本帖最后由 闻太师 于 2024-9-8 18:44 编辑
4月分我写了“深入理解电蚊拍升压原理”https://www.mydigit.cn/thread-447917-1-1.html，因为本人水平有限，可参考的资料也不多，加之思考不够深入，使得分析有误。
我已在原帖中更正，但考虑到老帖子关注的人会减小，所以这里新开一帖子，以免原来看过帖子的人没有注意到。
记得在原来的帖子里有个网友跟帖说“还有二、三极管的原理没有讲哈”，我知道这是挖苦和讽刺。说这话的应该是高手，可我不介意。通过对电蚊拍原理的分析，我发现三极管工作原理很多细节我还真的有些模糊，通过本次分析加强了理解。
电蚊拍没几个元件，可其工作原理却很精妙，不那么容易完全搞懂。网上讲电蚊拍原理的资料多如牛毛，可大多是蜻蜓点水只能当热闹看看。全人近几个月查阅大量资料也只是大概理出了其基本工作原理，还有很多细节有待挖掘和探讨，欢迎补充和勘误。对电路原理不感兴趣的朋友可以止步，高手也可以止步，以免浪费您宝贵的时间。
电蚊拍升压原理浅析
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。
有待探讨的问题： 1、第2阶段L3电流如何计算 2、从上电到稳态之间的暂态分析
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雷达卡
发表于 2024-9-8 12:40:26
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发表于 2024-9-8 12:59:06
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