CN1654128A - 环保电子油烟机及烟尘电子吸收器 - Google Patents

Abstract

一种利用高压静电对烟尘微粒进行电离和充电，然后再通过强电场对带电烟尘微粒进行偏转吸收的新技术——烟尘电子吸收技术。利用这种新技术制造的“环保电子油烟机”及“烟尘电子吸收器”，能非常有效地对油烟和烟尘进行回收及过滤，并能产生负离子氧，对空气有清新和杀菌作用。使用这种“环保电子油烟机”及“烟尘电子吸收器”可以减少空气污染，净化环境，有益于人类健康。环保电子油烟机比普通油烟机多了一个油烟电子回收器，油烟电子回收器(烟尘电子吸收器)主要由4个部分组成：1.油烟(烟尘)高压电离网状极板；2.油烟(烟尘)静电偏转收集板；3.油液(烟尘)回收盘，4.输出两组高压，对输出过流、打火、短路能进行自动保护的高压电源。

Description

环保电子油烟机及烟尘电子吸收器

一、本发明的基本特点

本发明是关于油烟机及烟尘吸收器的一种新技术——烟尘电子吸收技术，利用高压静电对烟尘微粒进行电离和充电，然后再通过强电场进行偏转吸收。利用这种新技术制造的油烟机及烟尘吸收器，我们称之为“环保电子油烟机”及“烟尘电子吸收器”。这种环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，能非常有效地对油烟和烟尘进行回收及过滤，并对空气有清新和杀菌作用。本发明的目的是为了环境保护，和保护人体健康。

根据中央电视台2003年12月17日转播英国的新闻报道，全世界每年因油烟污染得病而死亡的人数高达130万人，及凤凰台2003年12月18日新闻报道，亚洲地区每年有50万人死于空气污染。因此，发明一种能够有效过滤和回收油烟及烟尘，防止空气污染，具有环保功能的油烟机及烟尘吸收器，已成为时代的强烈呼唤。

目前，人们使用的油烟机，一般都是通过抽风机直接把油烟从厨房排到户外，中间没有经过任何回收和处理。油烟实际上就是被加热的油质物体，蒸发后成为体积很小的油烟微粒，与水蒸汽及空气的混合物。由于油烟属于热气体，会向上移动，并向空中扩散，污染空气。油烟机的作用就是利用抽风机产生的负压来对油烟进行吸引和加速，然后从油烟机的排风口排出。因此，油烟的性质并没有改变，而是被转移，使空气污染的面积不断扩大。

一般的酒楼或饭店，排放油烟的污染程度高达75万平方米之多，即人们远离油烟排放源500米多的地方，仍能闻到油烟的气味。人们长期生活在被油烟污染的空气之中，心跳会加速，呼吸感到困难，情绪烦躁不安等。特别是在我国的南方(如成都、上海、广州)遇到霉雨季节的时候，这种情况尤为严重，油烟污染已经严重影响着人们的健康。

普通油烟机虽然也具有油烟回收功能，但这种回收只限于体积较大的油烟颗粒(直径大约为10^-2毫米以上)，因为这种体积较大的油烟颗粒，遇热时变成热气流，像热气球一样做上升运动，遇冷时，会凝固收缩做下降运动(受地球吸引力)。油烟颗粒被抽风机产生的负压吸引，开始是做上升运动，当它碰到油烟机上的金属物体时，就会被冷却，而做向下运动，利用这个原理，油烟颗粒亦可被回收。但对于一些体积非常小的油烟微粒(直径大约为10^-3-10^-4毫米)，普通油烟机是无法对其进行回收的。由于这些体积非常小的油烟微粒已很接近油分子或其它气体分子的体积，在运动中互相摩擦和感应很容易带电，并与空气中的正负离子很容易结合，产生一种新的油粒-空气混合体，这种油粒-空气混合体会长时间漂浮在空气中，对人体的健康危害很大，因为它像普通空气一样被人们通过肺呼吸，进入人体的血液循环系统。

环保电子油烟机的工作原理与普通油烟机的工作原理完全不同，它是通过高电压产生的强电场把油烟中的油烟微粒或混合物进行电离，让它带电，然后利用同电互相排斥，异电互相吸引的原理，对它进行回收。油烟经过回收后，从环保电子油烟机排出的气体中，几乎不再含有油烟或其它杂质的成分，全部是纯净的空气，这相当于对被污染空气进行了过滤。

烟尘对人体的健康危害也越来越大，一些工业城市，空气污染已经达到令人无法忍受的程度。全世界十大污染最严重的城市，大部分都在中国，这些城市的污染主要是烟尘。火力发电厂、冶炼厂、水泥厂、化工厂、暖气厂、等烟囱排出的废气，以及汽车尾气等，其中大部分都是烟尘。由于烟尘的体积非常小，它会漂浮在空气中随风弥散到好几十公里之外。我们经常可以看到，城市中那些灰蒙蒙的房子，都是被烟尘污染过的痕迹。人们在咳嗽的时候，经常吐出一些带有黑颜色的痰，这也是烟尘已经侵入到人体器官的结果。最容易见证的就是我们的衬衣领子，它相当于天气预报中的“降水量”，即烟尘污染的程度。

