一种质谱仪用射频电源的制作方法

文档序号:10572260阅读:555来源:国知局
一种质谱仪用射频电源的制作方法
【专利摘要】一种质谱仪用射频电源,包括依次连接的驱动信号发生模块、功率放大电路、升压模块和负载,所述驱动信号发生模块包括信号源、幅度控制信号模块和两个比较器,所述信号源提供幅度固定的可调频率的三角波,分别输入到一个比较器的正端和另一比较器的负端,所述幅度控制信号模块输出的幅度控制信号输入到所述一个比较器的负端,且经过反向的幅度控制信号输入到所述另一个比较器的正端,从两个比较器输出的驱动信号为两路占空比相同、占空比大小可同步调节的、相位差180°的脉冲信号。本发明的质谱仪用射频电源的电路紧凑,效率高,输出电压宽,线性度好。
【专利说明】
一种质谱仪用射频电源
技术领域
[0001]本发明涉及一种射频电源,尤其是一种质谱仪用射频电源。
【背景技术】
[0002]射频电源作为质谱仪的重要组成部件,加载在矩形离子阱、四级杆、多级杆或者离子漏斗上,用于控制离子在矩形离子阱、四级杆、多级杆或者离子漏斗中的运动。射频电源的输出电压,工作频率影响质谱仪能检测物质的范围,其稳定性和线性性影响质谱仪的准确性和稳定性。现有质谱仪用射频电源存在体积大,效率低、输出电压小、线性性低等这样或者那样的缺点,因此需要设计一种高效率,结构紧凑,高压射频电源。

【发明内容】

[0003]本发明的主要目的在于克服现有技术的不足,提供一种结构紧凑、输出效率高、输出电压线性可调、宽电压输出的质谱仪用射频电源。
[0004]为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0005]—种质谱仪用射频电源,包括依次连接的驱动信号发生模块、功率放大电路、升压模块和负载,所述驱动信号发生模块包括信号源、幅度控制信号模块和两个比较器,所述信号源提供幅度固定的可调频率的三角波,分别输入到一个比较器的正端和另一比较器的负端,所述幅度控制信号模块输出的幅度控制信号输入到所述一个比较器的负端,且经过反向的幅度控制信号输入到所述另一个比较器的正端,从两个比较器输出的驱动信号为两路占空比相同、占空比大小可同步调节的、相位差180°的脉冲信号。
[0006]进一步地:
[0007]所述功率放大电路为推挽式D类功率放大电路。
[0008]所述驱动信号发生模块与所述推挽式D类功率放大电路中的两个MOS管的栅极之间连接有用于提高射频电源的输出稳定性的匹配电阻。
[0009]所述推挽式D类功率放大电路中两个MOS管的漏极和DC电源之间并联了一对用于改善输出波形质量和保护MOS管的RCD电路,所述RCD电路包括电阻与电容并联连接的RC电路以及与所述RC电路串联的二极管。
[0010]所述两个比较器与所述功率放大电路之间设置有用于提高信号驱动能力的MOS管驱动芯片。
[0011]所述升压模块包括具有两个初级绕组和两个次级绕组的单层或者多层空心变压器,所述空心变压器的输出端直接连接到作为负载的离子阱上,射频电源工作频率等于所述空心变压器和所述离子阱的谐振频率。
[0012 ]所述功率放大电路为推挽式D类功率放大电路,所述推挽式D类功率放大电路中的两个MOS管的漏极分别连接所述空心变压器的两个初级绕组的一端,所述两个初级绕组的另一端共同接到DC电源的正极,其中所述两个初级绕组的与所述两个MOS管的漏极相连的端互为绕组异名端。
[0013]所述两个次级绕组与所述两个初级绕组同向绕制,所述两个次级绕组的一端分别连接到所述负载,所述两个次级绕组的另一端共同接地,其中所述两个次级绕组的与所述负载相连的端互为绕组异名端。
[0014]所述负载与所述幅度控制信号模块之间设置有用于修正射频电源的非线性性和提尚射频电源的稳定性的反馈电路。
[0015]所述幅度控制信号模块中设置有基于所述反馈电路的反馈进行信号调节的PID调节模块。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]本发明中,驱动信号发生模块包括信号源、幅度控制信号模块和两个比较器,信号源提供幅度固定的可调频率的三角波,幅度控制信号模块输出的幅度控制信号输入到一个比较器的负端,且经过反向的幅度控制信号输入到另一个比较器的正端,从两个比较器输出的驱动信号为两路占空比相同、占空比大小可同步调节的、相位差180°的脉冲信号。利用比较器,将幅度固定的频率三角波与幅度控制信号比较产生驱动信号,输出电压的幅度可通过调节驱动信号的占空比来调节。
