CN112868173B - 波形生成器 - Google Patents

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Abstract

一种波形生成器(10)，其包括开关(13)。波形生成器(10)包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器(15)。初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关(13)的第二端子。波形生成器(10)还包括控制器(11)，该控制器被设置成向开关提供驱动信号，以使开关在导通状态和断开状态之间进行切换。控制器(11)被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器(10)所生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者。可以在DC电压源的电压电平保持恒定时调节驱动信号的频率。可以响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率。

Description

波形生成器
技术领域
本发明旨在涉及波形生成器。该波形生成器包括开关。所述波形生成器包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器。所述初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关的第二端子。
背景技术
在现有的系统中，可以以固定频率(例如25兆赫(MHz))来驱动波形生成器的开关。可以控制到初级侧电路的输入电压，从而对输出波形的生成进行控制。
在操作中，可能需要波形生成器来生成具有特定分散场的波形。这对于用于为离子过滤装置(例如场非对称离子迁移谱仪(Field Asymmetric Ion MobilitySpectrometer，FAIMS))生成波形的波形生成器而言是尤其必要的。所述分散场对波形生成器附近的大气压力和温度是敏感的。因此，根据压力和/或温度条件，可能需要改变输入电压以产生期望的分散场。不同的输入电压可能改变波形形状，而这是不期望的。这里，波形形状的改变可能意味着波形的占空比和/或峰值电压的改变。不同的波形形状通常是由开关的电压依赖性效应引起的电容效应所引起的。通常，在高输入/输出波形电压下，开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，MOSFET))具有低电容并给出低占空比。在低输入/输出波形电压下，开关具有高电容并给出高占空比。
发明内容
可以通过在波形生成器电路内的特定位置处添加并联电容器来部分地补偿电容效应。
本发明的目的是提供改进的或至少替代的方式来控制所生成波形的占空比和峰值电压中的至少一者。
根据本发明，提供了如所附权利要求中所阐述的设备和方法。本发明的其它特征将从从属权利要求和以下描述中变得明了。
根据本发明的第一方面，提供了一种波形生成器。该波形生成器包括开关。该波形生成器包括具有初级侧电路和次级侧电路的变压器。初级侧电路具有被设置成导电耦合至DC电压源的第一端子和导电耦合至开关的第二端子。该波形生成器还包括控制器，该控制器被设置成向开关提供驱动信号，以使开关在导通状态和断开状态之间进行切换。控制器被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器所生成波形的峰值电压和占空比中的至少一者。
在一个示例中，控制器被设置成在DC电压源的电压电平保持大致恒定或恒定时调节驱动信号的频率。
在恒定输入电压下改变驱动信号的频率可以致使波形形状的改变。当波形生成器与离子过滤装置一起使用时，波形形状的这种改变例如可以用作化学品识别中的附加轴。例如，可以在第一波形形状设置(例如，最大输入电压电平下的驱动信号的第一频率)处获得分散场(DF)对补偿场(CF)的频谱。可以在第二波形形状设置(例如，最大输入电压电平下的驱动信号的第二频率)处获得DF对CF的另一频谱。这有助于改善化学品之间的选择性。
在一个示例中，控制器被设置成响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率。
需要强调的是，本发明提供了一种控制器。该控制器被设置成响应于DC电压源的电压电平的改变来调节(例如，自动地并且在没有用户输入的情况下)驱动信号的频率。改变频率驱动信号能够使由波形生成器生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者受控。具体地，改变驱动信号的频率具有改变波形的峰值电压和波形的占空比两者的效果。因此，可以调节驱动信号的频率以获得波形的特定期望峰值电压和波形的特定期望占空比中的一者或两者。
本发明能够补偿/校正由DC电压源的电压电平的改变所引起的波形形状的改变。DC电压源的电压电平可以例如随着波形生成器附近的压力和/或温度的改变而改变，以提供特定的分散场值。
控制器可以被设置成随着DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器生成的波形的峰值电压。
波形生成器电路具有公差，这意味着不同的波形生成器单元(具有相同的电路设计)将有问题地生成不同的提供至负载的输出电压。特定负载，特别是诸如场非对称离子迁移谱仪(FAIMS)的离子过滤装置，是对输出电压敏感的。如果不同FAIMS系统的输出电压不同但输出电压非常相似，就通常需要准确地测量输出电压。在现有方法中，通过测量输出电压并通过改变或调节波形生成器的分量以更改输出电压来手动地调谐波形生成器。这是一种手动且耗时的过程。此外，由于调谐分量的公差，这种方法并不理想。然而需要强调的是，本发明提供的控制器改变提供至开关的驱动信号，该驱动信号能够使峰值电压(波形的峰值输出电压)被调节并且调谐到特定值。以这种方式，尽管由于制造公差的差异，多个波形生成器都可以针对特定输入电压(通过使用所有驱动信号的特定的选定的频率)来生成相同的输出电压波形。此调谐过程可以是完全自动化的。
控制器可以被设置成随着DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。有利地，本发明因此能够调节波形的频率，以补偿由开关电容的改变(例如当波形的分散场改变时)所引起的占空比的改变。
