一种电击器高压脉冲电源制造技术

本发明专利技术专利涉及一种电击器高压脉冲电源，此高压脉冲电源由两级开关电源组成。第一级开关电源主要由开关管Q1和变压器T1组成，第二级开关电源主要由放电管G1和高压变压器T2组成。第一级开关电源有多组直流高压输出，分别为V1、V2、Vn等，它们之间以串联方式进行叠加，其中一组V1还兼为放电管G1和高压变压器T2的工作电压，多组直流高压与高压变压器T2的次级线圈N2、N3串联，当放电管G1工作时多组直流高压将与高压变压器T2的次级线圈产生的高压脉冲叠加输出，极大限度地提高高压电源输出的脉冲功率，增强高压电击器的使用效果，这种高压电源主要用于现公安执法人员配置的高压电击器防护设备中。

A High Voltage Pulse Power Supply for Electric Shock

【技术实现步骤摘要】
一种电击器高压脉冲电源
本专利技术专利涉及一种电击器高压脉冲电源(参看图1)，这种高压电源输出脉冲功率相对比较大，工作效率以及可靠性均很高，技术性能优越，这种高压电源用于配置现公安执法人员使用的高压电击器设备，可以提高安防设备的使用效果以及工作效率，对提高公安执法人员的自卫能力和人身安全很有必要。
技术介绍
目前很多高压电击器配置的高压电源都是采用自激式开关电源，然后通过变压器升压的方式来工作(参看图2)，图2-(a)是自激式开关电源的工作原理图，图2-(b)是变压器次级线圈输出电压的波形(理想状态)。这种开关电源属于单激式开关电源，其正激输出是一个方波(开关管导通时)，而反激输出是一个幅度很高的尖峰脉冲波(开关管关断时)，其正、负脉冲的幅度是不相等的。在占空比等于0.5的情况下(开关管Q1的导通时间和关断时间相等)，反激输出的尖峰脉冲幅度会远远高于正激输出的脉冲幅度，但正、反激脉冲的半波平均值完全相等。在理想情况下，当负载开路时，反激输出的尖峰脉冲幅度几乎可以看成是无限大，但这种理想情况不可能存在，因为变压器初、次级线圈的匝数比非常大(好几千倍)，这样的变压器初、次级线圈的分布电容和漏感都很大，当开关管关断时，尖峰脉冲会在漏感和分布电容组成的电流回路中产生高频振荡，从而使尖峰脉冲转变成一个幅度相对比较低的正弦波(阻尼振荡)，并且这个正弦波的频率是不稳定的，当负载比较轻的时候，正弦波的振频率比较高，而当负载比较重的时候，正弦波的谐振频率比较低。另外，由于这种开关电源是采用自激式工作，即开关管的导通和关断都是通过一个正反馈线圈(N2)产生的感应电动势来进行控制，这种自激式开关电源的优点是电路简单，但缺点是变压器铁芯工作于临界饱和状态，工作效率相对比较低，特别是，因为变压器初、次级线圈的漏感和分布电容都很大，当开关管关断的时候产生的高频振荡也会感应到正反馈线圈(N2)之中，由于高频振荡频率的不稳定，使开关管的工作频率也不稳定，因此，这种开关电源的工作频率相对比较低，变压器的体积相对比较大，而高压脉冲输出的幅度很难提高，如果想提高高压脉冲输出的幅度，则要求变压器的体积相对比较大，另外，这种自激式开关电源一般都工作于连续状态，平均损耗功率比较大。鉴于图2这种自激式高压开关电源存在的缺点，目前市场上还出现了一种如图3所示的倍压式高压开关电源，这种倍压式开关电源也是属于自激式开关电源，但这种开关电源采用倍压电路来升压，因此可以大大的降低开关变压器初、次级线圈的匝数比，从而使开关变压器初、次级线圈的漏感和分布电容相对减小，使开关电源工作相对比较稳定。