EP2820668B1 - Vorrichtung zur spannungsversorgung der kathode eines massenspektrometers - Google Patents

Vorrichtung zur spannungsversorgung der kathode eines massenspektrometers Download PDF

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EP2820668B1
EP2820668B1 EP13707587.5A EP13707587A EP2820668B1 EP 2820668 B1 EP2820668 B1 EP 2820668B1 EP 13707587 A EP13707587 A EP 13707587A EP 2820668 B1 EP2820668 B1 EP 2820668B1
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transformer
kat
voltage
connector
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Inficon GmbH Deutschland
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Inficon GmbH Deutschland
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/022Circuit arrangements, e.g. for generating deviation currents or voltages ; Components associated with high voltage supply
    • HELECTRICITY
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    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details

Definitions

  • the invention relates to a device for supplying voltage to an ion source of a mass spectrometer and in particular for supplying voltage to the mass spectrometer cathode.
  • Mass spectrometers are used to analyze gases and are used, among other things, in leak detectors.
  • the electrons emerging from the hot cathode are accelerated by an electric field.
  • an electron current is generated which ionizes the substance to be examined in the gas phase by the electrons and feeds it to an analyzer.
  • This electric field is generated between a cathode and an anode.
  • a specified emission current must be generated reliably and with as little interference as possible by varying the heating voltage of the cathode as an actuator.
  • US 6064580 A describes a switched-mode power supply with synchronous rectification transistors on the secondary windings of a transformer.
  • EP0549920A teaches the use of diodes connected in parallel with the synchronous rectification transistors to reduce switching losses.
  • So-called voltage multiplier circuits such as the Villard circuit consisting of a cascade of diodes and capacitors are generally known.
  • the invention is based on the object of providing a device for supplying voltage to the cathodes of an ion source of a mass spectrometer with few components and low power loss.
  • the device according to the invention is defined by the features of claim 1.
  • a primary-side input voltage is applied to a transformer in a switched-mode power supply.
  • the transformer On the secondary side, the transformer is provided with two output connections and a center connection on the output side. At the two output connections of the transformer there are opposing, i. H. output voltages phase-shifted by 180 ° to each other. If a positive output voltage is applied to the first connection, the same output voltage with the opposite sign is applied to the second output connection.
  • the two output connections of the transformer are each connected directly to a diode.
  • transistors are used in parallel to the diodes in accordance with a controlled rectifier, with the cathode of one diode being connected directly to the first transformer output and the cathode of the second diode being connected directly to the second transformer output in the case of two n-channel transistors .
  • the anode of one diode is correspondingly connected to the first transformer output and the anode of the other diode is connected to the second output of the transformer. In other words, this means that corresponding connections of the two diodes are each directly connected to different outputs of the transformer.
  • the diodes are used to rectify the transformer output voltages, with the transistors connected in parallel to the diodes improving the efficiency of the circuit.
  • the drain connection of one transistor is preferably connected directly to the first transformer output and the drain connection of the other transistor is connected directly to the second transformer output.
  • the source connections of the two transistors can be connected to one another and can be applied directly to the connections opposite the transformer and not directly connected to the transformer. The source connections are then applied to the two cathodes of the diodes in the case of p-channel transistors and to the two anodes of the diodes in the case of n-channel transistors.
  • the transistors are preferably field-effect transistors of the p-channel or of the n-channel type.
  • a smoothing capacitor and a choke coil preferably form a low-pass filter between the center connection of the transformer and the source connections of the transistors.
  • the circuit can also be designed as a single-ended flux converter, only one transistor and one diode being required in each case.
  • the voltage supply device is used to control two cathodes, in which two transistors alternately drive exactly one of the two cathode output connections.
  • a relay that is conventionally used for alternating control of the cathode connections is then omitted.
  • the control by the transistors is also more reliable and faster than with conventional switching relays.
  • the emission current is the current flowing within the ion source from the anode to the cathode that is switched on
  • Voltage difference between anode and cathode is given.
  • the emission current is transmitted with the aid of pulse width modulation.
  • a transformer 1 is provided with three connections each on the primary and secondary sides.
  • the input voltage U 1 for the transformer is applied to one of the primary connections.
