高速大功率LED光源驅動電路設計

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

2、經(jīng)過成形電路后， 形成具有一定脈寬的快脈沖信號作為驅動信號， 驅 動信號上 升時間 下降時間 其 脈沖寬度分 ， ， ， 檔可調 。該脈 沖信 號通 過驅動 電路控制 輸 出電流開關 ， 最大輸 出脈沖電流為 ， 控制 在 額定功率下工作 。該驅動電路最多可 同時驅 動六個 大功率 光源工作 ， 目前已用于我所 中子墻探 測器陣列探測單 元的初步刻度與測試 。 關鍵詞 ： 脈沖 ， 功率 ， 光源 ， 快 大 驅動電路 中圖分類號 ： 文獻標識碼 ： 文章編 號 ： ） （ 近物所 中子墻是 外靶實驗裝置 中 關鍵設備之一， 該設備是利用快塑料閃爍體作 為探測介質 ， 通過飛行 時間技術實現(xiàn)對

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

4、 量 級 ）遠不能滿足要求 。因此 ， ， 我們研制 了 量 路 。實驗測試結果表明該驅動 電路完全滿足中 子墻光刻度系統(tǒng)的要求 ， 為中子墻探 測器系統(tǒng) 的刻度與監(jiān)測提供 了保證 。 基本 思路與 電路設計 對中子墻光刻度系統(tǒng)而言 ， 光源 的選擇至 關重要 ， 光源的穩(wěn)定性 、 均勻性 、 響應速度及其 光波 波 長范 圍是 光刻 度 系統(tǒng)達 到設 計 目標 的關 鍵 。中子墻探測器探測介質材料所選用的是有 機塑料閃爍體 基 于此類探測介質材料 ， 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 格 比 ， 驗人 員選 擇 實 了大功率藍色發(fā)光

5、二極管（ 正， 功率 作 ） 為中子墻光刻度 系統(tǒng) 的光源。采用藍光 作 為中子墻光刻度系統(tǒng)的光源 ， 必須對其是否 能滿足 中子墻 光刻 度 的需 要進 行測 試 ， 驗 檢 發(fā) 出的藍光 信號是否能夠模擬真實 事件 級 的快脈沖大功率 （ 功率 的驅動電 ） 在 閃爍體材料 中的熒光信號 ， 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 ， 即要求藍光 所發(fā) 出光信號經(jīng)光倍管兩端讀出時信號上 升時間 后延衰減時間 。這就決定 了 ， 作者簡 介 ： 小剛（ ， ， 肅人 ， 院近代 李 一）男 甘 中科 物理研 究所 ， 工程師 。 必

6、須工作在快脈沖驅動方式下 ， 目前市場 上 的驅 動電路 一般均工作在慢脈 沖驅動模式 （ 量級） 遠不能滿 足我們 的要求。因此 ， ， 我 們必須 自己解決快脈沖驅動 電路這一難題 ， 尤 路、 脈沖寬度成形電路 、 扇出電路 、 驅動電路、 大 功率電流開關等單元電路組成 。內置 的信號源 產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻 、 脈寬成形、 出之后 ， 扇 送 人驅動 電路產(chǎn)生驅動信號 ， 驅動大功率 電流開 其是實現(xiàn)以 量級的大功率快脈 沖來驅動大 功率的 。基于這種實驗實際需求 ， 我們研 關控制 個大功率 光源 電路工作 。同步 的 輸 出信號可作為檢測信號或其他 電路 的觸發(fā)與驅動信號 。 信

7、號源 電路 究開發(fā)了此種高速 、 快脈 沖驅動 電路。該 電路 的基本功能是產(chǎn)生低頻 、 高速 、 大功率驅 動電流 脈沖信號 ， 出脈沖的頻率與周期精確度高 ， 輸 穩(wěn) 定性好 ， 脈沖信號寬度在 一 內分 檔 可調 ， 出可在 、 輸 兩種頻率下工作 。 脈沖信號通過扇 出電路到 個驅動電路 ， 每個 用石英晶體與非對稱式多諧振蕩器 的耦合 電容 串連起來 ， 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)無關 ， 耦合 電容 起到 驅動電路輸 出一個快脈沖信號驅動輸出電流開 關， 產(chǎn)生一個高速 、 大電流脈沖信號驅動一