[0018]该质谱仪用射频电源的结构紧凑,输出效率高,输出电压线性可调,线性度好,可提供宽电压输出。
【附图说明】
[0019]图1为本发明一种实施例的质谱仪用射频电源的结构框图;
[0020]图2为本发明一种实施例的质谱仪用射频电源的电路结构图;
[0021]图3为本发明一种实施例的射频电源升压模块使用的空心变压器绕制方向示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0023]参阅图1至图2,在一种实施例中,一种质谱仪用射频电源,包括依次连接的驱动信号发生模块1、功率放大电路3、升压模块4和负载5,所述驱动信号发生模块I包括信号源、幅度控制信号模块和两个比较器(幅度控制信号模块和两个比较器构成图1中所示的驱动信号电路),所述信号源提供幅度固定的可调频率的三角波,分别输入到一个比较器的正端和另一比较器的负端,所述幅度控制信号模块输出的幅度控制信号输入到所述一个比较器的负端,且经过反向的幅度控制信号输入到所述另一个比较器的正端,从两个比较器输出的驱动信号为两路占空比相同、占空比大小可同步调节的、相位差180°的脉冲信号。
[0024]利用比较器,将幅度固定的频率三角波与幅度控制信号比较产生驱动信号,输出电压的幅度可通过调节驱动信号的占空比来调节。
[0025]在优选的实施例中,所述功率放大电路3为高效率的推挽式D类功率放大电路3。
[0026]在更优选的实施例中,所述驱动信号发生模块I与所述推挽式D类功率放大电路3中的两个MOS管Q1、Q2的栅极之间连接有用于提高射频电源的输出稳定性的匹配电路2,匹配电路2由两个匹配电阻Rl、R2组成。
[0027]在更优选的实施例中,所述推挽式D类功率放大电路3中两个MOS管Ql、Q2的漏极和DC电源之间并联了一对用于改善输出波形质量和保护MOS管的RCD电路,所述RCD电路包括电阻R与电容C并联连接的RC电路以及与所述RC电路串联的二极管D。
[0028]在优选的实施例中,所述两个比较器与所述功率放大电路3之间设置有用于提高信号驱动能力的MOS管驱动芯片。
[0029]如图2和图3所示,在优选的实施例中,所述升压模块4包括具有两个初级绕组P和两个次级绕组S的单层或者多层空心变压器,所述空心变压器的输出端直接连接到作为负载5的离子阱上,射频电源工作频率等于所述空心变压器和所述离子阱的谐振频率。使用多层变压器可以减小体积。利用具有两个初级绕组和两个次级绕组的空心变压器,对功率放大电路的输出信号放大,利用负载与变压器组成的RLC选频电路,对输出信号信号进行滤波得到射频基波信号。
[0030]在更优选的实施例中,所述功率放大电路3为推挽式D类功率放大电路3,所述推挽式D类功率放大电路3中的两个MOS管的漏极分别连接所述空心变压器的两个初级绕组的一端,所述两个初级绕组的另一端共同接到DC电源的正极,其中所述两个初级绕组的与所述两个MOS管的漏极相连的端互为绕组异名端。
[0031]在更优选的实施例中,所述两个次级绕组与所述两个初级绕组同向绕制,所述两个次级绕组的一端分别连接到所述负载5,所述两个次级绕组的另一端共同接地,其中所述两个次级绕组的与所述负载5相连的端互为绕组异名端。
[0032]在优选的实施例中,所述负载5与所述幅度控制信号模块之间设置有用于修正射频电源的彳_线性性和提高射频电源的稳定性的反馈电路6。
[0033]在更优选的实施例中,所述幅度控制信号模块中设置有基于所述反馈电路6的反馈进行信号调节的PID调节模块。
[0034]以下结合附图进一步描述具体实施例的原理及优点。
[0035]可通过DDS芯片输出幅度固定的可调频率的三角波,分别输入到两个高速比较器的正负端,高速比较器的另一端输入分别为幅度控制信号和经过反向的幅度控制信号,当三角波高于幅度信号,或者小于反向幅度控制信号时,比较器输出高电平,这样两个高速比较器的输出端就可以得到两路占空比相同可调的相位差为180°的脉冲信号。
[0036]比较器输出信号为O到5V,输出信号驱动能力弱,可以通过一个MOS管驱动芯片提高信号的其驱动能力。
[0037]在将驱动信号送至MOS管栅极前,先经过匹配电阻,用于增强电路的输出稳定性。当占空比比较小时,由于脉冲信号边沿抖动比较明显,因此影响输出信号的稳定性,通过匹配电阻R1、R2,可以调节输出信号的稳定性。
[0038]经过匹配电阻的驱动信号分别控制推挽电路的两个功率MOS管Ql和Q2交替导通,当MOS管Ql导通时,MOS管Q2关闭,M0S管Q2导通时,M0S管Ql关闭,电流分别流过空心变压器的两个初级绕组,将能量传输到次级绕组,线圈绕制方向如图3所示。
