电源装置

相关申请的交叉引用

本申请于2022年4月29日作为PCT国际专利申请提交，它要求于2021年4月30日提交的美国临时申请No.63/182,552的优先权和权益，该申请通过引用并入本文。

背景技术

稳健的稳压电源在许多应用中都是重要的。例如，在某些仪器中，诸如质谱仪中的某些类型的离子检测器或离子光学器件，在各种部件(诸如影响带电粒子飞行的电极)处发生高电压放电。这种放电会以电流或电压浪涌的形式对电源产生相当大的应力。电源部件需要能够承受这种应力。

发明内容

在一些实施例中，一种电源包括具有两个端子并被配置为在两个端子之间提供第一值的电压的电源部分，以及连接在电源的两个端子之间的电压调节器。电压调节器包括变阻器(诸如金属氧化物变阻器(MOV))，以及与变阻器串联连接的限流电路(诸如电阻设备)。限流电路被配置为偏置变阻器以在击穿模式下连续操作。

在一些实施例中，一种装置包括电源和负载。电源包括上述电源。负载包括电极，诸如被配置为影响带电粒子的飞行的电极。其中至少一个电极连接到变阻器的一端，并且其中至少另一个电极连接到变阻器的另一端。

在一些实施例中，用于质谱仪的离子检测器或离子光学器件包括电源和被配置为影响带电粒子的飞行的电极。电源包括上述电源。其中至少一个电极连接到变阻器的一端，并且其中至少另一个电极连接到变阻器的另一端。

在一些实施例中，一种用于向电气设备供应电力的方法，该方法包括在两个端子之间供应第一电压，诸如DC电压；在结点处连接限流电路(诸如电阻性设备)和MOV设备，以形成串联组合；将串联组合连接于两个端子之间；将电气设备的电极连接到结点；以及以连续击穿模式操作MOV设备。

附图说明

图1示出了根据一些实施例的电气设备的示意性电路图。

图2A描绘了根据一些实施例的金属氧化物变阻器(MOV)的电流-电压曲线，具有负载线和操作点的指示。

图2B描绘了根据一些实施例的图2A的被标记为“2B”的放大部分，具有在本公开中使用的某些术语的标记。

图3示出了根据一些实施例的电气设备的示意性电路图。

图4概述了根据一些实施例的向电气设备提供电力的方法。

具体实施方式

本公开涉及电气电源和包括此类电源的电气设备。稳健的稳压电源在许多应用中都是重要的。例如，在某些仪器中，诸如质谱仪中的某些类型的离子检测器和/或离子光学器件，高差分电压(例如，100至200伏)被施加到各种电极以影响带电粒子(例如，电子和离子)在真空条件下(例如，10

在一些实施例中，变阻器(其特定示例包括金属氧化物变阻器(MOV))被用作电压调节器来代替传统的平面或单晶半导体电压调节器。MOV通常仅用作电路保护设备，而不用作电压调节元件。但是，对于某些应用，人们发现MOV是合适的电压调节器。例如，对于某些低电流(<<1mA)应用，MOV可以在没有长期降级的情况下使用，与平面半导体调节器相比，至少具有可接受的性能水平(例如，准确性)和增强的稳健性。

在示例实施例中，如图1中的电路图所示的，诸如离子检测器或离子光学器件(例如，聚焦透镜组件)之类的电气设备100包括电源部分110和负载模块160。电源110包括电源112，其在一些实施例中在高电压端子114和低电压端子116之间输出DC电压，低电压端子在这个示例中是地，但可以处于另一个固定电位或浮动。DC电压可以是适合电源112被设计的特定应用的任何电压。例如，对于某些离子检测器，电源112的输出电压V1标称可以是2000至4000伏。在一些实施例中，电源112是稳压电源，诸如单输出高电压DC-DC转换器，或者是非稳压电源。

这个示例中的电源模块110还包括一个或多个(在这种情况下是三个)作为调节器的MOV 122、124、126以及作为限流电路的电阻器142。第一、第二和第三MOV RV1 122、RV2124、RV3 126以及电阻器R1 142串联连接在电源112的第一端子114和第二端子116之间，并提供四个输出端：在第一端子114处的第一输出端132；在MOV 122、124之间的结点处的第二输出端134；在MOV 124、126之间的结点处的第三输出端136；以及在MOV 126与电阻器142之间的第四输出端138。

图1中所示的示例中的负载模块160包括四个电极，每个电极连接到电源模块110的相应输出端：连接到第一输出端132的第一电极162；连接到第二输出端134的第二电极164；连接到第三输出端136的第三电极166；以及连接到第四输出端138的第四电极168。因此，第一电极162与第二电极164之间的差分电压(电位差)ΔV

注意的是，在这个示例中，这个示例中的差分电压ΔV

限流电路(在这种情况下是电阻器R1 142)具有电阻值，可以选择该电阻值以将通过MOV 122、124、126的电流设置在防止MOV 122、124、126的降级的水平，如下面更详细讨论的。

在一些实施例中，如下面结合图2A和图2B所讨论的，设置MOV 122、124、126的操作条件，其中图2B更详细地示出了图2A的一部分(标记为“2B”)。图2A示出了MOV的典型电流-电压(I-V)曲线200(即，电流I

