电击害虫的电压电路的制作方法

本发明是有关于一种电路，且特别是有关于一种电击害虫的电压电路。

背景技术：

电蚊拍是一种小家电产品，电子高压灭蚊手拍以其实用、方便、灭蚊(苍蝇或飞蛾等)效果好、无化学污染、安全卫生等优点，普遍受到人们的欢迎，已逐步成为夏日灭虫不可缺少的工具，成为夏季畅销的小家电产品。

然而，目前市场的主流是充电式的电蚊拍，一般是用廉价的铅酸电池，常见的损坏原因是电池充电过度导致漏液。一般民众的电蚊拍的铅酸电池坏了，通常会直接丢弃电蚊拍，很少会修理，造成资源浪费。如果铅直接进焚化炉、掩埋场，可能造成空气或土壤重金属污染。

由此可见，上述现有的电蚊拍，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了节省用电，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能更有效率地节省用电以减少充电次数，从而延长电蚊拍的寿命，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。

技术实现要素：

本发明提出一种电击害虫的电压电路，改善先前技术的问题。

在本发明的一实施例中，本发明所提出的电击害虫的电压电路包含稳压电容、变压器、控制装置以及功率开关。稳压电容具有第一端与第二端，稳压电容的第一端电性连接电源输入端，稳压电容的第二端接地。变压器具有副线圈与原线圈，副线圈电性连接电网，原线圈的一端电性连接稳压电容的第一端。控制装置具有输入端、接地端与输出端，控制装置的输入端电性连接电源输入端，控制装置的接地端接地。功率开关具有第一端、第二端与受控端，功率开关的第一端电性连接原线圈的另一端，功率开关的第二端接地，功率开关的受控端电性连接控制装置的输出端。

在本发明的一实施例中，功率开关为n型金氧半导体，功率开关的第一端为n型金氧半导体的漏极，功率开关的第二端为n型金氧半导体的源极，功率开关的受控端为n型金氧半导体的栅极。

在本发明的一实施例中，功率开关为一绝缘栅双极晶体管，功率开关的第一端为绝缘栅双极晶体管的集极，功率开关的第二端为绝缘栅双极晶体管的射极，功率开关的受控端为n型金氧半导体的栅极。

在本发明的一实施例中，控制装置为振荡器。

在本发明的一实施例中，控制装置为微控制器，控制装置的输出端为微控制器的至少一输出接脚。

在本发明的一实施例中，电击害虫的电压电路还包含电压倍增器。电压倍增器电性连接于变压器的副线圈与电网之间。

在本发明的一实施例中，电压倍增器包含第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管。第一电容器的一端电性连接副线圈的一端。第二电容器的一端电性连接副线圈的该端。第三电容器的一端电性连接副线圈的另一端，而第三电容器的另一端电性连接电网的一端。第四电容器的一端电性连接副线圈的另一端，而第四电容器的另一端电性连接电网的另一端。第一二极管的阳极电性连接副线圈的另一端，而第一二极管的阴极电性连接第一电容器的另一端。第二二极管的阳极电性连接第二电容器的另一端，而第二二极管的阴极电性连接副线圈的另一端。第三二极管的阳极电性连接第一二极管的阴极，而第三二极管的阴极电性连接电网的该端。第四二极管的阳极电性连接电网的另一端，而第四二极管的阴极电性连接第二二极管的阳极。

在本发明的一实施例中，电压倍增器包含第一电容器、第二电容器、第一二极管、第二二极管以及第三二极管。第一电容器的一端电性连接副线圈的一端。第一二极管的阳极电性连接第一电容器的另一端，而第一二极管的阴极电性连接电网的一端。第二二极管的阳极电性连接副线圈的另一端，而第二二极管的阴极电性连接第一二极管的阳极。第二电容器的一端电性连接第二二极管的阳极，而第二电容器的另一端电性连接电网的另一端。第三二极管的阳极电性连接第二电容器的另一端，而第三二极管的阴极电性连接第一电容器的该端。

