CN201467084U - 高压脉冲电子围栏电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种高压脉冲电子围栏电路，它包括有微处理器电路、高压产生电路、电流检测电路和电源电路，高压产生电路包括光电耦合器(U1)、两个光电耦合管(U2，U3)、场效应管(Q1)、升压变压器(T1)、八个电阻(R1，R2，R3，R4，R6，R7，R8，R9)、五个二极管(D1，D2，D3，D4，D5)和三个电容(C1，C2，C3)；电流检测电路包括两个光电耦合管(U11，U13)、运算放大器(U2A)、六个电阻(R11，R12，R13，R14，R15，R16)和三个电容(C11，C12，C13)。该电子围栏电路具有制造成本低、市场竞争力强、安全可靠、性能稳定、检测精度高的优点。

Description

高压脉冲电子围栏电路
技术领域
本实用新型涉及一种高压脉冲电子围栏，具体地说，涉及一种高压脉冲电子围栏电路。
背景技术
在周界安全防范领域，电子围栏较之红外、微波等防范方式有误报率低、不受气候和环境影响、具有主动阻挡作用的优点；在国外，电子围栏技术已经得到了广泛的应用，例如新西兰、澳大利亚、以色列等国；在我国，自2009年6月1日起实行“GB/T 7946-2008脉冲电子围栏及其安装和安全运行”标准，这无疑会加速我国电子围栏的开发和应用速度。
目前，国内外电子围栏普遍存在如下缺点：1、高压源内阻不恒定，脉冲的开始内阻很小，可产生很大的电流，而后面内阻逐渐加大，电流减小，有效脉冲宽度很窄，对脉冲的能量不易控制；2、对电子围栏的检测手段落后，尤其是对轻度触网往往产生检测不到的现象，检测精度低；3、在使用过程中，环境变化影响检测精度，例如：雨雪雾天气；4、操作不便，每次安装完毕还需要所谓的“学习”阶段。
为了解决以上问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计简单、制造成本低、市场竞争力强、安全可靠、性能稳定的高压脉冲电子围栏电路。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种高压脉冲电子围栏电路，包括有微处理器电路、高压产生电路和电源电路，所述高压产生电路包括光电耦合器、场效应管、升压变压器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容和第三电容；
其中，所述光电耦合器的正极供电端连接所述电源电路，所述光电耦合器的负极供电端接地，所述光电耦合器的正极输入端连接所述电源电路，所述光电耦合器的负极输入端经所述第一电阻连接所述微处理器电路的控制信号输出端，所述光电耦合器的输出端经所述第二电阻连接所述场效应管的栅极，所述场效应管的栅极经所述第三电阻接地，所述场效应管的漏极连接所述升压变压器的第一初级线圈一端，所述场效应管的源极经所述第四电阻接地，所述升压变压器的第一初级线圈另一端连接所述电源电路；
所述场效应管的漏极连接所述升压变压器的第四初级线圈一端，所述升压变压器的第四初级线圈另一端连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极接地，所述第一电容的两端并联在所述第一二极管的两端；
所述升压变压器的第二升压线圈一端连接所述第二二极管的正极，所述第二电容两端分别连接所述第二二极管负极和所述升压变压器的第二升压线圈另一端；所述第三电容两端分别连接所述第三二极管正极和所述升压变压器的第三升压线圈一端，所述升压变压器的第三升压线圈另一端连接所述第三二极管的负极。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，该电子围栏电路有以下优点：
1、高压产生电路有两个独立的调整参数T1、T2，可以分别单独调整，以满足国标规定的高压等级和电量的要求；
2、检测电路既满足了高低压隔离的要求，又满足了检测电流采样的线性度的要求，使得微处理器采样精度可以安全地提高到2％，这样很容易区分触网、断路和开路状态，尤其是对触网引起的电流变化的检测灵敏度大大提高，例如高压线路的触网电阻即使大到2MΩ也可以准确的感知；
