高速大功率LED光源驱动电路设计

1、 本文由sdtaxyd贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 年 第 期 月 核电子学与探测技术 高 速 、 功 率 光 源 驱 动 电路 设 计 大 李小 刚 ， 弘， 苏 马晓莉 ， 成 富 ， 义才 ， 董 刘 彭 宇 ， 千 奕 （ 中国科学 院近代物理研究所 ， 兰州 ） 摘要 ： 高速 、 大功 率 （ 源驱动电路是 中子墙 探测器光刻 度系统的重要 组成部 分。本文 光 简要介绍 高速 、 大功率 光源驱动电路 的设计 。该 电路具 有稳 定性好 、 驱动脉 冲前 、 后沿 快， 电流 大 脉冲输出等特点。内置信号源信号

2、经过成形电路后， 形成具有一定脉宽的快脉冲信号作为驱动信号， 驱 动信号上 升时间 下降时间 其 脉冲宽度分 ， ， ， 档可调 。该脉 冲信 号通 过驱动 电路控制 输 出电流开关 ， 最大输 出脉冲电流为 ， 控制 在 额定功率下工作 。该驱动电路最多可 同时驱 动六个 大功率 光源工作 ， 目前已用于我所 中子墙探 测器阵列探测单 元的初步刻度与测试 。 关键词 ： 脉冲 ， 功率 ， 光源 ， 快 大 驱动电路 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编 号 ： ） （ 近物所 中子墙是 外靶实验装置 中 关键设备之一， 该设备是利用快塑料闪烁体作 为探测介质 ， 通过飞行 时间技术实现对

3、能量为 的中子的探测 。光刻度系统 是为我所 中子墙探测器专 门设计研制的 ， 中 是 子墙探测器 的必要配套设 备。其 主要作用 有 二， 一是对 中子墙单元读 出的前端电子学进行 刻度 ， 二是对 中子墙单元 的稳定性进 行监 测。 高速 、 大功率 光源驱动电路则是中子墙探 测器光刻度系统的重要组成部分 。由于采用大 功率蓝光 作为中子墙光刻度系统的光源， 必 须对其是否能满足中子墙光刻度的需要进行 测试 ， 检验 发 出的蓝光信号是否能够模拟 真实 事件在 闪烁体材 料 中激发产生 的荧光 信 号， 并具有很好 的工作 稳定 性。目前市场上 的 驱动电路一般均工作在慢脉冲驱动模式（ 肛

4、 量 级 ）远不能满足要求 。因此 ， ， 我们研制 了 量 路 。实验测试结果表明该驱动 电路完全满足中 子墙光刻度系统的要求 ， 为中子墙探 测器系统 的刻度与监测提供 了保证 。 基本 思路与 电路设计 对中子墙光刻度系统而言 ， 光源 的选择至 关重要 ， 光源的稳定性 、 均匀性 、 响应速度及其 光波 波 长范 围是 光刻 度 系统达 到设 计 目标 的关 键 。中子墙探测器探测介质材料所选用的是有 机塑料闪烁体 基 于此类探测介质材料 ， 的特性 ， 考虑到具有好的稳定性 、 的单色性 、 好 好 的方 向性 ， 特别 是性 能价 格 比 ， 验人 员选 择 实 了大功率蓝色发光

5、二极管（ 正， 功率 作 ） 为中子墙光刻度 系统 的光源。采用蓝光 作 为中子墙光刻度系统的光源 ， 必须对其是否 能满足 中子墙 光刻 度 的需 要进 行测 试 ， 验 检 发 出的蓝光 信号是否能够模拟真实 事件 级 的快脉冲大功率 （ 功率 的驱动电 ） 在 闪烁体材料 中的荧光信号 ， 并具有很好 的工 作稳定性 。基于 材料的发光特性 ， 要模 收稿 日期 ： 拟其所产生的荧光信号 ， 即要求蓝光 所发 出光信号经光倍管两端读出时信号上 升时间 后延衰减时间 。这就决定 了 ， 作者简 介 ： 小刚（ ， ， 肃人 ， 院近代 李 一）男 甘 中科 物理研 究所 ， 工程师 。 必

6、须工作在快脉冲驱动方式下 ， 目前市场 上 的驱 动电路 一般均工作在慢脉 冲驱动模式 （ 量级） 远不能满 足我们 的要求。因此 ， ， 我 们必须 自己解决快脉冲驱动 电路这一难题 ， 尤 路、 脉冲宽度成形电路 、 扇出电路 、 驱动电路、 大 功率电流开关等单元电路组成 。内置 的信号源 产生的信号经过分频 、 脉宽成形、 出之后 ， 扇 送 人驱动 电路产生驱动信号 ， 驱动大功率 电流开 其是实现以 量级的大功率快脉 冲来驱动大 功率的 。基于这种实验实际需求 ， 我们研 关控制 个大功率 光源 电路工作 。同步 的 输 出信号可作为检测信号或其他 电路 的触发与驱动信号 。 信

