一种高压耦合脉冲发生器及飞行时间质谱仪的制作方法

本实用新型涉及高压脉冲发生器领域，尤其是一种高压耦合脉冲发生器及飞行时间质谱仪。

背景技术：

飞行时间质谱仪是一种非常重要的质谱仪，在质量分析器中利用不同质荷比的离子在飞行管中飞行的时间不同来检测离子，具有检测范围宽、分析速度快、结构简单等特点。在飞行时间质谱仪离子源中(如MALDI)，多采用高压脉冲发生器对电离的离子进行推斥或引出，然后进入飞行时间质量分析器进行检测，因此高压脉冲发生器在飞行时间质谱仪中具有重要作用。

高压脉冲发生器的重要指标有所承受高压的幅度、脉冲沿的上升或下降时间、脉冲的延时、输出的抖动和脉冲波形。现有技术中，相关的电路结构较为复杂，脉冲的波形带有较大的震荡拖尾，不能很好的满足飞行时间质谱仪离子源的高压脉冲需求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种高压耦合脉冲发生器及飞行时间质谱仪，解决现有高压脉冲发生器结构复杂、产出波形不稳定的问题。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种高压耦合脉冲发生器，包括开关驱动模块、第一输入模块、第二输入模块、高压耦合模块、第一输出模块、第二输出模块、滤波稳压模块和限流滤波模块；所述开关驱动模块包括驱动输入端、电阻AR1、电阻R1和三极管，驱动输入端用于输入脉冲信号，驱动输入端、电阻AR1和三极管栅极顺次相连，电阻R1的两端分别接三极管的发射极和栅极，三极管的发射极接地；第一输入模块包括第一输入端、多个第一限流电阻和充电电容，第一输入端、第一限流电阻和三极管集电极顺次相连，充电电容一端接在相邻两个第一限流电阻之间，另一端接地；高压耦合模块包括多个串连的高压电容，且高压耦合模块的一端为第一端，另一端为第二端，高压耦合模块的第一端与三极管集电极相连，第二输入模块和第一输出模块均与第二端相连；限流滤波模块一端与所述第二端相连，另一端接地；第二输出模块包括第二输出端和多个第四限流电阻，第二输出端、第四限流电阻和第二端顺次相连；滤波稳压模块一端接在相邻两个第四限流电阻之间，另一端接地。

优选的，所述第一输入模块还包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极接在两个第一限流电阻之间，负极接在三极管的集电极，第二二极管的正极接三极管的集电极，负极接地。

优选的，所述限流滤波模块包括顺次串接的多个第五限流电阻和电感。

优选的，所述滤波稳压模块包括多个并联的滤波电容。

优选的，所述第二输入模块包括第二输入端以及与第二输入端相连的多个第二限流电阻。

优选的，所述第一输出模块包括第一输出端以及与第一输出端相连的多个第三限流电阻。

优选的，所述电阻AR1为可变电阻。

优选的，所述三极管为IGBT。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供一种飞行时间质谱仪，包括上述的高压耦合脉冲发生器。

本实用新型中，三极管在常态下保持截止，第一输入端输入的直流高压，对充电电容充电，同时对高压耦合模块的电容充电。第二输入端输入直流高压，通过第二限流电阻对高压耦合模块的电容充电。当有触发脉冲到来时，三极管导通，其集电极电压拉低到地，高压耦合模块的电容放电，此快速变化通过耦合作用改变第三限流电阻高电位端电压值，进而影响到第一输出端，第一输出端的电压快速下拉。同时，滤波稳压模块和第四限流电阻组成的并联滤波电路屏蔽了耦合叠加的脉冲，使第二输出端一直稳定输出高压，使输出的波形更加稳定。而限流滤波模块进一步使电路更加安全、稳定。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的高压耦合脉冲发生器的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的高压耦合脉冲发生器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例提供一种高压耦合脉冲发生器，如图1所示，其包括开关驱动模块1、第一输入模块2、第二输入模块3、高压耦合模块6、第一输出模块4、第二输出模块5、滤波稳压模块8和限流滤波模块7。其中，所述开关驱动模块1包括驱动输入端11、电阻AR1、电阻R1和三极管，驱动输入端11、电阻AR1和三极管栅极顺次相连，电阻R1的两端分别接三极管的发射极和栅极，三极管的发射极接地，驱动输入端11用于输入脉冲信号，以控制三极管的导通与截止。其中，电阻AR1为可变电阻，可以调节脉冲信号的强度。

