CN110112951A - 一种脉冲高压电击装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲高压电击装置包括电源模块、PWM驱动模块、PWM控制模块、第一升压模块及第二升压模块。PWM驱动模块根据电源模块提供的第二工作电压产生驱动信号。PWM控制模块根据电源模块提供的第三工作电压工作并根据驱动信号产生脉冲控制信号。第一升压模块根据脉冲控制信号将电源模块提供的第一工作电压升压并分别输出第一升压电压、第二升压电压及第三升压电压。在所述第一升压电压大于预定电压时，第二升压模块将第一升压电压再次升压分别输出第一中间电压和第二中间电压。第一中间电压与第三升压电压叠加后提供给第一放电端，第二中间电压与第二升压电压叠加后提供给第二放电端，以在第一放电端和第二放电端之间产生高压脉冲。

Description

一种脉冲高压电击装置

技术领域

本发明涉及一种脉冲高压电击装置。

背景技术

现有技术中，电击器可用来制作***或电击棍，作为公安警务人员防身、自卫、抓捕犯人的器具。大部分电击器都是自激式开关电源，通过变压器升压方式工作。由于变压器的尺寸与其输出电压大小呈正比。在以一个变压器为主的电击器中，为了实现高压输出，变压器的尺寸就会较大，不便于携带。另外，电击器的功率单一，无法根据不同的需求调整放电脉冲的强度。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可调整强度的脉冲高压电击装置。

一种脉冲高压电击装置，包括：

电源模块，用于提供第一工作电压、第二工作电压以及第三工作电压；

PWM驱动模块，用于根据所述第二工作电压上电工作并产生驱动信号；

PWM控制模块，用于根据所述第三工作电压上电工作并根据所述驱动信号产生脉冲控制信号；

第一升压模块，用于接收所述第一工作电压，并根据所述脉冲控制信号将所述第一工作电压分别以第一匝数比、第二匝数比以及第三匝数比升压后输出第一升压电压、第二升压电压及第三升压电压；

第二升压模块，具有第一放电端和第二放电端；在所述第一升压电压大于预定电压时，所述第二升压模块将所述第一升压电压以第四匝数比升压得到第一中间电压，并将所述第一中间电压与所述第三升压电压叠加后提供给所述第一放电端，同时以第五匝数比升压得到第二中间电压，并将所述第二中间电压与所述第二升压电压叠加后提供给所述第二放电端，以在所述第一放电端和所述第二放电端之间产生高压脉冲。

上述脉冲高压电击装置，通过第二升压模块进行二次升压，以提高打火电压，并通过调整脉冲控制信号的占空比，实现不同强度的打火功能。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式之脉冲高压电击装置的模块示意图。

图2为图1中所述脉冲高压电击装置的部分电路图。

主要元件符号说明

脉冲高压电击装置 1

电源模块 10

PWM驱动模块 20

PWM控制模块 30

第一升压模块 40

第二升压模块 50

第一变压器 T1

第一初级线圈 N1

第一次级线圈 N2

第二次级线圈 N3

第三次级线圈 N4

开关晶体管 Q1

贴片电容 TC

第一滤波电容 C1

第二滤波电容 C2

第三滤波电容 C3

第四滤波电容 C4

第五滤波电容 C5

第六滤波电容 C6

第一电阻 R1

第二电阻 R2

第三电阻 R3

第四电阻 R4

第一隔离二极管 D1

第一整流二极管 D2

第二隔离二极管 D3

第三隔离二极管 D4

第二整流二极管 D5

第三整流二极管 D6

第四隔离二极管 D7

放电管 U1

第二变压器 T2

第二初级线圈 N5

第四次级线圈 N6

第五次级线圈 N7

第一放电端 P1

第二放电端 P2

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间没接间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况立即上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

下面结合附图对本发明脉冲高压电击装置的具体实施方式进行说明。

请一并参阅图1，其为本发明一种实施方式的脉冲高压电击装置1的模块示意图。所述脉冲高压电击装置1用于产生可调整强度的高压脉冲，以实现电击或点火功能。所述脉冲高压电击装置1可应用于多种装置中，例如***或电击棍等，但并不限于此。

