▶ ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-12
(54)【発明の名称】電源
(51)【国際特許分類】
H02H 9/04 20060101AFI20240405BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20240405BHJP
H01C 7/108 20060101ALN20240405BHJP
【ＦＩ】
H02H9/04 A
H01J49/02 200
H01C7/108
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023565908
(86)(22)【出願日】2022-04-29
(85)【翻訳文提出日】2023-12-05
(86)【国際出願番号】 IB2022054010
(87)【国際公開番号】W WO2022229930
(87)【国際公開日】2022-11-03
(31)【優先権主張番号】63/182,552
(32)【優先日】2021-04-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510075457
【氏名又は名称】ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】ディマ， マーシャン ディー．
(72)【発明者】
【氏名】リース， グラハム アーサー
【テーマコード（参考）】
5E034
5G013
【Ｆターム（参考）】
5E034CC01
5G013AA02
5G013BA02
5G013CA06
5G013DA12
(57)【要約】
いくつかの開示された例示的な実施形態では、質量分析計のイオン検出器またはイオン光学系などの装置は、２つの端子を有し、かつ２つの端子の間に第１の値の電圧を提供するように構成される、電源と、電源の２つの端子の間に接続された電圧レギュレータとを含む。電圧レギュレータは、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）などのバリスタと、バリスタと直列に接続される、抵抗デバイスなどの電流制限回路とを含む。電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するようにバリスタをバイアスするように構成される。装置は、荷電粒子の飛行に影響を及ぼすように構成される電極などの電極をさらに含むことができ、電極の少なくとも１つは、バリスタの一端に接続され、電極の少なくとも他の１つは、バリスタの他端に接続される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、２つの端子を有し、かつ前記２つの端子の間に第１の値の電圧を提供するように構成される、電源と、
前記電源の前記２つの端子の間に接続された電圧レギュレータと
を備え、
前記電圧レギュレータは、
第１および第２の端子を有する第１のバリスタと、
前記バリスタと直列に接続された電流制限回路と
を備え、
前記電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するように前記バリスタをバイアスするように構成される、装置。
【請求項2】
前記第１のバリスタおよび前記電流制限回路と直列結合部を形成する１つ以上の第２のバリスタをさらに備え、前記電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するように、前記第１のバリスタおよび前記１つ以上の第２のバリスタの両方をバイアスするように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記電流制限回路は、抵抗デバイスを備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項4】
前記第１のバリスタは、公称バリスタ電圧を有し、および前記バリスタが前記公称バリスタ電圧でバイアスされると、指定されたＤＣ試験電流レベルで動作するように構成され、前記電流制限回路は、前記指定されたＤＣ試験電流レベル以下の電流レベルで動作するように前記バリスタをバイアスするように構成される、請求項１～３のいずれかに記載の装置。
