专利名称：一种带自动快门亮度控制的夜视电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及二代、三代红外微光夜视电源技术领域，特指一种用于对带有MCP 的像增强器的仪器进行电源供给的带自动快门亮度控制的夜视电源。
技术背景目前二代、三代夜视电源虽然已经存在，但大多为国外生产或者购买的国外技术， 在国内，除北方夜视集团引进国外的技术有生产二代电源仪外，其它就昆明有生产，其技术的也是来源于北方夜视集团。在他们生产的二、三代电源中，由于基本是八十年代引进的， 虽然在后续的生产过程中在工艺和元件上，为适应国内的环境而做了很大的改进，已经基本上接近于国外先进水平。由于二、三代电源的技术含量很高，需要对上万伏而电流只有几十纳安的高压电流进行检测控制，对几百伏电压进行精确的调压，而整个电源要限制在外径三十多，内径十几、高度二十左右的一个小环中，对器件和材料的要求就可想而知了。现在国际上最先进的二、三代电源，为使像增强器的寿命更长，最大限度的保护好以更高光阴极灵敏度的光敏材料砷化镓为光电阴极的像管的使用寿命，而采用自动快门技术。但国内尚未成熟，而现在使用的自动亮度控制也是一种模拟光阴极和MCP同时调控的技术
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能适应以S25、砷化镓为光阴极的第二、三代MCP像增强器对电源的要求的带自动快门亮度控制的夜视电源。本实用新型实现其目的采用的技术方案是一种带自动快门亮度控制的夜视电源，用于对带有MCP的像增强器的仪器进行电源供给，该夜视电源包括提供电能的电池组和控制系统，所述控制系统包括电源管理模块、微处理器控制芯片、电压调整模块、自动快门以及用于控制自动快门的自动快门控制电路。所述电源管理模块具有一串联防反线路，该串联防反线路中，以P-MOS作为防反的开关管，漏极接输入，源极接输出，栅极接负极。所述自动快门由门控开关控制，所述门控开关具有三个三极管Q1、Q2、Q3，其中，Ql 的C极接阴极电压产生电路；Q3的C极接像增强器的光电阴极；Q2、Q3的E极与电池组的负极连接；Q2、Q3的B极与微处理器控制芯片的控制端口连接。所述自动快门控制电路包括电流检测和亮度设定模块以及与之连接的三组高压级，该三组高压级分别是阴极电压、MCP电压和阳极电压，三组高压级之间为串联方式，且其中MCP电压还具有一镜像MCP电压，该镜像MCP电压的负极与电流检测和亮度设定模块直接连接，正极与阳极电压连接。本实用新型采用上述结构后，能适应以砷化镓为光阴极的第三代MCP像增强器对电源的要求，而且本实用新型夜视电源能有效降低能耗，延长使用寿命、保护光敏器件在强光照射下老化或疲劳。
图1是本实用新型夜视电源的整体结构以及与MCP像增强器连接的原理框图；图2是本实用新型中电源管理模块的电路示意图；图3是本实用新型中自动快门及其控制电路的电路示意图；图4是本实用新型中自动快门控制电路的示意图；图5是本实用新型中自动快门的示意图；图6是本实用新型中电压调整模块中升压驱动的电路示意图；图7、图8、图9是本实用新型中电压调整模块中采用的微型变压器的磁芯的结构示意图；图10、图11、图12是本实用新型中电压调整模块中采用的微型变压器结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。如图1所示，本实用新型所述的带自动快门亮度控制的夜视电源，用于对带有MCP 的像增强器A的仪器进行电源供给，该夜视电源包括提供电能的电池组1和控制系统，所述控制系统包括电源管理模块2、微处理器控制芯片3、电压调整模块4、自动快门5以及用于控制自动快门5的自动快门控制电路6。具体而言，如图2所示，所述电源管理模块2具有一串联防反线路，该串联防反线路中，以P-MOS作为防反的开关管，漏极接输入，源极接输出，栅极接负极。本实用新型中采用集高效率升、降压于一体带输入防反的电源管理，最大限度的保证系统工作的稳定可靠。 这样，当正向电流通过时，P-MOS处于正偏导通状态，电流由P-MOS的漏极流向源极。由于 P-MOS导通时的压降很小，只有0. IV左右，所以在次防反线路上的损耗非常小。在防反线路的后面是集升压、降压于一体的高效开关型电源管理。为保证后级电路的正常工作和减小系统功耗，本电源设计采用3-3. 3V供电，但外部电池的电压是波动的，为本电源的适应范围更大，在低于或高于系统电压的情况下均可稳定搞效的工作提供了保障。