图3所示的倍压式高压开关电源的缺点是开关电源工作于连续状态，不是高压脉冲输出，如果要提高输出电压，其输出功率的平均值相对会很高，并且倍压整流电路的内阻一般都比较大，如果要降低内阻，则需要选用容量比较大的高压电容器，这不但会增加成本，同时也会使体积增大，无法安装在普通高压电击器之中，给使用带来不便。鉴于图2和图3这种自激式高压开关电源存在的缺点，目前市场上还出现了一种如图4所示的由两个开关电源组成的高压开关电源。第一级开关电源主要由晶体管Q1和变压器T1组成，第二级开关电源主要由可控硅RS1(或晶体管)和变压器T2组成。图4中第一级开关电源是一种自激式开关电源，其工作原理与图2所示的开关电源工作原理基本相同，T1次级线圈N3输出由C2、D1、D2组成倍压整流，整流输出通过电阻R4对电容器C3充电，由于充电电流的变化率比较低，所以在电容器充电期间变压器T2次级线圈不会有高压输出，但充电电流在变压器铁芯中产生的磁场却可以使变压器铁芯退磁，使变压器铁芯的磁化范围增大，从而可以增大开关电源工作的脉冲宽度，即可以增加变压器的输出脉冲功率。图4中，在整流输出电压对电容器C3充电的同时，整流输出电压同时也通过R4、R5对电容器C4进行充电，当C4两端的电压达到触发二极管DB1的导通电压时，触发二极管DB1就会导通，使可控硅RS1被触发导通，此时电容器C3储存的电荷就会通过可控硅RS1和变压器T2的初级线圈N1组成的电流回路进行放电，即电容器C3两端的电压通过可控硅RS1加到变压器T2初级线圈N1的两端，在变压器T2的次级线圈N2就会产生一个高压脉冲输出。在图4中，第一级开关电源的工作方式是连续的，其主要作用是给第二级开关电源提供一个比较高的工作电压，而第二级开关电源的工作方式是间隙式的，即每隔一定的时间，可控硅RS1才被触发导通一次，这个间隔时间的长短可通过调整R5、C4的时间常数来改变。这里顺便说明，可控硅RS1也可以用晶体管或场效应管来替代，只需要它的耐压和电流参数满足要求即可。显然，图4所示的高压电源与图2高压电源相比，在平均功率输出大小相同的情况下，其输出的脉冲功率是图2高压电源输出脉冲功率的好几倍，并且图4高压电源输出的脉冲幅度也可以是图2高压电源输出的脉冲幅度的好几倍，因为图4中第二级开关电源属于间隙式脉冲工作状态。在图4中，第二级开关电源的工作电压越高，其工作效率也越高，但工作电压的高低主要由可控硅RS1的耐压来决定，以及开关变压器T2的伏秒容量决定。开关变压器的伏秒容量由下式给出：Uτ＝NS(Bm-Br)×10-8——变压器的伏秒容量(1)或——变压器初级线圈匝数(2)上面(1)和(2)式中，Uτ为变压器的伏秒容量(单位为伏-秒)，N为变压器初级线圈的匝数，S为变压器铁心的截面积(单位平方厘米)，Bm为变压器铁心的最大磁通密度(单位高斯)，Br为变压器铁心的剩余磁通密度(单位高斯)。一般铁氧体变压器铁芯的最大磁通密度Bm约为5000高斯，而剩余磁通密度约为2500高斯(与退磁效率有关)。伏秒容量表示：一个开关变压器能够承受多高的输入电压和多长时间的冲击。在开关变压器伏秒容量一定的条件下，输入电压越高，开关变压器能够承受冲击的时间就越短，反之，输入电压越低，开关变压器能够承受冲击的时间就越长；而在一定工作电压的条件下，开关变压器的伏秒容量越大，开关变压器铁芯中的磁感应强度就越低，开关变压器的铁芯就不容易饱和。由上面两式可以看出，当变压器的铁心面积及初级线圈匝数一定之后，伏秒容量也基本被确定了，如果要提高工作电压，则必须减小脉冲宽度，所以伏秒容量的大小也是设计开关电源的一个重要指标，对于一般的高压电击器使用的开关电源，变压器的伏秒容量主要受到变压器体积的限制。