深入理解电蚊拍升压原理

闻太师

一、编者按：

网上解析电蚊拍工作原理的资料满天飞，本人也是看这些资料学习的。本来以为自己已经理解了其工作原理。前几天和网友@jf201006 讨论的时候，发现自己理解得还不够深。然后试着找一些讲得比较深入的资料。结果呢，网上的资料几乎是千篇一律，关键的地方说得含糊其辞。翻了几本模电教材，没找到有讲变压器自激振荡的。找不到现成的，就根据变压器基本理论自己分析。和网友讨论后，认为分析得靠谱。今天有点时间，整理一下，做为学习笔记分享出来，如有谬误之处，欢迎指证。

二、先复习一下必要的变压器基础理论。因为不方便输入公式，所以这部分截图。

三、电蚊拍升压原理

电蚊拍大体上是一个变压器自激振荡电路，加上一个倍压整流电路，还有一个充电电路。这里主要讲变压器自激振荡部分。这里借用一下画jf201006的电路图。

开关K1、K2闭合，电源接通。电流通过L1、R3、Q1基极、Q1发射极、L2形成回路，Q1集电极有电流通过。电感有阻碍电流的作用，所以开始电流很小。在Q1电流放大作用下，L2电流远大于L1电流，且电流是不断增加的。流过L2的电流，在其自身也会产生感应电压，因为电流是增加的，所以感应电压上正下负。由前述变压器基本原理可知，L2变化的电流会在L1中产生感应电压。由图中标注的同名端可知，为下正上负。此感应电压与电源电压串联，且方向相同，使Q1基极电压增大，必然使Q1基极电流加快增大。Q1发射极电流即L2电流便成倍加快增大。L1感应电压进一步进大，Q1基集电流进一步增大，Q1发射极电流进一步增大。。。在强烈的正反馈作用下，L2电流极速增大，必将使磁芯迅速接近饱和，磁通密度增速越来越慢甚至不再增加。这样一来，L1上的感应电压会越来越小。Q1基极电流也随着减小，Q1发射极电流即L2电流跟着成倍减小。

L2电流由增大变为减小，必然导致磁通密度由增大变为减小，L1感应电压方向必然反转，由下正上负变为上正下负。此电压方向与电源电压方向相反，使Q1基极电压减小，基极电流加速减小。然后Q1发射极电流即L2成倍加速减小。磁芯迅速退出饱和状态，磁通密度迅速减小。L1感应电压迅速增大，方向还是上正下负。使Q1基极电压减小，基极电流减小。然后发射极电流即L2电流成倍减小。。。在强烈的正反馈作用下，Q1迅速截止。然后回到了刚上电时的状态，重复上述过程，迅速导通又迅速截止。L3也就源源不断的产生了感应电压。L3的匝数远大于L2，便实现了升压。

总结一下振荡过程：

上电后，在正反馈作用下，L2电流迅速增大，磁芯迅速饱和，反馈电压由迅速增大变为迅速减小。接着L2电流减小，反馈电压反向并迅速增大，在正反馈作用下，磁芯迅速退出饱和，L2电流迅速减小最终截止。然后重新上电导通，重复上述过程。

有人说这个电路属于开关电源。通过上述分析可知，晶体管Q我有一部分时间工作在放大区，本人认为应该是介于线性电源和开关电源之间。晶体管的发热要比开关电源高。另外，这个电路利用了变压器磁芯饱和特性，变压器有一部分时间处于饱和状态。饱和状态没有能力储存能量，此时电能转换为热。所以变压器效率也比开关电源低。

顺便简单说说倍压整流电路。

L3下正上负时: D5导通C4充电，下正上负。D7导通C3充电，右正左负。

L3上正下负时: C3、L3、C4串联，D6导通，3倍压对C5充电。

补充内容 (2024-5-24 15:59):
此分析有误，稍后会给出修正版

闻太师

重要更正，一楼分析有误，请忽略一楼内容，看这里

下图为电蚊拍典型电路，图中省略了电源开关，R2模拟储能电容和金属网漏电电阻。

讨论之前先说几句废话：

L1为变压器初级绕组，L2为变压器反馈绕组，L3为变压器次级绕组。L1、L2、L3的匝数比为9：35：1600。因为变压器各绕组电压与匝数成正比，所以L1、L2、L3的电压比也是9：35：1600，即反馈绕组电压比初级绕组高，输出绕组更高。