在某些应用中，希望保持由波形生成器生成的波形的恒定占空比。所期望的是特定应用包括离子过滤装置，例如FAIMS。然而，大体上，波形的占空比依赖于输入/输出波形电压。这种关系是非线性的，并且主要由于开关(例如，开关可以是FET)的电压相关行为所导致的。本发明能够通过调节开关的驱动信号的频率来控制占空比。这将是与在波形生成器电路中增加并联电容相比更简单、更易于管理且更有效的解决方案。因此，本发明允许占空比保持恒定，同时还使波形的输入和输出电压之间的关系更线性化。
控制器可以被设置成通过随着DC电压源的电压电平的增加而增加驱动信号的频率，并且通过随着DC电压源的电压电平的减小而减小驱动信号的频率来调节驱动信号的频率。因此，本发明可以在低输入/输出波形电压下降低驱动信号的频率，以使占空比线性化并因此使输入与输出电压的关系线性化。
控制器可以被设置成接收DC电压源的电压电平。控制器可以被设置成基于DC电压源的电压电平来确定待提供至开关的驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。
可以基于由波形生成的振荡电场的期望场强来确定所接收的DC电压源的电压电平。
可以基于期望的场强和波形生成器附近的大气压力水平的指示来确定所接收的DC电压源的电压电平。
可以基于期望的场强和波形生成器附近的温度的指示来确定所接收的DC电压源的电压电平。
可以通过确定波形的期望电压以获得期望场强以及通过确定致使波形具有期望电压的DC电压源的电压电平来确定所接收的DC电压源的电压电平。
可以通过将期望场强乘以乘法因数来确定波形的期望电压。
所述乘法因数可以包括波形生成器附近的大气压力水平的指示。
所述乘法因数可以包括波形生成器附近的温度的指示。
所述乘法因数可以包括波形生成器附近的大气压力水平的指示和波形生成器附近的温度的指示这二者。
控制器可以被设置成确定对数据存储装置的访问，从而确定驱动信号的频率。
数据存储装置可以包括函数的参数，该函数限定DC电压源的电压电平与待提供至开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系。电压电平可以是函数的因变量，而驱动频率可以是函数的自变量。该函数可以是多项式函数。控制器可以被操作成使用DC电压源的电压电平和所获得的用于该函数的参数来确定需要提供给开关以实现特定占空比的驱动频率。控制器可以被操作成使用DC电压源的接收电压电平和所获得的该函数的参数，来确定需要提供给开关以实现特定占空比的驱动频率。可以在波形生成器的校准期间确定参数。可以将参数编程到波形生成器的固件中。这些参数也可以在波形生成器的软件中。
数据存储装置可以包括用于驱动信号的多个预定频率值。控制器可以被设置成根据多个预定频率值中的一者来调节驱动信号的频率。
数据存储装置可以包括多个预定频率值和多个电压电平。每个电压电平可以对应于一个预定频率值。控制器可以被设置成接收DC电压源的电压电平并选择对应于DC电压源的电压电平的预定频率值。控制器可以被设置成随着DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。可以选择多个预定频率值中的每一者，使得当DC电压源处于相关联的电压电平时，将具有预定频率值的驱动信号提供至开关，这样，由波形生成器生成的波形的占空比大致上等于恒定值。
控制器可以被设置成当DC电压源处于第一电压电平时调节驱动信号的频率，从而生成具有预定峰值电压的波形。这可以在校准阶段期间执行。
控制器可以被设置成当DC电压源处于第一电压电平时对产生具有预定峰值电压的波形的驱动信号的频率进行存储。控制器可以被设置成将驱动信号的频率存储在数据存储装置中。
控制器可以被设置成确定具有预定峰值电压的波形的占空比。控制器可以被设置成当DC电压源处于第二电压电平时调节驱动信号的频率，从而生成具有所确定的占空比的波形。
控制器可以被设置成当DC电压源处于第二电压电平时对产生具有确定的占空比的波形的驱动信号的频率进行存储。控制器可以被设置成将驱动信号的频率存储在数据存储装置中。
针对DC电压源的多个其它电压电平中的每一者，控制器可以被设置成调节驱动信号的频率，从而将所生成的波形调节成具有与以第一电压电平处的预定峰值电压生成的波形的占空比相同的占空比。作为该过程的结果，获得多个有序对。每个有序对包括DC电压源的电压电平以及使波形具有期望占空比所需的驱动信号的频率。
有序对可以例如存储在数据存储装置中。有序对可以存储在查询表中。因此，数据存储装置可以包括用于驱动信号的多个预定频率值。因此，数据存储装置可以包括多个预定频率值和多个电压电平。每个电压电平可以对应于一个预定频率值。
控制器可以被设置成接收DC电压源的电压电平并选择对应于DC电压源的电压电平的预定频率值。
因此，数据存储装置可以包括限定多个电压电平以及用于生成具有期望占空比的波形的多个对应频率值的查询表。
有序对可以拟合成限定DC电压源的电压电平与待提供至开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系的函数。电压电平可以是函数的因变量，而驱动频率可以是函数的自变量。该函数可以是多项式函数。作为拟合过程的结果确定的函数的参数(系数)可以例如存储在数据存储装置中。在数据存储装置中存储参数可以意味着将参数编程到波形生成器/控制器的固件中。
该开关可以是电压相关开关。因为开关是电压相关的，所以对于波形生成器电路，开关的电容是由于DC电压电平的改变所引起的改变的一部分。电压相关开关可以是场效应晶体管(FET)。变压器可以电耦合至FET的漏极，并且FET的栅极被设置成接收驱动信号。FET可以是MOSFET。电压相关开关可以是硅/混合器件。
波形可以被设置成施加在离子过滤装置两端，并且优选地施加在场非对称离子迁移谱仪(FAIMS)两端。
波形生成器可以被配置成生成两个极性相反的波形，以在负载两端提供电压增益。
初级侧电路可以包括第一电感器。次级侧电路可以包括：感应耦合至第一电感的第二电感器。第一输出区可以导电耦合至负载，第二输出区可以导电耦合至负载。第一电感器可以被设置成导电耦合至第一输出区，从而将两个波形中的第一波形提供至负载。第二电感器可以被设置成导电耦合至第二输出区，从而将两个波形中的第二波形提供至负载。
所述两个波形可以具有在1MHz至100MHz之间的频率，并且可选地具有在10MHz至50MHz之间的频率，并且可选地，所述两个波形具有幅值在0.5V至1500V之间的峰值电压，并且可选地，所述两个波形具有小于50％的占空比。本发明并不限制波形的任何特定频率、波形的峰值电压或波形的占空比。波形的峰值电压可以具有在100V至1500V之间、500V至1500V之间或1000V至1500V之间的幅值。波形的峰值电压可以具有在0.5V至1000V之间、0.5V至500V之间或0.5V至100V之间的幅值。