【請求項5】
前記電流制限回路は、前記指定されたＤＣ試験電流レベルの約５０％以下の電流レベルで動作するように前記バリスタをバイアスするように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記電流制限回路は、前記指定されたＤＣ試験電流レベルの約１０％以下の電流レベルで動作するように前記バリスタをバイアスするように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記バリスタは、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）を含む、請求項１～６のいずれかに記載の装置。
【請求項8】
前記電圧レギュレータは、平面半導体デバイスを含まない、請求項１～７のいずれかに記載の装置。
【請求項9】
前記第１のバリスタは、所定の条件の組の下で定格電力散逸を有し、前記電圧レギュレータは、前記所定の条件の組の下で動作するとき、定格エネルギー散逸の約１０％以下の前記第１のバリスタによるエネルギー散逸で動作するように構成される、請求項１～８のいずれかに記載の装置。
【請求項10】
前記第１のバリスタは、１．５×１０－２Ｐａ以下の空気圧で動作するとき、前記定格エネルギー散逸の約１０％以下の前記第１のバリスタによる電力散逸で動作するように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
複数の電極を有し、かつ前記電極で受け取られた電力によって通電されるように構成される、電気デバイスをさらに備え、前記複数の電極の第１の電極は、前記第１のバリスタの前記第１の端子に接続され、前記複数の電極の第２の電極は、前記第１のバリスタの前記第２の端子に接続される、請求項１～１０のいずれかに記載の装置。
【請求項12】
複数の電極を有し、かつ前記電極で受け取られた電力によって通電されるように構成される、電気デバイスをさらに備え、前記第１のバリスタおよび前記１つ以上の第２のバリスタは、第１の端部および第２の端部を有する直列結合部で互いに接続され、
前記電気デバイスの前記複数の電極の第１の電極は、前記第１のバリスタと前記１つ以上の第２のバリスタとの直列結合部の前記第１の端部に接続され、
前記複数の電極の第２の電極は、前記第１のバリスタと前記１つ以上の第２のバリスタとの直列結合部の前記第２の端部に接続される、請求項２に記載の装置。
【請求項13】
質量分析計用のデバイスであって、前記デバイスは、複数の電極であって、前記複数の電極の各々は、通電されたときに荷電粒子の飛行に影響を及ぼすように構成される、複数の電極と、
前記複数の電極に通電するように構成された電力源と
を備え、
前記電力源は、
２つの端子を有し、かつ前記２つの端子の間に第１の値の電圧を提供するように構成される、電源と、
前記電源の前記２つの端子の間に接続された電圧レギュレータと
を備え、
前記電圧レギュレータは、
第１および第２の端子を有する第１のＭＯＶデバイスと、
前記バリスタデバイスと直列に接続された電流制限回路と
を備え、
前記電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するように前記ＭＯＶデバイスをバイアスするように構成され、
前記複数の電極の１つは、前記第１のＭＯＶデバイスの前記第１の端子に接続され、前記複数の電極の他の１つは、前記第１のＭＯＶデバイスの前記第２の端子に接続される、デバイス。
【請求項14】
前記電流制限回路は、抵抗デバイスを備える、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項15】
前記電流制限回路は、１つ以上のマイクロチャネルプレートを備える、請求項１３または１４に記載のデバイス。
【請求項16】
前記電流制限回路は、１つ以上のマイクロチャネルプレートと、１つ以上の抵抗デバイスとを備え、前記１つ以上の抵抗デバイスの各々は、前記１つ以上のマイクロチャネルプレートのそれぞれの１つに並列に接続される、請求項１３～１５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項17】
