CN202550984U - 脉冲发生器、高压脉冲电路及激光解析离子源的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲发生器和具有该脉冲发生器的高压脉冲电路以及具有该高压脉冲电路的激光解析离子源的装置，其中，所述脉冲发生器包括：第一直流电压源；脉冲输出单元；驱动电路，所述驱动电路包括：第一至第五开关；第一和第二控制单元；第一控制器；第二控制器。根据本实用新型实施例的脉冲发生器，可使脉冲输出单元生成高电平脉冲信号或低电平脉冲信号。第一直流电压源具有高电压且第五开关闭合时间短，可生成幅值高、宽度窄的脉冲信号。使根据本脉冲发生器的高压脉冲电路的第一输出端为直流电源输出端且第二输出端为高压脉冲电源输出端，输出高电压以提高实验或仪器的精度。

Description

脉冲发生器、高压脉冲电路及激光解析离子源的装置

技术领域

本实用新型涉及基质辅助激光离子源制造技术领域，特别涉及一种脉冲发生器和具有该脉冲发生器的高压脉冲电路以及具有该高压脉冲电路的激光解析离子源的装置。

背景技术

基质辅助激光解析离子源是指在一个微小的区域内，在极短的时间间隔，激光对样品提供高的能量，对它们进行极快的加热，这样可以避免热敏感的化合物加热分解，基质分子能有效地吸收激光的能量，并间接地传给样品分子，从而得到电离。由于激光轰击样品的过程是在一个极短时间内完成的，需要一个高压电场和一个纳秒级突变的电场与激光脉冲配合，使得电离后的离子能够在激光轰击后离开样品板，在高压电场中延时，在纳秒级突变电场中快速获得加速，进而传输到质量分析器中。这样高压突变的电场需要相当快速的脉冲电路切换以及高压电源提供。

现有技术中主要使用0～±800v的高压，脉冲幅度只有±800V，脉冲宽度高达100ms左右，无法满足精度要求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种可提供幅值高、宽度窄的脉冲电压的脉冲发生器，

本实用新型的第二个目的在于提出具有上述脉冲发生器的高压脉冲电路。

本实用新型的第三个目的在于提出具有上述高压脉冲电路的激光解析离子源的装置。

根据本实用新型的脉冲发生器，包括：第一直流电压源；脉冲输出单元；驱动电路，所述驱动电路包括：第一至第五开关，所述第一至第五开关均具有控制端，第一和第二端；第一和第二控制单元；其中，所述第一直流电压源与所述第一开关的第一端相连且通过所述第一控制单元分别与所述第一、第二和第五开关的第二端相连，所述第三、第四和第五开关的第一端通过所述第二控制单元接地且所述第四开关的第二端接地，所述第二开关的第一端以及第三开关的第二端均与所述脉冲输出单元相连；与所述第一至第四开关的控制端均相连的第一控制器，所述控制器分别向所述第一至第四开关发送控制信号以分别控制所述第一至第四开关的第一和第二端连通或断开；第二控制器，所述第二控制器与所述第五开关的控制端相连以控制所述第五开关的第一和第二端连通或断开。

根据本实用新型实施例的脉冲发生器，所述第一控制器分别控制第一至第四开关的开合状态，第二控制器可控制第五开关的开合状态，可使脉冲输出单元接地或与第一直流电压源短接。由此，可使脉冲输出单元生成高电平脉冲信号或低电平脉冲信号。第一直流电压源具有高电压且第五开关闭合时间短，可生成幅值高、宽度窄的脉冲信号。

另外，根据本实用新型上述实施例的脉冲发生器，还可以具有如下附加的技术特征：

所述第一控制单元包括第一电阻以及与所述第一电阻并联的第一二极管，所述第二控制单元包括第二电阻以及与所述第二电阻并联的第二二极管。

所述第一二极管的正极分别与所述第一、第二和第五开关的第二端相连且负极与所述第一直流电压源相连，所述第二二极管的正极接地且负极分别与所述第三、第四和第五开关的第一端相连。