根据本发明的第二方面，提供一种系统，该系统包括：负载以及如上所述的与本发明的第一方面相关的用于向负载提供波形的波形生成器，其中所述负载可选地是离子过滤装置，并且优选地是场非对称离子迁移谱仪(FAIMS)。
根据本发明的第三方面，提供了控制如上所述的与本发明的第一方面相关的波形生成器的方法。该方法包括：在DC电压源的第一电压电平，调节提供至开关的驱动信号的频率，直到由波形生成器生成的波形具有预定峰值电压。该方法还包括确定利用预定峰值电压生成的波形的占空比。该方法还包括：针对DC电压源的一个或多个其它电压电平中的每一者，调节提供至开关的驱动信号的频率，直到由波形生成器生成的波形具有所确定的占空比。
可选地，该方法还包括存储每个电压电平以及驱动信号的相对应的频率，所述相对应的频率被需求为使得由波形生成器生成的波形具有已确定的占空比。
可选地，每个电压电平和驱动信号的相对应的频率形成有序对。
可选地，该方法还包括：将有序对拟合成限定DC电压源的电压电平与待提供至开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系的函数；以及存储所拟合的函数的参数。
本发明的第三方面大体上涉及用于DC电压源的不同电压电平的所确定的频率值的校准方法，该校准方法致使以期望或所需占空比生成波形。可以将所确定的频率值和电压电平存储在查询表中以用于后续检索。本发明的第一方面更详细地描述了这一点。可以在曲线/函数拟合过程中使用所确定的频率值以确定曲线/函数的参数。本发明的第一方面也更详细地描述了这一点。该方法可以自动地执行，即不需要用户输入。
第一电压电平可以是最大电压电平。在一个示例中，电压电平以从最大电压电平到最小电压电平的增量减小。可以以这些电压电平增量中的每一者来确定用于实现期望占空比的所需的驱动频率。
根据本发明的第四方面，提供了一种控制所附权利要求中任一项中的波形生成器的方法，该方法包括：向变压器施加DC电压；以及向所述开关提供驱动信号，以使开关在导通和断开状态之间进行切换，其中所述驱动信号的频率使得由所述波形生成器生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者得以控制。
在一个示例中，在DC电压源的电压电平保持大致恒定时调节驱动信号的频率。
在一个示例中，响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率，
施加DC电压可以包括将电压电平增量地从起始电压调节到目标电压。对于每个电压增量，该方法可以包括调节驱动信号的频率，从而将波形生成器生成的波形的占空比大致保持在恒定值。增量地调节电压可以包括在多个循环期间增量地调节电压，直到达到目标电压。在每个循环中，电压可以从初始电压增量地调节到最终电压，其中在每个循环之后调节初始电压和最终电压。
附图说明
图1是根据本发明的示例性波形生成器的示意图；
图2是根据现有的波形生成器在两个不同输入电压下生成的两个波形的曲线图；
图3是根据本发明的示例性波形生成器在两个不同输入电压下生成的两个波形的曲线图；
图4是根据现有的波形生成器和本发明的示例性波形生成器在不同输入电压下被提供至波形生成器开关的驱动信号的频率的曲线图；
图5是根据现有的波形生成器和本发明的示例性波形生成器在不同输入电压下生成的波形的占空比的曲线图；
图6是根据现有的波形生成器在两个不同压力和输入电压下生成的两个波形的曲线图；
图7是根据本发明的示例性波形生成器在两个不同压力和输入电压下生成的两个波形的曲线图；
图8是根据本发明的用于校准波形生成器的方法的示例性流程图；
图9是适用于本发明的示例性波形生成器的示意图；
图10是适用于本发明的示例性波形生成器的示意图；
图11是适用于本发明的示例性波形生成器的示意图；
图12是适用于本发明的示例性波形生成器的示意图；
图13是本发明示例的波形生成器可以被设置成向其提供波形的示例性负载的示意图；
图14是适用于本发明的另一示例性波形生成器的示意图；以及
图15是根据本发明的示例性系统的示意图。
具体实施方式
参考图1，其示出了根据本发明的各个方面的波形生成器10的简化示意图。波形生成器10包括控制器11、开关13、和变压器15。变压器15具有初级侧电路和次级侧电路。所述初级侧电路具有第一端子和第二端子，所述第一端子被设置成导电耦合至DC(直流)电压源，所述第二端子导电耦合至开关13。控制器11被设置成向开关提供驱动信号，以使开关在导通状态和断开状态之间进行切换。
控制器11被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器所生成波形的峰值电压和占空比中的至少一者。
在一个示例中，控制器11被设置成在DC电压源的电压电平保持大致恒定时调节驱动信号的频率。
在一个示例中，控制器11被设置成响应于DC电压源的电压电平的改变来调节驱动信号的频率。
参考图2，其示出了在两个不同输入电压下生成的两个波形21、23的示例性曲线图20。利用针对DC电压源的10伏的电压电平来生成第一波形21。利用针对DC电压源的60伏的电压电平来生成第二波形23。在DC电压源的不同电压电平下并不对驱动信号的频率进行调节。相反，在每个电压电平下使用25MHz的固定频率。因此，图2涉及现有的实施方式。在该曲线图中，为便于比较，对电压值进行缩放。
在图2中，可以看出，在DC电压源的电压电平为10伏时生成的波形21的形状与在DC电压源的电压电平为60伏时生成的波形23的形状不同。特别地，可以看出，波形21的“导通”周期大于波形23的“导通”周期，因此这两个波形的占空比不同。此外，波形21和波形23的相对峰值高度不同。这些差异是由开关13的电压依赖电容效应(图1)所导致的。
参考图3，其示出了在两个不同输入电压下生成的两个波形31、33的示例性曲线图30。利用针对DC电压源的10伏的电压电平来生成第一波形31。利用针对DC电压源的60伏的电压电平来生成第二波形33。与图2相反，在DC电压源的不同电压电平下对开关13(图1)的驱动信号进行调节。特别地，在DC电压源的电压电平为10伏时的开关13的驱动频率低于在DC电压源的电压电平为60伏时的开关13的驱动频率。因此，图3涉及根据本发明的实施方式。在该曲线图中，为便于比较，对电压值进行缩放。
在图3中，可以看出，在DC电压源的电压电平为10伏时生成的波形31的形状与在DC电压源的电压电平为60伏时生成的波形33的形状大致相同。特别地，可以看出，波形31的“导通”周期与波形33的“导通”周期大致相同，因此两个波形的占空比大致相同。此外，波形31和波形33的相对峰值高度大致相同。重要的是，随着DC电压源的电压电平改变来调节驱动信号减轻/避免开关13(图1)的电压相关电容效应。
