【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及質譜儀領域，特別是指一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統。
技術介紹
1、脈沖高壓在飛行時間質譜儀中常起到對離子進行聚焦的功能，脈沖的幅值、穩定性、上升沿都將影響儀器的聚焦效果。通常脈沖高壓通過一對推挽型的mos管外接高壓電源，耐高壓mos管輪流開斷實現脈沖高壓的產生，其優點在于輸出的脈沖穩定持久，能實現長時間的直流穩壓輸出。但是，在上升沿特性部分，該結構及其依賴mos管開斷的速度，隨著材料學的發展，mos管開斷速度的逐漸提升才能慢慢改善上升沿的效果。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，將marx升壓結構與推挽輸出結構進行結合，將marx升壓的超快上升沿特性應用于飛行時間質譜儀中，從而令飛行時間質譜儀中脈沖電源的上升沿特性不再完全依賴于mos管性能的提升，獲得遠優于傳統推挽式脈沖電源的性能。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，包括電源模塊和控制模塊，還包括marx脈沖陡化模塊、推挽脈沖維持模塊和耦合模塊；所述控制模塊根據輸入的參數生成第一脈沖信號和第二脈沖信號；所述marx脈沖陡化模塊根據所述第二脈沖信號生成上升沿時間短的高壓窄帶脈沖信號；所述推挽脈沖維持模塊根據所述第一脈沖信號產生穩定的高壓脈沖信號；所述耦合模塊對所述上升沿時間極短的高壓窄帶脈沖信號和穩定的高壓脈沖信號進行耦合，輸出具有超快上升沿且脈沖中段長
4、進一步的，所述電源模塊包括高壓電源部分和低壓電源部分；所述高壓電源部分將輸入的電壓轉化為0-2000v可調的高壓電源以為所述推挽脈沖維持模塊提供高壓電源輸入，以及將所述高壓電源n倍分壓后為所述marx脈沖陡化模塊提供電源輸入；所述低壓電源單元為所述控制模塊、所述推挽脈沖維持模塊和所述高壓電源單元提供低壓電源輸入。
5、進一步的，所述高壓電源部分包括模數轉換單元和高壓電源單元，所述模數轉換單元的輸入端與所述控制模塊相連通訊，其可將輸入的數字信號轉換成低壓，所述模數轉換單元的輸出端與所述高壓電源單元相連以對其進行控制，所述高壓電源單元與所述模數轉換單元相連以將輸入的低壓電源等比例的轉為高壓電源。
6、進一步的，marx脈沖陡化模塊包括若干電容、若干雪崩三極管、若干第一電阻、若干第二電阻和負載rl，若干個雪崩三極管依次排列，每個所述雪崩三極管的集電極連接一所述第一電阻一端，所述第一電阻另一端連接所述電源模塊；第一個雪崩三極管的基極和發射極連接控制模塊以輸入第二脈沖信號；每個所述雪崩三極管的集電極與下一個所述雪崩三極管的基極之間連接一電容；除了第一個所述雪崩三極管外，每個所述雪崩三極管的發射極還連接一第二電阻一端，所述第二電阻另一端接地，最后一所述雪崩三極管連接的所述電容另一端和所述第二電阻另一端作為所述marx脈沖陡化模塊輸出端；所述負載rl連接于所述marx脈沖陡化模塊輸出端。
7、進一步的，所述推挽脈沖維持模塊包括數字隔離驅動芯片和兩mos管；兩所述mos管的柵極與所述數字隔離驅動芯片相連，所述數字隔離驅動芯片根據輸入的所述第一脈沖信號對兩所述mos管進行隔離開關控制；一所述mos管的漏極連接所述控制模塊，源極連接另一所述mos管的漏極并作為所述推挽脈沖維持模塊的輸出端；另一所述mos管的源極接地。
8、進一步的，所述耦合模塊采用電容，所述電容一端與所述marx脈沖陡化模塊相連，另一端與所述推挽脈沖維持模塊相連。
9、進一步的，所述控制模塊包括交互控制單元和信號發生單元，所述交互控制單元用以輸入參數并顯示實際參數數值；所述信號發生單元用于根據輸入參數生成所述第一脈沖信號和所述第二脈沖信號。
10、進一步的，所述控制模塊輸出的第一脈沖信號和第二脈沖信號之間的延時時長為t1；所述控制模塊的輸出與所述推挽脈沖維持模塊的輸出存在線路延時t1和數字隔離驅動延時t2；所述控制模塊的輸出與所述marx脈沖陡化模塊的輸出存在線路延時t3；所述marx脈沖陡化模塊輸出與所述推挽脈沖維持模塊輸出存在時間間隔t4；則有t1＝t1+t2-t3-t4。
