CN104094378A - 质谱仪阴极的电压供应装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于质谱仪阴极的电压供应的简化装置，包括推挽式变压器，其中除标准整流二极管(7、9)之外，还提供受控整流器(8、10)。该第一晶体管(8)的栅极与变压器的第二输出(30)连接，以及该第二晶体管(10)的栅极与变压器的第一输出(32)连接。电压供应装置由至少一个电压倍增器构成，通过电容(13、14、15)连接到该变压器的输出和尤其是供给发射电流测量装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种质谱仪的离子源的电压供应装置，以及尤其是涉及一种质谱仪阴极的电压供应装置。
背景技术
质谱仪用于分析气体及获得尤其是在泄漏侦测装置中的应用。通过电场使从热阴极所发出的电子加速。在该过程中，产生电极电流，其通过电极使处于气相的待测物质离子化及提供给分析仪。电场在阴极与阳极之间产生。对于质谱仪阴极的电压供应，需要可靠地产生具有最少干扰成分的预定发射电流，其通过改变用作致动器的阴极的加热电压来实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质谱仪阴极的电压供应装置，该装置应当具有最少数量的元件及具有低的功率消耗。
根据本发明，上述目的通过具有权利要求1所限定的特征的装置来实现。
因此，在开关电源中，施加初级侧输入电压给变压器。在次级侧，该变压器具有两个输出接头和输出侧中间接头。施加互相相反的输出电压(亦即，彼此具有180°相位差的输出电压)到该变压器的两个输出接头。如果施加正输出电压到该第一输出接头，则施加相同但是为负的输出电压到该第二输出接头。该变压器的两个输出接头的每一个均直接连接到二极管。为了增加效率，以相当于受控整流器的方式设置数个与这些二极管并联的晶体管，其中如果是两个N沟道晶体管，一个二极管的阴极直接连接到该第一变压器输出，以及该第二二极管的阴极直接连接到该第二变压器输出。如果是P沟道晶体管，以对应的方式，一个二极管的阳极连接到该第一变压器输出，以及另一个二极管的阳极连接到该第二变压器输出。换句话说，也就是该两个二极管的互相对应接头分别直接连接到该变压器的不同输出。
在该两个二极管的每一个中，恰好与晶体管以并联的方式连接，其中根据本发明，一个晶体管的栅极直接连接到该第一输出接头，以及该第二晶体管的栅极直接连接到该变压器的另一输出接头。
这些二极管用于整流变压器输出电压，其中以并联方式连接到这些二极管的晶体管可有效地改善电路的效率。
优选地，基于此目的，晶体管的漏极接头直接连接到该第一变压器输出，以及另一个晶体管的漏极接头直接连接到该第二变压器输出。该两个晶体管的源极接头可相互连接及直接耦接到与该变压器相反的且没有直接连接到该变压器的接头。因此，如果是P沟道晶体管，这些源极接头连接到二极管的两个阴极，以及如果是N沟道晶体管，它们连接到二极体的两个阳极。较佳地，这些晶体管为P沟道型或N沟道型的场效晶体管。
优选地，滤波电容及扼流线圈在该变压器的中间接头与晶体管的源极接头之间构成低通滤波器。与描述的作为推挽式变压器的变型相比，电路也可设计成为单端流变压器，分别只需要一个晶体管及一个二极管。
依据一个实施例，该电压供应装置用于驱动两个阴极，其作用在于使两个晶体管正好交替地驱动该两个阴极输出接头中的一个。因而，用于这些阴极接头的交替控制的传统继电器可以省略。进一步，相对于使用传统的开关继电器，通过使用这些晶体管可更可靠地且快速地实施驱动。
优选地，在至少一个电压倍增器的协助下，在施加到两个变压器输出的输出电压中的至少一个中产生另一个直流电压。两个变压器输出的每一个正好分配一个电压倍增器，其中该电压倍增器可通过隔离电容连接到各个输出。该直流电压可：
a)作为给质谱仪产生电子能量(阳极电压)的供应；
b)用于给驱动该两个阴极接头的晶体管产生供电电压；和/或
c)作为用于测量和/或控制该发射电流的测量电路的电源。
该发射电流为离子源内从该阳极流到各个接通的阴极的电流，其中通过阳极与阴极间的电压差提供电子能量。优选地，在脉冲宽度调制的协助下传送该发射电流。
附图说明
以下，将结合附图来更详细说明本发明的示范性实施例。
图1示出了设计成推挽式变压器的电压供应装置的示意图；以及
