СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЗАЩИТНЫХ ЭЛЕКТРОШОКОВЫХ УСТРОЙСТВАХ
METHOD FOR GENERATING HIGH VOLTAGE IN PROTECTIVE ELECTRIC SHOCK APPARATUS

Заявляемое изобретение относится к защитным электрошоковым устройствам систем охраны, основанным на применении электрической энергии и предназначено для защиты стационарных и подвижных объектов гражданского и ведомственного назначения от несанкционированного проникновения, а также к системам электрической дератизации для борьбы с грызунами и может быть использовано для защиты объектов и территорий различного назначения.
Известен способ формирования высоковольтного напряжения на электризуемых элементах, при котором осуществляют преобразовании входного напряжения переменного тока в высоковольтное импульсное напряжение и передачу последнего на электризуемые токопроводящие элементы
(Патент РФ №105496, G08B 13/22, 01.02. 2011 г.).
Недостатком известного решения является ограниченное время процесса передачи энергии к электризуемому элементу для достижения рабочего напряжения, которое ограничено одним полупериодом колебательного процесса, возникающим в LC-контуре, образованным индуктивностью катушки силового трансформатора и емкостью электризуемого элемента относительно земли. При этом, образуется делитель напряжения, образованный выходным сопротивлением катушки силового трансформатора и емкостью нагрузки, ограничивающий максимально достижимое рабочее напряжение электризуемого элемента.
Задачей заявляемого изобретения является снятие ограничения по времени передачи энергии от возбуждающего высоковольтного генератора импульсов к электризуемому элементу, которое может занимать любое количество периодов колебаний LC-контура.
Технический результат заключается в том, что способ формирования высоковольтного напряжения в защитных электрошоковых устройствах, включающий в себя преобразование входного напряжения переменного тока в высоковольтное импульсное напряжение и передачу высоковольтного напряжения на электризуемые токопроводящие элементы, отличается от известного прототипа тем, что в процессе формирования высоковольтного импульсного напряжения, используют схему возбуждения колебаний на частоте резонанса последовательного контура «конденсатор - первичная обмотка силового трансформатора», содержащую генератор высоковольтных импульсов, подключенный через входной каскад с гальванической развязкой к сети переменного тока и управляющий через драйвер двумя силовыми ключами, включенными между конденсатором, подключенным к входному каскаду, и первичной обмоткой силового трансформатора, при этом генератор высоковольтных импульсов содержит логическую часть, включающую в себя последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор, интегральную микросхему, диодный мост, подключенный к входному каскаду первый стабилитрон, подключенный к счетчику импульсов логической части и, через диодный мост, - к входному каскаду и конденсатору, операционный усилитель, подключенный через диодный мост к входному каскаду, конденсатору и к интегральной микросхеме логической части, которая генерирует сигналы с частотой резонанса колебательного контура «конденсатор - первичная обмотка силового трансформатора» и соединена с драйвером ключей, второй стабилитрон, подключенный к драйверу ключей и, через диодный мост, - к входному каскаду и конденсатору.
На фигуре представлена функциональная схема, поясняющая заявляемый способ формирования высоковольтного напряжения в защитных электрошоковых устройствах на электризуемых элементах.
Схема содержит входной каскад - блок I, генератор высоковольтных импульсов - блок II, силовые ключи блок III, конденсатор блок IV и выходной каскад - блок V.
Блок II - генератор высоковольтных импульсов, подключается к сети питания переменного тока напряжением 220 В 50 Гц через входной каскад - блок I, состоящий из кнопки включения 1, предохранителей 2, выполняющих защитную функцию и срабатывающих при резком скачке тока в сети, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи и трансформатора 3, который используется как гальваническая развязка.
Генератор высоковольтных импульсов блок II, управляет силовыми ключами блок III. Для работы логической части генератора импульсов 8, необходимо преобразовать переменный ток в постоянный, для этого на вход генератора высоковольтных импульсов блок II установлен диодный мост 4, преобразовывающий переменный ток в пульсирующий постоянный ток.