3、该高压脉冲电子围栏电路具有设计简单、制造成本低、符合国标要求、市场竞争力强、安全可靠、性能稳定、精度高的优点。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图；
图2为所述高压产生电路中的输入电压信号与时间的关系示意图；
图3为所述高压产生电路的电路结构示意图；
图4为所述电流检测电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图3所示，一种高压脉冲电子围栏电路，包括有微处理器电路、高压产生电路和电源电路，所述高压产生电路包括光电耦合器U1、场效应管Q1、升压变压器T1、四个电阻(R1，R2，R3，R4)、三个二极管(D1，D2，D3)和三个电容(C1，C2，C3)；
其中，所述光电耦合器U1的正极供电端连接所述电源电路的+12V输出端，所述光电耦合器U1的负极供电端接地，所述光电耦合器U1的正极输入端连接所述电源电路的+5V输出端，所述光电耦合器U1的负极输入端经所述电阻R1连接所述微处理器电路的控制信号输出端，所述光电耦合器U1的输出端经所述电阻R2连接所述场效应管Q1的栅极，所述场效应管Q1的栅极经所述电阻R3接地，所述场效应管Q1的漏极连接所述升压变压器T1的初级线圈N1一端，所述场效应管Q1的源极经所述电阻R4接地，所述升压变压器T1的初级线圈N1另一端连接所述电源电路的+12V输出端；
所述场效应管Q1的漏极连接所述升压变压器T1的初级线圈N4一端，所述升压变压器T1的初级线圈N4另一端连接所述二极管D1的负极，所述二极管D1的正极接地，所述电容C1的两端并联在所述二极管D1的两端；初级线圈N4、二极管D1、电容C1组成场效应管Q1截止时的放能电路；
所述升压变压器T1的升压线圈N2一端连接所述二极管D2的正极，所述电容C2两端分别连接所述二极管D2负极和所述升压变压器T1的升压线圈N2另一端；
所述电容C3两端分别连接所述二极管D3正极和所述升压变压器T1的升压线圈N3一端，所述升压变压器T1的升压线圈N3另一端连接所述二极管D3的负极。
光电耦合器U1的作用是隔离微处理器电路和高压产生电路，同时接收微处理器电路传来的控制信号，并由光电耦合器U1产生驱动场效应管Q1导通的功率电压信号；当PI为低电平时，光电耦合器U1导通，由光电耦合器U1的6脚输出有驱动能力的高电平电压；通过分压电阻R2、分压电阻R3直接加在场效应管Q1的栅极上，当此电压高于场效应管Q1的导通阀值电压时，场效应管Q1导通；
+12V电源通过升压变压器T1的初级线圈N1储能，场效应管Q1导通时间越长，储能越大，产生的电压越高；此电压通过升压变压器T1在升压线圈N2、升压线圈N3上产生所需要的高压信号；
高压整流二极管D2、高压整流二极管D3的作用是阻断反向的电流；电容C2和电容C3分别用于滤除杂波，保留直流电压信号。
所述微处理器电路加于输入端PI的信号如图2所示，从图2可以看出，有T、T1、T2三个参数可以调整，调整T2的大小可以改变输出电压的高低，调整T1的大小可以改变每个脉冲群在高压端的电量；T按国标一般取1秒，T1应该不大于0.1秒，若在触网的情况下，若触网电流为20mA，则在0.1秒内电量为20mA*0.1s＝2.0mc，符合国标＜2.5mc的要求；在触网电流为20mA的情况下，在高压内阻的影响下，输出高压将降低到2KV以下，若以2KV计，则每个脉冲群的能量为2KV*2.0mc＝4J，小于国标规定的5J的要求。
所述高压产生电路的特点：1、通过调整高压脉冲群T1、T2两个独立的参数实现高压变化和电量大小；2、利用高压触发脉冲序列、通过光电耦合管驱动功率场效应管，从而利用升压变压器反激式工作方式产生高压。
基于上述，如图3所示，所述高压产生电路还包括两个压敏电阻(RV1，RV2)，其中，所述压敏电阻RV1的两端并联在所述电容C2的两端，所述压敏电阻RV2的两端并联在所述电容C3的两端；电阻RV1、电阻RV2分别为4KV压敏电阻，防止电压过高。
基于上述，如图3所示，所述高压产生电路还包括四个电阻(R6，R7，R8，R9)、两个二极管(D4，D5)和两个光电耦合管(U2，U3)；
其中，所述升压变压器T1的升压线圈N2另一端分别连接所述二极管D4的正极和所述光电耦合管U2的负极输入端，所述二极管D4的负极分别连接所述电阻R8一端和所述电阻R6一端，所述电阻R8另一端连接所述光电耦合管U2的正极输入端，所述电阻R6一端接地，所述电阻R6另一端和所述二极管D2的负极通过电网防护线相连；
