基于boost升压电路的盖革计(二)-产生高压
lity2k 2020-7-31原创 核辐射探测器极客实验

验证试验成功之后,实验电路和管子就在一旁吃灰,直到近来又想起此事。于是又开始捣鼓起来了。

首先是高压部分,验证时用的是一个高压发生器+稳压管,不能调节电压,又感觉很费电。明明只需要380V供电的管子用4000V的高压发生器我就感觉很不爽。于是决定要找一个能只输入380V的电源模块,体积最好越小越好。方便装到盒子里去。

这部分不是很顺利,在某宝找了很久也没有找到能升压380伏的模块。既然如此干脆自己做一个。

找了一堆图纸,都是用变压器升压的,拆蚊拍也是变压器的,甚至把买的盖革计(没错,这个我有)拆了,还是变压器升压的。这就有点迷惑了。难道就只能用变压器方案?

做变压器是不可能做变压器的,主要是要小型化的话,变压器不容易搞得到,自己绕更是不可能的。

平时接触到的升压主要是Boost升压,高压小电流不是正好完美契合我的需求吗?

于是就有了下面这一个验证电路,也掉进了一个无底深坑。

image.png

这里面的坑很多了,对于业余制作的我挑战还是挺大的。调试过程比较长,过程也很繁琐,涉及的范畴也很广,但很重要的一点是验证了使用boost产生高压这个思路基本是可行的。

虽然思路可行,但网上似乎找不到相关的图纸,甚至案例。而最接近的大概就是辉光钟的升压模块了,但是我需要380V,比模块高出1倍多,到底可不可行心里也没底。

于是又在某一次搭单中买了一块辉光钟模块来研究。简单粗暴直接干反馈电路,电压上到230V,炸! sticker

再改,输出不稳。搞不定。干脆转头研究datasheet。画demo,调试,出了几个版本。

image.png image.png image.png

终于,390.8V,输入电流9mA sticker


image.png

正面欣赏一下 :D sticker

image.png

目前状态,升压到380v空载输入电流9mA,体积够小。在测试过程中发现上电时偶尔会损坏主控,下一步加上浪涌吸收做保护试试。但是那样体积又上去了,啊啊啊~~~ sticker

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本来还做了一个GM管的底板,由于前面没拿管子出来量,做短了一节 sticker

1596165084767.jpg



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之前讲到,升压模块设计过程中发现偶尔会遇到主控损坏的情况。


image.png

通过示波器可以清楚看到上电的瞬间有一个远超电源电压的尖峰,这就是导致IC异常的罪魁祸首,这是由输入电容与电源导线之间的相互作用造成的,其原理跟boost差不多。


image.png

修改之后,电压尖峰控制得不错,上升也更陡峭了。


至此,升压部分算是完成了,管架和采样部分顺便也改过了。


image.png

组合起来的样子是这样的。


本来设计是升压模块元件朝下避免手触碰,目前在调试阶段暂时还是朝上吧。

支架部分设计输出3路信号,一路5v ttl,一路LED,一路蜂鸣器。但是那蜂鸣器不知道跑哪偷懒去了,找了几天没找到,只能留着坑虚位以待了。


到这里,供电和传感器的部分基本就完成,接下来就到统计显示部分了。


如果从功能角度来说ESP8266是相当不错,自带网络和存储,上电就能跑,基本上只要写程序就可以了,但是功耗有点感人。如果不用支持网络,可以选择的空间就大得多,但是感觉好像又不太好玩,因此暂时还没有什么想法。


暂时先这样吧。下面送上一段本盖革计运行时的视频希望大家喜欢。



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大家的留言我都看了,感谢大家的关注。

有几点想回应一下:

1、为什么有现成的电路不用,要另行设计?

答:享受创作的乐趣。通过对产品的理解,利用自己的认识尝试去实现一个产品也是对自身综合能力的锻炼。


2、为什么选用boost电路?

答:首先是熟悉,再者因为它没有变压器,而且目前好像也没有见到有使用boost电路驱动的盖革管驱动电路不是吗?


3、Boost升压方式容易损坏IC吗?

答:不会。前面已经说过,IC是因为上电浪涌造成异常。浪涌电流是由于输入电容与导线综合作用造成的,与boost电路无关。


[修改于 9 天前 - 2020-08-04 17:56:47]

来自:核与粒子束 / 核辐射探测器核与粒子束 / 极客实验
2020-7-31 15:59:12
1楼

https://www.kechuang.org/t/85335

这个里面有很成熟的原理图,不需要你这样搞,简单的事情为什么要复杂化?

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2020-7-31 16:21:13
2楼


不用flyback变压器,单单boost到这么高的比例也是不简单了。。。 sticker

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2020-08-01 08:04:38
3楼
引用黄喉貂发表于1楼的内容
https://www.kechuang.org/t/85335 这个里面有很成熟的原理图,不需要你...