8、個高 速大功率 。為了達到設計要求和 目的， 我 們采用晶振 電路產(chǎn)生高精度頻率 周期基 準脈 微調與補償振蕩頻率的作用 。我們采用固有頻 率 為 廠 的石英 晶體構成 內置信 號源 ， 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 內置信號源 ， 通過對基準脈沖進行多次 分頻 ， 產(chǎn)生所需頻率 的輸 出脈 沖信號 ， 這樣可 以 獲得頻率穩(wěn)定 的脈 沖信號， 同時實現(xiàn) 了頻率選 由晶振 電路 我們 得 到 的脈 沖信 號， 進行 次 分頻 和一 次 分頻 就得 到 了我 們 所 需要 的 準 脈 沖 ； 基 經(jīng)過 次 頻 分 擇 。經(jīng)過分

9、頻后的脈沖信號再經(jīng)過脈 沖寬度成 形 電路實現(xiàn)脈寬調節(jié) ， 然后經(jīng)過扇出單元驅動 電流開關電路 ， 產(chǎn)生大電流脈 沖， 發(fā)光 。 使 該驅動 電路主要 由以下幾個部分組成 ： 晶振 電 路、 分頻電路 、 沖寬度選 擇 電路 、 出電路、 脈 扇 達到 基 準脈沖。所 有的分頻都是 由 進制計數(shù)器 來完成 。 脈沖信號 主要用于對中子墻單元讀出的前端 電子學系統(tǒng) 進行刻度 ， 脈沖信號則是用于對中子墻 探測單元 的穩(wěn)定性進行監(jiān)測。成形 電路我們采 用 可編程脈 沖信號成形 器件 ， 該集 成 電路 有一 個輸 入 端 ， 和兩個 極 性相反 的輸 出端 ， 輸出、 驅動電路和電流開關 電路 。

10、其框圖 如 下 所示 ： 信號 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 號送人 的輸入端 ， 出脈 沖信 號 的寬 輸 度是 由 上的 個控制端 （ 。 、來 、 ） 輸 出 控制 的 。通過 設 置拔碼 開 關 選 擇 、 ， 。 、選 擇 、 、 等 不 同寬 、 、 種 度 的脈沖信號 ， 成形信號穩(wěn)定性好 ， 滿足光刻度 系統(tǒng)的需要。 輸 出 電流開 關 電路 通過成形 電路 的信號 ， 經(jīng)過 扇出 電路 扇 出 為 ， 路 同時送 去控 制 個大功率 ， 路 每 驅動信號控制一個 電流開關 。電流開關我們選 用一種大功率高頻三極管構成

11、 ， 了滿足 為 驅動電流的需求 ， 我們將三只三極管并聯(lián)使用 ， 圖 電路結構原理框 圖 使流過 的脈沖 電流最大達到 ， 保 證 了 在額定功率下工作 ， 達到穩(wěn)定光源的 目的。在輸入驅 動信號 的作用下 ， 三極管進入 導通狀 態(tài)， 兩 端產(chǎn) 生一定 的壓降 ， 電流 大 主要單元 電路簡 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 ， 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 光源驅動電路 已通過現(xiàn)場測試 ， 通過對 內置脈沖發(fā)生器輸 出信號 、 驅動電路信號 的 測試 ， 明該 光 源 驅 動 電路 各 項 性 能達 到 實 表 驗要求 ； 經(jīng)實驗現(xiàn)場運行測試 ， 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 驅動電路在設計上采用晶振電路構成內置信號 源， 從而保證 了所產(chǎn)生的脈 沖信號的頻 率精確 度和穩(wěn)定度 。在本設計 中， 頻率選擇可通過面 板的手動開關進行 ， 成形電路和扇 出電路將滿 足頻率要求 的脈 沖信號 ， 成形 為具有一定寬度 的信號并扇 出為 分別送到 路， 路驅動 電路