一種質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路，通過調(diào)節(jié)該電路中受控電壓源的輸出電壓和信號源的射頻頻率，使質(zhì)譜儀能夠獲得不同的離子質(zhì)荷比。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜儀是一種化學(xué)分析儀器，用于分子質(zhì)量精確測定與化合物分析。射頻電源是其電路部分的核心部件。射頻電源是質(zhì)譜儀的四極桿、離子阱或者離子引導(dǎo)部分的驅(qū)動電源。其輸出高頻的交流電源，在質(zhì)譜儀四級桿、離子阱或者離子引導(dǎo)部分的周圍產(chǎn)生交變電場，質(zhì)譜儀通過電場或磁場控制離子并監(jiān)視產(chǎn)物運動來獲得離子的質(zhì)荷比。
[0003]目前使用較多的射頻電源都是采用觸發(fā)器、電感電容震蕩產(chǎn)生高頻信號，輸出單一頻率且幅值固定的高頻高壓電源。這種射頻電源用于質(zhì)譜儀中，只能獲得在單一條件下的離子質(zhì)荷比，如果需要測試其他條件下的質(zhì)荷比則需要更換射頻電源組件，流程繁瑣并且增加了實驗成本，浪費大量的時間。實際測試中為了提高測量數(shù)據(jù)的有效性，通常需要知道測試樣品在何種頻率、何種電壓下產(chǎn)生的信號較強，離子質(zhì)荷比的相對強度較高，從而得到更加精準(zhǔn)有效的實驗數(shù)據(jù)，為后期的理論分析提供便利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供了一種輸出電壓和頻率可以調(diào)節(jié)的射頻電源，并且所述射頻電源結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路包括可編程信號源電路、驅(qū)動電路、射頻變壓電路、阻抗變換電路、受控電壓源電路。其特征在于可編程信號源電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連接，驅(qū)動電路的輸出端與射頻變壓電路的輸入端相連接，射頻變壓電路的輸出端一路與阻抗變換電路的輸入端相連接，另一路與負(fù)載相連接，阻抗變換電路的輸出端與受控電壓源電路的反饋端相連接，受控電壓源電路的電壓輸出端與射頻變壓電路的電源輸入端相連接，每塊電路均由直流電源供電?？删幊绦盘栐措娐份敵龈哳l信號，經(jīng)驅(qū)動電路放大后去驅(qū)動射頻變壓電路的開關(guān)管，開關(guān)管的通斷會使與之相連的高頻變壓器初級產(chǎn)生周期性的電流變化，該變化的電流經(jīng)射頻變壓器耦合至次級輸出，同時送至阻抗變換電路。阻抗變換電路將高壓交流信號轉(zhuǎn)換成低壓直流信號并送至受控電壓源的反饋端。射頻變壓電路的輸出端與負(fù)載相連，為負(fù)載提供高壓射頻電壓。射頻電源可通過軟件編程改變信號源的頻率，通過電位器調(diào)節(jié)受控電壓源的輸出電壓，從而達(dá)到控制射頻電源頻率和供電電壓的目的。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)射頻電源，利用可編程控制器實現(xiàn)了頻率調(diào)節(jié)，利用以受控電壓源電路和阻抗變換電路為核心的反饋電路實現(xiàn)射頻電源可調(diào)穩(wěn)壓輸出。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0008]1、本發(fā)明中可編程信號源電路采用CPLD，通過軟件編程實現(xiàn)輸出頻率可變的高頻方波信號，從而使射頻電源能夠產(chǎn)生精準(zhǔn)的、頻率可調(diào)的高頻信號。
[0009]2、本發(fā)明驅(qū)動電路采用高速MOS管驅(qū)動芯片驅(qū)動射頻變壓電路的MOS管，增強了MOS管的驅(qū)動能力,輸出信號穩(wěn)定,簡化了電路。
