电刺激电路的制作方法

本发明涉及一种改进的电刺激电路。更具体但非排他地，其涉及一种用于由牛穿戴的可穿戴设备的、可远程触发的改进的电刺激电路，该电刺激电路由于使用了被低估的变压器和电容器而非常轻量化。

背景技术：

1、电刺激项圈已经用于宠物(例如狗)很多年。电刺激项圈可以通过用户触发器、通过诸如埋线的物理边界或者通过虚拟边界来激活。通常，电刺激项圈只提供足够的能量给狗厌恶的刺激。电刺激项圈的电压可以根据型号各不相同。然而，电刺激项圈上的典型范围可以在400到1000伏特之间。电刺激项圈需要轻量化，以便能够由动物携带，并且是高能效的，以免电池消耗过快。

2、围栏激励器是当前发明的最好类比，因为它们试图实现向大型动物提供电刺激的相同结果。电围栏通常用于将牛(如奶牛)限制在区域内。电围栏激励器提供能量，通过围栏线、通过奶牛返回激励器附近的接地电极。根据围栏配置、动物类型和其他因素，电源或电围栏激励器通常输出2000至12000伏特。与狗的电刺激项圈相比，此电压更大，因为该电压需要使能量从围栏跳到奶牛身上，有时也需要穿过奶牛的厚皮毛。电围栏激励器具有非常低的安培数或电流，约为120毫安。这通过两种方式再次变得更安全，首先是通过以高电压但非常低安培数的规则脉冲释放来自电围栏激励器的电子流。其次，电能脉冲通过电线。这意味着它沿线路每秒发送一次持续3/10000秒的电脉冲。使电流脉动的原因是，如果电线被触碰并递送电刺激，无论触碰到什么，它都有机会自行移除。

3、为了实现上述特性，电围栏激励器通常是主电源供电的、大型的、壁挂式的和重型的。太阳能电围栏激励器也可安装在农场上，远离主电源。这些太阳能电围栏激励器可以具有大型太阳能电池板和为了便于运输安装在便携式推车上的重型电池。

4、本发明的目的

5、本发明的目的是提供一种电刺激电路，该电刺激电路克服或至少部分地改善上述缺点中的一些，或者至少为公众提供有用的选择。

技术实现思路

1、在第一方面，本发明涉及一种被配置为由动物穿戴的动物刺激项圈，包括被配置为向动物施加电刺激的电刺激系统，该系统包括：

2、a)能量源；

3、b)定位在项圈上的电极对；

4、c)电刺激电路，其可操作以从能量源产生电刺激，并将所产生的刺激提供给电极对；

5、d)控制器，被配置为在需要时操作电刺激电路；以及

6、e)其中，电刺激电路包括输出变压器，并且该电刺激电路被配置为从输出变压器的操作产生电刺激，输出变压器以表示基本饱和状态的操作参数为特征。

7、在另一个方面，本发明涉及一种用于被配置为由动物穿戴的可穿戴设备的电刺激系统，该系统被配置为向动物施加电刺激，该系统包括：

8、f)能量源；

9、g)电极对；

10、h)电刺激电路，其可操作以从能量源产生电刺激，并将所产生的刺激提供给电极对；

11、i)控制器，被配置为在需要时操作电刺激电路；以及

12、j)其中，电刺激电路包括输出变压器，并且该电路被配置为从输出变压器的操作产生电刺激，输出变压器以表示基本饱和状态的操作参数为特征。

13、在一些实施例中，输出变压器可操作地产生电刺激作为具有输出脉冲能量和输出脉冲宽度的输出脉冲，其中输出变压器的操作由以下操作参数中的任何一个或更多个来表征：

14、·高达90％的输出脉冲能量由在饱和状态下操作的输出变压器产生；

15、·高达85％的输出脉冲能量由在饱和状态下操作的输出变压器产生；

16、·高达80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％或30％的输出脉冲能量由在饱和状态下操作的输出变压器产生；

17、·输出脉冲能量高达输入到输出变压器的脉冲能量的50％；

18、·输出脉冲能量高达输入到输出变压器的脉冲能量的20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％或55％；

19、·输出脉冲能量基本上为0.15j，并且输入到输出变压器的脉冲能量约为0.5j；

20、·输出脉冲能量基本上为0.15j，并且输入到输出变压器的输入脉冲能量至少为0.4j、0.45j、0.5j、0.55j、0.6j、0.65j、0.7j、0.75j、0.8j、0.85j、0.9j或0.95j；