所述第五开关为HTS150快速开关。

根据本实用新型的第二方面的高压脉冲电路，包括：第二直流电压源、根据本实用新型第一方面的脉冲发生器、第一和第二输出端、第一和第二滤波器以及第一至第三分流器，其中，所述第一和第二和第二分流器的第一端均与所述第二直流电压源相连且通过所述第一滤波器与所述脉冲发生器相连，所述第二分流器的第二端与所述第三分流器的第一端相连且通过所述第二滤波器接地，所述第三分流器的第二端与所述第一输出端相连，所述第一分流器的第二端与所述第二输出端相连。

根据本实用新型的高压脉冲电路，具有根据本实用新型第一方面实施例的脉冲发生器。由此，使第一输出端为直流电源输出端且第二输出端为高压脉冲电源输出端，输出高电压以提高实验或仪器的精度。

所述第二直流电压源为可调直流电压源。

所述第一滤波器为电容且所述第二滤波器包括第一至第六电容，所述第一和第二电容的第一端均与所述第二分流器的第二端相连，所述第一和第二电容的第二端均与所述第三和第四电容的第一端相连，所述第三和第四电容的第二端均与所述第五和第六电容的第一端相连，所述第五和第六电容的第二端均接地。

所述第一至第三分流器均为电阻。

根据本实用新型的第三方面的激光解析离子源的装置，包括：

根据本实用新型第二方面所述的高压脉冲电路。

根据本实用新型的激光解析离子源的装置，安装有根据本实用新型前述实施例的高压脉冲电路。由此，可对前级板提供上升脉冲和下降脉冲，满足了两种工作模式的需求。且高压脉冲电路输出电压高，提高了离子的通过率和强度，提高了装置的分辨率。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型的脉冲发生器的电路示意图；

图2是根据本实用新型的高压脉冲电路的示意图；和

图3是根据本使用新型的激光解析离子源的装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图详细描述根据本实用新型第一方面的脉冲发生器。

如图1所示，根据本实用新型的脉冲发生器100，包括：第一直流电压源110，脉冲输出单元120和驱动电路。

其中，驱动电路包括：第一开关131，第二开关132，第三开关133，第四开关134，第五开关135，第一控制单元141，第二控制单元142，第一控制器(未示出)和第二控制器151。

具体地说，第一开关131，第二开关132，第三开关133，第四开关134以及第五开关135均具有控制端，第一和第二端。需要说明的是，为了便于对电路的连接情况做清楚、完整的描述，第一至第五开关的各个端口均在附图中做简要描述。例如，第一开关131包括第一端，第二端以及控制端，如图1所示，第一开关131的第一端为附图1中第一开关131的右上方标示有数字1的一端，第一开关131的第二端为附图1中第一开关131的右上方标示有数字2的一端，第一开关131的控制端为附图1中第一开关131的左上方标示有数字3的一端。第二至第五开关的在附图1中的标示可情况参照第一开关131。结合附图1，对第一至第五开关的描述将会变得明显和容易理解。

其中，第一直流电压源110与第一开关131的第一端相连，且第一直流电压源110通过第一控制单元141分别与第一开关131的第二端、第二开关132的第二端、第五开关135的第二端相连。第三开关133第一端、第四开关134第一端、第五开关135第一端通过第二控制单元142接地。第四开关134的第二端接地。第二开关132的第一端以及第三开关133的第二端均与脉冲输出单元120相连。

所述第一控制器与第一开关131的控制端相连，所述第一控制器与第二开关132的控制端相连，所述第一控制器与第三开关133的控制端相连，所述第一控制器与第四开关134的控制端相连。所述第一控制器分别向第一开关131、第二开关132、第三开关133、第四开关134发送控制信号，所述第一控制器向第一开关131发送控制信号以控制第一开关131的第一端和第二端连通或断开，所述第一控制器向第二开关132发送控制信号以控制第二开关132的第一端和第二端连通或断开，所述第一控制器向第三开关133发送控制信号以控制第三开关133的第一端和第二端连通或断开，所述第一控制器向第四开关134发送控制信号以控制第四开关134的第一端和第二端连通或断开。

第二控制器151与第五开关135的控制端相连以控制第五开关135的第一端和第二端连通或断开。

根据本实用新型实施例的脉冲发生器，所述第一控制器分别控制第一至第四开关的开合状态，第二控制器151可控制第五开关的开合状态，可使脉冲输出单元120接地或与第一直流电压源110短接。由此，可使脉冲输出单元120生成高电平脉冲信号或低电平脉冲信号。第一直流电压源110具有高电压且第五开关135闭合时间短，可生成幅值高、宽度窄的脉冲信号。

