置高压将后面的低压检测电路上的器件损坏，致使昂贵的检测设备损坏而无法正常工作。在现实应用中，已发生多起此类事件。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路。

根据本实用新型提供的一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，连接在输入电压与光离子化检测器的第一电极之间，包括反激式DC/DC升压电路，所述反激式DC/DC升压电路接收输入电压并输出直流偏置电压至所述光离子化检测器的第一电极。

较佳的，所述反激式DC/DC升压电路包括：电感L1、开关S1、二极管D1、电容C2以及稳压二极管D2，所述输入电压通过所述电感L1连接所述二极管D1的正极，所述电容C2的一端以及所述稳压二极管D2的负极依次连接在所述二极管D1的负极，所述电容C2的另一端以及所述稳压二极管D2的正极相连并接地，所述开关S1的一端连接在所述二极管D1与所述电感L1之间，所述开关S1的另一端接地。

较佳的，所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路还包括：电阻R2以及稳压二极管D3，所述电阻R2的一端连接所述稳压二极管D2的负极，所述电阻R2的另一端连接光离子化检测器的第一电极，所述稳压二极管D3的负极连接所述电阻R2的所述另一端，所述稳压二极管D3的正极连接所述稳压二极管D2的正极并接地。

较佳的，所述稳压二极管D2的稳压值大于所述稳压二极管D3的稳压值。

较佳的，还包括滤波电路，连接在所述反激式DC/DC升压电路与输入电压之间存储能量，保证输入所述反激式DC/DC升压电路的电压稳定。

较佳的，所述滤波电路包括电阻R1以及电容C1，所述电阻R1的一端连接输入电压，所述电阻R1的另一端连接所述反激式DC/DC升压电路，所述电容C1的一端连接在所述电阻R1与所述反激式DC/DC升压电路之间，所述电容C1的另一端接地。

较佳的，所述开关S1包括电子开关、产生开关作用的器件或者组合电路。

较佳的，所述光离子化检测器的第二电极连接后续信号处理电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型的电路结构简单明了，功耗低，整个电路安全性高；所用电子器件少，成本低，可移植性强。当所需要的光离子化检测器偏置电压不同时，只需调整不同稳压值的稳压二极管D2、D3和电阻R2即可实现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、图2为传统的光离子化检测器直流偏置电压产生电路的电路图；

图3为本实用新型的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路的电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图3所示，本实用新型提供的一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路主要用到了电感器件的一个基本特性：当通过电感中的工作电流发生突变时，电感两端将有高的反电动势产生。电感自感电动势公式如下：

ε＝-L×dI/dt

即自感电动势＝自感系数*电流随时间的变化率。

低功耗直流偏置电压产生电路连接在输入电压与光离子化检测器的第一电极1之间，光离子化检测器的第二电极2连接后续信号处理电路。

包括反激式DC/DC升压电路、滤波电路、电阻R2以及稳压二极管D3，反激式DC/DC升压电路接收输入电压并输出直流偏置电压至光离子化检测器的第一电极。

滤波电路连接在反激式DC/DC升压电路与输入电压之间存储能量，保证输入反激式DC/DC升压电路的电压稳定。滤波电路包括电阻R1以及电容C1，电阻R1的一端连接输入电压，电阻R1的另一端连接反激式DC/DC升压电路，电容C1的一端连接在电阻R1与反激式DC/DC升压电路之间，电容C1的另一端接地。

反激式DC/DC升压电路包括：电感L1、开关S1、二极管D1、电容C2以及稳压二极管D2，输入电压通过电感L1连接二极管D1的正极，电容C2的一端以及稳压二极管D2的负极依次连接在二极管D1的负极，电容C2的另一端以及稳压二极管D2的正极相连并接地，开关S1的一端连接在二极管D1与电感L1之间，开关S1的另一端接地。开关S1可以包括电子开关，如晶体管，三极管，MOSFET及可以产生开关作用的器件及组合电路。

电阻R2的一端连接稳压二极管D2的负极，电阻R2的另一端连接光离子化检测器的第一电极，稳压二极管D3的负极连接电阻R2的另一端，稳压二极管D3的正极连接稳压二极管D2的正极并接地。

本实用新型的原理如下：

当非常快速地闭合断开开关S1一次，将在电路中A点位置得到一个高的窄的反电动势脉冲。通过开关上的“开关信号”去控制开关S1的开关频率，就能在单位时间里得到不同个数和不同幅度的高压脉冲输出。

将得到的高压脉冲通过二极管D1和电容C2的整流滤波后，就能在B点位置得到一个直流电压输出。在B点使用一个适当的稳压二极管D2，就能输出一个稳定的直流电压。

稳压二极管D2和稳压二极管D3是两个不同稳压值的二极管，稳压二极管D2的稳压值高于稳压二极管D3的稳压值。电阻R2是一个限流电阻。由于稳压二极管D2和稳压二极管D3有不同的稳压输出，所以在电阻R2上会有电流通过，通过调整稳压二极管D2和稳压二极管D3的稳压值以及电阻R2的阻值，就可既能提供给后续的检测电路所需的工作电流，又能确保在使用过程中不损坏偏置电压电路和后续的低压检测电路。

电阻R1一方面限制输入电压(Vin)输入功率，同时和电容C1一起构成一个RC滤波电路，确保电感L1的电源输入端的电压是稳定的(或是尽量小的波动),保证电感L1所需的瞬态能量。而电阻R2可限制输出到后端的最大电流也能控制后续电路对偏置电路的功率索取，又可保证在后续电路(例如光离子化检测器的第一电极1和第二电极2)出现通路和短路等异常情况时不会对偏置电压产生电路产生影响。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，连接在输入电压与光离子化检测器的第一电极之间，其特征在于，包括反激式DC/DC升压电路，所述反激式DC/DC升压电路接收输入电压并输出直流偏置电压至所述光离子化检测器的第一电极。

2.根据权利要求1所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述反激式DC/DC升压电路包括：电感L1、开关S1、二极管D1、电容C2以及稳压二极管D2，所述输入电压通过所述电感L1连接所述二极管D1的正极，所述电容C2的一端以及所述稳压二极管D2的负极依次连接在所述二极管D1的负极，所述电容C2的另一端以及所述稳压二极管D2的正极相连并接地，所述开关S1的一端连接在所述二极管D1与所述电感L1之间，所述开关S1的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路还包括：电阻R2以及稳压二极管D3，所述电阻R2的一端连接所述稳压二极管D2的负极，所述电阻R2的另一端连接光离子化检测器的第一电极，所述稳压二极管D3的负极连接所述电阻R2的所述另一端，所述稳压二极管D3的正极连接所述稳压二极管D2的正极并接地。

4.根据权利要求3所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述稳压二极管D2的稳压值大于所述稳压二极管D3的稳压值。

5.根据权利要求1所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，还包括滤波电路，连接在所述反激式DC/DC升压电路与输入电压之间存储能量，保证输入所述反激式DC/DC升压电路的电压稳定。

6.根据权利要求5所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述滤波电路包括电阻R1以及电容C1，所述电阻R1的一端连接输入电压，所述电阻R1的另一端连接所述反激式DC/DC升压电路，所述电容C1的一端连接在所述电阻R1与所述反激式DC/DC升压电路之间，所述电容C1的另一端接地。

7.根据权利要求2所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述开关S1包括电子开关、产生开关作用的器件或者组合电路。

8.根据权利要求1所述的用于光离子化检测器的低功耗直流偏置电压产生电路，其特征在于，所述光离子化检测器的第二电极连接后续信号处理电路。