Вторичный импульсный источник питания для электронно-оптического преобразователя

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом изобретения является увеличение динамического диапазона освещенности электронно-оптического преобразователя, формирование сигналов управления без применения внешних схем, уменьшение габаритов устройства. Сущность изобретения: вторичный импульсный источник питания содержит: преобразователь напряжения, микроконтроллер, два цифроаналоговых преобразователя, аналого-цифровой преобразователь, усилитель автоматической регулировки яркости, блок ключевой, усилители напряжений микроканальной пластины, фотокатода и экрана, умножители напряжений, интерфейс. В устройстве производится автоматическая корректировка выходных напряжений умножителей в зависимости от температуры окружающей среды при одновременном контроле тока автоматической регулировки яркости и изменение режима формирования напряжения фотокатода в зависимости от уровня освещенности на фотокатоде. 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области электротехники и может быть использовано в комплексе с другими устройствами для получения необходимых высоковольтных напряжений, обеспечивающих работоспособность электронно-оптического преобразователя (ЭОП) в широком диапазоне освещенности.

Известны устройства питания ЭОПов NV-2 и NV-3 фирмы "AHV", содержащие генератор синусоидального сигнала, умножители напряжений, схему автоматической регулировки яркости (Рекламная информация о приборах серии NV, указанная на сайте www.ahv.com., фирмы "AHV", 2005. Приложение 1). Недостатки данных устройств - необходимость использования внешнего сигнала управления блоком питания, а также большие габариты - не позволяют использовать их в переносной портативной аппаратуре.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является вторичный источник питания для электронно-оптического преобразователя, содержащий преобразователь напряжения, микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилитель автоматической регулировки яркости, умножитель напряжений микроканальной пластины, умножитель напряжений экрана, при этом вход преобразователя напряжений соединен с входной шиной, первый выход преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, с первым входом аналого-цифрового преобразователя, с первым входом усилителя автоматической регулировки яркости, с первым входом первого цифроаналогового преобразователя, с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом первого цифроаналогового преобразователя, третий выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом микроконтроллера, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя автоматической регулировки яркости, выход умножителя напряжений экрана соединен со вторым входом усилителя автоматической регулировки яркости (патент РФ на полезную модель №45362 от 19.01.2005).

Недостатками наиболее близкого технического решения являются низкий уровень регулировки динамического диапазона освещенности электронно-оптического преобразователя, необходимость применения внешних схем для расширения динамического диапазона и формирования сигналов управления, что ведет к увеличению габаритов устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение динамического диапазона освещенности электронно-оптического преобразователя, формирование сигналов управления без применения внешних схем, уменьшение габаритов устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее преобразователь напряжения, микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилитель автоматической регулировки яркости, умножитель напряжений микроканальной пластины, умножитель напряжений экрана, при этом вход преобразователя напряжений соединен с входной шиной, первый выход преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, с первым входом аналого-цифрового преобразователя, с первым входом усилителя автоматической регулировки яркости, с первым входом первого цифроаналогового преобразователя, с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом первого цифроаналогового преобразователя, третий выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, третий вход микроконтроллера соединен с последовательной шиной данных, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом микроконтроллера, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя автоматической регулировки яркости, выход умножителя напряжений экрана соединен со вторым входом усилителя автоматической регулировки яркости, введены усилитель напряжений микроканальной пластины, усилитель напряжений экрана, усилитель напряжений фотокатода, блок ключевой, интерфейс, при этом первый выход преобразователя напряжений соединен с первыми входами интерфейса, усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений фотокатода, усилителя напряжений экрана, второй выход преобразователя напряжений соединен со вторым входом интерфейса, третий выход преобразователя напряжений соединен с первым входом блока ключевого, первый выход микроконтроллера соединен с третьим входом интерфейса, первый выход интерфейса соединен со вторым входом блока ключевого, второй выход усилителя напряжений фотокатода соединен с третьим входом блока ключевого, второй выход усилителя напряжений микроканальной пластины соединен с входом умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход усилителя напряжений экрана соединен с входом умножителя напряжений экрана, первые выходы усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений экрана, усилителя напряжений фотокатода соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений экрана, усилителя напряжений фотокатода соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами второго цифроаналогового преобразователя, второй выход усилителя напряжений микроканальной пластины соединен с первым входом умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход усилителя напряжений экрана соединен с первым входом умножителя напряжений экрана, а выход умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход умножителя напряжений экрана, выход блока ключевого являются выходами вторичного импульсного источника питания.