所述脉冲高压电击装置1包括电源模块10、PWM驱动模块20、PWM控制模块30、第一升压模块40以及第二升压模块50。

所述电源模块10用于提供处于预定电压范围内的工作电压。在本实施方式中，所述电源模块10提供第一工作电压给第一升压模块40，提供第二工作电压给所述PWM驱动模块20，并提供第三工作电压给PWM控制模块30。在本实施方式中，所述第一工作电压、第二工作电压以及第三工作电压可以相同也可以不同。所述电源模块10可以由至少一个蓄电池、干电池、锂电池等组成，也可以为多个，但并不局限于此。所述电源模块10为两个串联连接的锂电池。在本实施方式中，所述预定电压范围为7V-8.4V。在其他实施方式中，所述预定电压范围可根据用户的需求进行调整，例如6V-10V，或者7.2V-8.4V，但不局限于此。

所述PWM驱动模块20与所述电源模块10和所述PWM控制模块30电性连接。所述PWM驱动模块20根据第二工作电压上电工作并产生驱动信号，以驱动所述PWM控制模块30工作。在本实施方式中，所述PWM驱动模块20为微处理器。

所述PWM控制模块30与所述电源模块10、所述PWM驱动模块20以及所述第一升压模块40电性连接。所述PWM控制模块30接收所述电源模块10提供的第三工作电压上电工作，并根据所述PWM驱动模块20提供的所述驱动信号产生脉冲控制信号。在本实施方式中，所述脉冲控制信号为由第一电平和第二电平构成的周期***替的脉冲信号，且所述第一电平的脉冲宽度是由所述驱动信号控制的。所述第一电平高于所述第二电平。所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。所述高电平可以为3.3V，所述低电平可以为0V。

所述第一升压模块40与所述电源模块10、所述PWM控制模块30以及所述第二升压模块50电性连接。所述第一升压模块40根据所述PWM控制模块30提供的所述脉冲控制信号将所述电源模块10提供的第一工作电压分别以第一匝数比、第二匝数比及第三匝数比进行升压后输出第一升压电压、第二升压电压以及第三升压电压给所述第二升压模块50。在本实施方式中，所述第一匝数比、所述第二匝数比及所述第三匝数比可相同，也可不同。

请一并参阅图2，所述第一升压模块40包括开关晶体管Q1、第一变压器T1、贴片电容TC、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第一隔离二极管D1、第一整流二极管D2、第二隔离二极管D3、第三隔离二极管D4、第二整流二极管D5、第三整流二极管D6、第四隔离二极管D7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。

所述第一变压器T1包括第一初级线圈N1、第一次级线圈N2、第二次级线圈N3以及第三次级线圈N4。所述第一初级线圈N1的第一端接收所述第一工作电压，所述第一初级线圈N1的第二端与所述开关晶体管Q1的漏极电性连接。所述第一次级线圈N2的第一端与所述第一整流二极管D2的阳极电性连接，所述第一次级线圈N2的第二端与所述第二隔离二极管D3的阴极电性连接。所述第一整流二极管D2的阴极与所述第二升压模块50电性连接。其中，所述第一整流二极管D2用于对所述第一升压电压进行整流。所述第二隔离二极管D3的阳极接地。所述第二次级线圈N3的第一端与所述第三隔离二极管D4的阳极电性连接，所述第二次级线圈N3的第二端与所述第二整流二极管D5的阴极电性连接。所述第三隔离二极管D4的阴极接地。其中，所述第二隔离二极管D3和所述第三隔离二极管D4用于隔离所述第一次级线圈N2与所述第二次级线圈N3，以避免二者之间产生串扰。所述第二整流二极管D5的阳极与所述第二升压模块50电性连接。其中，所述第二整流二极管D5用于对所述第二升压电压进行整流。所述第三次级线圈N4的第一端与所述第三整流二极管D6的阳极电性连接，所述第三次级线圈N4的第二端与所述第四隔离二极管D7的阴极电性连接。所述第三整流二极管D6的阴极与所述第二升压模块50电性连接。其中，所述第三整流二极管D6用于对所述第三升压电压进行整流。所述第四隔离二极管D7的阳极与所述第二升压模块50电性连接。其中，所述第四隔离二极管D7用于隔离所述第三次级线圈N4与所述第六滤波电容C6，避免二者之间产生干扰。所述开关晶体管Q1的栅极接收所述脉冲控制信号，所述开关晶体管Q1的源极接地。所述贴片电容TC的第一端与所述初级线圈N1的第一端电性连接，所述贴片电容TC的第二端接地。在本实施方式中，所述第一初级线圈N1的第二端与所述第一次级线圈N2的第一端、所述第二次级线圈N3的第一端以及所述第三次级线圈N4的第一端为同向端。所述第一初级线圈N1与所述第一次级线圈N2的匝数比为1：A，所述第一初级线圈N1与所述第二次级线圈N3的匝数比为1：B，所述第一初级线圈N1与所述第三次级线圈N4的匝数比为1：C。其中，A，B，C为正整数。其中，所述第一次级线圈N2、所述第二次级线圈N3以及所述第三次级线圈N4与所述第一初级线圈N1的匝数比可相同也可不同，并可根据需求调整。所述开关晶体管Q1为N型MOS管。

