模块电源和总线模块在脉冲电子围栏中的应用

　　引言

　　随着“中国城镇化”进程的加快，越来越多的居民进入城市居住工作，社区或者园区的安保措施已经变得越来越重要了，因传统的安保措施存在着固有缺陷，不能主动打击入侵者以及很难进行联网控制监控，脉冲电子围栏应运而生。本文讲述了电源模块、工业总线模块在高压电子围栏方面的应用以及未来安防系统产品的发展趋势。

　　1 脉冲电子围栏系统组成

　　图1表示某小区的电子围栏系统集中管理方案，整个系统主要由布防主机、串口转换器、声光报警设备、监控主机等构成;脉冲电子围栏主机分布在不同的防区，可通过监控主机实时监控各个防区的布撤防，各个脉冲主机之间通过RS485协议进行通信。如果在布防的情况下，一旦有人非法翻越围墙，系统立即报警并有效阻挡入侵者非法入侵，同时计算机控制软件会在电子地图上显示报警的相应防区、报警类型、报警时间，提示管理人员进行处理，大大缩短了处理时间，帮助安保人员及时定位，缩短事故处理时间。

　　在一些重要的场合如看守所、军事基地等场合，电子围栏系统可与视频监控系统进行连接，一旦发生报警信号，监控摄像机进行开启，及时记录入侵或者逃跑人员的面部特征，方便安保工作人员及时跟踪线索，进而快速破案，缉拿逃跑人员，弥补损失。

　　2 脉冲电子围栏主机原理框图介绍

　　如图2所示，脉冲电子围栏主机主要由主控制单元、高压脉冲产生单元、高压检测单元(报警检测单元)、状态显示单元、通信单元、报警联动单元组成。主机的主电源采用AC-DC产品，主电源输出给高压脉冲产生单元和有源报警电路供电，同时通过降压电源给主控制电路供电。主控制电路同时控制状态显示单元、通信单元、报警联动单元并接收高压检测单元信号。状态显示单元提供LED报警状态显示(开锁、断线、短路等)、LCD输出电压显示。通过外置按钮可主动设置主机的布防情况、主动设置打击入侵模式(设置打击电压和能量);通信单元采用RS485通信接口，CPU通过RS485总线同其他主机或者监控主机进行通信;报警联动单元包括一路有源报警信号和两路无源报警信号，支持其他联动设备接收报警信号;高压脉冲产生单元通过脉冲变压器产生隔离的高压脉冲。高压检测单元需要检测高压脉冲，因此需要一路隔离的电源给高压检测电路供电，高压检测电路将输出的电压进行精准采样并送给CPU进行分析，进而判断是否需要提高打击电压，判断防区是否处于入侵状态以及检测整个防区是否断线等。

　　3 电源方案推荐

　　3.1 主电源方案推荐

　　高压脉冲电子墙长久运行在户外场合，必须考虑高温或者低温等天气因素，同时要有完善的雷击防护功能。作为布防主机的供电电源，必须要有较宽的应用温度范围。同时为了简化电源接口的浪涌防护电路，主电源本身也要有一定的EMC防护能力。[page]

　　金升阳LH_ER2封装图如图3所示，金升阳LH_ER2系列产品工作温度范围达-40℃～+70℃，并且EMC等级达到4级标准，可显著简化EMC电设计。在一般布防主机系统中，AC-DC的功率只需要15-20W功率即可，如果外置有源报警的路数较多，需要相应增加AC-DC的功率要求。

　　3.2 高压检测隔离电源推荐

　　电压检测电路的供电功率一般在1W以内，并且对电压精度要求不高，因此可以采用定电压输入产品。高压脉冲电子墙瞬间输出电压高达4-10kV ，并且此电压周期性存在于输出端，其电压有效值可达到几百伏特。常规的隔离电源模块耐压大约只有1000VDC-1500VDC，难以承受这么高的共模电压，容易造成隔离层破坏，导致整个系统的瘫痪。

　　金升阳E/FXXXXS-1WR2系列耐压高达3000VDC，1min测试漏电流小于1mA;同时温度工作范围宽，低温低至-40℃，高达+85℃无需降额使用，更适合户外应用;此外该产品无需添加外围元器件即可工作，并且具有短路自恢复功能，减小了整个系统崩溃的可能性，封装图如图4所示。

　　3.3 主控制单元降压供电电源推荐

　　主控制降压供电电源需要给CPU以及外围的状态显示单元和通信单元供电，同时控制脉冲产生单元、高压检测单元和报警联动单元的工作。因此该供电电源不仅要提供稳定可靠的输出电压，同时要具备一定的电源输出功率。普通的三端稳压器效率低，大功率输出下需要外置的散热片才能正常工作，因此不适合作为主控制单元降压供电电源。

　　金升阳K78-500R2系列产品，工作效率高达96%，因此无需散热片即可正常工作，并且与LMK78系列管脚兼容。该产品输出精度高达±2%，具备-40℃~71℃的工作温度范围且无需降额使用，更适合户外工作。同时该产品完美支持负输出，具有过流、过温保护，封装如图5所示。

　　4 RS485总线接口方案推荐

　　高压脉冲电子墙一个主机控制一块区域，两个主机之间通讯距离较长。同时由于布防主机会对大地打共模电压，必然导致两个主机之间存在着地势差，因此必须对RS485通信接口进行隔离防护处理;金升阳TD_485H系列产品内部自带隔离电源，集成RS485隔离通信电路，简化了RS485隔离电路设计。该产品采用独特磁耦隔离技术替代传统光耦隔离技术，工作可靠性更高; 模块化封装，简化方案设计，减小PCB占板面积;宽温度工作范围，低温低至-40℃，高温+71℃无需降额使用，更适户外工作，实物图如图6所示。

　　5 EMC电路设计要点

　　高压电子围栏经常应用于重要场合，如大型工厂、住宅区、看守所等人员密集且较难管理的露天场合，往往这些场合存在着雷电的发生，所以EMC防雷电路的设计必不可少;高压电子围栏必须安装避雷器，并且地线必须埋地，否则很容易引起主机因雷电的影响而损坏;主机的AC进线口也容易被雷电干扰而耦合，AC-DC电源模块前端需要考虑EMC电路来增强浪涌电压等级，提升整个产品的可靠性。金升阳提供完整的EMC解决方案，包括推荐电路以及相应的模块产品，可进一步提高整个系统的EMC等级。

　　6 小结

　　随着中国的城镇化速度的进一步加快，社区化的安全建设越来越受到人们的关心。未来的社区必将是智能化的社区，无需大量值班人员巡视的社区，必将是智能自动报警监控的社区。智能化的社区一定会慢慢融入人们的生活之中，采用模块化设计可以减小产品的设计难度、减少产品的设计时间，更能保证产品长久可靠工作。

　　参考文献:
　　[1]GB/T 7964-2008.脉冲电子围栏及其安装和安全运行
　　[2]GB/T 10408.1 - 2000.入侵探测器 第1部分：通用要求
　　[3]TD501D485H datesheet[R/OL].http://www.mornsun.cn/public/channel/Industry/485/TDx01D485H.pdf
　　[4]李旋球,陈坚,赵勇,等.一种可程控调制脉冲电源模块的研制.电子产品世界,2014(5)
　　[5]李健.智能电源管理.电子产品世界,2013(2)