用于產生電壓波形的電路的制作方法

用于產生電壓波形的電路的制作方法
【專利摘要】一種用于在輸出節點處產生電壓波形的電路。所述電路包括：電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接；錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，其中所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；控制單元，配置為通過控制電壓軌開關和雙向開關以便如果負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。所述電路可以被包括在用于處理帶電粒子的裝置中，例如，用于執行質譜分析或離子遷移譜分析。
【專利說明】用于產生電壓波形的電路

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于在輸出節點處產生電壓波形的電路。優選地，所述電路被包括在用于處理帶電粒子(charged particles)的裝置中，例如,用于執行質譜分析或離子遷移譜分析的裝置。本發明還涉及相關裝置和方法。

【背景技術】
[0002]大量執行質譜分析的方法依賴于向質譜儀的組件施加高頻電壓波形。例如，如離子引導(1n guides)、離子阱、濾質器和其他設備的離子光學設備都會需要這種在本文詳細描述的電壓波形。
[0003]W.Paul和H Steinwedel首次在US2, 939，952中公開了一種四極離子阱和四極濾質器，其中公開了可以向其施加射頻波形的若干電極結構。對該文獻所公開的電極結構施加高頻電壓波形產生了四極電場，將具有特定特性的離子限制在設備中。R.E.March和R.J Hughes 的著作“QuadrupoIe Storage Mass Spectrometry^ (Wiley Interscience)以及 R.E.March 和 J.F.J.Todd 編輯的系列著作 “Practical Aspects of Trapped 1n MassSpectrometry”卷1-V(CRC Press)推進了該理論的發展,詳細描述了本領域的狀態。
[0004]用于產生適于俘獲或限制質譜儀內離子的電壓波形的商用裝置趨于依靠諧振電路。
[0005]例如圖1所示，諧振電路實質上產生正弦電壓波形。諧振電路是公知的用于產生正弦射頻(“RF”)電壓波形的電路，通常用于質譜儀或其它設備。例如，參照US2，939，952。本發明人認識到，由于以諧振方式產生這種電壓波形，因此效率很高，需要很少驅動電力來產生大幅值的波形。然而，難以改變由諧振電路產生的電壓波形的操作頻率，要改變電壓波形的操作頻率通常需要改變構成諧振電路的組件。因此，在操作期間需要改變操作頻率的情況下，通常需要使用在不同電壓電平之間進行直接切換的直接切換方法。
[0006]直接切換方法相較于諧振電路提供以下顯著優點:可以在操作期間輕松地改變電壓波形的頻率。然而，目前的直接切換技術效率較低且功耗較大，其中目前的直接切換技術的特征在于“硬切換”技術。
[0007]例如，在W001/29875和US專利N0.7，193，207B1中公開了一種通過直接切換方法產生高頻波形的示例，所述直接切換方法結合使用用于通過交替激活開關來在兩個電壓電平之間切換電壓以產生矩形波的開關集合。
[0008]RU2010392是用于在輸出節點處產生電壓波形的電路的另一示例，其中使用復雜切換設置以便在兩個電壓電平之間切換。
[0009]例如，參照US2011/062935、US5081400、US7026765、KR20080042624、W001/29875,公開了一種在質譜儀領域之外用于產生電壓波形的電路。
[0010]US專利N0.7，755，034公開了一種四極離子講和電離(dissociate)四極離子講內所保持離子的方法。
[0011]W02010/125357公開了一種用于執行差分粒子遷移譜和質量分析的離子分析裝置。
[0012]根據上述考慮設想了本發明。


【發明內容】

[0013]優選地，本發明提供了用于產生RF電壓波形的諧振電路和硬切換方法二者的優點，以便產生用于產生高頻電壓波形的靈活高效裝置。
[0014]通常，本發明涉及一種用于在輸出節點處產生電壓波形的電路，所述電路包括:
[0015]電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接；
[0016]錨節點(anchor node),通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接；
[0017]控制單元，配置為通過控制電壓軌開關和雙向開關以便如果負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。
[0018]可以從以下詳細描述看出，發明人發現通過建立諧振電路改變電壓有助于以節能方式(energy efficient manner)產生電壓波形。
[0019]因此，這里可以將包括上述特征的電路稱作進行了“能量回收(energyrecovery) ”，以便區分所述電路和被稱作沒有進行“能量回收”的其它電路。
[0020]在第一方面中，本發明可以提供:
[0021]一種用于在輸出節點處產生電壓波形的電路，所述電路包括:
[0022]電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接；
[0023]錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，其中所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；以及
[0024]控制單元，配置為通過控制電壓軌開關和雙向開關以便如果將負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。
[0025]可以從以下詳細描述看出，發明人發現通過在雙向開關中包括串聯的兩個或更多個晶體管，可以以特定節能方式產生電壓波形。
[0026]優選地，串聯的兩個或更多個晶體管包括一對MOSFET晶體管。
[0027]優選地，串聯的兩個或更多個晶體管包括背對背連接的晶體管對，即，使得與晶體管對相關的傳統電流的方向指向相反方向。例如，背對背連接的MOSFET對應將其源極連接在一起，或將其漏極連接在一起。例如，npn晶體管對或pnp晶體管對應將其集電極連接在一起或將其射極連接在一起。
[0028]尤其優選地，串聯的兩個或更多個晶體管包括背對背連接的MOSFET晶體管對。如下所述，由于串聯兩個MOSFET晶體管，該設置導致雙向開關具有非常低的電容。
[0029]這里，將電壓軌理解為配置為具有預定電壓(即，在預定電壓處)的任何電路元件(例如，配置為與具有該電壓的電壓源相連接)。盡管優選地在使用電路時將電壓軌與電壓源相連接，然而電壓軌不需要一直與電壓源相連接。