另外，现在城市人口密度越来越大，特别是一些酒楼、宾馆、写字楼、办公室、车站、机场，以及一般家庭等等，都安装了空调冷气通风设备，为了节省能源，这些冷气通风设备都是在一个很封闭的空间内对空气进行循环使用。由于人们的不良习惯，在公共场所吸烟、吐痰，以及人们的生活用品，如：衣服、被褥、地毯、物品等，都会产生和携带烟尘，这些都是广泛的空气污染源，久而久之，将使空气污染变得浑浊不堪，在这种环境下，对小孩和老人，特别是对病人的健康影响极大。

在强光照射下，可以清楚地看到，空气中的烟尘每时每刻都在作千姿百态的“布朗”运动，令人不敢呼吸。尽管在某些公共场所都配有卫生清洁人员，但一般的清洁工具对这些烟尘来说毫无作用，反而会增大这些烟尘的扩散程度。如，当一位旅客正好走进一间旅馆服务员刚刚用电动吸尘器打扫过的客房时，很容易就会闻到房间内有一股比没有打扫之前更大的烟尘味。烟尘电子吸收器正好能非常有效地对这些烟尘进行吸收，这是因为它有一个无形的手——电场。在电场力的作用下，无论是单一物体或烟尘等混和物，只要它带上了电，它就难以逃脱电场这个无形之手的抓捕。

烟尘电子吸收器的工作原理与环保电子油烟机中油烟电子回收器的工作原理基本上是一样的，都是通过高电压产生的强电场把烟尘微粒子进行电离、充电，让它带电，然后利用同电互相排斥，异电互相吸引的原理，对它进行吸收处理。

另外，环保电子油烟机或烟尘电子吸收器中的强电场，还会对空气进行电离，使氧气变成正离子和负离子。而负离子氧气可清新空气，人们都把它称为空气中的维生素，对人体健康很有好处。烟尘电子吸收器中的强电场对细菌也有很强的消毒作用，特别是对真菌的消毒作用最强。很强的电场能对细菌进行极化、电离，使之脱水。我们仔细观察高压输电线的周围就会发现，在离其半径为半米之内几乎不会有任何生物存在。微波炉也是通过强电场对物体进行极化加热的，其效力之高可想而知。烟尘电子吸收器中的电场强度比微波炉中的电场强度还要高，是微波炉的几倍到几十倍，只不过一个是交变电场，而另一个是静电场。交变电场相当于可对物体来回进行反复极化，而静电场相当于只能对物体进行极化一次。

由于环保电子油烟机中油烟电子回收器的工作原理与烟尘电子吸收器的工作原理基本相同，下面主要以环保电子油烟机为例，来说明它们的工作原理。

二、环保电子油烟机的工作原理

环保电子油烟机与普通油烟机的主要区别，是环保电子油烟机比普通油烟机多了一个油烟电子回收器，图1是环保电子油烟机中油烟电子回收器的工作原理图。油烟电子回收器主要由4个部分组成：1、油烟高压电离板(第一高压阳极A)，2、油烟收集板(第二高压阳极B和阴极)，3、油液回收盘，4、高压电源(图中没有画出)，这个后面单独讨论。

油烟高压电离板是一个栅格结构，带正电的高压阳极，其电压高达1万伏以上，对油烟微粒有很强的吸引力。当油烟微粒从高压电离板的栅格孔中穿过时，就会被电离、充电。这里称之为充电，是因为这种电离是属于不对称电离，当油烟微粒靠近高压阳极时，油烟微粒中的自由电子在高压的强力吸引下，很容易摆脱原子核的束缚，离开油烟微粒飞向高压阳极。油烟微粒被电离后带负电的一方就是电子，而电离后带正电的一方就是带正电的油烟微粒，相当于油烟微粒被充了正电。

带正电的油烟微粒在抽风机的作用下，会从油烟收集板的中间经过，而油烟收集板之间存在着很强的电场，这个强电场是由带高压正电的第二阳极和接地的阴极在两极板之间产生的。当带电油烟微粒从强电场中经过时，由于同电互相排斥，异电互相吸的作用，会向阴极方向产生偏转运动，最后与阴极相碰，被阴极吸收，故阴极也被称之油烟收集板。顺便指出，虽然阴极接地(与大地相连)，人们都认为它是零电位，但对于带正电的油烟微粒来说，阴极的确是带负电(相对于无限远处)，这是由于地球也带负电的结果(后面有详细说明)，阴极带负电对油烟微粒回收更有利。

油液回收盘位于油烟收集板的下方，油烟收集板收集到的油烟微粒，会慢慢地聚积在一起变成油液，当油液聚积到一定的程度后，由于重力的作用，会不断往下流动，并落入油液回收盘中。

环保电子油烟机的最基本工作原理，就是首先让物体带电。任何物体，从它的导电性能来分类，基本上可以分为导体和绝缘体，若再进一步来区分，就是带电体和不带电体了。无论是导体或绝缘体，都可以让它带电或不带电，让物体不带电很容易，就是让它远离电场和让它与大地连接就行了，但要物体带电就复杂多了。

