CN113176800B - 电源供应器 - Google Patents

Abstract

一种电源供应器和用于校准电源供应器的方法。电源供应器用于提供基准电压以向至少一个电极提供电压。电源供应器包括：超稳定直流电压源、精确直流电压源、调谐单元、比较器和控制单元。在调谐单元上施加超稳定电压，超稳定电压是基于超稳定直流电压源的供应电压提供的。调谐单元提供输出电压。比较器将基于调谐单元的输出电压的电压与精确电压进行比较。精确电压基于精确直流电压源的供应电压被提供。比较器将从比较产生的信号提供给控制单元，其中，控制单元根据比较器提供的信号在调谐期间对调谐单元进行调谐，以使基于调谐单元的输出电压的电压与精确电压之间的绝对差最小。电源供应器的基准电压基于调谐单元在调谐期之后的输出电压被提供。

Description

电源供应器

技术领域

本发明涉及一种提供基准电压的电源供应器。此基准电压用于向至少一个电极提供电压。

背景技术

在质谱仪中，通过带电电极对离子进行传输和分析。在这些电极上施加直流电压和/或射频电压。

质谱仪的性能通常取决于所施加电压的稳定性和/或精度。这种稳定性和/或精度可以由电压源、电源供应器或基准电压实现；其中，基准电压由电压供应器提供，然后由电压放大器放大至要施加在电极上的电压。

有关所施加电压的稳定性和精度要求取决于质谱仪中电极的功能。

由直流电压源为质谱仪中的某些功能提供的电压应保持稳定，不随时间和温度而变化。

因此，直流电压源所提供电压的稳定性和相应的精度按时间和温度而定义，并且最好在特定时间段和温度范围内保持相同值。

直流电压源电压在一段时间内的稳定性被定义为在恒定温度 (ΔT < 1 °C) 下特定时间段内电压标准偏差的 6 倍。通常，确定电压稳定性的特定时间段为 12 到 36 小时之间，最好为 24 小时的时间段。电压在一段时间内的稳定性通常表示为直流电压源提供的电压相对于电压平均值的标准差的 6 倍，通常表示为 ppm 值。因此，当电压源平均电压为 6 V 且电压在一定时间段内的稳定性为 12 ppm 时，则在特定时间段内用于定义电压源稳定性的电压标准偏差为 12 µV。

直流电压源在一定温度范围的电压（即平均电压）稳定性是指特定温度范围内电压最大值和最小值的最大偏差。通常，定义电压稳定性的温度范围至少为 10°C、更理想的是至少 20°C、最理想的是至少 25°C。温度范围相对于直流电压源的工作温度最好具有对称性。

直流电压源的电压在温度范围内的这种稳定性可以在直流电压源的特定工作温度下获得。最好在直流电压源工作温度范围内获得。直流电压源电压获得稳定性的工作温度范围可以大于 2°C，优选是大于 10°C，更优选是大于 50°C，最优选是大于 100°C。直流电压源电压获得稳定性的典型工作温度范围在 15°C 到 40°C 之间。直流电压源电压获得稳定性的工作温度范围优选是 5°C 至 60°C，更优选是 -10°C 至 90°C，最优选是 -40°C至 110°C。

在温度范围内的电压稳定性主要以特定温度范围内直流电压源提供的电压最大值和最小值相对于电压平均值的相对最大偏差来表示，通常以 ppm 值表示。因此，当电压源的平均电压为 6 V 且电压在温度范围内的稳定性为 10 ppm 时，电压的最大偏差为 60µV（这是特定温度范围内电压的最大差值），为此温度范围确定了电压源的稳定性。

直流电压源提供的直流电压的精度由产生直流电压源时所提供电压的平均值的最大偏差来定义。这个精度又被称为生产精度。因此，直流电压源供应电压的平均值与其标称电压的偏差不超过由精度指定的最大偏差，标称电压是由直流源提供的电压值。

直流电压源提供的直流电压的精度用 ppm 值来表示，该值表示所产生直流电压源电压的平均值与其标称电压之间的最大偏差之比。通常，一组产生的直流电压源供应电压平均值的偏差与它们的标称电压是对称的。但是，由于系统误差，相对于标称电压也可能会出现更高或更低的电压值偏差。

具体来说，飞行时间 (TOF) 质谱仪的性能取决于施加在其电极上的电压的稳定性和精度。

在飞行时间质谱仪 (TOF) 中，离子在已知距离内的飞行时间被记录下来。这些飞行时间用于确定质荷比 (m/z)。通过校准功能可完成从飞行时间到质荷比的转换。

在多反射飞行时间质谱仪中，离子在质量分析仪的离子镜之间振荡，这些离子镜至少包括一个镜电极，这些飞行时间质谱仪校准的稳定性受施加到镜电极的电压的稳定性和精度等参数的影响。质谱仪的质量精度与施加了稳定电压的镜电极的电压稳定性之比大致为一比一。因此，例如，为了达到通常期望的 1 ppm 质量精度，要求至少一个镜电极的电压稳定性为 1 ppm。在进一步提高质谱仪的高分辨能力和质量精度方面，在至少有一个镜电极的电压稳定性低于 0.8 ppm 时是有利的，并且在至少一个镜电极的电压稳定性低于0.5 ppm 时更为有利。

傅立叶变换质谱仪的性能也取决于施加在其电极上的电压的稳定性和（或）精度，该质谱仪可包括一个静电阱作为质量分析仪。

在傅立叶变换质谱仪中，离子在离子阱中循环。测得的离子循环频率用于确定其质荷比。使用校准功能可完成从频率到质荷比的转换。除其他参数外，校准的稳定性还受到施加在离子阱电极上的电压稳定性的影响，特别是施加在静电阱中心电极上的电压，例如Thermo Fisher Scientific Inc. 经销的 OrbitrapRTM 质量分析仪的中心电极。质谱仪的质量精度与电压稳定性之间的比值大致为一比一。因此，要实现 1 ppm 的质量稳定性，就需要 1 ppm 的电压稳定性。

温度稳定性能达到 1 ppm/°C 的精确基准电压很少。即使达到这样的温度稳定性也不足以让质谱仪在 10°C 左右的常见温度范围内运行。

特别是在高精度的电压仪表中，所使用的电压源提供的基准电压非常稳定和准确，但遗憾的是不精确。这些超稳定直流电压源的输出电压范围可以为 2 V 至 20 V，大部分为 5 V 至 10 V，最好为 5.5 V 至 8 V。但输出电压通常相差很大，通常超过 +/-4%。尤其是，这些超稳定的直流电压源使用齐纳二极管。此类电压源示例包括 LinearTechnology Corp. 销售的基准电压源 LM399 和 LTZ1000。

在质谱分析中，所需的基准电压精度不如所需的稳定性高。但是，在大多数情况下，+/-4% 的允差不够精确，无法成功操作质谱仪。

在许多应用中，例如在数字万用表中，使用稳定的基准电压，并使用校准器调整直流电压的准确读数。这可以通过电位计来调整基准电路中的增益，以产生所需的精确电压值。在大多数基于稳定基准电压的现代测试和测量仪器中，模数转换器的量程足够大，足以处理整个允差范围内的基准电压。校准便是利用这种方法在软件中进行的。两种方法都需要对每台仪器进行校准以符合规格要求。由于多种原因，这些生产方法既耗时又昂贵。精确而昂贵的设备是必不可少的，此外，还需要训练有素的人员来进行精确的校准。另一个缺点是电位计的稳定性相对较差，这会影响电路的稳定性。在高压应用中，对宽调谐范围的需求也是不稳定性的一个来源。调谐范围越小，电路产生的影响就越小。

总之，要将超稳定和精确的基准电压转换成具有相同稳定性的精确基准电压，需要付出大量的努力。此外，从精确电压中获得精确基准电压的技术将影响其稳定性。

因此，本发明的第一个目的是提供一种改进的电源供应器，它可以提供具有高精度和高稳定性的基准电压。

本发明的第二个目的是提供一种用于改进电源供应器的校准方法，该方法可提供具有高精度和高稳定性的基准电压，这使得在电源供应器被激活之后，尤其是在电源供应器意外中断（例如，由于电源击穿）并重新激活之后，电源供应器可快速提供基准电压。

本发明的第三个目的是，在完成具有高精度和高稳定性基准电压的校准之前，所提供的校准方法已可提供基准电压。

发明内容

第一目的可以通过本公开的电源供应器实现。

电源供应器提供基准电压，向至少一个电极提供电压。所提供的基准电压可以直接施加到至少一个电极上，或者可以施加到至少一个放大器上，放大器随后将经放大的电压施加到至少一个电极。所提供的基准电压可用于向多个电极提供电压。可通过至少一个放大器为所有电极提供相同的放大电压，也可以为部分电极或每个电极提供不同的电压。

本发明电源供应器包括两种不同的直流电压源：超稳定直流电压源和精确直流电压源。

超稳定直流电压源可提供非常稳定的输出电压。在一定时间和特定温度范围内保证输出电压的稳定性。直流超稳定电压源输出电压的电压稳定性值通常低于 5 ppm，优选是低于 1 ppm，更优选是低于 0.5 ppm，特别优选是低于 0.3 ppm。输出电压的稳定性通常超过 12 小时，优选是超过 24 小时，更优选是超过 48 小时，特别优选是超过 96 小时。输出电压的稳定性通常在大于 10°C 的温度范围内实现，优选是大于 15°C，更优选是大于20°C，特别优选是大于 25°C。

超稳定直流电压源输出电压在温度范围内的稳定性可以在超稳定直流电压源的特定工作温度下实现，或者最好在超稳定直流电压源的工作温度范围内获得。

可实现超稳定直流电压源电压在温度范围内的稳定性的工作温度范围可以大于2°C，优选是大于 10°C，更优选是大于 50°C，最优选是大于 100°C。超稳定直流电压源电压在温度范围内具有稳定性的典型工作温度范围是 15°C 至 40°C。超稳定直流电压源电压在整个温度范围内具有稳定性的工作温度的范围优选是在 5°C 至 60°C，更优选是在 -10°C 至 90°C，最优选是在 – 40°C 至 110°C。

精确的直流电压源提供非常精确的直流输出电压，其精度通常低于 1000 ppm，优选是低于 400 ppm，更优选是低于 250 ppm，最优选是低于 100 ppm。

由超稳定直流电压源所提供的电压的绝对值最好能高于由精确直流电压源提供的电压。在这种情况下，在本发明电源供应器中不需要额外的放大器。

通常在这些实施例中，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高至少 2%。优选地，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高至少 10%。更优选地，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高至少 25%。

通常，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高不超过500%。优选地，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高不超过200%。更优选地，超稳定直流电压源的电压绝对值比精确直流电压源的电压绝对值高不超过 100%。

在另一个实施例中，超稳定直流电压源提供的电压被提供给放大器，然后放大后的电压的绝对值高于精确直流电压源提供的电压。

通常两个电压源（超稳定直流电压源和精确直流电压源）提供的电压绝对值范围为 0.5 V 至 100 V，优选为 2 V 至 20 V，更优选为 5 V 至 10 V，最优选为 5.5 V 至 8V。优选的超稳定直流电压源采用 Z 二极管和/或齐纳二极管，特别是硅基二极管，其优选的供应电压范围为 5 V 至 8 V。

本发明电源供应器还包括一个调谐单元。

电压源向调谐单元提供电压，施加在调谐单元的至少一个（输入）连接器上，优选施加在调谐单元的两个（输入）连接器上。调谐单元向至少一个（输出）连接器提供输出电压，所提供的输出电压可由调谐单元调节。

调谐单元可以包括一个或多个可调谐分压器。在优选实施例中，调谐单元可以是可调谐分压器。

可调谐分压器优选包括至少一个电阻器，更优选包括一个连接的电阻器网络。然后，可调谐分压器通过分接电阻器或电阻器网络的电压，向至少一个（输出）连接器提供输出电压。

可用于本发明电源供应器的可调谐分压器是一个分压器，分压器可调谐意味着输出电压可以调谐。可调谐分压器也称为电位计。在传统的电位计中，分压器通过滑动触点进行调谐，滑动触点与输出连接器相连。本发明电源供应器的可调谐分压器可以进行模拟或数字调谐。在模拟可调谐分压器中，也可以通过分压器电路的电气元件来执行调谐，由此将调谐输出电压提供给分压器的（输出）连接器。如果分压器是数字调谐的，它可以是一个数模转换器 (DAC)，向其提供多位数字信号作为调谐输入，其中位数是数模转换器 (DAC) 并联电阻网络中的开关电阻，它可以是一个 R-2R 梯形 DAC，由具有 R 和 2R 值的电阻的重复级联结构组成。在这种情况下，每个位都是二进制加权的。

在本发明电源供应器中可用作调谐单元的另一种数模转换器 (DAC) 包括由单个位信号控制的脉宽调制器，和提供调制信号的直流分量作为调谐单元输出电压的低通滤波器。

在本发明的另一个实施例中，电源供应器的调谐单元包括串联连接的至少一个电阻器和一个可调谐分压器。当电压源向调谐单元提供电压时，在可调谐分压器上只施加一部分电压，并且只有该部分施加的电压可由可调谐分压器调谐，以向（输出）连接器提供输出电压。

在本发明的另一个实施例中，电源供应器的调谐单元包括两个可调谐分压器。电压源提供给调谐单元的电压施加在两个可调谐分压器中的第一可调谐分压器上，由第一可调谐分压器向（输出）连接器提供第一输出电压。然后，在两个可调谐分压器中的第二可调谐分压器上施加第一输出电压，第二可调谐分压器向（输出）连接器提供第二输出电压，即调谐单元的输出电压。优选地使用第一可调谐分压器对调谐单元的输出电压进行粗调，再使用第二可调谐分压器对调谐单元的输出电压进行微调。

在本发明的另一实施例中，电源供应器的调谐单元包括并联的至少一个电阻器和数模转换器 (DAC) 以及电流电压转换器（通常是互阻抗放大器）。优选地，数模转换器(DAC) 与至少一个另外的电阻器串联连接。当电压源向调谐单元提供电压时，电压施加在并联的数模转换器 (DAC) 和至少一个电阻器上。并联连接的另一端与提供调谐单元输出电压的电流电压转换器输入端相连。

在本发明的另一实施例中，电源供应器的调谐单元包括并联的至少一个电阻器和两个数模转换器 (DAC) 以及电流电压转换器（通常是互阻抗放大器）。当电压源向调谐单元提供电压时，电压施加在并联的这两个数模转换器 (DAC) 和至少一个电阻器上。并联连接的另一端与提供调谐单元输出电压的电流电压转换器输入端相连。在此配置中，优选其中一个数模转换器 (DAC) 用于粗调调谐单元的输出电压，另一个数模转换器 (DAC) 用于微调调谐单元的输出电压。优选地，两个数模转换器 (DAC) 都与至少一个其他电阻器串联。数模转换器 (DAC) 与电阻率较高的电阻器串联，用于微调。