[0030]優選地，將該電壓軌或每個電壓軌(注意，在某些實施例中存在多于一個電壓軌，如下所述)配置為(分別)具有幅值至少為1V的預定電壓，更優選地至少50V，更優選地至少100V (相對于地)。
[0031]優選地，將該電壓軌或每個電壓軌配置為(分別)具有幅值(相對于錨軌的電壓)在1V到5000V之間的預定電壓，更優選地在50V到2500V之間，甚至更優選地在100V和100V之間。
[0032]更優選地，將該電壓軌或每個電壓軌配置為(分別)具有幅值(相對于錨軌的電壓)可以變化的預定電壓，優選是從第一電壓值到第二電壓值的值范圍之間。優選地，第一電壓值是1V或更高，更優選地是50V或更高，甚至更優選地是100V或更高。優選地，第二電壓值是5000V或更低，更優選地2500V或更低，更優選地1000V或更低。
[0033]在電路包括兩個電壓軌(如下所述)的情況下，優選地第一電壓軌和第二電壓軌的每個具有幅值(相對于錨軌的電壓)基本相同的預定電壓，極性與另一電壓軌的極性相反，以便確保建立的諧振電路高效工作。
[0034]優選地，電路是切換電路，用于產生在第一電壓和第二電壓之間進行切換的切換波形，優選地頻率在1kHz和10MHz之間，更優選地10kHz和1MHz之間，最優選地500kHz和5MHz之間。
[0035]在“雙軌”電路(如下所述)中，第一電壓可以是第一電壓軌的電壓，第二電壓可以是第二電壓軌的電壓。
[0036]在“單軌”電路(如下所述)中，第一電壓可以是(唯一)電壓軌的電壓，第二電壓可以是浮動電壓。
[0037]優選地，控制單元配置為基于用戶輸入改變在第一電壓和第二電壓之間切換的切換電壓波形的頻率，優選地在從第一頻率值到第二頻率值的值范圍之間。優選地，第一頻率值是1kHz或更高，更優選地是10kHz或更高，更優選地是500kHz或更高。優選地，第二頻率值是10MHz或更低，更優選地是1MHz或更低，更優選地是5MHz或更低。認識到，當前的鐵氧體變壓器可能難以處理高于這些第二頻率值的頻率。
[0038]術語“錨節點”中的“錨”僅用作標記，以便區分“錨節點”和“輸出節點”。選擇術語“錨”的原因是:如果將其與諧振電路相連接，則可以將“錨節點”視為提供能夠影響諧振電路的電壓。然而，可以從以下所述實施例看出，這不應視為對“錨節點”能夠采取的形式的特定限制，“錨節點”可以采取多種形式，即，它可以局部地(local ground)或輸出節點。
[0039]這里，優選地，當與電壓軌斷開時。可以將電感器和電容器之間建立的“諧振電路”理解為將電感器和電容器連接在一起的電路。“諧振電路”還可以包括通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接的錨節點。如本領域所公知，諧振電路所存儲的電能具有在諧振頻率處振蕩的趨勢。為了避免任何不確定，即使在建立不同電路之前在諧振電路內的電能沒有完成全周期振蕩，仍可以看到建立了 “諧振電路”(例如，通過將電路修改為停止諧振)。
[0040]優選地，控制單元配置為當建立了諧振電路時，接通與輸出節點相連接的電壓軌開關(應注意，如下所述，在一些實施例中存在多于一個的電壓軌開關)，當輸出節點處的電壓處于或近似于(例如，10%的范圍內)通過將電感器的磁能轉換為諧振電路中的負載電容器的電能而引起的最大值(優選地，第一或第二最大值)時，斷開雙向開關。如下所述，所述方法有助于以尤其高效方式改變輸出節點處的電壓。
[0041]優選地，電路包括兩個電壓軌，而不是僅一個電壓軌。這種情況下，這里為了簡便起見可以將該電路稱作“雙軌”電路。“雙軌”電路的優點在于:可以將電壓波形鉗位到第一電壓軌的電壓和第二電壓軌的電壓處，能夠有助于產生更好限定的電壓波形。
[0042]優選地，在“雙軌”電路的示例中，所述電路可以包括:
[0043]第一電壓軌，通過第一電壓軌開關與輸出節點相連接；
[0044]第二電壓軌，通過第二電壓軌開關與輸出節點相連接；
[0045]其中所述控制單元配置為通過控制第一電壓軌開關、第二電壓軌開關和雙向開關以便如果將負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。
[0046]優選地，在“雙軌”電路中，電路的控制單元配置為控制電路根據以下控制方法進行操作:
[0047]斷開雙向開關并接通第一電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；
[0048]通過斷開第一電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓；
[0049]斷開雙向開關并接通第二電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓處；
[0050]通過斷開第二電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0051]在第一和第三步驟中，優選地，在接通第一 /第二電壓軌開關之前斷開雙向開關，以便避免第一/第二電壓軌與錨節點短路。優選地，斷開雙向開關和接通第一/第二電壓軌開關之間的時間間隙非常小，例如10ns或更少。
[0052]優選地，在預定延遲之后執行使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓。可以設置預定延遲以便實現切換波形的所需頻率。
[0053]然而，存在兩個電壓軌不是必須的，可以針對不包括上述第二電壓軌的電路來設計控制方法。這種情況下，為了簡化起見可以將這里所述電路稱作“單軌”電路。
[0054]在“單軌”電路中，所述電路的控制單元可以配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0055]斷開雙向開關并接通電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在電壓軌的電壓處；
[0056]通過斷開電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向浮動電壓；
[0057]斷開雙向開關而不接通電壓軌開關，(由于電容器中保留的電荷)使得將輸出節點保持為浮動電壓；
[0058]通過接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向電壓軌的電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0059]第一步驟中，優選地，在接通電壓軌開關之前執行斷開雙向開關，以便避免將電壓軌與錨節點短路。優選地，斷開雙向開關和接通第一/第二電壓軌開關之間的時間間隙非常小,例如10ns或更少。
[0060]第二和第四步驟中，可以在與諧振頻率的一半周期相對應的時間段內接通雙向開關，例如，在所述時間段內在電感器和負載電容之間建立諧振電路，以便產生類似于如圖15所示的規則波形。如本領域技術人員所理解，用于產生其它波形的其它時間選項同樣是可能的。
