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Considerazioni sulla progettazione dell'alimentazione ad alta tensione nella spettrometria di massa Wisman affronta 6 delle più comuni sfide progettuali

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Specifiche di applicazione

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Riassumere

Nelle applicazioni analitiche di precisione, come la spettrometria di massa, le apparecchiature richiedono alimentatori ad alta tensione che sono specificati e progettati con precisione.

A seconda dell'applicazione, i requisiti per gli alimentatori spettrali sono diversi: è necessario un approccio basato sulla soluzione.

L'impiego di più alimentatori nello stesso dispositivo presenta ulteriori sfide.

condividiamo come risolvere i problemi di progettazione più comuni degli alimentatori ad alta tensione in spettrometria di massa.

1. Riduzione dell'ondulazione al di fuori dell'alimentatore

Nelle applicazioni di spettrometria di massa, gli alimentatori ad alta tensione devono fornire una tensione elevata con un ripple e un rumore minimi. Nei convertitori CC-CC ad alta tensione, la frequenza di ondulazione è legata alla frequenza di commutazione dell'alimentatore. La frequenza del dispositivo è specificata nella scheda tecnica del prodotto.

Wisman offre un'ampia gamma di alimentatori ad alta tensione con ripple e rumore ridotti. Per ridurre ulteriormente il ripple di uscita associato alla frequenza di commutazione, i clienti possono utilizzare componenti di filtraggio aggiuntivi.

Si tratta di resistenze e condensatori collegati in parallelo. Il filtro passa-basso RC imposta la frequenza di taglio, consentendo il passaggio dei segnali a bassa frequenza e riducendo quelli a frequenza più elevata.

2. Progettazione del filtro passa-basso RC

Per prima cosa, dobbiamo determinare quali frequenze devono essere filtrate. Nell'esempio seguente, abbiamo selezionato 120 kHz in questo circuito, che è la frequenza di commutazione del modulo ad alta tensione C80N di Wisman.

La frequenza di taglio deve essere sufficientemente diversa dalla frequenza da filtrare per consentire uno smorzamento sufficiente delle oscillazioni.

3. Impostazione dell'alimentazione ad alta tensione in cascata

La sorgente di alimentazione ad alta tensione nello spettro di massa può funzionare a un potenziale diverso da quello della terra. Ciò significa che una sorgente di alimentazione è "sospesa" sul potenziale di riferimento di un'altra sorgente di alimentazione.

Un rivelatore sospeso su un potenziale inferiore è un esempio di tale disposizione. La soluzione migliore è quella di utilizzare alimentatori isolati ad alta tensione, dove il grado di isolamento dell'alimentatore ad alto potenziale deve essere almeno pari alla tensione flottante.

Nel caso di un'alimentazione regolata, l'isolamento della corrente si ottiene con trasformatori e altri dispositivi. Lo schema seguente mostra la disposizione dei moduli ad alta tensione in cascata.

4. Progettazione di un alimentatore bipolare ad alta tensione a zero incroci

Nelle lenti elettroioniche, di solito è necessario un alimentatore bipolare ad alta tensione. In queste applicazioni elettro-ottiche, può essere necessario passare da un'alta tensione negativa a un'alta tensione positiva, senza attraversare lo zero. La figura seguente mostra il modo più semplice ed economico per raggiungere questo obiettivo.

La tensione di uscita del primo modulo è impostata su -1kV. L'uscita del secondo modulo può fare riferimento a questa tensione di -1kV. I moduli isolati da 2 kV sono posti in serie sul modulo e sono controllati nell'intervallo da 0 a 2 kV.

Il modulo produrrà una tensione che può essere controllata linearmente da -1 kV a +1 kV, senza significative non linearità o instabilità durante la conversione da negativo a positivo.

È importante non lasciare la parte di uscita sospesa mentre è alimentata, poiché l'uscita può essere caricata elettrostaticamente a una tensione superiore al grado di isolamento, causando danni.

Questo approccio evita le spese e l'ingombro dei tipici alimentatori bipolari, offrendo una soluzione economica per i progetti OEM.

5. Proteggere l'alimentazione ad alta tensione dai transitori di tensione

In uno spettrometro di massa, molti potenziali diversi possono essere giustapposti, quindi possono verificarsi interazioni tra le fonti di alimentazione ad alta tensione.

Si raccomanda che i sistemi con più alimentatori ad alta tensione includano circuiti di protezione supplementari per ciascun alimentatore per evitare guasti.

Se si verifica un arco tra due alimentatori ad alta tensione con tensioni di uscita diverse ma con la stessa polarità, un alimentatore con una tensione nominale inferiore può essere danneggiato da una sovratensione.

Un arco ad alta tensione può essere un multiplo della tensione nominale di un modulo con una tensione nominale inferiore, il che può causare un'interruzione dell'alimentazione. Una buona soluzione consiste nell'aggiungere un diodo di protezione ad alta tensione all'uscita di un alimentatore ad alta tensione con una bassa tensione nominale.

6. Proteggere l'alimentazione ad alta tensione dalla corrente inversa

In presenza di un arco tra moduli ad alta tensione con polarità diversa, ogni alimentatore cercherà di fornire la propria corrente nominale. Ciò espone l'uscita a una fonte di alimentazione con una corrente maggiore di polarità opposta.

Un alimentatore con una corrente minore può essere costretto a erogare o assorbire più corrente di quella che può gestire, con conseguente sovraccarico e danni all'alimentatore.

Per evitare questo problema, è possibile utilizzare un diodo di ritorno con polarità inversa all'uscita dell'alimentatore ad alta tensione. Il diodo deve essere in grado di sopportare la corrente di un alimentatore ad alta tensione con polarità opposta.