При изменении светового потока на фотокатоде электронно-оптического преобразователя по линейному закону микроблок стабилизирует ток экрана, и сигнал, пропорциональный току экрана, поступает на усилитель автоматической регулировки яркости, а с усилителя автоматической регулировки яркости - на аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера. Код аналого-цифрового преобразователя используется микроконтроллером для изменения напряжения на микроканальной пластине с целью стабилизации яркости экрана электронно-оптического преобразователя - это так называемый пассивный режим работы электронно-оптического преобразователя. При достижении определенной освещенности на фотокатоде микроконтроллер начинает формировать импульсы различной длительности, используя напряжения обратной связи микроканальной пластины. Эти импульсы затем поступают на блок ключевой, который изменяет длительность высоковольтных импульсов напряжения на фотокатоде электронно-оптического преобразователя, стабилизируя ток экрана. Так происходит защита фотокатода при повышенной интенсивности светового потока, а также расширение динамического диапазона работы электронно-оптического преобразователя без применения внешних схем. Управление устройством, изменение параметров, программирование осуществляется посредством последовательной шины данных.

Заявителями не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого изобретения. Вторичный импульсный источник питания с заявляемой совокупностью существенных признаков в известных источниках информации также не обнаружен.

На фиг.1 представлена структурная блок-схема предлагаемого вторичного импульсного источника питания, на фиг.2 - алгоритм работы устройства.

Вторичный импульсный источник питания содержит: преобразователь напряжений 1, микроконтроллер (МК) 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 4 и 5, усилитель напряжений микроканальной пластины (МКП) 6, усилитель напряжений экрана 7, усилитель напряжений блока ключевого 8, усилитель автоматической регулировки яркости (АРЯ) 9, интерфейс 10, умножители напряжений микроканальной пластины 11 и экрана 12, блок ключевой 13 (фиг.1).

Преобразователь напряжений 1 формирует постоянное напряжение U₁ для питания микроконтроллера 2, АЦП 3, ЦАП 4 и 5, усилителей напряжений 6, 7 и 8, а также напряжение 5 В для питания интерфейса 10 и напряжение U₃ для питания блока ключевого 13. Микроконтроллер предназначен для управления режимами работы вторичного импульсного источника питания и корректировки выходных напряжений в зависимости от внешних воздействующих факторов. ЦАП 4 и 5 задают режим работы усилителям напряжений 6, 7 и 8. Блок ключевой 13 служит для формирования импульсов на фотокатоде. Усилители напряжений 6, 7 и 8 предназначены для формирования синусоидальных напряжений, которые затем подаются на умножители напряжений 11 и 12 и на блок ключевой 13.

Умножители напряжений, в свою очередь, формируют высокие постоянные напряжения Uмкп и Uэкр. Блок ключевой 13 формирует на фотокатоде импульсное напряжение в зависимости от алгоритмов работы микроконтроллера 2.

Вторичный источник питания для ЭОП работает следующим образом. Напряжение питания U_пит подается на преобразователь напряжений 1, где формируются напряжения U₁, U₂, U₃. Напряжение U₁ поступает на микроконтроллер 2, АЦП 3, ЦАП 4 и 5, усилители напряжений 6, 7 и 8, усилитель АРЯ 9, интерфейс 10. Микроконтроллер 2, в зависимости от температуры окружающей среды и установленных первоначальных значений, выдает на ЦАП 4 управляющий код. На ЦАП 4 формируется синусоидальный сигнал управления, который, в свою очередь, подается на ЦАП 5. ЦАП 5, в зависимости от поступающего на него кода с микроконтроллера, формирует три синусоидальных сигнала, амплитуда которых зависит от температуры воздуха, сигналов обратной связи и необходимых напряжений на выходе вторичного импульсного источника питания. Далее эти сигналы поступают на усилители напряжений 6, 7 и 8, на них формируется напряжения U_c, в зависимости от того, какие параметры заданы микроконтроллером. Сигналы обратной связи с усилителей напряжений поступают на АЦП 3, а затем в микроконтроллер 2, который таким образом может отслеживает выходное напряжение вторичного импульсного источника питания. Выходные напряжения с усилителей напряжений поступают на умножители напряжений 11 и 12, блок ключевой 13. Выходные напряжения Uэкр, Uмкп, Uфк регулируются в соответствии с сигналами обратной связи, которые поступают с усилителей напряжений на вход АЦП 3, и в зависимости от температуры окружающей среды и тока АРЯ, который поступает с усилителя АРЯ. При увеличении тока экрана до порога срабатывания микроконтроллер переводит режим работы блока ключевого из постоянного в импульсный, при этом на выходе Uфк формируется импульсное напряжение.

