一种Si‑APD偏压电路的制作方法

本实用新型属于高压电源领域，特别涉及一种Si-APD偏压电路。

背景技术：

Si-APD，又名硅雪崩光电二极管，是一种p-n结型的光检测二极管，利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。

Si-APD工作时需要施加一个反向偏压，使其达到雪崩倍增状态。

Si-APD主要应用于激光测距、激光雷达等，特别是用于小型手持式激光测距仪时，对Si-APD偏压电路的噪声、尺寸和成本都提出了很高的要求，且在环境温度变化时，Si-APD的偏压要随温度大范围变化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种Si-APD偏压电路，实现了0～600V电压输出，具有噪声低、调节范围大、尺寸小、成本低等特点，可用于Si-APD、光电倍增管、高压偏置等。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Si-APD偏压电路，包括由比较器A1和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1组成的锯齿波发生电路，产生锯齿波输入至比较器A2的反向输入端，比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度，所述比较器A1的正向输入端分别连接电阻R1和电阻R3，比较器A1的负向输入端分别连接电容C1和比较器A2的负向输入端，比较器A1的输出端连接电阻R2，所述比较器A2的输出端连接开关管Q1，所述的开关管Q1上分别连接有电感L1和倍压整流电路，所述的倍压整流电路输出偏压VAPD。

所述的一种Si-APD偏压电路，其锯齿波发生电路还包括电阻R5、电阻R6、电阻R7，所述电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源VCC，所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的二倍压整流电路。

进一步，所述的电容C5一端与电源VCC和电感L1连接，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D1负极和二极管D2正极，电容C2的另一端同时连接二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D1正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D2负极和二极管D3正极，电容C4的另一端连接二极管D4负极。

所述的一种Si-APD偏压电路，其锯齿波发生电路还包括电阻R5、电阻R6、电阻R7，所述电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源VCC，所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C12、电容C13、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D9、二极管D10组成的三倍压整流电路。

进一步，所述的电容C5一端与电源VCC和电感L1连接，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D1负极和二极管D2正极，电容C2的另一端同时连接电容C12、二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D1正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D2负极和二极管D3正极，电容C4的另一端同时连接电容C13、二极管D4负极和二极管D9正极，电容C12的另一端同时连接二极管D9负极和二极管D10正极，电容C13的另一端连接二极管D10负极。

所述的一种Si-APD偏压电路，其锯齿波发生电路还包括电阻R5、电阻R6、电阻R7，所述的电感L1由变压器T构成，所述电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接电源VCC，所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的二倍压整流电路。

进一步，所述的变压器T输入侧分别连接电源VCC和开关管Q1，输出侧一端连接电容C5，一端接地，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D2负极和二极管D1正极，电容C2的另一端同时连接二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D2正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D1负极和二极管D3正极，电容C4的另一端连接二极管D4负极。

更进一步，所述的倍压整流电路可以是马克思倍压电路、信克尔倍压电路或CW倍压电路等。

再进一步，所述的比较器A2的正向输入端电平VCTL可以是外部电平控制，也可以通过分压电阻或电位器调节。

本实用新型采用比较器A1组成矩形波发生器，由比较器A2的正向输入端电平VCTL控制矩形波的脉冲宽度，从而控制输出偏压VAPD的幅度，实现了0～600V电压输出，具有噪声低、调节范围大、尺寸小、成本低等特点，可用于Si-APD、光电倍增管、高压偏置等。

本实用新型的有益效果是：1、本实用新型实现的Si-APD偏压电路具有超低噪声；2、本实用新型实现的Si-APD偏压电路器件少、尺寸小、成本低；3、本实用新型实现的Si-APD偏压电路通过控制VCTL电平来控制偏压VAPD大小，调节范围大。

附图说明

图1为本实用新型Si-APD偏压电路的原理框图；

图2为本实用新型Si-APD偏压电路的仿真示意图；

图3为本实用新型Si-APD偏压电路实施例1的原理框图；

图4为本实用新型Si-APD偏压电路实施例2的原理框图；

图5为本实用新型Si-APD偏压电路实施例3的原理框图。

各附图标记为：1—静触头支座，2—静触头，21—静触头接触面，3—动触头，31—动触头接触面，4—触头弹簧， 5—动触头支架，6—连接件，7—连接杆，8—推杆，9—固定支座，10—第三转轴，11—第一转轴，12—第二转轴，13—止位，14—第一接触点，15—第二接触点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型Si-APD偏压电路原理框图如图1所示，电路仿真波形示意图如图2所示。包括由比较器A1和电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1组成的锯齿波发生电路，产生锯齿波输入至比较器A2的反向输入端，比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度，比较器A2的反向输入端波形如图2中曲线2所示，比较器A2的正向输入端电平VCTL如图2中曲线1所示，比较器A2的输出端波形如图2中曲线3所示。

