高速大功率LED光源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1、 本文由sdtaxyd貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 第 卷 年 第 期 月 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù) 高 速 、 功 率 光 源 驅(qū) 動(dòng) 電路 設(shè) 計(jì) 大 李小 剛 ， 弘， 蘇 馬曉莉 ， 成 富 ， 義才 ， 董 劉 彭 宇 ， 千 奕 （ 中國(guó)科學(xué) 院近代物理研究所 ， 蘭州 ） 摘要 ： 高速 、 大功 率 （ 源驅(qū)動(dòng)電路是 中子墻 探測(cè)器光刻 度系統(tǒng)的重要 組成部 分。本文 光 簡(jiǎn)要介紹 高速 、 大功率 光源驅(qū)動(dòng)電路 的設(shè)計(jì) 。該 電路具 有穩(wěn) 定性好 、 驅(qū)動(dòng)脈 沖前 、 后沿 快， 電流 大 脈沖輸出等特點(diǎn)。內(nèi)置信號(hào)源信號(hào)

2、經(jīng)過(guò)成形電路后， 形成具有一定脈寬的快脈沖信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 驅(qū) 動(dòng)信號(hào)上 升時(shí)間 下降時(shí)間 其 脈沖寬度分 ， ， ， 檔可調(diào) 。該脈 沖信 號(hào)通 過(guò)驅(qū)動(dòng) 電路控制 輸 出電流開(kāi)關(guān) ， 最大輸 出脈沖電流為 ， 控制 在 額定功率下工作 。該驅(qū)動(dòng)電路最多可 同時(shí)驅(qū) 動(dòng)六個(gè) 大功率 光源工作 ， 目前已用于我所 中子墻探 測(cè)器陣列探測(cè)單 元的初步刻度與測(cè)試 。 關(guān)鍵詞 ： 脈沖 ， 功率 ， 光源 ， 快 大 驅(qū)動(dòng)電路 中圖分類號(hào) ： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： 文章編 號(hào) ： ） （ 近物所 中子墻是 外靶實(shí)驗(yàn)裝置 中 關(guān)鍵設(shè)備之一， 該設(shè)備是利用快塑料閃爍體作 為探測(cè)介質(zhì) ， 通過(guò)飛行 時(shí)間技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)

3、能量為 的中子的探測(cè) 。光刻度系統(tǒng) 是為我所 中子墻探測(cè)器專 門設(shè)計(jì)研制的 ， 中 是 子墻探測(cè)器 的必要配套設(shè) 備。其 主要作用 有 二， 一是對(duì) 中子墻單元讀 出的前端電子學(xué)進(jìn)行 刻度 ， 二是對(duì) 中子墻單元 的穩(wěn)定性進(jìn) 行監(jiān) 測(cè)。 高速 、 大功率 光源驅(qū)動(dòng)電路則是中子墻探 測(cè)器光刻度系統(tǒng)的重要組成部分 。由于采用大 功率藍(lán)光 作為中子墻光刻度系統(tǒng)的光源， 必 須對(duì)其是否能滿足中子墻光刻度的需要進(jìn)行 測(cè)試 ， 檢驗(yàn) 發(fā) 出的藍(lán)光信號(hào)是否能夠模擬 真實(shí) 事件在 閃爍體材 料 中激發(fā)產(chǎn)生 的熒光 信 號(hào)， 并具有很好 的工作 穩(wěn)定 性。目前市場(chǎng)上 的 驅(qū)動(dòng)電路一般均工作在慢脈沖驅(qū)動(dòng)模式（ 肛

4、 量 級(jí) ）遠(yuǎn)不能滿足要求 。因此 ， ， 我們研制 了 量 路 。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng) 電路完全滿足中 子墻光刻度系統(tǒng)的要求 ， 為中子墻探 測(cè)器系統(tǒng) 的刻度與監(jiān)測(cè)提供 了保證 。 基本 思路與 電路設(shè)計(jì) 對(duì)中子墻光刻度系統(tǒng)而言 ， 光源 的選擇至 關(guān)重要 ， 光源的穩(wěn)定性 、 均勻性 、 響應(yīng)速度及其 光波 波 長(zhǎng)范 圍是 光刻 度 系統(tǒng)達(dá) 到設(shè) 計(jì) 目標(biāo) 的關(guān) 鍵 。中子墻探測(cè)器探測(cè)介質(zhì)材料所選用的是有 機(jī)塑料閃爍體 基 于此類探測(cè)介質(zhì)材料 ， 的特性 ， 考慮到具有好的穩(wěn)定性 、 的單色性 、 好 好 的方 向性 ， 特別 是性 能價(jià) 格 比 ， 驗(yàn)人 員選 擇 實(shí) 了大功率藍(lán)色發(fā)光

