[发明专利]一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路

说明书

本发明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，与升压变压器的输入侧绕组相连，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，从而实现输出电压的稳定控制。

技术领域

本发明涉及射频电源的技术领域，特别涉及一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路。

背景技术

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。

发明内容

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。

本发明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。该项发明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，本发明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，本发明通过在升压变压器次级增加一组绕组实现输出电压取样。

本发明的目的在于提供一种适用于四级杆质谱仪的射频电源电路，其包括：

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，用于接收正弦波电压信号并对正弦波电压信号的频率进行调制；

放大电路，与升压变压器的输入侧绕组相连，用于对经过调制的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；

取样电路，连接在升压变压器的输出侧绕组与MCU控制电路之间，用于从升压变压器采集取样信号并输出至MCU控制电路；

MCU控制电路，连接在调频电路和取样电路之间，用于根据设定算法对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调频电路；

直流电压电源模块，与升压变压器的输出侧绕组相连，用于向升压变压器提供直流电场；

升压变压器，与四级杆负载相连，用于对经放大电路放大的正弦波电压信号进一步放大以向四级杆负载提供交直流电场。

优选地，取样信号是电流信号。

优选地，设定算法是PID算法。