[0061]在“單軌”電路中，所述電路的控制單元可以配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0062]斷開雙向開關并接通電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在電壓軌的電壓處；
[0063]通過斷開第一電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺離然后擺回電壓軌的電壓。
[0064]第一步驟中，優選地，在接通電壓軌開關之前執行斷開雙向開關，以便避免將電壓軌與錨節點短路。優選地，斷開雙向開關和接通第一/第二電壓軌開關之間的時間間隙非常小,例如10ns或更少。
[0065]第二步驟中，可以將雙向開關接通與諧振頻率的全周期相對應的時間段，在所述時間段期間在電感器和負載電容之間建立諧振電路，例如以便產生類似于如圖14所示的規則波形。如本領域技術人員所理解，用于產生其它波形的其它時間選項同樣是可能的。
[0066]電路可以用于在附加輸出節點處產生附加電壓波形，其中附加電壓波形是相對該電壓波形倒置的(即，反相的)。這種情況下，這里為了簡便起見可以將所述電路稱作“全橋”電路。因此，這里為了簡便起見可以將不包括附加節點的電路稱作“半橋”電路。
[0067]優選地，在“全橋”電路中，所述電路包括:
[0068]電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接，通過附加電壓軌開關與所述附加輸出節點相連接；
[0069]第一錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；
[0070]第二錨節點，通過電感器和雙向開關與所述附加輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；
[0071]其中所述控制單元配置為通過控制電壓軌開關和連接到第一錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在輸出節點和附加輸出節點之間則在連接到第一錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓；以及
[0072]其中所述控制單元配置為通過控制附加電壓軌開關和連接到第二錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在輸出節點和附加輸出節點之間則在連接到第二錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變附加輸出節點處的電壓。
[0073]優選地，“全橋”電路與“雙軌”電路相結合以便提供“雙軌全橋”電路。
[0074]優選地，在“雙軌全橋”電路的示例中，所述電路包括:
[0075]第一電壓軌，通過第一電壓軌開關與輸出節點相連接，通過附加第一電壓軌開關與附加輸出節點相連接；
[0076]第二電壓軌，通過第二電壓軌開關與輸出節點相連接，并通過其它第二電壓軌開關與其它輸出節點相連接；
[0077]第一錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；
[0078]第二錨節點，通過電感器和雙向開關與附加輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管；
[0079]其中所述控制單元配置為通過控制第一電壓軌開關、第二電壓軌開關和連接到第一錨節點的雙向開關以便如果將負載電容連接在輸出節點和附加輸出節點之間則在連接到第一錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓；以及
[0080]其中所述控制單元配置為通過控制附加第一電壓軌開關、附加第二電壓軌開關和連接到第二錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在輸出節點和附加輸出節點之間則在連接到第二錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變附加輸出節點處的電壓。
[0081]然而，不需要存在兩個電壓軌，可以針對不包括上述第二電壓軌的“全橋”電路設計控制方法。這種情況下，為了簡便起見，這里可以將該電路稱作“單軌全橋”電路。
[0082]優選地:
[0083]所述電路包括共享電感器，其中共享電感器同時用作與第一錨節點相連接的電感器和與第二錨節點相連接的電感器；
[0084]所述電路包括共享雙向開關，其中共享雙向開關同時用作與第一錨節點相連接的雙向開關和與第二錨節點相連接的雙向開關；
[0085]所述輸出節點用作第二錨節點；以及
[0086]所述附加輸出節點用作第一錨節點。
[0087]這種情況下，為了簡便起見，這里可以根據所述電路包括的電壓軌的數目，將所述電路稱作“單軌全橋共享電感器”電路或“雙軌全橋共享電感器”電路。
[0088]然而，可以不必如此，其它實施例中，所述電路可以包括:
[0089]分離的電感器，分別用作與第一錨節點相連接的電感器和與第二錨節點相連接的電感器；
[0090]分離的雙向開關，分別用作與第一錨節點相連接的雙向開關和與第二錨節點相連接的雙向開關；
[0091]第一和第二錨節點，與輸出節點和附加輸出節點分尚。
[0092]這種情況下，為了簡便起見這里可以將所述電路稱作“單軌全橋分離電感器”電路或“雙軌全橋分離電感器”電路。
[0093]可以根據電路的配置設計不同的控制方法。
[0094]優選地，在“雙軌全橋共享電感器”電路中，所述電路的控制單元配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0095]接通第一電壓軌開關、接通附加第二電壓軌開關、斷開共享雙向開關，使得將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處，并且將附加輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓；
[0096]通過斷開第一電壓軌開關、斷開附加第二電壓開關并接通共享雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓，附加輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓；
[0097]接通第二電壓軌開關、接通附加第一電壓軌開關并斷開共享雙向開關，使得將輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓處，并且將附加輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；