  • At the first output connection 32 and the second output connection 30 there are transformer output voltages which are phase-shifted with respect to one another, that is to say in opposite directions.
  • the third The secondary connection is designed as a center connection 31 on the output side.
  • the first output connection 32 is referred to as a negative output and the second output connection 30 is referred to as a positive output, ie only one phase of the output voltages that arise is considered in each case.
  • the negative output 32 is connected to the cathode of a diode 7.
  • the positive output 30 is connected to the cathode of a diode 9.
  • the anodes of the two diodes 7, 9 are connected to one another.
  • a transistor 8, 10 in the form of an n-channel field effect transistor is connected in parallel to each of the two diodes 7, 9.
  • the source connections of the two transistors 8, 10 are each connected to the anodes of the two diodes.
  • the drain connection of the first transistor 8 is connected to the negative output 32 and the drain connection of the second transistor 10 is connected to the positive output 30.
  • the gate connection of the first transistor 8 is connected to the drain connection of the second transistor 10 and to the positive output 30.
  • the gate connection of the second transistor 10 is connected to the drain connection of the first transistor 8 and to the negative output 32. At this point in time, the transistor 8 is conductive, while the transistor 10 is blocked.
  • the supply voltage for the detection, regulation and generation of the electron energy for the anode-cathode emission is generated from the same transformer winding of the transformer 1.
  • the rectification is supported by a controlled rectifier 8, 10 which, in the case of the push-pull converter, comes directly from the Transformer output voltage of the respective other path is controlled.
  • the controlled rectifier 8, which rectifies the output 32, is activated directly via the transformer output 30.
  • the current flows through the choke coil 11 connected to the source connections of the two transistors 8, 10 and through the diodes 7, 9.
  • a voltage multiplier 16, 17 is connected to the positive output 30 and to the negative output 32 of the transformer 1 via a respective isolating capacitor 13, 14.
  • a simple voltage multiplier which is formed from the diodes 33 and 34.
  • the DC voltage U 3 is tapped at the outputs of the voltage multipliers 16, 17 and can be used, for example, to supply a voltage generating device 18 for generating the anode voltage U A.
  • a voltage supply device 21 can be fed with the help of the direct voltage U 3 , which supplies the information for the gate voltages for two transistors 19, 20 via the optocoupler 22, which alternately control two separate cathode connections Kat 1 , Kat 2 .
  • the drain connections of the two transistors 19, 20 are each connected to the center connection 31 of the transformer, which in the case of n-channel transistors represents the positive pole of the cathode voltage supply.
  • the gate connections of the transistors 19, 20 are each connected to the voltage supply device 21.
  • the source connection of the one transistor 19 is connected to the second cathode connection Kat 2 and the source connection of the transistor 20 is connected to the first cathode connection Kat 1 .
  • a cathode can each be connected to the cathode connections Kat 1 , Kat 2 , the opposite pole of which with the common Cathode connection Kat is connected.
  • the cathodes can be switched over in a simple manner by means of the direct voltage heating, each with a transistor 19, 20.
  • the cathode connections can be activated with one transistor in each case.
  • the emission current flows within the ion source from the connection for the anode voltage U A to the connections of the respectively switched-on cathode Kat 1 or Kat 2 and the common cathode connection.
  • the mean cathode potential is mapped by means of the resistors 27, 28 including the voltage drop at the resistors 26 and 29 caused by the emission current.
  • the signal evaluation 25 which is preferably a processor module, is normally located
  • the emission current which causes a voltage drop across the resistors 26, 29, is converted into a PWM signal in the pulse width modulation converter 23 shaped.
  • the PWM signal is transmitted via an optocoupler 24 to the signal evaluation 25 related to ground.
  • a microprocessor converts the PWM signal into numerical values, which are then proportional to the emission current. This allows the emission current to be regulated with the aid of the numerical values obtained and software.
  • the manipulated variable is the pulse duty factor of the switched-mode power supply 4 and can be generated directly from the processor.
  • the manipulated variable is generated via an analog output which is formed with the aid of a digital-to-analog converter 6 and a switched-mode power supply IC (“Integrated Circuit”) 4.
  • the current limitation implemented in the switched-mode power supply IC can be used here.
  • Resistor 5 is used as a current limiting resistor for this purpose.