21、·至少50％的输出脉冲宽度由以50％或更低的效率操作的输出变压器产生；

22、·至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的输出脉冲宽度由以50％或更低的效率操作的输出变压器产生；

23、·输出变压器的一次绕组接收大约60a到80a，并且输出变压器的二次绕组输出大约3a。

24、在一些实施例中，该电路还包括升压变压器，该升压变压器被配置为直接或间接地从能量源接收能量并升高能量源的电压。

25、在一些实施例中，该电路还包括电容器电路，电容器电路包括一个或更多个电容器，一个或更多个电容器被配置为以升压变压器提供的电压存储来自升压变压器的能量。

26、在一些实施例中，输出变压器被配置为接收由电容器电路存储的能量。

27、在一些实施例中，输出变压器被配置为将电容器电路存储的能量升高到400v和30kv之间的范围。

28、在一些实施例中，能量源提供20瓦特和40瓦特之间、和/或3伏特和5伏特之间、或约4.2伏特。

29、在一些实施例中，升压变压器将能量源电压增加到400伏特和800伏特之间的范围。

30、在一些实施例中，升压变压器将能量源电压增加到500伏特和700伏特之间的范围。

31、在一些实施例中，升压变压器将能量源电压增加到600伏特。

32、在一些实施例中，升压变压器操作在饱和的线性区域中。

33、在一些实施例中，输出变压器的体积小于27cm3。

34、在一些实施例中，输出变压器的宽度和深度小于40mm×40mm。

35、在一些实施例中，输出变压器的宽度和深度小于30mm×30mm。

36、在一些实施例中，输出变压器的高度(不包括其腿部)小于40mm、小于30mm或小于20mm。

37、在一些实施例中，输出变压器的高度(不包括腿部)为17mm。

38、在一些实施例中，输出变压器的形状是长方体。

39、在一些实施例中，电容器电路至少包括第一和第二电容器。

40、在一些实施例中，控制器被配置为控制电容器电路的充电。

41、在一些实施例中，控制器被配置为控制电容器电路中的一个或更多个电容器的放电，从而控制放电电压脉冲的电压分布。

42、在一些实施例中，控制器被配置为控制电容器电路中的一个或更多个电容器的放电时序，从而控制电压脉冲的幅度、波长和频率中的至少一个。

43、在一些实施例中，电压脉冲由输出变压器升高，以产生形成要递送到动物的电刺激的至少一部分的输出脉冲。

44、在一些实施例中，在0.5秒至1.5秒的电刺激时间内递送电刺激。

45、在一些实施例中，在1秒的电刺激周期内递送电刺激。

46、在一些实施例中，在电刺激时间期间，在2个和6个脉冲之间重复多个电压脉冲。

47、在一些实施例中，在电刺激时间期间，电压脉冲重复3次。

48、在一些实施例中，控制器被配置为允许在电压脉冲之间冷却电容器(不充电或放电)。

49、在一些实施例中，控制器被配置为操作电刺激电路以产生多个电刺激，其中，电刺激之间的时间为至少3秒。

50、在一些实施例中，电刺激之间的时间是10秒。

51、在一些实施例中，电刺激之间的时间为至少3秒。

52、在一些实施例中，电刺激之间的时间是10秒。

53、在一些实施例中，电容器是电解电容器。

54、在一些实施例中，电解电容器是铝型。

55、在一些实施例中，电容器是薄膜电容器。

56、在一些实施例中，电容器电路的电容在3uf和20uf之间。

57、在一些实施例中，电容器电路的电容为3.3uf和15uf。

58、在一些实施例中，电容器电路的电容为10uf。

59、在一些实施例中，电刺激电路包括电容器反馈信号，并且控制器还被配置为确定电压脉冲的变量，从而允许微控制器控制以下中的一个或更多个：

60、电容器电路的充电时间和时序；

61、电容器电路的放电时间和放电时序；

62、电压脉冲的电压幅度、电流幅度、周期和频率中的一个或更多个的变化；和/或

63、在电刺激的持续时间内脉冲数量的变化。

64、在一些实施例中，电刺激电路还包括产生指示电极操作的反馈信号的反馈电路，并且控制器还被配置为基于反馈信号确定电刺激是否被成功施加到动物。

65、在一些实施例中，反馈电路包括配置在电极对之间的分流电阻器，并且反馈信号指示流过反馈电阻器的电流。

66、在一些实施例中，控制器被配置为当反馈信号指示电流高于预定阈值时确定电刺激递送成功。

67、在一些实施例中，预定电流阈值在2安培和6安培之间。

68、在一些实施例中，控制器被配置为确定尚未满足电流阈值，并且作为响应，被配置为重新发送电刺激。

69、在一些实施例中，电极对包括间隔开一定距离的正电极和负电极，并且正电极和负电极被配置为在其间接收动物的一部分。

70、在一些实施例中，间隔开的距离在50mm和300mm之间。

71、在一些实施例中，间隔开的距离在90和200mm之间。

72、在一些实施例中，每个电极是被配置为与动物颈部轮廓互补的条形电极。

73、在一些实施例中，正电极位于可穿戴设备上，以便位于动物颈部与负电极相对的一侧。

74、在一些实施例中，电极对中的至少一个电极包括在使用中紧贴动物的齐平表面。

75、在一些实施例中，间隔开的距离取决于动物颈部的宽度。

76、在一些实施例中，电极与动物的皮肤间隔开并偏移。

77、在一些实施例中，电极位于动物的毛发上。

78、在一些实施例中，电刺激电路被配置为提供能够跳过动物毛发的电刺激。

79、在一些实施例中，电极或多个电极被配置为针形或钮形。

80、在一些实施例中，控制器被配置为仅在经过预定时间周期之后才操作电刺激电路。

81、在一些实施例中，控制器被配置为一次只允许将一个脉冲递送到动物。

82、在一些实施例中，可穿戴设备是被配置为至少部分地定位在动物颈部周围的项圈。

83、在一些实施例中，能量源是电池。

84、在一些实施例中，电池由太阳能电池板充电。

85、在一些实施例中，该系统还包括被配置为对能量源充电的太阳能电池板。

86、在另一个方面，本发明涉及一种被配置为由动物穿戴用于可穿戴设备的电刺激系统，该系统被配置为向动物施加电刺激，该系统包括：

87、a.提供直流(direct current,dc)电能的能量源，

88、b.电刺激电路，包括

89、i.输出变压器，包括直接或间接电连接到能量源的一次电感器，；以及二次电感器，输出变压器被配置为增加能量源电压的电压，其中，输出变压器在充电时总是完全饱和的，以及