在本发明的另一个实施例中，电源供应器的调谐单元包括至少一个电阻器和一个数模转换器 (DAC)（由两个电压源为调谐单元提供两个电压），以及一个通常为互阻抗放大器的电流电压转换器。所述至少一个电阻器和一个数模转换器 (DAC) 连接在一个节点上，所述节点与电流电压转换器的输入端连接，后者提供调谐单元的输出电压。所述数模转换器 (DAC) 与至少一个另外的电阻器串联连接。

在本发明电源供应器的一个实施例中，超稳定直流电压源提供的电压直接施加到所述调谐单元的至少一个（输入）连接器上。

在另一个实施例中，超稳定直流电压源提供的电压提供给放大器，然后将放大电压施加到调谐单元的至少一个（输入）连接器上。

这些实施例代表一些简单布置，显示了如何将基于超稳定直流电压源供应电压的超稳定电压施加到调谐单元上。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于将从超稳定直流电压源提供的电压获得的电压作为超稳定电压施加到调谐单元。

在本发明电源的一个实施例中，调谐单元的输出电压用于提供由电源供应器提供的基准电压。在此实施例中，调谐单元直接提供基准电压作为其输出电压。

在本发明电源的另一个实施例中，调谐单元的输出电压提供给放大器，然后放大电压作为电源供应器提供的基准电压。

在整个规范中，放大器对电压的放大不应限于被放大电压的增加。因为对于放大作用而言，电压出现降低也是可能的。本规范中描述的任何放大器一般都具有大于 1 的增益，但如果电压被放大器降低，则增益也可以小于 1。

这些实施例代表一些简单布置，显示了如何基于调谐单元的输出电压提供本发明电源供应器的基准电压。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于提供本发明电源供应器的基准电压，所述基准电压从调谐单元输出电压获得。

本发明电源供应器还包括一个比较器。比较器是比较两个输入电压的电气元件。为了实现电源供应器的调谐，比较器提供两个输入电压比较后产生的输出信号。输出信号可以是等于或正比于比较电压差的信号。优选地，比较器包括一个运算放大器，所述运算放大器可以是差分放大器。

在优选实施例中，比较器的输出信号是只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个值较高。对于此类比较器，可以使用高增益差分放大器，所述放大器可提供非常低或非常高的电压，然后将所述电压标识为信号 0 和 1。

比较器也可以是数字比较器。通过此比较器，可以对两个数字信号进行比较。如果使用模数转换器转换模拟电压，则也可以向数字比较器提供两个模拟电压。在本实施例中，所述数字比较器优选地使用一个开关在相同的连接上使用同一模数转换器来测量两个信号。

将基于调谐单元输出电压的电压和基于精确直流电压源提供的精确电压提供给本发明电源的比较器，由比较器比较电压信号。

在本发明电源供应器的优选实施例中，调谐单元的输出电压和精确电压源的电压直接提供给本发明电源的比较器，由比较器比较电压信号。

在本发明电源供应器的一个实施例中，比较器将调谐单元的输出电压与精确电压进行比较，以向控制单元提供信号，控制单元根据此信号在调谐期间对调谐单元进行调谐。通过对调谐单元的调谐，调谐单元的输出电压与精确电压之间的绝对差值降至最低。

在本发明电源供应器的另一个实施例中，提供给比较器的基于调谐单元输出电压的电压是调谐单元输出电压的放大电压。然后，将调谐单元的输出电压提供给放大器，由放大器提供输出电压的放大电压。然后，比较器将此放大电压用于比较。

这些实施例代表一些简单布置，显示如何向比较器提供基于调谐单元输出电压的电压，以与精确电压进行比较。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于向比较器提供从调谐单元输出电压获得的电压，以与精确电压进行比较。

在本发明电源供应器的一个实施例中，精确直流电压源供应电压是精确电压，比较器将该精确电压与基于调谐单元输出电压的电压进行比较。

在本发明电源供应器的另一个实施例中，基于精确直流电压源向比较器提供的精确电压是由精确直流电压源供应精确电压的放大电压。精确直流电压源供应精确电压被提供给放大器，由放大器提供精确直流电压源供应精确电压的放大电压。然后，比较器将此放大电压用于比较。

这些实施例代表一些简单布置，显示如何向比较器提供基于精确直流电压源供应电压的精确电压，以与基于调谐单元输出电压的电压进行比较。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于向比较器提供从精确直流电压源供应电压获得的精确电压，以与基于调谐单元输出电压的电压进行比较。

由比较器这两个输入电压的比较得到的输出信号可以是等于或正比于所比较电压的电压差的信号。这两个输入电压比较得到的输出信号也可以是数字信号。

本发明电源还包括一个控制单元。

控制单元可以包括一个处理器。可在处理器上执行计算机程序，以根据所述方法步骤操作电源供应器。

比较器提供的信号作为输入信号提供给控制单元，所述比较器提供的信号是基于调谐单元输出电压的电压与基于精确直流电压源供应电压的精确电压的比较结果。

在调谐期间，通常最初是在激活或重新激活电源供应器之后，控制单元根据所提供信号对调谐单元进行调谐，以使提供给比较器的电压之间的差异最小，所述提供给比较器的电压，一个是基于调谐单元输出电压的电压，另一个是基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压。为此，控制单元提供输出信号，所述输出信号提供给调谐单元。

如果比较器提供给控制单元的信号等于或正比于比较电压差，则控制单元根据检测到的电压差作出反应并向调谐单元提供信号，根据检测到的电压差增加或降低其输出电压，以减小提供给比较器的电压差。

如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压绝对值高于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压绝对值，则控制单元提供的输出信号将增大调谐单元输出电压的绝对值。

在本发明电源供应器的优选实施例中，当调谐单元输出电压和精确直流电压源供应电压被直接提供给本发明电源的比较器时，如果精确直流电压源电压的绝对值高于提供给比较器的调谐单元输出电压的绝对值，则由控制单元提供的输出信号将增大调谐单元输出电压的绝对值。

具体来说，如果比较器提供数字信号，那么在实施例中，由比较器提供的数字信号通过第一值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值高于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并向调谐单元提供信号，优选是数字信号，以增大其输出电压的绝对值。

在本实施例中，如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压绝对值低于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压绝对值，则控制单元提供的输出信号将减小调谐单元输出电压的绝对值。

由比较器提供的数字信号通过第二值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值低于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第二值作出反应，并向调谐单元提供信号，优选是数字信号，以减小其输出电压的绝对值。

优选地，通过控制单元向调谐单元提供相应的信号，逐级减小调谐单元输出电压的增减幅度。通过减小调谐单元输出电压的变化，基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压之间的绝对差值被最小化，即，基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压之间的绝对差值逐渐变小。

对于这种方法，唯一重要的是，在调谐过程中输出电压的变化的逐步降低使得由比较器比较的电压的绝对差值最小化。

在本发明电源供应器的优选实施例中，当调谐单元输出电压和精确直流电压源供应电压被直接提供给本发明电源的比较器时，通过降低调谐单元输出电压的变化，使调谐单元输出电压和精确直流电压源电压之间的绝对差值被最小化，即，调谐单元输出电压和精确直流电压源电压之间的绝对差值逐渐变小。

在本发明电源的实施例中，当比较器提供的信号表明，提供给比较器的电压的绝对差值低于规定的最小值时，可以停止控制单元的调谐，所述电压绝对差值是基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对差值。然后调谐单元提供输出电压，该输出电压具有超稳定直流电压源的稳定性和精确直流电压源的精度，因此可以认为该电压已被调谐或校准。调谐单元提供的输出电压可以直接用作电源的基准电压，或者电源的基准电压可以基于调谐单元的输出电压。然后优选地，将调谐单元的输出电压提供给放大器，放大电压则是电源供应器提供的基准电压。提供的基准电压已根据基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压进行了调整，并且由于这种调整而具有与提供给比较器的精确电压相同的精度，所述精确电压具有精确直流电压源的精度。鉴于本发明电源的电路设计，施加到调谐单元的超稳定电压使其具有超稳定直流电压源的稳定性，所述超稳定电压基于超稳定直流电源供应电压而提供。如果诸如放大器之类的任何电气元件对提供给比较器的精确电压的精度以及施加给调谐单元的超稳定电压的稳定性没有影响，这一点尤其正确。否则，可能会降低本发明电源供应器的性能。但是，尽管如此，本发明电源供应器将提供高精度和高稳定性的基准电压。

在本发明电源供应器的优选实施例中，将调谐单元的输出电压和精确电压源的电压直接提供给本发明电源的比较器并且从比较器提供的信号表明，当调谐单元的输出电压与精确直流电压源的电压的绝对差值低于规定的最小值时，可以停止控制单元的调谐。然后，调谐单元提供具有超稳定直流电压源稳定性和精确直流电压源精度的输出电压，并基于该输出电压提供电源的基准电压。优选地，由调谐单元提供的输出电压可直接用作由本发明电源提供的基准电压。调谐单元的输出电压的平均值等于精确直流电压源提供的电压的平均值。因此，当调谐单元的输出电压直接用作由发明电源提供的基准电压时，所提供的基准电压除了具有小于规定的最小值的差值外，还具有由精确直流电压源供应电压值和相同的精度。鉴于本发明电源的电路设计，它现在具有超稳定直流电压源的稳定性。

当调谐单元停止调谐时，规定的最小值与精确直流电压源供应电压的标称平均值之比应低于 100 ppm，优选低于 40 ppm，更优选低于 25 ppm，最优选低于 10 ppm。

在发明电源的另一个实施例中，控制单元对调谐单元的调谐是一个过程，该过程是使提供给比较器的基于调谐单元输出电压的电压，与提供给比较器的基于精确直流电压源供应电压的精确电压之间绝对差值最小化，以低于规定的最小值。控制单元对调谐单元的调谐在过程结束时完成，然后调谐单元提供输出电压，基于该输出电压可以提供本发明电源的基准电压。如前所述，将基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压，与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压之间的绝对差值降低，从而使本发明电源的基准电压至少具有较高的精度和稳定性，并且根据本发明电源的详细电路设计，可能具有超稳定直流电压源的稳定性和精确直流电压源的精度。

如前所述，本发明电源供应器的调谐单元可以是数模转换器。在本发明电源供应器的此类实施例中，电源供应器的控制单元将数字信号提供给数模转换器，以调谐数模转换器的输出电压。

如前所述，本发明电源供应器的调谐单元可以包括一个或多个数模转换器。在本发明电源供应器的此类实施例中，电源供应器的控制单元将数字信号提供给每个数模转换器，以调谐各数模转换器的输出电压。

优选地，调谐单元的数模转换器包括电阻器阶梯网络，特别是 R-2R 电阻器阶梯网络。那么，控制单元提供的数字信号就是一个特定位数的数字信号。数字信号优选是至少12 位的信号，特别优选是至少 16 位的信号，最优选是至少 20 位的信号。当提供这种多位数字信号作为调谐输入时，这些位是在数模转换器 (DAC) 的并联电阻器网络中添加电阻器的转换开关，所述数模转换器可以是 R-2R 梯形数模转换器，包括具有 R 和 2R 值的电阻器重复级联结构。在这种情况下，每个位都是二进制加权的。

控制单元提供的数字信号也可以是一个 1 位的信号。当调谐单元的数模转换器包括脉宽调制器和低通滤波器时，特别会使用这样的信号。然后，通过调谐单元的输入，将控制单元的所述单个 1 位信号提供给该数模转换器。

当控制单元向调谐单元提供数字信号时，控制单元优选包括处理器或可编程逻辑电路，如现场可编程门阵列 (FPGA) 或复杂可编程逻辑器件 (CPLD)。

根据比较器提供的数字信号，控制单元优选向调谐单元的每个数模转换器提供数字信号。在优选实施例中，如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压绝对值高于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压绝对值，则控制单元提供的数字信号将增大调谐单元输出电压的绝对值。在这种情况下，由比较器提供的数字信号通过第一值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值高于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并将数字信号提供给调谐单元的每个数模转换器，以增大调谐单元输出电压的绝对值。在此优选实施例中，如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压绝对值低于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压绝对值，则控制单元提供的数字信号将减小调谐单元输出电压的绝对值。在这种情况下，由比较器提供的数字信号通过第二值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值低于基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第二值作出反应，并将数字信号提供给调谐单元的每个数模转换器，以减小调谐单元输出电压的绝对值。

在另一优选实施例中，当控制单元根据比较器提供的数字信号向数模转换器型调谐单元提供数字信号时，如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值高于基于数模转换器输出电压提供给比较器的绝对电压，则由控制单元提供数字信号以增大数模转换器输出电压的绝对值。在这种情况下，由比较器提供的数字信号通过第一值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值高于基于数模转换器输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并向数模转换器提供数字信号，以增大其输出电压的绝对值。在本优选实施例中，如果基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值低于基于数模转换器输出电压提供给比较器的电压的绝对值，则由控制单元提供数字信号，以减小数模转换器的输出电压的绝对值。在这种情况下，由比较器提供的数字信号通过第二值表明，基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压的绝对值低于基于数模转换器输出电压提供给比较器的电压的绝对值。控制单元对比较器提供的数字信号的第二值作出反应，并向数模转换器提供数字信号，以减小其输出电压的绝对值。

优选地，通过控制单元向调谐单元的数模转换器提供相应的数字信号，逐级减小调谐单元输出电压的增减幅度。通过减小调谐单元输出电压的变化，基于调谐单元输出电压提供给比较器的电压与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压之间的绝对差值被最小化。

当调谐单元是数模转换器时，也优选通过控制单元提供相应数字信号来逐级减小数模转换器输出电压的增减幅度。通过减小数模转换器输出电压的变化，基于数模转换器输出电压提供给比较器的电压与基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压之间的绝对差值被最小化。

在许多情况下，将本发明电源提供的基准电压施加到至少一个电压放大器上，所述电压放大器将放大的电压施加到至少一个电极上。将本发明电源提供的基准电压可通过开关施加到至少一个电压放大器上。

当本发明电源供应器直接将调谐单元的输出电压作为基准电压提供时，调谐单元的输出电压可以施加到至少一个电压放大器上，该电压放大器将放大电压施加到至少一个电极上。然后，通过开关可将调谐单元的输出电压施加在至少一个电压放大器上。

在本发明电源供应器的一个实施例中，还可以通过开关将基于精确直流电压源供应电压的精确电压施加在电压放大器上，所述开关是本发明电源供应器的另一个元件。具体来说，施加在开关上的精确电压可以是由精确直流电压源供应精确电压的放大电压。精确直流电压源供应精确电压提供给本发明电源中提供的另一个放大器，由该放大器提供精确直流电压源供应精确电压的放大电压。然后，将放大的电压施加在所述开关上。在本发明电源供应器的一个实施例中，还可以通过开关将基于精确直流电压源供应电压提供给比较器的精确电压施加在电压放大器上，所述开关是本发明电源供应器的另一个元件。