  • the generation of the electron energy only requires an up-converter 18, which normally generates a voltage of approximately 70 to 100 V from the isolated supply voltage U3.
  • the voltage multipliers 16, 17, which each consist of at least two rectifiers, are fed by a capacitive connection to the transformer consisting of the capacitors 13, 14, 15 and enable a connection that is isolated for direct currents, as in FIG Fig. 2 shown.
  • the DC insulation of the power supply ensures that the emission current that flows into the active cathode at the power output of the rectifier consisting of parts 7, 8, 9 and 10 can be evaluated without errors.
  • a voltage multiplier is preferably connected to both transformer outputs 30, 32, as a result of which the current carrying capacity is greater and the ripple becomes smaller. In addition, peaks in the transformer that could destroy the active rectifier are reduced.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung einer Ionenquelle eines Massenspektrometers und insbesondere zur Spannungsversorgung der Massenspektrometer-Kathode.
  • Massenspektrometer dienen zur Analyse von Gasen und finden unter anderem in Lecksuchgeräten Anwendung. Durch ein elektrisches Feld werden die aus der heißen Kathode austretenden Elektronen beschleunigt. Hierbei wird ein Elektronenstrom erzeugt, der die zu untersuchende Substanz in der Gasphase durch die Elektronen ionisiert und einem Analysator zuführt. Dieses elektrische Feld wird zwischen einer Kathode und einer Anode erzeugt. Zur Spannungsversorgung der Kathode eines Massenspektrometers muss ein vorgegebener Emissionsstrom zuverlässig und mit möglichst geringem Störanteil erzeugt werden, indem die Heizspannung der Kathode als Stellglied variiert wird.
  • US 6064580 A beschreibt ein Schaltnetzteil mit Synchrongleichrichtungstransistoren an den Sekundärwicklungen eines Transformators. EP0549920A lehrt die Verwendung von den Synchrongleichrichtungstransistoren parallel geschalteten Dioden, um Schaltverluste zu verringern.
  • Allgemein bekannt sind sogenannte Spannungsvervielfacherschaltungen wie die Villard-Schaltung bestehend aus einer Kaskade von Dioden und Kondensatoren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung der Kathoden einer lonenquelle eines Massenspektrometers mit wenig Bauteilen und geringer Verlustleistung bereitzustellen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird definiert durch die Merkmale von Anspruch 1.
  • Hierzu liegt in einem Schaltnetzteil an einem Transformator eine primärseitige Eingangsspannung an. Sekundärseitig ist der Transformator mit zwei Ausgangsanschlüssen und einem ausgangsseitigen Mittenanschluss versehen. An den beiden Ausgangsanschlüssen des Transformators liegen gegenläufige, d. h. zueinander um 180° phasenverschobene Ausgangsspannungen an. Wenn an dem ersten Anschluss eine positive Ausgangsspannung anliegt, liegt dieselbe Ausgangsspannung mit umgekehrtem Vorzeichen an dem zweiten Ausgangsanschluss an. Die beiden Ausgangsanschlüsse des Transformators sind jeweils direkt mit einer Diode verbunden. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades werden parallel zu den Dioden entsprechend einem gesteuerten Gleichrichter, Transistoren eingesetzt, wobei im Falle von zwei n-Kanal-Transistoren die Kathode der einen Diode direkt mit dem ersten Transformatorausgang und die Kathode der zweiten Diode direkt mit dem zweiten Transformatorausgang verbunden ist. Im Falle von p-Kanal-Transistoren sind entsprechend die Anode der einen Diode mit dem ersten Transformatorausgang und die Anode der anderen Diode mit dem zweiten Ausgang des Transformators verbunden. Das heißt mit anderen Worten, dass einander entsprechende Anschlüsse der beiden Dioden jeweils mit verschiedenen Ausgängen des Transformators direkt verbunden sind.
  • Bei den beiden Dioden ist jeweils genau ein Transistor parallel geschaltet, wobei erfindungsgemäß das Gate des einen Transistors direkt mit dem ersten Ausgangsanschluss und das Gate des zweiten Transistors direkt mit dem anderen Ausgangsanschluss des Transformators verbunden ist.