前記電流制限回路は、１つ以上のマイクロチャネルプレートと、１つ以上のコンデンサとを備え、前記１つ以上のコンデンサの各々は、前記１つ以上のマイクロチャネルプレートのそれぞれの１つに並列に接続される、請求項１３～１６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項18】
前記第１のＭＯＶデバイスは、１つ以上のＭＯＶを備え、前記１つ以上のＭＯＶの各々は、公称バリスタ電圧を有し、かつ前記ＭＯＶが前記公称バリスタ電圧でバイアスされたときに指定されたＤＣ試験電流レベルで動作するように構成され、前記電流制限回路は、前記１つ以上のＭＯＶの各々について前記指定されたＤＣ試験電流レベル以下の電流レベルで動作するように前記１つ以上のＭＯＶをバイアスするように構成される、請求項１３～１７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項19】
前記第１のＭＯＶデバイスは、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続された直列結合部で接続された２つ以上のＭＯＶを備える、請求項１３～１８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項20】
前記複数の電極の少なくともサブセットは、約１Ｐａ以下の圧力の環境で動作するように構成される、請求項１３～１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項21】
前記第１のＭＯＶは、約１Ｐａ以下の圧力の環境で動作するように構成される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項22】
前記電圧レギュレータは、平面半導体デバイスを含まない、請求項１３～２１のいずれかに記載のデバイス。
【請求項23】
電気デバイスに電力を供給する方法であって、前記方法は、２つの端子の間に第１の電圧を供給することと、
直列結合部を形成するために、接合部において抵抗デバイスとＭＯＶデバイスとを接続することと、
前記２つの端子の間に前記直列結合部を接続することと、
前記電気デバイスの電極を前記接合部に接続することと、
前記ＭＯＶデバイスを連続降伏モードで動作させることと
を含む、方法。
【請求項24】
前記第１のＭＯＶデバイスは、１つ以上のＭＯＶを備え、前記１つ以上のＭＯＶの各々は、公称バリスタ電圧を有し、かつ前記ＭＯＶが前記公称バリスタ電圧でバイアスされたときに指定されたＤＣ試験電流レベルで動作するように構成され、前記ＭＯＶデバイスを連続降伏モードで動作させることは、前記１つ以上のＭＯＶを前記抵抗デバイスと直列に接続することと、
前記１つ以上のＭＯＶの各々について前記指定されたＤＣ試験電流レベル以下の電流レベルで動作するように前記１つ以上のＭＯＶをバイアスすることと
を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記ＭＯＶを動作させることは、前記ＭＯＶデバイスを１ｋＰａ以下の圧力の環境において連続降伏モードで動作させることを含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、ＰＣＴ国際特許出願として２０２２年４月２９日に出願されており、２０２１年４月３０日に出願された米国仮出願第６３／１８２，５５２号の利益および優先権を主張し、この出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、ＰＣＴ国際特許出願として２０２２年４月２９日に出願されており、２０２１年４月３０日に出願された米国仮出願第６３／１８２，５５２号の利益および優先権を主張し、この出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
背景