参考图4，其示出了施加至开关13的驱动信号的频率与输入电压的比较的示例性曲线图40。图4中的菱形数据点41示出了根据现有实施方式施加至开关13(图1)的驱动信号的频率对于DC电压源的不同电压电平是如何保持恒定的。图4中的方形数据点43示出了施加至开关13的驱动信号的频率在DC电压源的各种不同电压电平下是如何不同的。特别地，图4示出了随着输入电压的增加而增加驱动频率的示例性实施方式。
参考图5，其示出了所生成波形的占空比与DC电压源的电压电平进行比较的示例性曲线图50。图5中的菱形数据点51示出了在未调节施加至开关13的驱动信号频率的情况下生成的波形的占空比。菱形数据点51示出了在不使用频率调节过程时的占空比如何随着DC电压源电压电平的改变而不期望地改变。图5中的方形数据点53示出了根据本发明的在调节施加至开关13的驱动信号频率的情况下生成的波形的占空比。方形数据点53示出了在使用频率调节过程时的占空比如何在各种不同的输入电压下保持基本恒定。
在本发明的一些实施方式中，可能需要由波形生成器生成的波形来生成特定的折合电场(reduced electric field)。这里，所述折合电场是指E/N比，其中E是电场，N是中性粒子的浓度。折合电场E/N的物理单位被称为汤森德(Townsend，Td)。1汤森德定义为等于10-21Vm2。也即，10的负21次方伏乘以平方米。
重要的是，中性粒子的浓度N定义为N＝P/(Kb×T)，其中P是压力，Kb是玻尔兹曼(Boltzmann)常数，T是温度。这意味着，如果波形生成器附近的压力或温度发生改变，则用于生成具有汤森德值的折合电场所需的电场发生改变。通过改变DC电压源的电压电平来改变电场。换句话说，使用不同的输入电压。
例如，如果将波形生成器移动到压力较低的位置处，则针对N的值会较低。由于这一点，在相同的汤森德值下将需要较小的电场，并且将使用较低电压电平的DC电压源。
参考图6，其示出了在两个不同压力水平下生成的波形61、63的示例性曲线图60。在这两个不同的压力水平下的输入电压是不同的，从而维持大致相同的汤森德值。该波形是在不根据本发明而是涉及现有的布置情况下通过控制开关的驱动频率来生成的。在该曲线图中，为便于比较，对电压值进行缩放。
波形61是在0.5巴(50000帕斯卡)的压力下和15伏的输入电压下生成的。波形63是在1巴(100000帕斯卡)的压力下和30伏的输入电压下生成的。因此，在较低的压力下，在相同的汤森值下需要较小的电场。因此，需要电压生成器来生成较小的输出电压，并因此使用较小的输入电压(DC电压源的电压电平)。
从图6中可以看出，这两个波形具有不同的占空比。此外，两个波形的相对峰值高度不同。在不受任何特定理论约束的情况下，不同的波形形状通常是由杂散电容效应引起的，所述杂散电容效应尤其是由依赖于电压的开关所引起的。
参考图7，其示出了在两个不同压力水平下生成的波形71、73的示例性曲线图70。在这两个不同的压力水平下的输入电压是不同的，从而维持大致相同的汤森德值。此外，开关的驱动频率是根据本发明来控制的。在该曲线图中，为便于比较，对电压值进行缩放。
波形71是在0.5巴(50000帕斯卡)的压力下和15伏的输入电压下生成的。波形73是在1巴(100000帕斯卡)的压力下和30伏的输入电压下生成的。从图7中可以看出，这两个波形具有大致相同的占空比和大致相同的相对峰值高度。这突出了通过根据本发明来调节驱动信号频率所提供的益处。在不受任何特定理论约束的情况下，对驱动信号频率进行调节被认为是可以减轻/抵消特别是由电压相关的开关所引起的杂散电容效应。
应当理解，对于温度的改变可以单独地或另外地需求对驱动信号的频率进行调节。这是因为温度也影响用于维持特定汤森德电平所需的电场。大多数预期的波形生成器将在固定的气体温度下操作。这通常是因为由波形生成器驱动的负载的气体温度是独立于外部温度进行操作的，并且该气体温度通常总是比外部温度更热。然而，如果气体温度改变，则驱动信号的频率也可被调节，以保持恒定的汤森德电平。
在示例性实施方式中，可以在校准过程期间预先确定在特定输入电压下使用的驱动频率的值。该校准过程大体上涉及将DC电压源的电压电平设置为第一电压电平。然后控制器调节驱动信号的频率，直到达到用于波形的期望峰值输出电压。确定在期望峰值输出电压下的用于该波形的占空比。然后DC电压源步进到多个不同的电压电平，并且在这些电压电平中的每一者下调节驱动信号的频率，直到占空比与所确定的占空比相同。该校准过程致使对于DC电压源的多个电压电平的确定以及用于在这些电压电平下获得所确定的占空比所需的驱动信号的对应的多个频率值。这些所确定的值可以存储在查询表中或可以在曲线拟合过程中使用，如下面更详细描述的。
图8示出了根据本发明的示例性校准方法的流程图。
步骤81包括：将DC电压源的电压电平设定为最大输入电压电平(例如60V)。这里，“最大输入电压电平”是指DC电压源的最大期望电压电平。该最大输入电压电平可以不与DC电压源的实际或理论最大输入电压电平相同，而是可以由用户来设定。所述最大输入电压电平可不要求为60V，其可以小于(例如40V)或大于(例如100V)60V。
步骤82包括：控制器调节被提供至开关的驱动信号的频率，直到达到具有期望输出电压电平(例如500V)的波形。同样，所述期望输出电压电平可以由用户指定。其不要求为500V。其可以小于(例如175V)或大于(例如1000V)500V。测量所生成波形的占空比。用于该输入电压电平的驱动信号的频率存储在数据存储装置中。
步骤83包括：将DC电压源的电压电平降低一个增量(例如降低到50V)。可以使用任何增量，例如10V、5V、1V。
步骤84包括：调节驱动信号的频率，直到所生成的波形的占空比与在步骤82中生成的波形的占空比相同。用于该输入电压电平的驱动信号的频率存储在数据存储装置中。
步骤85包括：确定DC电压源的电压电平是否处于最小电压电平(例如10V)。这里，“最小输入电压电平”是指DC电压源的最小期望电压电平。该最小输入电压电平可以不与DC电压源的实际或理论最小输入电压电平相同，而是可以由用户来设定。该最小输入电压电平可不要求为10V，其可以小于(例如1V)或大于(例如20V)10V。
如果电压电平不是最小电压电平，则重复步骤83和步骤84直到达到最小电压电平。每个输入电压电平所需的驱动信号的频率存储在数据存储装置中。