让物体带电有很多种方法，其中一种是极化法。所谓极化，就是物体在强电场之中，其体内电荷被重新分布的过程。图2是油烟微粒从强电场之中穿过时，被极化和电离的过程。

图2中，阳极和阴极之间加有很高的直流电压，因此在阳极和阴极之间会产生很强的电场，电场强度高达500V/mm以上，电场的方向是从阳极指向阴极，如图中的电力线所示。油烟从阳极和阴极之间经过时，油烟微粒首先是被两极之间产生的强电场极化，使同一个油烟微粒靠近阴极和阳极的两侧分别带上正负电荷。油烟微粒被极化的原理与电容器中介质被极化的原理基本相同，但由于油烟微粒是液体，在强电场力的作用下很容易变形，最后分裂成两个各自带不同性质电荷的带电体。一个带正电，称为正离子，另一个带负电，称为负离子。两个带不同性质电荷的油烟微粒，分别被阳极和阴极产生的电场所吸引，并各自向相反的方向运动，最后被阳极和阴极所收集，这样阳极和阴极都成为了油烟微粒的收集极。

图2中，虽然油烟微粒在强电场中被极化和电离，阳极和阴极也起到收集油烟微粒的作用，但这种收集油烟微粒的方法是没有实用价值的。因为两个电极对地都带电，被收集下来的油液物体也会带电，给油液物体进一步回收带来困难，使用非常不安全，并且收集油烟微粒的效果也很差。因为，油烟微粒虽然很容易被极化，但最后被电场分离成两个带不同电荷的离子的概率并不很大，如要增大油烟微粒被电离的数目，则必须进一步增大电场强度，和增加两极板的长度，但增加电场强度必须提高两极板之间的电压，电压提得过高又会产生电弧放电，这样会增加高压电源的功耗，使用也不安全，而增加两极板的长度又会增大油烟机的体积。

图3是阴极接地的另一种油烟收集原理图，与图2收集油烟的工作原理大不相同。图3是靠油烟微粒发射电子而带电的。由于阴极接地，使得油烟微粒在没有进入电场之前的电位与阴极相同，因此在相同的电压之下，油烟微粒与阳极的电位差相当于提高了一倍，也就是油烟微粒与阳极的电场强度也相当于提高了一倍，在这种高电场强度之下，当油烟微粒接近阳极时，油烟微粒中的电子很容易摆脱原子核的束缚，向阳极发射电子(产生射线电流)，使油烟微粒带正电，变成正离子。这种现象我们可以看成是不对称电离，被电离的负离子就是电子，而正离子就是失去电子的油烟微粒，两者在质量上相差几十亿到几百亿倍。油烟微粒在还没有被电离之前，由于受阳极电场的吸引，它是向着阳极运动，直到电子发射，油烟微粒被电离带电后，它才改变运动方向，由阳极转向阴极。

图3中，阳极收集到的是电子，不是带负电的油烟微粒，而阴极收集到的是带正电的油烟微粒(正离子)，正离子到达阴极后会向电源放电，构成回路电流。由于阴极接地，所以把阴极作为油烟微粒的收集极，在使用上非常安全。从图3中可以看出，油烟微粒被电离及被收集的效果虽然比图一提高了很多，但还是不够十分理想，因为油烟微粒在被电离前和被电离后，是朝着两个相反方向运动的，这样显然会降低油烟微粒被收集的效果。如果，油烟微粒在一进入阳极和阴极之间的时候，就朝着一个方向直奔阴极，那么油烟微粒被收集的效果将大大地提高，同时也可大大地缩短阳极板和阴极板的长度。为了提高油烟微粒收集的效果，可以在图3的基础上再加一组高压阳极，如图4所示。

图4中，第一阳极A1和第一阳极A2是一组同电位的高压阳极，因此其电位更高也不会使A1和A2打火，所以其电位取得很高，几乎比第二阳极B高出一倍多。第一阳极A1和A2中间的电场强度(相对于油烟微粒)高达1000V/mm以上，因此，任何油烟物体从A1和A2之间经过时都被强烈电离和充电(把油烟微粒看成是一个电容)，油烟物体被电离充电的电压为：U_C＝Q_a/C_a，Q_a为电荷量，C_a为油烟物体的电容量。

地球也可以看成是一个大容量的电容，其电容量正好为1法拉。由于油烟物体的体积很小，电容量也非常小，因此，其充电的电压很高，几乎高达与第一阳极A1或A2的电位相同。因此，当油烟微粒从第二阳极B附近经过时，不是被第二阳极B吸引，而是被第二阳极B排斥，因为油烟微粒的电位比第二阳极B的电位还要高，同时，高电位的油烟微粒更容易被阴极吸引，而产生偏转运动，直到与阴极接触产生强烈放电。因此，图4的油烟微粒收集的效率非常之高，这就是本发明的环保电子油烟机的基本工作原理。

