[发明专利]一种非对称波形脉冲电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种，特别涉及一种脉冲电源的非对称波形脉冲电源。

背景技术

随着社会的发展，人们对生活质量尤其是环境质量的期望及要求日益提高，这使得对环境的实时快速检测凸显得相当重要。现有的环境检测装置检测时间长、体积庞大、成本高，远远不能满足当前的日常需求。为了克服现有检测技术的不足，基于高场非对称波形离子迁移谱(High-field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry,FAIMS)技术的离子检测器由于具有灵敏度高、检测时间短、检测物质广、体积小以及成本低等优点，可用于大气、有毒气体、水有机污染物、爆炸物、化学战剂等的快速检测，在环境检测、公共安全和生化战场领域开始被广泛应用。

高场非对称波形离子迁移谱技术是建立在Mason和McDaniel实验观察的基础上，他们发现离子迁移率(Ion Mobility)K受所施加的电场强度影响。在低电场条件下，离子迁移率K与电场强度无关，当电场强度高于约11000V/cm时，离子迁移率K就会以一种非线性的方式随电场强度而变化。在高电场条件下，离子迁移率K与电场强度E的关系可表示如下：

K＝K₀*[1+α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]  (1)

其中，K₀为离子在低电场中的迁移率，α为离子迁移率系数，E为电场强度，N为气体密度。令：

α(E)＝[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]  (2)

则(1)式可简化为：

K＝K₀*[1+α(E)]  (3)

由(3)式可知，K对于每一离子种类是特定的，这就使得低电场强度条件下离子迁移率相同或相近的离子能够在高电场强度条件下被分离开来。

当把一个高频且幅值不对称波形电压施加在由一对电极板所构成的狭窄空间形成一高频变化的电场，当有气流携带离子通过时，离子就会受电场力的作用在两个电极板之间沿电场线方向发生振动，并与气流流速形成合运动，不同迁移率飞离子就会发生分离。若在加高频脉冲的同时，电极板上再有一直流电压产生电场，并使这个电场对离子产生的电场力与离子净位移方向相反，那么特定离子在特定电压下的轨迹就会被“拉直”。这种特定离子会沿着电极中线到达离子检测端，而其他离子则会碰撞到极板无法通过，从而达到离子检测的目的。

目前，在基于FAIMS的离子检测过程中，符合FAIMS要求的高场非对称波形电源非常关键，其波形质量直接影响到离子检测器性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种非对称波形脉冲电源。

本发明实施例中的高频高压非对称脉冲电源用于将高压直流输入转换成非对称脉冲方波输出。所述非对称波形脉冲电源包括由MOSFET管组成的用于将所述高压直流输入逆变后输出脉冲方波的MOSFET半桥电路，用于产生正负双路PWM信号的脉冲宽度调制电路，以及用于根据脉冲宽度调制电路产生的正负双路PWM信号控制MOSFET半桥电路中的MOSFET管的导通与截止的隔离驱动电路。其中，所述隔离驱动电路包括隔离变压器，用于隔离MOSFET半桥电路中的强电信号与脉冲宽度调制电路中的弱电信号。

附图说明

为让本发明上述目的和其它特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：

图1所示为FAIMS系统理想的非对称脉冲电压示意图；

图2所示为本发明实施方式中非对称波形脉冲电源的系统架构图；

图3所示为本发明实施方式中非对称波形脉冲电源的PWM信号源电路图；

图4所示为本发明实施方式中非对称波形脉冲电源的MOSFET栅极驱动电路图；

图5所示为本发明实施方式中非对称波形脉冲电源的MOSFET半桥电路图；

图6所示为本发明实施方式中MOSFET半桥电路的保护电路图。

图7所示为本发明实施方式中参考电压源电路图。

具体实施方式