偏置電源為低功耗蓋革-穆勒管供電

蓋革-穆勒管的高壓偏置電源具有小尺寸和低功耗的特點(diǎn)。

介紹

許多便攜式輻射監(jiān)測(cè)儀包括蓋革-穆勒管，這是一種簡單的雙端充氣探測(cè)器，每次輻射事件（光子或粒子）撞擊管的敏感體積時(shí)都會(huì)產(chǎn)生脈沖。脈沖大小和寬度與脈沖能量或事件的其他屬性無關(guān)。

蓋革-穆勒管對(duì)非伽馬射線輻射不太敏感，其劑量率校準(zhǔn)精度較差。它們被廣泛使用，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔杀?性能/尺寸方面為需要快速檢測(cè)輻射場并粗略估計(jì)其水平的應(yīng)用提供了很好的折衷方案。

然而，蓋革-穆勒管的一個(gè)問題是它們的高偏置電壓，根據(jù)管子設(shè)計(jì)和使用的氣體混合物，偏置電壓為350V至900V。理想情況下，給定的電子管偏置在其“平臺(tái)”的中心工作，即100V至150V的區(qū)域，其中計(jì)數(shù)速率隨偏置電壓變化很小（假設(shè)輻射場穩(wěn)定）。

便攜式輻射監(jiān)測(cè)儀的小型化受到定義靈敏度的管子尺寸以及電池更換或充電之間的工作時(shí)間的限制。除了高壓電源外，輻射監(jiān)測(cè)電路相對(duì)簡單：帶有模擬或數(shù)字讀數(shù)（指示輻射劑量率）的脈沖速率計(jì)，以及撞擊探測(cè)器管的輻射事件頻率的視覺或音頻指示。一些系統(tǒng)包括一個(gè)積分功能，指示自上次復(fù)位以來的總劑量。這些電路易于設(shè)計(jì)為微功率版本，允許電池充電之間的工作時(shí)間更長。

然而，這些系統(tǒng)的高壓電源存在問題。系統(tǒng)靜態(tài)功耗的很大一部分發(fā)生在設(shè)置輸出電壓采樣的電阻分壓器中。對(duì)于絕對(duì)最小功耗，分壓器的頂部必須使用非常高的電阻值，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電阻線路中可用的最大22MΩ。此外，高值電阻會(huì)使電路板設(shè)計(jì)和電路板基材選擇復(fù)雜化。組件尺寸也是一個(gè)問題。

具有7級(jí)倍壓梯形圖的升壓轉(zhuǎn)換器（圖1）解決了高壓偏置電源的許多問題。由于反饋（用于調(diào)節(jié)）僅取自最低級(jí)，因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)值電阻作為反饋分壓器。這種方法大大降低了靜態(tài)功耗。此外，由于磁性元件、功率器件和所有其他元件都很小，因此電路可以構(gòu)建得非常小。多二極管封裝可以進(jìn)一步減小尺寸。

圖1.這種用于蓋革-穆勒管的高壓偏置電源具有小尺寸和低功耗的特點(diǎn)。

圖2至圖4顯示了電路如何響應(yīng)輸入電壓和負(fù)載電流的變化。特別令人感興趣的是在空載條件下（無輻射）的極低輸入電流（80μA），這是該應(yīng)用幾乎100%的工作條件。蓋革-穆勒管每次受到輻射事件撞擊時(shí)都會(huì)從電源中吸收少量電荷。因此，從偏置電源獲取的電流等于事件頻率（取決于輻射水平）乘以每個(gè)事件的電荷。

圖2.RLOAD開路時(shí)圖1電路的VOUT和IIN與輸入電壓的關(guān)系。

圖3.圖1電路的VOUT和IIN與輸入電壓的關(guān)系，RLOAD = 10MΩ。

圖4.圖1電路的VOUT和IIN與負(fù)載電流的關(guān)系

與所有開關(guān)轉(zhuǎn)換器一樣，該電路需要仔細(xì)的電路板布局。同樣重要的是濾波、去耦和屏蔽（如有必要）。

審核編輯：郭婷