Поясняющие эпюры выходных напряжений микроблока показаны на фиг.2. На осях абсцисс графиков указано время. На первом графике по оси ординат указана освещенность в люксах. На втором графике по оси ординат указан ток экрана. На третьем графике по оси ординат указано напряжение на МКП. На четвертом графике по оси ординат указано напряжение на фотокатоде. При изменении светового потока на фотокатоде ЭОП от 10^-4 до 10⁴ лк по линейному закону микроблок стабилизирует ток экрана (20÷70 нА), при этом сигнал, пропорциональный току экрана, поступает на усилитель АРЯ 9, а с усилителя АРЯ 9 на АЦП 3 микроконтроллера 2. Код АЦП 3 используется микроконтроллером 2 для изменения напряжения на МКП с целью стабилизации яркости экрана ЭОП - это так называемый пассивный режим работы ЭОП. При достижении определенной освещенности на фотокатоде (обычно это 0,5÷0,8 лк) микроконтроллер начинает формировать импульсы различной длительности, используя напряжения обратной связи МКП. Эти импульсы затем поступают на ключевое устройство, которое изменяет длительность высоковольтных импульсов напряжения на фотокатоде ЭОП, стабилизируя ток экрана. Так происходит защита фотокатода при повышенной интенсивности светового потока, а также расширение динамического диапазона работы ЭОП.

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что устройство, имеющее небольшие габариты и вес, позволяет автоматически производить корректировку выходных напряжений умножителей в зависимости от температуры окружающей среды, выполнять цифровую регулировку уровней напряжений МКП, экрана и тока АРЯ по шине данных и уменьшать время срабатывания АРЯ. При введении импульсного режима работы увеличивается диапазон освещенности, при котором сохраняется работоспособность ЭОПа.

Вторичный импульсный источник питания, содержащий преобразователь напряжения, микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, усилитель автоматической регулировки яркости, умножитель напряжений микроканальной пластины, умножитель напряжений экрана, при этом вход преобразователя напряжений соединен с входной шиной, первый выход преобразователя напряжений соединен с первым входом микроконтроллера, с первым входом аналого-цифрового преобразователя, с первым входом усилителя автоматической регулировки яркости, с первым входом первого цифроаналогового преобразователя, с первым входом второго цифроаналогового преобразователя, второй выход микроконтроллера соединен со вторым входом первого цифроаналогового преобразователя, третий выход микроконтроллера соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход первого цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом второго цифроаналогового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом микроконтроллера, третий вход микроконтроллера соединен с последовательной шиной данных, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя автоматической регулировки яркости, выход умножителя напряжений экрана соединен со вторым входом усилителя автоматической регулировки яркости, отличающийся тем, что в него введены усилитель напряжений микроканальной пластины, усилитель напряжений экрана, усилитель напряжений фотокатода, блок ключевой, интерфейс, при этом первый выход преобразователя напряжений соединен с первыми входами интерфейса, усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений фотокатода, усилителя напряжений экрана, второй выход преобразователя напряжений соединен со вторым входом интерфейса, третий выход преобразователя напряжений соединен с первым входом блока ключевого, первый выход микроконтроллера соединен с третьим входом интерфейса, первый выход интерфейса соединен со вторым входом блока ключевого, второй выход усилителя напряжений фотокатода соединен с третьим входом блока ключевого, второй выход усилителя напряжений микроканальной пластины соединен с входом умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход усилителя напряжений экрана соединен с входом умножителя напряжений экрана, первые выходы усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений экрана, усилителя напряжений фотокатода соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами аналого-цифрового преобразователя, вторые входы усилителя напряжений микроканальной пластины, усилителя напряжений экрана, усилителя напряжений фотокатода соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами второго цифроаналогового преобразователя, второй выход усилителя напряжений микроканальной пластины соединен с первым входом умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход усилителя напряжений экрана соединен с первым входом умножителя напряжений экрана, а выход умножителя напряжений микроканальной пластины, второй выход умножителя напряжений экрана, выход блока ключевого являются выходами вторичного импульсного источника питания.