在本发明电源供应器的一个实施例中，还可以通过开关将精确直流电压源供应电压施加在电压放大器上，所述开关是本发明电源供应器的另一个元件。

本发明电源提供的基准电压可用于向质谱仪的一个或多个电极提供电压。

所述一个或多个电极可以优选地是用于捕获静电阱离子的一个或多个俘获电极，并且施加到所述一个或多个俘获电极的基准电压优选是俘获电压。

具体来说，由本发明电源提供的基准电压可用于向静电阱的中心电极提供电压。

通常，对静电阱电极上施加 0.7 kV 至 12 kV 的电压。通常对静电阱的中心电极施加 1 kV 至 8 kV 的电压，优选 2 kV 至 7kV 的电压。

具体来说，利用本发明电源通过放大基准电压提供的基准电压，有利于为静电阱（尤其是轨道捕获静电阱）的中心电极提供精确和超稳定电压，所述中心电极可用作质量分析仪，例如 Thermo Fisher Scientific Inc. 经销的 OrbitrapRTM 质量分析仪。此类质量分析仪的中心电极（例如在国际专利申请 WO96/30930 中公开了）的内容在此并入本说明中。

中心电极优选在具有纵向轴线的静电阱中按径向中心布置，更优选在具有纵向轴线的静电阱中按径向中心和轴向中心布置。中心电极也可以只在具有纵向轴线的静电阱中按轴向中心布置。

质谱仪的电极也可以是飞行时间质谱仪的电极，特别是多反射飞行时间质谱仪的电极。在多反射飞行时间质谱仪中，电源供应器提供的基准电压可以用于向镜电极（优选是所有镜电极）提供电压。优选地，将基准电压提供给电压放大器，然后所述电压放大器向镜电极（优选地向所有镜电极）提供千伏 (kV) 范围内的电压，所述镜电极优选地充当离子光学镜。通常，一种多反射飞行时间质谱仪中的离子在沿漂移方向漂移时，在相对的离子光学镜之间被多次反射。由于离子在包含多个镜电极的离子光学镜上的多次反射，优选地必须向每个电极提供精确和超稳定的电压。任何不稳定性都可能改变在反射离子光学镜之间振荡的离子的轨迹。因此，改变被分析离子的飞行时间会导致飞行时间质谱的分辨力降低，或改变检测到的飞行时间质谱的质量-电荷校准。

在另一方面，本公开内容还提供了一种质谱仪，所述质谱仪包括根据本发明提供的电源供应器，所述电源供应器在权利要求 28 中被要求保护。

本发明电源的超稳定直流电压源优选在 24 小时的时间段内具有低于 1 ppm 的电压稳定性。

本发明电源的超稳定直流电压源优选在 10°C 的温度范围内具有低于 1 ppm 的电压稳定性。

本发明电源的超稳定直流电压源特别优选在 24 小时的时间段内和 10°C 的温度范围内具有低于 1 ppm 的电压稳定性。

本发明电源的精确直流电压源供应电压的生产精度低于 1000 ppm，优选低于400 ppm，更优选低于 250 ppm，最优选低于 100 ppm。

第二目的通过根据权利要求 23 所述的用于校准电源供应器的方法来解决。

所述方法是校准本发明电源供应器，所述电源供应器提供基准电压以向至少一个电极提供电压。在校准之后，电源供应器可以通过开关提供基于其调谐单元输出电压的电压作为基准电压。如前所述，例如，调谐单元的输出电压可以直接用于提供基准电压，或者调谐单元的输出电压可以提供给放大器，然后放大电压作为电源供应器提供的基准电压。

所述方法包括以下步骤：

当电源供应器被激活时，基于调谐单元输出电压提供的电压被施加到开关上。但是此电压并不是通过开关提供的基准电压，所述基准电压用于向至少一个电极提供电压。

电源供应器的控制单元将根据比较器提供的信号对调谐单元进行调谐，以使基于由比较器比较的调谐单元输出电压的电压与精确直流电压源供应的精确电压之间的绝对差值最小。

当比较器比较电压之间的绝对差值低于规定的最小值且控制单元的调谐停止时，控制单元向开关提交开关信号，收到开关信号的开关被启动，然后基于调谐单元输出电压施加到开关上的电压，将作为电源供应器通过开关提供的基准电压，然后用于向至少一个电极提供电压。

通常，任何基于调谐单元输出电压的电压都可以施加到开关上。该电压可以通过本领域技术人员已知的任何适当布置从调谐单元的输出电压获得。

具体来说，基于调谐单元输出电压的不同电压可施加在开关上，并由比较器进行比较。但在优选实施例中，基于调谐单元输出电压的相同电压可以施加在开关上并由比较器进行比较。所以，施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压，就是由比较器比较的基于调谐单元输出电压的电压。

当调谐单元的调谐过程结束后，施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压仅用作基准电压。由于比较器比较的电压之间的绝对差值很小，施加到开关上基于调谐单元输出电压提供的电压具有规定电压值的高精度和高稳定性，所述规定电压值仅由电源的电气元件（特别是精确直流电压源以及可能存在的电压放大器）预先设置，优选地， 用于放大由精确直流电压源提供的电压和/或调谐单元的输出电压的电压放大器。

第二目的也可以通过根据权利要求 25 的用于校准电源供应器的方法来解决。第三目的也可以通过根据权利要求 25 的用于校准电源供应器的方法来解决。

所述方法是校准本发明电源供应器，所述电源供应器提供基准电压以向至少一个电极提供电压。在所述方法中，本发明电源供应器包括开关，基于调谐单元输出电压提供的电压和基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压被施加到该开关。

施加在开关上的精确电压优选地具有与本发明电源供应器的基准电压几乎相同的值。施加在开关上的精确电压值通常与本发明电源供应器的基准电压值的偏差不超过1%，优选不超过 1,000 ppm，特别优选不超过 100 ppm。

如前所述，调谐单元的输出电压可直接用于提供基准电压并施加到本发明电源供应器的开关上，或者可以将调谐单元的输出电压提供给放大器，然后将放大的电压施加到本发明电源供应器的开关上，并且所述放大电压作为电源供应器提供的基准电压。

这些实施例代表一些简单布置，显示了如何将基于调谐单元输出电压提供的电压施加到开关上。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于向开关提供从调谐单元输出电压获得的电压。

另外，精确直流电压源提供的电压可以直接施加到本发明电源供应器的开关上，或者精确直流电压源提供的电压可以提供给放大器，然后将放大后的电压施加到本发明电源供应器的开关上。

这些实施例代表一些简单布置，显示了如何将基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压提供给开关。例如，本领域技术人员已知的其他布置可用于向开关提供从精确直流电压源供应电压获得的精确电压。

在初始期间，通过开关将基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压提供给电压放大器，而施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压不经由开关提供给放大器。调谐后，基准电压（即在施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压）施加到电压放大器上，电压放大器向至少一个电极提供电压。所述方法包括以下步骤：

当电源供应器被激活时，基于调谐单元输出电压提供的电压和基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压被施加到开关上，施加到开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压不通过开关与电压放大器连接，而施加到开关上的精确电压通过开关与电压放大器连接。

电源供应器的控制单元将根据比较器提供的信号对调谐单元进行调谐，以使基于由比较器比较的调谐单元输出电压的电压与精确直流电压源供应的精确电压之间的绝对差值最小。

当比较器比较电压之间的绝对差值低于规定的最小值且控制单元的调谐停止时，控制单元向开关提交开关信号。收到开关信号的开关被启动，然后施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压作为基准电压通过开关与电压放大器连接，施加在开关上的精确电压由开关从电压放大器上断开。

通常，任何基于调谐单元输出电压的电压都可以施加到开关上。该电压可以通过本领域技术人员已知的任何适当布置从调谐单元的输出电压获得。

具体来说，基于调谐单元输出电压的不同电压可施加在开关上，并由比较器进行比较。

一般来说，任何基于精确直流电压源供应电压提供的精确电压都可以施加到开关上。该电压可以通过本领域技术人员已知的任何适当布置从精确直流电压源供应电压获得。

具体来说，基于精确直流电压源供应电压提供的不同精确电压可施加在开关上并由比较器进行比较。

基于调谐单元输出电压提供的相同电压可以施加到开关和比较器上。所以，施加在开关上的基于调谐单元输出电压提供的电压，就是由比较器比较的基于调谐单元输出电压的电压。

基于精确直流电压源供应电压提供的相同的精确电压可以施加到开关和比较器上。所以施加在开关上的精确电压就是由比较器比较的精确电压。

在优选实施例中，基于调谐单元输出电压提供的相同电压和基于精确直流电压源供应电压提供的相同精确电压可以施加到开关和比较器上。

在所述方法的优选实施例中，本发明电源供应器包括一个开关，调谐单元的输出电压和精确直流电压源的电压被施加到所述开关。本实施例中，本发明电源供应器的比较器将调谐单元的输出电压与精确直流电压源的电压进行比较。在初始期间，通过开关将精确直流电压源连接到电压放大器，而调谐单元的输出电压不连接到放大器。调谐后，由调谐单元输出电压提供的基准电压施加到电压放大器上，电压放大器向至少一个电极提供电压。所述方法包括以下步骤：

当电源供应器被激活时，调谐单元的输出电压和精确直流电压源供应电压被施加到开关上，并且施加到开关上的调谐单元输出电压不通过开关与电压放大器连接，而精确直流电压源供应电压通过开关与电压放大器连接。

电源供应器的控制单元将根据比较器提供的信号对调谐单元进行调谐，以使调谐单元的输出电压与精确直流电压源供应电压之间的绝对差值最小。

当比较器比较电压之间的绝对差值低于规定的最小值且控制单元的调谐停止时，控制单元向开关提交开关信号。开关收到开关信号后被启动，然后调谐单元输出电压作为基准电压通过开关与电压放大器连接，而精确直流电压源供应电压通过开关与电压放大器断开。

附图说明

图1 示意性地示出了本发明电源供应器的第一实施例。

图2 示意性地示出了本发明电源供应器的第二实施例。

图3 示意性地示出了包括了数字元件的本发明电源供应器的第三实施例。

图4 示意性地示出了本发明电源供应器的第四实施例。

图5 示意性地示出了本发明电源供应器的第五实施例。

图6 示意性地示出了本发明电源供应器的第六实施例。

图7 示意性地示出了本发明电源供应器的第七实施例。

图8 示意性地示出了本发明电源供应器的第八实施例。

图9 示意性地示出了本发明电源供应器的第九实施例。

图10 示意性地示出了本发明电源供应器的第十实施例。

图11 示意性地示出了本发明电源供应器的第十一实施例。

图12 示意性地示出了本发明电源供应器的第十二实施例。

图13 A-13 D 示出了本发明电源供应器的第三实施例的细节。

图14 示出了由精确电源供应器提供的基准电压和由本发明电源供应器提供的基准电压的时间稳定性特性。

图15 示出了由精确电源供应器提供的基准电压和由本发明电源供应器提供的基准电压的温度特性。

图16A 和 图16B 示出了多反射飞行时间质量分析仪的第一实施例，可以使用本发明电源供应器对其施加电压。

图17 示出了多反射飞行时间质量分析仪的第二实施例，可以使用本发明电源供应器对其施加电压。

具体实施方式

图1 示出了本发明电源供应器 2 的第一实施例。示意性地示出了电源供应器 2的主要元件，这些元件对本发明至关重要。

本发明电源供应器 2 包括两种不同的直流电压源，一个超稳定直流电压源 4(V1) 和一个精确直流电压源 6 (V2)。

超稳定直流电压源 4 可提供非常稳定的输出电压。在一定时间和特定温度范围内保证输出电压的稳定性。直流超稳定电压源 4 输出电压的电压稳定性值通常低于 5ppm，优选是低于 1 ppm，更优选是低于 0.5 ppm，特别优选是低于 0.3 ppm。输出电压的稳定性通常超过 12 小时，优选是超过 24 小时，更优选是超过 48 小时，特别优选是超过96 小时。输出电压的稳定性通常在大于 10°C 的温度范围内实现，优选是大于 15°C，更优选是大于 20°C，特别优选是大于 25°C。

例如，在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，可以使用超稳定直流电压源 4，在超过 24 小时且温度范围大于 10°C 时其电压稳定度低于 2 ppm。

精确直流电压源 6 提供非常精确的直流输出电压，其产生精度通常低于 1,000ppm，优选是低于 400 ppm，更优选是低于 250 ppm，最优选是低于 100 ppm。

例如，在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，可以使用精确直流电压源 6，其产生精度低于 500 ppm。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，由超稳定直流电压源 4 提供的电压绝对值高于由精确直流电压源 6 提供的电压。

通常，在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 2%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 10%。更优选地，超稳定直流电压源 4的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 25%。

通常，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 500%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 200%。更优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6的电压绝对值高不超过 100%。

通常，本发明电源供应器的两个电压源：超稳定直流电压源 4 和精确直流电压源6，提供的电压绝对值范围为 0.5 V 至 100 V，优选为 2 V 至 20 V，更优选为 2.5 V 至10 V。例如，在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，可以使用提供 9 V 平均电压的超稳定直流电压源 4，和提供 7 V 标称电压的精确直流电压源 6。那么本发明电源供应器 2将提供 7 V 的基准电压。

本发明电源供应器 2 还包括一个调谐单元 8，它可以是一个可调谐分压器。可调谐分压器包括至少一个电阻器，优选地包括一个连接的电阻器网络。在本发明电源供应器2 的第一实施例中，超稳定直流电压源 4 的电压施加到箭头 10 所示的调谐单元 8 的两个（输入）连接器（未示出）。调谐单元 8 包括一个输出连接器（未示出），调谐单元 8 向其提供输出电压。如果调谐单元 8 是可调谐分压器，则通过从可调谐分压器的电阻器或电阻器网络的分接电压来提供输出电压。

调谐单元 8 提供可调节的输出电压。

本发明电源供应器 2 的调谐单元 8 可以进行模拟或数字调谐。在模拟调谐单元中，还可以由电路中的电气元件或调谐单元 8 的机械元件来执行调谐，由此将调谐的输出电压提供给调谐单元 8 的（输出）连接器。如果调谐单元采用数字调谐，则向调谐单元 8的至少一个调谐输入端（未示出）提供一个 1 位或多位数字信号。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，调谐单元 8 的输出电压是由电源供应器 2 提供的基准电压。

本发明电源供应器 2 还包括一个比较器 12。优选地，比较器 12 包括一个运算放大器，更优选为差分放大器，并且特别优选为提供数字信号的高增益差分放大器。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，箭头 14 所示的可调谐分压器 8 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。输出信号可以是等于或正比于比较电压差的信号。这两个输入电压比较产生的输出信号也可以是一个只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个值较高。

