[发明专利]OPWM控制电子围栏脉冲高压输出电路

说明书

技术领域：

电子围栏是一种用于通过在合金导线上输出高压脉冲防止人员侵入的安全保护装置，广泛用于变电站、监狱、重要仓库，军事基地，化工厂，高档小区等场合。属于安防领域。

背景技术：

传统电网是通过在裸露导线上加上高压以威慑和阻挡人员翻越，但其有巨大的安全隐患，人员一旦触碰就会造成生命危险。电子围栏有别于的电网，间歇输出暂短高压脉冲，间隔时间通常为1秒以上，高压脉冲输出时间通常小于0.1S，输出电量小于人体所能承受的安全电量5mJ。这样触摸者不会造成生命危险，同时装置还附带触摸和短路报警装置，当发生触摸或短路断路时，警示安保人员前去处理。

目前国内外生产和使用的电子围栏核心电路和软件波形均源于国外，基于说明书摘要附图所示，传统电子围栏高压升压及脉冲输出电路。基本原理是调制PWM波通过Q1场效应管和T1开关变压器把15V电压第一次升到100-500V，对C1电容进行充电，C1电容所储存的电荷量多少决定了电子围栏高压击打的能量，C1电容两端电压越高，储存的电荷越多，电子围栏击打的能量就越大。SCR1每间隔1秒导通10mS，导通期间，C1对C2充电，C2和T2的初级端组成了一个LC振荡电路，通过谐振把能量传递到次级，在次级产生一个尖峰高压脉冲，为了保证人身安全，这个脉冲的电量必须小于5mJ。这个电路已获广泛应用，特点是比较可靠，但缺点也是显而易见的，由于LC谐振的非线性，输出的电量无法获得精准控制。为保证绝缘和高能脉冲释放，T2变压器比较笨重，且各防区无法独立控制。

发明内容：

OPWM控制电子围栏脉冲高压输出电路通过完全不同的技术路线来实现安全的高压脉冲输出。

如说明书摘要附图所示，该电路首先通过BOOST电路把15V电压初次升到100V，并通过相关电路来驱动T2高压变压器。单片机产生间隔1秒，持续时间为10mS的PWM调制波，通过驱动及保护电路，K2场效应管驱动T2高压开关变压器，T2变压器输出高压调制波驱动电子围栏。通过调节PWM调制波的占空比就可以线性调节T2输出的高压脉冲电量以保证人身安全。由于T2工作在10Khz的高频状态，T2变压器的效率就可以大幅提升，和传统电子围栏笨重的变压器相比，T2的体积和重量可以减小到传统电子围栏变压器的1/2以下，效率更高，也更加低碳环保。由于变压器体积和重量大大减小，可以通过设置多只变压器实现各个防区根据需要独立撤布防。

附图说明：

说明书附图是一完整的新型电子围栏电路原理图，其电路原理图包括后备蓄电池充放电管理电路，DC-DC开关式降压稳压电路，LCD显示屏显示和人机界面按键控制电路，MCU单片机中央控制电路，RS485串行通讯电路，信号继电器输出电路，初级低压升高压电路，二次T2变压器PWM调制输出电路，高压脉冲信号检测电路。

图1是OPWM控制电子围栏电源和后备蓄电池充电控制电路图。图中CN1为电源插头，DC17V和GND之间接直流17V主电源。BAT+和BAT-之间接后备12V蓄电池。IC1LM2596T-5.0V将DC16V电压通过PWM调制降为5V提供MCU单片机电源，IC2UC3906N为带涓流控制的蓄电池充电控制电路，对蓄电池进行恒流，恒压，涓流三段充电。P07检测蓄电池电压送MCU单片机，转换为串口标准信号后送中央控制主机。

图2是OPWM控制电子围栏高压输出电路的电源提供电路图。核心是采用了基于SEPIC拓扑原理的boost反激升压电路，最高PWM调制频率高达1M，最高效率可达85％，通过该电路将16V电压提升到90-100V中压，其中P13来自MCU单片机控制，通过高低电平来开关PWM升压电路。

图3是OPWM控制电子围栏高压输出电路图。通过MCU单片机在每1秒里面产生10毫秒，频率为1Khz的PWM调试波，通过改变PWM的占空比，达到改变高压输出电压连续可调。通过T1和T2两个高压脉冲变压器升压产生500V到5000V的警戒高压，通过合金线接入电子围栏阻止不法侵入。IC6为过流保护电路。

图4是监控信号电路图。其中IC9将串口信号转换为隔离RS485信号，和中央主机进行数据通讯。K1，K2，K3三只继电器把主机报警信号通过开关量接入报警器和警笛。

图5是OPWM控制电子围栏高压输出电路的中央控制电路图。通过IC5单片机对全机进行各种控制和信号采集，并和中央控制主机进行数据交换。