所述第一滤波电容C1的第一端与所述第一初级线圈N1的第一端电性连接，所述第一滤波电容C1的第二端接地。其中，所述第一滤波电容C1用于对所述第一工作电压进行滤波。所以第一电阻R1的第一端与所述第一初级线圈N1的第一端电性连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一隔离二极管D1的阴极电性连接。所述第一隔离二极管D1的阳极与所述第一初级线圈N1的第二端电性连接。所述第一隔离二级管D1用于隔离所述第一初级线圈N1的第一端与所述第一初级线圈N1的第二端。所述第二滤波电容C2的第一端与所述第一初级线圈N1的第一端电性连接，所述第二滤波电容C2的第二端与所述第一隔离二极管D1的阴极电性连接。所述第三滤波电容C3的第一端与所述第一初级线圈N1的第二端电性连接，所述第三滤波电容C3的第二端接地。

所述第二电阻R2的第一端与所述第二整流二极管D5的阳极电性连接，所述第二电阻R2的第二端接地。所述第三电阻R3的第一端与所述第三整流二极管D6的阴极电性连接，所述第三电阻R3的第二端接地。所述第四电阻R4的第一端与所述第四隔离二极管D7的阳极电性连接，所述第四电阻R4的第二端接地。

所述第四滤波电容C4的第一端与所述第二整流二极管D5的阳极电性连接，所述第四滤波电容C4的第二端与所述第二升压模块50电性连接。其中，所述第四滤波电容C4用于对所述第二升压电压进行滤波。所述第六滤波电容C6的第一端与所述第二升压模块50电性连接，所述第六滤波电容C6的第二端接地。所述第六滤波电容C6用于对所述第一升压电压进行滤波。所述第五滤波电容C5的第一端与所述第三整流二极管D6的阴极电性连接，所述第五滤波电容C5的第二端接地。其中，所述第五滤波电容C5用于对所述第三升压电压进行滤波。

在本实施方式中，所述贴片电容TC的第二端、所述开关晶体管Q1的源极及所述第三滤波电容C3的第二端的接地与所述第二电阻R2的第二端、所述第三电阻R3的第二端、所述第四电阻R4的第二端、所述第二隔离二极管D3的阳极、所述第三隔离二极管D4的阴极、第五滤波电容C5的第二端以及所述第六滤波电容C6的第二端的接地相互独立。

所述第二升压模块50与所述第一升压模块40电性连接。所述第二升压模块50具有第一放电端P1和第二放电端P2。在所述第一升压电压大于所述预定电压时，所述第二升压模块50将所述第一升压电压以第四匝数比升压得到第一中间电压并与所述第三升压电压叠加后提供给所述第一放电端P1，同时以第五匝数比升压得到第二中间电压并与所述第二升压电压叠加后提供给所述第二放电端P2，以使得所述第一放电端P1和所述第二放电端P2之间产生高压脉冲。其中，可通过调整所述脉冲控制信号的占空比调整所述高压电弧的强度。在所述高压脉冲的最大强度大于额定强度时，所述第二升压模块50实现电击操作；在所述高压脉冲的最大强度小于等于所述额定强度时，所述第二升压模块50实现点火功能。在本实施方式中，所述预定电压和所述额定强度可根据需求进行调整。在本实施方式中，所述第四匝数比及所述第五匝数比可相同，也可不同。

所述第二升压模块50包括放电管U1和第二变压器T2。所述第二变压器T2包括第二初级线圈N5、第四次级线圈N6以及第五次级线圈N7。所述第二初级线圈N5的第一端通过所述放电管U1与所述第一整流二极管的阴极电性连接，所述第二初级线圈N5的第二端接地。所述第四次级线圈N6的第一端与所述第一放电端P1电性连接，所述第四次级线圈N6的第二端与所述第三整流二极管D6的阴极电性连接。所述第五次级线圈N7的第一端与所述第二整流二极管D5的阳极电性连接，所述第五次级线圈N7的第二端与所述第二放电端P2电性连接。在本实施方式中，所述第二初级线圈N5的第一端与所述第四次级线圈N6的第二端和所述第五次级线圈N7的第二端为同向端。所述第二初级线圈N5与所述第四次级线圈N6的匝数比为1：D，所述第二初级线圈N5与所述第五次级线圈N7的匝数比为1：E。其中，D和E为正整数。其中，所述第四次级线圈N6以及所述第五次级线圈N7与所述第二初级线圈N5的匝数比可相同也可不同，并可根据需求调整。