[0098]通過斷開第二電壓軌開關、斷開附加第一電壓開關并接通共享雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓，附加輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0099]在“雙軌全橋分離電感器”電路的示例中，所述電路的控制單元可以配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0100]接通第一電壓軌開關、接通附加第二電壓軌開關、斷開與第一錨節點相連接的雙向開關、并斷開與第二錨節點相連接的雙向開關，以便將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處，以及將附加輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓處；
[0101]通過斷開第一電壓軌開關、斷開附加第二電壓開關、接通與第一錨節點相連接的雙向開關、接通與第二錨節點相連接的雙向開關，以便在與第一錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路以及在與第二錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來使得輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓，并且附加輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓；
[0102]接通第二電壓軌開關、接通附加第一電壓軌開關、斷開與第一錨節點相連接的雙向開關、斷開與第二錨節點相連接的雙向開關，使得將輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓處，以及將附加輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；
[0103]通過斷開第二電壓軌開關、斷開附加第一電壓開關、接通與第一錨節點相連接的雙向開關、接通與第二錨節點相連接的雙向開關，以便在與第一錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路以及在與第二錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓，以及附加輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0104]在“單軌全橋共享電感器”電路的示例中，所述電路的控制單元可以配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0105]接通第一電壓軌開關并斷開共享雙向開關，使得將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處，以及將附加輸出節點保持為浮動電壓；
[0106]通過斷開第一電壓軌開關并接通共享雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向浮動電壓，以及附加輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓；
[0107]接通附加第一電壓軌開關并斷開共享雙向開關，以便將輸出節點保持為浮動電壓，以及將附加輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；
[0108]通過斷開附加第一電壓開關并接通共享雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓，以及附加輸出節點處的電壓擺向浮動電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0109]在“單軌全橋分離電感器”電路的示例中，所述電路的控制單元可以配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作:
[0110]接通第一電壓軌開關、斷開與第一錨節點相連接的雙向開關、斷開與第二錨節點相連接的雙向開關，以便將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓除，以及將附加輸出節點保持為浮動電壓；
[0111]通過斷開第一電壓軌開關、接通與第一錨節點相連接的雙向開關、接通與第二錨節點相連接的雙向開關，以便在與第一錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路以及在與第二錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向浮動電壓，以及附加輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓；
[0112]接通附加第一電壓軌開關、斷開與第一錨節點相連接的雙向開關、斷開與第二錨節點相連接的雙向開關，以便將輸出節點保持為浮動電壓，以及將附加輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；
[0113]通過斷開附加第一電壓開關、接通與第一錨節點相連接的雙向開關、接通與第二錨節點相連接的雙向開關，以便在與第一錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路以及在與第二錨節點相連接的電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓，以及附加輸出節點處的電壓擺向浮動電壓。所述控制方法可以包括重復這些步驟。
[0114]所述電路可以包括負載電容。可以將負載電容包括作為用于處理帶電粒子的裝置的一部分，例如，用于執行質譜分析或離子遷移譜分析。
[0115]本發明的第二方面可以提供一種用于質譜分析的裝置，包括根據本發明第一方面的電路。
[0116]例如，本發明的第二方面可以提供:
[0117]一種用于處理帶電粒子的裝置，所述裝置包括:
[0118]根據本發明第一方面的電路；
[0119]負載電容，與所述電路的輸出節點相連接，使得在使用中負載電容接收由所述電路產生的電壓波形。
[0120]負載電容可以包括在適用于處理帶電粒子的任何組件中，例如，用于執行質譜分析或離子遷移譜分析。例如，至少一個負載電容可以包括在如下設備中，或構成如下設備的一部分:
[0121]離子光學設備，用于改變或容納離子的飛行路徑；和/或
[0122]濾質器；和/或
[0123]離子阱；和/或
[0124]離子發送設備；和/或
[0125]離子遷移設備。
[0126]優選地，將負載電容包括在離子光學設備中，以便改變或容納離子的飛行路徑。
[0127]如果所述電路包括輸出節點和附加輸出節點(參考上述內容)，所述裝置優選地包括負載電容，其中所述負載電容包括:
[0128]至少一個第一電極(例如，第一電極對)，與電路的輸出節點相連接，使得在使用中所述至少一個第一電極接收由所述電路產生的電壓波形；
[0129]至少一個第二電極(例如，第二電極對)，與電路的附加輸出節點相連接，使得在使用中所述至少一個負載電容接收由所述電路產生的電壓波形。