图2为图1的详细的视图。
具体实施方式
变压器1在初级侧和次级侧上分别具有3个接头。该变压器的输入电压U1施加到初级接头中的一个。将互相相位移即互相相反的变压器输出电压施加到该第一输出接头32及该第二输出接头30。该第三次级接头设计成输出侧中间接头。以下，该第一输出接头32将称为负输出及该第二输出接头30将称为正输出，也就是说，所获得的输出电压将只观察到一个相位。
该负输出连接到二极管7的阴极。该正输出30连接到二极管9的阴极。两个二极管7、9的阳极彼此连接。
N沟道场效晶体管的形式的晶体管8、10以并联方式连接到两个二极管7、9的每一个。在这个设置中，两个晶体管8、10的源极接头分别连接到该两个二极管的阳极。该第一晶体管8的漏极接头连接到该负输出，以及该第二晶体管10的漏极接头连接到该正输出30。该第一晶体管8的栅极接头连接到该第二晶体管10的漏极接头和该正输出30。该第二晶体管10的栅极接头连接到该第一晶体管8的漏极接头及该负输出32。因此，在此时，晶体管8处于导通状态，而晶体管10是截止的。
如果是P沟道晶体管8、10，仅需要使这些二极管的反向，从而该两个二极管7、9的阴极彼此连接及二极管的阳极连接到变压器1的各个不同输出30、32。
根据本发明，从变压器1的相同变压线圈产生用于检测、控制及产生用于阳极-阴极发射的电子能量的供应电压。如果存在较高的阴极加热电流，由受控整流器8、10来支持整流，在该推挽式变压器中，受控整流器8、10由各个其它路径的变压输出电压直接控制。用于整流输出32的受控整流器8直接由该变压器输出30控制。在那些期间，当该变压器输出电压接近零伏特时，电流流过扼流线圈11和流过二极管7、9，扼流线圈11连接到两个晶体管8、10的源极接头。
因为适于阴极的变压器输出的电压通常是低的，所以在电压倍增器16、17的协助下使该电压具有所需的值U3是可取的。基于此目的，本发明令电压倍增器16、17分别通过各个隔离电容13、14连接到该变压器1的正输出30及负输出32。图2是由二极管33及34所形成的简单电压倍增器的示意图。在这些电压倍增器16、17的输出，拾取直流电压U3可用于例如提供电压产生装置18，该电压产生装置18用于产生阳极电压UA。可选地，或此外，直流电压U3可用于供应给电压供应装置21，该电压供应装置21通过光耦合器22传送两个晶体管19、20的栅极电压的信息，晶体管19、20交替驱动两个单独的阴极接头Kat1、Kat2。
上述设置中，两个晶体管19、20的漏极接头分别连接到该变压器的中间接头31，如果是N沟道晶体管，该中间接头31为该阴极供应电压的正极。晶体管19、20的栅极接头连接到该电压供应装置21。晶体管19的源极接头连接到该第二阴极接头Kat2，以及晶体管20的源极接头连接到该第一阴极接头Kat1。这些阴极接头Kat1、Kat2可分别连接一个阴极，该阴极的相反极连接到共同阴极接头Kat。可通过使用各个晶体管19、20以直流电压加热的简单方式来实施这些阴极的切换。特别地，如果是多个阴极接头，即两个以上的阴极接头，同样可分别通过一个晶体管来实现这些阴极接头的驱动。
该发射电流将在该离子源内从阳极电压UA的接头流到目前接通的阴极Kat1及Kat2的接头及流到该共同阴极接头。平均阴极电位通过电阻27、28来映射，发射电流在电阻26及29造成的电压降也包括在内。在该质量电位的发射电流附近，信号评估单元25，优选地为处理器组件，通常保持在该质量电位，在电阻26、29上造成电压降的发射电流通过在脉冲宽度调制转换器23内转换成PWM信号来形成。该PWM信号将通过光电耦合器24传送到质量相关信号评估单元25。在那里通过使用微处理器，该PWM信号被转换成数值，该数值与该发射电流成比例。这样，在所获得的数值和软件的协助下，可控制该发射电流。
控制变量为开关电源4的占空比并可直接从该处理器产生。在图示说明的实施例中，通过在数字/模拟转换器6及开关电源IC(集成电路)4的协助下形成的模拟输出来产生该控制变量。在这方面，可利用在该开关电源IC中实现的电流限制。基于此目的，使用电阻5作为限流电阻。产生该电子能量只需要升压式转换器18，该转换器通常从该隔离供应电压U3产生约70至100V的电压。