ロバストな調整電源は、多くの用途において重要である。例えば、質量分析計の特定の種類のイオン検出器またはイオン光学系などの特定の機器では、電極などの様々な構成要素で高電圧放電が発生し、荷電粒子の飛行に影響を及ぼす。このような放電は、電源に電流または電圧サージの形でかなりのストレスを与える。電源構成要素は、このようなストレスに耐えることができる必要がある。
ロバストな調整電源は、多くの用途において重要である。例えば、質量分析計の特定の種類のイオン検出器またはイオン光学系などの特定の機器では、電極などの様々な構成要素で高電圧放電が発生し、荷電粒子の飛行に影響を及ぼす。このような放電は、電源に電流または電圧サージの形でかなりのストレスを与える。電源構成要素は、このようなストレスに耐えることができる必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
概要
いくつかの実施形態では、電源は、２つの端子を有し、かつ２つの端子の間に第１の値の電圧を提供するように構成される、電源部と、電源の２つの端子の間に接続された電圧レギュレータとを含む。電圧レギュレータは、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）などのバリスタと、バリスタと直列に接続される、抵抗デバイスなどの電流制限回路とを含む。電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するようにバリスタをバイアスするように構成される。
いくつかの実施形態では、電源は、２つの端子を有し、かつ２つの端子の間に第１の値の電圧を提供するように構成される、電源部と、電源の２つの端子の間に接続された電圧レギュレータとを含む。電圧レギュレータは、金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）などのバリスタと、バリスタと直列に接続される、抵抗デバイスなどの電流制限回路とを含む。電流制限回路は、降伏モードで連続的に動作するようにバリスタをバイアスするように構成される。
【0004】
いくつかの実施形態では、装置は、電源および負荷を含む。電源は、上述した電源を含む。負荷は、荷電粒子の飛行に影響を及ぼすように構成される電極などの電極を含む。電極の少なくとも１つが、バリスタの一端に接続され、電極の少なくとも他の１つが、バリスタの他端に接続される。
【0005】
いくつかの実施形態では、質量分析計用のイオン検出器またはイオン光学系は、電源と、荷電粒子の飛行に影響を及ぼすように構成された電極とを含む。電源は、上述した電源を含む。電極の少なくとも１つが、バリスタの一端に接続され、電極の少なくとも他の１つが、バリスタの他端に接続される。
【0006】
いくつかの実施形態では、電気デバイスに電力を供給するための方法であって、方法は、２つの端子の間にＤＣ電圧などの第１の電圧を供給することと、直列結合部を形成するために、抵抗デバイスなどの電流制限回路とＭＯＶデバイスとを接合部で接続することと、２つの端子の間に直列結合部を接続することと、電気デバイスの電極を接合部に接続することと、ＭＯＶデバイスを連続降伏モードで動作させることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
詳細な説明
本開示は、電源およびそのような電源を含む電気デバイスに関する。ロバストな調整電源は、多くの用途において重要である。例えば、質量分析計の特定の種類のイオン検出器および／またはイオン光学系などの特定の機器では、高い差動電圧（例えば、１００～２００ボルト）が様々な電極に印加され、真空条件（例えば、１０－８～１ｋＰａ、場合によってはそれより低い空気圧）で荷電粒子（例えば、電子およびイオン）の飛行（例えば、速度および／または方向）に影響を及ぼす。そのようなシステムでは、検出器の電極などの様々な構成要素で高電圧放電が発生する可能性がある。このような放電は、電源に電流または電圧サージの形でかなりのストレスを与える。そのようなイオン検出器のためのいくつかの従来の電源では、単一Ｐ－Ｎ接合デバイス（例えば、ツェナーダイオード）、集積回路、およびトランジスタなどの半導体デバイスを含むフローティングシャントレギュレータによって電圧調整が提供される。放電によって引き起こされる過電圧および／または過電流状態は、そのような半導体デバイスを容易に損傷させ、調整機能に故障を起こす可能性がある。場合によっては、調整された電圧は、この故障によってゼロに低下するか、不正確になるか、またはノイズが多くなる。これは、イオンの軌道に影響を及ぼし、性能の損失（例えば、感度、解像度）またはスペクトルピークアーチファクトの出現をもたらす。本開示に開示される特定の実施形態は、そのようなストレスに耐えることができる電源および構成要素を提供する。