具体地，所述脉冲高压电击装置1的工作原理如下：

所述PWM驱动模块20根据所述电源模块10提供的第二工作电压控制所述PWM控制模块30输出预定占空比的脉冲信号作为所述脉冲控制信号。所述开关晶体管Q1在所述脉冲信号控制下在导通状态和截止状态之间切换。当所述开关晶体管Q1处于导通状态时，所述第一初级线圈N1的第一端和所述第一初级线圈N1的第二端之间产生电流，所述第一次级线圈N2根据电磁感应原理产生的所述第一升压电压经所述第一整流二极管D2和所述第二隔离二极管D3的整流并经过所述第六滤波电容C6的滤波后提供给所述放电管U1。在所述第一升压电压达到所述预定电压时，所述第四次级线圈N6根据电磁感应原理将所述第一升压电压以第四匝数比进行升压得到所述第一中间电压提供给所述第一放电端P1。所述第五次级线圈N7根据电磁感应原理将所述第一升压电压以第五匝数比进行升压后得到所述第二中间电压后提供给所述第二放电端P2。所述第二次级线圈N3根据电磁感应原理产生的所述第二升压电压经所述第三隔离二极管D4和所述第二整流二极管D5的整流并经过所述第五滤波电容C5的滤波后提供给所述第四次级线圈N6。所述第三次级线圈N4根据电磁感应原理产生的第三升压电压经所述第三整流二极管D6和所述第四隔离二极管D7的整流并经过所述第四滤波电容C4的滤波后提供给所述第五次级线圈N7。因此，所述第一放电端P1的电压为所述第四次级线圈N6输出电压和所述第三次级线圈N4输出电压之和，所述第二放电端P2的电压为所述第五次级线圈N7的输出电压和所述第二次级线圈N3的输出电压之和。在所述第一放电端P1和所述第二放电端P2之间产生所述高压电弧，实现电击功能或打火功能。

上述具有脉冲高压电击装置1，通过第二升压模块50进行二次升压，以提高打火电压，可降低脉冲高压电击装置1的尺寸。同时，通过调整脉冲控制信号的占空比，实现不同强度的打火功能。另外，所述PWM驱动模块20、所述PWM控制模块30以及第一升压模块40分别采用独立供电，避免不同模块之间由于负载的不同带来的影响。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲高压电击装置，其特征在于：所述脉冲高压电击装置包括： 电源模块，用于提供第一工作电压、第二工作电压以及第三工作电压； PWM驱动模块，用于根据所述第二工作电压上电工作并产生驱动信号； PWM控制模块，用于根据所述第三工作电压上电工作并根据所述驱动信号产生脉冲控制信号； 第一升压模块，用于接收所述第一工作电压，并根据所述脉冲控制信号将所述第一工作电压分别以第一匝数比、第二匝数比以及第三匝数比升压后输出第一升压电压、第二升压电压及第三升压电压； 第二升压模块，具有第一放电端和第二放电端；在所述第一升压电压大于预定电压时，所述第二升压模块将所述第一升压电压以第四匝数比升压得到第一中间电压，并将所述第一中间电压与所述第三升压电压叠加后提供给所述第一放电端，同时以第五匝数比升压得到第二中间电压，并将所述第二中间电压与所述第二升压电压叠加后提供给所述第二放电端，以在所述第一放电端和所述第二放电端之间产生高压脉冲。

2.如权利要求1所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第二升压模块进一步包括额定强度，在所述高压脉冲的最大强度大于所述额定强度时，所述第二升压模块实现电击功能。

3.如权利要求2所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：在所述高压脉冲的最大强度小于等于所述额定强度时，所述第二升压模块实现点火功能。

