一种16mm微光像增强器电源MCP高压调控电路设计

智 强，倪小兵，延 波，杨 晔，李军国，姚 泽



一种16mm微光像增强器电源MCP高压调控电路设计

智 强1,2，倪小兵2，延 波1,2，杨 晔1,2，李军国2，姚 泽2

（1. 微光夜视技术重点实验室，陕西 西安 710065；2. 北方夜视科技集团有限公司，云南 昆明 650223）

16mm微光像增强器电源是16mm微光像增强器的重要组成部件，为像增强管提供阴极、微通道板（MCP）、屏极提供所需的工作电压，实现像增强器的自动亮度控制（ABC）和阴极保护功能。本文通过对16mm微光像增强器MCP高压的控制方式进行分析研究，利用开关器件隔离控制功能实现MCP高压的动态调控，设计一种满足小体积电源需求的MCP高压调控电路。

微光像增强器；开关器件；MCP高压调控

0 引言

微光像增强器是微光夜视技术的核心器件，是一种能够探测二维弱光图像的光电器件，它扩大了人眼的视觉功能，把黑暗条件下人眼看不清或看不见的图像，通过增强转换成人眼可见的图像[1]。

微光像增强器主要由微光像增强管和微光像增强器专用电源构成，其中微光像增强管实现器件的光电转换、电子倍增和成像，微光像增强器专用电源为微光像增强管提供必要的供电电压和实现控制功能[2]。

16mm微光像增强器是在超二代技术基础上开发的新产品，是为适应士兵单兵武器系统而新开发的小型化微光夜视器件，他的主要目的是为单兵提供小体积、重量轻的夜视器件，并适应大视场微光夜视仪对视场拼接时的需要。向着这一方向，国内外有关公司正在开发更小体积的像增强管，如14mm、12mm等管型。像管尺寸的减小就意味着超二代像管电源不能满足更小尺寸的像管装配要求，需要更简化的电路形式才能有效缩小电源尺寸，满足需求。本文着手从超二代电源技术基础入手，设计一种能够大幅度减小电源尺寸的MCP高压调控电路。

1 16mm电源基本原理

16mm电源主要为16mm微光像增强器提供高压供电以满足其工作要求，如图1所示，图1上半部分为像管的简单组成；图1下半部分为16mm电源的核心电路模块。

16mm电源主要由DC/DC转换电路、屏极倍压电路、MCP倍压电路、阴极倍压电路、MCP电压调控电路、负反馈电路、振荡电路、保护电路等组成。

图1给出了16 mm电源功能实现所包含的基本电路模块及关系。

2 MCP高压调控

MCP是微光像增强器的核心部件，对微光像增强器的增益起着至关重要的作用，因此MCP电压调控电路对微光像增强器的增益调节控制起到关键作用[3-4]。由于MCP电压是几百甚至上千伏的可调高压，而电路控制信号是1V左右的低压电信号，这就需要进行隔离控制。传统控制方式是利用一组振荡电路来实现电压调控及高压隔离控制。这种控制方式负载能力强，进行电压调控是不会干扰其他控制电路，但是电路复杂，所占空间较多，不能满足小型化发展趋势的要求。16mm微光像增强器所用电源体积远小于传统超二代电源尺寸，因此现有电路结构已经不能满足装配需求。考虑到电源电路中采用的变压器及倍压结构难以更改，因此只能从电源控制电路入手解决。本文从MCP高压控制电路入手，通过改变电压调控方式减小电路体积，达到小体积电源装配需求。

3 实现方案

电源电路设计过程中采用一组变压器振荡电路实现阴极、MCP、屏极的DC/DC电压转换。DC/DC转换电路如图2所示，采用了微光电源普遍采用的推挽式振荡方式[5]，图1中TR1的1、2、3引脚构成低压主振荡绕组；5、6、7引脚构成低压辅助振荡绕组；10、11引脚构成阳极高压振荡绕组；9、12引脚构成阴极关闭电压振荡绕组；4、12引脚构成阴极开启电压振荡绕组；8、12引脚构成MCP电压振荡绕组。倍压电路如图2所示，采用微光电源普遍采用的信克尔倍压（并联倍压）方式[6]，将交流信号转换为直流高压信号。