顺便指出，任何带电物体都可以看成是一个电容，电容量C＝Q/U，Q为带电物体的电荷量，U为带电物体的电压，即指带电物体到无限远处的电位差。如选择其它物体作为零电位，一般都要特别说明，要么结果就回大不一样。这里说的电容与电容器是有区别的，电容器可看成是由两个带正负电荷的电容(带电物体)所组成。在电容器两极板所带的电荷不改变的条件下，电压可因电容器两极板之间的距离改变而改变，其电容量的大小也会跟着两极板之间的距离改变而改变，这是因为两极板间电场互相作用的缘故。而这里所指的电容，其电容量是不会因带电物体的位置改变而改变的。因此，这里说的电容是相对于一个孤立带电物体而言，不受其它电场所影响，而电容器则是相对于两个或两个以上带电体而言，电容大小要受两个或两个以上极板产生的电场互相影响。另外，电容充放电是不需要回路的，两个带电体互相接触，谁的电位高，谁就要放电，谁的电位低，谁就会被充电，而电容器充放电必须要有一个闭合回路。

地球也是一个带电体，根据实验测定，在地球表面有一个垂直向下的稳定电场，电场强度E约为100伏/米，但场强的大小随高度的增加而减弱，在约50千米高度以上，场强变得十分微弱。另外，实验测定，在地面附近大气的电导率σ₀约为3×10^-14西蒙/米，且随高度的增加而增加。由此可知地球表面的电流密度j的方向指向地心，大小为

                    j＝σ₀E

故从大气流向地球表面的总电流强度I为

                    I＝j4πR²

R为地球的半径，取64×10⁵米，便可求出I的值约为14×10²(安)。根据稳定电流的条件： 及 $v={\∫}_R^{\∞}\mathrm{Edl}$ 可求出地球表面的电位约为-4×10⁵(伏)。

地球带电的原因，一个是由于地球长年都在接收大量带负电荷的宇宙射线微粒子的辐射，另一个是外层空间紫外线对空气照射产生电离层，并对地球表面产生感应，以及热气流产生摩擦带电和雷电感应等等。这里说的带电，严格来说是带电体相对于无限远处的电位差，在进行理论分析的时候，人们都是把无限远处定义为零电位，但在实际应用中，人们已习惯于把地球当成零电位，这对于一般的实际应用也不会造成很大的影响，因为，地球可视为一个大导体，其电位可以认为是一个恒量，而稳定电场中的电位本来就具有相对的意义，因此，为了方便起见，在实际应用中可以选大地的电位为零(即参考点)，只有在十分特别的情况下，才会去考虑它的绝对电位(即参考点为无限远处)。

三、油烟电子回收器的基本构造

油烟电子回收器主要由4个部分组成：1、油烟高压电离板(第一高压阳极A)，2、油烟收集板(第二阳极B和阴极)，3、油液回收盘，4、高压电源。

1、油烟高压电离板的构造

图5是油烟高压电离板的基本结构图，由于它带高压正电，很容易使周围的物质产生电离，并且会产生电腐蚀，因此必须使用耐电腐蚀的金属材料来制作。黄金、铂金都是很好的耐电腐蚀金属材料，但为了降低成本，材料可选用价格相对比较低的钼金属丝材料来制作，这种材料在市场上根容易买到。另外，为了减小油烟高压电离板对油烟的阻力，和防止油烟高压电离板成为油烟收集极板滞留污垢，油烟高压电离板最好选用栅格结构(栅栏结构或格子结构)，这样可以进一步降低成本。

金属栅格孔的大小与油烟高压电离板所加的电压成正比，金属栅格孔中任何地方的电场强度(相对于油烟微粒)都要高于1000V/mm以上，使油烟微粒从金属栅格孔中间经过时，全部都被电离和充电。油烟高压电离板，选用图5(b)的结构或选用5(a)的结构，在使用效果上基本没有区别，但图5(b)的结构比5(a)的结构更简单。

由于油烟微粒还没被充电之前，其电位为零，当油烟微粒位于高压电极金属栅格孔的中央位置时，可把油烟微粒周围的电场看成是均匀电场，其电场强度E＝U_a/L，式中U_a为第一高压阳极电压，L为油烟微粒到高压电极金属栅格的距离，即A₁到A₂的距离的一半。假设油烟高压电离板所加的电压为10000伏，由此可以求得L等于10毫米，即高压电极金属栅格孔的间距应小于20毫米。

2、油烟收集板的构造

图6、图7和图8是油烟收集板的基本结构示意图，它由很多块被称为第二阳极和阴极的金属薄板，相隔排列在一起组成，两块金属薄板之间必须严格绝缘，并且结构牢固，不容易变形，以及对油烟的阻力要小。从原理上讲，作为油烟收集板的金属薄板，其厚度越薄越好，但厚度太薄容易变形，难以保证每两块板之间的距离都一样，只要有一块变形，就会引起阳极和阴极之间打火。油烟收集板一般用金属材料制作，但为了降低成本也可以用塑料来制作，然后在塑料表面电镀或喷涂一层导电材料。