步骤86包括：将所获得的频率和输入电压电平数据拟合成曲线。具体地，先前的步骤82至步骤85将产生多个有序对(输入电压电平，驱动频率)，所述多个有序对被拟合成限定DC电压源的电压电平与待提供至开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系的函数。电压电平可以是函数的因变量，且驱动频率可以是函数的自变量。该函数可以是多项式函数。被确定为拟合过程的结果的函数的参数(系数)可以例如存储在数据存储装置中。在数据存储装置中存储参数可能意味着该参数被编程到波形生成器/控制器的固件中。可以使用本领域熟知的任何曲线/函数拟合过程。一个特定的示例是最小二乘法拟合。
步骤87：利用经拟合曲线的参数(例如限定所述曲线的多项式函数的系数)来对波形生成器的固件进行编程。波形生成器的控制器利用经拟合曲线的参数能够确定任何所需的DC电压源的电压电平、将波形的占空比调节为所需值而所需的驱动信号的频率。
应当理解，在所有示例中可以不需要步骤86和步骤87。具体地，波形生成器可以简单地将在步骤81至步骤86中使用的每个DC电压电平下的驱动频率存储在查询表中，该查询表随后可由控制器访问以确定在DC电压源的特定电压电平下使用哪个驱动频率。应当理解，如果波形生成器仅旨在对应于步骤81至步骤86中使用的输入电压电平的特定输入电压电平下操作，或者如果在步骤81至步骤86中使用非常多的输入电压电平，则该方法将是足够的。
图9示出了适用于本发明的示例性波形生成器100的电路图。波形生成器100是非对称波形生成器100并且包括场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)105，该场效应晶体管105连接至变压器的初级绕组101。该变压器具有两个彼此电耦合并且接地G的次级绕组103、104。两个次级绕组103、104感应耦合至变压器的初级绕组101。变压器被配置成传递两个极性相反的波形113、114，以提供波形电压增益。更详细地，DC电压源109向初级绕组101施加直流电压，并且驱动信号使FET在导通状态和断开状态之间切换，从而在初级绕组侧生成波形111。初级绕组101和两个次级绕组103、104之间的感应耦合致使在次级绕组侧生成两个极性相反的波形113、114。两个波形113、114被提供到负载107两端。对于产生的两个相反极性的波形113、114，两个波形113、114在负载107两端提供电压增益。
根据本发明还提供有控制器(未示出)。控制器根据上述方法来调节被提供至开关的驱动信号的频率。
图10示出了适用于本发明中使用的另一波形生成器200。波形生成器200被配置成生成两个极性相反的波形211、213，从而在负载207两端提供电压增益。波形生成器200包括初级侧电路，该初级侧电路包括第一电感器201。波形生成器200包括次级侧电路，该次级侧电路包括第二电感器203、导电耦合至负载207的第一输出区231和导电耦合至负载207的第二输出区233。第二电感器203被设置成感应耦合至第一电感器201。也就是说，第二电感器203被定位成靠近第一电感器201，使得在第一电感器201和第二电感器203之间存在感应耦合。
第一电感器201导电耦合至第一输出区231，从而将两个波形211、213中的第一波形211提供至负载207。第二电感器203导电耦合至第二输出区233，从而将两个波形211、213中的第二波形213提供至负载207。在该示例中，第一输出区231和第二输出区233是导电耦合至负载207的导线。在该示例中，第一电感器201和第二电感器203均经由第一输出区231和第二输出区233导电耦合至负载207。
在图10所示的示例中，第一波形211被示出为具有正极性的峰值电压。第二波形213显示为具有负极性的峰值电压。在负载207的两端，两个波形211、213相加性地组合，以向负载207提供峰值电压，该峰值电压是两个波形211、213的峰值电压的幅值之和。例如，如果第一波形211的峰值电压是+250V并且第二波形213的峰值电压是-250V，则两个波形211、213相加性地组合以在负载207两端产生+500V的峰值电压。
第一电感器201的第一端子202a导电耦合至DC电压源209。第一电感器201的第二端子202b导电耦合至第一输出区231，第一输出区231导电耦合至负载207。此外，第一电感器201的第二端子202b导电耦合至开关205。第一电感器201的第二端子202b导电耦合至开关205的一个端子，并且开关205的另一端子导电耦合至地G。
开关205由驱动信号激活，这意味着开关205根据驱动信号在导通状态和断开状态之间转换。由驱动信号激活的开关205控制两个波形201、203的生成。特别地，当开关205处于导通状态时，电流流过第一电感器201。当开关205转换到断开状态时，第一电感器201两端的电压升高。第一电感器201和第二电感器203被设置成使得当在第一电感器201的两端施加第一极性的电压时，在第二电感器203中感应出相同极性的电压。结果，在第一电感器201的两端的电压升高导致在第二电感器203中感应出具有相同极性的电压。
波形生成器200还包括控制器(未示出)，该控制器被设置成向开关205提供驱动信号，从而控制两个波形211、213的生成。控制器可以被操作成根据上述方法来调节驱动信号的频率。
第二电感器204的第一端子204a导电耦合至第二输出区233，第二输出区233导电耦合至负载207。第二电感器203的第二端子204b导电耦合至地G。
负载207包括第一端子208a和第二端子208b。第一端子208a包括第一电极208a，并且第二端子208b包括第二电极208b。负载207的第一端子208a导电耦合至第二输出区233，第二输出区233导电耦合至第二电感器203的第一端子204a。负载207的第二端子208b导电耦合至第一输出区231，第一输出区231导电耦合至第一电感器201的第二端子202b。
参考图11，其示出了波形生成器200的另一示例。在该示例中，开关205是场效应晶体管(FET)205，特别地是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)205。第一电感器202的第二端子202b导电耦合至MOSFET 205的漏极205a。MOSFET 205的源极205b导电耦合至地G。MOSFET 205的栅极205c被设置成接收驱动信号。图11的波形生成器200的其它部件与图10的波形生成器200相同。在图11中使用相同的附图标记。