90、ii.电极对，被配置为经由动物在它们之间传递来自输出变压器的能量，至少一个电极对电连接到二次电感器，以及

91、c.微控制器，被配置用于激活所述电刺激电路以在需要时向动物提供电刺激。

92、在一些实施例中，电刺激电路包括

93、a.升压变压器，被配置为直接或间接地从能量源接收能量，并将能量的电压增加到400伏特和800伏特之间的范围(“第一变压器电压”)，以及

94、b.电容器电路，包括一个或更多个电容器以在由变压器提供的电压下存储来自升压变压器的能量。

95、在一些实施例中，输出变压器从一个或更多个电容器接收能量。

96、在一些实施例中，输出变压器将升压变压器电压增加到1kv和30kv之间的范围(“电刺激电压”)，

97、在一些实施例中，能量源提供在20瓦特和40瓦特之间、和/或3伏特和5伏特之间、优选4.2伏特的范围内的功率。

98、在一个实施例中，第一变压器将能量源电压增加到400伏特和800伏特之间的范围。

99、在一些实施例中，第一变压器将能量源电压增加到500伏特和700伏特之间的范围。

100、在一些实施例中，第一变压器将能量源电压增加到600伏特。

101、在一些实施例中，微控制器被配置为以下中的一项或更多项：控制递送到电刺激电路的能量；接收来自电刺激电路的反馈；并接收来自微控制器的指令。

102、电容器电路

103、在一些实施例中，电容器电路至少包括第一和第二电容器。

104、在一些实施例中，微控制器直接或间接地控制电容器电路的充电和放电，以形成电容器脉冲。

105、在一些实施例中，多个电容器脉冲由输出变压器升高为多个电刺激脉冲，形成要递送到动物的电刺激。

106、在一些实施例中，在0.5秒至1.5秒的电刺激时间内递送电刺激。

107、在一些实施例中，在1秒的电刺激周期内递送电刺激。

108、在一些实施例中，多个电容器脉冲在2个和6个脉冲之间。

109、在一些实施例中，多个电容器脉冲是3个脉冲。

110、在一些实施例中，电刺激脉冲的数量与电容器脉冲的数量相同。

111、在一些实施例中，电容器脉冲的幅度、波长和频率由微控制器控制。

112、在一些实施例中，电容器在电刺激之间冷却、和/或电容器在电容器脉冲之间冷却。

113、在一些实施例中，电刺激之间的时间大于3秒，并且优选地为10秒。

114、在一些实施例中，电容器是电解电容器。

115、在一些实施例中，电解电容器是铝型。

116、在一些实施例中，电容器电路包括多达六个附加电容器。

117、在一些实施例中，电刺激电路包括附加电容器电路，每个附加电容器电路包括一个或更多个电容器。

118、在一些实施例中，每个附加电容器电路是可单独控制的，以将其电“连接”到电刺激电路。

119、在一些实施例中，当接通(以电连接到电刺激电路)时，附加电容器电路增加电刺激电路中能量的存储(电容)。

120、在一些实施例中，电容器电路中的一个或更多个可单独控制或成组控制，以改变到输出变压器内的电压。

121、在一些实施例中，电容器电路的电容在3.3uf和10uf之间。

122、在一些实施例中，该系统包括第一电容器电路和被配置为被控制的两个附加电容器电路。

123、在一些实施例中，两个附加电容器电路被配置为被远程控制。

124、在一些实施例中，电刺激电路包括电容器反馈，以允许微控制器确定电容器脉冲的变量，从而允许微控制器控制以下中的一个或更多个：电容器的充电时间；对电容器进行放电；激活电刺激电路的附加电容器；改变电容器脉冲的幅度、周期和频率中的一个或更多个；并且改变脉冲的数量以形成电刺激。