[0130]優選地，所述電極形成為桿狀或板狀，優選地將其配置為圍繞位于離子光軸設置。可以使用任意數量的桿/板。桿可以具有雙曲形的表面。
[0131]所述裝置可以是質譜儀。
[0132]所述裝置還可以包括:
[0133]離子源，配置為產生離子；
[0134]離子處理區域，配置為處理離子；
[0135]質量分析儀，配置為根據離子質量/充電比率分離離子；
[0136]檢測器，配置為檢測所分離的離子。這種情況下，可以將所述裝置視作質譜儀。
[0137]例如，負載電容可以包括在離子源和/或離子處理區域和/或質量分析儀和/或檢測器中。
[0138]本發明的第三方面還可以提供控制根據本發明任何先前方面的電路根據結合本發明任何先前方面所述的控制方法進行操作的方法。
[0139]所述方法可以是處理帶電粒子的方法，例如，用于在執行質譜分析或離子遷移譜分析中使用。
[0140]本發明的第四方面可以提供一種具有計算機可執行指令的計算機可讀介質，所述計算機可執行指令配置為控制根據本發明任何先前方面的電路根據結合本發明任何先前方面所述的控制方法進行操作。
[0141]本發明的第五方面可以依照本發明的任何先前方面提供一種電路，一種用于處理帶電粒子的裝置，一種控制電路的方法和/或一種計算機可讀介質，除了不需要雙向開關(如果存在多于一個的雙向開關，則是每個雙向開關)包括串聯的兩個或更多個晶體管。
[0142]除了顯然不允許或明確避免所述方面和優選特征的某組合之外，本發明還包括所述方面和優選特征的任意組合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0143]以下參考附圖討論了本發明方案的示例，附圖中:
[0144]圖1示出了諧振電路產生的正弦信號的示例。
[0145]圖2是示出了沒有能量回收的雙軌半橋切換電路的示例的示意圖,所述電路用于通過直接切換方法產生高頻切換電壓波形。
[0146]圖3示出了如果在數字控制下交替驅動兩個電壓軌開關，則在圖2的切換電路中可能在數據節點處測量到的示例電壓波形。
[0147]圖4是示出了能量回收的雙軌半橋切換電路的示例的示意圖。
[0148]圖5示出了(a)示例開關定時序列和(b)針對圖4所示切換電路使用所述開關定時序列而產生的示例電壓波形。
[0149]圖6是示出了圖4的切換電路對電壓的示例集合的自然頻率響應的曲線。
[0150]圖7示出了當斷開雙向開關時圖4的切換電路。
[0151]圖8示出了用于圖4的切換電路101的優選雙向開關。
[0152]圖9示出了在發明人實施的實驗工作期間由RU2010392公開的裝置產生的電壓波形。
[0153]圖10示出了在發明人實施的實驗工作期間由圖4的切換電路產生的電壓波形。
[0154]圖11是示出了備選切換電路的示意圖,所述備選切換電路是圖4所示切換電路的修改版本。
[0155]圖12示出了圖4或圖11的切換電路101中使用的備選雙向開關。
[0156]圖13是示出了具有能量回收的單軌半橋切換電路的示例的示意圖。
[0157]圖14示出了(a)第一示例開關定時序列和(b)針對圖13所示切換電路使用所述開關定時序列而產生的示例電壓波形。
[0158]圖15示出了(a)第二示例開關定時序列和(b)針對圖13所示切換電路使用所述開關定時序列而產生的示例電壓波形。
[0159]圖16是示出了備選切換電路的示意圖,所述備選切換電路是圖13所示切換電路的修改版本。
[0160]圖17示出了由諧振電路產生的一對反相正弦波形。
[0161]圖18示出了由數字切換電路產生的一對反相矩形波形。
[0162]圖19是示出了用于通過直接切換方法產生高頻切換電壓波形的雙軌全橋分離電感器切換電路的示例的示意圖。
[0163]圖20是示出了具有能量回收的雙軌全橋分離電感器切換電路的示例的示意圖。
[0164]圖21是示出了具有能量回收的雙軌全橋共享電感器切換電路的示例的示意圖。
[0165]圖22是示出了質譜儀的示意圖。
[0166]圖23示出了適于質譜儀使用的負載電容的兩個備選配置。
[0167]圖24示出了一對模擬的由具有能量回收的雙軌全橋共享電感器切換電路產生的反相波形。

【具體實施方式】
[0168]鍵
[0169]通常，以下描述闡述了發明人的用于在切換電路中結合“能量回收”的方案的示例，所述切換電路用于在負載電容兩端產生高頻切換電壓波形，例如可以包括在質譜儀的組件中。優選地，相較于先前切換電路，具有能量回收的切換電路具有降低的功耗，由此可以改善實用性并可以進一步將切換電路的操作范圍擴展到增加的施加電壓。
[0170]設想這里所公開的切換電路可應用于質譜儀的領域，例如用于執行質譜分析的裝置的一個或多個組件可以接收由切換電路產生的電壓波形。一個或多個組件可以包括利用電動力學的原理進行操作的一個或多個離子光學設備。這種離子光學設備可以包括一個或多個離子阱(例如，線形離子阱、四極離子阱或其他類型的離子阱)。
[0171]例如，用于處理帶電粒子的電路的其它可能用途可以包括:使用電壓波形對帶電粒子進行分析，例如，差分遷移譜(或場非對稱波形離子遷移譜)或用于通過公知質譜分析方法(例如，質量濾波器或離子阱)進行質量分析。電壓波形的其它可能應用可以是用于離子遷移、收集、引導或聚集離子(例如，對多極離子引導、疊環電極離子引導或其它離子遷移設備)。
[0172]切換電路還可以發現除處理帶電粒子以外的用途，例如，在需要產生高頻切換電壓波形的其它領域。
[0173]雙軌切換電路(無能暈回收)
[0174]圖2是用于通過直接切換方法產生高頻切換電壓波形的切換電路I的示例。
[0175]例如，切換電路I可以在射頻下操作，如以下所詳述，包括了可以被數字控制的兩個開關。
[0176]優選地，圖2的切換電路I具有:負載電容10 (CJ ;第一電壓軌20，配置為具有第一電壓(Vl);第一電壓軌開關22 (S1);第一電壓軌限流電阻器24(?);第二電壓軌30，配置為具有第二電壓(Vh);第二電壓軌開關32 (S2);第二電壓軌限流電阻器34(R2);輸出節點40和控制單元90。
[0177]為清楚起見，盡管在以下所述的部分切換電路中未示出限流電阻器24、34，然而本領域技術人員應認識到可以在任意下述電路中包括這些電阻器之一或二者。技術人員還應認識到不必將限流電阻器24、34位于圖2所示的位置，相反可以將其位于下述電路中的其它適合位置。
[0178]優選地,第一電壓軌20配置為通過與具有第一電壓(V1)的第一電壓源(未不出)相連接而具有(即，處于)第一電壓(')。類似地，優選地，第二電壓軌30配置為通過與具有第二電壓(Vh)的第二電壓源(未示出)相連接而具有第二電壓(Vh)。優選地，第一電壓(Vl)低于第二電壓(Vh)。
[0179]在如圖2所示的切換電路I中，優選地將負載電容10與輸出節點40相連接。優選地，第一電壓軌20通過第一電壓軌開關22和第一電壓軌限流電阻器24與輸出節點相連接。優選地，第二電壓軌30通過第二電壓軌開關32和第二電壓軌限流電阻器34與輸出節點40相連接。
[0180]該示例中，將負載電容10示出為連接在輸出節點40和地80 (OV)之間，但是不限于此。
