БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИМПУЛЬСНЫЙ

Полезная модель относится к электротехническому оборудованию и предназначена преимущественно для использования в системах электропитания защитных электрошоковых устройств (ЗЭШУ) охраны объектов и территорий.
Эти электрошоковые устройства реализуют способ воздействия на организм импульсным высоковольтным электрическим током, амплитудно-временные характеристики которого обеспечивают эффективное болевое и психологическое воздействие на нарушителя не приводя к необратимым последствиям для организма (RU №2084959).
В этих системах, электризуемые токопроводящие элементы которых подсоединены к источнику электропитания через блок преобразователя импульсный (БПИ), высоковольтный трансформатор и генератор высоковольтных импульсов, БПИ формирует импульсное напряжение для блоков высоковольтных усилителей (БВУ) системы, программирование и управление их режимами.
Наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков является блок того же назначения, используемый в защитном электрошоковом устройстве по патенту на полезную модель №105496. Этот блок содержит фильтрующий накопительный конденсатор, отсекатель обратной полуволны синусоиды питающего тока.
Недостаток известного БПИ состоит в том, что схема была создана на основе жесткой логики. Гибкое управление электрическими режимами не было предусмотрено. На практике это исключало возможность настройки напряжений на электризуемых элементах индивидуально для каждого объекта. В случае нештатной ситуации параметрический отказ моментально превращался в катастрофический, но при этом подача питания на этот канал БВУ не прекращалась, а схема защиты срабатывала на каждый импульс.
Полезная модель решает задачу обеспечения стабильности работы системы электропитания защитных электрошоковых устройств.
Технический результат состоит в повышении надежности работы устройства за счет раннего выявления развивающейся аварийной ситуации.
Технический результат достигается тем, что блок преобразователя импульсный, содержащий фильтрующий накопительный конденсатор, отсекатель обратной полуволны синусоиды питающего тока, снабжен центральным процессорным устройством, выполненным на основе микроконтроллера, измерителем тока разряда фильтрующего накопительного конденсатора и электронным ключом с фазовым управлением. При этом центральное процессорное устройство выполнено на основе микроконтроллера архитектуры ARM Cortex M3, в частности, LPC 1754FBD80 фирмы NXP. Измеритель тока разряда фильтрующего накопительного конденсатора выполнен из резистора и операционного усилителя, например, MP930-002 и LM2904 или R2515-002 и MCP6024. В качестве электронного ключа с фазовым управлением установлен биполярный транзистор с изолированным затвором, например, IRG4PH50K. Блок преобразователя импульсный размещен в корпусе, имеющем входной разъем для подключения к сети питания и выходной разъем для подключения шести каналов ЗЭШУ.
На Фиг.1 представлена блок схема Блока преобразователя импульсного.
БПИ на входе питающего напряжения содержит электронный ключ 1 с фазовым управлением, через который происходит заряд фильтрующего накопительного конденсатора 2, измеритель 3 тока разряда фильтрующего накопительного конденсатора 2, состоящий из резистора и операционного усилителя, например, MP930-002 и LM2904, или R2515-002 и MCP6024.
Центральное процессорное устройство (ЦПУ) 4 выполнено на основе микроконтроллера архитектуры ARM Cortex M3, например, LPC1754FBD80 фирмы NXP. Шесть высоковольтных электронных ключей 7 выходов каналов, выполнены, в частности на основе тиристоров 40TTS12, входы которых связаны с выходами ЦПУ 4.
Детектор нуля питающего напряжения 5, представляющий собой пороговый элемент, выполнен, например, на основе оптопары PC817B. Отсекатель 6 отрицательной полуволны синусоиды питающего тока, выполнен на диоде, например, HFA16TB120, установленном на входе электронного ключа 1.
БПИ формирует импульсное напряжение для высоковольтных усилителей, которые питают электризуемые элементы. Электрические режимы питания БВУ задаются через микроконтроллер путем программирования в процессе подготовки к эксплуатации или непосредственно на объекте. Во время работы осуществляется постоянный мониторинг токов и напряжений БВУ.
БПИ выполнен в виде отдельного блока, корпус которого имеет разъемы: один вход и 6 выходов.
Устройство работает следующим образом.
При включении в систему электропитания электрошокового устройства напряжение питания подается на электронный ключ 1 через отсекатель 6 и на детектор нуля 5. Микроконтроллер ЦПУ 4 детектирует переход сетевого напряжения через ноль с помощью детектора нуля 5 и открывает ключ 1. Начинается заряд накопительного конденсатора 2, одновременно происходит измерение на нем напряжения с помощью АЦП микроконтроллера ЦПУ 4. Когда напряжение на конденсаторе 2 достигнет заданной величины, ключ 1 размыкается, а микроконтроллер ЦПУ 4 открывает ключ 7 первого канала, подается питание на этот канал. В этот момент производится измерение тока разряда накопительного конденсатора 2 измерителем 3. Ключ 7 первого канала остается открытым до тех пор, пока ток питания канала не уменьшится примерно до 200 мА. За это время напряжение на накопительном конденсаторе 2 поменяет полярность на противоположную. Если ток разряда, полученный измерителем 3, превышает заданное программой значение, в следующем цикле заряд накопительного конденсатора 2 будет произведен до меньшего значения напряжения, что обеспечивает безопасный режим работы схемы. Восстановление исходного состояния накопительного конденсатора 2 происходит через цепь разряда 8 ЗЭШУ.
В начале следующего периода сетевого напряжения процесс повторяется. Количество подряд идущих импульсов тока питания на каждый канал - восемь. После окончания цикла одного канала девятый импульс тока питания идет через ключ 7 следующего канала. Процесс повторяется, пока последний 6-й канал не отработает. После этого следует пауза 2 сек, затем процесс повторяется.
Во время разряда накопительного конденсатора 2 через выходные ключи 7 происходит измерение его разрядного тока посредством измерителя 3, в котором происходит преобразование тока в напряжение. Измерение производится АЦП микроконтроллера ЦПУ 4. При превышении этого тока микроконтроллер ЦПУ 4 автоматически уменьшает напряжение, до которого заряжается накопительный конденсатор 2, уменьшая тем самым нагрузку на элементы схемы, что исключает возникновение аварийной ситуации. Кроме того, задается количество действующих каналов и количество подряд идущих импульсов в одном канале.
Все пороговые значения напряжений задаются при программировании микроконтроллера ЦПУ 4 и могут быть изменены на объекте через интерфейс USB. При возможности обеспечить защиту объекта меньшим количеством каналов, часть каналов отключается посредством программирования микроконтроллера ЦПУ 4.
Новая схема БПИ основана на управлении микроконтроллером и позволяет задавать все электрические режимы путем программирования их с компьютера как в процессе производства, так и на объекте. Введена функция защиты БВУ каналов от различных аварийных ситуаций. Предусмотрено тестирование канала пониженным напряжением для того, чтобы выявить отказы каналов, или аварийное состояние электризуемых элементов.
Таким образом, в рассматриваемом устройстве БПИ увеличена надежность за счет раннего выявления развивающейся аварийной ситуации. Обеспечена возможность конфигурирования и настройки системы, в которой он установлен, для каждого объекта индивидуально с учетом их уникальных требований.