所述升压变压器T1的升压线圈N3一端分别连接所述二极管D5的负极和所述光电耦合管U3的正极输入端，所述二极管D5的正极分别连接所述电阻R9一端和所述电阻R7一端，所述电阻R9另一端连接所述光电耦合管U3的负极输入端，所述电阻R7一端接地，所述电阻R7另一端和所述二极管D3的正极通过电网防护线相连；
该部分电路是电流信号采样电路，其中，二极管D4、二极管D5为8.2V的瞬态抑制二极管，其作用是保护光电耦合管U2、光电耦合管U3过流；电阻R8、电阻R9为限流电阻；电阻R6、电阻R7为检测电阻，通过它高压可以在光电耦合管U2、光电耦合管U3上产生电流。
基于上述，该高压脉冲电子围栏电路还包括电流检测电路，如图4所示，该电路是实现隔离电压、线性度好、工作稳定可靠的电流检测电路；所述电流检测电路包括两个相同的光电耦合管(U11，U13)、运算放大器U2A、六个电阻(R11，R12，R13，R14，R15，R16)和三个电容(C11，C12，C13)；
其中，所述光电耦合管U11的输入端连接所述光电耦合管U2或所述光电耦合管U3的输出端，所述光电耦合管U11的正极输出端连接所述电源电路的+12V输出端，所述光电耦合管U11的负极输出端经所述电阻R11接地，所述光电耦合管U11的负极输出端经所述电阻R12连接所述运算放大器U2A的正极输入端，所述运算放大器U2A的输出端经所述电阻R14、所述电阻R15后接地，所述运算放大器U2A的负极输入端依次连接所述电阻R13、所述电阻R15后接地，所述运算放大器U2A的正极供电端连接所述电源电路的+12V输出端，所述运算放大器U2A的负极供电端接地，所述光电耦合管U13的正极输出端连接所述电源电路的+12V输出端，所述光电耦合管U13的负极输出端经所述电阻R15接地，所述光电耦合管U13的正极输入端连接所述运算放大器U2A的输出端，所述光电耦合管U13的负极输入端经所述电阻R16接地，所述光电耦合管U13的负极输入端连接所述微处理器电路的电流检测信号输入端；
所述电容C11的两端并联在所述电阻R11的两端，所述电容C12的两端并联在所述电阻R15的两端，所述电容C13的两端并联在所述电阻R16的两端。
光电耦合管U11和光电耦合管U13是型号相同的光电耦合管，光电耦合管U11的作用是实现低压电路和高压电路之间的隔离，光电耦合管U13用于线性校正；运算放大器U2A的作用是调整光电耦合管U13的电流，使反馈电压V2与输入电压V1趋于相等；电容C11、电容C12、电容C13是为了滤除杂波、消除震荡；电阻R14为反馈电阻。
输出电压V0和输入电流I0的关系推导如下：
V1＝I0*f(i)*R11；
V2＝(V0/R16)*f(i)*R15；
其中，f(i)是光电耦合管输入电流i的非线性传递函数，在运算放大器的线性工作范围内V1≈V2，即：I0*f(i)*R11＝(V0/R16)*f(i)*R15；
整理后得：V0＝(R11/R15)*R16*I0；
取R11＝R15，则最后得到：V0＝R16*I0；
也就是说：通过本电路，即实现了隔离，又实现了输出电压V0与输入电流I0之间线性变化。
所述电流检测电路的特点：1、利用同型号的光电耦合管实现了非线性补偿；2、达到了高低压隔离的目的。
在本实用新型中，该高压脉冲电子围栏电路还包括有通讯电路、记录存储电路、下载电路和报警电路，因微处理器电路、电源电路、通讯电路、记录存储电路、下载电路和报警电路都是公知电路，其应用较为常见和广泛，故在本实用新型中，不再一一赘述。
针对目前国内外同类产品的不足之处，本实用新型将高压脉冲电子围栏又重新进行了设计，有效解决了存在的问题，完全符合国标要求，其具有工作性能稳定、安全可靠的优点。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种高压脉冲电子围栏电路，包括有微处理器电路、高压产生电路和电源电路，其特征在于：所述高压产生电路包括光电耦合器(U1)、场效应管(Q1)、升压变压器(T1)、四个电阻(R1，R2，R3，R4)、三个二极管(D1，D2，D3)和三个电容(C1，C2，C3)；