[0010]3、本發(fā)明受控電壓源采用的是開關(guān)穩(wěn)壓器，輸出穩(wěn)定的可調(diào)電壓，通過調(diào)節(jié)電位器阻值的大小來調(diào)節(jié)開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電壓，從而調(diào)節(jié)射頻電源的供電電壓，以達(dá)到調(diào)節(jié)射頻電源輸出電壓的目的。
[0011]4、本發(fā)明將射頻變壓電路輸出的高壓射頻電源經(jīng)過阻抗變換電路反饋到受控電壓源電路，受控電壓源電路通過調(diào)節(jié)射頻變壓電路供電電壓的占空比，從而調(diào)節(jié)射頻電源的輸出電壓，使其輸出保持穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的射頻電源結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的射頻電源電路原理圖；
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015]在圖1中，可編程信號源電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連接，驅(qū)動電路的輸出端與射頻變壓電路的輸入端相連接，射頻變壓電路的輸出端一路與阻抗變換電路的輸入端相連接，另一路與負(fù)載相連接，阻抗變換電路的輸出端與受控電壓源電路的反饋端相連接，受控電壓源電路的電壓輸出端與射頻變壓電路的電源輸入端相連接，每塊電路均由直流電源供電。
[0016]正常工作中，可編程信號源電路輸出高頻信號，經(jīng)驅(qū)動電路放大后去驅(qū)動射頻變壓電路的開關(guān)管，開關(guān)管的通斷會使與之相連的高頻變壓器初級產(chǎn)生周期性的電流變化，該變化的電流經(jīng)射頻變壓器耦合至次級輸出，同時送至阻抗變換電路。阻抗變換電路將高壓交流信號轉(zhuǎn)換成具有較強驅(qū)動能力的低壓直流信號并送至受控電壓源的反饋端。射頻電源通過軟件編程改變信號源的頻率，通過電位器調(diào)節(jié)受控電壓源的輸出電壓，從而達(dá)到控制射頻電源頻率和供電電壓的目的。射頻變壓電路的輸出端與負(fù)載相連，從而達(dá)到控制射頻電源輸出電壓的目的。
[0017]在圖2中，可編程信號源電路是由是CPLD及其外圍電路組成，軟件上對CPLD編程，設(shè)定輸出500KHz到1.5MHz的高頻方波信號，所述高頻方波信號的頻率可變。
[0018]驅(qū)動電路由電阻Rl、R2、電容Cl、驅(qū)動芯片及其外圍電路組成。CPLD輸出信號的高電平電壓為3.3V，無法直接驅(qū)動MOS管U1，本發(fā)明將CPLD產(chǎn)生的頻率可調(diào)方波通過高頻MOS管驅(qū)動芯片F(xiàn)AN3100進(jìn)行放大，從而驅(qū)動MOS管Ul。電容Cl和電阻R2構(gòu)成加速電路，可以使射頻變壓電路中的MOS管迅速導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0019]射頻變壓電路由電阻R3、R4、R5、二極管D1、電容C2、MOS管Ul、和耦合變壓器Tl組成。電路MOS管Ul采用高頻MOS管FDD7N20作為驅(qū)動對高頻信號進(jìn)行功率放大。MOS管Ul工作在開關(guān)模式，驅(qū)動耦合變壓器Tl，變壓器Tl將高頻直流信號轉(zhuǎn)化成高頻高壓交流信號輸出給負(fù)載。當(dāng)MOS管Dl截止時，續(xù)流二極管Dl為耦合變壓器Tl的初級提供放電回路，保護(hù)MOS管。電阻R4、R5起到限流作用。耦合變壓器Tl采用鎳鋅材質(zhì)的磁環(huán)變壓器，可將耦合變壓器的初級電壓耦合至次級，輸出600?800V的電壓。