通过容性耦合到由电容13、14、15构成的变压器来供给至少分别由两个整流器所构成的电压倍增器16、17，以及如第2图所示，它们容许对直流电流绝缘的连接。电压供应的直流电压绝缘可无误差地评估该发射电流，该发射电流在由元件7、8、9及10所构成的整流器的功率输出流入该有源阴极。电压倍增器优选地分别连接到两个变压器输出30、32，从而实现载流量的增加及波纹的减少。进一步，减少了可能损坏该有源整流器的变压器中的峰值。
Claims (10)
1.一种质谱仪阴极的电压供应装置，该装置包括:
提供有输入电压(U1)的变压器(1)，该变压器具有至少一个第一输出(30)和/或第二输出(32)及输出侧中间接头(31)，
至少两个二极管(7、9)，通过它们的互相对应接头，即阴极或阳极，连接到该变压器(1)的不同输出(30、32)，该第一二极管(7)的接头连接到该第一输出(32)及该第二二极管(9)的接头连接到该第二输出(30)，分别给每个二极管(7、9)提供第一(8)和第二(10)晶体管，该第一(8)及第二(10)晶体管分别并联于各个二极管，以及每个晶体管(8、10)的源极接头连接到相应的二极管(7、9)的与该变压器(1)相反的接头，其特征在于:
该第一晶体管(8)的栅极连接到该变压器(1)的第二输出(30)及该第二晶体管(10)的栅极连接到该变压器(1)的第一输出(32)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该第一晶体管(8)的漏极接头连接到该变压器(1)的第一输出(32)及该第二晶体管(10)的漏极接头连接到该变压器(1)的第二输出(30)。
3.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于在该变压器(1)的输出侧中间接头(31)和晶体管(8、10)的源极接头之间设置有由滤波电容(12)及扼流线圈(11)所构成的低通滤波器。
4.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于，为了供给两个阴极，该装置设有用于该两个阴极的每一个的各个输出(Kat1、Kat2)，其中用于交替地驱动该两个阴极接头(Kat1、Kat2)的两个晶体管(19、20)连接到该变压器(1)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于每个阴极接头(Kat1、Kat2)连接到该两个晶体管(19、20)中的至少一个的源极接头，其中当施加到各个栅极接头的晶体管电压超过施加到源极接头的阴极电压时，晶体管(19、20)驱动相关阴极接头(Kat1、Kat2)。
6.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于由至少一个电压倍增器(16、17)从施加到该变压器(1)的第一输出(32)和/或第二输出(30)的输出电压产生直流电压(U3)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于该至少一个电压倍增器由至少两个整流器(16、17)所构成，通过隔离电容(13、14)连接到该变压器(1)的两个输出接头(30、32)中的一个，从而提供主动路径，以及通过电容(15)连接到二极管(7、9)的与该变压器(1)的相反的接头，从而提供参考路径。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于该直流电压(U3)用于：
供给产生两个晶体管(19、20)的栅极电压的电压供应装置(21)，和/或
供给产生该质谱仪的阳极电压(UA)的电压供应装置(18)，和/或
供给测量各个有源阴极(Kat1、Kat2)的发射电流的测量电路(23)。
9.如前述权利要求任一项所述的装置，其特征在于以脉冲宽度调制(PWM)的形式提供用于测量各个有源阴极(Kat1、Kat2)的发射电流的测量电路(23)。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于穿过两个第一电阻(26、29)的发射电流逐渐减少，该两个第一电阻串联于该中间接头(31)和两个二极管(7、9)的与该变压器(1)相反的接头之间，以及通过相互串联的且与该第一电阻(26、29)并联的两个电阻(27、28)来平均该发射电流。
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