本開示は、電源およびそのような電源を含む電気デバイスに関する。ロバストな調整電源は、多くの用途において重要である。例えば、質量分析計の特定の種類のイオン検出器および／またはイオン光学系などの特定の機器では、高い差動電圧（例えば、１００～２００ボルト）が様々な電極に印加され、真空条件（例えば、１０－８～１ｋＰａ、場合によってはそれより低い空気圧）で荷電粒子（例えば、電子およびイオン）の飛行（例えば、速度および／または方向）に影響を及ぼす。そのようなシステムでは、検出器の電極などの様々な構成要素で高電圧放電が発生する可能性がある。このような放電は、電源に電流または電圧サージの形でかなりのストレスを与える。そのようなイオン検出器のためのいくつかの従来の電源では、単一Ｐ－Ｎ接合デバイス（例えば、ツェナーダイオード）、集積回路、およびトランジスタなどの半導体デバイスを含むフローティングシャントレギュレータによって電圧調整が提供される。放電によって引き起こされる過電圧および／または過電流状態は、そのような半導体デバイスを容易に損傷させ、調整機能に故障を起こす可能性がある。場合によっては、調整された電圧は、この故障によってゼロに低下するか、不正確になるか、またはノイズが多くなる。これは、イオンの軌道に影響を及ぼし、性能の損失（例えば、感度、解像度）またはスペクトルピークアーチファクトの出現をもたらす。本開示に開示される特定の実施形態は、そのようなストレスに耐えることができる電源および構成要素を提供する。
【0013】
いくつかの実施形態では、バリスタは、その特定の例として金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）が挙げられるが、従来の平面または単結晶半導体電圧レギュレータの代わりに電圧レギュレータとして使用される。ＭＯＶは、通常、回路保護デバイスとしてのみ使用され、電圧調整要素としては使用されない。しかしながら、特定の用途では、ＭＯＶが適切な電圧レギュレータであることが発見されている。例えば、特定の低電流（＜＜１ｍＡ）用途では、ＭＯＶは、少なくとも許容レベルの性能（例えば、精度）および平面半導体レギュレータと比較して向上したロバスト性で、長期劣化なしに使用することができる。
【0014】
例示的な実施形態では、図１の回路図に示すように、イオン検出器またはイオン光学系（例えば、集束レンズアセンブリ）などの電気デバイス１００は、電源部１１０および負荷モジュール１６０を含む。電源１１０は、いくつかの実施形態では高電圧端子１１４と低電圧端子１１６との間にＤＣ電圧を出力する電源１１２を含み、低電圧端子１１６はこの例では接地されているが、別の固定電位またはフローティングにすることができる。ＤＣ電圧は、電源１１２が設計される特定の用途に適した任意の電圧とすることができる。例えば、特定のイオン検出器では、電源１１２の出力電圧Ｖ１は名目上２０００～４０００ボルトであり得る。いくつかの実施形態では、電源１１２は、単一出力高電圧ＤＣ－ＤＣコンバータなどの調整電源、または非調整電源である。
【0015】
この例における電源モジュール１１０は、レギュレータとしての１つ以上（この場合、３つ）のＭＯＶ１２２、１２４、１２６と、電流制限回路としての抵抗器１４２とをさらに含む。第１、第２、および第３のＭＯＶ ＲＶ１ １２２、ＲＶ２ １２４、ＲＶ３１２６および抵抗器Ｒ１ １４２は、電源１１２の第１の端子１１４と第２の端子１１６との間に直列に接続され、４つの出力、すなわち、第１の端子１１４における第１の出力１３２、ＭＯＶ１２２、１２４間の接合部における第２の出力１３４、ＭＯＶ１２４、１２６間の接合部における第３の出力１３６、およびＭＯＶ１２６と抵抗器１４２との間の第４の出力１３８を提供する。
【0016】