125、在一些实施例中，电容器反馈使系统成为闭环反馈系统。

126、在一些实施例中，该系统包括一个或更多个反馈回路。

127、在一些实施例中，变量是电压和电流。

128、输出变压器

129、其中，输出变压器增加从电容器电路接收的电压。

130、在一些实施例中，该增加在400伏特到29600伏特之间。

131、在一些实施例中，输出变压器的体积小于27cm3。

132、在一些实施例中，输出变压器的宽度和深度小于40mm×40mm，并且优选地宽度和深度小于30mm×30mm。

133、在一些实施例中，输出变压器的高度(不包括其腿部)小于40mm、小于30mm或优选地小于20mm。

134、在一些实施例中，输出变压器高度(不包括腿部)为17mm。

135、在一些实施例中，输出变压器的形状是长方体。

136、在一些实施例中，输出变压器在充电时总是在其完全饱和区域中操作。

137、在一些实施例中，输出变压器在充电时完全饱和。

138、在一些实施例中，输出变压器的拐点位于大约20安培和大约6kv处。

139、在一些实施例中，输出变压器接收高于其激励拐点电流的电流。

140、在一些实施例中，输出变压器接收在30a和80a之间的电流。

141、在一些实施例中，输出变压器在每个电容器脉冲期间接收大约50a的电流。

142、在一些实施例中，输出变压器接收400伏特到800伏特之间。

143、在一些实施例中，当在使用中的动物上放电时，输出变压器在50％至80％的无效率范围内操作。

144、在一些实施例中，输出变压器接收的能量在0.1j和1j之间。

145、在一些实施例中，变压器接收的能量为0.5j，变压器输出的能量为0.1j。

146、确认反馈

147、在一些实施例中，该系统包括电刺激确认反馈。

148、在一些实施例中，电刺激确认反馈被配置为确认电刺激是否被成功施加到动物。

149、在一些实施例中，电刺激确认反馈包括电连接到每个电极的分流电阻器，该分流电阻器测量电极两端的电流。

150、在一些实施例中，如果所述分流电阻器两端的测量电流高于设定的安培值，则电刺激将被确认为被递送。

151、在一些实施例中，如果所述分流电阻器两端的测量电流低于设定的安培值，则电刺激将被确认为失败。

152、在一些实施例中，设定的安培值在2和6之间，并且优选地为4。

153、在一些实施例中，如果电刺激确认反馈确认没有递送电刺激，则微控制器重新发送电刺激。

154、在一些实施例中，该系统是闭环。

155、电极

156、在一些实施例中，电极对与动物导电接触或接近导电接触。

157、在一些实施例中，电极对包括间隔开一定距离的正电极和负电极，并且正电极和负电极被配置为在其间接收动物的一部分。

158、在一些实施例中，间隔开的距离在50mm和300mm之间，并且优选地在90和200mm之间。

159、在一些实施例中，每个电极是被配置为与动物颈部轮廓互补的条形电极。

160、在一些实施例中，正极位于可穿戴设备上，以便位于动物颈部与负极相对的一侧。

161、在一些实施例中，电极对中的至少一个电极，并且优选两者，包括在使用中紧贴动物的齐平表面。

162、在一些实施例中，间隔开的距离取决于动物颈部的宽度。

163、在一些实施例中，电极与动物的皮肤间隔开并偏移。

164、在一些实施例中，电极位于动物的毛发上。

165、在一些实施例中，电刺激电路被配置为提供能够跳过动物毛发的电刺激。

166、在一些实施例中，一个或更多个电极被配置为针形或钮形。

167、其他

168、在一些实施例中，该系统包括故障安全电路，该故障安全电路被配置为防止多个电刺激在它们之间具有短时间周期或没有时间周期的情况下被同时递送。

169、在一些实施例中，故障安全电路包括高通滤波器，以允许一次仅向动物递送一个脉冲。