参考图12，其示出了另一示例性波形生成器200。在该示例中，第二输出区233包括第三电感器215。第二电感器203导电耦合至第三电感器215，第三电感器215导电耦合至负载207。第二电感器203的第一端子204a导电耦合至第三电感器215的第一端子214a。第三电感器215的第二端子214b导电耦合至负载207的第一端子208a。在该示例中，第一输出区231包括第四电感器217。第一电感器201导电耦合至第四电感器217，第四电感器217导电耦合至负载207。第一电感器201的第二端子202b导电耦合至第四电感器217的第一端子218a。第四电感器217的第二端子218b导电耦合至负载207的第二端子208b。图12的波形生成器200的其它部件与图10和图11的波形生成器200相同。在图12中使用相同的附图标记。
在不受任何特定理论约束的情况下，所添加的第三电感器215和/或第四电感器217与负载207的电容谐振。添加第三电感器215和/或第四电感器217产生了具有更高峰值电压的更窄的波形峰值211、213。这致使对于相同的输入DC电压209和MOSFET 205而言在负载207两端产生更高的电压。与图10和图11中的波形生成器200相比，图12中的波形生成器200可以具有减少的工作频率范围。另外，与图10和图11中的波形生成器200相比，可以预期波形上的稍微多的边缘振荡效应(ringing artefact)。
参考图13，其示出了示例性的负载207。负载207是离子过滤装置207，特别地是场非对称离子迁移谱仪(FAIMS)207。FAIMS 207可以用于根据在振荡电场的影响下分子移动通过缓冲气体的速度的差异来对带电气体分子进行区分。
FAIMS 207包括两个以平行板208a、208b形式的电极208a、208b，两个平行板208a、208b间隔开，从而限定出通道219。第一平行板208a电耦合至第二输出区233(图10、图11和图12)。第二平行板208b电耦合至第一输出区231(图10、图11和12)。波形生成器200(图10、图11和图12)在平行板208a、208b两端施加两个波形211、213(图10、图11和图12)，这产生了施加在通道219两端的交变电场。在该示例中，所施加的波形211、213是非对称的波形，这意味着占空比小于50％。
在示例性的应用中，首先对来自待分析样品的蒸汽进行电离，然后使其通过两个平行板208a、208b之间的通道219。在施加在平行板208a、208b两端的波形具有正极性的时期，离子将以基于该电场中离子个体迁移率的速度在一个方向上漂移。随着所施加波形的极性反转，离子基于新的电场条件改变方向和速度。由于在两部分波形期间离子的迁移率很少相等，所以通常存在朝向平行板208a、208b中的一者的净漂移。在FAIMS 207中，经由FAIMS 207通过向探测器施加用于聚焦特定离子的额外的DC电压(被称为补偿电压)来校正该净漂移。
在图13中示出的示例中，可以看出，三个离子491、493、495被引入到两个平行板208a、208b之间的通道219中。由于向两个平行板208a、208b施加交变波形，离子491、493、495大体上遵循锯齿形的轨迹。由于三个离子491、493、495在电场影响下的不同迁移行为，特别是由于离子491、493、495的迁移率如何随电场强度改变，三个离子491、493、495中的每一者在通道219中遵循不同的轨迹。两个离子491、493的轨迹与平行板208a、208b碰撞。离子495具有所施加的适当补偿电压，这意味着离子495的轨迹穿过FAIMS 207的通道219。通过扫描施加至平行板208a、208b的波形的幅度范围和补偿电压的范围，并通过记录在每个幅度/补偿电压值下的离子电流，FAIMS 207可以用于生成关于存在于样品中的不同化合物的信息。
参考图14，其示出了另一示例性波形生成器200。在该示例中，向FAIMS 207施加补偿电压。FAIMS 207的第一端子208a导电耦合至第一DC补偿电压源241。FAIMS 207的第二端子208b导电耦合至第二直流补偿电压源239。这样，在FAIMS 207的两端施加DC补偿电压。第一输出区231包括第一电容器235。第一电容器235具有导电耦合至第一电感器201的第二端子202b的第一端子234a和导电耦合至FAIMS 207的第二端子208b的第二端子234b。第二输出区233包括第二电容器237。第二电容器237具有导电耦合至第二电感器203的第一端子204a的第一端子236a和导电耦合至FAIMS 207的第一端子208a的第二端子236b。图14的波形生成器200的其它部件与图10、图11和图12的波形生成器200相同。在图14中使用了相同的附图标记。
可以选择第一电容器235和第二电容器237，使得它们对波形电压生成没有显著影响。例如，第一电容器235和第二电容器237可以具有10nF或更高的大电容，从而仅引起小的压降。作为所施加的直流补偿电压的结果，第一电容器235和第二电容器237被设置成阻断经由MOSFET 205或第二电感器203流向地G的DC电流。由于第一电容器235和第二电容器237与FAIMS 207串联布置，并且具有高电容值，因此它们对波形生成器200的性能具有最小的影响。
第一电容器235和第二电容器237可以与第三电感器215和第四电感器217组合。也就是说，第一输出区231可以包括串联连接的第四电感器217和第一电容器235。第一电容器235或第四电感器217可以电耦合至负载207的第二端子208b。此外，第二输出区233可以包括串联连接的第三电感器215和第二电容器237。第二电容器237或第三电感器215可以电耦合至负载207的第一端子208a。
本发明并不限于用于FAIMS 207的波形生成器200。相反，可以认识到，第一方面的波形生成器200理想地适合于为FAIMS 207产生波形。这至少是因为波形生成器200能够产生稳定的且具有高频并且具有在波形的波谷和波峰之间急剧转变的高峰值电压波形。另外，由于第一方面的波形生成器200由于减小的寄生效应而可以在较低的功率下工作，因此其理想地适合于电池操作的和便携式的FAIMS 207。
本发明并不限于上述特定的波形生成器，这些仅仅是有利的示例。相反，本发明可以使用任何适当的波形生成器，只要包括被设置成向开关提供驱动信号以使开关在导通和断开状态之间切换的控制器即可。该控制器被设置成调节驱动信号的频率，从而控制由波形生成器生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者。
参考图15，其示出了根据第二方面的示例性系统，并且总体上由附图标记500指示。系统500包括波形生成器200和负载207，负载207可以是FAIMS 207。
