一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路制造技术

本实用新型专利技术涉及适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，具有高信号传输效率和控制精度，以及低空间辐射磁场，同时电路结构简单，极大地节省了硬件成本。该电路包括：正弦波振荡电路，与调频电路相连，用于产生正弦波电压信号并将正弦波电压信号输入到调频电路；调频电路，与放大电路相连，用于对正弦波电压信号的频率进行调制；放大电路，与升压变压器的初级绕组相连，用于对经过调制的正弦波电压信号进行放大；升压变压器，用于对经过调制的正弦波电压信号进一步放大；反馈回路，用于从升压变压器采集取样信号，通过桥式整流电路将脉动交流电压转换为脉动直流电压与后级基准电压进行差值运算并将差值信号反馈至调频电路以实现输出电压的稳定控制。

A radio frequency power supply circuit for four stage rod mass spectrometer

The utility model relates to a RF power supply circuit suitable for four stage rod mass spectrometer, which has high signal transmission efficiency and control accuracy, and low space radiation magnetic field. At the same time, the circuit structure is simple, which greatly saves the hardware cost. The circuit includes a sine wave oscillation circuit is connected with the frequency modulation circuit, for generating sine wave voltage signal and the sine wave voltage signal input to the frequency modulation circuit; frequency modulation circuit is connected to the amplifier circuit for sine wave voltage signal frequency modulation; amplifying circuit, primary winding and step-up transformer is used for amplifying the sine wave voltage signal modulation; transformer, for the sine wave voltage signal modulation is further amplified; feedback loop for sampling signal acquisition from the transformer, the bridge type rectifier circuit will be converted to AC voltage ripple ripple DC voltage and the reference voltage level after subtraction operation and to realize the stable control of the output voltage of the error signal to feedback frequency modulation circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路
本技术涉及射频电源的
，特别涉及一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路。
技术介绍
质谱仪可用于物质定量定性的检测并且具备高效精确的测量特性，在生物、医疗、食品等领域具有广泛应用。四级杆作为质谱仪的核心部件之一，其通过交变电场的作用，实现不同质荷比离子分离。在交变电场环境中离子会根据电场强度进行振荡，只有特定质荷比的离子可以稳定的通过电场。当四极杆上的电场强度一定时，质量偏小的离子会受到很强的电场作用，导致其与四级杆内壁发生激烈碰撞，最终失去电荷而被真空系统抽走。质量过大的离子由于不能得到足够的电场能，导致其不能受电场牵引移动，最终与四级杆内壁碰撞飞出电场。四级杆上的交变电场通常由射频电源产生的交流正弦波电场Vcos(ωt)与直流电源产生的直流高压电场U叠加而成，通过调整U与V的比值调节离子通过率。常规四级杆质谱仪使用的射频电源升压变压器为保证具有足够高的Q值，通常采用空气骨架，导致射频电源体积较大，线圈绕组过多，给安装调试带来诸多不便。进一步地，射频电源取样反馈电路通常采用电阻取样或光耦隔离取样，导致电路复杂，稳定性不高。而且，四级杆质谱仪通常采用模拟芯片实现PFM控制，其控制精度难以保证，且规模化生产一致性较差。
技术实现思路
为解决上述存在的问题与不足，设计制作一种基于MCU实现PFM控制技术的射频交流稳压电源。本技术用于为质谱仪四级杆电路提供可调交流电压。该电路通过MCU实现PFM控制，从而实现交流电场调节。该项技术技术相较于常规质谱仪中使用的射频电源电路，交流电压可调，体积小，稳定性好。常规射频电源升压变压器采用空气骨架，本技术则采用高磁导率材料作为磁芯，在保证高电荷量和足够电感量的前提下，大大缩小升压变压器的体积，同时减少了变压器绕组圈数。为保证采样精度，提高电路可靠性，本技术通过在升压变压器次级增加一组绕组实现输出电压取样。本技术的一个实施例提供了一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，该电路包括：正弦波振荡电路，与调频电路相连，用于产生正弦波电压信号并将正弦波电压信号输入到调频电路；调频电路，与放大电路相连，用于对正弦波电压信号的频率进行调制；放大电路，与升压变压器的初级绕组相连，用于对经过调制的正弦波电压信号进行放大；升压变压器，用于对经过调制的正弦波电压信号进一步放大；反馈回路，包括取样电路、以及与取样电路相连的MCU控制电路；取样电路，与升压变压器的次级绕组相连，用于从升压变压器采集取样信号并将取样信号反馈至MCU控制电路；MCU控制电路，与调频电路相连，用于根据设定PID算法指令对取样信号进行处理并产生频率可变的脉冲信号，而且将频率可变的脉冲信号经过取样处理后反馈至调频电路。优选地，取样信号是交流电压信号。优选的，该电路还包括：直流电源，以及分别与直流电源相连的正压降压电路和负压降压电路；其中，直流电源是正压降压电路和负压降压电路的输入，正压降压电路用于向正弦波振荡电路提供正电压输入，负压降压电路用于向正弦波振荡电路提供负电压输入。优选地，正压降压电路还用于向调频电路、MCU控制电路提供电源电压。优选地，取样电路包括电桥、RC滤波器和取样放大器；其中，电桥包括四个二极管，四个二极管两两串联后并联并具有两个对角，其中一个对角与升压变压器的次级绕组进行电气连接，另一个对角与放大电路和RC滤波器进行电气连接；RC滤波器连接在电桥和取样放大器之间，用于对取样信号进行滤波；取样放大器与MCU控制电路相连，包括同相输入端和反相输入端，反相输入端用于接收经过滤波的取样信号，同相输入端接有稳压器。优选地，放大电路为共射级放大电路。优选地放大电路与升压变压器之间还设有推挽式射极跟随器，推挽式射极跟随器用于对经过放大的正弦波电压信号进行阻抗变化。优选地，该电路还包括直流电压电源模块，与升压变压器相连，用于向升压变压器提供直流电压并且形成交直流电场。优选地，直流电源与放大电路和推挽式射极跟随器相连，用于向放大电路和推挽式射极跟随器提供偏置电压。优选地，升压变压器与四级杆负载相连，用于向四级杆负载提供交直流电场。应理解，在本技术范围内中，本技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1是本技术的一个实施例中的适用于四级杆质谱仪的射频电源电路的结构示意图图2是如图1所示实施例的电路结构图，示出了射频电源电路的电路原理。图3是本技术的适用于四级杆质谱仪的射频电源电路的正弦波振荡电路的进一步实施例。图4是本技术的适用于四级杆质谱仪的射频电源电路的放大电路的进一步实施例。具体实施方式申请人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种适用于质谱仪的四级杆的射频电源电路，通过设置DC-DC转换电路实现了直流电压降压的功能，替代现有技术中的采用变压器的方法，得到的降压后的直流电压更加稳定，而且简化了电路结构；另外，设计了一种取样电路，能够直接将从最终输出端采集到的电压信号直接反馈到调频电路，以供调频电路据此进行调频动作，进一步简化了电路结构；还有，通过采用MCU控制电路，能够对模拟信号形式的取样信号进行数字处理，控制精度更高并且环路相应更快。术语如本文所用，术语“PFM”指脉冲调频控制方法，能够调节调制信号的频率随输入信号幅值变化，而脉冲占空比不变。本技术涉及一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，包括：正弦波振荡电路，与调频电路相连，用于产生正弦波电压信号并将正弦波电压信号输入到调频电路；调频电路，与放大电路相连，用于对正弦波电压信号的频率进行调制；放大电路，与升压变压器的初级绕组相连，用于对经过调制的正弦波电压信号进行放大；述升压变压器，用于对经过调制的正弦波电压信号进一步放大；反馈回路，包括取样电路、以及与取样电路相连的MCU控制电路；取样电路，与升压变压器的次级绕组相连，用于从升压变压器采集取样信号并将取样信号反馈至MCU控制电路；MCU控制电路，与调频电路相连，用于根据设定PID算法指令对取样信号进行处理并产生频率可变的脉冲信号，而且将频率可变的脉冲信号经过取样处理后反馈至调频电路。本技术相较于市面上常见射频电源，由于采用铁硅铝材质作为功率变压器磁芯，所以其体积减小很多，性能更加稳定，传输效率更高，空间辐射磁场降低了很多，有利于集成化安装调试。该方案通过MCU实现PFM调节控制，相较于传统的射频电源，其控制精度更高，环路响应速度更快。该电路取样反馈部分直接通过升压变压器次级绕组取样，相较于常规光耦隔离取样，性能更可靠，稳定性更高，电路结构简单。下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，其特征在于，包括：正弦波振荡电路，与调频电路相连，用于产生正弦波电压信号并将所述正弦波电压信号输入到所述调频电路；调频电路，与放大电路相连，用于接收所述正弦波电压信号并对所述正弦波电压信号的频率进行调制；所述放大电路，与升压变压器的输入侧绕组相连，用于对经过调制的所述正弦波电压信号进放大；反馈回路，包括取样电路和MCU控制电路；所述取样电路，连接在所述升压变压器的输出侧绕组与所述MCU控制电路之间，用于从所述升压变压器采集取样信号并输出至所述MCU控制电路；所述MCU控制电路，连接在所述调频电路和所述取样电路之间，用于根据PID算法对所述取样信号进行取样处理，以产生频率可变的脉冲信号并反馈至所述调频电路；直流电压电源模块，与所述升压变压器的输出侧绕组相连，用于向所述升压变压器提供直流电场；所述升压变压器，与四级杆负载相连，用于对经所述放大电路放大的所述正弦波电压信号进一步放大以向所述四级杆负载提供交直流电场。