本文通过使用高耐压光耦器件实现隔离控制，通过对倍压电路输出的直流高压进行控制来实现MCP高压的可调控制。由一个高变比变压器提供一个交流电压输入给MCP倍压模块，通过倍压模块输出一个直流高压，利用开关元件控制输出大的直流高压。从开关元件输出端取样建立负反馈电路，通过对负反馈电路的控制调整实现开关元件的导通程度的控制，以达到对MCP电压的控制。为保证控制范围需求和电路可靠性的要求，光耦输入采用并联方式以保证MCP电压的控制灵敏度，如图3所示。

图1 基于16mm电源基本工作原理框图

图2 DC/DC转换电路与倍压电路

图3 MCP电压调控电路

本电路中采用了TOSHIBA生产的型号为TLP174的光电隔离器件，实现了低压对高压的有效控制。因TLP174单只光耦输出端耐压为400V，而MCP电压调控对光耦耐压要求达到1000V，为了电源的可靠性，3只光耦输出采用串联方式，如图3中所示；光耦输入控制电压一般为1.2～1.4V，如果采用串联方式，则超出的电源主供电电压范围，故输入采用并联方式。

通过对光耦输出电压进行取样，反馈回运放同向端与反向端屏极取样信号进行比较，可以得到一个随屏极亮度变化而改变的控制信号，通过控制信号对光耦进行控制来实现MCP电压随亮度变化的调节MCP电压调控电路由图3中1、2、3、1、2、3、4、AR1构成，其1、2、3三只光耦串联连接，通过与运放AR1输出连接的电阻3控制3只光耦内部的光电二极管，实现低压对MCP高压的控制；1、4串联将MCP输出电压（MCP）直接分压，反馈到运放AR1的同相端，形成负反馈；RW1为MCP电压调节电位器，用于设定MCP输出电压值；1.25V为电路中的参考基准电压，经RW1分压后，与负压反馈信号形成比较，实现对同向端的信号控制。

因电源电路中已经采用了1.25V的基准，因此AR1的同相端电压不会超过1.25V，选择1和4分压电阻时，其分压点电压不应超过1.25V；MCP电阻通常在80～200MW，电路设计时为了不影响电源的负载性能，选择的分压电阻应该大于MCP负载，但分压电阻选择太大，取样电流太小，又会影响电路稳定性，因此选择了500MW和390kW的分压电阻，MCP电压在0～1000V变化时，其对应分压点电压为0～0.78V，小于1.25V的设计要求；3电阻选择，因运放最大输出电流为5mA，而输出电压为2.0V，故3阻值应该大于2.0V/5mA，选择了常用的1kW电阻。

通过搭建试验电路，最终实现通过调节RW1使MCP输出电压能够在0～1000V内进行调节。

4 结论

本文介绍了一种适用于小体积微光像增强器专用电源的MCP电压调控电路。通过采用TOSHIBA公司生产的型号为TLP174的光电隔离器件，实现低压信号对高压输出的电压控制。通过上述电路最终实现MCP高压在0～1000V的调节范围，

采用本文电路在满足电源电压调控功能的同时，极大地减小了电路的尺寸，建立了微光电源小型化的技术基础，为微光像增强器拓展小型化和大视场功能提供技术前提。

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Design of a 16mm Image Intensifier MCP High Voltage Power Control Circuit

ZHI Qiang1,2，NI Xiaobing2，YAN Bo1,2，YANG Ye1,2，LI Junguo2，YAO Ze2

(1. Science and Technology on Low-Light-Level Night Vision Laboratory, Xi’an 710065, China; 2. North Night-Vision Science &Technology Group Corp., Ltd., Kunming 650223, China)

16mm image intensifier power supply is an important part of 16mm LLL image intensifier, which provides working voltage for image intensifier Cathode, MCP, Anode respectively to achieve automatic brightness control(ABC) and image intensifier cathode protection. This paper designs an MCP high voltage control circuit with a small volume meeting the power supply demand through the 16mm LLL image intensifier MCP high voltage control mode analysis, using switch device isolation control function to attain dynamic control of MCP high voltage,.

image intensifier，switch device，MCP high voltage regulation

TN223

A

1001-8891(2017)06-0564-03

2016-08-20；

2017-05-10.

智强（1982-），男，工程师，主要从事电子学在微光夜视技术中的应用研究。E-mail：carefree1026@163.com。