一般小可控硅的耐压大部分都在100V～300V之间，其它小功率半导体器件的耐压大部分也都在600V以下，如果要进一步提高第二级开关电源的工作电压，以得到更大的脉冲输出功率和更高的脉冲电压输出，必须更换耐压更高的开关器件，放电管是目前耐压最高的开关器件，图5是采用放电管作为开关器件的另一种的高压脉冲电源，图7是放电管的伏-安特性曲线。放电管的击穿电压一般都可以达2000伏以上，因此选用放电管作为开关器件，开关电源的工作电压就可以选得很高，并且放电管的工作电流很大，可达数千安培。但放电管也有缺点，就是其导通时存在一个残留电压(图7中的V4)，因此，当放电管导通时，加到变压器初级线圈两端的电压只有工作电压与残留电压之差。尽管如此，只要开关电源的工作电压选得足够高，这个差值还是很大的。所以，图5所示的高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电击器高压脉冲电源，其特征在于：所述电击器高压脉冲电源，由两级开关电源组成，第一级开关电源主要由开关管Q1和变压器T1组成，第二级开关电源主要由放电管G1和高压变压器T2组成，第一级开关电源有多组直流高压输出，分别为V1、V2、Vn等，多组直流高压之间以串联方式进行叠加，其中一组直流高压V1还兼为放电管G1和高压变压器T2的工作电压，多组直流高压与高压变压器T2的次级线圈N2、N3串联，当放电管G1工作时多组直流高压将与高压变压器T2的次级线圈产生的高压脉冲叠加输出，极大限度地提高高压电源的脉冲输出功率，增强高压电击器的使用效果。

【技术特征摘要】
1.一种电击器高压脉冲电源，其特征在于：所述电击器高压脉冲电源，由两级开关电源组成，第一级开关电源主要由开关管Q1和变压器T1组成，第二级开关电源主要由放电管G1和高压变压器T2组成，第一级开关电源有多组直流高压输出，分别为V1、V2、Vn等，多组直流高压之间以串联方式进行叠加，其中一组直流高压V1还兼为放电管G1和高压变压器T2的工作电压，多组直流高压与高压变压器T2的次级线圈N2、N3串联，当放电管G1工作时多组直流高压将与高压变压器T2的次级线圈产生的高压脉冲叠加输出，极大限度地提高高压电源的脉冲输出功率，增强高压电击器的使用效果。2.一种如权利要求1所述的电击器高压脉冲电源，其特征还在于：第一级开关电源的变压器T1各组输出电压均采用反激式输出，其中，变压器T1的初级线圈N2绕组的输出电压与低压电源(1)输入电压叠加，经整流二极管D01整流及电容器C01滤波，再经稳压控制(2)稳压后，作为间隙时间控制(3)和PWM脉冲调制(4)等单元电路的工作电压；以及，低压电源(1)的正端与变压器T1初级线圈的抽头N1、N2的两个同名端连接，低压电源(1)的负端与冷地(6)连接，N1的另一端与开关管Q1(场效应管的漏极或晶体管的集电极)连接，N2的另一端(反激输出端)与整流二极管D01的正极连接，整流二极管D01的负极与滤波电容器C01的正极连接，电容器C01的负极与冷地(6)连接，开关管Q1的另一端(场效应管的源极或晶体管的发射极)与电流取样电阻R01连接，同时也与过流保护(5)电路连接，电阻R01的另一端接冷地(6)，开关管Q1的控制极(场效应管的栅极或晶体管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶显芳，
申请(专利权)人：陶显芳，许进龙，
类型：发明
国别省市：广东,44