[发明专利]RF变压器

说明书

发明技术领域

本发明涉及一种RF变压器，具体用于做为储能电路的一部分供电。就这一点而言，还提供了一种用于向包括这种RF变压器的离子光学设备提供电势的电源。还披露了一种运行RF变压器的方法。

发明背景

在质谱分析法中，高压RF电源广泛用于向不同的离子光学设备提供电势，如滤质器、碰撞池、转移多极等。通常，这种RF电源提供RF电压的两个互补相位，该RF电压具有在100V峰到峰至1KV峰到峰的范围内的幅度，处于在相对于接地端的一个相位上测量的0.3和3MHz之间的频率。

从实际角度来看，通常基于谐振回路原理建立这种RF电源。RF电源中的RF变压器的输出电感和离子光学设备的本身电容(如在输入端所定义的)呈谐振回路。通常，RF电源仅具有一个RF变压器，该RF变压器具有在100和200之间的品质因数(Q)、30和50之间的变压比(n)和24V DC或48V DC的电源电压。此结构有利地简单并保持电源中的RF阶段的功耗较低。用熟知的公式描述储能电路的谐振频率，

f=12πLC,]]>

其中，L是RF变压器的二次(输出)绕组的电感，并且C是离子光学设备和二次绕组的本身电容之和。

现有的RF变压器主要被建成空心线圈，该空心线圈(通过对线圈管使用适当的材料)允许鉴于正常温度变化保持回路谐振频率稳定。将为离子光学设备供电的RF变压器缠绕在铁氧体或金属粉芯上相对不寻常。当此类铁芯提供某些优点(如紧凑性和低生产成本)时，此类铁芯中会有显著功率损耗，并且它们会造成谐振频率的相对高的温度依赖性。

RF电源通常不提供具有固定参数的输出。生命科学中所使用的现代质谱仪中的检测质量范围较宽并且可以在50Da至50kDa或甚至更高之间变化。此范围取决于质谱仪内的最具限制性的离子光学设备。一次分析循环中可测量的最高与最低质量之比通常不超过20。结果是，整个有待分析的质量范围通常被分成多个子质量范围。这是通过改变提供给用于每个子质量范围测量的离子光学设备的RF和DC电压来实现的。有时，同时改变RF电压的频率更有效。

理论上，可以将附加的频率设定容抗或感抗与空心的RF变压器的二次绕组并联连接。图1a中示出了这种实施例的示例。这包括向变压器20提供输入的RF发生器10。该变压器包括具有一次绕组21的一次侧和具有二次绕组22的二次侧。与二次绕组22并联，存在具有电感L_ext的电感器30，该电感器受第一开关35的控制。同样与二次绕组22并联的是具有电容C_ext的电容器40，该电容器受第二开关45的控制。电容50表示离子光学设备的本身电容，变压器20将其输出提供给该离子光学设备。在这种情况下，变压器20是空心的。

接下来参照图1b，示出了根据常规设计的RF电源的替代性理论实施例。与图1a中所示的实施例一样，这包括RF发生器10。当对相同的组件进行标识时，使用了用完全相同的参考标号。基于磁芯的变压器120包括具有一次绕组121的一次侧和具有二次绕组122的二次侧。一次绕组121和二次绕组122通过磁芯123电感地耦合。与图1a一样，提供了(与二次绕组122并联的)受第一开关35控制的电感器30和受第二开关45控制的电容器40。将这些与输出端并联提供给离子光学设备，用电容器50表示。另外，提供了受第三开关135控制的第二电感器130(具有电感L_ext′)和受第四开关145控制的第二电容器140(具有电容C_ext′)，将它们与变压器120的一次绕组121并联提供。