根据本实用新型的一个实施例，第一控制单元141包括第一电阻141a和第一二极管141b，第一电阻141a与第一二极管141b并联。第二控制单元142包括第二电阻142a和第二二极管142b，第二电阻142a与第二二极管142b并联。有利地，根据本实用新型的一些实施例，第一二极管141b的正极分别与第一开关131、第二开关132和第五开关135的第二端相连，第一二极管241b的负极与第一直流电压源110相连。第二二极管142b的正极接地，第二二极管142b的负极分别与第三开关133、第四开关134和第五开关135的第一端相连。由此，使第一控制单元141和第二控制单元142的结构简单，元件少，性能稳定。第一二极管141b和第二二极管142b还可以稳定输出脉冲。

根据本实用新型的一个示例，第五开关135为HTS15快速开关。HTS15具有闭合时间短，瞬时电流高等优点，使根据本实施例的脉冲发生器输出的脉冲宽度窄，提高精度。

在本实用新型的一个实施例中，第一开关131和第三开关133为触电常闭的继电器，第二开关132和第四开关134为触电常开的继电器。第一开关131、第二开关132、第三开关133以及第四开关134的控制端均相连且与所述第一控制器相连，当所述第一控制器向第一至第四开关输入为高电平时，第一至第四开关保持常态，也就是说，第一开关131和第三开关133闭合，第二开关132和第四开关134断开。当所述第一控制器向第一至第四开关输入为低电平时，第一至第四开关切换状态，也就是说，第一开关131和第三开关133断开，第二开关132和第四开关134闭合。

在本实用新型的一些实施例中，第五开关135采用脉冲上升沿控制，当第二控制器151向第五开关135输入一个＞2V的上升沿的信号时，第五开关135闭合，第五开关可选用德国behlke公司的HTS150快速开关，其闭合时间＜10us，可稳定控制且脉冲宽度窄。

在本实用新型的一个示例中，第一直流电压源110采用10KV的高压电压源，使输出脉冲幅度大，使检测结果精确。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一控制器和第二控制器151可以集成在一个控制器中，换句话说，可使用一个单片机或其他控制元件作为所述第一控制器和第二控制器151，以减少元件数量且方便控制。

下面参照附图简略描述根据本实用新型的一个实施例的脉冲发生器的工作过程。

当需要脉冲发生器生成0V→10KV的高压脉冲时，所述第一控制器向第一至第四开关输入高电平，第一开关131和第三开关133闭合且第二开关132和第四开关134断开。此时，脉冲输出单元120通过第三开关133和第二电阻142a接地，脉冲输出单元120为0V。若第二控制器151对第五开关135输入一个＞2V的上升沿信号，第五开关135闭合，使第一直流电压源110与脉冲输出单元120相连，以获得一个0V→10KV的高压脉冲。具体地说，第一控制单元141和第二控制单元142被短路，电路由第一直流电源21经第一开关131、第五开关135以及第三开关133与脉冲输出单元120相连。

当需要脉冲发生器生成10KV→0V的高压脉冲时，所述第一控制器向第一至第四开关输入低电平，第一开关131和第三开关133断开且第二开关132和第四开关134闭合。此时，第一直流电压源通过第一电阻141a和第二开关132与脉冲输出单元相连，脉冲输出单元120为10KV。若第二控制器151对第五开关135输入一个＞2V的上升沿信号，第五开关135闭合，使脉冲输出单元120接地，以获得一个10KV→0V的高压脉冲。具体地说，脉冲输出单元120通过第二开关132、第五开关135以及第四开关134接地。

下面参照附图详细描述根据本实用新型第二方面的高压脉冲电路。

如图2所示，根据本实用新型的高压脉冲电路200，包括：第二直流电压源210、脉冲发生器100、第一输出端221，第二输出端222、第一滤波器231，第二滤波器232，第一分流器241，第二分流器242和第三分流器243。