如图2B中所描绘的，MOV的I-V曲线200可以由某些特定的电流-电压对来表征。例如，在泄漏区域202中，可以由MOV的制造商指定“额定DC电压”V

在一些实施例中，可以选择限流电路142来设置负载线210，使得每个MOV 122、124、126的操作点220处于击穿区域204中，电压被调节在特定应用可接受的水平，并且在足够低的电流下以便不会引起MOV 122、124、126的显著降级。在一些实施例中，例如，选择电阻器142的电阻值以将通过变阻器122、124、126的电流设置为大约与标称变阻器电压V

在一些实施例中，诸如图1中的示例，其中电源112是DC电源，MOV 122、124、126被偏置以在DC模式下或击穿区域204中连续操作。在一些实施例中，MOV(诸如图1中的MOV122、124、126)部署在真空中，例如气压为1kPa或更低(诸如1Pa或更低、或者10

在另一个实施例中，如图3中的电路图中所示，离子检测器300包括电源部分310和检测器模块360，检测器模块360由电源模块310供电并执行检测功能。电源模块310包括电源112，其在正端子314和负端子316之间输出高DC电压，在这个示例中负端子是浮动的。DC电压可以是适合电源312被设计的特定应用的任何电压。例如，对于某些离子检测器，电源312的输出电压V1标称可以是2500伏。在一些实施例中，电源312是稳压电源，诸如浮动高电压DC-DC转换器。

这个示例中的电源部分310还包括作为调节器的MOV 322-1、322-2、324、326和作为限流电路的电阻器342、344。第一和第二MOV RV1 322-1、RV2 322-2、电阻器R1 342以及第三MOV RV3串联连接在电源312的第一端子314与第二端子316之间。第四MOV RV4 326和第二电阻器R2 344串联连接在第一电阻器R1 342两端。这个实施例中的电源模块310提供六个输出端：第一端子314处的第一输出端332；位于第四MOV 326与第二电阻器344之间的结点处的第二输出端334；位于第二MOV 322-2与第一电阻器342之间的结点处的第三输出端352；位于第一电阻器342与第三MOV 324之间的第四输出端354；第二端子316处的第五输出端336；以及连接到第四输出端354的第六输出端338。电源模块310还包括第二电源346，其在第六输出端338与第三端子318之间输出电压V2，第三端子在这个示例中是地。这个示例中的第二电源346是高电压DC-DC转换器，但可以是能够提供所需电压的任何设备。在一些实施例中，V2相对于地为正；在其它实施例中，V2相对于地为负。

图3中所示的示例中的检测器模块360包括六个电极，每个电极连接到电源模块310的相应输出端：连接到第一输出端332的一个或多个阳极电极362；连接到第二输出端334的第一电极364；连接到第五输出端336的第二电极366；连接到第六输出端338的第三电极368；连接到第三输出端352的第四电极372；以及连接到第四输出端354的第五电极374。这个示例中的检测器模块360还包括连接在第四电极372与第五电极374之间的一个或多个微通道板370的集合。因此，一个或多个阳极电极被偏置在第一端子314的电位，或者高于地的V1+V2-ΔV

注意的是，在这个示例中，与图1中描绘的示例类似，在这个示例中的差分电压ΔV

如图4中概述的，在一些实施例中，向电气设备供应电力的方法400包括：在两个端子之间供给410第一电压；在结点处连接420电阻性设备和MOV器件以形成串联组合；将串联组合连接430于两个端子之间；将电气设备的电极连接440到结点；以及以连续击穿模式操作450MOV设备。

如在上面公开的示例中，使用MOV作为分流调节器网络中的调节元件使得电源和包括这种电源的仪器对于高电压放电更加稳健。MOV被设计为电路保护设备，并且与齐纳二极管、集成电路和晶体管等半导体器件相比吸收更大的过应力能量而不造成损坏。发明人发现，在某些研究仪器上，诸如具有用于电源模块的基于MOV的调节器的飞行时间(TOF)质量分析仪，相对于使用齐纳二极管和/或晶体管调节器的仪器，已经实现了调节器电路故障的显著减少。此外，MOV调节器电路比基于齐纳二极管、晶体管或集成电路的调节器更紧凑。例如，基于MOV的调节器电路消除了齐纳调节器网络中串联电阻器和并联电容器的需要。尝试使传统调节器电路与MOV调节器电路一样稳健导致需要甚至更大的部件和附加的保护部件。在一个示例中，MOV调节器电路的紧凑性允许将两个电路板合并为单个电路板，从而显著节省成本。

本公开参考附图描述了本技术的一些示例，其中仅示出了一些可能的示例。但是，其它方面可以以许多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的示例。更确切地说，提供这些示例是为了使本公开彻底且完整，并且向本领域技术人员充分传达可能示例的范围。

虽然本文描述了具体示例，但是本技术的范围不限于那些具体示例。本领域技术人员将认识到在本技术的范围内的其它示例或改进。因此，所公开的具体结构、动作或介质仅作为说明性示例。除非本文另有说明，否则根据本技术的示例还可以组合一般公开的但未明确举例说明的那些的元件或部件。本技术的范围由随附权利要求及其任何等同形式限定。