本文描述的示例性实施例中的至少一些可以部分地或全部地使用专用特定用途的硬件来构建。诸如“部件”、“模块”或“单元”之类的术语可以包括但不限于执行某些任务或提供相关联的功能的硬件设备，例如分立式或集成式部件形式的电路、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。在一些实施例中，所描述的元素可以被配置成驻留在有形的、持久性的、可寻址的存储介质上，并且可以被配置成在一个或多个处理器中执行。在一些实施例中，这些功能性元素可以例如包括组件(例如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件)、进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、队列和变量。尽管已经参考本文讨论的组件、模块和单元来描述示例性实施例，但是这些功能性元素可以组合成更少的元素或者被分离成额外的元素。本文已经描述了可选特征的各种组合，并且应当理解的是，所描述的特征可以以任何合适的组合进行组合。特别地，任何一个示例性实施例中的特征可以适当地与任何其他实施例中的特征进行组合，除非这些组合是互斥的。贯穿于本申请全文，术语“包括”或“包含”意为包括规定的一个或多个部件，但不排除存在有其他部件。
虽然已经示出并描述了本发明的几个优选的实施例，但是本领域技术人员应理解的是，可以在不偏离本发明的范围(如所附权利要求所限定的)的情况下对其进行各种改变和修改。
注意的是，对于与本申请有关的与本申请全文同时提交或在其之前提交的并且供公众公开查阅的所有文件和文档，其所有内容通过引用并入本文。
在本申请全文(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征和/或因此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合方式进行组合，除非这些特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合。
除非另有明确的说明，本申请全文(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的可替代特征来替代。因此，除非另有明确的说明，所公开的每个特征仅仅是一系列通用的等同或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述的一个或多个实施例的细节。本发明扩展到本申请全文(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的特征或其任何新颖的组合，或者扩展到所公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的步骤或其任何新颖的组合。

Claims (13)

1.一种波形生成器，包括：
开关；
变压器，其具有初级侧电路和次级侧电路，其中，所述初级侧电路具有第一端子和第二端子，所述第一端子被设置成导电耦合至DC电压源，所述第二端子导电耦合至所述开关；
控制器，其被设置成：
向所述开关提供驱动信号，以使所述开关在导通状态和断开状态之间进行切换；
调节所述驱动信号的频率，从而控制由所述波形生成器所生成的波形的峰值电压和占空比中的至少一者；
随着所述DC电压源的电压电平改变来调节所述驱动信号的所述频率，从而通过减轻所述开关的电压相关电容效应将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值；
通过随着所述DC电压源的所述电压电平的增加而增加所述驱动信号的所述频率并且通过随着所述DC电压源的所述电压电平的减小而减小所述驱动信号的所述频率来调节所述驱动信号的所述频率；
接收所述DC电压源的所述电压电平，其中所接收的所述DC电压源的电压电平是基于由所述波形生成的振荡电场的期望场强来确定的；以及
基于所述DC电压源的所述电压电平来确定待提供至所述开关的所述驱动信号的所述频率，从而将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值。
2.根据权利要求1所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，在所述DC电压源的电压电平保持大致恒定时调节所述驱动信号的所述频率。
3.根据权利要求1所述的波形生成器，其特征在于，所述接收的所述DC电压源的电压电平是基于所述期望场强和所述波形生成器附近的大气压力水平和/或的温度的指示来确定的。
4.根据权利要求1或3所述的波形生成器，其特征在于，所述接收的所述DC电压强度的电压电平是通过确定所述波形的期望电压以实现所述期望场强以及通过确定致使所述波形具有所述期望电压的所述DC电压源的电压电平来确定的。
5.根据权利要求4所述的波形生成器，其特征在于，所述波形的所述期望电压是通过将所述期望场强乘以乘法因数来确定的。
6.根据权利要求1或3所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成访问数据存储装置，所述数据存储装置包括所述驱动信号的多个预定频率值的查询表，并且所述控制器被设置成根据所述多个预定频率值中的一者来调节所述驱动信号的所述频率。
7.根据权利要求6所述的波形生成器，其特征在于，
所述数据存储装置包括所述多个预定频率值和多个电压电平，所述电压电平中的每一者对应于所述预定频率值中的一者，
所述控制器被设置成，接收所述DC电压源的所述电压电平并且选择与所述DC电压源的所述电压电平相对应的预定频率值，
所述控制器被设置成，随着所述DC电压源的所述电压电平改变来调节所述驱动信号的所述频率，从而将由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致保持在恒定值，以及
所述多个预定频率值中的每一者被选择，使得当所述DC电压源处于相关联的电压电平时，具有所述预定频率值的所述驱动信号被提供至所述开关，并且使由所述波形生成器所生成的所述波形的所述占空比大致等于所述恒定值。
8.根据权利要求7所述的波形生成器，其特征在于，
所述控制器被设置成访问包括函数的参数的数据存储装置，所述函数限定所述DC电压源的电压电平与待提供至所述开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系，以及
所述控制器能操作成，使用所述DC电压源的电压电平和所获得的所述函数的参数来确定需要提供至所述开关以实现所述特定占空比的所述驱动频率。
9.根据权利要求1或3所述的波形生成器，其特征在于，所述控制器被设置成，当所述DC电压源处于第一电压电平以生成具有预定峰值电压的波形时调节所述驱动信号的所述频率；以及