对于此类比较器，可以使用高增益差分放大器，所述放大器可提供非常低或非常高的电压，然后将所述电压标识为信号 0 和 1。

本发明电源 2 还包括一个控制单元 18。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，比较器 12 提供的信号作为箭头 20所示的输入信号提供给控制单元 18，所述信号通过调谐单元 8 的输出电压与精确电压源6 的电压的比较而产生。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，控制单元 18 根据比较器 12 提供的信号来调谐调谐单元 8，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的差值最小。为此，控制单元 18 提供输出信号，所述输出信号提供给箭头 22 所示调谐单元8。

当比较器 12 提供的信号表明，调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值低于规定的最小值时，控制单元 18 的调谐将停止。当可调谐分压器 8 停止调谐时，规定的最小值与由精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比应低于 500ppm，优选低于 200 ppm，更优选低于 50 ppm，最优选低于 10 ppm。

例如，在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，规定的最小值可以是 140 μV。对于标称电压 7 V 的精确直流电压源 6，规定的最小值与精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比为 20 ppm。

然后，调谐单元 8 提供输出电压，所述输出电压在本发明电源供应器 2 的第一实施例中是基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。调谐单元分压器 8 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 供应电压的平均值。因此，所提供的基准电压除了差值小于规定的最小值之外，还具有由精确直流电压源 6 所提供的电压值和相同的精度。由于本发明电源 2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

如果比较器 12 提供给控制单元 18 的信号等于或正比于比较电压差，则控制单元 18 根据检测到的电压差作出反应并向调谐单元 8 提供信号，根据检测到的电压差增大或减小其输出电压。在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的差值减小。

如果直流精确电压源 6 的电压值高于可调谐分压器 8 的输出电压，则在本发明电源供应器 2 的第一实施例中由控制单元 18（箭头 22）提供的输出信号将增大可调谐分压器 8 的输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第一实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确直流电压源 6 的电压高于调谐单元 8 的输出电压。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并向调谐单元8 提供信号以增大其输出电压。

如果直流精确电压源 6 的电压值低于可调谐分压器 8 的输出电压，则在本发明电源供应器 2 的第一实施例中由控制单元 18 提供的输出信号将减小可调谐分压器 8的输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第一实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确直流电压源 6 的电压低于调谐单元 8 的输出电压。控制单元对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并向调谐单元 8 提供信号以减小其输出电压。

优选地，通过控制单元 18 向调谐单元 8 提供相应的信号，逐级降低调谐单元 8输出电压的增加和减减小。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，通过减小调谐单元 8 输出电压的变化，使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的差值最小化。

在图1 的第一实施例中，将本发明电源供应器 2 的调谐单元 8 的输出电压作为基准电压施加在箭头 26 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大的电压施加到箭头 30 所示的电极 28 上。调谐单元 8 的输出电压经由开关 32 施加到电压放大器 24上。相应地，调谐单元 8 的输出电压直接施加到箭头 34 所示的开关 32 上。

在本发明电源供应器 2 的第一实施例中，开关 32 将在电源供应器 2 被激活之后的规定时间将调谐单元 8 的输出电压连接至电压放大器 24。优选将调谐单元 8 的输出电压与电压放大器 24 连接的时间延迟，这样就可以在调谐单元 8 的输出电压与电压放大器 24 连接之前，完成控制单元 18 对调谐单元 8 的调谐。那么，调谐单元 8 的输出电压是施加到电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源 2 提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。

在本发明电源供应器 2 未示出的另一实施例中，开关 32 是本发明电源供应器2 的元件，当控制单元 18 停止对调谐单元 8 调谐时，控制单元 18 向开关 32 提交开关信号。然后，开关 32 在收到开关信号后被启动，施加到所述开关上的基于调谐单元 8 的输出电压提供的电压，由本发明电源供应器 2 经由开关 32 作为基准电压提供。

当本发明电源供应器 2 具有与本发明电源供应器 2 的第一实施例相同的元件时，控制单元 18 与开关 32 连接以向开关 32 提供开关信号，开关 32 在收到调谐单元8 调谐后提交的开关信号而被启动，开关启动后，调谐单元 8 的输出电压与电压放大器24 相连。然后，在电压放大器 24 处施加调谐单元 8 的输出电压作为超稳定和精确的基准电压。

图2 示出了本发明电源供应器 2 的第二实施例。示意性地示出了电源供应器 2的主要元件，这些元件对本发明至关重要。对于第二和所有其他实施例的发明电源供应器2 的元件，如果在实施例中使用相同的元件，则使用与前面实施例中相同的附图标记。

由于在以下实施例中大部分元件与前面的实施例相同，因此不针对以下实施例描述这些元件，而是参考关于图1 的这些元件的描述或其它前面实施例及其相关图对这些元件的描述。

第一实施例和第二实施例的主要区别在于，开关 32 是第二实施例中的电源供应器 2 的元件。开关 32 还能够将施加到开关 32 上的调谐单元 8 的输出电压与向电极28 施加放大电压的电压放大器 24 连接。但是，精确直流电压源 6 的电压也提供给箭头36 所示的开关 32。

第一实施例和第二实施例的另一个区别是，控制单元 18 还向箭头 38 所示的开关 32 提供开关信号。

电源供应器 2 的第二实施例能够执行电源供应器 2 的以下校准方法，以提供高精度和稳定性的基准电压。

当电源供应器 2 被激活时，在第一步中，开关 32 连接精确直流电压源 6 与电压放大器 24，所述电压放大器 24 将放大的电压施加到电极 28 上。在校准方法的这一阶段，精确直流电压源 6 的标称电压已施加在电压放大器 24 上。因此，施加的电压已经是精确电压，但是相对于精确直流电压源 6 的稳定性，其稳定性有限。

在第一步中，调谐单元 8 的输出电压不经由开关 32 与电压放大器 24 连接。

如第一个实施例的详细说明所述，电源供应器 2 的控制单元 18 在第二步将根据比较器 12 提供的信号对调谐单元 8 进行调谐，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。

当比较器 12 提供的信号表明，调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压的绝对差值低于规定的最小值时，控制单元 18 的调谐将停止。然后，控制单元在第三步向箭头 38 所示的开关 32 提交开关信号。当开关 32 接收到开关信号时，开关 32 启动，然后调谐单元 8 的输出电压与电压放大器 24 连接，并且精确直流电压源 6 提供的电压通过所述开关从电压放大器 24 上断开。那么，调谐单元 8 的输出电压是施加在电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源 2 提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。

因此，在本发明电源供应器 2 的第二实施例中，首先校准调谐单元 8 的输出电压以提供具有高精度和稳定性的预期基准电压，并且当电源供应器 2 的控制电路 18 实现了这一点时，开关 32 启动以向电压放大器 24 提供优化的基准电压。在此校准期间，精确直流电压源 6 的标称电压施加到具有有限稳定性的电压放大器 24 上。

在具有高精度和高稳定性的基准电压的调谐时期，施加到电压放大器 24 上的电压的这种有限稳定性并不重要，因为调谐时期通常是几秒钟的时间，而向电极提供 kV 级高电压的激活电源供应器的预热往往需要更长的时间，通常在 30 到 60 分钟的范围。而且，即使仪器只关闭一小段时间，向电极提供电压的电子设备也需要一段时间（通常在几秒到几分钟的范围）才能稳定下来。在这一阶段，当精确直流电压源 6 提供的电压已具有所需的基准电压值时，这是很有帮助的，因为电气元件，特别是电阻器已经获得了正确的电源。在这个阶段由精确直流电压源 6 提供的电压具有有限稳定性无关紧要。

图3 示出了本发明电源供应器 2 的第三实施例。示意性地示出了电源供应器 2的主要元件，这些元件对本发明至关重要。对于第三实施例中本发明电源供应器 2 的元件，如果使用相同的元件，则使用与图1 的第一实施例或图2 的第二实施例中相同的附图标记。

第三实施例的电源供应器 2 原则上包括与第二实施例相同的元件，但对于多个元件采用了数字技术，进一步提高了本发明电源供应器 2 的功能。

第三实施例中本发明电源供应器 2 包括两种不同的直流电压源：超稳定直流电压源 4 (V1) 和精确直流电压源 6 (V2)。

这种超稳定直流电压源 4 (V1) 和精确直流电压源 6 (V2) 的参数与第一实施例所描述的相同。此外，这些直流电压源电压绝对值的关系与第一个实施例所述的相同。

例如，在本发明电源供应器 2 的第三实施例中，可以使用提供 7 V 平均电压的超稳定直流电源 4 和提供 5 V 标称电压的精确直流电压源 6。那么，本发明电源供应器2 将提供 5 V 的基准电压。

本发明电源供应器 2 的第三个实施例包括一个调谐单元，即数模转换器 (DAC)108。多位数字信号提供至数模转换器 (DAC) 108 的数字输入端，用于对数模转换器(DAC) 108 进行数字调谐。

超稳定直流电压源 4 的电压施加在箭头 10 所示的数模转换器 (DAC) 108 的两个（输入）连接器（未示出）上。数模转换器 (DAC) 108 包括输出连接器（未示出），数模转换器 (DAC) 108 通过分接来自数模转换器 (DAC) 108 的电阻网络的电压向其提供输出电压。

数模转换器 (DAC) 108 的输出电压是电源供应器 2 提供的基准电压。

本发明电源供应器 2 还包括一个比较器 12。优选地，比较器 12 包括运算放大器，所述运算放大器是差分放大器。

箭头 14 所示的数模转换器 (DAC) 108 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。这两个输入电压比较产生的输出信号是只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个值较高。

对于此类比较器，可以使用高增益差分放大器，所述放大器可提供非常低或非常高的电压，然后将所述电压标识为信号 0 和 1。

本发明电源供应器 2 还包括一个控制单元，即处理器 118。处理器可执行计算机程序，以根据所述步骤操作电源供应器 2。

比较器 12 提供的信号，即数模转换器 (DAC) 108 的输出电压和精确电压源 6的电压比较产生的结果，作为箭头 20 所示的输入信号提供给处理器 118。

处理器 118 将根据比较器 12 提供的数字信号对数模转换器 (DAC) 108 进行调谐，以使数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，处理器 118 提供数字输出信号，所述信号提供给箭头 22 所示的数模转换器 (DAC) 108。

如果精确直流电压源 6 的电压值高于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压，则由处理器 118（箭头 22）提供的输出信号将增大数模转换器 (DAC) 108 的输出电压。

当比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确直流电压源 6 的电压高于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第一值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 108 以增大其输出电压。

如果精确直流电压源 6 的电压值低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压，则由处理器 118 提供的输出信号将减小数模转换器 (DAC) 108 的输出电压。

当比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确直流电压源 6 的电压低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 108 以减小其输出电压。

优选地，通过处理器 118 提供相应数字信号给数模转换器 (DAC) 108 来逐级降低数模转换器 (DAC) 108 输出电压的增大和减小。通过降低数模转换器 (DAC) 108 输出电压的变化，使数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值降至最低。

然后，数模转换器 (DAC) 108 提供输出电压，所述输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。数模转换器 (DAC) 108 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 供应电压的平均值。因此，所提供的基准电压除了有较小的差异外，还具有由精确直流电压源 6 供应电压值和相同的精度。由于本发明电源2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

在优选实施例中，数模转换器 108 包括电阻器阶梯网络，特别是 R-2R 电阻器阶梯网络。在本优选实施例中，处理器 118 提供的数字信号就是特定位数的数字信号。数字信号优选是至少 16 位的信号，特别优选是至少 20 位的信号。基于比较器 12 提供的数字信号，处理器采用逐次逼近的方法，使数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与精确直流电源 6 的电压之间的绝对差值最小。在该方法中，根据处理器 118 提供给数模转换器(DAC) 108 的数字信号位数，由 R-2R 电阻器梯形网络确定数模转换器 (DAC) 108 的输出电压。电阻器网络利用每个设定位（值为 1）等分超稳定直流电压源 4 提供的电压。因此，第一位是将电压等分成 1/2 的份额，第二位将剩余电压等分成 1/4 的份额，第三位将剩余电压等分成 1/8 的份额，依此类推。

逼近之前，数字信号的所有位都设置为 0（或者可以全部设置为 1）。逼近开始时，当比较器 12 第一次提供数字信号时，所述信号表明精确直流电压源 6 的电压是高于还是低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压，处理器相应地设置第一位，以对数模转换器(DAC) 108 的输出电压进行相应调整。通常，在第一次迭代步骤中，第一位设置为 1，因此数模转换器 (DAC) 108 的输出电压是超稳定直流电压源 4 的电压的一半。然后，比较器12 在下一次迭代中提供第二数字信号，所述数字信号表明精确直流电压源 6 的电压是高于或低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压。如果数模转换器 (DAC) 108 的输出电压由于将之前的位设置为 1 而过高，则将此位设置回原值，并将第二位设置为 1。否则，将第二位设置为 1，且第一位保持不变。然后，比较器 12 在下一次迭代中提供第三数字信号，所述数字信号表明精确直流电压源 6 的电压是高于或低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压。如果现在数模转换器 (DAC) 108 的输出电压由于将之前的（第二个）位设置为 1 而过高，则将此位设置回原值，并将第三位设置为 1。否则，将第三位设置为 1，且第二位保持不变。

在此方法的迭代步骤中，设置由处理器 118 提供给数模转换器 (DAC) 108 的数字信号的每个位，并且将数模转换器 (DAC) 108 的输出电压正确地调整为精确直流电压源 6 的电压。此调整的精度将快速提高，因此，在精确直流电压源 6 的电压的标称平均值逼近结束时，数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的剩余绝对差值与标称平均值之比，对于处理器 118 向数模转换器 (DAC) 108 提供的 20 位信号为 1 ppm，对于 16 位信号为 15 ppm，以及对于 14 位信号为 61 ppm。根据比较器的特性，剩余的绝对差值也可能大于这些值，但只要基准电压现在具有所需的稳定性，这就无关紧要。

在图3 的实施例中，将本发明电源供应器 2 的数模转换器 (DAC) 108 的输出电压作为基准电压施加在箭头 26 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大的电压施加到箭头 30 所示的电极 28 上。数模转换器 (DAC) 108 的输出电压在调谐过程完成之后，经由开关 32 施加在电压放大器 24 上。相应地，数模转换器 (DAC) 108 的输出电压直接施加到箭头 34 所示的开关 32 上。

