一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，脉冲信号产生单元通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元连接，直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，微控制器与脉冲信号产生单元连接，微控制器通过D/A控制电路与高压产生电路连接，高压产生电路通过A/D采样电路与微控制器连接，高压产生电路与开关驱动单元连接，开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接。本发明专利技术的高压脉冲电源，输出的高压脉冲信号的上升沿时间短，精度较高，可广泛应用于飞行时间质谱仪的驱动领域。

【技术实现步骤摘要】
—种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源
本专利技术涉及一种高压脉冲电源，特别涉及一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源。
技术介绍
目前，飞行时间质谱仪(TOFMS)普遍采用垂直引入式结构将离子引入TOF分析器，这样做需要在离子运动垂直方向的推斥板施加高压推斥脉冲。为了保证飞行时间质谱仪的高分辨率，对其高压脉冲电源的要求主要如下:输出电平平稳，脉冲上升沿越小越好，最好低于100ns，脉冲频率通常在IKHZ到20KHZ之间。但是因为高压脉冲电源是一种交直流耦合的技术，传统的高压脉冲电源产生的波形不易控制，脉冲幅值、频率、占空比等难以调节，且脉冲上升沿时间长，无法满足飞行时间质谱仪的苛刻要求。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，所述脉冲信号产生单元的输出端通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元的第一输入端连接； 所述直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，所述微控制器与脉冲信号产生单元连接，所述微控制器的输出端通过D/A控制电路与高压产生电路的输入端连接，所述高压产生电路的第一输出端通过A/D采样电路与微控制器的输入端连接，所述高压产生电路的第二输出端与开关驱动单元的第二输入端连接，所述开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接。进一步，所述放大隔离电路包括放大电路和隔离电路，所述放大电路包括施密特触发器和MOSFET驱动器，所述脉冲信号产生单元的输出端依次通过施密特触发器、MOSFET驱动器及隔离电路与开关驱动单元的第一输入端连接。进一步，所述隔离电路包括隔离电容以及脉冲变压器，所述脉冲变压器包括初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈的匝数相同； 脉冲信号产生单元产生的脉冲信号依次通过施密特触发器和MOSFET驱动器后，通过隔离电容接入脉冲变压器的初级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈分别与开关驱动单元连接。进一步，所述开关驱动单元包括第一 MOSFET管、第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管、第一齐纳二极管、第二齐纳二极管、第一电阻、第二电阻及第三电阻； 所述第一次级线圈的同名端与第一 MOSFET管的漏极连接，所述第一次级线圈的异名端分别与第一 MOSFET管的栅极、第一齐纳二极管的正极和第二 MOSFET管的漏极连接，所述第一MOSFET管的源极通过第一电阻分别与第二 MOSFET管的栅极和第一齐纳二极管的负极连接； 所述第二次级线圈的异名端与第三MOSFET管的漏极连接，所述第二次级线圈的同名端分别与第三MOSFET管的栅极和第二齐纳二极管的正极连接，所述第二次级线圈的同名端接地，所述第三MOSFET管的源极通过第二电阻分别与第四MOSFET管的栅极和第二齐纳二极管的负极连接； 所述第二 MOSFET管的源极与高压产生电路连接，所述第二 MOSFET管的漏极通过第三电阻与第四MOSFET管的源极连接，所述第四MOSFET管的漏极接地，所述第二 MOSFET管的漏极通过负载阻抗匹配单元与负载的一端连接，所述负载的另一端接地。进一步，所述负载阻抗匹配单元包括可调电位器及可调电感器，所述第二 MOSFET管的漏极依次通过可调电位器及可调电感器与负载的一端连接。进一步，所述微控制器采用FPGA、单片机或ARM处理器。进一步，所述脉冲信号产生单元还连接有用于与上位机进行通讯的通讯接口。进一步，所述脉冲信号产生单元采用FPGA。本专利技术的有益效果是:本专利技术的一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，脉冲信号产生单元的输出端通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元的第一输入端连接；直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，微控制器与脉冲信号产生单元连接，微控制器的输出端通过D/A控制电路与高压产生电路的输入端连接，高压产生电路的第一输出端通过A/D采样电路与微控制器的输入端连接，高压产生电路的第二输出端与开关驱动单元的第二输入端连接，开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接，本专利技术可以通过脉冲信号产生单元调节输出高压脉冲信号的频率，通过微控制器调节输出高压脉冲信号的幅度，而且通过开关驱动单元和负载阻抗匹配电路，使得高压脉冲信号的上升沿时间短，精度较高，可满足飞行时间质谱仪的驱动要求。