Considérations relatives à la conception d'une alimentation haute tension pour la spectrométrie de masse Wisman répond à 6 des défis les plus courants en matière de conception

Spécification de l'application

Résumer

Dans les applications analytiques de précision telles que la spectrométrie de masse, l'équipement nécessite des alimentations haute tension qui sont spécifiées et conçues avec précision.

En fonction de l'application, les exigences en matière d'alimentation spectrale sont différentes - une approche basée sur des solutions est nécessaire.

Le déploiement de plusieurs alimentations dans le même appareil présente des défis supplémentaires.

nous vous expliquons comment résoudre les problèmes de conception les plus courants des alimentations haute tension en spectrométrie de masse.

1. Réduction de l'ondulation à l'extérieur de l'alimentation

Dans les applications de spectrométrie de masse, les alimentations haute tension doivent fournir une tension élevée avec un minimum d'ondulation et de bruit. Dans les convertisseurs DC-DC haute tension, la fréquence d'ondulation est liée à la fréquence de commutation de l'alimentation. Nous spécifions la fréquence de l'appareil dans la fiche technique du produit.

Wisman propose une large gamme d'alimentations haute tension à faible ondulation et à faible bruit. Pour réduire davantage l'ondulation de sortie associée à la fréquence de commutation, les clients peuvent utiliser des composants de filtrage supplémentaires.

Il s'agit de résistances et de condensateurs connectés en mode parallèle. Le filtre passe-bas RC définit la fréquence de coupure, permettant aux signaux de basse fréquence de passer tout en réduisant les signaux de haute fréquence.

2. Conception d'un filtre passe-bas RC

Tout d'abord, nous déterminons les fréquences qui doivent être filtrées. Dans l'exemple ci-dessous, nous avons choisi 120 kHz dans ce montage, ce qui correspond à la fréquence de commutation du module haute tension C80N de Wisman.

La fréquence de coupure doit être suffisamment différente de la fréquence à filtrer pour permettre un amortissement suffisant des oscillations.

3. Régler l'alimentation haute tension en cascade

La source d'alimentation haute tension du spectre de masse peut fonctionner à un potentiel différent de celui de la terre. Cela signifie qu'une source d'alimentation est "suspendue" au potentiel de référence d'une autre source d'alimentation.

Un détecteur suspendu à un potentiel inférieur est un exemple de ce type d'arrangement. La meilleure solution consiste à utiliser des alimentations haute tension isolées, le degré d'isolation de l'alimentation haute tension devant être au moins égal à la tension flottante.

Dans le cas d'une alimentation régulée, cette isolation du courant est réalisée par des transformateurs et d'autres dispositifs. Le schéma suivant montre comment nous disposons les modules haute tension en cascade.

4. Conception d'une alimentation haute tension bipolaire à croisement nul

Dans les lentilles électro-ioniques, une alimentation haute tension bipolaire est généralement nécessaire. Dans ces applications électro-optiques, il peut être nécessaire de passer d'une haute tension négative à une haute tension positive, en passant proprement par zéro. La figure ci-dessous montre la manière la plus simple et la plus économique d'atteindre cet objectif.

La tension de sortie du premier module est fixée à -1kV. La sortie du deuxième module peut se référer à cette tension de -1kV. Des modules isolés de 2 kV sont montés en série sur le module et sont contrôlés dans la plage de 0 à 2 kV.

Le module produit une tension qui peut être contrôlée linéairement de -1 kV à +1 kV, sans non-linéarité ou instabilité significative pendant la conversion de négatif à positif.

Il est important de ne pas laisser la partie de sortie suspendue lorsqu'elle est sous tension, car la sortie peut être chargée électrostatiquement à une tension supérieure à la valeur d'isolation nominale, ce qui peut causer des dommages.

Cette approche permet d'éviter le coût et l'encombrement des alimentations bipolaires standard, ce qui constitue une solution rentable pour les conceptions OEM.

5. Protéger l'alimentation haute tension des transitoires de tension

Dans un spectromètre de masse, de nombreux potentiels différents peuvent être juxtaposés, de sorte que des interactions entre les sources d'alimentation haute tension peuvent se produire.

Nous recommandons que les systèmes dotés de plusieurs sources d'alimentation haute tension comprennent des circuits de protection supplémentaires pour chaque source d'alimentation afin d'éviter toute défaillance.

Si un arc électrique se produit entre deux alimentations haute tension ayant des tensions de sortie différentes mais la même polarité, une alimentation ayant une tension nominale inférieure peut être endommagée par la surtension.

Un arc à haute tension peut être un multiple de la tension nominale d'un module ayant une tension nominale inférieure, ce qui peut provoquer une panne de courant. Une bonne solution consiste à ajouter une diode de protection contre les surtensions à la sortie d'une alimentation haute tension à faible tension nominale.

6. Protéger l'alimentation haute tension du courant inverse

Lorsqu'il y a un arc électrique entre des modules haute tension de polarité différente, chaque alimentation tentera de fournir son courant nominal. La sortie est alors exposée à une source d'alimentation dont le courant de polarité opposée est plus élevé.

Une alimentation avec un courant plus faible peut être forcée de fournir ou d'absorber plus de courant qu'elle ne peut en supporter, ce qui peut entraîner une surcharge et endommager l'alimentation.

Pour éviter ce problème, nous pouvons utiliser une diode de retour à polarisation inverse à la sortie de l'alimentation haute tension. La diode doit être capable de supporter le courant d'une alimentation haute tension avec une polarité opposée.