其中，所述光电耦合器(U1)的正极供电端连接所述电源电路，所述光电耦合器(U1)的负极供电端接地，所述光电耦合器(U1)的正极输入端连接所述电源电路，所述光电耦合器(U1)的负极输入端经所述电阻(R1)连接所述微处理器电路的控制信号输出端，所述光电耦合器(U1)的输出端经所述电阻(R2)连接所述场效应管(Q1)的栅极，所述场效应管(Q1)的栅极经所述电阻(R3)接地，所述场效应管(Q1)的漏极连接所述升压变压器(T1)的初级线圈(N1)一端，所述场效应管(Q1)的源极经所述电阻(R4)接地，所述升压变压器(T1)的初级线圈(N1)另一端连接所述电源电路；
所述场效应管(Q1)的漏极连接所述升压变压器(T1)的初级线圈(N4)一端，所述升压变压器(T1)的初级线圈(N4)另一端连接所述二极管(D1)的负极，所述二极管(D1)的正极接地，所述电容(C1)的两端并联在所述二极管(D1)的两端；
所述升压变压器(T1)的升压线圈(N2)一端连接所述二极管(D2)的正极，所述电容(C2)两端分别连接所述二极管(D2)负极和所述升压变压器(T1)的升压线圈(N2)另一端；
所述电容(C3)两端分别连接所述二极管(D3)正极和所述升压变压器(T1)的升压线圈(N3)一端，所述升压变压器(T1)的升压线圈(N3)另一端连接所述二极管(D3)的负极。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲电子围栏电路，其特征在于：所述高压产生电路还包括两个压敏电阻(RV1，RV2)，其中，所述压敏电阻(RV1)的两端并联在所述电容(C2)的两端，所述压敏电阻(RV2)的两端并联在所述电容(C3)的两端。
3.根据权利要求1或2所述的高压脉冲电子围栏电路，其特征在于：所述高压产生电路还包括四个电阻(R6，R7，R8，R9)、两个二极管(D4，D5)和两个光电耦合管(U2，U3)；
其中，所述升压变压器(T1)的升压线圈(N2)另一端分别连接所述二极管(D4)的正极和所述光电耦合管(U2)的负极输入端，所述二极管(D4)的负极分别连接所述电阻(R8)一端和所述电阻(R6)一端，所述电阻(R8)另一端连接所述光电耦合管(U2)的正极输入端，所述电阻(R6)一端接地，所述电阻(R6)另一端和所述二极管(D2)的负极通过电网防护线相连；
所述升压变压器(T1)的升压线圈(N3)一端分别连接所述二极管(D5)的负极和所述光电耦合管(U3)的正极输入端，所述二极管(D5)的正极分别连接所述电阻(R9)一端和所述电阻(R7)一端，所述电阻(R9)另一端连接所述光电耦合管(U3)的负极输入端，所述电阻(R7)一端接地，所述电阻(R7)另一端和所述二极管(D3)的正极通过电网防护线相连。
4.根据权利要求3所述的高压脉冲电子围栏电路，其特征在于：该高压脉冲电子围栏电路还包括有电流检测电路，所述电流检测电路包括两个相同的光电耦合管(U11，U13)、运算放大器(U2A)、六个电阻(R11，R12，R13，R14，R15，R16)和三个电容(C11，C12，C13)；
其中，所述光电耦合管(U11)的输入端连接所述光电耦合管(U2)或所述光电耦合管(U3)的输出端，所述光电耦合管(U11)的正极输出端连接所述电源电路，所述光电耦合管(U11)的负极输出端经所述电阻(R11)接地，所述光电耦合管(U11)的负极输出端经所述电阻(R12)连接所述运算放大器(U2A)的正极输入端，所述运算放大器(U2A)的输出端经所述电阻(R14)、所述电阻(R15)后接地，所述运算放大器(U2A)的负极输入端依次连接所述电阻(R13)、所述电阻(R15)后接地，所述运算放大器(U2A)的正极供电端连接所述电源电路，所述运算放大器(U2A)的负极供电端接地，所述光电耦合管(U13)的正极输出端连接所述电源电路，所述光电耦合管(U13)的负极输出端经所述电阻(R15)接地，所述光电耦合管(U13)的正极输入端连接所述运算放大器(U2A)的输出端，所述光电耦合管(U13)的负极输入端经所述电阻(R16)接地，所述光电耦合管(U13)的负极输入端连接所述微处理器电路的电流检测信号输入端；
所述电容(C11)的两端并联在所述电阻(R11)的两端，所述电容(C12)的两端并联在所述电阻(R15)的两端，所述电容(C13)的两端并联在所述电阻(R16)的两端。
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