用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源的制作方法

[0001]
本发明涉及三重四极质谱离子光学系统，具体说是三重四极质谱仪质量分析器中离子透镜的新型电源。


背景技术：

[0002]
三重四极质谱仪由于具有高灵敏度、分析速度快、样品用量少等特点，因此作为常规的定量分析仪器，被广泛的应用在军事侦察、核工业、公安工作、及环境科学领域。三重四极质谱仪质量分析器中对待检测的离子施加直流电压,该电压为待检测离子提供径向牵引的力,保证离子簇能够顺利进入离子检测器,检测离子簇的强度。进入到四级杆分析器的离子簇为正离子时，离子透镜供电系统会施加负电压，该负电压将牵引正离子簇径向运动；当离子簇为负离子时，离子透镜供电系统会施加正电压，该正电压将牵引离子簇在质量分析器中做径向运动。
[0003]
三重四级杆质量分析器中包含以下位置：q0杆、q1杆、q2杆以及q3杆，在筛选离子簇的过程中，每个四极杆承担的任务不同，所需要施加的电场力也相应有变化，因此离子透镜供电系统除了正负极性切换之外，还需要在四级杆质量分析器中提供不同的直流电压，在质量分析器不同的位置上，待检测的离子所需的径向牵引力不同，因此透镜电源所施加的直流电压也不同。
[0004]
本项目前期采用的供电方式为，首先开关电源产生不同的高压直流，然后这些高压直流作为线性可调电源的偏执电压，最终通过线性可调电源产生不同的直流电压，这些直流电压最终加载到四极杆分析器的不同位置，为待检测离子簇提供径向的牵引力。
[0005]
现有技术采用的开关电源，用场效应管rf510作为开关器件，通过控制场效应管栅极的通断，在场效应管的漏极产生小的交流电压，采用用不同变压比的变压器将场效应管产生的幅值较小的交流电压，升压到550v和270v的高压直流，然后将高压直流作为线性可调电源的偏置电压，为线性电源供电，最终线性可调电源产生不同幅值的电流电压，这些直流电压加载到质量分析器的不同位置，为待检测的离子簇提供径向牵引的力。这种方法需要变压器提供较高的变压比，而高的变压比需要在次级线圈缠绕的匝数也会相应增多，变压器在整个回路中属于感性负载，感性负载引起的信号反射，反射信号为尖峰脉冲，这些不必要的尖峰脉冲将会叠加在550v和270v的高压直流上，带尖峰脉冲的直流高压作为下一级线性可调电源的直流偏置，最终会影响到离子透镜的供电质量。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源，克服开关电源引起的感性负载反射，消除感性负载带来的尖峰脉冲。
[0007]
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0008]
一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源，包括pwm控制器、场效应管、滤波整流电路，直流供给电路与场效应管相连，场效应管前端与pwm控制器相连，pwm控制器
还与开关电源前级保护及控制电路相连，场效应管与滤波整流电路之间依次设有变压器、尖峰脉冲吸收电路和倍压整流电路。
[0009]
本发明的关键在于减小加载到直流电压的尖峰脉冲，产生尖峰脉冲的根本原因是，感性负载带来的反射，而电路中绕线式变压器是最大的感性负载，本发明首先减小变压比，即减少次级绕组的匝数，从而降低感性负载的阻抗；其次，在变压器次级线圈的后级引入尖峰脉冲吸收电路，尖峰脉冲吸收电路包括电感线圈、与电感线圈相连的第一二极管、相并联的电阻、电容、第二二极管，电感线圈设置在电容和第二二极管之间。
[0010]
若场效应管irl510关断，蓄积在变压器中的漏磁以及励磁中的能量通过二极管d1经电容放电，使吸收电容c1电压反向，因此变压器由电容c1电压消磁。
[0011]
进一步的，本发明在吸收电路的后级加入倍压整流电路，使变压器产生的幅值较小的交流电压，通过倍压整流电路生成所需的高压直流，引入倍压整流电路的目的是减小变压器的次级绕线匝数，从而减小电路中的感性负载，最终减小感性负载带来的尖峰脉冲影响。
[0012]
进一步的，根据所需要的电压值，可以选择倍压倍数，即选择二极管和电容的数量，本发明采用的二极管为反向耐压高且快速恢复的肖特基二极管r2000f。
[0013]
本发明在倍压整流电路的后级引入滤波整流电路，使得到的直流电压更加平滑，并由传统的单一变压器升压，改进为采用变压器和倍压整流电路混合组成的升压电路，在降低了变压器感性负载的同时，引入了尖峰脉冲吸收电路和倍压整流电路，大大减小了最终产生的直流高压的尖峰脉冲，应用在三重四极杆质谱仪中，大大的提升了质谱仪的筛选离子簇能力，提高了透镜电源的性能，从而提升了仪器的稳定性指标。
附图说明
[0014]
图1为本发明实施提供的一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源的结构示意图；
[0015]
图2为本发明实施提供的一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源中尖峰脉冲吸收电路的电路图；
[0016]
图3为本发明实施提供的一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源中倍压整流电路的电路图。
具体实施方式
[0017]
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0018]
如图1所示，一种用于三重四极质谱仪离子光学系统的新型电源，包括pwm控制器、场效应管、滤波整流电路，直流供给电路与场效应管相连，场效应管前端与pwm控制器相连，pwm控制器还与开关电源前级保护及控制电路相连，场效应管与滤波整流电路之间依次设有变压器、尖峰脉冲吸收电路和倍压整流电路。
[0019]
本发明的关键在于减小加载到直流电压的尖峰脉冲，产生尖峰脉冲的根本原因是，感性负载带来的反射，而电路中绕线式变压器是最大的感性负载，本发明首先减小变压比，即减少次级绕组的匝数，从而降低感性负载的阻抗；其次，在变压器次级线圈的后级引入尖峰脉冲吸收电路，如图2所示，尖峰脉冲吸收电路包括电感线圈、与电感线圈相连的第
一二极管、相并联的电阻、电容、第二二极管，电感线圈设置在电容和第二二极管之间。
[0020]
若场效应管irl510关断，蓄积在变压器中的漏磁以及励磁中的能量通过二极管d1经电容放电，使吸收电容c1电压反向，因此变压器由电容c1电压消磁。采用的lcr吸收电路，一般不消耗能量。
[0021]
本发明在吸收电路的后级加入如图3所示的倍压整流电路，使变压器产生的幅值较小的交流电压，通过倍压整流电路生成所需的高压直流，引入倍压整流电路的目的是减小变压器的次级绕线匝数，从而减小电路中的感性负载，最终减小感性负载带来的尖峰脉冲影响。
[0022]
进一步的，根据所需要的电压值，可以选择倍压倍数，即选择二极管和电容的数量，本发明采用的二极管为反向耐压高且快速恢复的肖特基二极管r2000f。
[0023]
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。