电蚊拍的实现原理

前言

今天在B站看到了一个很有意思的视频，解决了困扰我很长时间的问题，使用电池的电蚊拍是如何消灭苍蝇的？下面做下简单总结。

简单原理

电蚊拍使用升压电路，将3V的直流电，升压为1800V的交流电，从而实现消灭苍蝇的功能。

graph LR A(3V 直流) A --> B{升压电路} B --> D(1800V 交流电)

电路原理图 如图所示：
左侧为自激荡电路，右侧为两个二倍压串联成的四倍压电路
该电路可以完成两次升压
第一次通过左侧的变压器将3V直流电升压为450V交流电
第二次通过四倍压电路的倍压整流升压为1800V交流电

变压器升压

变压器原理

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置

交流电在通过初级线圈在铁芯上产生交变磁场
交变磁场通过次级线圈产生感应电动势
当我们在如右图所示的变压器上，输入1V的交流电
我们就能在次级次级线圈上得到10V的交流电

如何将直流电转变为交流电

原理

我们知道变压器的输入端必须是交流电，那么我们应该怎样将3V的直流电，转换为交流电呢。

这里利用了 自激振荡原理
一般的变压器有两个线圈，自激振荡变压器有三个线圈
在初级、次级线圈的基础上，又多了一个反馈线圈。

自激震荡过程

在该案例中，初级线圈只有8圈，而次级线圈有1200圈，所以次级线圈能感应出1200/8*3v=450V的交流电

自激荡过程如下：

1. 当我们闭合开关，由于电感对电流有抑制作用，最开始可以吧电感看做是断路，慢慢的(实际很快)电感的抑制作用减弱，三极管开始导通。

2. 慢慢的三极管CE级电流越来越大，由于电流的增加，初级线圈上感应出了向上的电流，来抑制电流的增大。此时反馈线圈上也感应出了向上的电压，产生相反的电流。
3. 这时三级管会开始截止，CE极之间又没有电流通过。
4. 此过程反反复复，形成类似开关的状态，模拟出交流电的效果。

另外一种分析方式：
初始状态，三极管是关闭的，所有绕组上都没有电压。加了输入电压后，由启动电阻经过反馈线圈流过很小的电流到三极管基极。此时三极管开始导通，输入电压加在变压器原边绕组上，原边绕组的电流近似线性上升。在初级线圈电流增加的过程中，反馈线圈上的电压是上负下正。然后形成了正反馈，器件保持导通。当电流上升到使得变压器磁芯接近饱和时，这时因为磁芯饱和，反馈绕组上感应电压就会下降，于是基极电流下降，然后三极管的集电极电流（也就是原边绕组的电流）下降。因为原边绕组的电流下降，这个时候反馈绕组的电压才开始反极性（下负上正），因为正反馈，器件就会关断，直到变压器储能完全向副边释放。电路又开始启动，然后进入下一个周期。这个振荡频率原边电感，输入电压和输出电流都有关系，是变频工作模式。

如何升压

在将直流电转换为交流电后，我们可以简单的通过变压器，将3V升压至450V，在通过四倍压电路将450V升压至1800V

一级升压

在该案例中，初级线圈只有8圈，而次级线圈有1200圈，所以次级线圈能感应出1200/8*3v=450V的交流电

二级升压

为了便于分析，我们将左侧变压器原边绕组省略，右侧为一个四倍压电路，可以将450V电压升压至450V*4=1800V

四倍压是如何实现的

为了分析四倍压电路，我们不妨先来看一下二倍压电路，他们的原理都是一样的

二倍压电路

电路左侧为450V的交流电，
当峰值为正半周期时，电源上正下负，C1充能电压为450V，右侧二极管断路
当峰值为副半周期时，电源上负下正，C1与电源为C2充能为900V，左侧二极管断路
可简单看作，电容C1和电源为C2充电，450V+450V=900V，二倍升压完毕。

三倍压与四倍压

当我们在二倍压电路右侧加上一个电容和一个二极管
在峰值为正半周期时，由二倍压电路可得，C1为450V，C2为900V
电源极性与C1相反，两者抵消为0
可简单看做C2为C3充能，使C3为900V
所以C1C2两点之间的电压为 450V+900V = 1350V，三倍压电路由此而来。

相应的，我们继续添加电容和二极管
由于在负半周期，C2与电源和C1的极性相反，可以看做C3单独给C4充能为900V
C2与C4之间的电压为1800V，四倍压由此而来。

电蚊拍实现

最后，看一下最终的电路，会发现很清晰。
左侧3V直流电通过自激振荡变压器升压为450V交流电，在通过四倍压电路升压至1800V高压交流电。达到击毙苍蝇的目的。

小细节

双层设计

此时AB两点的电压高达1800V，已经可以危害人体，所以放电区进行了双层设计。
当人手触碰到顶层是，无法接通电路，不会触发放电。
当苍蝇等小型昆虫进入电网中时，电路接通，进行放电。

放电电阻

在AB两点之间，会连接一个电阻，阻止很大。
当开关断开后，电阻会放掉电容中存的电。
如果没有电阻的话，放电区会一直为带电状态

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来源： https://www.cnblogs.com/yad123/p/15937419.html