结合图3、图4，所述自动快门控制电路6包括电流检测和亮度设定模块61以及与之连接的三组高压级，该三组高压级分别是阴极电压、MCP电压和阳极电压，三组高压级之间为串联方式，且其中MCP电压还具有一镜像MCP电压，该镜像MCP电压的负极与电流检测和亮度设定模块61直接连接，正极与阳极电压连接。三组高压级串连联，任何一组独立可调不影响其它两组。在二代、三代像增强器的电源中，要求各组电压在相对电压不变的情况下，任何一组的决对电压值可以在一定范围内任意可调。这就要求各组电压之间需要用串联的方式为像增强器供电。而每一组的电流值本身是不一样的，但又相互关联。最重要的是，自动电子快门的开关时间需要参照高压级的光电子电流。众所周知，微光管的电子电流是非常小的，为纳安级。而各级间的电压是几百到几千伏，在检测可控制的同时，不能有太大误差。在三组电压串联的过程中，既要阴极电压有基准参照，又要让高压阳极电流能得以准去测量实属不易，因为直接测量的那组高压是叠加在MCP电压之上的，也就是参考点的电压有近千伏，所以这样的测试是不现实的。为了克服以上难题，本实用新型巧妙的应用了电压的镜像原理，将电流检测的参考电压从近千伏降低到参考地上，成功的解决了高压小电流串联中的控制和电流检测问题。具体做法是将阴极电压的正极接地，让阴极以负压的方式供给门控开关，门控开关以参考地作为参考操作，最后送到光电阴极；MCP电压用负极接地，正极直接连像增强器的MCP输入；做一组镜像MCP电压，其负极接电流检测，正极作为阳极高压的参考地；阳极高压的负极接到镜像MCP电压的正极，其正极直接接到像增强器的搞压阳极。这样，门控开关可以零电压做参考实现开关控制，MCP电压可以任意调整，同时镜像MCP电压也跟着MCP电压变动，这样，阳极高压相对于MCP电压的值就不会改变，并且任意可调。由于阳极电流只与镜像MCP电压串联，镜像MCP电压的电流也就是搞压阳极的电流！由于各组电压的电流值都非常小，所以MCP电压上的电流与镜像MCP上的电流差异导致的电压差可以忽略，工作时，MCP镜像电压等于MCP电压。 如图4，本实用新型自动快门控制电路6中，将亮度启控控范围保证在0. 1-100LUX 中的任意亮度值。在电流检测的线路中，实际检测的是电流流过电阻后产生的电压。基准电压就是我们需要自动亮度启控的参考电压值，经过与光电流产生的电压进行比较，将误差值送入微处理器的AD采样口，经计算与零差时的半电压值进行比较，得出当前的快门开关是加大还是减小的控制量，再发送给控制开关，实现阴极门控，从而达到控制亮度的目的。 在实际调试过程中，改变参考电压的大小，实际上在软件锁定此电压的过程中，需要调节快门相应的开启时间和关闭时间的比例从而达到自动锁定设定亮度的目的。再如图5所示，所述自动快门5由门控开关51控制，所述门控开关51具有三个三极管Ql、Q2、Q3，其中，Ql的C极接阴极电压产生电路；Q3的C极接像增强器的光电阴极； Q2、Q3的E极与电池组1的负极连接；Q2、Q3的B极与微处理器控制芯片3的控制端口连接。自动快门技术，既保证观察亮度的恒定，又避免感光材料的疲劳老化。但要将几百伏的负压，只有纳安级的电流，很精确的控制，确不是很容易的事。本设计采用了自适应自动开启和强制关闭式的微功耗高压电子开关。为使在开关过程中最大限度的减小开关过度过程中对负压电压值的影响，本设计的门控开关采用了延时开启和提前保护的控制方式，保证在开、关过度期对阴极负压不产生影响。具体做法是将Ql的C极接阴极电压产生电路; 将Q3的C极接像增强器的光电阴极；Q2、Q3的E极与电池组1的负极连接；将Q2、Q3的B 极与微处理器控制芯片3的控制端口连接。当需要开启门控电压时，先将K2拉高，让Q3处于截止状态，之后再将Kl拉高，这时，Q2也处于截止状态；Ql的B极在负压的作用下拉低， Ql导通，负压通过Ql连接到像增强器的光阴极。当需要关闭门控开关时，则需要先将Kl拉低，使Q2导通，这时Q2因B极电压升高而关闭，这样就将负压产生与，像增强器的光电阴极断开。为使门控开关更加稳定地关闭，需要将K2拉低，将VCC直接连接到光电阴极，这时光电阴极处于反偏，其产生的光电子直接流入电源，在像管的内部没有光电子，从而达到关闭门控的目的。在三组电压中，任何一组的电压值都是可以调整的。阴极电压通过门控调节，MCP 和阳极搞压是通过对各自的供电电压调整来实现的。