在本发明的一实施例中，电击害虫的电压电路还包含一输出电容，与电网并联。

在本发明的一实施例中，电击害虫的电压电路还包含齐纳二极管。齐纳二极管的阳极接地，齐纳二极管的阴极电性连接电源输入端。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。相较于传统电蚊拍，本发明的技术方案可有效率地节省大约一半用电，借以减少电池充电次数，从而延长电蚊拍的寿命。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是依照本发明一实施例的一种电击害虫的电压电路的电路方块图；

图2是依照本发明另一实施例的一种电击害虫的电压电路的电路方块图；

图3是依照本发明一实施例的一种电压倍增器的电路图；以及

图4是依照本发明另一实施例的一种电压倍增器的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

于实施方式与权利要求书中，涉及“连接”的描述，其可泛指一元件透过其他元件而间接耦合至另一元件，或是一元件无须透过其他元件而直接连接至另一元件。

于实施方式与权利要求书中，涉及“连接”的描述，其可泛指一元件透过其他元件而间接与另一元件进行间接连接，或是一元件无须透过其他元件而实体连接至另一元件。

于实施方式与权利要求书中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或复数个。

本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”是用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。

图1是依照本发明一实施例的一种电击害虫的电压电路100的电路方块图。如图1所示，稳压电容110具有第一端111与第二端112，稳压电容110的第一端111电性连接电源输入端101，稳压电容110的第二端112接地。举例而言，电源输入端101透过手动开关(未绘示)连接电池(未绘示)。

变压器120具有副线圈122与原线圈121，副线圈122电性连接电网190，原线圈121的一端电性连接稳压电容110的第一端111。控制装置130具有输入端131、接地端132与输出端133，控制装置130的输入端131电性连接电源输入端101，控制装置130的接地端132接地。功率开关140具有第一端141、第二端143与受控端143，功率开关140的第一端141电性连接原线圈121的另一端，功率开关140的第二端142接地，功率开关140的受控端143电性连接控制装置130的输出端133。

于使用时，使用者可操作手动开关，使电池供电至电源输入端101，控制装置130导通功率开关140，透过变压器120使电网190上电，借以电击害虫(如：蚊子、苍蝇…等)。应了解到，虽然图1、图2的电网190看起来是栅栏结构，但此不限制本发明，实务上，电网190可以是网状结构、栅栏结构、栅栏与网状的混合结构、孔洞结构或其他类似结构，熟悉此项技艺者可视当时需要弹性选择之。

在图1中，控制装置140为振荡器。独立的振荡器(如：555振荡器)能输出比一般的回馈线圈(feedbackcoil)更佳的方波，上升/下降时间(rise/falltime)短，提升电压。

在本发明的一实施例中，功率开关140可为n型金氧半导体(nmos)。功率开关140的第一端141可为n型金氧半导体的漏极，功率开关140的第二端142可为n型金氧半导体的源极，功率开关140的受控端143可为n型金氧半导体的栅极。

或者，在本发明的另一实施例中，功率开关140可为绝缘栅双极晶体管(igbt)。功率开关140的第一端141可为绝缘栅双极晶体管的集极，功率开关140的第二端142可为绝缘栅双极晶体管的射极，功率开关140的受控端143可为n型金氧半导体的栅极。

举例而言，在能接受的价格、体积范围，功率nmosstd30n6lf6ag3v工作范围最大电流是约25a，一般的电蚊拍用的bjt2sd965的最大电流约5a。可以推算出nmos的导通电阻(on-resistance)大约是一般电蚊拍用的双极性晶体管(bjt)的1/5。电阻低能减少能量损耗。一般电蚊拍的变压器输入端线圈只有9圈，电阻很低(如：约0.22ω)，所以晶体管的导通电阻很重要。也有大电流到20a的bjt，但是大电流的bjt有饱和区切断时间慢的问题。bjt集极电流(ic)20a时的放大倍数(hfe)只有65，代表基极电流(ib)需要高达312ma的电流，非常耗电。

在图1中，电压倍增器150电性连接于变压器120的副线圈122与电网190之间，借以增强输出电压，以有效击毙害虫。

举例而言，因为每次变压器120导通/切断循环能送出的电荷是有限的，电压倍增器150里面的第一级电容增大，输出的最大电压会变小(注：v＝q/c)，但能源效率会增加。变压器120次线圈可以是用约0.07mm的漆包线绕制的，绝缘层很薄，有不小的寄生电容(parasiticcapacitance)，这个线路用大电容(如：约2200pf)比较能即时把电能从寄生电容抢过来。大电容传导电能到输出端的效率也比较好。传统电蚊拍的第一级电容是100pf-470pf。