具体地说，脉冲发生器100为根据本实用新型第一方面实施例的脉冲发生器

第一分流器241的第一端(即如图2所示向左的一端)与第二直流电压源210相连，且第一分流器241通过第一滤波器231与脉冲发生器100相连。第二分流器242的第一端与第二直流电压源210相连，且第二分流器242通过第一滤波器231与脉冲发生器100相连。第二分流器242的第二端(即如图2所示向右的一端)与第三分流器243的第一端相连，且第二分流器242的第二端通过第二滤波器232接地。第三分流器243的第二端与第一输出端221相连，第一分流器241的第二端与第二输出端222相连。

根据本实用新型的高压脉冲电路，具有根据本实用新型第一方面实施例的脉冲发生器100。由此，使第一输出端221为直流电源输出端且第二输出端222为高压脉冲电源输出端，输出高电压以提高实验或仪器的精度。

根据本实用新型的一个实施例，第二直流电压源210为可调直流电压源。由此，使本实施例的高压脉冲电路的输出电压可调节，可满足不同仪器的电源要求，提高电路的应用范围。

根据本实用新型的一些实施例，第一滤波器231为电容，第二滤波器232包括第一电容232a，第二电容232b，第三电容232c，第四电容232d，第五电容232e，第六电容232f。第一电容232a和第二电容232b的第一端均与第二分流器242的第二端相连，第一电容41和第二电容42的第二端均与第三电容43和第四电容44的第一端相连，第三电容43和第四电容44的第二端均与第五电容45和第六电容46的第一端相连，第五电容45和第六电容46的第二端均接地。需要说明的是，所述第一端如图2所示向左的一端，第二端为如图2所示向右的一端，具体地说，第一电容232a的第一端为电容232a左边的一端，电容232a的第二端为电容232b右边的一端。第二至第六电容的第一和第二端按照第一电容的描述，参照附图2，对第一至第六电容的描述将会明显和容易理解。在第一滤波器231的作用下，脉冲发生器100产生的高压脉冲电源可生成±10KV的脉冲电压。第二滤波器232过滤电压的脉冲部分，使第一输出端221输出稳定的直流高压。由此，使结构简单，价格便宜，性能稳定，滤波性能好。

根据本实用新型的一个示例，第一分流器241，第二分流器242，第三分流器243均为电阻。由此，使成本低且效果好。

在本实用新型的一个实施例中，第二直流电压源210为±30KV的可调直流电压源。由此使本实施例可生成±30KV的可调高压，提高了电路的应用范围。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，第一分流器241和第二分流器242的第一端通过一个电阻和电感的串联电路接地。第二直流电压源210通过一个电阻分别与第一分流器241和第二分流器242的第一端相连。由此，使电路稳定。

下面参照附图简略描述根据本实用新型的一个实施例的高压脉冲电路的工作原理。

如图2所示，脉冲发生器100生成的脉冲信号经第一滤波器231与第二直流电压源210合成一个可调高压脉冲，该高压脉冲经第一分流器241可在第二输出端222输出可调的脉冲高压。该高压脉冲经第一分流器241，脉冲高压中的脉冲信号部分会通过第二滤波器232被过滤，高压脉冲的直流部分经过第三分流器243可在第一输出端221输出高压直流。

当第二直流电压源输出30KV的高压时，若脉冲发生器200输出0→10KV的脉冲信号，则第一输出端221输出30KV的直流高压，第二输出端222输出30KV→40KV的脉冲高压；若脉冲生成器2输出10KV→0V的脉冲信号，则第一输出端221输出30KV的直流高压，第二输出端222输出30KV→20KV的脉冲高压.

当第二直流电压源输出-30KV的高压时，若脉冲发生器200输出0→10KV的脉冲信号，则第一输出端221输出-30KV的直流高压，第二输出端222输出-30KV→-20KV的脉冲高压；若脉冲生成器2输出10KV→0V的脉冲信号，则第一输出端221输出-30KV的直流高压，第二输出端222输出-30KV→-40KV的脉冲高压.