  • Die Dioden dienen zur Gleichrichtung der Transformator-Ausgangsspannungen, wobei die parallel zu den Dioden geschalteten Transistoren den Wirkungsgrad der Schaltung verbessern.
  • Hierbei ist vorzugsweise der Drain-Anschluss des einen Transistors direkt mit dem ersten Transformatorausgang und der Drain-Anschluss des anderen Transistors direkt mit dem zweiten Transformatorausgang verbunden. Die Source-Anschlüsse der beiden Transistoren können miteinander verbunden sein und direkt an den dem Transformator gegenüberliegenden und nicht direkt mit dem Transformator verbundenen Anschlüssen anliegen. Die Source-Anschlüsse liegen dann also an den beiden Kathoden der Dioden im Falle von p-Kanal-Transistoren und an den beiden Anoden der Dioden im Falle von n-Kanal-Transistoren an. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transistoren um Feldeffekt-Transistoren nach dem p-Kanal- oder nach dem n-Kanal-Typ. Vorzugsweise bilden ein Glättungskondensator und eine Drosselspule einen Tiefpass zwischen dem Mittenanschluss des Transformators und den Source-Anschlüssen der Transistoren. Im Gegensatz zu der beschriebenen Variante als Gegentakt-Wandler kann die Schaltung auch als Eintaktflusswandler ausgeführt werden, wobei jeweils nur ein Transistor und eine Diode benötigt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform dient die Spannungsversorgungsvorrichtung zur Ansteuerung zweier Kathoden, in dem zwei Transistoren abwechselnd genau einen der beiden Kathodenausgangsanschlüsse ansteuern. Ein herkömmlicherweise verwendetes Relais zur wechselnden Ansteuerung der Kathodenanschlüsse entfällt dann. Die Ansteuerung durch die Transistoren erfolgt zudem zuverlässiger und schneller als durch herkömmliche Schaltrelais.
  • Erfindungsgemäß wird aus mindestens einer der an den beiden Transformatorausgängen anliegenden Ausgangsspannungen eine weitere Gleichspannung mit Hilfe mindestens eines Spannungsvervielfachers erzeugt. Hierbei kann jedem der beiden Transformator-Ausgänge genau ein Spannungsvervielfacher zugeordnet sein, der über einen Trennungskondensator mit dem jeweiligen Ausgang verbunden sein kann. Die Gleichspannung kann
    1. a) als Versorgung zur Erzeugung der Elektronenenergie (Anodenspannung) für das Massenspektrometer,
    2. b) zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für die die beiden Kathodenanschlüsse ansteuernden Transistoren und/oder
    3. c) zur Versorgung einer Messschaltung zur Messung und/oder Regelung des Emissionsstroms dienen.
  • Der Emissionsstrom ist der innerhalb der Ionenquelle von der Anode zur jeweils eingeschalteten Kathode fließende Strom, wobei die Elektronenenergie durch die
  • Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode gegeben ist. Erfindungsgemäß wird der Emissionsstrom mit Hilfe der Pulsweitenmodulation übertragen.
  • Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1
    ein Prinzipschaltbild der Spannungsversorgungsvorrichtung als Gegentaktwandler und
    Fig. 2
    ein Detail aus Fig. 1.
  • Ein Transformator 1 ist primärseitig und sekundärseitig mit jeweils drei Anschlüssen versehen. An einer der Primäranschlüsse liegt die Eingangsspannung U1 für den Transformator an. An dem ersten Ausgangsanschluss 32 und dem zweiten Ausgangsanschluss 30 liegen zueinander phasenverschobene, d. h. gegenläufige, Transformatorausgangsspannungen an. Der dritte Sekundäranschluss ist als ausgangsseitiger Mittenanschluss 31 ausgebildet. Im Folgenden wird der erste Ausgangsanschluss 32 als negativer Ausgang und der zweite Ausgangsanschluss 30 als positiver Ausgang bezeichnet, d. h. es wird jeweils nur eine Phase der sich einstellenden Ausgangsspannungen betrachtet.
  • Der negative Ausgang 32 ist mit der Kathode einer Diode 7 verbunden. Der positive Ausgang 30 ist mit der Kathode einer Diode 9 verbunden. Die Anoden der beiden Dioden 7, 9 sind miteinander verbunden.