然而那个电路图并不简单,而且那些变压器做起来也并不容易,那些型号的晶体管怕是现在也没有了。感觉那个只是集成电路出现之前的方案,都2020年了没有必要用那种方案了。不过有一说一那个电路还挺有意思(但是那些变压器其实很让人头疼,楼主也说了这一点)

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4楼

这样boost主控容易坏,因为一般控制器并没有设计到这么高电压,建议用相机闪光灯升压专用芯片,或者直接用现成的闪光灯升压模块,我有一个,待会量下空载电压和空载电流多少

测了下,空载576V ,单节锂电182ma,比你那个费电一些


还有,可以拿负离子发生器改,那个省电,应该拆掉负离子发生器的输出倍压电路就差不多了,这两个虽然都是变压器方案,但是其变压器都很好买到,也可以直接用成品改


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1
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5楼
引用xljxlj发表于4楼的内容
这样boost主控容易坏,因为一般控制器并没有设计到这么高电压,建议用相机闪光灯升压专用芯片,或者直...

其实个人认为可以这样:QQ截图20180415203413.jpg


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2020-08-03 20:59:03
2020-8-3 20:59:03
6楼

可以分享下升压电路图嘛 sticker

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2020-08-04 16:19:44
7楼
引用爱电路发表于3楼的内容
然而那个电路图并不简单,而且那些变压器做起来也并不容易,那些型号的晶体管怕是现在也没有了。感觉那个只...

你仔细看看那个原理图,只有一只三极管加几个二极管,而且效果一点不比你用集成电路的差,搞那么复杂,性能并没有大幅提高,就没什么意义。虽然那些晶体管型号很老,但是要连这都不会替换的话,你可能真不适合干这个。


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8楼

不如试试boost搭配倍压整流,搭配外置开关管的主控。

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lity2k(作者)
9楼
引用GiroPetrenko发表于8楼的内容
不如试试boost搭配倍压整流,搭配外置开关管的主控。

对的,通用使用外置开关管可以有更灵活的设计空间。本例中使用的IC也是外置开关管的。

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10楼
引用lity2k发表于9楼的内容
对的,通用使用外置开关管可以有更灵活的设计空间。本例中使用的IC也是外置开关管的。

好大的mos,是为了高压做的让步吧

设计得当可以考虑高压三极管,体积可以缩小到sot23.

boost很有潜质,估计电流还能再小.

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lity2k(作者)
11楼
引用GiroPetrenko发表于10楼的内容
好大的mos,是为了高压做的让步吧设计得当可以考虑高压三极管,体积可以缩小到sot23.boost很...

高压三极管可以做到sot23这个情报很重要啊。我留意一下,有合适的元件可以测试一下 sticker


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lity2k(作者)
12楼
引用琦玉发表于6楼的内容
可以分享下升压电路图嘛

稍后

[修改于 9 天前 - 2020-08-04 18:43:03]

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2020-08-05 09:25:52
13楼

        楼主可以考虑使用倍压电路来进一步缩小体积和功耗,我在一个项目中用到的倍压的方案,在3V升压400V的模块中,待机电流平均只有4μA,而在1000cpm左右的环境中,使用苏联的SBM-20盖革计数管,电流也只有300μA,在本底环境中平均也只有10μA左右,使用纽扣电池就能带起来,并且工作很长时间。图中卡片式的盖革计数器左下角就是所用的关键电路,考虑项目还在进行中,就先不公布芯片型号了。该芯片实现了:

  1. 控制boost升压和稳压

  2. 对盖革管脉冲进行整形输出TTL/LVTTL脉冲

  3. 单稳态形式输出延时脉冲,用于驱动有源蜂鸣器

  4. 输出2ms左右的2.5kHz震荡信号,用于驱动蜂鸣片

  5. 内置计数器可由单片机读取计数并清零

  6. 输出用于带动模拟表头的0-3V电压信号

其实如果楼主只研究升压部分的话,提供几个降低功耗的方法:

        由于盖革管大部分工作情况下能耗都是极低的,除非处于强辐射场中,或者电压过高产生了连续的放电,根据这一特性,在设计升压电路时可以不选用功率型的升压方式,使用boost+倍压的方式可以有效降低磁芯体积、电源能耗、开关管耐压。

        其次对于高压的稳压,使用电阻分压的方式是非常耗能的,而且在这么小的体积内塞进去阻值特别大的电阻也不现实,我这边使用的是通过稳压管来产生400V到0~3V的压降,并串联合适的电阻,使高压侧电流控制在10nA以下,再通过三极管放大去控制芯片开关升压器。

通过上述方式,基本可以把功耗降低到数百μA级甚至更低。但是同时要注意的是,这样的电路高压输出侧内阻极大,根据高中测电池内阻的原理测得的该电路输出内阻达到20MΩ,所以输出要加电容储能,以保证盖革管工作的时候不会把电源拉垮而导致丢脉冲。下图中使用示波器的上升沿单次触发来捕获高压电压(此时还没有加额外的储能电容),度数约为340V,使用的100M的高压探头,根据简单的计算可以得出电源电动势应该是408V,基本满足盖革管的工作条件。


PS:由于找不到合适的小盖革管,卡片盖革计数器的事只能先放放了。 IMG_20200723_230802.jpg IMG_20200702_195344.jpg

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lity2k(作者)
14楼
引用TubeChip404发表于13楼的内容
        楼主可以考虑使用倍压电路来进一步缩小体积和功耗,我在一个项目中用到的倍压的方案,在3...

GET sticker ,感觉越来越有趣了

[修改于 8 天前 - 2020-08-05 10:09:40]

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2020-08-10 10:03:08
2020-8-10 10:03:08
15楼

楼主能否分享一下光耦隔离及计数管输出脉冲部分的电路?

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