4.如权利要求1所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第一升压模块包括开关晶体管、第一变压器、第一电阻以及第一隔离二极管；所述第一变压器包括第一初级线圈、第一次级线圈、第二次级线圈以及第三次级线圈；所以第一电阻的第一端与所述第一初级线圈的第一端电性连接，所述第一电阻的第二端通过所述第一隔离二极管与所述第一初级线圈的第二端电性连接；所述第一隔离二极管用于隔离所述第一初级线圈的第一端与所述第一初级线圈的第二端；所述第一初级线圈的第一端接收所述第一工作电压；所述开关晶体管的栅极接收所述脉冲控制信号，所述开关晶体管的源极接地，所述开关晶体管的漏极与所述第一初级线圈的第二端电性连接；所述第一次级线圈的第一端与所述第二升压模块电性连接，所述第一次级线圈的第二端接地；所述第二次级线圈的第一端接地，所述第二次级线圈的第二端与所述第二升压模块电性连接；所述第三次级线圈的第一端与所述第二升压模块电性连接，所述第三次级线圈的第二端与所述第二升压模块电性连接。

5.如权利要求4所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第一升压模块还包括第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容、第四滤波电容、第五滤波电容以及第六滤波电容；所述第一滤波电容的第一端与所述第一初级线圈的第一端电性连接，所述第一滤波电容的第二端接地；所述第一滤波电容用于对所述第一工作电压进行滤波；所述第二滤波电容的第一端与所述第一初级线圈的第一端电性连接，所述第二滤波电容的第二端与所述第一隔离二极管的阴极电性连接；所述第三滤波电容的第一端与所述第一初级线圈的第二端电性连接，所述第三滤波电容的第二端接地；所述第四滤波电容的第一端与所述第二次级线圈的第二端电性连接，所述第四滤波电容的第二端与所述第二升压电性连接；所述第四滤波电容用于对所述第二升压电压进行滤波；所述第六滤波电容的第一端与所述第二升压模块电性连接，所述第六滤波电容的第二端接地；所述第六滤波电容用于对所述第一升压电压进行滤波；所述第五滤波电容的第一端与所述第三次级线圈的第一端电性连接，所述第五滤波电容的第二端接地；所述第五滤波电容用于对所述第三升压电压进行滤波。

6.如权利要求4所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第一升压模块还包括第二电阻、第三电阻、第一整流二极管、第二整流二极管以及第三整流二极管；所述第一整流二极管的阳极与所述第一次级线圈的第一端电性连接，所述第一整流二极管的阴极与所述第二升压模块电性连接；所述第二整流二极管的阴极与所述第二次级线圈的第二端电性连接，所述第二整流二极管的阳极与所述第二升压模块电性连接；所述第三整流二极管的阳极与所述第三次级线圈的第一端电性连接，所述第三整流二极管的阴极与所述第二升压模块电性连接；所述第二电阻的第一端与所述第二整流二极管的阳极电性连接，所述第二电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与所述第三整流二极管的阴极电性连接，所述第三电阻的第二端接地。

7.如权利要求4所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第一升压模块还包括第二隔离二极管以及第三隔离二极管；所述第二隔离二极管以及所述第三隔离二极管用于隔离所述第一次级线圈和所述第二次级线圈；所述第二隔离二极管的阴极与所述第一次级线圈的第二端电性连接，所述第二隔离二极管的阳极接地；所述第三隔离二极管的阳极与所述第二次级线圈的第一端电性连接，所述第三隔离二极管的阴极接地。

8.如权利要求5所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第一升压模块还包括第四电阻以及第四隔离二极管；所述第四隔离二极管的阴极与所述第三次级线圈的第二端电性连接，所述第四隔离二极管的阴极与所述第二升压模块电性连接；所述第四隔离二极管用于隔离所述第三次级线圈与所述第六滤波电容；所述第四电阻的第一端与所述第四隔离二极管的阳极电性连接，所述第四电阻的第二端接地。

9.如权利要求6所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述第二升压模块包括放电管以及第二变压器；所述第二变压器包括第二初级线圈、第四次级线圈以及第五次级线圈；所述第二初级线圈的第一端通过所述放电管与所述第一整流二极管的阴极电性连接，所述第二初级线圈的第二端接地；所述第四次级线圈的第一端与所述第一放电端电性连接，所述第四次级线圈的第二端与所述第三整流二极管的阴极电性连接；所述第五次级线圈的第一端与所述第二整流二极管的阳极电性连接，所述第五次级线圈的第二端与所述第二放电端电性连接。

10.如权利要求1所述的脉冲高压电击装置，其特征在于：所述PWM驱动模块为微处理器；所述脉冲控制信号为由第一电平和第二电平构成的周期***替的脉冲信号；所述PWM驱动模块可调整所述脉冲控制信号中所述第一电平的脉冲宽度。