  • Zu jeder der beiden Dioden 7, 9 ist ein Transistor 8, 10 in Form eines n-Kanal-Feldeffekttransistors parallel geschaltet. Hierbei sind die Source-Anschlüsse der beiden Transistoren 8, 10 jeweils mit den Anoden der beiden Dioden verbunden. Der Drain-Anschluss des ersten Transistors 8 ist mit dem negativen Ausgang 32 verbunden und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors 10 ist mit dem positiven Ausgang 30 verbunden. Der Gate-Anschluss des ersten Transistors 8 ist mit dem Drain-Anschluss des zweiten Transistors 10 und mit dem positiven Ausgang 30 verbunden. Der Gate-Anschluss des zweiten Transistors 10 ist mit dem Drain-Anschluss des ersten Transistors 8 und mit dem negativen Ausgang 32 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt ist also der Transistor 8 leitend, während der Transistor 10 gesperrt ist.
  • Im Falle von p-Kanal-Transistoren 8, 10 wären lediglich die Dioden in ihrer Richtung umzukehren, so dass die Kathoden der beiden Dioden 7, 9 miteinander verbunden und die Anoden der Dioden mit jeweils verschiedenen Ausgängen 30, 32 des Transformators 1 verbunden sind.
  • Erfindungsgemäß wird aus derselben Trafo-Wicklung des Transformators 1 die Versorgungsspannung für die Erfassung, Regelung und Generierung der Elektronenenergie für die Anoden-Kathoden-Emission erzeugt. Bei größeren Kathoden-Heizströmen wird die Gleichrichtung durch einen gesteuerten Gleichrichter 8, 10 unterstützt, der bei dem Gegentaktwandler direkt aus der Trafo-Ausgangsspannung des jeweils anderen Pfades gesteuert wird. Der gesteuerte Gleichrichter 8, der den Ausgang 32 gleichrichtet, wird über den Transformatorausgang 30 direkt angesteuert. In den Zeiten, in denen die Transformatorausgangsspannung nahe null Volt ist, fließt der Strom durch die mit den Source-Anschlüssen der beiden Transistoren 8, 10 verbundene Drosselspule 11 und durch die Dioden 7, 9.
  • Da die Spannungen an dem Transformatorausgang, die für die Kathode passend sind, oft niedrig sind, empfiehlt es sich, die Spannung mit einem Spannungsvervielfacher 16, 17 auf den gewünschten Wert U3 zu bringen. Erfindungsgemäß ist hierzu jeweils ein Spannungsvervielfacher 16, 17 über jeweils einen Trennungskondensator 13, 14 mit dem positiven Ausgang 30 und mit dem negativen Ausgang 32 des Transformators 1 verbunden. In Fig. 2 erkennt man einen einfachen Spannungsvervielfacher, der aus den Dioden 33 und 34 gebildet wird. An den Ausgängen der Spannungsvervielfacher 16, 17 wird die Gleichspannung U3 abgegriffen, die beispielsweise genutzt werden kann, um eine Spannungserzeugungseinrichtung 18 zur Generierung der Anodenspannung UA zu versorgen. Alternativ oder ergänzend kann mit Hilfe der Gleichspannung U3 eine Spannungsversorgungseinrichtung 21 gespeist werden, die über den Optokoppler 22 die Information für die Gate-Spannungen für zwei Transistoren 19, 20 liefert, die wechselnd zwei separate Kathoden-Anschlüsse Kat1, Kat2 ansteuern.
  • Hierbei sind die Drain-Anschlüsse der beiden Transistoren 19, 20 jeweils mit dem Mittenanschluss 31 des Transformators verbunden, welches im Falle von n-Kanal-Transistoren der positive Pol der Kathodenspannungsversorgung darstellt. Die Gate-Anschlüsse der Transistoren 19, 20 sind jeweils mit der Spannungsversorgungeinrichtung 21 verbunden. Der Source-Anschluss des einen Transistors 19 ist mit dem zweiten Kathodenanschluss Kat2 und der Source-Anschluss des Transistors 20 mit dem ersten Kathodenanschluss Kat1 verbunden. An den Kathodenanschlüssen Kat1, Kat2 können jeweils eine Kathode angeschlossen sein, deren gegenüberliegender Pol mit dem gemeinsamen Kathodenanschluss Kat verbunden ist. Eine Umschaltung der Kathoden kann durch die Gleichspannungsheizung auf einfache Weise jeweils mit einem Transistor 19, 20 erfolgen. Insbesondere kann auch im Falle mehrerer Kathodenanschlüsse, d. h. bei mehr als zwei Kathodenanschlüssen, mit jeweils einem Transistor die Ansteuerung der Kathodenanschlüsse erfolgen.