[0181]例如，將負載電容10包括在質譜儀中，例如，質譜儀可以是三維離子阱、四極離子阱、線形離子阱、質量濾波器或配置為限定離子的任何其它設備。
[0182]在圖2所示的切換電路I中，將優選進行數字操作的控制電路90配置為根據控制方法操作電路，其中交替斷開或接通第一和第二電壓軌開關22、32。這種方式下，可以將負載電容10交替地WVh改變為 '，產生類似于如圖3所示的電壓波形。
[0183]金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)可以用作第一和第二電壓軌開關22、32，然而同樣可以使用能夠形成開關的其它類型組件，例如npn晶體管。本領域技術人員應認識到:可以根據限流電阻器24、34的值和負載電容10的電容值來確定上升沿和下降沿的陡度和形狀。
[0184]可以設想用于驅動第一和第二電壓軌開關22、32的備選控制方法，例如，合并兩個開關斷開的時間段，由此產生向負載電容10施加零電壓的時間段。
[0185]對切換電路I的分析允許確定平均功耗。隨著負載電容1(Q)放電，在時刻t =0，第二電壓軌開關32(S2)斷開，第一電壓軌開關(S1)接通，通過下式可以得到負載電容10 (Cl)的電流:
[0186]I = V exp(_t/CR)/R[I]
[0187]其中V表示電壓Vh和\的平均幅值，C表示包含Q和任何其它電容存在(例如，開關中)的電路的整個電容，R表示電路的電阻。
[0188]相對時間t對方程I進行積分，得到:
[0189]/ I dt = -CRV exp (_t/CR)/R+c = -CV exp(_t/CR)+c[2]
[0190]當t = O時，電流的積分將也為零,意味著c = CV
[0191]因此:
[0192]/ 1.dt = CV (1-exp (-t/CR))[3]
[0193]可以從方程3看出，假定負載電容10在接通第一電壓軌開關22 (S1)(為了實現大致方形或矩形輸出波形的情況)期間完成了大部分的充電周期，電阻器R對從電源流出的平均電流沒有影響(它僅影響阻尼特性并與切換晶體管一同貢獻功耗)。
[0194]下一個和所有后續的充電周期將負載電容10從更大正值的第二電壓軌30的電壓Vh變為更大負值的第一電壓軌20的電壓'，或反之亦然。因此，平均電流等于2CVf，其中f表示切換頻率。因此，可以看出通過下式得到平均功率:
[0195]p = 4CV2f[4]
[0196]其中P是當以電壓VW1^P'的平均幅值)進行操作并驅動負載電容C時，切換電路I的平均功耗。可以看出功率正比于電壓的平方，直接正比于頻率。
[0197]實現直接切換方法的電路(例如，圖2的切換電路I)的一個優勢在于:能夠簡單地改變驅動幅值和頻率。然而，本發明人觀察到由于電路不依賴于諧振電路，電壓的增加需要功率的對應增加。
[0198]改變電壓波形頻率的能力可以應用于質譜分析，例如，改變向離子阱施加的電壓波形的射頻的能力具有分析優勢，參照例如W001/29875。然而，實現直接切換方法的切換電路的缺點在于:如以上分析所示，產生這種波形所需的功率根據電壓的平方改變。因此，為了產生該電壓波形，兩倍電壓需要四倍功率增加。
_9] 雙軌半橋切換電路(具有能暈回收)
[0200]優選地，本發明通過提供一種將諧振型電路(針對給定施加電壓具有低功耗的優點)和直接切換方法(具有能夠簡單地改變頻率的優點)相結合的切換電路，克服了與圖2所不的切換電路I有關的缺點。
[0201]圖4示出了具有能量回收的雙軌半橋切換電路101。
[0202]圖4和隨后的附圖中，采用相同或對應的附圖標記描述相似組件，這里不需要再進行描述。
[0203]可以通過采用參考圖2 (以上)所述的切換電路I并結合電感器150 (L)和雙向開關160 (SB)，來獲得圖4的切換電路101。
[0204]優選地，控制單元90仍數字操作，優選地配置為根據不同控制(例如，如下文所述)方法操作切換電路101。
[0205]優選地，在圖4的切換電路101中，錨節點170通過電感器150、與電感器150有關的電阻152和雙向開關160與輸出節點40相連接。此外，優選地，將控制單元90配置為通過控制第一電壓軌開關22、第二電壓軌開關32和雙向開關160以便如果將負載電容10與輸出節點40相連接(例如，如圖4所示，在輸出節點40和地80之間)則在電感器50和負載電容10之間建立諧振電路，來改變輸出節點40處的電壓。
[0206]在圖4的示例中，錨節點170與地80相連接，然而如參考以下詳述的其它實施例所述(圖11)，本發明不限于此。
[0207]用于描述雙向開關160的標記“雙向”意味著將雙向開關160配置為允許電流沿任意方向流經雙向開關160。當然，本領域技術人員應理解可以將雙向開關160置于電感器150的任意側。
[0208]優選地，控制單元90配置為控制圖4的切換電路101根據以下控制方法進行操作:
[0209]a)接通第一電壓軌開關22并斷開雙向開關160，使得將輸出節點40鉗位在第一電壓Vl(即，第一電壓軌20的電壓)處。因此，負載電容10充電到Vl。
[0210]b)通過斷開第一電壓軌開關22并接通雙向開關160以便在電感器150和負載電容1之間建立諧振電路，使得輸出節點40處的電壓擺向第二電壓Vh ( S卩，第二電壓軌30的電壓)。因此，輸出節點40處的電壓擺動接近VH(由于電路內的固有阻尼電阻，并非一直如此)。
[0211]c)接通第二電壓軌開關32并斷開雙向開關160，使得將輸出節點40鉗位在第二電壓Vh (即，第二電壓軌30的電壓)處。因此，將負載電容10充電到VH。
[0212]d)通過斷開第二電壓軌開關32并接通雙向開關160以便在電感器150和負載電容10之間建立諧振電路，使得輸出節點40處的電壓擺向第一電壓因此，輸出節點40處的電壓擺動接近由于阻尼，并非一直如此)。
[0213]e)接著重復該順序，再次從(a)開始。
[0214]圖5(a)不出了圖4所不電路的第一電壓軌開關22(Sj、第二電壓軌開關32 (S2)和雙向開關160(Sb)的示例切換定時序列。圖5(b)示出了由于所述切換定時序列導致的示例波形。這里，應注意，如圖5(a)所示，定時不必使得符號間隔(mark-space)比為1(或占空周期是50% )。還可以改變定時以產生所需頻率。
[0215]應注意，如圖5所示，開關的定時不必使得當輸出節點40處的電壓處于或接近由諧振效應引起的第一最大值時接通第一和第二電壓軌開關22、32，其中諧振效應將電感器中的磁能轉換回電容器中的電能。然而，該方法通過最小化電路鉗位諧振部分的負尖峰(undershoot),產生了降低功耗的最有效方法。盡管如此，第一和第二電壓軌開關22、32可以在諧振電路的電能諧振期間的任何時刻進行切換。例如，可以設想控制方法，其中電壓軌開關22、32不是在鉗位諧振正弦波的第一最大值處，而是在第二、第三或任何其它最大值或最小值處進行切換。
[0216]在圖4所示的電路101中，八和Vh表示相同但相反幅值的電勢，OV位于這些電壓的中間。然而，應注意，第一電壓軌20、第二電壓軌30和錨節點180的電壓可以采取若干形式。