实际应用中的环保电子油烟机，应该是多种规格。图6和图7为卧式结构，体积比较小，一般多用于家用环保电子油烟机；图8为立式结构，体积比较大，一般多用于酒楼、宾馆或公共食堂用的环保电子油烟机。油烟收集板的两极板之间的距离，根据使用环境的不同，是可以改变的，体积较大的环保电子油烟机，两极板之间的距离可以取得大一些。但电场强度要求基本不变，即距离越大，两极板之间的电压就越高。一般电场强度要求大于800V/mm，例如，当两块金属极板之间的距离为5mm时，则需要两块金属极板之间的电压大于4000V；当两块金属极板之间的距离为3mm时，则需要两块金属极板之间的电压大于2400V。一般情况下，酒楼宾馆或公共食堂用的环保电子油烟机，其体积比较大，结构也复杂很多。因此，两块金属极板之间的距离要求大一些，一方面是易于通风，减少油烟的阻力，另一方面是为了便于加工固定，所以要求第二阳极的电压也很高，而且第一阳极的电压比第二阳极的电压更高，一般高达10000V以上。图9是环保电子油烟机油烟收集器中第一阳极与第二阳极之间连接高压电源的电原理图。

在一般气压之下，当两电极间的电压高达1000V/mm左右时，两电极之间开始电晕，即两电极之间的空气开始被电离和放电，在黑暗中可以看到两电极因气体放电而发出微弱的蓝光，或听到很微弱的“沙沙”空气放电声，随着电压进一步升高，电晕强度将进一步提高，空气放电声也不断增大，最后会发出“啪啪”很强烈的放电声，即两极之间被空气放电击穿。环保电子油烟机中的油烟收集板之间的电场强度，应该选在两电极之间刚刚开始出现电晕的时候比较合适。此时高压电源的工作电流(空气电离放电的电流)比较小，效率很高，而且会产生大量带负离子氧气，对环境清新起到非常大的作用，对人体健康有好处。而当极化收集板之间的电压过高时，不但会降低电源的工作效率，还会产生臭氧。臭氧杀菌能力很强，对环境消毒有好处，但腐蚀能力也很强，会对周边物体产生腐蚀，人体长期吸入过量臭氧，会影响身体健康。

2-1、油烟收集板面积和长度的选取

对于环保电子油烟机油烟收集板的数目和面积，须根据具体环保电子油烟机的通风口截面积和风速来决定。油烟机通风口的截面积越大，需要油烟收集板的数目就越多(在电场强度一定的情况下)，且收集板的高度，或面积也要增大，而收集板的长度则要根据风速来决定。即风速越高，其长度就越长。我们可以把油烟微粒的运动轨迹看成是两个力同时作用的结果，一个是风速，另一个是电场的作用力，显然在电场的作用力一定的情况下，风速越高，油烟微粒的运动轨迹将变得越长。如要对油烟收集板的长度进行计算，可按下面方法进行。

电场对油烟微粒的作用力F_e，由下式表示：

                F_e＝E×q_a             (1)

式中E为两收集板之间的电场强度(可认为是均匀的)，q_a为油烟微粒带的电荷量。电荷量q_a可以根据下式求得：

                q_a＝C_a×U_a          (2)

式中C_a为油烟微粒的电容量，U_a为第一阳极电压。

最后计算油烟微粒在电场力作用下的加速度，油烟微粒的加速度a为：

                a＝F_e/m_a             (3)

式中m_a为油烟微粒的质量，求出加速度，即可求出油烟微粒到达收集板的时间t，由于

                l＝υ₀t+at²/2        (4)

式中l为两收集板之间的距离，υ₀为初速，令υ₀＝0，即可求得：

                t²＝2S/a              (5)

根据时间t和风速υ就可以求出油烟收集板的长度，收集板的长度L为：

                 L＝υ×t              (6)

在上面的计算过程中，关键的问题是如何来计算油烟微粒的电容量C_a？为此，我们来详细讨论这个问题。

首先我们来讨论，怎样才能让物体带电。图10(a)为一绝缘体固定着的导体球，如果把它置于电场之中，那么就会产生静电感应。若把这个导体球接地，感应的正电荷与地的负电荷中和，如图10(b)所示。然后再把导体球的接地导线断开，并把导体球远离电场，就会发现导体球已经带上了电，如图10(c)所示。导体球上带电荷的多少，取决于电场强度E的大小，和导体球的垂直(与电场垂直)投影面积S，一般都可认为S＝πr²，r为导体球的半径。

图11是油烟微粒从高压阳极之间穿过时，被带电的过程，A₁和A₂是同电位的高压阳极，C表示油烟微粒。图11中油烟微粒被带电的工作原理与图10中导体球被带电的过程很相似(我们可以把油烟微粒看成是导体球)。不同之处只是图10(b)是用导线对导体球接地，而图11(b)中是通过强电场，让油烟微粒中的电子摆脱油分子的束缚，飞向高压阳极，其作用与用导线把油烟微粒与高压阳极进行连接基本相同。

现在我们来分析油烟微粒带电后，到底带了多少电荷。油烟微粒所带的电荷，主要取决于油烟微粒到参照物的电场强度大小，和油烟微粒与参照物的垂直(与电场垂直)投影面积。图11(b)中有几个电场，其中有高压阳极A₁和A₂分别产生的电场E(E＝E₁＝E₂)，还有带电油烟微粒产生的电场E_C，实际上主要是E_C对存储电荷起作用，这里最难确定的正好是E_C。如果带电油烟微粒是一个孤立的带电体，通过计算油烟微粒的电容(电容等于油烟微粒的面积与地球面积之比，地球的电容量为1法拉)很容易就可以求得电荷Q，但现在油烟微粒并不是一个孤立带电体，它与周边的参照物有着密切的关系，参照物就是油烟微粒周围与地球等电位的物体，它们与带电油烟微粒共同产生电场E_C，即E_C有很多个分量，每对应一个物体就有一个分量。如果我们能够找出E_C指向参照物的距离后，就很容易计算带电油烟微粒的电荷了，计算方法是先计算油烟微粒的电容的大小。电容的大小由下式求得：