170、在一些实施例中，升压变压器操作在饱和的线性区域中。

171、在一些实施例中，可穿戴设备是被配置为至少部分地定位在动物颈部周围的项圈。

172、在一些实施例中，动物是一种类型的牛。

173、在一些实施例中，动物是奶牛。

174、在一些实施例中，能量源是电池。

175、在一些实施例中，电池由太阳能电池板充电。

176、在一些实施例中，该系统包括太阳能电池板。

177、在一些实施例中，项圈容纳太阳能电池板。

178、在一些实施例中，可穿戴设备包括被配置为存放系统的外壳和太阳能电池板。

179、在另一个方面，本发明涉及一种被配置为向动物施加电刺激的动物刺激项圈，该项圈包括：

180、a.能量源，用于提供小于10伏特的能量源能量；

181、b.刺激电路，容纳在所述项圈内，被配置为经由升压变压器和脉冲输出变压器升高能量源电压，升压变压器在低效的非饱和范围内操作，并且向电容器组递送400伏特到800伏特之间的电压，电容器组被配置为将所述能量源能量的安培数增加到超过50安培以输送到输出变压器，输出变压器被配置为在完全饱和的同时将升压变压器电压增加到10kv和30kv之间的刺激电压范围，

182、c.朝向使用中的动物或邻近使用中的动物延伸的两个电极，所述输出变压器被配置为将所述刺激电压放电穿过电极并因此放电穿过使用中的动物，

183、d.微控制器，被配置为在需要时激活所述刺激电路以向所述动物提供电刺激。

184、本发明的其他方面可以从以下描述中变得显而易见，以下描述仅通过示例并参考附图给出。

185、本发明的其他方面可以从以下描述中变得显而易见，以下描述仅通过示例并参考附图给出。

186、在本说明书中，已经参考了专利说明书、其他外部文件或其他信息源，这通常是为了提供用于讨论本发明的特征的背景。除非另有特别说明，否则提及此类外部文件不应被解释为承认此类文件或此类信息源在任何司法管辖区都是现有技术，或构成本领域公知常识的一部分。

187、还应理解的是，附图中所示和以下描述中所描述的特定设备仅仅是本发明的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不被认为是限制性的。

188、应该承认，在不同的管辖区内，术语“包括(comprise)”可能具有排他性或包容性。就本说明书而言，除非另有说明，否则术语“包括”应具有包容性，允许不仅包括列出的部件或元件，还包括其他未指定的部件或元件。术语“包括(comprises)”或“包括(comprised)”或“包括(comprising)”在关于系统或关于方法或过程中的一个或更多个步骤使用时具有类似含义。

189、如上文和下文所用，术语“和/或”是指“和”或“或”或两者。

190、如上文和下文所用，名词后面的“(s)”是指名词的复数和/或单数形式。

191、如上文和下文所使用的，术语“大约(about)”是指基本上或在本领域普通技术人员通常期望在电路背景中测量的变化或公差内。例如，根据电路设计者的公差选择，电子部件可能以+/-1％、2％、5％、10％或20％为特征。因此，大约x反映了x＝+/-1％、2％、5％、10％或20％的变化，取决于电路可能需要的部件精度水平。对“大约x”的脉冲特征的测量反过来可以反映本领域普通技术人员通常期望从部件公差的这种变化甚至环境参数(例如温度)的变化中产生的变化，只要那些参数可能导致这种变化。

192、当在权利要求中使用时，除非另有说明，否则“用于(for)”一词应解释为仅是指“适于”，而不是例如专门为所述目的“适应”或“配置”。

193、为了本说明书的目的，在方法步骤按顺序描述的情况下，该顺序并不一定意味着步骤将按该顺序按时间顺序排列，除非没有其他逻辑方式来解释该顺序。

194、以上和以下引用的所有申请、专利和出版物的全部公开内容(如有)均通过引用合并于此。