精确直流电压源 6 的电压也提供给箭头 36 所示的开关 32。

处理器 118 向箭头 38 显示的开关 32 提供开关信号。

电源供应器 2 的第三实施例能够执行电源供应器 2 的以下校准方法，以提供高精度和稳定性的基准电压。

当电源供应器 2 被激活时，在第一步中，开关 32 连接精确直流电压源 6 与电压放大器 24，所述电压放大器 24 将放大的电压施加到电极 28 上。在校准方法的这一阶段，精确直流电压源 6 的标称电压已施加在电压放大器 24 上。因此，施加的电压已经是精确电压，但是相对于精确直流电压源 6 的稳定性，其稳定性有限。

在第一步中，数模转换器 (DAC) 108 的输出电压不经由开关 32 与电压放大器24 连接。

电源供应器 2 的处理器 118 在第二步将根据比较器 12 提供的信号对数模转换器 (DAC) 108 进行调谐，以使数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与精确直流电压源 6的电压之间的绝对差值最小，如前所述，最好采用逐次逼近的方法。

当处理器 118 的调谐完成时，也就是说，当采用逐次逼近的方法时，所有的位都已设置，处理器 118 在第三步向箭头 38 所示的开关 32 提交一个开关信号。当开关 32接收到开关信号时，所述开关被启动，然后数模转换器 (DAC) 108 的输出电压与电压放大器 24 连接，并且精确直流电压源 6 的供应电压被开关从电压放大器 24 上断开。那么，数模转换器 (DAC) 108 的输出电压是施加在电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源供应器 2 提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。

因此，在本发明电源供应器 2 的第三实施例中，首先校准数模转换器 (DAC) 108的输出电压以提供具有高精度和稳定性的预期基准电压，并且当电源供应器 2 的控制电路实现了这一点时，开关 32 启动以向电压放大器 24 提供优化的基准电压。在此校准期间，精确直流电压源 6 的标称电压施加在具有有限稳定性的电压放大器 24 上。

图4 示出了本发明电源 2 的第四实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有元件与第一实施例相同，由超稳定直流电压源4 提供的电压不直接施加到调谐单元 8 的（输入）连接器（未示出）上。超稳定直流电压源4 的电压施加在箭头 182 所示的电压放大器 180（在另一个规格中命名为超稳定电压放大器 180）上。然后，将在超稳定电压放大器 180 的输出端提供的放大电压，作为基于超稳定电压源 4 供应电压的超稳定电压的例子，提供给箭头 10 所示的调谐单元 8 的两个（输入）连接器（未示出）。

在本发明电源供应器 2 的第四实施例中，超稳定电压放大器 180 的输出端提供的放大电压具有比由精确直流电压源 6 提供的电压更高的绝对值。超稳定直流电压源 4提供的电压可以比精确直流电压源 6 提供的电压具有更低的绝对值。

通常，在本发明电源供应器 2 的第四实施例中，超稳定电压放大器 180 输出端提供的放大电压的绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 2%。优选地，超稳定电压放大器 180 输出端提供的放大电压的绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 10%。更优选地，超稳定电压放大器 180 输出端提供的放大电压的绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 25%。

通常，超稳定电压放大器 180 输出端提供的放大电压的绝对值不超过精确直流电压源 6 的电压绝对值的 500%。优选地，超稳定电压放大器 180 输出端提供的放大电压的绝对值不超过精确直流电压源 6 的电压绝对值的 200%。更优选地，超稳定电压放大器180 输出端提供的放大电压的绝对值不超过精确直流电压源 6 的电压绝对值的 100%。

例如，在本发明电源供应器 2 的第四实施例中，可以使用提供 4 V 平均电压的超稳直流电压源 4 和提供 5 V 标称电压的精确直流电压源 6。然后，超稳电压放大器180 将超稳直流电压源 4 提供的 4 V 平均电压放大到 7 V 的放大电压以提供给调谐单元 8 的两个（输入）连接器（未示出）。然后，本发明电源供应器 2 将提供 5 V 的基准电压。

由于本发明电源供应器的第一实施例中和第四实施例中的所有其它元件都相同，所以本发明电源供应器 2 的第四实施例中调谐单元 8 将提供输出电压，所述输出电压是由本发明电源供应器 2 的第四实施例提供的基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。如果超稳定电压放大器 180 对施加在调谐单元 8 上的放大电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确，使超稳定电压放大器 180 的输出端提供的放大电压以及提供给调谐单元 8 的放大电压，具有与超稳定直流电压源 4 提供的电压相同的稳定性。否则，本发明电源供应器 2 的第四实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第四实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

本发明电源供应器 2 第四实施例中，在调谐时期过后，调谐单元分压器 8 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 在调谐周期内提供的电压的平均值。因此，所提供的基准电压具有精确直流电压源 6 供应电压的值和相同的精度，不同之处在于，调谐单元8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值小于规定的最小值，如果低于该最小值，控制单元 18 的调谐将停止。由于本发明电源 2 的第四实施例，所提供的基准电压现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

图5 示出了本发明电源 2 的第五实施例。

在本实施例中，通常所有元件与第一个实施例中的元件相同，可调谐分压器 8 的输出电压提供给放大器 183（在另一个规格中命名为输出电压放大器 183）。输出电压放大器 183 放大可调谐分压器 8 的输出电压。因此，输出电压放大器 183 输出端提供放大输出电压。该放大输出电压是基于调谐单元 8 的输出电压提供的电压的一个例子。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，箭头 184 所示的输出电压放大器 183的输出端提供的放大输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。输出信号可以是等于或正比于比较电压差的信号。这两个输入电压比较产生的输出信号也可以是一个只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个具有较高的值或较高的绝对值。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，超稳定直流电压源 4 提供的电压可以比精确直流电压源 6 提供的电压具有更低的绝对值。

比较器 12 提供的信号作为箭头 20 所示的输入信号提供给控制单元 18，在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，所述信号通过在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确电压源 6 的电压比较而产生。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，控制单元 18 根据比较器 12 提供的信号来调谐调谐单元 8，以使在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的差值最小。为此，控制单元 18 提供输出信号，所述输出信号提供给箭头 22 所示调谐单元 8。

当比较器 12 提供的信号表明，输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值小于规定的最小值时，控制单元 18 的调谐将停止。当可调谐分压器 8 停止调谐时，规定的最小值与由精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比应低于 500 ppm，优选低于 200 ppm，更优选低于 50 ppm，最优选低于 10ppm。

例如，在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，规定的最小值可以是 210 μV。对于标称电压 7 V 的精确直流电压源 6，那么规定的最小值与精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比为 30 ppm。

如果比较器 12 的输出信号只是表示两个元件中哪一个具有较高的值或较高的绝对值的数字信号，并且仅在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值低于规定最小值情况下，由控制单元 18 提供给调谐单元 8的输出信号 22 将引发输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压发生变化；当调谐过程应停止时，比较器提供的数字信号因引发的电压变化而发生变化，表明输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值低于规定的最小值。因此，控制单元 18 将停止调谐处理。

然后，调谐单元 8 提供输出电压，所述输出电压是在本发明电源供应器 2 的第五实施例中的电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 提供的电压的平均值。因此，在第五实施例中，所提供的基准电压为输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压，除了差值小于规定的最小值之外，还具有与精确直流电压源 6 供应电压相同的值和相同的精度。由于本发明电源 2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

因此，本发明电源的第五实施例中提供的基准电压是基于调谐单元输出电压的电压，该基准电压是在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。在本实施例中， 提供的基准电压是调谐单元 8 的放大输出电压，其中放大增益由放大输出电压放大器 183定义。

如果比较器 12 提供给控制单元 18 的信号等于或正比于比较电压差，则控制单元 18 根据检测到的电压差作出反应并向调谐单元 8 提供信号，根据检测到的电压差增大或减小其输出电压。在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压的绝对差值减小。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，如果直流精确电压源 6 的电压值高于输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压，则控制单元 18（箭头 22）提供的输出信号将增大可调谐分压器 8 的输出电压，并相应地增大输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第五实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确直流电压源 6 的电压高于输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并向调谐单元 8 提供信号以增大其输出电压，并相应地增大在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，如果直流精确电压源 6 的电压值低于输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压，则控制单元 18 提供的输出信号将减小调谐单元 8 的输出电压，并相应地减小输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第五实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确直流电压源 6 的电压低于输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。控制单元对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并向调谐单元 8 提供信号以减小其输出电压，并相应地减小在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。

优选地，通过控制单元 18 向调谐单元 8 提供相应的信号，逐级降低调节单元 8的输出电压的增大和减小、以及相应地在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压的增大和减小。

本发明电源供应器 2 的第五实施例中，通过降低调谐单元 8 的输出电压的变化，以及相应地降低输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压的变化，使得在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。

在图5 的第五实施例中，将本发明电源供应器 2 的输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压作为基准电压施加在箭头 185 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大电压施加到箭头 30 所示的电极 28上。输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压经由开关 32 施加到电压放大器 24。相应地，输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压施加在箭头 185 所示的开关 32 上。

在本发明电源供应器 2 的第五实施例中，开关 32 将在电源供应器 2 被激活之后的规定时间连接输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压。优选将输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与电压放大器 24 连接的时间延迟，这样就可以在输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压与电压放大器 24 连接之前，完成控制单元 18 对调谐单元 8 的调谐。那么，输出电压放大器 183 输出端提供的放大输出电压是施加到电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源 2 提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。如果输出电压放大器 183 对施加在比较器 12 上的放大电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确，使输出电压放大器 183 输出端提供的放大电压，具有与超稳定直流电压源 4 提供的电压相同的稳定性。否则，本发明电源供应器 2 的第五实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第五实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

图6 示出了本发明电源 2 的第六实施例。

在本实施例中，通常所有元件与第一个实施例中的元件相同，可调谐分压器 8 的输出电压提供给放大器 186（在另一个规格中命名为基准电压前置放大器 186）。基准电压前置放大器 186 放大可调谐分压器 8 的输出电压。因此，放大输出电压在基准电压前置放大器 186 输出端提供。该放大输出电压是基于调谐单元 8 的输出电压的电压，作为本发明电源供应器 2 的基准电压提供。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，箭头 14 所示的可调谐分压器 8 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。输出信号可以是等于或正比于比较电压差的信号。这两个输入电压比较产生的输出信号也可以是一个只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个值较高。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，由超稳定直流电压源 4 提供的电压具有比由精确直流电压源 6 提供的电压更高的绝对值。

通常，在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 2%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 10%。更优选地，超稳定直流电压源 4的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 25%。

通常，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 500%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 200%。更优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6的电压绝对值高不超过 100%。

例如，在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，可以使用提供 9 V 平均电压的超稳定直流电源 4 和提供 7 V 标称电压的精确直流电压源 6。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，比较器 12 提供的信号作为箭头 20所示的输入信号提供给控制单元 18，所述信号通过调谐单元 8 的输出电压与精确电压源6 的电压的比较而产生。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，控制单元 18 根据比较器 12 提供的信号来调谐调谐单元 8，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，控制单元 18 提供输出信号，所述输出信号提供给箭头 22 所示调谐单元 8。

当比较器 12 提供的信号表明，调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值低于规定的最小值时，控制单元 18 的调谐将停止。当可调谐分压器 8 停止调谐时，规定的最小值与由精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比应低于 500ppm，优选低于 200 ppm，更优选低于 50 ppm，最优选低于 10 ppm。

例如，在发明电源供应器 2 的第六实施例中，规定的最小值可以是 140 μV。对于标称电压 7 V 的精确直流电压源 6，规定的最小值与精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比为 20 ppm。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，调谐单元 8 提供输出电压，该输出电压提供给基准电压前置放大器 186，由该基准电压前置放大器放大可调谐分压器 8 的输出电压。然后，由基准电压前置放大器 186 提供的放大电压是本发明电源供应器 2 的基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。调谐单元分压器 8 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 供应电压的平均值。因此，提供给基准电压前置放大器 186 的电压除了差值小于规定的最小值之外，还具有由精确直流电压源6 供应的电压值和相同的精度。由于本发明电源 2，在基准电压前置放大器 186 输出端作为基准电压提供的放大输出电压现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

优选地，通过控制单元 18 向调谐单元 8 提供相应的信号，逐级降低调谐单元 8输出电压的增大和减小。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，通过降低调谐单元 8 输出电压的变化，使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值减小。

在图6 的第六实施例中，将基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压作为基准电压施加在箭头 187 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大电压施加到箭头 30 所示的电极 28上。基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压经由开关 32 施加到电压放大器 24。相应地，基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压施加在箭头 187 所示的开关 32 上。

在本发明电源供应器 2 的第六实施例中，开关 32 将在电源供应器 2 被激活之后的规定时间连接基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压与电压放大器24。优选将基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压与电压放大器 24 连接的时间延迟，这样就可以在基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压与电压放大器 24 连接之前，完成控制单元 18 对调谐单元 8 的调谐。那么，基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大输出电压是施加到电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源 2提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。如果基准电压前置放大器 186对作为基准电压提供的放大电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确，使基准电压前置放大器 186 输出端提供的放大电压，具有与超稳定直流电压源 4 提供的电压相同的稳定性。否则，本发明电源供应器 2 的第六实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第六实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

图7 示出了本发明电源 2 的第七实施例。

本实施例中，通常所有元件都与第一个实施例相同，精确直流电压源 6 提供的电压提供给放大器 188（在另一个规格中命名为精确电压放大器 188）。精确电压放大器 188放大由精确直流电压源 6 提供的电压。因此，在箭头 189 所示的比较器 12 处提供放大的电压。精确电压放大器 188 输出端的放大电压，即精确电压，是基于精确直流电压源供应电压的电压。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，箭头 14 所示的可调谐分压器 8 的输出电压和由箭头 189 所示的精确电压放大器 188 放大的放大电压提供给本发明电源 2的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。输出信号可以是等于或正比于比较电压差的信号。这两个输入电压比较产生的输出信号也可以是一个只有输出信号 0 和 1 的数字信号。这些信号仅用于表明两个输入电压中哪个值较高。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，比较器 12 提供的信号作为箭头 20所示的输入信号提供给控制单元 18，所述信号通过调谐单元 8 的输出电压与精确电压放大器 188 放大的放大电压的比较而产生。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，控制单元 18 根据比较器 12 提供的信号来调谐调谐单元 8，以使调谐单元 8 的输出电压与精确电压放大器 188 放大的放大电压之间的绝对差值最小。为此，控制单元 18 提供输出信号，所述输出信号提供给箭头22 所示调谐单元 8。

当比较器 12 提供的信号表明，调谐单元 8 的输出电压与精确电压放大器 188放大的放大电压的总差值低于规定的最小值时，控制单元 18 的调谐将停止。当可调谐分压器 8 停止调谐时，规定的最小值与精确电压放大器 188 放大的放大电压的标称平均值之比应低于 500 ppm，优选低于 200 ppm，更优选低于 50 ppm，最优选低于 10 ppm。