变压器的电压输出大小除了与“副线圈122(secondarycoil)/原线圈121(primarycoil)圈数比”有关，也与单位时间的磁通量变化量有关，磁场强度与电流成正比。所以输出电压与di/dt成正比，其中i代表电流，t代表时间。用大电流晶体管，di/dt中的di较高，所以电压较高。用nmos比bjt能更快速切换启闭(on/off)，di/dt中的dt较低，变压器120电压输出更高，电压倍增器可以用较大的电容传导电能，改善效率。bjt的弱点在饱和时的切断时间，在3v的工作电压，大电流bjt切断时间800-1100ns，nmos约40ns(例如以80ma放电栅极1400pf电容时间大约计算)。第一级电容电容增大，把电能迅速从副线圈吸出，除了改善效率外，也有避免火花放电，保护线圈绝缘漆的效果。

在图1中，输出电容160与电网190并联。举例而言，变压器120的原线圈121电流变化愈高，线圈的磁通量变化量高，原线圈121更能连动感应到输出端的负载电流(如：电网190的电流)，随着输出端的输出电容160(如：高压电容)逐渐充饱，逐渐缩减电流(如：104→69ma)，借以省电。反观传统的线路电流几乎固定，变化不明显。

另一方面，接在控制装置130(如：振荡器)vdd/vss的电容是当稳压电容110(如：约470-1000uf)，其中稳压电容110的第一端111电性连接控制装置130的输入端131(如：vdd)，稳压电容110的第二端112与控制装置130的接地端132共地(如：vss)。传统的电蚊拍没有使用此稳压电容。没有此稳压电容，大电流晶体管是完全无法使用。当变压器120原线圈121电流切断时，其中的漏电感(leakageinductance)会感应出一瞬间负高电压，拉低振荡器的vdd电压，甚至会造成振荡器，特别是微控制器(如图2所示)的断电重开。如果有稳压电容110，就可以中和此负电压。也可以避免因nmos变压器回路电流过大，导致振荡器(oscillator)电流、电压不足，运作不正常。稳压电容还有旧电池电流减弱时，可以在nmos切断时预先储存电能，当nmos导通(on)时，就能和电池一起提供大电流，提升输出的电压，延长电池的使用寿命。

通过上述架构提升效率后，为了避免电压、功率超过，甚至导致从电网190或电路板内直接火花放电。这时候可以降低振荡器的输出频率来降低输出的电压、功率。一般用回馈线圈的电蚊拍的频率是15-22khz，本案的线路是约4.8khz。本案线路的输出频率是传统线路的约1/5，倍数接近前面导通电阻的倍数，低导通电阻是一个因素。应了解到，虽然本案通篇大多以nmos为例，但实作上igbt或其他等效功率开关也有大致接近这个效率，故不再赘述之。

在本发明的一实施例中，电击害虫的电压电路100可选择性地包含齐纳二极管(zenerdiode)170。齐纳二极管170的阳极接地，齐纳二极管170的阴极电性连接电源输入端101。

功率开关140(如：nmos)导通时，电流激增，变压器的原线圈可能会产生瞬间高压，与漏电感(leakageinductance)有关，长久下来有可能损坏振荡器、稳压电容110，因此需要齐纳二极管170来吸收瞬间高压。本案功率开关140电路采用大电流晶体管，v＝l*di/dt是传统的线路的数倍，瞬间电压也有数倍。如果有正负相反的逆向电压，齐纳二极管170也可以帮忙吸收。

nmos接在变压器120、线圈，切断时会有电压过高崩溃的问题，能量过高会损坏，称为单脉冲崩溃能量(energyduringavalancheforsinglepulse(eas))。本案线路输出频率4.8khz，工作电压3.3v，最高平均消耗电流104ma。因为能量守恒，崩溃能量的总和不可能超过输入的全部能量。平均单次输入能量输是eas＝(power*t)/(f*t)＝power/f＝v*i/f＝3.3*0.104/4800＝0.0000715j＝0.0715mj。std30n6lf6ag的安全范围是130mj。由于低于标准正规太多倍，符合规范。