5、二極管（ 正， 功率 作 ） 為中子墻光刻度 系統(tǒng) 的光源。采用藍(lán)光 作 為中子墻光刻度系統(tǒng)的光源 ， 必須對(duì)其是否 能滿足 中子墻 光刻 度 的需 要進(jìn) 行測(cè) 試 ， 驗(yàn) 檢 發(fā) 出的藍(lán)光 信號(hào)是否能夠模擬真實(shí) 事件 級(jí) 的快脈沖大功率 （ 功率 的驅(qū)動(dòng)電 ） 在 閃爍體材料 中的熒光信號(hào) ， 并具有很好 的工 作穩(wěn)定性 ?；?材料的發(fā)光特性 ， 要模 收稿 日期 ： 擬其所產(chǎn)生的熒光信號(hào) ， 即要求藍(lán)光 所發(fā) 出光信號(hào)經(jīng)光倍管兩端讀出時(shí)信號(hào)上 升時(shí)間 后延衰減時(shí)間 。這就決定 了 ， 作者簡(jiǎn) 介 ： 小剛（ ， ， 肅人 ， 院近代 李 一）男 甘 中科 物理研 究所 ， 工程師 。 必

6、須工作在快脈沖驅(qū)動(dòng)方式下 ， 目前市場(chǎng) 上 的驅(qū) 動(dòng)電路 一般均工作在慢脈 沖驅(qū)動(dòng)模式 （ 量級(jí)） 遠(yuǎn)不能滿 足我們 的要求。因此 ， ， 我 們必須 自己解決快脈沖驅(qū)動(dòng) 電路這一難題 ， 尤 路、 脈沖寬度成形電路 、 扇出電路 、 驅(qū)動(dòng)電路、 大 功率電流開(kāi)關(guān)等單元電路組成 。內(nèi)置 的信號(hào)源 產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻 、 脈寬成形、 出之后 ， 扇 送 人驅(qū)動(dòng) 電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào) ， 驅(qū)動(dòng)大功率 電流開(kāi) 其是實(shí)現(xiàn)以 量級(jí)的大功率快脈 沖來(lái)驅(qū)動(dòng)大 功率的 ?；谶@種實(shí)驗(yàn)實(shí)際需求 ， 我們研 關(guān)控制 個(gè)大功率 光源 電路工作 。同步 的 輸 出信號(hào)可作為檢測(cè)信號(hào)或其他 電路 的觸發(fā)與驅(qū)動(dòng)信號(hào) 。 信

7、號(hào)源 電路 究開(kāi)發(fā)了此種高速 、 快脈 沖驅(qū)動(dòng) 電路。該 電路 的基本功能是產(chǎn)生低頻 、 高速 、 大功率驅(qū) 動(dòng)電流 脈沖信號(hào) ， 出脈沖的頻率與周期精確度高 ， 輸 穩(wěn) 定性好 ， 脈沖信號(hào)寬度在 一 內(nèi)分 檔 可調(diào) ， 出可在 、 輸 兩種頻率下工作 。 脈沖信號(hào)通過(guò)扇 出電路到 個(gè)驅(qū)動(dòng)電路 ， 每個(gè) 用石英晶體與非對(duì)稱式多諧振蕩器 的耦合 電容 串連起來(lái) ， 就可以組成石英 晶體多諧振蕩 器 ， 電路 的振蕩頻率取決于石英 晶體 的固有 該 頻率 ， 廠 與外接 電阻參 數(shù)無(wú)關(guān) ， 耦合 電容 起到 驅(qū)動(dòng)電路輸 出一個(gè)快脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出電流開(kāi) 關(guān)， 產(chǎn)生一個(gè)高速 、 大電流脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)一

8、個(gè)高 速大功率 。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求和 目的， 我 們采用晶振 電路產(chǎn)生高精度頻率 周期基 準(zhǔn)脈 微調(diào)與補(bǔ)償振蕩頻率的作用 。我們采用固有頻 率 為 廠 的石英 晶體構(gòu)成 內(nèi)置信 號(hào)源 ， 其輸 出脈 沖的頻率 周期精確度高 ， 穩(wěn)定 性好 。 分 頻 電路 和脈 沖成 形 電路 沖作為 內(nèi)置信號(hào)源 ， 通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行多次 分頻 ， 產(chǎn)生所需頻率 的輸 出脈 沖信號(hào) ， 這樣可 以 獲得頻率穩(wěn)定 的脈 沖信號(hào)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn) 了頻率選 由晶振 電路 我們 得 到 的脈 沖信 號(hào)， 進(jìn)行 次 分頻 和一 次 分頻 就得 到 了我 們 所 需要 的 準(zhǔn) 脈 沖 ； 基 經(jīng)過(guò) 次 頻 分 擇 。經(jīng)過(guò)分

