一种质谱仪可调射频电源电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种质谱仪可调射频电源电路，通过调节该电路中受控电压源的输出电压和信号源的射频频率，使质谱仪能够获得不同的离子质荷比。
【背景技术】
[0002]质谱仪是一种化学分析仪器，用于分子质量精确测定与化合物分析。射频电源是其电路部分的核心部件。射频电源是质谱仪的四极杆、离子阱或者离子引导部分的驱动电源。其输出高频的交流电源，在质谱仪四级杆、离子阱或者离子引导部分的周围产生交变电场，质谱仪通过电场或磁场控制离子并监视产物运动来获得离子的质荷比。
[0003]目前使用较多的射频电源都是采用触发器、电感电容震荡产生高频信号，输出单一频率且幅值固定的高频高压电源。这种射频电源用于质谱仪中，只能获得在单一条件下的离子质荷比，如果需要测试其他条件下的质荷比则需要更换射频电源组件，流程繁琐并且增加了实验成本，浪费大量的时间。实际测试中为了提高测量数据的有效性，通常需要知道测试样品在何种频率、何种电压下产生的信号较强，离子质荷比的相对强度较高，从而得到更加精准有效的实验数据，为后期的理论分析提供便利。
【发明内容】
[0004]本发明是为了克服现有技术中存在的不足之处，提供了一种输出电压和频率可以调节的射频电源，并且所述射频电源结构简单、稳定性好。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0006]本发明一种质谱仪可调射频电源电路包括可编程信号源电路、驱动电路、射频变压电路、阻抗变换电路、受控电压源电路。其特征在于可编程信号源电路的输出端与驱动电路的输入端相连接，驱动电路的输出端与射频变压电路的输入端相连接，射频变压电路的输出端一路与阻抗变换电路的输入端相连接，另一路与负载相连接，阻抗变换电路的输出端与受控电压源电路的反馈端相连接，受控电压源电路的电压输出端与射频变压电路的电源输入端相连接，每块电路均由直流电源供电。可编程信号源电路输出高频信号，经驱动电路放大后去驱动射频变压电路的开关管，开关管的通断会使与之相连的高频变压器初级产生周期性的电流变化，该变化的电流经射频变压器耦合至次级输出，同时送至阻抗变换电路。阻抗变换电路将高压交流信号转换成低压直流信号并送至受控电压源的反馈端。射频变压电路的输出端与负载相连，为负载提供高压射频电压。射频电源可通过软件编程改变信号源的频率，通过电位器调节受控电压源的输出电压，从而达到控制射频电源频率和供电电压的目的。本发明相对于传统射频电源，利用可编程控制器实现了频率调节，利用以受控电压源电路和阻抗变换电路为核心的反馈电路实现射频电源可调稳压输出。
[0007]与现有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0008]1、本发明中可编程信号源电路采用CPLD，通过软件编程实现输出频率可变的高频方波信号，从而使射频电源能够产生精准的、频率可调的高频信号。
[0009]2、本发明驱动电路采用高速MOS管驱动芯片驱动射频变压电路的MOS管，增强了MOS管的驱动能力,输出信号稳定,简化了电路。
[0010]3、本发明受控电压源采用的是开关稳压器，输出稳定的可调电压，通过调节电位器阻值的大小来调节开关稳压器输出电压，从而调节射频电源的供电电压，以达到调节射频电源输出电压的目的。
[0011]4、本发明将射频变压电路输出的高压射频电源经过阻抗变换电路反馈到受控电压源电路，受控电压源电路通过调节射频变压电路供电电压的占空比，从而调节射频电源的输出电压，使其输出保持稳定。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的射频电源结构示意图；
[0013]图2为本发明的射频电源电路原理图；
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0015]在图1中，可编程信号源电路的输出端与驱动电路的输入端相连接，驱动电路的输出端与射频变压电路的输入端相连接，射频变压电路的输出端一路与阻抗变换电路的输入端相连接，另一路与负载相连接，阻抗变换电路的输出端与受控电压源电路的反馈端相连接，受控电压源电路的电压输出端与射频变压电路的电源输入端相连接，每块电路均由直流电源供电。
[0016]正常工作中，可编程信号源电路输出高频信号，经驱动电路放大后去驱动射频变压电路的开关管，开关管的通断会使与之相连的高频变压器初级产生周期性的电流变化，该变化的电流经射频变压器耦合至次级输出，同时送至阻抗变换电路。阻抗变换电路将高压交流信号转换成具有较强驱动能力的低压直流信号并送至受控电压源的反馈端。射频电源通过软件编程改变信号源的频率，通过电位器调节受控电压源的输出电压，从而达到控制射频电源频率和供电电压的目的。射频变压电路的输出端与负载相连，从而达到控制射频电源输出电压的目的。
