一、【前言】

ARL高端直读光谱仪的光电采集单元采用的是光电倍增管（PMT），负高压电源则是直读光谱仪检测系统不可取少的重要部件之一，由于电路存在较高的电压，受安装环境和操作使用等因素的影响，负高压的故障率相对要高一些，一旦负高压电源系统出故障，将导致直读光谱仪整个系统根本无法正常工作。而负高压本身电路系统较为复杂，维修成本也比较高，因此作为直读光谱仪操作人员和维护人员了解负高压的作用原理及注意事项是非常有必要的。

ARL3460/4460直读光谱在市场上有不少用户，随着产品的增加，厂家产品有不同的版本，除了软件版本不同，硬件版本也有所不同。ARL3460/4460直读光谱负高压电源（以下简称ARL负高压电源）硬件系统先后出现了两个版本，本人根据负高压电源系统工作原理就这两个版本的实物线路进行了对比，并为此进行了简单的总结。下面将为大家简单介绍两者接线区别和原理，供直读光谱操作者及维护技术人员具体了解ARL负高压电源以及在负高压电源出故障进行维护维修时做参考。

二、【ARL负高压电源的作用】：

1、直读光谱仪光电检测系统光电倍增管（PMT）的作用是把微弱的光信号转换成微弱的电信号，并将此微弱电信号通过放大电路进行信号放大。放大倍数取决于加在光电倍增管两端的电压（负高压），在一定范围内负高压与光信号成正比（图1），最终得到有效的电信号供后续电路工作。

图1 光电倍增管（PMT）负高压与光信号正比关系曲线图

2、ARL负高压电源工作原理简介：负高压电源的作用就是为光电倍增管提供负高压能源，负高压电源是光电倍增管工作的必要条件之一，负高压电源也是直读光谱工作必须的重要器件。ARL直读光谱仪光电倍增管负高压电源工作原理图见图2所示。

图2 ARL直读光谱仪光电倍增管负高压电源工作原理框图

ARL负高压电源输入电压为220VAC，经交流电压220VAC转换成24VDC直流电压，24VDC直流电压经过升压输出为-1000V、-100V负高压，负高压再经过负高压衰减板输出给光电倍增管，为光电倍增管提供稳定的工作电压（负高压）。因此，负高压电源一但出现问题，整个仪器将无法正常工作。

三、【ARL负高压电源的结构】：

1、ARL直读光谱仪负高压电源系统是安装在光谱仪电子柜后部内侧（图3）。

图3 ARL3460（4460）直读光谱仪电子柜

负高压电源安装在电子柜内侧的一个金属屏蔽罩内（图4，图5）。

图4 电子柜后侧负高压电源实物图

图5 负高压电源屏蔽罩实物图

2、ARL直读光谱仪后期对负高压电源进行了改进，所以负高压电源存在两个版本（图6）。

图6 ARL直读光谱仪新/老版负高压电源屏蔽罩实物图（上为老版，下为新版）

虽然两版负高压电源（屏蔽罩）看似外观是一样的（图7，图8），但实际上负高压电源内部的电气接线是不一样的。

图7 ARL老版负高压电源屏蔽罩

图8 ARL新版负高压电源屏蔽罩

四、【ARL负高压电源的组成部件】

1、ARL负高压电源屏蔽罩内为负高压电源系统，老版负高压电源自带220VAC/24VDC开关电源（图9，图10）。

图9 老版负高压电源组成图（自带220VAC/24VDC开关电源）

图10 老版负高压电源自带的220VAC/24VDC开关电源

2、新版负高压电源自带220V继电器（图11，图12），24VDC电源是由外部提供的。

图11 新版负高压电源组成图（自带220V继电器）

图12 新版负高压电源自带的220V继电器实物图

3、早期的ARL负高压电源电路板是带有接插件的，老版负高压电源可以拆下来进行独立维修和调试，这样维修更换电路板非常方便。（图13，图14）

图13 老版负高压电源印刷电路板实物图（元件面）

图14 老版负高压电源印刷电路板实物图（印刷线路面）

4、后期改进的新版负高压电源电路板已经去掉了接插件，大大提高了接线的可靠性。但新版负高压电源电路板维修起来就没有那么方便了。（图15，图16）

图15 新版负高压电源印刷电路板实物图（元件面）

图16 新版负高压电源印刷电路板实物图（印刷线路面）

五、【ARL负高压电源的电气原理】：

1、ARL负高压电源实际上就是一个将交流电源转换成直流负高压电源的负高压发生器。老版负高压电源原理图（图17）中的RC（+）、RC（-）为（-800V）切换输入信号控制，内含独立的220VAC/24VDC开关电源，为负高压电源提供24V低压转换电路。