例如，在发明电源供应器 2 的第七实施例中，规定的最小值可以是 280 μV。对于由增益为 2 的精确电压放大器 188 放大的 3.5 V 精确直流电压源 6 的标称电压，规定的最小值与精确电压放大器 188 放大的放大电压标称平均值之比为 40 ppm。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，调谐单元 8 提供输出电压，所述输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。调谐单元分压器 8 的输出电压的平均值等于精确电压放大器 188 放大的放大电压平均值。因此，所提供的基准电压除了差值小于规定的最小值之外，还具有由精确电压放大器 188 放大的放大电压值和相同的精度。由于本发明电源 2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。

如果比较器 12 提供给控制单元 18 的信号等于或正比于比较电压差，则控制单元 18 根据检测到的电压差作出反应并向调谐单元 8 提供信号，根据检测到的电压差增大或减小其输出电压。在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，调谐单元 8 的输出电压与精确电压放大器 188 放大的放大电压的绝对差值降至最低。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，如果精确电压放大器 188 放大的放大电压值高于可调谐分压器 8 的输出电压，则由控制单元 18（箭头 22）提供的输出信号将增大可调谐分压器 8 的输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第七实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确电压放大器 188 放大的放大电压高于调谐单元 8 的输出电压。控制单元对比较器提供的数字信号的第一值作出反应，并向调谐单元 8 提供信号以增大其输出电压。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，如果精确电压放大器 188 放大的放大电压值低于可调谐分压器 8 的输出电压，则由控制单元 18 提供的输出信号将减小可调谐分压器 8 的输出电压。

具体来说，如果本发明电源供应器 2 的第七实施例中的比较器 12 提供数字信号，则由比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确电压放大器 188 放大的放大电压低于调谐单元 8 的输出电压。控制单元对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并向调谐单元 8 提供信号以减小其输出电压。

优选地，通过控制单元 18 向调谐单元 8 提供相应的信号，逐级降低调谐单元 8输出电压的增大和减小。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，通过降低调谐单元 8 输出电压的变化，使调谐单元 8 的输出电压与精确电压放大器 188 放大的放大电压之间的绝对差值最小。

在图7 的第七实施例中，将本发明电源供应器 2 的调谐单元 8 的输出电压作为基准电压施加在箭头 26 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大的电压施加到箭头 30 所示的电极 28 上。调谐单元 8 的输出电压经由开关 32 施加到电压放大器 24上。相应地，调谐单元 8 的输出电压直接施加在箭头 34 所示的开关 32 上。

在本发明电源供应器 2 的第七实施例中，开关 32 将在电源供应器 2 被激活之后的规定时间将调谐单元 8 的输出电压连接至电压放大器 24。优选将调谐单元 8 的输出电压与电压放大器 24 连接的时间延迟，这样就可以在调谐单元 8 的输出电压与电压放大器 24 连接之前，完成控制单元 18 对调谐单元 8 的调谐。那么，调谐单元 8 的输出电压是施加到电压放大器 24 上的基准电压，具有精确直流电压源 6 的精度和超稳定直流电压源 4 的稳定性。然后电压放大器 24 基于电源 2 提供的基准电压向电极 28 提供高精度和稳定性的电压。如果精确电压放大器 188 对基准电压的精度没有影响，则这一点特别正确，使调谐单元 8 的输出电压具有与精确直流电压源 6 提供的电压相同的精度。否则，本发明电源供应器 2 的第七实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第七实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

图8 示出了本发明电源 2 的第八实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有元件与第一实施例相同，只是调谐单元 8 的另一个实施例。在本实施例中，电源供应器 2 的调谐单元 8 包括串联连接的至少一个电阻器 161 和一个可调谐分压器 162。

在本发明电源供应器 2 的第八实施例中，超稳直流电压源 4 提供的电压施加到调谐单元 8 的两个（输入）连接器，其中一个连接器与至少一个电阻器 161 相连，另一个连接器与可调谐分压器 162 相连。

调谐单元 8 包括输出连接器（未示出），调谐单元 8 向所述连接器提供输出电压，然后所述输出电压提供给箭头 14 所示的比较器。通过分接可调谐分压器 162 的电阻器或电阻器网络的电压来提供输出电压。超稳定直流电压源 4 提供的电压只有一部分被施加到可调谐分压器 162 上，并且只有这部分提供的电压由可调谐分压器 162 调谐，以向（输出）连接器提供输出电压。因此，超稳定直流电压源 4 提供给可调谐分压器 162 的电压只有部分可用于将调谐单元 8 的输出电压调整成精确直流电压源 6 提供的电压。通常，超稳定直流电压源 4 供应电压的可调整部分高于电压的 10%，优选高于电压的 15%，更优选高于电压的 20%。通常，超稳定直流电压源 4 供应电压的可调整部分低于电压的50%，优选低于电压的 40%，更优选低于电压的 30%。

图9 示出了本发明电源 2 的第九实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有所示元件与第三实施例相同，只是调谐单元 8的另一个实施例。另一个不同之处在于，在第九实施例中，仅将调谐单元 8 的输出电压施加到开关 32。

在本实施例中，电源供应器 2 的调谐单元 8 包括并联连接的第一电阻器 167(R2) 和数模转换器 164 (DAC)，以及作为互阻抗放大器的电流电压转换器。互阻抗放大器包括运算放大器 165 和反馈电阻器 166 (R1)。数模转换器 164 (DAC) 与第二电阻器163 (R3) 串联连接。超稳电压源 4 向调谐单元 8 提供的电压施加在并联的数模转换器164 (DAC) 和第一电阻器 167 (R2) 上。此并联连接的另一端连接到互阻抗放大器的输入端，互阻抗放大器在输出端提供调谐单元 8 的输出电压，所述输出电压提供给箭头 14 所示的比较器 12，并直接施加到箭头 34 所示的开关 32 上。此电压与超稳定电压源 4 提供的电压具有相反的极性。但是，在本实施例中，调谐单元 8 的输出电压和精确电压源 6提供的电压具有相同的极性。

在本发明电源供应器 2 的第九实施例中，箭头 14 所示的可调谐分压器 8 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供输出信号，所述输出信号由这两个具有相同极性的输入电压比较产生。

如本领域技术人员所知，调谐单元 8 的输出电压值取决于第一电阻器 167(R2)、第二电阻器 163 (R3)、反馈电阻器 166 (R1) 的电阻值和数模转换器 164 (DAC)的输出电压。

本发明电源供应器 2 还包括一个控制单元，即处理器 118。处理器 118 可执行计算机程序，以根据所述方法操作电源供应器 2。

比较器 12 提供的信号，即调谐单元 8 的输出电压和精确电压源 6 的电压比较产生的结果，作为箭头 20 所示的输入信号提供给处理器 118。

处理器 118 将根据比较器 12 提供的数字信号对数模转换器 (DAC) 164 进行调谐，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，处理器 118 提供数字输出信号，所述信号提供给箭头 22 所示的数模转换器 (DAC)164。

如果精确直流电压源 6 的电压绝对值高于调谐单元 8 的输出电压的绝对值，则由处理器 118（箭头 22）提供的输出信号将增大数模转换器 (DAC) 164 的输出电压的绝对值，并相应地增大调谐单元 8 的输出电压的绝对值。

当比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确直流电压源 6 的电压的绝对值高于调谐单元 8 的输出电压的绝对值时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第一值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 164 以增大其输出电压的绝对值。

如果精确直流电压源 6 的电压绝对值低于调谐单元 8 的输出电压的绝对值，则由处理器 118 提供的输出信号将减小数模转换器 (DAC) 164 的输出电压的绝对值。

当比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确直流电压源 6 供应电压的绝对值低于数模转换器 (DAC) 108 的输出电压的绝对值时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 164 以减小其输出电压的绝对值。

优选地，通过处理器 118 提供相应数字信号给数模转换器 (DAC) 164 来逐级降低调谐单元 8 的输出电压的增大和减小。通过降低调谐单元 8 输出电压的变化，使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。

然后，调谐单元 8 提供输出电压，所述输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。调谐单元 8 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 供应电压的平均值。因此，所提供的基准电压除了有较小的差异外，还具有由精确直流电压源 6 供应的电压值和相同的精度。由于本发明电源 2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。如果调谐单元 8 的元件对调谐单元 8 的输出电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确。否则，本发明电源供应器 2 的第九实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第九实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

在优选实施例中，数模转换器 164 包括电阻器阶梯网络，特别是 R-2R 电阻器阶梯网络。在本优选实施例中，处理器 118 提供的数字信号就是一个特定位数的数字信号。数字信号优选是至少 16 位的信号，特别优选是至少 20 位的信号。如前所述，基于比较器12 提供的数字信号，处理器 118 采用逐次逼近的方法，使调谐单位 8 的输出电压与精确直流电源 6 的电压之间的绝对差值最小。在该方法中，根据处理器 118 提供给数模转换器 (DAC) 164 的数字信号位数，由 R-2R 电阻器梯形网络确定数模转换器 (DAC) 164 的输出电压。电阻器网络利用每个设定位（值为 1）等分在数模转换器 (DAC) 164 上施加的电压。因此，第一位是将电压等分成 1/2 的份额，第二位将剩余电压等分成 1/4 的份额，第三位将剩余电压等分成 1/8 的份额，依此类推。相应地，根据处理器 118 提供的设定位提供数模转换器 (DAC) 164 的输出电压。

在此方法的迭代步骤中，设置由处理器 118 提供给数模转换器 (DAC) 164 的数字信号的每个位，并且将调谐单元 8 的输出电压正确地调整为精确直流电压源 6 的电压。这种调整的精度将迅速提高。

在图9 的实施例中，将本发明电源供应器 2 的调谐单元 8 的输出电压作为基准电压施加在箭头 26 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大的电压施加到箭头30 所示的电极 28 上。调谐单元 8 的输出电压在调谐过程完成之后，经由开关 32 施加在电压放大器 24 上。相应地，调谐单元 8 的输出电压直接施加到箭头 34 所示的开关32 上。

图10 示出了本发明电源 2 的第十实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有所示元件与第三实施例相同，只是调谐单元 8的另一个实施例。另一个不同之处在于，在第十实施例中，仅将调谐单元 8 的输出电压施加到开关 32。

在本实施例中，电源供应器 2 的调谐单元 8 包括第一电阻器 171 (R2) 和数模转换器 172 (DAC)，以及作为互阻抗放大器的电流电压转换器。互阻抗放大器包括运算放大器 173 和反馈电阻器 174 (R1)。

在第一电阻器 171 (R2) 上施加超稳直流电压源 4 提供的电压，并且在数模转换器 172 (DAC) 上施加精确直流电压源 6 提供的电压。数模转换器 172 (DAC) 与第二电阻器 175 (R3) 串联连接。

第一电阻 171 (R2) 和数模转换器 172 (DAC) 连接在一个节点上，所述节点与互阻抗放大器的输入端连接，所述互阻抗放大器将自身的输出提供给反相放大器 199 的输入端。在反相放大器 199 的输出端提供调谐单元 8 的输出电压。所述输出电压提供给箭头 14 所示的比较器 12，并直接施加到箭头 34 所示的开关 32 上。

在本发明电源供应器 2 的第十实施例中，箭头 14 所示的调谐单元 8 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器12 比较电压信号。比较器 12 提供由所述两个输入电压比较产生的输出信号。

如本领域技术人员所知，调谐单元 8 的输出电压值取决于第一电阻器 171(R3)、第二电阻器 175 (R2)、反馈电阻器 174 (R1) 的电阻值和数模转换器 172 (DAC)的输出电压。数模转换器 172 (DAC) 的输出电压与精确直流电压源 6 提供给数模转换器172 (DAC) 电压有关。

本发明电源供应器 2 还包括控制单元，即处理器 118。处理器可执行计算机程序，以根据所述方法操作电源供应器 2。

比较器 12 提供的信号，即调谐单元 8 的输出电压和精确电压源 6 的电压比较产生的结果，作为箭头 20 所示的输入信号提供给处理器 118。

处理器 118 将根据比较器 12 提供的数字信号对数模转换器 (DAC) 172 进行调谐，以使控制单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，处理器 118 提供数字输出信号，所述信号提供给箭头 22 所示的数模转换器 (DAC)172。

如果精确直流电压源 6 的电压绝对值高于调谐单元 8 的输出电压的绝对值，则由处理器 118（箭头 22）提供的输出信号将增大数模转换器 (DAC) 172 的输出电压的绝对值，并相应地增大调谐单元 8 的输出电压的绝对值。

当比较器 12 提供的数字信号通过第一值表明，精确直流电压源 6 的电压的绝对值高于调谐单元 8 的输出电压的绝对值时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第一值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 172 以增大其输出电压的绝对值。

如果精确直流电压源 6 的电压绝对值低于调谐单元 8 的输出电压的绝对值，则由处理器 118 提供的输出信号将减小数模转换器 (DAC) 172 的输出电压的绝对值。

当比较器 12 提供的数字信号通过第二值表明，精确直流电压源 6 供应电压的绝对值低于调谐单元 8 的输出电压的绝对值时，处理器 118 对比较器 12 提供的数字信号的第二值作出反应，并将数字信号提供给数模转换器 (DAC) 172 以减小其输出电压的绝对值。

优选地，通过处理器 118 提供相应数字信号给数模转换器 (DAC) 172 来逐级降低调谐单元 8 的输出电压的增大和减小。通过减小调谐单元 8 输出电压的变化，使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值减小。

然后，调谐单元 8 提供输出电压，所述输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 4 的稳定性和精确直流电压源 6 的精度。调谐单元 8 的输出电压的平均值等于精确直流电压源 6 供应电压的平均值。因此，所提供的基准电压除了有较小的差异外，还具有由精确直流电压源 6 供应电压值和相同的精度。由于本发明电源 2，它现在具有超稳定直流电压源 4 的稳定性。如果调谐单元 8 的元件对调谐单元 8 的输出电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确。否则，本发明电源供应器 2 的第十实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第十实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

在优选实施例中，数模转换器 172 包括电阻器阶梯网络，特别是 R-2R 电阻器阶梯网络，其使用方式可以与第九实施例所述相同。

在建议方法的迭代步骤中，设置由处理器 118 提供给数模转换器 (DAC) 172 的数字信号的每个位，并且将调谐单元 8 的输出电压正确地调整为精确直流电压源 6 的电压。这种调整的精度将快速提高，因为每多设置一个数位，就会将数模转换器 (DAC) 172输出电压的调整精度加倍，这将引起调谐单元 8 输出电压的调整。

在图10 的实施例中，将本发明电源供应器 2 的调谐单元 8 的输出电压作为基准电压施加在箭头 26 所示的电压放大器 24 上，所述电压放大器将放大的电压施加到箭头 30 所示的电极 28 上。调谐单元 8 的输出电压在调谐过程完成之后，经由开关 32 施加在电压放大器 24 上。相应地，调谐单元 8 的输出电压直接施加到箭头 34 所示的开关32 上。

