本发明涉及低电流损耗的高压发生器,例如粒子探测器。 从文件FR-2561778人们可以知道如何制造微微安级工作电流的粒子探测器。这种类型的探测器的电极必须置于直流高压之下,最好是1000伏至4000伏之间。
本发明的一个目的是提供一种能给出大约1000-4000伏电压的高压发生器电路,它只需要很小的空间,并且电流损耗很低,其起始极化电压大约为10伏左右。
本发明是一种低电流损耗高压发生器,该类型发生器包括一个升压变压器和付边上的一个升压电路,其特征在于一个功率三极管对变压器的原边进行馈电,功率三极管的驱动三极管则受到一个阻容电路的控制,在原边的每个导通周期中,付边导致所说的电容极性的反相。
本发明还具有一些其它特征:
通过耦合使极性反相;
耦合属于容性耦合;
在功率三极管的导通周期内,原边电流为1A的数量级,而原边的平均电流低于100μA;
原边导通周期地时间为μs数量级,把两个连续导通周期分离开的那段时间为几个ms的数量级;
付边的高压大致上为几千伏。
从参照附图所做的说明中可以看出本发明的其余特点。
图1是本发明的高压发生器,它适用于粒子探测器;
图2表示了用于图1电路中的升压电路结构的一个例子。
从图1中可以看到一个粒子探测器,它包括两个电极1和2,其中电极1被本发明的电路馈以高压,而电极2则通过一个电流计3接地。高压发生器电路基本上包括一个由电阻4和电容5组成的串联RC电路,两个三极管6、7,一个具有原边8和付边9的变压器和一个电压升压电路10。
RC电路和变压器原边8被馈以5~20伏量级的极化电压。电容5接地。RC电路的中点连到三极管6的基极,三极管6驱动功率三极管7。变压器原边与功率三极管7串联。变压器付边9被接在地和升压电路10之间,升压电路10给电极1提供高压。
在一个具体实施例中,电阻4为20MΩ的数量级,电容5为470PF数量级,原边8为大致20匝,付边为500-1000匝。图2表示一个常规升压电路的结构的例子,它包括电容11、12、13、14和二极管15、16、17、18。
在图1的实施例中,给电容5充电的RC电路的时间常数为几个ms的数量级,三极管7的强电流(1A量级)导通时间为μs数量级。
对高压产生器电路的工作的分析如下:电容5被充电几个ms,然后接在驱动三极管6基极的RC电路中点19的电势达到三极管6的导通门限,三级管6导通并触发功率三极管7的导通。三极管7开始导通,变压器原边8则被馈以电流。由于具有寄生电容,原边8的动作类似于一个振荡器,正向电流半波通过原边和三极管7。在这个持续大约1μs的半波的最后,三极管7集电极电势和基极电势变负,该三极管截止。三极管导通期间,付边9上产生了一个感应电压,其幅值取决于原边中的极化电压和付边与原边的匝数比。这个电压送入升压电路10,在原边停止导通时,具有寄生电容的付边9的动作类似于一个振荡器,一个衰减振荡电压叠加在原边感应的电压上。通过由标号20代表的耦合(例如电容耦合),该振荡电压的第一负半波引起原边RC电路中点极性的反相,它变负之后便将三极管6和7的截止状态锁定。
之后,给电容器5充电的过程重复大约10ms,直到原边三极管的导通重新被触发大至1μs左右,这样便使电极1上产生的电压积累并维持一个高电压。
应注意的是,具有寄生电容的付边9就像一个高频振荡器。付边振荡被其自身电阻衰减,该衰减作用在振荡振幅上。此外,升压电路10的漏电流为1nA数量级,这主要是因为电容11至14和二极管15至18中存在漏电流。与此电路中的漏电流对应的阻抗影响付边产生的电压的幅值。此外,电极1、2和电流计3组成的粒子探测器有一个特殊特性:粒子的出现会使电极1和2之间的电流上升,这个电流上升也会使付边产生的电压的幅值下降。因此,由耦合器20到原边的点19的负极化具有较低的幅值。结果电容5的再充电时间变短,原边的两个导通周期之间的间隔也变短,于是可以把电极1的高压维持在高电平,产生了高压自调节功能。
本发明的高压发生器电路结构简单,占用的空间小(几平方厘米),平均功率损耗低。虽然在原边导通期间的原边电流为1A量级,实际上的平均原边电流只有100μA的量级。在常规的间歇振荡器高压发生器中,原边平均电流为100mA的量级,就是说高了1000倍以上。
最后,本发明的高压发生器电路可以使粒子探测器的电极1上得到几千伏的直流电压。该电压是由原边极化电压值、原边和付边的匝数比以及升压电路10的结构决定的。
本发明的高压发生器电路更有效,体积也更小。
本发明适用于高压低电流损耗装置,例如检测烟或气体的粒子探测器、蒸气探测器(如钠蒸气)、呼吸面罩、红外玻璃或空气清洁器所用的灰尘、空气悬浮微粒或离子致动过滤器,但是并不限于以上装置。