高電壓電源裝置以及應(yīng)用了該電源裝置的質(zhì)量分析裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可切換輸出電壓的正負(fù)極性的高電壓電源裝置以及應(yīng)用了該電源裝置的質(zhì)量分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在質(zhì)量分析裝置中，為了以高靈敏度檢測(cè)出離子，經(jīng)常利用將轉(zhuǎn)換打拿極和二次電子倍增管組合了的離子檢測(cè)器。在這樣的檢測(cè)器中，為了選擇性的檢測(cè)出正離子和負(fù)離子，需要向轉(zhuǎn)換打拿極施加與作為分析對(duì)象的離子極性相反的高電壓(例如，土數(shù)[kV]?±10[kV]程度)。此外，在液相色譜法質(zhì)量分析裝置中，為了將液體樣品邊氣化邊離子化，應(yīng)用了例如采用電噴霧離子化法(ESI)的離子源，但在這樣的離子源中，需要向使液體樣品噴霧的噴嘴的尖端施加與作為分析對(duì)象的離子極性相同的高電壓(例如，土數(shù)[kV]程度)。
[0003]在這些用途中，對(duì)應(yīng)作為分析對(duì)象的離子的極性，需要改變所施加的高電壓的極性，使用I個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓的極性可以切換的高電壓電源裝置。在這樣的高電壓電源裝置中，為了切換極性不同的高電壓，以往，已知有應(yīng)用了高耐壓的舌簧繼電器(Lead Relay)的裝置(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I等)。
[0004]在這種應(yīng)用了舌簧繼電器的結(jié)構(gòu)的高電壓電源裝置中，在切換輸出電壓的極性時(shí)，為了避免發(fā)生尖峰(Spike)狀的放電而破壞繼電器，需要采用如下步驟，即:首先，降低一方的極性的輸出電壓，在該輸出電壓足夠小的階段使繼電器工作而切換觸點(diǎn)，然后提升另一方的極性的輸出電壓。因此，極性的切換需要花費(fèi)時(shí)間，比如在質(zhì)量分析裝置中將正離子和負(fù)離子的檢測(cè)每隔短時(shí)間交替切換進(jìn)行的情況下，會(huì)產(chǎn)生非檢測(cè)時(shí)間變長(zhǎng)、對(duì)正確的分析造成阻礙的問(wèn)題。
[0005]對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了一種可以高速切換輸出電壓的極性的高電壓電源裝置。圖7是該高電壓電源裝置的主要部分的電路結(jié)構(gòu)圖，圖8是表示該高電壓電源裝置的極性切換時(shí)的電壓變化的波形圖。通過(guò)圖7、圖8簡(jiǎn)單地說(shuō)明該高電壓電源裝置的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作。
[0006]在高電壓電源裝置中，正電壓發(fā)生電路2包括:升壓用的變壓器Tl ;驅(qū)動(dòng)電路3，其驅(qū)動(dòng)變壓器Tl的一次繞組；整流電路，其與變壓器Tl的二次繞組連接，是包含4個(gè)電容Cl?C4以及4個(gè)二極管Dl?D4的考克饒夫特-瓦爾頓(Cockroft Walton)電路。負(fù)電壓發(fā)生電路4除了考克饒夫特-瓦爾頓電路中的各二極管D5?D8的方向與正電壓發(fā)生電路2相反以外，基本的構(gòu)造與正電壓發(fā)生電路2相同。
[0007]正電壓發(fā)生電路2輸出端P2與負(fù)電壓發(fā)生電路4的輸出端Ql連接，負(fù)電壓發(fā)生電路4的另一輸出端Q2通過(guò)電阻器9接地。在正電壓發(fā)生電路2的輸出端P1、P2之間并聯(lián)連接電阻器51，負(fù)電壓發(fā)生電路4的輸出端Q1、Q2之間并聯(lián)連接另一電阻器52，從正電壓發(fā)生電路2的輸出端Pl輸出極性切換了的高電壓。在該高電壓輸出端與地面(Ground)之間，串聯(lián)連接電阻器7與電阻器8，從電阻器7、8的連接點(diǎn)向控制電路I反饋電壓信號(hào)。
[0008]驅(qū)動(dòng)電路3、5分別包括串聯(lián)連接在變壓器Tl的一次繞組的直流電壓源以及開(kāi)關(guān)元件，從該直流電壓源向一次繞組施加的電壓(或者供給的電流)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件通斷。驅(qū)動(dòng)該開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)/關(guān)的矩形波信號(hào)的脈沖寬度通過(guò)控制電路I控制，由此，供給變壓器Tl的一次繞組的有效電量發(fā)生變化，伴隨著該變化，正電壓發(fā)生電路2以及負(fù)電壓發(fā)生電路4的輸出電壓也發(fā)生變化。