L2、R1与Q1基极串联，L2、R1电流与Q1基极电流相等。L1与Q1发射极串联，二者电流也相等。

倍压整流部分：

L3下正上负时：D1导通，C1充电，电压下正上负。D2导通，C2充电，电压左正右负。

L3上正下负时：D3导通，C2、L3、C1串联，对C3充电，C3得到所谓的3倍压。

下面讨论升压原理，自激振荡和倍压整流相互影响。每个振荡周期大致可以分为5个阶段，下图中展示了LTSpice仿真的稳态下两个周期的波形，注意是稳态波形，实际上电后到稳态各波形幅值有一个从小到大的过程。

阶段1：

上电后V1、L2、R1、Q1发射结、L1对地形成通路，Q1导通，此时Q1必然工作在放大状态。如果Q1为饱和状态，忽略Q1饱和电压，L1对地电压必然近似为V1，达到了其所能达到的最大值。L2与L1电压成比例且大于L1，二者越大则差值越大。Q1发射结电压近似固定为0.6V，所以R1两端电压达到最大值。R1阻值固定，其电流达到最大值且固定，L2电流也达到最大且固定。但电感电流不能突变，L1、L2电流只能从零开始连续增大，不可能瞬间从零达到最大值。这与假设自相矛盾。所以Q1上电后不可能是饱和状态，当然也不可能是截止状态，那只能是放大状态。

Q1处于放大状态，L1电流又连续增大，所以L1自感电压必然是上正下负。按图中标注的同名端，L2电压必然是下正上负且大于L1。此电压与V1同向串联后使R1电压增大，Q1基极电流增大。在强烈的正反馈作用下，Q1基极、发射极电流加速增大，L1、L2电压迅速增大。很快Q1饱和，基极电流不再增大，L1电压也不再增大。

阶段2：

由图中标注的同名端，L3电压下正上负，电压远高于V1。此时D1导通，C1充电，电压下正上负。D2导通，C2充电，电压左正右负。随着充电的进行，L3电流从最大值逐渐减小，C1、C2电压逐渐升高。L3电流最终降为零（实际是无限接近，近似分析认为是零）。L1电流也按比例较逐渐减小（图中看起来不是很明显）。这一阶段L1通过磁芯向L3直接传输能量，变压器真正发挥变压器的作用，类似正激变换器。

阶段3：

当L3电流归零后，L1不再通过磁芯向L3传输能量，此时L1电压近似为V1常数。电感电压V=L*di/dt，则di/dt=V/L。所以L1电流按斜率V/L线性增大，磁芯储存能量。这一阶段类似反激变换器储能阶段。

阶段4：

L3电流（Q1发射极电流）不断增大，Q1基极电流固定不变。Q1发射极电流在某一时刻必然会达到基极电流的β+1倍，此时Q1退出饱和状态进入放大状态。Q1进入放大状态，意味着Q1 C、E间电压相比饱和状态会增大，V1电压又固定，L1电压必然减小。这又会导致L2电压减小，进而使R1两端电压减小，Q1基极电流减小。此时Q1工作在放大状态，发射极电流即L1电流必然随基极电流减小而减小。这会导致L1电压反向，变为下正上负。进而L2电压也反向，变为上正下负。L2电压绝对值大于L1电压绝对值，此时L2电压与V1反向串联，所以R1电压减小，基极电流减小。在正反馈作用下，L1、L2电压保持反向，且绝对值继续增大。开始的时候L2电压绝对值小于V1（基极对地电压为正，发射极对地电压为负），Q1发射结还是正向偏置。随着L1、L2电压保持反向，且绝对值继续增大，L2电压绝对值在某一时刻必然会超过V1，使R1右端对地电压为负值。L2电压绝对值又大于L1，L1对地电压也是负，所以最终某一时刻会使发射结反向偏置，Q1截止。

阶段5：

L1、L2电压反向的同时，L3电压也反向，变为上正下负。此时D3导通，C2、L3、C1串联，对C3充电。此时L3电流从最大值近似线性减小，最终归零（实际是无限接近），此时磁芯储存的能量释放完毕。这一阶段类似反激变换器能量释放阶段。

在L3电流减小的过程中，L3电压保持上正下负，同时维持L1、L2电压反向，L2上正下负，L1下正上负，保持Q1截止。电感电压V=L*di/dt。L3电流归零，意味着不再变化，L3电压必然也归零，同时L1、L2电压也归零。L1、L2没有了反向电压，在电源V1的作用下，V1、L2、R1、Q1发射结、L1对地形成通路，Q1再次导通，重复阶段1。

