蓋革-穆勒管的高壓偏置電源具有小尺寸和低功耗的特點。

介紹

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

蓋革-穆勒管對非伽馬射線輻射不太敏感，其劑量率校準精度較差。它們被廣泛使用，因為它們在成本/性能/尺寸方面為需要快速檢測輻射場并粗略估計其水平的應用提供了很好的折衷方案。

然而，蓋革-穆勒管的一個問題是它們的高偏置電壓，根據管子設計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”的中心工作，即100V至150V的區域，其中計數速率隨偏置電壓變化很小（假設輻射場穩定）。

便攜式輻射監測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間的限制。除了高壓電源外，輻射監測電路相對簡單：帶有模擬或數字讀數（指示輻射劑量率）的脈沖速率計，以及撞擊探測器管的輻射事件頻率的視覺或音頻指示。一些系統包括一個積分功能，指示自上次復位以來的總劑量。這些電路易于設計為微功率版本，允許電池充電之間的工作時間更長。

然而，這些系統的高壓電源存在問題。系統靜態功耗的很大一部分發生在設置輸出電壓采樣的電阻分壓器中。對于絕對最小功耗，分壓器的頂部必須使用非常高的電阻值，該值遠遠超過大多數標準電阻線路中可用的最大22MΩ。此外，高值電阻會使電路板設計和電路板基材選擇復雜化。組件尺寸也是一個問題。

具有7級倍壓梯形圖的升壓轉換器（圖1）解決了高壓偏置電源的許多問題。由于反饋（用于調節）僅取自最低級，因此可以使用標準值電阻作為反饋分壓器。這種方法大大降低了靜態功耗。此外，由于磁性元件、功率器件和所有其他元件都很小，因此電路可以構建得非常小。多二極管封裝可以進一步減小尺寸。

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。

圖2至圖4顯示了電路如何響應輸入電壓和負載電流的變化。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都會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）乘以每個事件的電荷。

圖2.RLOAD開路時圖1電路的VOUT和IIN與輸入電壓的關系。

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

圖4.圖1電路的VOUT和IIN與負載電流的關系

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

審核編輯：郭婷