氘灯电源设计及测试方法研究

摘要

氘灯是一种气体放电灯，波长范围为165nm～400nm，因其辐射连续且能发出较强的紫外辐射，稳定性复现性好、寿命长、体积小、使用方便被作为这个波段范围的标准光源使用，用来测量各种紫外光源、探测器、材料的光谱特性，因此氘灯的工作稳定性决定了其应用领域的大小。M．Wenstead指出，造成光谱仪器不稳定工作的原因，90%以上是因电源不稳定所致。因此提高氘灯电源稳定度对氘灯的应用具要十分重要的应用意义。本课题在此背景下展开应用研究。 本文根据氘灯工作原理及应用特性，以标准光源应用要求为基础，结合开关电源和恒流源技术设计相应的氘灯电源。电源由三部分组成：开关电源电路、恒流源电路以及时序控制电路。反激式开关电源结构及反激式变压器是影响开关电源工作稳定性、效率及电源可靠性等指标的关键因素，本文详细介绍了开关电源电路中各种参数的设计并进行了相关的实验；为了实现电源的高稳定性，分别从恒流源电路的选取、恒流源器件的优化、恒流源的热稳定性等几个方面展开研究。并根据实验结果对影响恒流源精度的各种因素进行分析。电源采样精度决定了氘灯的工作稳定性。通过对现有几种采样方式的分析和采样电路的仿真及实测实验，确定最佳采样器件，确保电源精度稳定。采用51系列单片机、AD/DA芯片以及相应控制软件实现对氘灯的预热、激发、点亮及输出电流控制。 由于目前尚不具备紫外谱段检定条件，本文采用相对比较方法对氘灯工作特性进行相对测量研究，以硅光电池为光敏器件，对光源的稳定性进行了检测。 本课题完成了氘灯电源控制系统的软件及电源硬件设计。并最终完成实际应用产品。实验数据表明电源稳流误差小于0．5%，触发电压在300V～450V可调，符合氘灯电源的设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题研究的目的及意义

1.1.1紫外线的应用

1.1.2紫外辐射计量方法发展状况

1.1.3氘灯电源发展状况

1.2本课题研究主要内容

1.2.1开关电源中磁性元件设计

1.2.2基于场效应管的数控恒流源设计

1.2.3氘灯电源测试方法研究

2氘灯电源总体设计方案

2.1氘灯工作原理

2.2氘灯的特性

2.3氘灯结构及测试方法

2.4氘灯电源总体框图

3氘灯开关电源设计

3.1开关电源概述

3.2开关电源基本原理

3.3反激式开关电源原理

3.4氘灯开关电源原理图

3.5单片开关电源芯片的应用

3.5.1 TOPSwitch-GX系列的性能特点

3.5.2 TOPSwitch-GX系列的工作原理

3.6反激式变压器设计

3.7外围电路设计

3.8实验数据及结论

4基于场效应管的数控恒流源设计

4.1引言

4.2恒流源设计原理

4.3场效应管恒流源设计

4.3.1硬件电路

4.3.2误差分析

4.3.3器件选取

4.3.4实验数据及结论

4.4恒流源数字化

4.4.1模数数模转换

4.4.2程序设计

4.4.3实验数据及结论

5时序控制电路设计

5.1引言

5.2时序电路设计方案

5.3实验数据及结论

6氘灯电源测试

6.1引言

6.2实验原理及装置

6.2.1实验原理

6.2.2实验装置

6.3实验数据及分析

7结论

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