[0217]本領域技術人員應認識到乘積LQ僅對所產生電壓波形的上升和下降時間存在影響。可以通過改變第一和第二電壓軌開關22、32的驅動信號的時段來改變電壓矩形波形的頻率。假定到雙向開關160的脈沖的寬度保持相同，不需要對上升沿和下降沿的特性進行任何改變。
[0218]采用分析方法，以上序列中點(d)處的條件觸發了二階自然響應，具有以下特征方程:
[0219]Ld2i/dt2+Rdi/dt+i/C = O[5]
[0220]其中L是圖4中電感器150的電感，d2i/dt2是通過電感器的電流I相對時間t的二階微分，R是與圖4所示電感器150有關的電阻152，C表示電路101的整個負載電容。通過令i = Aexp (j ω t)并應用歐拉定理exp (j ω t) = cos ω t+jsin ω t,可以得到以下關系式:
[0221]i = A exp (_ a t) sin (ω t)[6]
[0222]其中A是i的峰值，通過對方程6進行微分并應用初始條件t = O來確定。這導致以下關系式:
[0223]di/dt = ωΑ[7]
[0224]然而，已知V = Ldi/dt,意味著di/dt = V/L。將該結果用于方程7,得到關系式A= V/coL。考慮到方程6中，α是阻尼系數a = R/2L，其中R是L和Sb的整個電阻，ω是角頻率ω = V (1/LC-R2/4L2)，方程6的形式是已知的。
[0225]方程6的解具有復數根，展示了有90°相位滯后電流響應的指數衰減的電壓振蕩。圖6示出了這種指數衰減的電壓振蕩。所示響應假定電感為1.511!1，負載電容為47--，且R = 5 Ω。通常將第一半周期的電壓波形用于將輸出從一個軌擺動到另一軌，該示例需大約26.5ns完成過渡。
[0226]可以從圖6看出，與輸出節點150處電壓相對應的軌跡沒有在第一半周期處快速到達'，因此，在該處理中損失了一部分能量(認為通過例如電阻器和/或開關的電路組件升溫而熱損失了該能量)。因此，電壓軌開關22、23不得不提供最終步驟來將輸出節點150鉗位在電源軌，這是在主要影響電路效率的處理期間電壓軌開關22、23的工作。減小雙向開關160和電感器150 二者中的電阻將降低衰減速率，從而將所述工作保持在最低限度。
[0227]現在如參考圖7所述，發明人發現最小化雙向開關160的電容對降低圖4所示切換電路101的能耗而言非常重要。
[0228]圖7示出了當斷開雙向開關160時圖4的切換電路101。
[0229]如果假定雙向開關160是理想開關，則當斷開雙向開關160時將不會有任何電流在電感器中流動，因此在電壓軌開關中流動的唯一電流將“填滿(top-up)”負載電容器10。然而，實際中，開關160不是理想的，具有如圖7所示的寄生分量。這些形成了與負載電容1(Cl)和電感器150串聯的次級諧振回路。現在交流電流經最初從負載電容10饋電的電感器。電壓軌開關22、32進行工作以便保持負載上的DC電壓，因此繼續向負載提供填滿電流。寄生電容Cb的值確定了該電流的幅度。由于電流從與輸出節點40相連接的電壓軌流出，在次級回路中耗散功率。由于功率正比于電流的平方，而電流正比于電容的平方根，可以看出功耗直接正比于整個電容。可以將這種功率損耗看作理解本發明提供的優點的關鍵，相較于這種能量回收處理中采用的任何其它已知技術，所提出的雙向開關160的配置提供顯著優點(測量到四倍的改善)。
[0230]此外，負載電容的電流流入和流出的這種流動在負載處引起電壓紋波，其中幅度正比于Cb與Q的比率，頻率反比于與Q串聯的Cb的整個電容。
[0231]如果假定CJ>CB，則由于CjP Cb與雙向開關160串聯，整個電容可以近似為CB。因此最小化Cb會降低負載處的電壓紋波，將最小化功耗。
[0232]圖8示出了圖4的切換電路101使用的優選雙向開關160。
[0233]雙向開關包括輸入164和兩個觸點166a、166b，配置為當向輸入164施加等于或大于閾值的差分電壓時允許電流在兩個觸點之間流動，而當向輸入164施加小于閾值的差分電壓時基本上防止電流在兩個觸點之間流動。
[0234]圖8所示的雙向開關160包括背對背串聯的兩個MOSFET晶體管162a、162b，其中第一 MOSFET晶體管162a的源極Soa與第二 MOSFET晶體管162b的源極Sob相連接。
[0235]如本領域所公知，通常晶體管與兩個節點之間的傳統電流方向有關。對于圖8所示MOSFET晶體管162a、162b而言，方向從漏極(Dra, Drb)到源極(Soa, Sob) 0
[0236]使用MOSFET的具體優勢在于每個MOSFET由于其結構包括圖8用虛線繪制為Dia、Dib的體二極管。MOSFET的體二極管指向與傳統電流的方向相反的方向。
[0237]通過將兩個M0SFET162a、162b背對背連接，例如如圖8所示，雙向開關160能夠允許當向輸入164施加等于或大于閾值的差分電壓時(該閾值由導通兩個M0SFET162a、162b所需的電壓確定)，電流沿兩個觸點166a、166b之間的任何方向流動。
[0238]具體地，當向輸入164施加等于或大于閾值的差分電壓時，電流能夠通過第一M0SFET162a的漏極Dra和源極Soa以及第二 MOSFET的體二極管Dib，從第一觸點166a流向第二觸點166b。
[0239]類似地，當向輸入164施加等于或大于閾值的差分電壓時，電流能夠通過第二M0SFET162b的漏極Drb和源極Sob以及第一 M0SFET162a的體二極管Dia，從第二觸點166b流向第一觸點166a。
[0240]然而，當向輸入164施加小于閾值的差分電壓時，通過體二極管Dia、Dib基本上防止電流在觸點166a、166b之間流動。
[0241]如圖8所示的雙向開關160的具體優點在于:由于將兩個MOSFET晶體管162a、162b串聯，因此具有非常低的電容。
[0242]具體地，如果第一 M0SFET162a的電容是CMa，第二 M0SFET162b的電容是Cstb,則將雙向開關CB(忽略其他電容)的電容表示為:
[0243]

【權利要求】
1.一種用于在輸出節點產生電壓波形的電路，所述電路包括: 電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接； 錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，其中所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管； 控制單元，配置為通過控制電壓軌開關和雙向開關以便如果負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。
2.根據權利要求1所述的電路，其中所述串聯的兩個或更多個晶體管包括一對背對背連接的MOSFET晶體管。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其中所述電路是切換電路，用于產生在第一電壓和第二電壓之間進行切換的切換波形。
4.根據權利要求3所述的電路，其中所述控制單元配置為改變切換電壓波形在第一電壓和第二電壓之間進行切換的頻率。