После диодного моста 4 в схему включены стабилизаторы напряжения (стабилитроны) 5 и 7, задача которых стабилизировать колебания напряжения сети, что необходимо для стабильной работы счетчика 9, дешифратора 10, интегральной микросхемы 11 логической части блока 8 и драйвера ключей верхнего и нижнего уровней 12.
После стабилизации, сигнал поступает на счетчик импульсов 9, который считает импульсы, поступающие на его вход в двоичном коде, переводит их из двоичного кода в двоично-десятичный, и передает полученный код на дешифратор 10, который пересчитывает код в десятичный.
После дешифратора 10 находится интегральная микросхема 11, в которой генерируются сигналы определенной частоты (частота импульсов совпадает с частотой колебательного контура силового трансформатора 15 блока V и емкости конденсатора - блок IV. С интегральной микросхемы 11 импульс от генератора высоковольтных импульсов блок II поступает на входы драйвера ключей верхнего и нижнего уровней 12, который выдает управляющие сигналы на силовые ключи 13 и 14 блока III.
Генератор высоковольтных импульсов блок II на операционном усилителе 6 генерирует импульсы, поступающие на вход интегральной микросхемы 11 и дожидается открывающий сигнал с дешифратора 10, после чего импульс уходит на вход драйвера ключей 12.
В логической части схемы 8 формируется частота, с которой импульс с генератора высоковольтного импульса блок II поступает на входы драйвера ключей 12 через интегральную микросхему 11 и программируемый стабилитрон 7. Частота импульса равна частоте работы пары конденсатор блок IV - силовой трансформатор 15, что является частотой резонанса.
На частоте резонанса реактивные сопротивления силового трансформатора 15 и конденсатора блок IV равны по модулю, т.е. равны по значению, но противоположны по знаку, общее сопротивление цепи обращается в ноль. На этой частоте в цепи наблюдается максимум тока, который ограничен только омическими потерями в индуктивности силового трансформатора 15 (т.е. активным сопротивлением провода обмотки силового трансформатора 15) и внутренним сопротивлением источника тока высоковольтного генератора импульсов блок И.
Драйвер ключей верхнего и нижнего уровней 12 представляет собой усилитель мощности импульсов и предназначен для непосредственного управления силовыми ключами 13 и 14.
Интегральная микросхема 11 представляет собой логический элемент «И-НЕ», который при поступлении сигнала от операционного усилителя 6 и открывающего сигнала с дешифратора 10 выдает импульс на вход драйвера 12 ключей верхнего и нижнего уровней, который выдает управляющие сигналы на входы ключей 13, 14 блока III.
Драйвер ключей 12 усиливает управляющий сигнал по мощности и напряжению. Драйверы силовых ключей 13 и 14 снабжены множественными механизмами защиты, как самого драйвера ключей 12, так и управляемых силовых ключей 13 и 14, что позволяет выполнять формирование выходных управляющих сигналов согласно определенным алгоритмам, чтобы предотвратить выход системы из строя в аварийной ситуации.
Силовые ключи 13 и 14 предназначены для управления силовым трансформатором 15. Открываясь поочередно, силовые ключи 13 и 14 замыкают цепь конденсатора блок IV - первичная обмотка силового трансформатора 15, коммутируя ток первичной обмотки силового трансформатора 15 в противоположных направлениях.
Конденсатор блока IV при этом заряжается и при срабатывании силовых ключей 13 и 14 разряжается на первичную обмотку силового трансформатора 15.
Таким образом, заявленное изобретение позволит обеспечить снятие и устранение зависимости частоты срабатывания силового трансформатора от времени, необходимого на заряд конденсатора, а также снятие ограничения времени передачи энергии от возбуждающего высоковольтного генератора импульсов к электризуемому элементу 16. При этом достигается рабочее напряжение на электризуемом элементе 16.