11、進一步的，還包括電源監測模塊，所述電源監測模塊與所述電源模塊、所述marx脈沖陡化模塊和所述推挽脈沖維持模塊相連以進行實時監測并根據監測數據進行實時參數調整或判斷是否出現故障。
12、由上述對本專利技術的描述可知，與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：
13、1、本專利技術的系統，采用電源模塊、控制模塊、marx脈沖陡化模塊、推挽脈沖維持模塊和耦合模塊等，將marx升壓結構與推挽輸出結構進行結合，將marx升壓的超快上升沿特性應用于飛行時間質譜儀中，產生的高壓脈沖具有更快的上升沿、更高上限的脈寬。
14、2、本專利技術的系統，marx脈沖陡化模塊主要包含多級電容與雪崩三極管結構，對并聯結構電容進行充電后，再利用雪崩三極管雪崩擊穿觸發導通的特性，使電容變為串聯結構放電，產生上升沿速度極快的高壓短脈沖。
15、3、本專利技術的系統，推挽脈沖維持模塊主要包含數字隔離驅動與mos管，輸入信號經數字隔離驅動控制mos管開關，用以產生穩定的高壓脈沖。
16、4、本專利技術的系統，耦合模塊將marx脈沖陡化模塊與推挽脈沖維持模塊耦合后輸出高壓脈沖，依靠特定容值電容的耦合方式，令高壓窄脈沖通過、隔離穩定高壓脈沖，輸出具有超快上升沿、脈沖中段長期平穩的高壓脈沖。
17、5、本專利技術系統中，通過控制模塊設置合理延時，匹配marx脈沖陡化模塊與推挽脈沖維持模塊的輸出，使耦合后的輸出平穩，兼具marx脈沖輸出上升沿速度快、推挽脈沖輸出穩定的優勢。
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1.一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，包括電源模塊和控制模塊，其特征在于，還包括MARX脈沖陡化模塊、推挽脈沖維持模塊和耦合模塊；所述控制模塊根據輸入的參數生成第一脈沖信號和第二脈沖信號；所述MARX脈沖陡化模塊根據所述第二脈沖信號生成上升沿時間短的高壓窄帶脈沖信號；所述推挽脈沖維持模塊根據所述第一脈沖信號產生穩定的高壓脈沖信號；所述耦合模塊對所述上升沿時間極短的高壓窄帶脈沖信號和穩定的高壓脈沖信號進行耦合，輸出具有超快上升沿且脈沖中段長期平穩的高壓脈沖。
2.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述電源模塊包括高壓電源部分和低壓電源部分；所述高壓電源部分將輸入的電壓轉化為0-2000V可調的高壓電源以為所述推挽脈沖維持模塊提供高壓電源輸入，以及將所述高壓電源n倍分壓后為所述MARX脈沖陡化模塊提供電源輸入；所述低壓電源單元為所述控制模塊、所述推挽脈沖維持模塊和所述高壓電源單元提供低壓電源輸入。
3.如權利要求2所述一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述高壓電源部分包括模數轉換單元和高壓
4.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，MARX脈沖陡化模塊包括若干電容、若干雪崩三極管、若干第一電阻、若干第二電阻和負載RL，若干個雪崩三極管依次排列，每個所述雪崩三極管的集電極連接一所述第一電阻一端，所述第一電阻另一端連接所述電源模塊；第一個雪崩三極管的基極和發射極連接控制模塊以輸入第二脈沖信號；每個所述雪崩三極管的集電極與下一個所述雪崩三極管的基極之間連接一電容；除了第一個所述雪崩三極管外，每個所述雪崩三極管的發射極還連接一第二電阻一端，所述第二電阻另一端接地，最后一所述雪崩三極管連接的所述電容另一端和所述第二電阻另一端作為所述MARX脈沖陡化模塊輸出端；所述負載RL連接于所述MARX脈沖陡化模塊輸出端。
5.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述推挽脈沖維持模塊包括數字隔離驅動芯片和兩MOS管；兩所述MOS管的柵極與所述數字隔離驅動芯片相連，所述數字隔離驅動芯片根據輸入的所述第一脈沖信號對兩所述MOS管進行隔離開關控制；一所述MOS管的漏極連接所述控制模塊，源極連接另一所述MOS管的漏極并作為所述推挽脈沖維持模塊的輸出端；另一所述MOS管的源極接地。