另外，脉冲放大隔离单元中采用脉冲变压器可以将直流高压信号和脉冲信号隔开，减少了系统的电磁干扰，提高了系统的稳定性及可靠性，而且采用MOSFET管进行驱动，可以实现直流高压的快速开和关，使得高压脉冲信号的上升沿时间小于100ns。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源的结构框图； 图2是图1中的部分电路的详细电路图； 图3是高压产生电路输出的电压为100V时高压脉冲信号的脉冲上升沿波形图； 图4是高压产生电路输出的电压为500V时高压脉冲信号的脉冲上升沿波形图； 图5是高压产生电路输出的电压为1000V时高压脉冲信号的脉冲上升沿波形图； 图6是高压脉冲信号的脉宽为I μ s时的波形图； 图7是高压脉冲信号的脉宽为5μ s时的波形图； 图8是高压脉冲信号的脉宽为10 μ s时的波形图。【具体实施方式】参照图1，本专利技术提供了一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，所述脉冲信号产生单元的输出端通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元的第一输入端连接； 所述直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，所述微控制器与脉冲信号产生单元连接，所述微控制器的输出端通过D/A控制电路与高压产生电路的输入端连接，所述高压产生电路的第一输出端通过A/D采样电路与微控制器的输入端连接，所述高压产生电路的第二输出端与开关驱动单元的第二输入端连接，所述开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接。进一步作为优选的实施方式，所述放大隔离电路包括放大电路和隔离电路，所述放大电路包括施密特触发器和MOSFET驱动器，所述脉冲信号产生单元的输出端依次通过施密特触发器、MOSFET驱动器及隔离电路与开关驱动单元的第一输入端连接。进一步作为优选的实施方式，所述隔离电路包括隔离电容Cl以及脉冲变压器T，所述脉冲变压器T包括初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈的匝数相同；所述第一次级线圈与初级线圈同向耦合，输出开启脉冲，所述第二次级线圈与初级线圈反向I禹合，输出截止脉冲； 脉冲信号产生单元产生的脉冲信号依次通过施密特触发器和MOSFET驱动器后，通过隔离电容Cl接入脉冲变压器T的初级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈分别与开关驱动单元连接。进一步作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，其特征在于，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，所述脉冲信号产生单元的输出端通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元的第一输入端连接；所述直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，所述微控制器与脉冲信号产生单元连接，所述微控制器的输出端通过D/A控制电路与高压产生电路的输入端连接，所述高压产生电路的第一输出端通过A/D采样电路与微控制器的输入端连接，所述高压产生电路的第二输出端与开关驱动单元的第二输入端连接，所述开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，其特征在于，包括脉冲信号产生单元、脉冲放大隔离单元、开关驱动单元、负载阻抗匹配单元及直流高压产生控制单元，所述脉冲信号产生单元的输出端通过脉冲放大隔离单元与开关驱动单元的第一输入端连接； 所述直流高压产生控制单元包括微控制器、A/D采样电路、D/A控制电路及高压产生电路，所述微控制器与脉冲信号产生单元连接，所述微控制器的输出端通过D/A控制电路与高压产生电路的输入端连接，所述高压产生电路的第一输出端通过A/D采样电路与微控制器的输入端连接，所述高压产生电路的第二输出端与开关驱动单元的第二输入端连接，所述开关驱动单元的输出端通过负载阻抗匹配电路与负载连接。2.根据权利要求1所述的一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，其特征在于，所述放大隔离电路包括放大电路和隔离电路，所述放大电路包括施密特触发器和MOSFET驱动器，所述脉冲信号产生单元的输出端依次通过施密特触发器、MOSFET驱动器及隔离电路与开关驱动单元的第一输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，其特征在于，所述隔离电路包括隔离电容(Cl)以及脉冲变压器(T)，所述脉冲变压器(T)包括初级线圈、第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈的匝数相同； 脉冲信号产生单元产生的脉冲信号依次通过施密特触发器和MOSFET驱动器后，通过隔离电容(Cl)接入脉冲变压器(T)的初级线圈，所述第一次级线圈和第二次级线圈分别与开关驱动单元连接。4.根据权利要求3所述的一种用于飞行时间质谱仪的高压脉冲电源，其特征在于，所述开关驱动单元包括第一 MOSFET管(Q1)、第二 MOSFET管(Q2)、第三MOSFET管(Q3)、第四MOSFET管(Q4)、第一齐纳二极管(D1)、第二齐纳二极管(D2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宁，李磊，刘志影，吕金诺，郝慈环，高伟，黄正旭，周振，
申请(专利权)人：上海大学，广州禾信分析仪器有限公司，昆山禾信质谱技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31