Konstruktionsüberlegungen zur Hochspannungsversorgung in der Massenspektrometrie Wisman geht auf 6 der häufigsten Konstruktionsprobleme ein

Spezifikation der Anwendung

Zusammenfassend

Bei Präzisionsanalyseanwendungen wie der Massenspektrometrie benötigen die Geräte Hochspannungsnetzteile, die genau spezifiziert und ausgelegt sind.

Je nach Anwendung gibt es unterschiedliche Anforderungen an Spektralstromversorgungen - ein lösungsorientierter Ansatz ist gefragt.

Der Einsatz mehrerer Stromversorgungen in einem Gerät stellt eine zusätzliche Herausforderung dar.

wir zeigen Ihnen, wie Sie die häufigsten Designprobleme von Hochspannungsnetzteilen in der Massenspektrometrie lösen können.

1. Verringerung der Restwelligkeit außerhalb des Netzteils

Bei Anwendungen in der Massenspektrometrie müssen Hochspannungsnetzteile eine hohe Spannung mit minimaler Restwelligkeit und minimalem Rauschen liefern. Bei Hochspannungs-DC-DC-Wandlern hängt die Welligkeitsfrequenz mit der Schaltfrequenz der Stromversorgung zusammen. Wir geben die Frequenz des Geräts im Produktdatenblatt an.

Wisman bietet eine breite Palette von Hochspannungs-Netzteilen mit geringer Restwelligkeit und geringem Rauschen an. Um die mit der Schaltfrequenz verbundene Ausgangswelligkeit weiter zu reduzieren, können die Kunden zusätzliche Filterkomponenten einsetzen.

Sie bestehen aus parallel geschalteten Widerständen und Kondensatoren. Der RC-Tiefpassfilter legt die Grenzfrequenz fest, so dass Signale mit niedrigeren Frequenzen durchgelassen werden, während Signale mit höheren Frequenzen abgesenkt werden.

2. Entwurf RC-Tiefpassfilter

Zunächst legen wir fest, welche Frequenzen herausgefiltert werden müssen. Im folgenden Beispiel haben wir in diesem Schaltungsaufbau 120kHz gewählt, das ist die Schaltfrequenz des Hochspannungsmoduls C80N von Wisman.

Die Grenzfrequenz sollte so weit von der zu filternden Frequenz entfernt sein, dass eine ausreichende Dämpfung der Schwingungen möglich ist.

3. Stellen Sie das kaskadierte Hochspannungsnetzteil ein

Die Hochspannungsquelle im Massenspektrum kann auf einem anderen Potential als die Erde arbeiten. Dies bedeutet, dass eine Stromquelle am Bezugspotenzial einer anderen Stromquelle "hängt".

Ein Detektor, der an einem niedrigeren Potential hängt, ist ein Beispiel für eine solche Anordnung. Die beste Lösung ist die Verwendung isolierter Hochspannungsnetzteile, wobei die Isolationsleistung des Hochspannungsnetzteils mindestens der Schwebespannung entsprechen muss.

Im Falle einer geregelten Stromversorgung wird diese Stromisolierung durch Transformatoren und andere Vorrichtungen erreicht. Das folgende Diagramm zeigt, wie wir die kaskadierten Hochspannungsmodule anordnen.

4. Entwurf einer nulldurchgangsfähigen bipolaren Hochspannungsstromversorgung

Bei elektroionischen Linsen ist in der Regel eine bipolare Hochspannungsversorgung erforderlich. Bei diesen elektrooptischen Anwendungen kann es erforderlich sein, von negativer Hochspannung zu positiver Hochspannung zu wechseln, und zwar sauber durch den Nullpunkt. Die folgende Abbildung zeigt die einfachste und kostengünstigste Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen.

Die Ausgangsspannung des ersten Moduls ist auf -1kV eingestellt. Der Ausgang des zweiten Moduls kann sich auf diese -1 kV beziehen. Isolierte 2-kV-Module werden auf dem Modul in Reihe geschaltet und im Bereich von 0 bis 2 kV geregelt.

Das Modul erzeugt eine Spannung, die linear von -1 kV bis +1 kV gesteuert werden kann, ohne signifikante Nichtlinearität oder Instabilität während der Umwandlung von negativ nach positiv.

Es ist wichtig, das Ausgangsteil nicht hängen zu lassen, während es eingeschaltet ist, da der Ausgang elektrostatisch auf eine Spannung aufgeladen werden kann, die höher als die Isolationsleistung ist - dies kann zu Schäden führen.

Dieser Ansatz vermeidet die Kosten und den Platzbedarf typischer bipolarer Stromversorgungen von der Stange und bietet eine kostengünstige Lösung für OEM-Designs.

5. Schutz von Hochspannungsnetzteilen vor Spannungstransienten

In einem Massenspektrometer können viele verschiedene Potentiale nebeneinander liegen, so dass es zu Wechselwirkungen zwischen den Hochspannungsquellen kommen kann.

Wir empfehlen, in Systemen mit mehreren Hochspannungsnetzteilen zusätzliche Schutzschaltungen für jedes Netzteil vorzusehen, um Ausfälle zu vermeiden.

Kommt es zu einem Lichtbogen zwischen zwei Hochspannungsnetzteilen mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen, aber gleicher Polarität, kann ein Netzteil mit einer niedrigeren Nennspannung durch Überspannung beschädigt werden.

Ein Hochspannungslichtbogen kann ein Vielfaches der Nennspannung eines Moduls mit einer niedrigeren Nennspannung betragen, was einen Stromausfall verursachen kann. Eine gute Lösung ist das Hinzufügen einer Hochspannungsschutzdiode zum Ausgang eines Hochspannungsnetzteils mit niedriger Nennspannung.

6. Schutz von Hochspannungsnetzteilen vor Rückstrom

Wenn ein Lichtbogen zwischen Hochspannungsmodulen mit unterschiedlicher Polarität entsteht, versucht jedes Netzteil, seinen Nennstrom zu liefern. Dadurch wird der Ausgang einer Stromquelle mit einem höheren Strom entgegengesetzter Polarität ausgesetzt.

Ein Netzteil mit einem geringeren Strom kann gezwungen sein, mehr Strom zu liefern oder aufzunehmen, als es verkraften kann, was zu einer Überlastung und Beschädigung des Netzteils führen kann.

Um dieses Problem zu vermeiden, können wir am Ausgang des Hochspannungsnetzteils eine Rückstromdiode in Sperrrichtung einsetzen. Die Diode muss in der Lage sein, den Strom eines Hochspannungsnetzteils mit entgegengesetzter Polarität zu führen.