[0009]在輸出正極性的高電壓+HV的時(shí)候，控制電路I只向正電壓發(fā)生電路2側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，從而只使正電壓發(fā)生電路2工作，使負(fù)電壓發(fā)生電路4停止。此時(shí)，將與高電壓輸出端顯示的電壓+HV對(duì)應(yīng)的電壓值反饋給控制電路1，由此在控制電路I中將該電壓值與目標(biāo)值進(jìn)行比較并以該誤差變小的方式調(diào)整提供給驅(qū)動(dòng)電路3的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，將輸出電壓+HV正確地設(shè)定為任意的目標(biāo)電壓。反之，在輸出負(fù)極性的高電壓的時(shí)候，控制電路I只向驅(qū)動(dòng)電路5發(fā)送驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，只使負(fù)電壓發(fā)生電路4工作，使正電壓發(fā)生電路2停止。
[0010]在從正在輸出正極性的高電壓+HV的狀態(tài)過(guò)渡到將該極性切換為負(fù)的狀態(tài)時(shí)，控制電路I以使正電壓發(fā)生電路2的輸出從電壓+HV變?yōu)榱悖瑫r(shí)，使負(fù)電壓發(fā)生電路4的輸出從零變化并過(guò)沖然后收斂于電壓-HV的方式控制各驅(qū)動(dòng)電路3、5 (參照?qǐng)D8 (a)、(b))。如此，有意地使從零開(kāi)始變化側(cè)的電壓過(guò)沖，從而補(bǔ)償歸零一方的電壓下降的遲緩，可以迅速地達(dá)到目標(biāo)的輸出電壓。由此能夠在短時(shí)間內(nèi)切換輸出電壓。
[0011]近年，為了應(yīng)對(duì)質(zhì)量分析裝置的產(chǎn)量的進(jìn)一步提高和測(cè)量的高時(shí)間分辨能力化的要求，在高電壓電源裝置中要求輸出電壓的極性切換的進(jìn)一步高速化。在記載在上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)2的高電壓電源裝置中要想將極性切換時(shí)間進(jìn)一步縮短，例如，在將電壓從正極性切換到負(fù)極性時(shí)，就需要進(jìn)一步加大負(fù)電壓的過(guò)沖，或者使正電壓的下降(+HV—零)加快。要想實(shí)現(xiàn)前者，就需要加大負(fù)電壓發(fā)生電路4的電壓發(fā)生能力，但有電路成本大幅上升，同時(shí)所需的用電量增加的缺點(diǎn)。另一方面，要想實(shí)現(xiàn)后者，就需要減小電阻器51的阻值，但是這樣做會(huì)有增加在電阻器51的電量損失的同時(shí)，不得不使用耐大電量的高價(jià)格的電阻器的缺點(diǎn)。
[0012]此外，在上述高電壓電源裝置中，過(guò)沖了的電壓如果不充分穩(wěn)定(解除過(guò)沖)就不能進(jìn)行下一步的極性切換。原因是，如果過(guò)沖解除之前進(jìn)行下一步的極性切換，則由于過(guò)沖的高電壓的下降和相同變化方向的高電壓的變化(上升)被加法運(yùn)算，所以反而在電壓的穩(wěn)定上花費(fèi)時(shí)間。因此，通過(guò)加大過(guò)沖而使極性切換高速化，這原本就有原理性的界限。
[0013]如圖9所示，作為完全不同方式的高電壓電源裝置，橋接了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)也為公眾所知，在該高電壓電源裝置中，輸出正電壓+HV時(shí)閉合開(kāi)關(guān)21、23，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)22、24。另外，輸出負(fù)電壓-HV時(shí)閉合開(kāi)關(guān)22、24，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)21、23。為了耐高電壓化，各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)21?24分別為串聯(lián)連接了多個(gè)FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的結(jié)構(gòu)，該各FET的柵極端子(GateTerminal)通過(guò)高絕緣性的脈沖變壓器等驅(qū)動(dòng)。