[0017]在图2中，可编程信号源电路是由是CPLD及其外围电路组成，软件上对CPLD编程，设定输出500KHz到1.5MHz的高频方波信号，所述高频方波信号的频率可变。
[0018]驱动电路由电阻Rl、R2、电容Cl、驱动芯片及其外围电路组成。CPLD输出信号的高电平电压为3.3V，无法直接驱动MOS管U1，本发明将CPLD产生的频率可调方波通过高频MOS管驱动芯片FAN3100进行放大，从而驱动MOS管Ul。电容Cl和电阻R2构成加速电路，可以使射频变压电路中的MOS管迅速导通和关闭。
[0019]射频变压电路由电阻R3、R4、R5、二极管D1、电容C2、MOS管Ul、和耦合变压器Tl组成。电路MOS管Ul采用高频MOS管FDD7N20作为驱动对高频信号进行功率放大。MOS管Ul工作在开关模式，驱动耦合变压器Tl，变压器Tl将高频直流信号转化成高频高压交流信号输出给负载。当MOS管Dl截止时，续流二极管Dl为耦合变压器Tl的初级提供放电回路，保护MOS管。电阻R4、R5起到限流作用。耦合变压器Tl采用镍锌材质的磁环变压器，可将耦合变压器的初级电压耦合至次级，输出600?800V的电压。
[0020]阻抗变换电路由电阻R6、R7、R8、R9、RlO、电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、整流桥D2和运算放大器U2组成。阻抗变化电路将滤波耦合变压器Tl输出的射频电压经过高压电容C3、C4、C5、C6和整流桥D2和由C7、C8、LI构成的Ji型滤波器整流滤波后得到直流电压信号，经过负反馈电路反馈到受控电压源电路的电压反馈端，对射频电压进行阻抗匹配。射频电压经过整流滤波后转化成直流低压信号输入到以运算放大器LM358为核心的差分放大电路中，当差分放大电路负输入端有偏差存在时，输出端输出一个经过放大的偏差电压给受控电压源电路电压反馈端，对输入偏差进一步调节，并可有效抑制共模干扰电压的影响。
[0021]受控电压源电路由电阻R11、R12、R13、R14、R15、电容C9、C1、C11、电感L2、二极管D3、保险丝Fl和开关稳压器U3组成。受控源电路是以开关稳压器LM2576为核心，起到稳压和调压的作用。阻抗变换电路输出端连接到受控电压源电路的电压反馈端，受控电压源电路的输出电压接到射频电压模块的电源输入端，射频电压模块的电压输出端一路接到阻抗变换电路的输入端，构成了电压反馈，受控电压源电路通过检测反馈端电压使射频电源输出射频电压保持稳定；射频电压模块的电压输出另一路与负载相连接。射频变压电路的电源电压的大小影响到射频电源的输出电压，通过调节电位器R13可以调节受控电压源电路的输出电压，从而调节射频电源输出的射频电压的大小。
【主权项】
1.一种质谱仪可调射频电源电路，包括可编程信号源电路、驱动电路、射频变压电路、阻抗变换电路、受控电压源电路，其特征在于可编程信号源电路的输出端与驱动电路的输入端相连接，驱动电路的输出端与射频变压电路的输入端相连接，射频变压电路的输出端一路与阻抗变换电路的输入端相连接，另一路与负载相连接，阻抗变换电路的输出端与受控电压源电路的反馈端相连接，受控电压源电路的电压输出端与射频变压电路的电源输入端相连接，每块电路均由直流电源供电。
2.如权利要求1所述的质谱仪可调射频电源电路，其特征在于，所述射频变压电路采用高频磁环作为耦合变压器，输出射频电压经过由阻抗变换电路、受控电压源电路构成的负反馈回路后反馈到射频变压电路的电源输入端。
3.如权利要求1所述的质谱仪可调射频电源电路，其特征在于，所述可编程信号源电路为可编程逻辑控制器件，输出频率、脉宽可调的高频方波信号。
【专利摘要】本发明公开了一种质谱仪可调射频电源电路，由可编程信号源电路、驱动电路、射频变压电路、阻抗变换电路、受控电压源电路构成，其特征在于可编程信号源电路输出高频信号，经驱动电路放大后去驱动射频变压电路的开关管，开关管的通断会使与之相连的高频变压器初级产生周期性的电流变化，该变化的电流经射频变压器耦合至次级输出。次级输出的高压一路送至负载四级杆，为其提供高压射频电压。另一路送至阻抗变换电路。阻抗变换电路将高压交流信号转换成低压直流信号并送至受控电压源的反馈端。射频电源可通过软件设定信号源的频率并通过电位器调节受控电压源的输出电压，以达到控制射频电源频率和输出电压的目的。
【IPC分类】H02M7-537
【公开号】CN104682755
【申请号】CN201310638775
【发明人】吕昱洲, 黄伟
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月29日