質(zhì)譜儀電源的微紋波抑制技術(shù)研究

質(zhì)譜儀對離子加速電壓的穩(wěn)定性和紋波抑制要求極為嚴格。由于質(zhì)譜分析依賴于離子飛行時間或軌跡能量分辨，任何微小電壓波動都會造成質(zhì)量分辨率下降。為此，質(zhì)譜儀高壓電源需具備超低紋波特性與極高的瞬態(tài)穩(wěn)定度。
微紋波的形成主要來源于整流后的殘余交流分量以及功率器件的開關(guān)噪聲。傳統(tǒng)濾波電容雖能降低部分低頻紋波，但對于高頻成分效果有限。針對這一問題，近年來的設計趨勢是結(jié)合多級有源濾波與數(shù)字控制技術(shù)，以實現(xiàn)全頻段紋波抑制。
有源濾波系統(tǒng)通過實時檢測輸出電壓的瞬時變化，并利用高速運放或PWM調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生相位反向的補償信號，與噪聲電壓疊加抵消。采用電壓前饋補償算法，可提前預估負載引起的電壓偏差并進行動態(tài)修正。實驗表明，此方法可將紋波從數(shù)十毫伏降至數(shù)微伏量級。
此外，電源內(nèi)部采用隔離式驅(qū)動與差分采樣結(jié)構(gòu)，可有效抑制共模噪聲的傳播。在倍壓整流級，選用低損耗肖特基二極管及薄膜電容以減少開關(guān)恢復尖峰，進一步降低輸出紋波。
數(shù)字控制部分采用高精度ADC采樣，結(jié)合自適應濾波算法動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，從而實現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)定。該技術(shù)在高靈敏度飛行時間質(zhì)譜系統(tǒng)中尤為重要，可保持離子加速電壓穩(wěn)定在±0.001%以內(nèi)，極大提高了儀器的質(zhì)量分辨能力與重復性。