图2是依照本发明另一实施例的一种电击害虫的电压电路200的电路方块图。应了解到，除了以图2的控制装置230取代图1的控制装置130以外，图2与图1的电路架构实质上相同，故不再重复赘述之。在图2中，控制装置230为微控制器(mcu)，控制装置230的输出端为微控制器的多个输出接脚(pin)o1、o2，这些输出接脚o1、o2电性连接功率开关140的受控端143。

在本发明的一实施例中，功率开关140可为n型金氧半导体(nmos)。由于大电流nmos的输入电容(inputcapacitance)高达1400pf，如果用mcu，可以用mcu的多根输出接脚(pin)o1、o2一起来推动，以减少上升/下降时间(rise/falltime)增强nmos导通/切断的电流的di/dt，增强变压器120的电压输出。应了解到，图2绘示多个输出接脚o1、o2是为了加强效果，但此不限制本发明，实务上，熟悉此项技艺者可依各个mcu的输出能力，决定输出输出接脚的数量。在本发明的另一实施例中，控制装置230的输出端可为微控制器(mcu)的单一输出接脚o1(亦即，输出接脚o2省略)。

另一方面，于实际实验中，桥式整流器(bridgerectifer)在3v即使用点火/臭氧的高电压变压器仍效果不如预期，因此本案采用电压倍增器150。实作上，三至四倍电压倍增器的输出电压适用于电网190。

为了对上述电压倍增器150的硬体架构做更进一步的阐述，请同时参照图1～图3，图3是依照本发明一实施例的一种电压倍增器150的电路图。图3所示的电压倍增器150为四倍电压倍增器。

在图3中，电压倍增器150包含第一电容器c01、第二电容器c02、第三电容器c03、第四电容器c04、第一二极管d01、第二二极管d02、第三二极管d03以及第四二极管d04。在架构上，第一电容器c01的一端电性连接副线圈122的一端。第二电容器c02的一端电性连接副线圈122的该端。第三电容器c03的一端电性连接副线圈122的另一端，而第三电容器c03的另一端电性连接电网190的一端。第四电容器c04的一端电性连接副线圈122的另一端，而第四电容器c04的另一端电性连接电网190的另一端。第一二极管d01的阳极电性连接副线圈122的另一端，而第一二极管d01的阴极电性连接第一电容器c01的另一端。第二二极管d02的阳极电性连接第二电容器c02的另一端，而第二二极管d02的阴极电性连接副线圈122的另一端。第三二极管d03的阳极电性连接第一二极管d01的阴极，而第三二极管d03的阴极电性连接电网190的该端。第四二极管d04的阳极电性连接电网190的另一端，而第四二极管d04的阴极电性连接第二二极管d02的阳极。通过图3所绘示的两侧2+2的架构会比单侧4倍的电压约高3％。

图4是依照本发明另一实施例的一种电压倍增器150的电路图。图4所示的电压倍增器150为三倍电压倍增器。

在图4中，电压倍增器150包含第一电容器c11、第二电容器c12、第一二极管d11、第二二极管d12以及第三二极管d13。在架构上，第一电容器c11的一端电性连接副线圈122的一端。第一二极管d11的阳极电性连接第一电容器c11的另一端，而第一二极管d11的阴极电性连接电网190的一端。第二二极管d12的阳极电性连接副线圈122的另一端，而第二二极管d12的阴极电性连接第一二极管d11的阳极。第二电容器c12的一端电性连接第二二极管d12的阳极，而第二电容器c12的另一端电性连接电网190的另一端。第三二极管d13的阳极电性连接第二电容器c12的另一端，而第三二极管d13的阴极电性连接第一电容器c11的该端。

图4是简化的三倍电压倍增器，比传统的三倍电压倍增器少了一个电容器，借以减小体积、降低成本。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。相较于传统电蚊拍，本发明的电击害虫的电压电路100、200可有效率地节省大约一半用电，借以减少电池充电次数，从而延长电蚊拍的寿命。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。