第一输入模块2包括第一输入端、多个第一限流电阻和充电电容，第一输入端、第一限流电阻和三极管集电极顺次相连，充电电容一端接在相邻两个第一限流电阻之间，另一端接地。高压耦合模块6包括多个串连的高压电容，如图中所示，包括三个串接的高压电容C1、C2和C3，且高压耦合模块6的一端形成为第一端，另一端形成为第二端，高压耦合模块6的第一端与三极管集电极相连，第二输入模块3和第一输出模块4则均与高压耦合模块6的第二端相连。

限流滤波模块7的一端与高压耦合模块6的第二端相连，另一端接地；第二输出模块5包括第二输出端51和多个第四限流电阻，图中的R11、R12、R13和R14均为第四限流电阻。第二输出端51、第四限流电阻和第二端顺次相连；滤波稳压模块8的一端接在相邻两个第四限流电阻之间，另一端接地。

常态下，三极管Q1截止，第一输入端输入+2KV的直流高压，对充电电容进行充电，通过第一限流电阻连接到三极管Q1的集电极，同时对电容C1充电。第二输入端输入+20KV的直流高压，对电容C3充电。当有触发脉冲到来时，通过电阻AR1和R1，使三极管Q1导通，三极管的集电极电压拉低到地，电容C1放电，此快速变化通过电容C2、C3耦合作用改变第一输出模块4的高电位端电压值，进而影响到第一输出端，第一输出端的电压由常态的+20KV负叠加+2KV，实现快速下拉。由第四限位电阻与滤波稳压模块组成的并联滤波电路，屏蔽了此耦合叠加的脉冲，使第二输出端51一直稳定输出+20KV高压。同时限流滤波电路使模块7对电路进行进一步滤波，使电路更加安全、稳定。本实施例耐压20KV，第一输入端输入2KV，第二输入端输入20KV条件下，下降沿宽度50至200ns可调，固有延时小于5ns，多次触发抖动小于100ps。

在一种实施例中，如图2所示，第一输入端21、两个第一限流电阻R2和R3顺次串接。所述第一输入模块2还包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的正极接在两个第一限流电阻R2和R3之间，负极接在三极管的集电极，第二二极管D2的正极接三极管的集电极，负极接地。两个二极管形成钳位二极管，保护电容C4、C5和电阻R3形成的充电电路。

在一种实施例中，所述限流滤波模块7包括顺次串接的多个第五限流电阻和电感L1。如图中，第五限流电阻包括串接的电阻R7和R8，其中电阻R7的高电压端与第二输入模块3的低电压端连接。

在一种实施例中，所述滤波稳压模块8包括多个并联的滤波电容，且滤波稳压模块8可以有多个，如图中所示，电容C6、C7和C8的一端接在电阻R11和电阻R12之间，另一端则接地。电容C9和C10的一端接在电阻R12和R13之间，另一端则均接地。上述的并联滤波电路可以屏蔽高压耦合模块6耦合过程中叠加的脉冲，使波形稳定。

在一种实施例中，所述第二输入模块3包括第二输入端31以及与第二输入端31相连的多个第二限流电阻，如图中串接的R4、R5和R6均为第二限流电阻。

在一种实施例中，所述第一输出模块4包括第一输出端41以及与第一输出端41相连的多个第三限流电阻R9和R10。

本实用新型实施例还提供一种飞行时间质谱仪，包括上述的高压耦合脉冲发生器。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。