总结：

阶段1：上电后V1、L2、R1、Q1发射结、L1形成通路，Q1短暂处于放大状态，在正反馈作用下迅速饱和。

阶段2：V1通过Q1发射极、L1、L3向C1、C2充电，也就是保持Q1饱和，V1通过变压器直接对C1、C2充电。

阶段3：Q1继续饱和，L1电流线性增大，磁芯储存能量。

阶段4：L1电流增大到L2的β+1倍后，Q1退出饱和状态进入放大状态，并在正反馈作用下迅速截止。

阶段5：Q1截止过程中L1、L2、L3电压反向，Q1保持截止，L3电压上正下负，C2、L3、C1串联对C3充电至所谓的3倍压，磁芯释放能量。磁芯能量释放完毕后，L3电流归零导致L3、L2、L1电压归零，V1、L2、R1、Q1发射结、L1形成通路，进入下一周期。

第2阶段类似于正激变换器，又不完全一样。正激变换器变压器次级接有LC滤波器，先给电感L储能，开关管关闭后电感L释放能量。所以说这一阶段只是类似正激变换器。

第3、4、5阶段和反激变换器基本相同。

可以看出第2阶段L3输出电压是固定的，而第5阶段L3输出电压随反激时间长短变化。所以说3倍压只是代表其电路结构为3倍压，结果却不是真正的3倍压。

还有，以上一个振荡周期5个阶段是稳定状态下的情况，实际上从上电到稳态是需要一段时间的。比如刚上电时C1、C2、C3电压都是零，第2阶段C1、C2不可能一下子充电到额定电压，L3的电压就达不到额定值。同样L1、L2电压也达不到额定值，Q1也不能完全饱和。

jswxll

原理分析清晰明了

yiguangqiang

电蚊拍通病为使用一段时间后击毁蚊虫的观感下降，不再啪啪啪了。
原因常见的是
1、网面间绝缘下降，一般为天气潮湿，绝缘层脏污
2、C5容量下降
3、C3C4容量下降

majiwu1234

现在卖的电蚊拍有点水啊，里边的电池是个小铅酸电池，使用时间短；我觉得还是改成14500小电池，加个4056充电板，使用就非常得心应手了。

upzx

多半是输出电容老化啦，其他出问题很少的

zxc77218

更换电池是上策

道幽亭静

对电蚊拍原理又温习了一遍。

wjqok

不错不错，详细，以前做电击器，就一个黑白电视机变压器，一个三极管，一个电阻，输出一个高压电容就可以了，接个几v的电池，电源开关。一万多v啪啪啪

boatswain

天气开始热了，蚊虫开始出现。最近修了几个电蚊拍，有铅酸电池的也有锂电池的，都是按键接触不良（即楼主图中的K2）.

wlhcq

谢谢楼主的经验分享！

、懒懒的日子

楼主分享很不错，学习学习

巴比特罗尼

boatswain 发表于 2024-4-16 15:17
天气开始热了，蚊虫开始出现。最近修了几个电蚊拍，有铅酸电池的也有锂电池的，都是按键接触不良（即楼主图 ...

这个开关承受比较大的冲击电流，选用普通轻触开关肯定寿命不长，还不如早期产品用弹性铜片构成的开关可靠

礼上网来

好多年没见过电蚊拍了

shian1960

好文章，在维修这个电蚊拍。

313108642

点赞，收藏，关注。
电流变化速率越快，感应到的电压会越高。这点真不知道
同一个变压器，可以改变输入电压的频率来改变输出值吗？

feetprint

分享很不错，学习学习收藏，关注

守夜人

313108642 发表于 2024-4-16 21:50
点赞，收藏，关注。
电流变化速率越快，感应到的电压会越高。这点真不知道
同一个变压器，可以改变输入电压 ...

那不就是高端的变频吗，常见应用是场效应管改变占空比。

闻太师

313108642 发表于 2024-4-16 21:50
点赞，收藏，关注。
电流变化速率越快，感应到的电压会越高。这点真不知道
同一个变压器，可以改变输入电压 ...

电压与磁通速率成正比，注意是速率而不是频率。速率是单位时间内增加或减少的量。

xyz_1234

用Q1的发射极驱动线圈，有什么好处，一般不都是用集电极来驱动么？

榕小榕

分析透彻，简单易懂