  • Der Emissionsstrom fließt innerhalb der Ionenquelle von dem Anschluss für die Anodenspannung UA zu den Anschlüssen der jeweils eingeschalteten Kathode Kat1 bzw. Kat2 und der gemeinsame Kathodenanschluss. Das mittlere Kathodenpotential wird mittels der Widerstände 27, 28 einschließlich des durch den Emissionsstrom entstehenden Spannungsabfalls an den Widerständen 26 und 29 abgebildet. Um den Emissionsstrom auf Massepotential, auf dem sich die Signalauswertung 25, welches vorzugsweise ein Prozessorbaustein ist, normalerweise befindet, wird der Emissionsstrom, der an den Widerständen 26, 29 einen Spannungsabfall hervorruft, mittels Wandlung in dem Pulsweitenmodulations-Wandler 23 in ein PWM-Signal geformt. Das PWM-Signal wird über einen Optokoppler 24 zur massebezogenen Signalauswertung 25 übertragen. Dort wird mit einem Mikroprozessor das PWM-Signal in Zahlenwerte umgeformt, die dann proportional zu dem Emissionsstrom sind. Dadurch kann mit Hilfe der erhaltenen Zahlenwerte und einer Software der Emissionsstrom geregelt werden.
  • Die Stellgröße ist das Tastverhältnis des Schaltnetzteils 4 und kann direkt aus dem Prozessor generiert werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Stellgröße über einen Analogausgang, der mit Hilfe eines Digital-Analog-Konverters 6 und einem Schaltnetzteil-IC ("Integrated Circuit") 4 gebildet, generiert. Hierbei kann die in dem Schaltnetzteil-IC realisierte Strombegrenzung genutzt werden. Hierfür wird als Strombegrenzungswiderstand der Widerstand 5 genutzt. Die Erzeugung der Elektronenenergie benötigt nur einen Aufwärtswandler 18, der normalerweise eine Spannung von ca. 70 bis 100 V aus der isolierten Versorgungsspannung U3 generiert.
  • Die Spannungsvervielfacher 16, 17, die mindestens aus je zwei Gleichrichtern bestehen, werden durch eine kapazitive Anbindung an den Transformator bestehend aus den Kondensatoren 13, 14, 15 gespeist und ermöglichen eine für Gleichströme isolierte Anbindung, wie in Fig. 2 dargestellt. Die gleichspannungsmäßige Isolierung der Spannungsversorgung sorgt dafür, dass der Emissionsstrom, der am Leistungsausgang des Gleichrichters bestehend aus den Teilen 7, 8, 9 und 10 in die aktive Kathode fließt, fehlerfrei ausgewertet werden kann. Jeweils ein Spannungsvervielfacher wird vorzugsweise an beiden Transformatorausgängen 30, 32 angeschlossen, wodurch die Strombelastbarkeit größer und der Ripple kleiner wird. Zudem werden Spitzen im Transformator abgebaut, die den aktiven Gleichrichter zerstören könnten.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Spannungsversorgung der Kathoden (Kat1, Kat2) einer Ionenquelle eines Massenspektrometers, mit
    einem mit einer Eingangsspannung (U1) versorgten Transformator (1) mit mindestens einem ersten Ausgang (32) und einem zweiten Ausgang (30)
    und einem ausgangsseitigen Mittenanschluss (31) und
    mindestens zwei Transistoren (8, 10), wobei das Gate des ersten Transistors (8) mit dem zweiten Ausgang (30) und das Gate des zweiten Transistors (10) mit dem ersten Ausgang (32) des Transformators (1) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei Dioden (7, 9), deren einander entsprechende Anschlüsse, also die Kathoden oder die Anoden, mit verschiedenen der Ausgänge (30, 32) des Transformators (1) verbunden sind, wobei der Anschluss der ersten Diode (7) mit dem ersten Ausgang (32) und der Anschluss der zweiten Diode (9) mit dem zweiten Ausgang (30) verbunden ist, wobei für jede Diode (7, 9) ein zu der jeweiligen Diode parallel geschalteter erster (8) bzw. zweiter Transistor (10) vorgesehen ist, wobei der Source-Anschluss jedes Transistors (8, 10) mit dem dem Transformator (1) gegenüberliegenden Anschluss der zugehörigen Diode (7, 9) verbunden ist,