在各自的电压调整线路中，分别有一个带调节的稳压模块，通过对其输出电压进行调整达到调整MCP电压和阳极高压的目的。如图6所示，在两组变压器升压的线路中，均使用了小信号复合管作为升压变压器驱动，这样的复合管驱动可保证在很低的电压下稳定驱动变压器。在本设计的复合管驱动采用了高导磁芯，并使驱动的震荡频率保持在30Khz+/-10Khz，这样输出电压的既稳定搞效，无可听噪音。[0025]此外，本实用新型中采用小体积贴片高频变压器，保证升压效率减小了产品体积， 提高了生产效率。在国外的二代产品设计中，由于体积的限制和升压变压器线圈匝数多的矛盾，大多使用G型磁芯，由于G型磁芯的骨架不好处理，这样造成了生产时需要焊接十几个微米粗细的漆包线。在生产中，困难非常大，效率也很难上得去。本设计使用的变压器是用如图7 9所示的ER9的高导磁芯，将其高度减少到4. 5mm,再按正常的ER9骨架，将其高度减小到很好配合磁芯的尺寸，用LCP开模，即可做出既满足尺寸要求，又满足电气规格要求的如图10 图12的微型变压器，从而设计出更加适合生产的电源产品。综上所述，本实用新型以高压微电流小体积的晶体管或P-MOS管组成的自动开启，强制关闭式快门开关，和以微电脑检测控制为一体的自动电子快门，并一负压为快门控制对象。在电子快门的开关极限，辅助以数字调控MCP电压。用高压与MCP电压参照串联的方式，既保证各级电压的自主调控，又保证了高压光电流的检测不受MCP电流的影响。在输入端，为保证输入电压的稳定，和各参照的相对稳定，电源输入与高压产生之间加入了恒压电路，这样，不论是高的电压或者是很低的电压，在其输出所得到的都是恒定的电压。为使电压恒定模块对整个系统的损耗最小，恒压模块工作于搞效的开关模式。在驱动和设置方面，采用两复合管推动高导小变压器，既搞效，又稳定。而对像增强器的陪合上，所有的电压都是可调的。以此使离散的像管得到最佳的配合，表现最好的性能。在光电流检测电路中，为使微弱到纳安级的电流不致受到影响，本设计采用了超高输入阻抗，高共模抑制的高性能比较器。在快门控制方面，由于使用了高效低功耗的高性能微电脑芯片，其最小控制精度可达到IXlO4以上。基于以上的设计运用，使本设计的二、三代微光夜视电源达到甚至超过国外最先进的水平。
权利要求1.一种带自动快门亮度控制的夜视电源，用于对带有MCP的像增强器的仪器进行电源供给，该夜视电源包括提供电能的电池组(1)和控制系统，其特征在于所述控制系统包括电源管理模块O)、微处理器控制芯片(3)、电压调整模块G)、自动快门(5)以及用于控制自动快门的自动快门控制电路(6)。
2.根据权利要求1所述的一种带自动快门亮度控制的夜视电源，其特征在于所述电源管理模块O)具有一串联防反线路，该串联防反线路中，以P-MOS作为防反的开关管，漏极接输入，源极接输出，栅极接负极。
3.根据权利要求1所述的一种带自动快门亮度控制的夜视电源，其特征在于所述自动快门(5)由门控开关(51)控制，所述门控开关(51)具有三个三极管Q1、Q2、Q3，其中，Ql 的C极接阴极电压产生电路Q3的C极接像增强器的光电阴极Q2、Q3的E极与电池组(1) 的负极连接；Q2、Q3的B极与微处理器控制芯片(3)的控制端口连接。
4.根据权利要求1所述的一种带自动快门亮度控制的夜视电源，其特征在于所述自动快门控制电路(6)包括电流检测和亮度设定模块(61)以及与之连接的三组高压级，该三组高压级分别是阴极电压、MCP电压和阳极电压，三组高压级之间为串联方式，且其中MCP 电压还具有一镜像MCP电压，该镜像MCP电压的负极与电流检测和亮度设定模块(61)直接连接，正极与阳极电压连接。
专利摘要本实用新型涉及二代、三代红外微光夜视电源技术领域，特指一种用于对带有MCP的像增强器的仪器进行电源供给的带自动快门亮度控制的夜视电源，该夜视电源包括提供电能的电池组和控制系统，所述控制系统包括电源管理模块、微处理器控制芯片、电压调整模块、自动快门以及用于控制自动快门的自动快门控制电路。本实用新型夜视电源能适应以S25、砷化镓为光阴极的第二、三代MCP像增强器对电源的要求，而且本实用新型夜视电源能有效降低能耗，延长使用寿命、保护光敏器件在强光照射下老化或疲劳。
文档编号H02M3/10GK202042918SQ201120129070
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者宋建明 申请人:宋建明