図１に示す例の負荷モジュール１６０は、各々が電源モジュール１１０のそれぞれの出力に接続された４つの電極、すなわち、第１の出力１３２に接続された第１の電極１６２と、第２の出力１３４に接続された第２の電極１６４と、第３の出力１３６に接続された第３の電極１６６と、第４の出力１３８に接続された第４の電極１６８とを含む。したがって、第１の電極１６２と第２の電極１６４との間の差動電圧（電位差）ΔＶ１は、第１のＭＯＶ１２２の両端間電圧であり、第２の電極１６４と第３の電極１６６との間の差動電圧ΔＶ２は、第２のＭＯＶ１２４の両端間電圧であり、そして、第３の電極１６６と第４の電極１６８との間の差動電圧ΔＶ３は、第３のＭＯＶ１２６の両端間電圧である。
【0017】
この例では、この例における差動電圧ΔＶ１、ΔＶ２、およびΔＶ３は、任意のツェナーダイオードなどの任意の単一Ｐ－Ｎ接合デバイスを含む平面半導体デバイスなしで調整されることに留意されたい。
【0018】
電流制限回路、この場合は抵抗器Ｒ１ １４２は、以下でより詳細に説明するように、ＭＯＶ１２２、１２４、１２６を通る電流を、ＭＯＶ１２２、１２４、１２６の劣化を防止するレベルに設定するように選択することができる抵抗値を有する。
【0019】
ＭＯＶ１２２、１２４、１２６の動作条件は、いくつかの実施形態では、図２Ａおよび図２Ｂに関連して以下で説明するように設定され、図２Ｂは、図２Ａの一部（「２Ｂ」とラベル付けされた部分）をより詳細に示す。図２Ａは、ＭＯＶの典型的な電流－電圧（Ｉ－Ｖ）曲線２００（すなわち、電流ＩＸ対電圧ＶＸのプロット）を示し、電圧は、ＭＯＶの両端間においてＭＯＶを通る電流で測定される。曲線２００は、原点、すなわち電圧および電流の両方がゼロである点に関して実質的に対称である。曲線２００の正電圧の半分を参照すると、電圧がゼロから増加するにつれて、電流は、Ｉ－Ｖ曲線２００の「リーク領域」と呼ばれることもある第１の部分２０２においてゆっくりと増加する。したがって、リーク領域におけるＭＯＶの抵抗は非常に高い。電圧が急激な遷移を超えてさらに増加すると、電流は、Ｉ－Ｖ曲線２００の「降伏領域」と呼ばれることもある第２の部分２０４の狭い電圧範囲内で急速に増加する。したがって、ＭＯＶを降伏領域内に駆動することによって電圧調整を達成することができる。例えば、図２Ａのグラフにおいて、電圧方向の大きなマス目（ｍａｊｏｒ ｄｉｖｉｓｉｏｎ）がそれぞれ５０Ｖである場合、降伏領域２０４の電圧は約２００Ｖであり、ＭＯＶを使用して約２００Ｖの差動電圧を調整することができる。図２Ａに示すように、ＭＯＶのＩ－Ｖ曲線２００およびＭＯＶが接続されている回路の負荷線２１０は、ＭＯＶの動作点２２０で交差する。
【0020】
図２Ｂに示すように、ＭＯＶのＩ－Ｖ曲線２００は、ある特定の電流－電圧対によって特徴付けることができる。例えば、リーク領域２０２において、ＭＯＶに印加され得る最大連続ＤＣ電圧である「定格ＤＣ電圧ＶＭ（ＤＣ）は、ＭＯＶの製造業者によって指定することができ、そして、定格ＤＣ電圧で測定されたバリスタ電流である、対応する「ＤＣ待機電流」ＩＤを指定することができる。指定されたデューティサイクルおよび波形に印加され得る最大反復ピーク電圧である「定格反復ピーク電圧」を指定することができ、そして、対応する電流ＩＰＭを指定することができる。特定の持続時間の指定されたパルスＤＣ電流ＩＮ（ＤＣ）で測定されたバリスタの両端間電圧である「公称バリスタ電圧」ＶＮ（ＤＣ）を指定することができ、そして、ＩＮ（ＤＣ）を指定することができる。指定されたピークＶＣパルス電流ＩＰおよび指定された波形の条件下で測定されたバリスタの両端間のピーク電圧である「クランプ電圧」ＶＣ、ならびにＩＰを指定することができる。
【0021】