[0039]串联到变压器初级绕组两端的电阻电容二极管三个元器件的电路用于提高输出信号波形的质量,同时保护MOS管。
[0040]空心变压器次级绕组连接到离子阱,作为选频和放大网络,选取和放大D类推挽式功率放大电路3输出的基频信号,在离子阱极板上得到高压射频信号。[0041 ]为了修正推挽式D类功率放大电路3的非线性性,提高电路的稳定性,为电路添加反馈电路,为了提高电路反馈的作用,在幅度控制模块中添加PID调节模块。
[0042]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种质谱仪用射频电源,包括依次连接的驱动信号发生模块、功率放大电路、升压模块和负载,其特征在于,所述驱动信号发生模块包括信号源、幅度控制信号模块和两个比较器,所述信号源提供幅度固定的可调频率的三角波,分别输入到一个比较器的正端和另一比较器的负端,所述幅度控制信号模块输出的幅度控制信号输入到所述一个比较器的负端,且经过反向的幅度控制信号输入到所述另一个比较器的正端,从两个比较器输出的驱动信号为两路占空比相同、占空比大小可同步调节的、相位差180°的脉冲信号。2.如权利要求1所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述功率放大电路为推挽式D类功率放大电路。3.如权利要求1所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述驱动信号发生模块与所述推挽式D类功率放大电路中的两个MOS管的栅极之间连接有用于提高射频电源的输出稳定性的匹配电阻。4.如权利要求1所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述推挽式D类功率放大电路中两个MOS管的漏极和DC电源之间并联了一对用于改善输出波形质量和保护MOS管的RCD电路,所述RCD电路包括电阻与电容并联连接的RC电路以及与所述RC电路串联的二极管。5.如权利要求1所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述两个比较器与所述功率放大电路之间设置有用于提高信号驱动能力的MOS管驱动芯片。6.如权利要求1至5任一项所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述升压模块包括具有两个初级绕组和两个次级绕组的单层或者多层空心变压器,所述空心变压器的输出端直接连接到作为负载的离子阱上,射频电源工作频率等于所述空心变压器和所述离子阱的谐振频率。7.如权利要求6所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述功率放大电路为推挽式D类功率放大电路,所述推挽式D类功率放大电路中的两个MOS管的漏极分别连接所述空心变压器的两个初级绕组的一端,所述两个初级绕组的另一端共同接到DC电源的正极,其中所述两个初级绕组的与所述两个MOS管的漏极相连的端互为绕组异名端。8.如权利要求7所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述两个次级绕组与所述两个初级绕组同向绕制,所述两个次级绕组的一端分别连接到所述负载,所述两个次级绕组的另一端共同接地,其中所述两个次级绕组的与所述负载相连的端互为绕组异名端。9.如权利要求1至8任一项所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述负载与所述幅度控制信号模块之间设置有用于修正射频电源的非线性性和提高射频电源的稳定性的反馈电路。10.如权利要求8所述的质谱仪用射频电源,其特征在于,所述幅度控制信号模块中设置有基于所述反馈电路的反馈进行信号调节的PID调节模块。
【文档编号】H02M1/00GK105932859SQ201610339754
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】倪凯, 石祖华, 张愈其, 许文超, 唐飞, 余泉, 钱翔, 王晓浩
【申请人】清华大学深圳研究生院
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