但是，在這樣的高電壓電源裝置中，需要多個(gè)脈沖變壓器，也需要分別驅(qū)動(dòng)這些脈沖變壓器的驅(qū)動(dòng)電路。另外，為了開(kāi)關(guān)21、23的組與開(kāi)關(guān)22、24的組不同時(shí)閉合，需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)控制。因此，避免不了成為相當(dāng)高價(jià)格的裝置。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:美國(guó)專(zhuān)利第6002600號(hào)說(shuō)明書(shū)(參照?qǐng)D1C)
[0016]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利第4687716號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]S卩，在上述的以往的高電壓電源裝置中，用相對(duì)廉價(jià)的結(jié)構(gòu)(現(xiàn)實(shí)的，與專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的裝置相比沒(méi)有大幅度地提高成本)，難以使kV級(jí)的高電壓的極性切換比以往更高速化。
[0018]本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種能夠控制成本的同時(shí)，能夠高速進(jìn)行輸出電壓的極性切換的高電壓電源裝置，以及應(yīng)用了該電源裝置的質(zhì)量分析裝置。
[0019]為了解決上述問(wèn)題而完成的本發(fā)明的第I實(shí)施方式，提供了一種高電壓電源裝置，為了選擇性地輸出正負(fù)兩極性的高電壓，所述高電壓電源裝置包括:正電壓發(fā)生電路，其產(chǎn)生正的高電壓；負(fù)電壓發(fā)生電路，其產(chǎn)生負(fù)的高電壓；控制電路，其分別控制在所述正電壓發(fā)生電路以及所述負(fù)電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓，將所述正電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端的一端與所述負(fù)電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端的一端連接，從而將兩電壓發(fā)生電路串聯(lián)連接，將該串聯(lián)連接的兩端中的一端作為基準(zhǔn)側(cè)，從另一端獲取極性切換了的高電壓輸出，該高電壓電源裝置包括:
[0020]a)第I阻抗可變電路部，其連接于所述正電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端之間；
[0021]b)第2阻抗可變電路部，其連接于所述負(fù)電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端之間；
[0022]c)第I輸出驅(qū)動(dòng)部，其以基于所述正電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端顯示的電壓或者電流
[0023]來(lái)使所述第2阻抗可變電路部的阻抗發(fā)生變化的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0024]d)第2輸出驅(qū)動(dòng)部，其以基于所述負(fù)電壓發(fā)生電路的一對(duì)輸出端顯示的電壓或者電流
[0025]來(lái)使所述第I阻抗可變電路部的阻抗發(fā)生變化的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0026]在此，第I以及第2阻抗可變電路部如果是根據(jù)第2以及第I輸出驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，阻抗值以多個(gè)階段變化的部件，則不論該階段數(shù)和/或變化是連續(xù)還是不連續(xù)(離散的)都可以。因此，第I以及第2阻抗可變電路部也可以為阻抗在實(shí)質(zhì)上無(wú)限大和零的二個(gè)階段變化的開(kāi)關(guān)電路。
[0027]此外，為了解決上述問(wèn)題而