いくつかの実施形態では、電流制限回路１４２は、各ＭＯＶ１２２、１２４、１２６の動作点２２０が降伏領域２０４内にあり、電圧が特定の用途に許容可能なレベルで、かつＭＯＶ１２２、１２４、１２６の著しい劣化を引き起こさないような十分に低い電流であるように調整されるように、負荷線２１０を設定するように選択することができる。いくつかの実施形態では、例えば、抵抗器１４２の抵抗値は、バリスタ１２２、１２４、１２６を通る電流が公称バリスタ電圧ＶＮ（ＤＣ）に対応するＩＮ（ＤＣ）程度であるように設定するように選択される。他の実施形態では、電流は、ＩＮ（ＤＣ）よりも低く、例えばＩＮ（ＤＣ）の５０％、２５％、１０％以下に設定することができる。例えば、ＩＮ（ＤＣ）が１．０ｍＡであるいくつかの実施形態では、バリスタは、６０～１００μＡの電流で動作するように設定することができる。動作電流が低いほど、ＭＯＶによる電力散逸が低くなる。ＭＯＶを低電流レベル（例えば、ＩＮ（ＤＣ）の１０％）で動作させることは、ＭＯＶが許容するように設計されたレベルを超えるレベルでは電極放電によって引き起こされる電流サージが電力散逸をもたらす可能性が低いため、真空中で電極に高電圧を印加するような特定の用途において有利である。いくつかの実施形態では、ＭＯＶは、定格連続電力散逸レベル、例えばＩＮ（ＤＣ）とＶＮ（ＤＣ）との積を有することができる。例えば、ＩＮ（ＤＣ）の１０％でＭＯＶを動作させると、定格電力散逸レベルの１０％で電力散逸が生じる。
【0022】
電源１１２がＤＣ電源である図１の例などのいくつかの実施形態では、ＭＯＶ１２２、１２４、１２６は、ＤＣモード、または降伏領域２０４で連続的に動作するようにバイアスされる。いくつかの実施形態では、図１のＭＯＶ１２２、１２４、１２６などのＭＯＶは、真空中、例えば１Ｐａ以下、または１０－７～１０－３Ｐａ以下などの１ｋＰａ以下の空気圧を有する環境に配置される。いくつかの実施形態では、ＭＯＶは、同じ真空チャンバ（または別の種類の制御された雰囲気の空間）内に配置される。上述した低い動作電流は、ＭＯＶ内で散逸されるエネルギー（すなわち、熱）が、ＭＯＶに損傷を引き起こす程度まで蓄積しないことを確実にするのに役立つ。
【0023】
別の実施形態では、図３の回路図に示すように、イオン検出器３００は、電源部３１０と、電源モジュール３１０によって電力供給され、検出機能を実行する検出器モジュール３６０とを含む。電源モジュール３１０は、正端子３１４と、この例ではフローティングである負端子３１６との間に高ＤＣ電圧を出力する電源１１２を含む。ＤＣ電圧は、電源３１２が設計される特定の用途に適した任意の電圧とすることができる。例えば、特定のイオン検出器では、電源３１２の出力電圧Ｖ１は名目上２５００ボルトであり得る。電源３１２は、いくつかの実施形態では、フローティング高電圧ＤＣ－ＤＣコンバータなどの調整電源である。
【0024】
この例の電源部３１０は、レギュレータとしてのＭＯＶ３２２－１、３２２－２、３２４、３２６と、電流制限回路としての抵抗器３４２、３４４とをさらに含む。第１および第２のＭＯＶ ＲＶ１ ３２２－１、ＲＶ２ ３２２－２、抵抗器Ｒ１ ３４２、および第３のＭＯＶ ＲＶ３は、電源３１２の第１の端子３１４と第２の端子３１６との間に直列に接続される。第４のＭＯＶ ＲＶ４ ３２６および第２の抵抗器Ｒ２ ３４４は、第１の抵抗器Ｒ１ ３４２の両端間で直列に接続される。この例における電源モジュール３１０は、６つの出力、すなわち、第１の端子３１４における第１の出力３３２、第４のＭＯＶ３２６と第２の抵抗器３４４との間の接合部における第２の出力３３４、第２のＭＯＶ３２２－２と第１の抵抗器３４２との間の接合部における第３の出力３５２、第１の抵抗器３４２と第３のＭＯＶ３２４との間の第４の出力３５４、第２の端子３１６における第５の出力３３６、および第４の出力３５４に接続された第６の出力３３８を提供する。電源モジュール３１０は、第６の出力３３８と、この例では接地している第３の端子３１８との間に電圧Ｖ２を出力する第２の電源３４６をさらに含む。この例における第２の電源３４６は、高電圧ＤＣ－ＤＣコンバータであるが、必要な電圧を提供することができる任意のデバイスとすることができる。いくつかの実施形態では、Ｖ２は接地に対して正であり、他の実施形態では、Ｖ２は接地に対して負である。
【0025】