5.根據任一前述權利要求所述的電路，其中所述電路包括: 第一電壓軌，通過第一電壓軌開關與輸出節點相連接； 第二電壓軌，通過第二電壓軌開關與輸出節點相連接； 其中所述控制單元配置為通過控制第一電壓軌開關、第二電壓軌開關和雙向開關以便如果負載電容與輸出節點相連接則在電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓。
6.根據權利要求5所述的電路，其中所述電路的控制單元配置為控制電路根據以下控制方法進行操作: 斷開雙向開關并接通第一電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在第一電壓軌的電壓處；通過斷開第一電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第二電壓軌的電壓； 斷開雙向開關并接通第二電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在第二電壓軌的電壓處；通過斷開第二電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向第一電壓軌的電壓，所述控制方法包括重復這些步驟。
7.根據權利要求1到4中任一權利要求所述的電路，其中所述電路的控制單元配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作: 斷開雙向開關并接通電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在電壓軌的電壓處； 通過斷開電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向浮動電壓； 斷開雙向開關而不接通電壓軌開關，使得將輸出節點保持為浮動電壓； 通過接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺向電壓軌的電壓。
8.根據權利要求1到4中任一權利要求或權利要求7所述的電路，其中所述電路的控制單元配置為控制所述電路根據以下控制方法進行操作: 斷開雙向開關并接通電壓軌開關，使得將輸出節點鉗位在電壓軌的電壓處； 通過斷開第一電壓軌開關并接通雙向開關以便在電感器和負載電容之間建立諧振電路，使得輸出節點處的電壓擺離然后擺回電壓軌的電壓。
9.根據任一前述權利要求所述的電路，其中所述電路包括: 電壓軌，通過電壓軌開關與輸出節點相連接，并通過附加電壓軌開關與附加輸出節點相連接； 第一錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管； 第二錨節點，通過電感器和雙向開關與所述附加輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管； 其中所述控制單元配置為通過控制電壓軌開關和連接到第一錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在所述輸出節點和所述附加輸出節點之間則在連接到第一錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變所述輸出節點處的電壓；以及 其中所述控制單元配置為通過控制所述附加電壓軌開關和連接到第二錨節點的雙向開關以便如果將負載電容連接在所述輸出節點和所述附加輸出節點之間則在連接到第二錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變所述附加輸出節點處的電壓。
10.根據權利要求9所述的電路，其中所述電路包括: 第一電壓軌，通過第一電壓軌開關與所述輸出節點相連接，并通過附加第一電壓軌開關與所述附加輸出節點相連接； 第二電壓軌，通過第二電壓軌開關與輸出節點相連接，并通過附加第二電壓軌開關與所述附加輸出節點相連接； 第一錨節點，通過電感器和雙向開關與輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管； 第二錨節點，通過電感器和雙向開關與附加輸出節點相連接，所述雙向開關包括串聯的兩個或更多個晶體管； 其中所述控制單元配置為通過控制第一電壓軌開關、第二電壓軌開關和連接到第一錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在輸出節點和附加輸出節點之間則在連接到第一錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變輸出節點處的電壓；以及 其中所述控制單元配置為通過控制附加第一電壓軌開關、附加第二電壓軌開關和連接到第二錨節點的雙向開關以便如果負載電容連接在輸出節點和所述附加輸出節點之間則在連接到第二錨節點的電感器和負載電容之間建立諧振電路，來改變附加輸出節點處的電壓。
11.根據權利要求9或10所述的電路，其中: 所述電路包括共享電感器，其中所述共享電感器用作與第一錨節點相連接的電感器和與第二錨節點相連接的電感器二者； 所述電路包括共享雙向開關，其中所述共享雙向開關用作與第一錨節點相連接的雙向開關和與第二錨節點相連接的雙向開關二者； 所述輸出節點用作第二錨節點；以及 所述附加輸出節點用作第一錨節點。
12.根據權利要求9或10所述的電路，其中所述電路包括: 分離的電感器，用作與第一錨節點相連接的電感器和與第二錨節點相連接的電感器； 分離的雙向開關，用作與第一錨節點相連接的雙向開關和與第二錨節點相連接的雙向開關; 第一和第二錨節點，與輸出節點和所述附加輸出節點相分尚。
13.一種用于處理帶電粒子的裝置，所述裝置包括: 電路，所述電路根據任一前述權利要求； 負載電容，與所述電路的輸出節點相連接，使得在使用中負載電容接收由所述電路產生的電壓波形。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中: 所述電路包括輸出節點和附加輸出節點； 所述裝置包括負載電容，其中所述負載電容包括: 至少一個第一電極，與電路的輸出節點相連接，使得在使用中所述至少一個第一電極接收由所述電路產生的電壓波形； 至少一個第二電極，與電路的附加輸出節點相連接，使得在使用中所述至少一個第二負載電容接收由所述電路產生的附加電壓波形。
15.一種控制根據權利要求1到12中任一權利要求所述的電路根據權利要求6、權利要求7或權利要求8所述的控制方法進行操作的方法。
16.一種具有計算機可執行指令的計算機可讀介質，所述計算機可執行指令配置為控制根據權利要求1到12中任一權利要求所述的電路根據權利要求6、權利要求7或權利要求8所述的控制方法進行操作。
【文檔編號】H02M1/088GK104184309SQ201410213807
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2013年5月23日
【發明者】斯蒂芬·道格拉斯·泰勒, 馬修·克里夫·吉爾, 丁力, 詹姆斯·愛德華·南特爾 申請人:株式會社島津制作所