                    C＝εS/4πkd                  (7)

式中ε为介电常数，S为油烟微粒与参照物投影的面积(与电场E_C垂直)，在国际单位制中k＝9×10⁹牛顿·米²/库仑²，d为油烟微粒到参照物的距离。在家用环保电子油烟机的油烟电子同收器中，与E_C垂直且又与地球同电位的只有高压防护网、油烟机外壳和油烟收集板的阴极，它们与第一阳极的距离，就是油烟微粒到参照物的距离。对于家用环保电子油烟机，这个距离大约在50mm左右，即d大约为50mm，没有高压防护网的环保电子油烟机，与E_C垂直的物体除了油烟收集板的阴极之外，就是油烟机的外壳，其距离一般在100mm到300mm之间。在阴极的两边还有两个高压阳极(第二高压阳极)，高压阳极产生的电场会对阴极产生部分屏蔽作用，因此，油烟微粒对阴极的投影面积要大打折扣，剩下来主要考虑的就是，油烟微粒对高压防护网和机壳的投影面积。下面我们任意取一组数据来对油烟收集板的长度估算一下。

计算举例：

例1：

取油烟微粒半径r＝0.01mm＝10^-5米

油烟微粒的投影面积＝πr²＝π10^-10米²  ——这里只取单面投影，对阴极投影忽略不计

取油烟微粒与参照物的距离d＝0.1米      ——估算值

油烟微粒电容C_a＝εS/4πkd＝2.8×10^-20(法拉)           ——取ε＝1

q_a＝C_a×U_a＝2.8×10^-20×10₄V＝2.8×10^-16  (库仑)    ——设第一阳极电压为10⁴V

F_e＝E×q_a＝10⁶×2.8×10^-16＝2.8×10^-10(牛顿)    ——设收集板之间电场强度为10⁶V/m

a＝F_e/m_a＝2.8×10^-10/((4π/3)(10^-5)³×800)      ——设油烟微粒的比重为800公斤/米³

a＝84(米/秒²)

t²＝2S/a＝2×0.005/84                           ——设收集板之间的距离为5mm

t＝0.01(秒)

例2：

取油烟微粒半径r₁＝0.001mm＝10^-6米

油烟微粒的投影面积＝πr²＝π10^-12

取油烟微粒与参照物的距离d＝0.1米

油烟微粒电容C_a＝εS/4πkd＝28×10^-23(法拉)       ——取ε＝1

q_a＝C_a×U_a＝28×10^-23×10⁴＝28×10^-19(库仑)    ——设第一阳极电压为10⁴V

F_e＝E×q_a＝10⁶×28×10^-19＝28×10^-13(牛顿)  ——设收集板之间电场强度为10⁶V/m

a＝F_e/m_a＝28×10^-13/((4π/3)(10^-6)³×800)   ——设油烟微粒的比重为800公斤/米³

a＝0.84×10³(米/秒²)

t²＝2S/a＝2×0.005/840

t＝1.0×10^-3(秒)

计算结果表明，油烟微粒在电场的作用下，加速度与电场强度有关，与油烟微粒的体积也有关。电场强度越大，油烟微粒的体积越小，加速度就越大。由此可见，油烟电子回收器对油烟的吸收是非常强的，这个从油烟微粒的加速度中就可以看得出来，油烟微粒的加速度远远大于抽风机产生的风速，油烟微粒的体积越小，油烟电子回收器对它的回收能力就越强，这个正好弥补了普通油烟机对微小油烟微粒不能吸收的缺点。另外，我们从彩色电视机中高压包或其附近的物体观察中可以看出，这些地方粘上的油烟或灰尘特别多，这说明高压静电的确是对油烟物吸收非常有效。

一般家用油烟机油烟入口处的风速大约只有0.2到0.5米/秒，出口处的风速大约为1米/秒左右，而对于一些宾馆、酒楼、公共食堂使用的大型抽油烟机，风速比较高，入口处的风速可能达1-2米/秒左右，但出口处风速都小于10米/秒。风速高，对油烟微粒的吸引力的要求就要大一些，如果油烟微粒的半径为0.1mm，根据上面的计算方法可求得加速度为8.4米/秒²，油烟微粒到达收集板的时间为0.1秒，若风速为2米/秒，那么油烟收集板的长度最少需要0.2米，若取一倍余量，则油烟收集板的长度为0.4米。

上面计算结果虽然是比较粗略的，但与实际应用结果相差并不是很大。我们制作过一个面积为360(长)×450(高)平方毫米的油烟收集板，通风口面积为500(宽)×450(高)平方毫米的油烟回收器，在普通饮食店中作试验，效果非常理想，油烟经过回收器后再排除的空气，几乎都是纯净空气。图12是试验用的油烟回收器参考图。