所述控制器被设置成，确定具有所述预定峰值电压的所述波形的所述占空比，并且所述控制器被设置成，当所述DC电压源处于第二电压电平以生成具有所确定的占空比的波形时调节所述驱动信号的所述频率。
10.根据权利要求9所述的波形生成器，其特征在于，对于所述DC电压源的多个其它电压电平中的每一者，所述控制器被设置成，调节所述驱动信号的所述频率，从而将所生成的波形调节成具有与预定占空比相同的占空比。
11.一种系统，包括：
负载，其中，所述负载可选地是离子过滤装置，并且优选地是场非对称离子迁移谱仪FAIMS；和
根据前述权利要求中任一项所述的波形生成器，以用于向所述负载提供波形。
12.一种控制根据前述权利要求中任一项所述的波形生成器的方法，所述方法包括：
在所述DC电压源的第一电压电平，调节被提供至所述开关的所述驱动信号的所述频率，直到由所述波形生成器所生成的波形具有预定峰值电压；
确定利用所述预定峰值电压生成的所述波形的占空比；以及
针对所述DC电压源的一个或多个其它电压电平中的每一者，调节被提供至所述开关的所述驱动信号的所述频率，直到由所述波形生成器所生成的波形具有所确定的占空比。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，每个所述电压电平和所述驱动信号的相对应的频率形成有序对，并且所述方法还包括：将所述有序对拟合成限定所述DC电压源的所述电压电平与待提供至所述开关以实现特定占空比的驱动频率之间的关系的函数；以及存储所拟合的函数的参数。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021247820A1 (en) * 2020-06-05 2021-12-09 MOBILion Systems, Inc. Apparatus and methods for ion manipulation having improved duty cycle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101981794A (zh) * 2008-04-29 2011-02-23 半导体元件工业有限责任公司 用于调节输出电压的方法
CN103609022A (zh) * 2011-06-10 2014-02-26 罗杰斯公司 直接驱动波形发生器
CN103715902A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 电力系统技术有限公司 具有电感器-电感器-电容器级的功率转换器以及对其进行操作的方法
CN107437901A (zh) * 2016-05-25 2017-12-05 凯斯科产品有限公司 N正弦波逆变器
CN107666245A (zh) * 2016-07-30 2018-02-06 产晶积体电路股份有限公司 用于初级侧调节/次级侧调节飞返转换器的具有可编程的切换频率的脉冲宽度调变控制器
CN107846152A (zh) * 2015-11-10 2018-03-27 昂宝电子（上海）有限公司 用于以占空比调节峰值频率的方法和系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0393464A (ja) * 1989-09-04 1991-04-18 Nec Corp スイッチングレギュレータ
JP3067715B2 (ja) * 1997-10-31 2000-07-24 日本電気株式会社 圧電トランスの駆動装置
US6690004B2 (en) * 1999-07-21 2004-02-10 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Method and apparatus for electrospray-augmented high field asymmetric ion mobility spectrometry
US6876157B2 (en) * 2002-06-18 2005-04-05 Microsemi Corporation Lamp inverter with pre-regulator
US7579589B2 (en) * 2005-07-26 2009-08-25 Sionex Corporation Ultra compact ion mobility based analyzer apparatus, method, and system
CN101278468B (zh) * 2005-10-03 2010-09-29 三垦电气株式会社 多输出开关电源装置
JP5195849B2 (ja) * 2010-09-03 2013-05-15 株式会社村田製作所 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CA2873525C (en) * 2012-05-15 2022-07-19 Smiths Detection - Watford Limited Compact high voltage rf generator using a self-resonant inductor
JP6708175B2 (ja) * 2017-07-20 2020-06-10 株式会社デンソー 電力変換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101981794A (zh) * 2008-04-29 2011-02-23 半导体元件工业有限责任公司 用于调节输出电压的方法
CN103609022A (zh) * 2011-06-10 2014-02-26 罗杰斯公司 直接驱动波形发生器
CN103715902A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 电力系统技术有限公司 具有电感器-电感器-电容器级的功率转换器以及对其进行操作的方法
CN107846152A (zh) * 2015-11-10 2018-03-27 昂宝电子（上海）有限公司 用于以占空比调节峰值频率的方法和系统
CN107437901A (zh) * 2016-05-25 2017-12-05 凯斯科产品有限公司 N正弦波逆变器
CN107666245A (zh) * 2016-07-30 2018-02-06 产晶积体电路股份有限公司 用于初级侧调节/次级侧调节飞返转换器的具有可编程的切换频率的脉冲宽度调变控制器

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