偏置电源为低功耗盖革-穆勒管供电

盖革-穆勒管的高压偏置电源具有小尺寸和低功耗的特点。

介绍

许多便携式辐射监测仪包括盖革-穆勒管，这是一种简单的双端充气探测器，每次辐射事件（光子或粒子）撞击管的敏感体积时都会产生脉冲。脉冲大小和宽度与脉冲能量或事件的其他属性无关。

盖革-穆勒管对非伽马射线辐射不太敏感，其剂量率校准精度较差。它们被广泛使用，因为它们在成本/性能/尺寸方面为需要快速检测辐射场并粗略估计其水平的应用提供了很好的折衷方案。

然而，盖革-穆勒管的一个问题是它们的高偏置电压，根据管子设计和使用的气体混合物，偏置电压为350V至900V。理想情况下，给定的电子管偏置在其“平台”的中心工作，即100V至150V的区域，其中计数速率随偏置电压变化很小（假设辐射场稳定）。

便携式辐射监测仪的小型化受到定义灵敏度的管子尺寸以及电池更换或充电之间的工作时间的限制。除了高压电源外，辐射监测电路相对简单：带有模拟或数字读数（指示辐射剂量率）的脉冲速率计，以及撞击探测器管的辐射事件频率的视觉或音频指示。一些系统包括一个积分功能，指示自上次复位以来的总剂量。这些电路易于设计为微功率版本，允许电池充电之间的工作时间更长。

然而，这些系统的高压电源存在问题。系统静态功耗的很大一部分发生在设置输出电压采样的电阻分压器中。对于绝对最小功耗，分压器的顶部必须使用非常高的电阻值，该值远远超过大多数标准电阻线路中可用的最大22MΩ。此外，高值电阻会使电路板设计和电路板基材选择复杂化。组件尺寸也是一个问题。

具有7级倍压梯形图的升压转换器（图1）解决了高压偏置电源的许多问题。由于反馈（用于调节）仅取自最低级，因此可以使用标准值电阻作为反馈分压器。这种方法大大降低了静态功耗。此外，由于磁性元件、功率器件和所有其他元件都很小，因此电路可以构建得非常小。多二极管封装可以进一步减小尺寸。

图1.这种用于盖革-穆勒管的高压偏置电源具有小尺寸和低功耗的特点。

图2至图4显示了电路如何响应输入电压和负载电流的变化。特别令人感兴趣的是在空载条件下（无辐射）的极低输入电流（80μA），这是该应用几乎100%的工作条件。盖革-穆勒管每次受到辐射事件撞击时都会从电源中吸收少量电荷。因此，从偏置电源获取的电流等于事件频率（取决于辐射水平）乘以每个事件的电荷。

图2.RLOAD开路时图1电路的VOUT和IIN与输入电压的关系。

图3.图1电路的VOUT和IIN与输入电压的关系，RLOAD = 10MΩ。

图4.图1电路的VOUT和IIN与负载电流的关系

与所有开关转换器一样，该电路需要仔细的电路板布局。同样重要的是滤波、去耦和屏蔽（如有必要）。

审核编辑：郭婷