图17 老版ARL负高压电源原理框图

新版负高压电源原理图（图18）中的+24V（RC(+)）由外部提供，内部24VDC输入由220VAC继电器控制，HVCTRL（RC(-)）单端完成（-800V）切换输入信号控制。

图18 新版ARL负高压电源原理框图

2、新/老版负高压电源接线端标识未做任何改变，两款接线端标识是完全一样的，从外观看没有什么区别（图19）。

图19 新/老版负高压电源接线端标识图

3、老版负高压电源接线原理图（图20），24VDC直流电源是独立的。

图20 老版负高压电源接线原理图

新版负高压电源内部接线做了部分改变。将24VDC直流电源改为220VAC继电器了。（图21）

图21 新版负高压电源接线原理图

4、新版ARL负高压电源接线具体做了以下改动：

1）、接线端4脚（GND）（即主机24V电源（-））接到负高压板AGND（J1-16abc）；同时负高压板24V电源（-）PGND（J1-30abc），改接到负高压板AGND（J1-16abc）。

2）、接线端5脚RC（+）改接主机24V电源（+），同时接交流继电器常开触点A端；

3）、交流继电器常开触点B端接负高压板24+（J1-29abc），同时接负高压板原RC（+），即-800Vsel+（J1-20b）。

4）、接线端11脚RC（-）接高压板-800sel-（J1-20c）不变。

5）、新/老版负高压电源接线端接线情况对比详见表一。

表一：新/老负高压电源接线端情况对比

老版电源接线端	高压板接线端	功能说明	新版电源接线端	高压板接线端	功能说明
1	21b	-1000Vsen	1	21b	-1000Vsen
2	220V-L	220VAC/24DCV开关电源进线	2	220V-L	继电器线圈
3	220V-N	220VAC/24DCV开关电源进线	3	220V-N	继电器线圈
4	16abc 30abc	GND公共地	4	16abc 30abc	外接24V(-) GND公共地
5	20b	RC（+）-800V切换	5 继电器常开触点A	继电器常开触点B	1、外接24V(+) 2、RC（+）-800V（20b）
6	22b	-100Vsen	6	22b	-100Vsen
7	27b	-1000VOUT 输出	7	27b	-1000VOUT 输出
8	空		8	空
9	25b	-100VOUT 输出	9	25b	-100VOUT 输出
10	空		10	空
11	20c	RC（-）-800V切换	11	20c	RC（-）-800V切换
12	空		12	空

5、ARL负高压电源工作原理

ARL负高压电源由六个模块组成：1）、脉冲电源电路，2）、升压电路，3）、整流输出电路，4）、-1000V校正电路，5）、-100V校正电路，6）、超温保护电路。负高压电源模块工作原理见图22。

图22 ARL负高压电源（模块）工作原理图

关于 ARL负高压电源的内部原理，可详见“【第三届原创大赛】ARL3460，4460直读光谱仪负高压电源揭秘（2010.12.21）”。这里就不再介绍。

六、【小结】：

ARL直读光谱仪新版负高压电源省去了独立的220VAC/24VDC开关电源，直接采用主机的24VDC主电源供电，这样24VDC主电源工作电流会增大2A左右，由于负载增大，24VDC主电源发热也随之增大，一旦超载24VDC电源会出现过载保护或发热过大而损坏，所以说新版负高压电源的改进还是存在风险的。为了防止过载和发热，后期主机的24VDC主电源提高了输出功率。

老版负高压电源由于24VDC电源是独立的，负高压电源整个系统可以独立拆下来进行维修调试，相对来说新版负高压电源维修更方便一些，且24VDC主电源发热也会小一些，对24VDC主电源来说过载或过热的情况会好一些。因此ARL新/老版负高压电源各有优缺点，不能对此进行绝对化评判。

通过上述两款负高压电源的简单对比介绍，大致可以看出两款负高压电源的部件组成及接线区别，由此为操作者和技术人员了解ARL负高压电源结构原理提供了一个学习的渠道。若有不足之处，还希望大家给予批评指正。

2022.11.2