図３に示す例の検出器モジュール３６０は、各々が電源モジュール３１０のそれぞれの出力に接続された６つの電極、すなわち、第１の出力３３２に接続された１つ以上のアノード電極３６２、第２の出力３３４に接続された第１の電極３６４、第５の出力３３６に接続された第２の電極３６６、第６の出力３３８に接続された第３の電極３６８、第３の出力３５２に接続された第４の電極３７２、および第４の出力３５４に接続された第５の電極３７４を含む。この例の検出器モジュール３６０は、第４の電極３７２と第５の電極３７４との間に接続された一組の１つ以上のマイクロチャネルプレート３７０をさらに含む。したがって、１つ以上のアノード電極は、第１の端子３１４の電位において、または接地より上のＶ１＋Ｖ２－ΔＶ３においてバイアスされ、第４の電極３７２は、第１の端子３１４の電位よりも低い、公称バリスタ電圧（ΔＶ１）の２倍程度の電位にバイアスされ、第１の電極３６４は、第４の電極３７２の下の公称バリスタ電圧（ΔＶ２）程度でバイアスされ、第５の電極３７４および第３の電極３６８は、接地よりも上のＶ２にバイアスされ、そして、第２の電極３６６および第２の端子３１６は、Ｖ２より低い公称バリスタ電圧（ΔＶ３）程度でバイアスされる。
【0026】
この例では、図１に示す例と同様に、この例における差動電圧ΔＶ１、ΔＶ２、およびΔＶ３は、任意のツェナーダイオードなどの任意の単一Ｐ－Ｎ接合デバイスを含む平面半導体デバイスなしで調整されることに留意されたい。
【0027】
図４に概説されるように、いくつかの実施形態では、電気デバイスに電力を供給する方法４００は、２つの端子の間に第１の電圧を供給すること４１０と、直列結合部を形成するために、接合部において抵抗デバイスとＭＯＶデバイスとを接続すること４２０と、２つの端子の間の直列結合部を接続すること４３０と、電気デバイスの電極を接合部に接続すること４４０と、ＭＯＶデバイスを連続降伏モードで動作させること４５０とを含む。
【0028】
上記で開示された例のように、シャントレギュレータネットワーク内の調整要素としてＭＯＶを使用することにより、そのような電源を含む電源および機器は、高電圧放電に対してはるかにロバストになる。ＭＯＶは、回路保護デバイスとして設計され、ツェナーダイオード、集積回路、およびトランジスタなどの半導体ベースのデバイスよりも損傷することなく、はるかに大きい過ストレスエネルギーを吸収する。本発明者らは、電源モジュールにＭＯＶベースのレギュレータを使用する飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析計などの特定の研究機器では、ツェナーダイオードおよび／またはトランジスタレギュレータを使用する機器と比較して、レギュレータ回路の故障の大幅な低減が達成されたことを見出した。加えて、ＭＯＶレギュレータ回路は、ツェナーダイオード、トランジスタ、または集積回路に基づくレギュレータよりもコンパクトである。例えば、ＭＯＶベースのレギュレータ回路は、ツェナーレギュレータネットワークにおける直列抵抗器および並列キャパシタの必要性を排除する。従来のレギュレータ回路をＭＯＶレギュレータ回路と同程度にロバストにしようとすると、さらに大きな構成要素および追加の保護構成要素が必要になる。一例では、ＭＯＶレギュレータ回路のコンパクトさにより、２つの回路基板を単一の回路基板に統合することが可能になり、大幅なコスト削減がもたらされた。
【0029】
本開示は、添付の図面を参照して本技術のいくつかの例を説明したが、可能な例のいくつかのみが示された。しかしながら、他の態様は、多くの異なる形態で具現化されることができ、本明細書に記載の例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの例は、本開示が徹底的かつ完全であり、可能な例の範囲を当業者に完全に伝えるように提供された。
【0030】
本明細書では具体例が記載されたが、本技術の範囲は、これらの具体例に限定されない。当業者は、本技術の範囲内にある他の例または改良を認識するであろう。したがって、特定の構造、動作、または媒体は、例示的な例としてのみ開示されている。本技術による例はまた、本明細書で特に明記しない限り、一般的に開示されているが組み合わせて明示的に例示されていない要素または構成要素を組み合わせてもよい。本技術の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される。
【0031】
以下が特許請求される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】