当第二直流电压源输出0V时，若脉冲发生器200输出0V→10KV的脉冲信号，则第一输出端221输出为0V，第二输出端222输出0V→10KV的脉冲高压；若脉冲生成器2输出10KV→0V的脉冲信号，则第一输出端221输出为0V，第二输出端222输出0V→-10KV的脉冲高压。

参见图3，本发明的进一步实施例还提出了一种激光解析离子源的装置，包括本实用新型第二方面实施例的高压脉冲电路200。

根据本实用新型的激光解析离子源的装置，安装有根据本实用新型前述实施例的高压脉冲电路200。由此，可对前级板340提供上升脉冲和下降脉冲，满足了两种工作模式的需求。且高压脉冲电路200输出电压高，提高了离子的通过率和强度，提高了装置的分辨率。

根据本实用新型的激光解析离子源的装置，还包括上位机310、下位机320、高压脉冲电路200、样品板330、前级板340、离子传输通道350、检测器360以及激光发生器370。其中，上位机310与下位机320相连以向下位机320发送指令，下位机320分别与高压脉冲电路200、激光发生器370以及检测板360相连以分别控制高压脉冲电路200、激光发生器370和检测板360。高压脉冲电路200的第一输出端221与样品板330相连，高压脉冲电路200的第二输出端222与前级板340相连。检测器360与上位机310相连以便于将检测结果发送给上位机310。

根据本使用新型的一个实施例，下位机320包括有所述第一控制器和第二控制器151，第一控制器发送高电平或低电平信号以控制高压脉冲电路200产生正脉冲信号或负脉冲信号，以控制装置检测正离子或负离子。

如图3所示，工作时由上位机310向下位机320发送控制信号，下位机320控制激光发生器370发出激光使样品板330上的待测样品产生离子，下位机320对第五开关135生成＞2V的上升沿信号，使高压脉冲电路在前级板340上产生一个脉冲信号，这样离子在突变的电场下加速通过前级板340进入离子输送通道350，最后经检测器360将检测到信号发送给上位机310。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种脉冲发生器，其特征在于，包括：

第一直流电压源；

脉冲输出单元；

驱动电路，所述驱动电路包括：

第一至第五开关，所述第一至第五开关均具有控制端，第一和第二端；

第一和第二控制单元；

其中，所述第一直流电压源与所述第一开关的第一端相连且通过所述第一控制单元分别与所述第一、第二和第五开关的第二端相连，所述第三、第四和第五开关的第一端通过所述第二控制单元接地且所述第四开关的第二端接地，所述第二开关的第一端以及第三开关的第二端均与所述脉冲输出单元相连；

与所述第一至第四开关的控制端均相连的第一控制器，所述控制器分别向所述第一至第四开关发送控制信号以分别控制所述第一至第四开关的第一和第二端连通或断开；

第二控制器，所述第二控制器与所述第五开关的控制端相连以控制所述第五开关的第一和第二端连通或断开。

2.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于，所述第一控制单元包括第一电阻以及与所述第一电阻并联的第一二极管，所述第二控制单元包括第二电阻以及与所述第二电阻并联的第二二极管。

3.根据权利要求2所述的脉冲发生器，其特征在于，所述第一二极管的正极分别与所述第一、第二和第五开关的第二端相连且负极与所述第一直流电压源相连，所述第二二极管的正极接地且负极分别与所述第三、第四和第五开关的第一端相连。

4.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于，所述第五开关为HTS150快速开关。

5.一种高压脉冲电路，其特征在于，包括：第二直流电压源、如权利要求1-4中任一项所述的脉冲发生器、第一和第二输出端、第一和第二滤波器以及第一至第三分流器，

其中，所述第一和第二分流器的第一端均与所述第二直流电压源相连且通过所述第一滤波器与所述脉冲发生器相连，所述第二分流器的第二端与所述第三分流器的第一端相连且通过所述第二滤波器接地，所述第三分流器的第二端与所述第一输出端相连，所述第一分流器的第二端与所述第二输出端相连。

6.根据权利要求5所述的高压脉冲电路，其特征在于，所述第二直流电压源为可调直流电压源。

7.根据权利要求5所述的高压脉冲电路，其特征在于，所述第一滤波器为电容且所述第二滤波器包括第一至第六电容，所述第一和第二电容的第一端均与所述第二分流器的第二端相连，所述第一和第二电容的第二端均与所述第三和第四电容的第一端相连，所述第三和第四电容的第二端均与所述第五和第六电容的第一端相连，所述第五和第六电容的第二端均接地。

8.根据权利要求5所述的高压脉冲电路，其特征在于，所述第一至第三分流器均为电阻。

9.一种激光解析离子源的装置，其特征在于，包括：

如权利要求5-8中任一项所述的高压脉冲电路。