    dass aus der an dem ersten Ausgang (32) und/oder an dem zweiten Ausgang (30) des Transformators anliegenden Ausgangsspannung eine Gleichspannung (U3) mit mindestens einem Spannungsvervielfacher (16,17) erzeugt wird, und dass der mindestens eine Spannungsvervielfacher, bestehend aus mindestens zwei Gleichrichtern (16, 17) über einen Trennungskondensator (13, 14) mit einem der beiden Ausgangsanschlüsse (30, 32) des Transformators (1) als aktiver Pfad verbunden ist und über einen Kondensator (15) mit den dem Transformator (1) gegenüberliegenden Anschlüssen der Dioden (7, 9) als Bezugspfad verbunden ist und dass eine Messschaltung (23) zur Messung des Emissionsstroms der jeweils aktivierten Kathode (Kat1, Kat2) in Form eines Pulsweitenmodulators (PWM) vorgesehen ist und dass der Emissionsstrom über zwei zwischen dem Mittenanschluss (31) und den dem Transformator (1) gegenüberliegenden Anschlüssen der beiden Dioden (7, 9) in Reihe geschalteten ersten Widerständen (26, 29) abfällt und über zwei zueinander in Reihe und zu den ersten Widerständen (26, 29) parallel geschaltete Widerstände (27, 28) gemittelt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drain-Anschluss des ersten Transistors (8) mit dem ersten Ausgang (32) und der Drain-Anschluss des zweiten Transistors (10) mit dem zweiten Ausgang (30) des Transformators (1) verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ausgangsseitigen Mittenanschluss (31) des Transformators (1) und den Source-Anschlüssen der Transistoren (8, 10) ein Tiefpass aus einem Glättungskondensator (12) und einer Drosselspule (11) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Versorgung zweier Kathoden mit jeweils einem Ausgang (Kat1, Kat2) für jede der beiden Kathoden versehen ist, wobei zwei Transistoren (19, 20) zum wechselnden Ansteuern der beiden Kathodenanschlüsse (Kat1, Kat2) mit dem Transformator (1) verbunden sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kathodenanschluss (Kat1, Kat2) mit dem Source-Anschluss genau eines der beiden Transistoren (19, 20) verbunden ist, wobei ein Transistor (19,20) den zugehörigen Kathodenanschluss (Kat1, Kat2) genau dann ansteuert, wenn die an dem jeweiligen Gate-Anschluss anliegende Transistor-Spannung, die an dem Source-Anschluss anliegende Kathodenspannung übersteigt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung (U3)
    zur Versorgung einer die Gate-Spannung der beiden Transistoren (19, 20) erzeugenden Spannungsversorgungseinrichtung (21), und/oder
    zur Versorgung einer die Anodenspannung (UA) des Massenspektrometers erzeugenden Spannungsversorgungseinrichtung (18) und/oder
    zur Versorgung einer Messschaltung (23) zur Messung des Emissionsstroms der jeweils aktivierten Kathode (Kat1, Kat2) dient.
EP13707587.5A 2012-02-29 2013-02-22 Vorrichtung zur spannungsversorgung der kathode eines massenspektrometers Active EP2820668B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012203141A DE102012203141A1 (de) 2012-02-29 2012-02-29 Vorrichtung zur Spannungsversorgung der Kathode eines Massenspektrometers
PCT/EP2013/053550 WO2013127701A2 (de) 2012-02-29 2013-02-22 Vorrichtung zur spannungsversorgung der kathode eines massenspektrometers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2820668A2 EP2820668A2 (de) 2015-01-07
EP2820668B1 true EP2820668B1 (de) 2021-05-05

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