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Consideraciones de diseño para la fuente de alimentación de alto voltaje en espectrometría de masas Wisman aborda 6 de los retos de diseño más comunes
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Especificación de la aplicación
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Resuma
En aplicaciones analíticas de precisión como la espectrometría de masas, los equipos requieren fuentes de alimentación de alta tensión especificadas y diseñadas con precisión.
Dependiendo de la aplicación, existen diferentes requisitos para las fuentes de alimentación espectrales: es necesario un enfoque basado en soluciones.
La implementación de varias fuentes de alimentación en el mismo dispositivo presenta retos adicionales.
compartimos cómo resolver los problemas de diseño más comunes de las fuentes de alimentación de alto voltaje en espectrometría de masas.
1. Reducción de la ondulación fuera de la fuente de alimentación
En las aplicaciones de espectrometría de masas, las fuentes de alimentación de alta tensión deben proporcionar una tensión elevada con un rizado y un ruido mínimos. En los convertidores CC-CC de alta tensión, la frecuencia de rizado está relacionada con la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación. Especificamos la frecuencia del dispositivo en la hoja de datos del producto.
Wisman ofrece una amplia gama de fuentes de alimentación de alto voltaje con bajo rizado y ruido. Para reducir aún más el rizado de salida asociado a la frecuencia de conmutación, los clientes pueden utilizar componentes de filtrado adicionales.
Consiste en resistencias y condensadores conectados en paralelo. El filtro RC de paso bajo ajusta la frecuencia de corte, permitiendo el paso de señales de baja frecuencia y reduciendo las de alta frecuencia.
2. Diseño de un filtro RC paso bajo
En primer lugar, determinamos qué frecuencias deben filtrarse. En el ejemplo siguiente, hemos seleccionado 120 kHz en la configuración de este circuito, que es la frecuencia de conmutación del módulo de alto voltaje C80N de Wisman.
La frecuencia de corte debe ser suficientemente diferente de la frecuencia a filtrar para permitir una amortiguación suficiente de las oscilaciones.
3. Ajuste la fuente de alimentación de alto voltaje en cascada
La fuente de alimentación de alta tensión del espectro de masas puede funcionar a un potencial diferente del de tierra. Esto significa que una fuente de alimentación está "suspendida" en el potencial de referencia de otra fuente de alimentación.
Un detector suspendido sobre un potencial inferior es un ejemplo de este tipo de disposición. La mejor solución es utilizar fuentes de alimentación de alta tensión aisladas, donde la capacidad de aislamiento de la fuente de alimentación de alta tensión debe ser al menos igual a la tensión de flotación.
En el caso de una fuente de alimentación regulada, este aislamiento de la corriente se consigue mediante transformadores y otros dispositivos. El siguiente diagrama muestra cómo disponemos los módulos de alta tensión en cascada.
4. Diseño de la fuente de alimentación de alta tensión bipolar de paso por cero
En las lentes electroiónicas, suele ser necesaria una fuente de alimentación bipolar de alta tensión. En estas aplicaciones electro-ópticas, puede ser necesario pasar de alta tensión negativa a alta tensión positiva, limpiamente a través de cero. La figura siguiente muestra la forma más sencilla y económica de lograr este objetivo.
La tensión de salida del primer módulo se ajusta a -1kV. La salida del segundo módulo puede referirse a este -1kV. Los módulos aislados de 2 kV se colocan en serie en el módulo y se controlan en el rango de 0 a 2 kV.
El módulo producirá una tensión que puede controlarse linealmente de -1 kV a +1 kV, sin ninguna no linealidad o inestabilidad significativa durante la conversión de negativo a positivo.
Es importante no dejar la parte de salida colgando mientras esté encendida, ya que la salida puede cargarse electrostáticamente a una tensión superior a la nominal de aislamiento, lo que puede causar daños.
Este enfoque evita el gasto y el espacio de las típicas fuentes de alimentación bipolares disponibles en el mercado, proporcionando una solución rentable para los diseños de los fabricantes de equipos originales.
5. Protección de la fuente de alimentación de alta tensión contra transitorios de tensión
En un espectrómetro de masas pueden yuxtaponerse muchos potenciales diferentes, por lo que pueden producirse interacciones entre las fuentes de alimentación de alta tensión.
Recomendamos que los sistemas con varias fuentes de alimentación de alta tensión incluyan circuitos de protección suplementarios para cada fuente de alimentación a fin de evitar fallos.
Si se produce un arco entre dos fuentes de alimentación de alta tensión con tensiones de salida diferentes pero la misma polaridad, una fuente de alimentación con una tensión nominal inferior puede resultar dañada por la sobretensión.
Un arco de alta tensión puede ser múltiplo de la tensión nominal de un módulo con una tensión nominal inferior, lo que puede provocar un fallo de alimentación. Una buena solución es añadir un diodo de protección de alta tensión a la salida de una fuente de alimentación de alta tensión con una tensión nominal baja.
6. Proteger la fuente de alimentación de alta tensión de la corriente inversa
Cuando se produce un arco entre módulos de alta tensión con polaridad diferente, cada fuente de alimentación intentará suministrar su corriente nominal. Esto expone la salida a una fuente de alimentación con mayor corriente de polaridad opuesta.
Una fuente de alimentación con una corriente menor puede verse obligada a suministrar o absorber más corriente de la que puede soportar, lo que puede provocar una sobrecarga y dañar la fuente de alimentación.
Para evitar este problema, podemos utilizar un diodo de retorno de polaridad inversa en la salida de la fuente de alimentación de alta tensión. El diodo debe ser capaz de transportar la corriente de una fuente de alimentación de alta tensión con polaridad opuesta.