图11 示出了本发明电源 2 的第十一实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有元件与第一实施例相同，只是调谐单元 8 的另一个实施例。

在本发明的此实施例中，电源供应器的调谐单元 8 包括两个可调谐分压器 191和 192，优选为两个数模转换器 (DAC)。超稳直流电压源 4 提供给调谐单元 8 的电压施加在两个可调谐分压器中的第一可调谐分压器 191 (T1) 上，由第一可调谐分压器向（输出）连接器提供输出电压。然后，在两个可调谐分压器中的第二可调谐分压器 192 (T2) 上施加输出电压，第二可调谐分压器向（输出）连接器提供输出电压，即调谐单元 8 的输出电压。使用第一可调谐分压器 191 对调谐单元 8 的输出电压进行粗调，再使用第二可调谐分压器 192 对调谐单元 8 的输出电压进行微调。

调谐单元 8 包括一个输出连接器（未示出），调谐单元 8 向所述连接器提供输出电压，然后所述输出电压提供给箭头 14 所示的比较器 12。通过分接第二可调谐分压器192 的电阻器或电阻器网络的电压来提供输出电压。

在本发明电源供应器 2 的第十一实施例中，由超稳定直流电压源 4 提供的电压具有比由精确直流电压源 6 提供的电压更高的绝对值。

通常，在本发明电源供应器 2 的第十一实施例中，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值至少高 2%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 10%。更优选地，超稳定直流电压源 4的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高至少 25%。

通常，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 500%。优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6 的电压绝对值高不超过 200%。更优选地，超稳定直流电压源 4 的电压绝对值比精确直流电压源 6的电压绝对值高不超过 100%。

施加超稳直流电压源 4 的电压的第一可调谐分压器 191 用于对调谐单元 8 的输出电压进行粗调。因此，调谐单元 8 的输出电压通常由第一可调谐分压器 191 进行调谐，其选择性为精确直流电压源 6 电压的 1% 至 5%，优选为精确直流电压源 6 电压的200 ppm 至 1,000 ppm。

第二可调谐分压器 192 用于对调谐单元 8 的输出电压进行微调，使调谐单元 8的输出电压与精确直流电压源 6 的电压的总差值低于规定的最小值，这时控制单元 18的调谐将停止。由于第二可调谐分压器 192 的调谐，当可调谐分压器 8 停止调谐时，规定的最小值与精确直流电压源 6 供应电压的标称平均值之比应低于 500 ppm，优选低于200 ppm，更优选低于 50 ppm，最优选低于 10 ppm。

本发明电源供应器 2 的第十一实施例中，控制单元 18 根据比较器 12 提供的信号对调谐单元 8 的第一可调谐分压器 191 和第二可调谐分压器 192 进行调谐，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，控制单元 18 提供两个输出信号，用于粗调的第一输出信号提供给箭头 193 所示的调谐单元 8的第一可调谐分压器 191；用于微调的第二输出信号提供给箭头 194 所示的调谐单元 8的第二可调谐分压器 192。

控制单元 18 基于箭头 20 所示比较器 12 的输出信号，以与第一实施例相同的方式提供两个输出信号。不同之处在于，控制单元 18 提供的箭头 193 所示的第一输出信号仅用于对第一可调谐分压器 191 进行粗调，箭头 194 所示的第二输出信号由控制单元18 提供给第二可调谐分压器 192，以使调谐单元 8的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值最小，直至总差值低于规定的最小值，并且停止调谐过程。由于使用两个可调谐分压器，调整可以更快，并且对调谐单元 8 的输出电压和精确直流电压源 6 的电压之间的微小总差值的反应更灵敏。在调谐过程开始时，控制单元 18 可以提供箭头 193 所示的第一个输出信号，也可以提供箭头 194 所示的第二个输出信号。当调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值在调谐过程中低于第一可调谐分压器191 的选择性时，控制单元 18 优选仅进一步调整提供给第二可调谐分压器 192 的第二输出信号（箭头 194 所示），以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值最小化，直到总差值低于规定的最小值，其中箭头 193 所示的第一输出信号保持不变。

在本发明电源供应器 2 的第十一实施例中，调谐单元 8 提供的输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 6 的稳定性和精确直流电压源 4 的精度。如果两个可调谐分压器 191 和 192 对基准电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确。否则，本发明电源供应器 2 的第十一实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2的第十一实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

图12 示出了本发明电源 2 的第十二实施例。

在本实施例中，在一般情况下，所有元件与第九实施例相同，仅调谐单元 8 包括其他元件。

在本发明的此实施例中，电源供应器 2 的调谐单元 8 包括第二数模转换器 196(DAC2)。第一电阻167 (R2) 和两个数模转换器、即第一数模转换器 164 (DAC1) 和第二数模转换器 196 (DAC2)并联连接。

第一数模转换器 164 (DAC1) 与第二电阻器 163 (R3) 串联，第二数模转换器196 (DAC2) 与第三电阻器197 (R4) 串联连接。超稳电压源 4 提供给调谐单元的电压施加在第一数模转换器 164 (DAC1)、第二数模转换器 164 (DAC2)和第一电阻器 167 (R2)上。连接有第一电阻 167 (R2) 和两个数模转换器、即第一数模转换器 164 (DAC1) 和第二数模转换器 196 (DAC2)的并联线路的另一端与互阻抗放大器的输入端相连，所述互阻抗放大器的输出端提供调谐单元 8 的输出电压，所述调谐单元 8 的输出电压提供给箭头14 所示的比较器 12，并直接施加到箭头 34 所示的开关 32。此电压与超稳定电压源 4提供的电压具有相反的极性。但是，调谐单元 8 的输出电压和精确电压源 6 提供的电压具有相同的极性。

在本发明电源供应器 2 的第十二实施例中，箭头 14 所示的可调谐分压器 8 的输出电压和箭头 16 所示的精确电压源 6 的电压提供给本发明电源 2 的比较器 12，由比较器 12 比较电压信号。比较器 12 提供输出信号，所述输出信号由这两个具有相同极性的输入电压比较产生。

如本领域技术人员所知，调谐单元 8 的输出电压值取决于第一电阻器 167(R2)、第二电阻器 163 (R3)、第三电阻器 197 (R4)、反馈电阻器 166 (R1) 的电阻值，和第一数模转换器 164 (DAC1) 的输出电压以及第二数模转换器 196 (DAC2) 的输出电压。

本发明电源供应器 2 还包括控制单元，即处理器 118。处理器可执行计算机程序，以根据所述方法操作电源供应器 2。

比较器 12 提供的信号，即调谐单元 8 的输出电压和精确电压源 6 的电压比较产生的结果，作为箭头 20 所示的输入信号提供给处理器 118。

处理器 118 将根据比较器 12 提供的数字信号对调谐单元 8 的第一数模转换器 (DAC1) 164 和第二数模转换器 (DAC2) 196 进行调谐，以使控制单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的绝对差值最小。为此，处理器 118 提供两个数字输出信号，所述信号提供给箭头 22 所示的第一数模转换器 (DAC1) 164 和箭头 198 所示的第二数模转换器 (DAC2) 196。

在该配置中，第一数模转换器 164 (DAC1) 用于调谐单元 8 的输出电压的粗调，第二数模转换器 196 (DAC2) 用于调谐单元 8 的输出电压的微调。第二数模转换器 196(DAC2) 与电阻率高于第二电阻器 163 (R3) 的第三电阻器 197 (R4) 串联，以对调谐单元 8 进行微调。

控制单元 18 基于箭头 20 所示比较器 12 的输出信号，以与第九实施例相同的方式提供两个输出信号。不同之处在于，箭头 22 所示的第一输出信号由控制单元 18 仅提供给第一数模转换器 164 (DAC1) 进行粗调，箭头 198 所示的第二输出信号由控制单元 18 提供给第二数模转换器 196 (DAC2)，以使在第一数模转换器 164 (DAC1) 粗调后调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值最小化，直到总差值低于规定的最小值，并停止调谐过程。

具体而言，在调谐过程开始时，控制单元 18 将向第一数模转换器 164 (DAC1)提供箭头 22 所示的第一输出信号用于粗调，并且还可以向第二数模转换器 196 (DAC2)提供箭头 198 所示的第二输出信号。当调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值在调谐过程中低于第一数模转换器 164 (DAC1) 的选择性时，控制单元18 优选地只进一步调整提供给第二数模转换器 196 (DAC2) 的、由箭头 198 所示的第二输出信号，以使调谐单元 8 的输出电压与精确直流电压源 6 的电压之间的总差值最小，直到总差值低于规定的最小值，其中箭头 22 所示的第一输出信号保持不变。

由于使用两个数模转换器，调整可以更快，并且对调谐单元 8 的输出电压和精确直流电压源 6 的电压之间的微小总差值的反应更灵敏。

在本发明电源供应器 2 的第十二实施例中，调谐单元 8 提供的输出电压是基准电压，具有超稳定直流电压源 6 的稳定性和精确直流电压源 4 的精度。如果调谐单元 8的元件分压器对基准电压的稳定性没有影响，则这一点特别正确。否则，本发明电源供应器2 的第十二实施例的性能可能会有所降低。但是，尽管如此，本发明电源供应器 2 的第十二实施例将提供高精度和高稳定性的基准电压。

图13A - 图13D 示出了本发明电源供应器的第三实施例的电路细节。

图13A 详细示出了超稳直流电压源 4。所示为向数模转换器 (DAC) 108 提供电压的超稳直流电压源 4 的输出连接器 120、122。

图13B 详细示出了比较器 12。输入连接器 130 与精确直流电压源 6 连接，输入连接器 132 与数模转换器 (DAC) 108 的输出端连接。比较器 12 通过输出连接器 140和 142 向处理器 118 提供数字信号。

图13C 详细示出了数模转换器 (DAC) 108。通过输入连接器 150、152，将超稳直流电压源 4 的电压提供给数模转换器 (DAC) 108。输出连接器 160 提供的是数模转换器(DAC) 108 的输出电压，它是电源供应器 2 提供的超稳定和精确的基准电压。处理器 118通过输入连接器 170 将其输入信号提供给数模转换器 (DAC) 108。

图13D 详细示出了电源供应器 2 的开关 32。图中显示的是精确直流电压源 6，它与开关 32 相连。通过输入连接器 190 将数模转换器 (DAC) 108 的输出电压提供给所述开关。此外，开关控制信号通过线路 38 提供（图2 和图3 中显示为箭头 38)。所述开关通过输出接头 195 将电源 2 提供的电压提供给放大器 24。

图14 示出了本发明第三实施例中本发明电源供应器 2 提供的基准电压在 24小时的时间段内的时间稳定性特性的测量结果。显示的点表示在时间范围内最大值和最小值相对于基准电压平均电压的相对绝对最大偏差。相对于精确直流电压源 6 在时间范围内的平均电压，“+”符号示出了最大值和最小值的相对绝对最大偏差，以进行比较。通过根据本发明实施例的电源，基准电压的相对绝对最大偏差可以在整个时间内降低到 1 ppm以下，甚至低于 0.6 ppm。对于精确直流电压源 6，相对绝对最大偏差要高得多，并且在研究的时间范围内会有所不同。

因此，通过本发明实施例的电源供应器 2，与仅由精确直流电压源 6 提供的电压相比，所提供的基准电压的时间稳定性大大提高。

在图15 中示出了在 56°C 至 64.5°C 的温度范围内对本发明第三实施例的电源供应器 2 提供的基准电压的温度特性的测量结果。点表示的是在本发明电源 2 之基准电压的不同温度下，基准电压之平均电压的相对绝对偏差。相对于具有相对偏差为 0 的温度范围内基准电压的最低平均电压，图中表示的是平均电压的相对绝对偏差。相对于精确直流电压源 6 在相对偏差为 0 的温度范围内最低平均电压，“+”符号示出了不同温度下精确直流电压源 6 供应基准电压的平均电压的相对绝对偏差，以进行比较。测量工作从 56°C 的温度开始。通过根据本发明实施例的电源，基准电压的相对绝对最大偏差（即特定温度范围内电压最大值和最小值的相对最大偏差）可整个温度范围内降低到 1 ppm 以下。对于精确直流电压源 6，相对绝对最大偏差要高得多，并且在研究的温度范围内会有所不同。此外，对于精确直流电压源 6，当温度升高和降低时，还可以看到强烈的滞后效应，温度升高时，相对偏差更高。

因此，通过本发明实施例的电源供应器 2，与仅由精确直流电压源 6 提供的电压相比，所提供的基准电压的温度稳定性大大提高。

根据本发明实施例的电源 2 提供的基准电压可用于向质谱仪的至少一个电极提供电压。

具体来说，质谱仪的电极可以是飞行时间质谱仪的电极，特别是多反射飞行时间质谱仪的电极，其中由本发明电源供应器提供的基准电压可以用于向镜电极提供电压，例如镜电极的特定电极或镜电极的所有电极。

图16A 和 图16B 示出了在多反射飞行时间质谱仪中使用的多反射飞行时间质量分析仪 200 的第一实施例。本发明实施例的电源 2 可以用于此类多反射飞行时间质谱仪。基准电压提供给多反射飞行时间质谱仪的至少一个电压放大器 24（未示出），然后所述放大器向多反射飞行时间质量分析仪 200 的电极，例如至少一个镜电极提供电压，该电压的值通常在千伏 (kV) 范围内。

具体来说，图16A 和 图16B 示意性地示出了本领域技术人员已知的多反射飞行时间质量分析仪 200。多反射飞行时间质量分析仪 200 包括沿着漂移长度线性伸长的平行离子光学镜 210、211。图16A 显示了分析仪的 X-Y 平面，图16B 显示了相同分析仪的X-Z 平面。相对的离子光学镜 210、211 沿漂移方向 Y 伸长，并且相互平行排列。离子从离子注入器 213 注入，与 X 轴的注入角为 Θ，并且在 X-Y 平面的发散角度为 δθ。据此，描绘了三种离子飞行路径，216、217、218。离子进入镜面 210，并转身从镜面 210 向镜面 211前进，于是它们在镜面 211 中被反射，并沿着 Z 字形离子飞行路径到镜面 210，在漂移方向 Y 上相对缓慢地漂移。经过镜面 210、211 的多次反射后，离子到达检测器 214，它们撞击在所述检测器上并被检测到。在分析器的一些实施例中，离子注入器 213 和检测器 214位于由镜面限定的体积之外。图16B 是以截面（即在 X-Z 平面中）示出的图16A 的多反射飞行时间质量分析仪 200 的示意图，但是为了清楚起见，省略了离子飞行路径 216、217、218、离子注入器 213 和检测器 214。

每个离子光学镜 210、211 包括三个细长的平行镜电极。离子-离子光学镜 210包括三个镜电极 220、221、222，离子光学镜 211 包括三个镜电极 230、231、232。