[0020]阻抗變換電路由電阻R6、R7、R8、R9、RlO、電容C3、C4、C5、C6、C7、C8、整流橋D2和運算放大器U2組成。阻抗變化電路將濾波耦合變壓器Tl輸出的射頻電壓經(jīng)過高壓電容C3、C4、C5、C6和整流橋D2和由C7、C8、LI構(gòu)成的Ji型濾波器整流濾波后得到直流電壓信號，經(jīng)過負(fù)反饋電路反饋到受控電壓源電路的電壓反饋端，對射頻電壓進(jìn)行阻抗匹配。射頻電壓經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)化成直流低壓信號輸入到以運算放大器LM358為核心的差分放大電路中，當(dāng)差分放大電路負(fù)輸入端有偏差存在時，輸出端輸出一個經(jīng)過放大的偏差電壓給受控電壓源電路電壓反饋端，對輸入偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)，并可有效抑制共模干擾電壓的影響。
[0021]受控電壓源電路由電阻R11、R12、R13、R14、R15、電容C9、C1、C11、電感L2、二極管D3、保險絲Fl和開關(guān)穩(wěn)壓器U3組成。受控源電路是以開關(guān)穩(wěn)壓器LM2576為核心，起到穩(wěn)壓和調(diào)壓的作用。阻抗變換電路輸出端連接到受控電壓源電路的電壓反饋端，受控電壓源電路的輸出電壓接到射頻電壓模塊的電源輸入端，射頻電壓模塊的電壓輸出端一路接到阻抗變換電路的輸入端，構(gòu)成了電壓反饋，受控電壓源電路通過檢測反饋端電壓使射頻電源輸出射頻電壓保持穩(wěn)定；射頻電壓模塊的電壓輸出另一路與負(fù)載相連接。射頻變壓電路的電源電壓的大小影響到射頻電源的輸出電壓，通過調(diào)節(jié)電位器R13可以調(diào)節(jié)受控電壓源電路的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)射頻電源輸出的射頻電壓的大小。
【主權(quán)項】
1.一種質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路，包括可編程信號源電路、驅(qū)動電路、射頻變壓電路、阻抗變換電路、受控電壓源電路，其特征在于可編程信號源電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連接，驅(qū)動電路的輸出端與射頻變壓電路的輸入端相連接，射頻變壓電路的輸出端一路與阻抗變換電路的輸入端相連接，另一路與負(fù)載相連接，阻抗變換電路的輸出端與受控電壓源電路的反饋端相連接，受控電壓源電路的電壓輸出端與射頻變壓電路的電源輸入端相連接，每塊電路均由直流電源供電。
2.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路，其特征在于，所述射頻變壓電路采用高頻磁環(huán)作為耦合變壓器，輸出射頻電壓經(jīng)過由阻抗變換電路、受控電壓源電路構(gòu)成的負(fù)反饋回路后反饋到射頻變壓電路的電源輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路，其特征在于，所述可編程信號源電路為可編程邏輯控制器件，輸出頻率、脈寬可調(diào)的高頻方波信號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種質(zhì)譜儀可調(diào)射頻電源電路，由可編程信號源電路、驅(qū)動電路、射頻變壓電路、阻抗變換電路、受控電壓源電路構(gòu)成，其特征在于可編程信號源電路輸出高頻信號，經(jīng)驅(qū)動電路放大后去驅(qū)動射頻變壓電路的開關(guān)管，開關(guān)管的通斷會使與之相連的高頻變壓器初級產(chǎn)生周期性的電流變化，該變化的電流經(jīng)射頻變壓器耦合至次級輸出。次級輸出的高壓一路送至負(fù)載四級桿，為其提供高壓射頻電壓。另一路送至阻抗變換電路。阻抗變換電路將高壓交流信號轉(zhuǎn)換成低壓直流信號并送至受控電壓源的反饋端。射頻電源可通過軟件設(shè)定信號源的頻率并通過電位器調(diào)節(jié)受控電壓源的輸出電壓，以達(dá)到控制射頻電源頻率和輸出電壓的目的。
【IPC分類】H02M7-537
【公開號】CN104682755
【申請?zhí)枴緾N201310638775
【發(fā)明人】呂昱洲, 黃偉
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月29日