3、油液回收盘的结构

在工作原理上环保电子油烟机对油液回收盘并没有严格的结构和性能要求，只要安装方便，达到回收油液的目的即可。图11是油液回收盘的轮廓结构图，油液回收盘安装在油烟收集板的下方。油烟收集板上收集到的油烟及杂质，会慢慢地积聚在一起，并受重力的作用向下流动，最后会一点点地流入油液回收盘之中。油液回收盘需要经常取下消洗，因此在油液回收盘的两侧一般都安装有导轨，以便于装卸操作。

在实际应用中，油液回收盘一般都被制作成一个深度很浅的油液收集器，其收集到的油液还须转移到另一个容器(油液存储器)之中，以节省体积和便于清洗。油液存储器一般都安装在油液收集器之外的一个便于装卸的地方，它们之间通过转接口连通，油液通过它流入油液存储器之中。

4、油烟电子回收器的安装

油烟电子回收器一般都安装在油烟机通风管靠近入口处，如图14，这样安装比较方便，吸收油烟的效率也可大大地提高，因为入口处的温度比较高，油烟微粒容易汽化，流动阻力比较小。经过过滤的清新空气不会污染通风管和抽风机，可以增加抽风机的寿命。图14中的油烟回收器属于单口式(只一个油烟入口)结构，这种结构一般多用于那些宾馆、酒楼、公共食堂使用的大型抽油烟机中。

图15和图16是双口式(两个油烟入口)环保电子油烟机的基本结构图。一般家庭的厨房都有两个炉灶，每个炉灶对应一个油烟入口。看起来比较美观，另外工作效率也会提高，因为油烟入口处风的阻力相对于只有一个油烟入口的油烟机来说小很多。但两个油烟入口必须要有两个高压电离板(第一阳极)，比单口式环保电子油烟机多了一个，而油烟收集板是公用的。双口式环保电子油烟机的另一个特点，是抽风口在油烟收集板的顶部，因此油烟收集板的长度要比单口式油烟机长一倍。图16在工作原理上完全与图15相同，只是在油烟收集板的尺寸方面进行了一些改进，使结构更加合理，空间利用率更高。图15和图16在结构上还多安装了一个油液存储盒，目的是减少油烟机的厚度，和便于油烟机清洗。

四、烟尘电子回收器

1、烟尘的性质

从理论上讲，烟尘的比重远远大于空气，但它为什么能在空中漂浮？这个原因只能从两个方面来解释：一个是受热气流的影响，烟尘质量很小，很容易被热气流卷入其中，身不由己，任随热气流驱赶漂泊，如从烟囱排出废气中的物体。另一个是带电，每种物质都有一个代表自己性质的位能，两种不同性质的物体靠近在一起就会产生“接点电位差”。当两种不同性质的物体接触在一起，这两种物质就会互相放电和充电，即体内电荷需要重新进行分布，使物体保持电中性。而当两物体接触后又分开时，两物体就会都带电，一个带正电，另一个带负电；物体带电，相当于自身的位能增加或降低了，若带电物体再次与其它不同性质或带电的物体接触后又分开，两物体又会带更多的电荷，即位能在不断增加或降低，摩擦发电就是这个原理。需要说明的是，要把两个不同性质的物体接触后又分开，是需要能量的，这个能量来自风，或热气流。

要证明“接点电位差”的存在很容易，用一付高灵敏度的高阻抗耳机(矿石收音机耳机)来做试验，耳机的两个接头分别接上不同性质的金属片，然后两个金属片来回相碰，从耳机中即可听到“咯咯”声，这说明两种不同性质的金属片，相碰的时候在互相充放电。选用不同的金属片，声音大小都不一样，说明每种金属的位能，即“接点电位”也不一样。把两种不同性质的金属片的两端同时含在嘴中，再把另两端短路，嘴巴就会感觉到发麻，这说明有电流流过嘴巴，如果换成相同性质的金属来做试验，上述现象就不会出现。干电池、热电偶都是利用“接点电位差”的原理制造出来的。

前面我们已经指出过地球是一个带电体，地球表面的电位约为-4×10⁵伏，当某一物体带上负电以后，此物体的电场就会与地球的电场产生相互作用，其结果就是，该物体被地球的电场托在空中。物体带的负电荷越多，被托在空中的高度就越大，直到带电物体与其它带相反电荷的物体互相接触，并放电完毕，且不再重新被分离，物体才会摆脱地球电场力的作用，变成自由落体，或被雨水冲刷降到地面。由此可见烟尘是无所不在的，除了烟尘之外，沙尘也是无所不在。在西安，久不下雨的时候，整个天空都是灰黄色的，空气里面就含有大量的，从黄土高原漂浮过来的沙尘。烟尘电子吸收器的主要功能就是对这些空气中漂浮的带电微粒——烟尘和沙尘，进行吸收。

2、烟尘电子回收器的基本结构

与环保电子油烟机中的油烟电子回收器完全对应，烟尘电子吸收器主要也由4个部分组成：1、烟尘高压电离板(第一高压阳极A)，2、烟尘收集板(第二阳极B和阴极)，3、烟尘回收盘，4、高压电源。图17是烟尘电子回收器的工作原理图。