多反射飞行时间质谱仪 200 中的离子在沿漂移方向 Y 漂移时，在相对的离子光学镜 210、211 之间进行多次反射。离子以相对于轴线 X 的小注入角 θ 注入是可能的。因此，离子的反射次数和离子的飞行路径长度将增加。由于离子在包含多个镜电极 220、221、222、230、231、232 的离子光学镜 210、211 上的多次反射，优选地必须向每个电极 220、221、222、230、231、232 提供精确和超稳定的电压。任何不稳定性都可能改变在反射离子光学镜 210、211 之间振荡的离子的轨迹。因此，改变被分析离子的飞行时间会导致飞行时间质谱的分辨力降低，或改变检测到的飞行时间质谱的质量-电荷校准。

仅向每个镜电极中的特定电极（例如电极 220 和 230）提供准确且超稳定的电压也是可能且充分的。

因此，在多反射飞行时间质谱仪中使用至少一个根据本发明实施例的电源供应器2，例如前述十二个实施例中的一个，以提供准确和超稳定的基准电压。将基准电压提供给多反射飞行时间质谱仪的电压放大器 24，所述放大器随后向多反射飞行时间质量分析仪200 的离子光学镜 210、211 的镜电极 220、221、222、230、231、232 提供电压，所述电压通常在千伏 (kV) 范围内。基于多反射飞行时间质量分析仪 200 的具体概念，通过电压放大器 24 向离子光学镜 210 的每个镜电极 220、221、222、230、231、232 提供相同的电压、或更优选地向每个镜电极 220、221、222 提供不同的电压，所述电压放大器使用根据本发明实施例的电源供应器 2 的精确和超稳定基准电压。一个电压放大器 24 可用于向多个电极施加相同的电压。特别是，通常由一个电压放大器 24 对两个离子光学镜 210、211 中具有相同功能的镜电极施加相同的电压，例如对两个离子光学镜 210、211 的外部镜电极220、230 施加相同的电压。同样，另一个电压放大器 24 可以向镜电极 221、231 提供相同的电压，以及其他的电压放大器 24 可以向镜电极 222、232 提供相同的电压。施加在镜电极上的电压绝对值通常在 1 kV 至 12 kV 的范围内，优选在 2 kV 至 8 kV 的范围内。在多反射飞行时间质谱仪中，例如，所示实施例的一个发明电源供应器 2 可以用来提供精确和超稳定的基准电压，但也可以使用更多发明电源供应器 2 来提供精确和超稳定的基准电压。例如，可以为每个电压放大器 24 分配一个单独的电源供应器 2，为每个电压放大器24 提供精确和超稳定的基准电压。

图17 示出了在多次反射飞行时间质谱仪中使用的多次反射飞行时间质量分析仪300 的第二实施例。根据本发明实施例的电源 2 也可以用于此类多反射飞行时间质谱仪。基准电压提供给多反射飞行时间质谱仪的至少一个电压放大器 24（未示出），然后所述放大器向多反射飞行时间质量分析仪 300 的电极提供电压，该电压的值通常在千伏 (kV)范围内。多反射飞行时间质量分析仪 300 的实施例是本领域技术人员公知的，并在 WO2013/110587 中进行了描述。根据本发明实施例的电源供应器 2 也可用于 WO 2013/110587 中描述的其它多反射飞行时间质谱仪，以提供精确和超稳定的基准电压。

具体来说，图17 示意性地示出了多反射飞行时间质量分析仪 300。多反射飞行时间质量分析仪 300 包括沿着漂移长度线性伸长的离子光学镜 310、311。图17 示出了分析仪的 X-Y 平面。对向离子光学镜 310、311 沿漂移方向 Y 呈抛物线伸长。多反射飞行时间质量分析仪 300 还包括补偿电极 365-1、366-1、367-1、365-2、366-2、367-2。作为一种更具技术性的实现方式，抛物线形状可以用圆弧来近似（然后可以在车床上加工）。补偿电极365-1、366-1、367-1、365-2、366-2、367-2 可以提供进一步的优点，特别是减少飞行时间的像差。图17 的实施例类似于图16A 和 图16B 的实施例，并且类似的考虑适用于从注入器363 到检测器 364 的一般离子运动，离子在离子光学镜 310、311 之间经历多次振荡360。由于离子光学镜的抛物线形状，离子以高 Y 值（在质量分析仪的右侧）反射回来，然后在相反漂移方向 Y 上移动，最后撞击在与离子注入器 363 布置在同一侧的检测器上。三对补偿电极 365-1、365-2 是一对，366-1、366-2 是第二对，367-1、367-2 是第三对，组成了 X-Y 平面中面向离子束的延伸表面，所述电极从离子束飞行路径向 +/-Z 方向移动，即各补偿电极 365-1、366-1、367-1、365-2、366-2、367-2 的表面基本上平行于 X-Y 平面，位于相对离子光学镜 310、311 之间延伸空间的任一侧。在使用中，补偿电极 365-1、365-2被电偏置，在正离子的情况下两个电极上施加的电压偏移 U(Y) > 0，在负离子的情况下施加的电压偏移 U(Y) < 0。在一些实施例中，电压偏移 U(Y) 是 Y 的函数，即补偿板的电势沿漂移长度变化，但在本实施例中电压偏移是恒定的。电极 366、367 无偏置且电压偏移为零。

每个离子光学镜 310、311 包括三个细长的镜电极。离子-离子光学镜 310 包括三个镜电极 320、321、322，离子-离子光学镜 311 包括三个镜电极 330、331、332。

在多反射飞行时间质谱仪 300 中的离子在相对的离子光学镜 310、311 之间多次反射，同时它们沿着方向 Y 漂移，在 -Y 方向上反射后向回漂移。离子以相对于轴线 X的小注入角 θ 注入是可能的。因此，离子的反射次数和离子的飞行路径的长度将增加。由于离子在包括几个镜电极 320、321、322、330，331、332 的离子光学镜 310、311 上进行多次反射，必须为每个离子光学镜 310、311 的至少一个镜电极 320、321、322、330、331、332或离子光学镜 310、311 的每个镜电极320、321、322、330、331、332 提供准确且超稳定的电压。任何不稳定性都可能改变在反射离子光学镜 310、311 之间振荡的离子的轨迹。因此，改变被分析离子的飞行时间会导致飞行时间质谱的分辨力降低，或改变检测到的飞行时间质谱的质量-电荷校准。

因此，在多反射飞行时间质谱仪中使用至少一个根据本发明实施例的电源供应器2，例如前述十二个实施例中的一个，以提供准确和超稳定的基准电压。将基准电压提供给多反射飞行时间质谱仪的电压放大器 24，所述放大器随后向多反射飞行时间质量分析仪300 的离子光学镜 310、311 的镜电极 320、321、322、330、331、332 提供电压，所述电压通常在千伏 (kV) 范围内。基于多反射飞行时间质量分析仪 230 的具体概念，通过电压放大器 24 向离子光学镜 310 的每个镜电极 320、321、322、330、331、332 提供相同的电压，或更优选地向离子光学镜 310 的每个镜电极 320、321、322 提供不同的电压，所述电压放大器使用本发明电源供应器 2 的精确和超稳定基准电压。一个电压放大器 24 可用于向多个电极施加相同的电压。特别是，通常由一个电压放大器 24 对两个离子光学镜 310、311中具有相同功能的电极施加相同的电压，例如对两个离子光学镜 310、311 的外部镜电极320、330 施加相同的电压。同样，另一个电压放大器 24 可以向镜电极 321、331 提供相同的电压，以及其他电压放大器 24 可以向镜电极 322、332 提供相同的电压。施加在镜电极上的电压绝对值通常在 1 kV 至 12 kV 的范围内，优选在 2 kV 至 8 kV 的范围内。在多反射飞行时间质谱仪中，例如，本实施例的一个发明电源供应器 2 可以用来提供精确和超稳定的基准电压，但也可以使用更多发明电源供应器 2 来提供精确和超稳定的基准电压。例如，可以为每个电压放大器 24 分配一个单独的电源供应器 2，为每个电压放大器 24提供精确和超稳定的基准电压。

本应用中所述的实施例给出了根据本发明实施例的电源供应器和根据本发明实施例的校准方法的示例。因此，本发明可以通过每个实施例单独实现，也可以由所述实施例的几个或全部特征组合实现，而不受任何限制。

Claims (27)

1.一种提供基准电压以向至少一个电极提供电压的电源供应器，包括：

超稳定直流电压源，

精确直流电压源，

调谐单元，

比较器，

控制单元，

其中，超稳定电压被施加至所述调谐单元，该超稳定电压是基于所述超稳定直流电压源的供应电压提供的，所述调谐单元提供输出电压，基于所述调谐单元的输出电压的电压与基于所述精确直流电压源的供应电压提供的精确电压通过所述比较器进行比较，所述比较器向所述控制单元提供由所述比较产生的信号，其中所述控制单元根据所述比较器提供的信号在调谐期间对所述调谐单元进行调谐，以使基于调谐单元输出电压的电压与精确电压之间的绝对差值最小，所述电源供应器的所述基准电压基于所述调谐单元在所述调谐期间之后的输出电压被提供，

其中，所述调谐单元是数模转换器。

2.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述超稳定直流电压源的供应电压具有比所述精确直流电压源的供应电压更高的绝对值。

3.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述控制单元向所述数模转换器提供数字信号，以调谐所述数模转换器的输出电压。

4.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，由所述比较器提供给所述控制单元的信号是数字信号，用于识别由所述比较器提供的哪个电压具有更高的绝对值。

5.根据权利要求4所述的电源供应器，其特征在于，所述控制单元根据所述比较器提供的数字信号向所述调谐单元提供信号，以便：如果所述比较器比较的所述精确电压的绝对值高于基于所述比较器比较的所述调谐单元的输出电压的电压绝对值，则增大所述调谐单元的输出电压的绝对值；如果所述比较器比较的所述精确电压的绝对值低于基于所述比较器比较的所述调谐单元的输出电压的电压绝对值，则减小所述调谐单元的输出电压的绝对值。

6.根据权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，所述控制单元根据所述比较器提供的数字信号向所述数模转换器提供数字信号，以便：如果所述比较器比较的所述精确电压的绝对值高于基于所述比较器比较的所述数模转换器的输出电压的电压绝对值，则增大所述数模转换器的输出电压的绝对值；如果所述比较器比较的精确电压的绝对值低于基于所述比较器比较的所述数模转换器的输出电压的电压绝对值，则减小所述数模转换器的输出电压的绝对值。

7.根据权利要求6所述的电源供应器，其特征在于，所述数模转换器的输出电压的增大和减小是逐步降低的。

8.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所提供的基准电压被施加在电压放大器上，所述电压放大器向所述至少一个电极提供放大的电压。

9.根据权利要求8所述的电源供应器，其特征在于，所提供的基准电压通过开关被施加在所述电压放大器上。

10.根据权利要求9所述的电源供应器，其特征在于，基于所述精确直流电压源的供应电压被提供的精确电压能够通过所述开关被施加在所述电压放大器上。

11.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其提供所述基准电压，以向质谱仪的电极提供电压。

12.根据权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述电极是静电阱的中心电极。

13.根据权利要求11所述的电源供应器，其特征在于，所述质谱仪是飞行时间质谱仪。

14.根据权利要求13所述的电源供应器，其特征在于，所述飞行时间质谱仪是多反射飞行时间质谱仪。

15.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述超稳定直流电压源在24小时的时间段内具有低于1ppm的电压稳定性。

16.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述超稳定直流电压源在10°C的温度范围内具有低于1ppm的电压稳定性。

17.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述精确直流电压源具有低于1000ppm的供应电压产生精度。

18.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述超稳定直流电压源的供应电压是被施加到所述调谐单元的所述超稳定电压。

19.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述比较器将所述调谐单元的输出电压与所述精确电压进行比较，以将信号提供给所述控制单元，其中，所述控制单元根据所述信号在调谐期间对所述调谐单元进行调谐，以使所述调谐单元的输出电压与所述精确电压之间的绝对差最小。

20.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，所述精确直流电压源的供应电压是所述精确电压，该精确电压通过所述比较器与基于所述调谐单元的输出电压的电压进行比较。

21.根据权利要求1或2所述的电源供应器，其特征在于，由所述电源供应器提供的所述基准电压是所述调谐单元在调谐期间之后的输出电压。

22.一种校准方法，用于校准根据权利要求1至21中任一项所述的电源供应器以提供基准电压，从而向至少一个电极提供电压，其中，基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压能够通过所述电源供应器借由开关被提供作为所述基准电压，所述方法包括以下步骤：

激活所述电源供应器，同时将基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压施加到开关上，并且此电压未借由所述开关被提供作为所述基准电压；

通过所述控制单元根据所述比较器提供的信号对所述调谐单元进行调谐，以使所述比较器比较的基于所述调谐单元的输出电压的电压与精确电压之间的绝对差最小，以及

当所述比较器比较的电压之间的绝对差低于规定的最小值、并且通过所述控制单元进行的调谐停止时，所述控制单元向所述开关提交开关信号，接收到所述开关信号的所述开关被启动，然后通过所述电源供应器将基于所述调谐单元的输出电压被提供且被施加至所述开关的电压借由所述开关提供作为所述基准电压。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，被施加在所述开关上的基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压是由所述比较器比较的基于所述调谐单元的输出电压的电压。

24.一种校准方法，用于校准根据权利要求10所述的电源供应器以提供基准电压，从而向至少一个电极提供电压，其中，所述电源供应器包括所述开关，所述方法包括以下步骤：

激活所述电源供应器，同时将基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压、和基于所述精确直流电压源的供应电压被提供的精确电压施加到所述开关上，被施加到所述开关上的基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压未通过所述开关与所述电压放大器连接，并且被施加到所述开关上的所述精确电压通过所述开关与所述电压放大器连接；

通过所述控制单元根据所述比较器提供的信号对所述调谐单元进行调谐，以使所述比较器比较的基于所述调谐单元的输出电压的电压与所述精确电压之间的绝对差最小；以及

当所述比较器比较的电压之间的绝对差值低于规定的最小值、并且通过所述控制单元进行的调谐停止时，所述控制单元向所述开关提交开关信号，接收到所述开关信号的所述开关被启动，然后被施加在所述开关上的基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压作为所述基准电压通过所述开关与所述电压放大器连接，并且被施加在所述开关上的精所述确电压由所述开关从所述电压放大器上断开。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，被施加在所述开关上的基于所述调谐单元的输出电压被提供的电压，是由上所述比较器比较的基于所述调谐单元的输出电压的电压。

26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，被施加在所述开关上的精确电压是所述比较器比较的精确电压。

27.一种质谱仪，包括根据权利要求1至21中任一项所述的电源供应器。

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