6.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述耦合模塊采用電容，所述電容一端與所述MARX脈沖陡化模塊相連，另一端與所述推挽脈沖維持模塊相連。
7.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述控制模塊包括交互控制單元和信號發生單元，所述交互控制單元用以輸入參數并顯示實際參數數值；所述信號發生單元用于根據輸入參數生成所述第一脈沖信號和所述第二脈沖信號。
8.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述控制模塊輸出的第一脈沖信號和第二脈沖信號之間的延時時長為T1；所述控制模塊的輸出與所述推挽脈沖維持模塊的輸出存在線路延時t1和數字隔離驅動延時t2；所述控制模塊的輸出與所述MARX脈沖陡化模塊的輸出存在線路延時t3；所述MARX脈沖陡化模塊輸出與所述推挽脈沖維持模塊輸出存在時間間隔t4；則有T1＝t1+t2-t3-t4。
9.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，還包括電源監測模塊，所述電源監測模塊與所述電源模塊、所述MARX脈沖陡化模塊和所述推挽脈沖維持模塊相連以進行實時監測并根據監測數據進行實時參數調整或判斷是否出現故障。
...【技術特征摘要】
1.一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，包括電源模塊和控制模塊，其特征在于，還包括marx脈沖陡化模塊、推挽脈沖維持模塊和耦合模塊；所述控制模塊根據輸入的參數生成第一脈沖信號和第二脈沖信號；所述marx脈沖陡化模塊根據所述第二脈沖信號生成上升沿時間短的高壓窄帶脈沖信號；所述推挽脈沖維持模塊根據所述第一脈沖信號產生穩定的高壓脈沖信號；所述耦合模塊對所述上升沿時間極短的高壓窄帶脈沖信號和穩定的高壓脈沖信號進行耦合，輸出具有超快上升沿且脈沖中段長期平穩的高壓脈沖。
2.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述電源模塊包括高壓電源部分和低壓電源部分；所述高壓電源部分將輸入的電壓轉化為0-2000v可調的高壓電源以為所述推挽脈沖維持模塊提供高壓電源輸入，以及將所述高壓電源n倍分壓后為所述marx脈沖陡化模塊提供電源輸入；所述低壓電源單元為所述控制模塊、所述推挽脈沖維持模塊和所述高壓電源單元提供低壓電源輸入。
3.如權利要求2所述一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，所述高壓電源部分包括模數轉換單元和高壓電源單元，所述模數轉換單元的輸入端與所述控制模塊相連通訊，其可將輸入的數字信號轉換成低壓，所述模數轉換單元的輸出端與所述高壓電源單元相連以對其進行控制，所述高壓電源單元與所述模數轉換單元相連以將輸入的低壓電源等比例的轉為高壓電源。
4.如權利要求1所述的一種飛行時間質譜儀的高壓脈沖電源的發生系統，其特征在于，marx脈沖陡化模塊包括若干電容、若干雪崩三極管、若干第一電阻、若干第二電阻和負載rl，若干個雪崩三極管依次排列，每個所述雪崩三極管的集電極連接一所述第一電阻一端，所述第一電阻另一端連接所述電源模塊；第一個雪崩三極管的基極和發射極連接控制模塊以輸入第二脈沖信號；每個所述雪崩三極管的集電極與下一個所述雪崩三極管的基極之間連接一電容；除了第一個所述雪崩三極管外，每個所述雪崩三極管的發射極還連接一第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐周毅，吳慈鵬，康品春，孫源，張陳濤，張建寰，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：
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