其中，所述比较器A1的正向输入端分别连接电阻R1和电阻R3，比较器A1的负向输入端分别连接电容C1和比较器A2的负向输入端，比较器A1的输出端连接电阻R2，电阻R1、电阻R2的另一端连接比较器A2的负向输入端，电阻R3和电容C1的另一端同时接地，所述比较器A2的输出端连接开关管Q1，所述的开关管Q1上分别连接有电感L1和倍压整流电路，所述的倍压整流电路输出偏压VAPD。

比较器A2的输出端高电平时，开关管Q1导通，流过电感L1的电流增大，电感储存能量；比较器A2的输出端低电平时，开关管Q1关闭，电感L1中储存的能量通过倍压整流电路将电源电压转换为APD所需要的偏压。

VCTL电平越高，比较器A2的输出端高电平脉冲宽度越宽，电感L1的电流越大，电感储存能量越多，输出偏压VAPD越高。因此，可以通过控制VCTL电平来控制偏压VAPD大小。

实施例1

一种Si-APD偏压电路，如图3所示，它包括比较器A1、比较器A2、场效应管Q1、电感L1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；所述的比较器A1、比较器A2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1组成矩形波发生器；所述的比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度。

其中，所述比较器A1的正向输入端分别连接电阻R1和电阻R3，比较器A1的负向输入端分别连接电容C1和比较器A2的负向输入端，比较器A1的输出端连接电阻R2，电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端同时连接电阻R4和开关管Q1，所述的开关管Q1上依次连接电感L1和倍压整流电路，电阻R4的另一端连接电源VCC，比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度，所述的倍压整流电路输出偏压VAPD。

所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的二倍压整流电路。其中所述的电容C5一端与电源VCC和电感L1连接，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D1负极和二极管D2正极，电容C2的另一端同时连接二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D1正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D2负极和二极管D3正极，电容C4的另一端连接二极管D4负极并输出偏压VAPD。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，采用三倍压电路来获得更高的偏压输出，如图4所示，它包括比较器A1、比较器A2、场效应管Q1、电感L1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C12、电容C13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D9、二极管D10。

其中，所述比较器A1的正向输入端分别连接电阻R1和电阻R3，比较器A1的负向输入端分别连接电容C1和比较器A2的负向输入端，比较器A1的输出端连接电阻R2，电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端同时连接电阻R4和开关管Q1，所述的开关管Q1上依次连接电感L1和倍压整流电路，电阻R4的另一端连接电源VCC，比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度，所述的倍压整流电路输出偏压VAPD。

所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C12、电容C13、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D9、二极管D10组成的三倍压整流电路。其中所述的电容C5一端与电源VCC和电感L1连接，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D1负极和二极管D2正极，电容C2的另一端同时连接电容C12、二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D1正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D2负极和二极管D3正极，电容C4的另一端同时连接电容C13、二极管D4负极和二极管D9正极，电容C12的另一端同时连接二极管D9负极和二极管D10正极，电容C13的另一端连接二极管D10负极。

实施例3：与实施例1的不同之处在于，采用变压器T1来获得隔离偏压输出，如图5所示，它包括比较器A1、比较器A2、场效应管Q1、变压器T1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；所述的比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度。

其中，所述比较器A1的正向输入端分别连接电阻R1和电阻R3，比较器A1的负向输入端分别连接电容C1和比较器A2的负向输入端，比较器A1的输出端连接电阻R2，电阻R1、电阻R2的另一端分别连接电源VCC，电阻R3的另一端连接比较器A1的输出端，比较器A1的负向输入端和输出端还并联有电阻R6，比较器A1的正向输入端连接电阻R5，电阻R5和电容C1的另一端同时接地，比较器A2的正向输入端连接电阻R7，电阻R7的另一端接地，比较器A2的输出端同时连接电阻R4和开关管Q1，所述的开关管Q1上依次连接电感L1和倍压整流电路，电阻R4的另一端连接电源VCC，比较器A2的正向输入端电平VCTL确定矩形波的脉冲宽度，所述的倍压整流电路输出偏压VAPD。

所述的倍压整流电路为电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的二倍压整流电路。其中变压器T输入侧分别连接电源VCC和开关管Q1，输出侧一端连接电容C5，一端接地，电容C5另一端同时连接电容C2、二极管D2负极和二极管D1正极，电容C2的另一端同时连接二极管D3负极和二极管D4正极，二极管D2正极连接电容C3，电容C3的另一端同时连接电容C4、二极管D1负极和二极管D3正极，电容C4的另一端连接二极管D4负极。

本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。