7、号源 电路 究开发了此种高速 、 快脉 冲驱动 电路。该 电路 的基本功能是产生低频 、 高速 、 大功率驱 动电流 脉冲信号 ， 出脉冲的频率与周期精确度高 ， 输 稳 定性好 ， 脉冲信号宽度在 一 内分 档 可调 ， 出可在 、 输 两种频率下工作 。 脉冲信号通过扇 出电路到 个驱动电路 ， 每个 用石英晶体与非对称式多谐振荡器 的耦合 电容 串连起来 ， 就可以组成石英 晶体多谐振荡 器 ， 电路 的振荡频率取决于石英 晶体 的固有 该 频率 ， 厂 与外接 电阻参 数无关 ， 耦合 电容 起到 驱动电路输 出一个快脉冲信号驱动输出电流开 关， 产生一个高速 、 大电流脉冲信号驱动一

8、个高 速大功率 。为了达到设计要求和 目的， 我 们采用晶振 电路产生高精度频率 周期基 准脉 微调与补偿振荡频率的作用 。我们采用固有频 率 为 厂 的石英 晶体构成 内置信 号源 ， 其输 出脉 冲的频率 周期精确度高 ， 稳定 性好 。 分 频 电路 和脉 冲成 形 电路 冲作为 内置信号源 ， 通过对基准脉冲进行多次 分频 ， 产生所需频率 的输 出脉 冲信号 ， 这样可 以 获得频率稳定 的脉 冲信号， 同时实现 了频率选 由晶振 电路 我们 得 到 的脉 冲信 号， 进行 次 分频 和一 次 分频 就得 到 了我 们 所 需要 的 准 脉 冲 ； 基 经过 次 频 分 择 。经过分

9、频后的脉冲信号再经过脉 冲宽度成 形 电路实现脉宽调节 ， 然后经过扇出单元驱动 电流开关电路 ， 产生大电流脉 冲， 发光 。 使 该驱动 电路主要 由以下几个部分组成 ： 晶振 电 路、 分频电路 、 冲宽度选 择 电路 、 出电路、 脉 扇 达到 基 准脉冲。所 有的分频都是 由 进制计数器 来完成 。 脉冲信号 主要用于对中子墙单元读出的前端 电子学系统 进行刻度 ， 脉冲信号则是用于对中子墙 探测单元 的稳定性进行监测。成形 电路我们采 用 可编程脉 冲信号成形 器件 ， 该集 成 电路 有一 个输 入 端 ， 和两个 极 性相反 的输 出端 ， 输出、 驱动电路和电流开关 电路 。

10、其框图 如 下 所示 ： 信号 分 路 率选 源 频电 频 择 脉宽 一 成形电 路 频率选择 电路将频率为 和 输出信 号送人 的输入端 ， 出脉 冲信 号 的宽 输 度是 由 上的 个控制端 （ 。 、来 、 ） 输 出 控制 的 。通过 设 置拔码 开 关 选 择 、 ， 。 、选 择 、 、 等 不 同宽 、 、 种 度 的脉冲信号 ， 成形信号稳定性好 ， 满足光刻度 系统的需要。 输 出 电流开 关 电路 通过成形 电路 的信号 ， 经过 扇出 电路 扇 出 为 ， 路 同时送 去控 制 个大功率 ， 路 每 驱动信号控制一个 电流开关 。电流开关我们选 用一种大功率高频三极管构成

11、 ， 了满足 为 驱动电流的需求 ， 我们将三只三极管并联使用 ， 图 电路结构原理框 图 使流过 的脉冲 电流最大达到 ， 保 证 了 在额定功率下工作 ， 达到稳定光源的 目的。在输入驱 动信号 的作用下 ， 三极管进入 导通状 态， 两 端产 生一定 的压降 ， 电流 大 主要单元 电路简 介与原 理分析 如前所述 ， 该电路主要由晶振电路 、 分频 电 流过 ， 大功率 发光 ， 使 作为光刻系统 的光源。其单元电路如图 所示 。 率 光源驱动电路 已通过现场测试 ， 通过对 内置脉冲发生器输 出信号 、 驱动电路信号 的 测试 ， 明该 光 源 驱 动 电路 各 项 性 能达 到 实 表 验要求 ； 经实验现场运行测试 ， 证明该 电路工作 稳 定， 能很好 地满足刻度系统 的要求。该光源 驱动电路在设计上采用晶振电路构成内置信号 源， 从而保证 了所产生的脉 冲信号的频 率精确 度和稳定度 。在本设计 中， 频率选择可通过面 板的手动开关进行 ， 成形电路和扇 出电路将满 足频率要求 的脉 冲信号 ， 成形 为具有一定宽度 的信号并扇 出为 分别送到 路， 路驱动 电路