9、頻后的脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)脈 沖寬度成 形 電路實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié) ， 然后經(jīng)過(guò)扇出單元驅(qū)動(dòng) 電流開(kāi)關(guān)電路 ， 產(chǎn)生大電流脈 沖， 發(fā)光 。 使 該驅(qū)動(dòng) 電路主要 由以下幾個(gè)部分組成 ： 晶振 電 路、 分頻電路 、 沖寬度選 擇 電路 、 出電路、 脈 扇 達(dá)到 基 準(zhǔn)脈沖。所 有的分頻都是 由 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 來(lái)完成 。 脈沖信號(hào) 主要用于對(duì)中子墻單元讀出的前端 電子學(xué)系統(tǒng) 進(jìn)行刻度 ， 脈沖信號(hào)則是用于對(duì)中子墻 探測(cè)單元 的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。成形 電路我們采 用 可編程脈 沖信號(hào)成形 器件 ， 該集 成 電路 有一 個(gè)輸 入 端 ， 和兩個(gè) 極 性相反 的輸 出端 ， 輸出、 驅(qū)動(dòng)電路和電流開(kāi)關(guān) 電路 。

10、其框圖 如 下 所示 ： 信號(hào) 分 路 率選 源 頻電 頻 擇 脈寬 一 成形電 路 頻率選擇 電路將頻率為 和 輸出信 號(hào)送人 的輸入端 ， 出脈 沖信 號(hào) 的寬 輸 度是 由 上的 個(gè)控制端 （ 。 、來(lái) 、 ） 輸 出 控制 的 。通過(guò) 設(shè) 置拔碼 開(kāi) 關(guān) 選 擇 、 ， 。 、選 擇 、 、 等 不 同寬 、 、 種 度 的脈沖信號(hào) ， 成形信號(hào)穩(wěn)定性好 ， 滿足光刻度 系統(tǒng)的需要。 輸 出 電流開(kāi) 關(guān) 電路 通過(guò)成形 電路 的信號(hào) ， 經(jīng)過(guò) 扇出 電路 扇 出 為 ， 路 同時(shí)送 去控 制 個(gè)大功率 ， 路 每 驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制一個(gè) 電流開(kāi)關(guān) 。電流開(kāi)關(guān)我們選 用一種大功率高頻三極管構(gòu)成

11、 ， 了滿足 為 驅(qū)動(dòng)電流的需求 ， 我們將三只三極管并聯(lián)使用 ， 圖 電路結(jié)構(gòu)原理框 圖 使流過(guò) 的脈沖 電流最大達(dá)到 ， 保 證 了 在額定功率下工作 ， 達(dá)到穩(wěn)定光源的 目的。在輸入驅(qū) 動(dòng)信號(hào) 的作用下 ， 三極管進(jìn)入 導(dǎo)通狀 態(tài)， 兩 端產(chǎn) 生一定 的壓降 ， 電流 大 主要單元 電路簡(jiǎn) 介與原 理分析 如前所述 ， 該電路主要由晶振電路 、 分頻 電 流過(guò) ， 大功率 發(fā)光 ， 使 作為光刻系統(tǒng) 的光源。其單元電路如圖 所示 。 率 光源驅(qū)動(dòng)電路 已通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 ， 通過(guò)對(duì) 內(nèi)置脈沖發(fā)生器輸 出信號(hào) 、 驅(qū)動(dòng)電路信號(hào) 的 測(cè)試 ， 明該 光 源 驅(qū) 動(dòng) 電路 各 項(xiàng) 性 能達(dá) 到 實(shí) 表 驗(yàn)要求 ； 經(jīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試 ， 證明該 電路工作 穩(wěn) 定， 能很好 地滿足刻度系統(tǒng) 的要求。該光源 驅(qū)動(dòng)電路在設(shè)計(jì)上采用晶振電路構(gòu)成內(nèi)置信號(hào) 源， 從而保證 了所產(chǎn)生的脈 沖信號(hào)的頻 率精確 度和穩(wěn)定度 。在本設(shè)計(jì) 中， 頻率選擇可通過(guò)面 板的手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行 ， 成形電路和扇 出電路將滿 足頻率要求 的脈 沖信號(hào) ， 成形 為具有一定寬度 的信號(hào)并扇 出為 分別送到 路， 路驅(qū)動(dòng) 電路