[发明专利]高电压电源装置及利用该装置的质量分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及可切换输出电压的正负极性的高电压电源装置、以及利用该电源装置的质量分析装置。

背景技术

质量分析装置中，为了以高灵敏度检测离子，常常利用将转换倍增电极(Conversion dynode)与二次电子倍增管组合而成的离子检测器。这样的检测器中，为了选择性地检测正离子与负离子，需要对转换倍增电极施加与作为分析对象的离子相反极性的高电压(例如±几[kV]～±10[kV]左右)。又，液体色谱质量分析装置中，为了一边使液体试样汽化一边进行离子化，使用例如基于电喷射离子化(ESI)的离子源，但在这样的离子源中，需要将与作为分析对象的离子相同极性的高电压(例如±几[kV]左右)施加到喷洒液体试样的喷嘴的顶端。

这些用途中，需要改变根据作为分析对象的离子的极性而施加的高电压的极性，使用可切换一系统的输出电压的极性的高电压电源装置。在这样的高电压电源装置中，为了切换极性不同的高电压，过去，已知有利用了高耐压的磁簧继电器的装置(例如参照专利文献1等)。

这样的利用了磁簧继电器的构成的高电压电源装置中，切换输出电压的极性时，为了避免尖峰状的放电产生而破环继电器，需要采取如下的步骤：首先使一方的极性的输出电压降低，在其变为足够小的阶段使继电器动作并切换接点，其后使另一方的极性的输出电压上升。因此，极性的切换上会花费时间，例如在质量分析装置中每短时间交互地切换并进行正离子与负离子的检测的情况下，存在离子非检测期间变长，对准确的分析造成阻碍的问题。

对于这样的问题，专利文献2中，公开了能够以高速进行输出电压的极性切换的高电压电源装置。图5是该高电压电源装置的主要部分的电路构成图，图6是示出该高电压电源装置中的极性切换时的电压变化的波形图。通过图5及图6，概略地说明该高电压电源装置的构成及动作。

图5中示出的高电压电源装置中，正电压产生部2包含：升压变压器T1；对升压变压器T1的一次绕组进行驱动的驱动电路3；以及与升压变压器T1的二次绕组连接的、基于由四个电容器C1～C4及四个二极管D1～D4组成的Cockcroft-Walton电路而成的整流电路。负电压产生部4除了Cockcroft-Walton电路中的各二极管D5～D8的朝向与正电压产生部2相反这点以外，基本构成与正电压产生部2相同。

正电压产生部2的输出端P2与负电压产生部4的输出端Q1连接，负电压产生部4的另一输出端Q2接地。在正电压产生部2的输出端P1、P2间并联有电阻器6，在负电压产生部4的输出端Q1、Q2间并联有另一电阻器7，从正电压产生部2的输出端P1输出极性已被切换的高电压Vout。在该高电压输出端与地之间串联有电阻器8及电阻器9，电压信号从电阻器8、9的连接点被反馈到控制部1。

驱动电路3、5分别包含与升压变压器T1的一次绕组串联的直流电压源及开关元件，从其直流电压源向一次绕组施加的电压(或供给的电流)根据开关元件而时断时续。对该开关元件进行开/关驱动的方波信号的脉冲宽度基于由控制部1给予的信号而被调整，由此，供给到升压变压器T1的一次绕组的实效的功率产生变化，与之相伴，正电压产生部2及负电压产生部4的输出电压产生变化。

在输出正极性的高电压+HV时，基于未图示的极性切换指示信号，仅正电压产生部2侧的驱动电路3进行动作，负电压产生部4的驱动电路5停止。这时，在高电压输出端出现的电压+HV所对应的电压值被返回到控制部1，因此控制部1中，以将该电压值与目标的控制电压进行比较而使其误差变小的方式调整供给到驱动电路3的信号。由此，将输出电压+HV准确地设定为任意的目标电压。相反地，在输出负极性的高电压时，仅负电压产生部4的驱动电路5进行动作，正电压产生部2的驱动电路3停止。

在从正极性的高电压+HV被输出的状态将其极性切换为负的过渡状态时，控制部1以如下方式控制各驱动电路3、5(参照图6的(A)的(a)、(b))：正电压产生部2的输出从电压+HV变化为零，同时，负电压产生部4的输出从零开始变化并过冲，收敛于电压－HV。像这样，通过使从零开始其绝对值升高的一侧的电压故意地过冲，返回为零的另一方的电压的下降的延迟被补偿，能够使输出电压Vout迅速地到达目标电压。由此，输出电压Vout得以在短时间进行切换。