【技术特征摘要】
1.一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，其特征在于，包括：正弦波振荡电路，与调频电路相连，用于产生正弦波电压信号并将所述正弦波电压信号输入到所述调频电路；调频电路，与放大电路相连，用于接收所述正弦波电压信号并对所述正弦波电压信号的频率进行调制；所述放大电路，与升压变压器的输入侧绕组相连，用于对经过调制的所述正弦波电压信号进放大；反馈回路，包括取样电路和MCU控制电路；所述取样电路，连接在所述升压变压器的输出侧绕组与所述MCU控制电路之间，用于从所述升压变压器采集取样信号并输出至所述MCU控制电路；所述MCU控制电路，连接在所述调频电路和所述取样电路之间，用于根据PID算法对所述取样信号进行取样处理，以产生频率可变的脉冲信号并反馈至所述调频电路；直流电压电源模块，与所述升压变压器的输出侧绕组相连，用于向所述升压变压器提供直流电场；所述升压变压器，与四级杆负载相连，用于对经所述放大电路放大的所述正弦波电压信号进一步放大以向所述四级杆负载提供交直流电场。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述取样信号是交流电流信号。3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：直流电源，以及分别与所述直流电源相连的正压降压电路和负压降压电路；其中，所述直流电源是...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹健，吴先伟，官培龙，吴峰，
申请(专利权)人：江苏可力色质医疗器械有限公司，上海可力梅塔生物医药科技有限公司，上海爱可赛默医疗器械有限公司，广州可力质谱医疗器械有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32