油烟与烟尘的主要区别是，油烟被回收后变成一种很粘稠的液体，其化学成分主要是油脂；而烟尘被回收后变成一种黑色或灰色的粉末，它是一种混合物，其化学成分比较复杂，其中也含有油性物质(植物油和矿物油)，如煤焦油，但大部分还是矿物质和有机物。由于油烟与烟尘在性质上的不同，油烟电子回收器与烟尘电子吸收器在安装结构方面是有区别的。油烟被油烟收集板收集后，就像浆糊一样被粘在阴极板上，不容易再次变成油烟返回空气中，产生二次污染。而烟尘被烟尘收集板收集后，就要变成自由落体，从阴极板上往下掉，如在往下掉的过程中又碰上风力的作用，很容易又会产生二次污染。

因此，烟尘电子吸收器在使用的时候，最好安装于通风管道中风速最低的地方，利用空气产生的张力对烟尘粉末的作用，使烟尘粉末从阴极板上更容易落到烟尘回收盘中。另外最好也在阴极板上和烟尘回收盘中，安装一些形状多样、高低不平的小桩子，以增大对烟尘粉末的吸附能力，如图18所示。但需注意，如在阴极板上安装的小桩子，选用的是金属材料，则必须加大阴极和阳极板间的距离。图19是烟尘电子回收器的基本使用方法示意图。

烟尘电子吸收器的作用主要是吸收空气中的烟尘和清新空气，烟尘电子吸收器除了可以安装在中央空调系统中的通风管道中外，更多的还是安装在一般家庭中使用。对于一般家庭，烟尘电子吸收器最好安装在具有空气对流的窗户上。也可选用如图20所示，具有抽风作用的烟尘电子吸收器，这种烟尘电子吸收器，很像目前使用的窗式小空调，但其体积比窗式小空调小非常多，而且比环保油烟机中的油烟电子回收器体积还要小，因为在一般的家庭中，空气换流速度并不需要像空调那样高。

五、高压电源

环保电子油烟机中的油烟电子同收器高压电源与一般的电源在性能方面要求大不相同，油烟电子回收器的高压电源，对安全，输出过流、打火、短路保护，等方面的要求，与一般电源不一样。油烟电子回收器作为高压电源的负载，由于油烟密度会随着烹调的情况经常改变，油烟收集板之间的电导率也在不断地变化，因此工作很不稳定，有时候负载很轻，相当于开路，有时候负载很重，相当于短路，有时候还会打火，甚至人为误操作发生触电，这些情况都得分别考虑。当油烟密度突然增大时，由于油烟被极化时会产生强烈充放电，高压电源的负载会变得很重，甚至空气被击穿产生打火。而高压输出长时间功率过载，或油烟收集板之间长时间打火，一般高压电源是承受不了的。在不同的使用环境下，环保电子油烟机中的油烟电子回收器的结构和体积也不一样，酒店、宾馆、公共食堂使用的环保电子油烟机，体积比较大，要求高压电源输出功率比较大。图21、图22、图23、图24、图25、图26分别是适应各种不同环境使用的环保电子油烟机高压电源。

1、自激式高压开关电源

自激式高压开关电源成本低，电路简单，因此，在要求输出功率较小的情况下还是被经常使用。图21和图22是自激式高压开关电源电原理图，它主要由EMC(电磁兼容)电路、整流滤波、开关电源变压器、开关管、脉宽调制电路、误差信号取样放大及控制电路、高压整流电路等，几部分组成。图22与图21相比，只是控制电路部分的个别地方稍有区别，其它部分工作原理完全相同，下面以图21来说明其工作原理。

图21中，V1是电源开关管，V2、V3为脉冲宽度调制管，T1为开关电源变压器，它们是构成自激式开关电源的主体。C1、C2、C3、C4、C5、L1、R1、R2为EMC(电磁兼容)滤波隔离电路，主要作用是防止开关电源产生的电磁噪音，窜入电网干扰其它电器设备。L1的主要作用是对共模信号进行抑制和滤波；C1、C2、C3、C4、C5的作用对差模信号进行抑制和滤波。R1、R2和R56是静电泄放电阻，通过这三个电阻，把大地、机壳、变压器次级的冷地，及初级的热地，全部连接在一起，其主要作用是把电路中各部分产生的静电高压均向大地泄放掉。例如，当某电容充满电的时候，其真正的零电位是在电容器的两极板中间，即电容器的两端都是带电体，如果电容器的一端接浮地(公共端)，则浮地相对于大地来说也是带电体，如果通过一个电阻把浮地与大地连接，那么与浮地连接的电容，就只有一端带电了，从而可减少部分电磁干扰。

D1-D4为整流桥堆或整流二极管，C6为储能滤波电容，R3、R4是为开关管提供偏流的起振电阻，变压器的N1-2线圈为开关管的负载，N3-4为反馈线圈，反馈电压通过C10、C11、R9加到V1的E-B之间，使V1导通或截止；当V1将要导通时，反馈电压为正偏置，使V1快速由导通到饱和；当V1由导通到要关断时，反馈电压又由正偏置变为负偏置，使V1由导通快速转变为截止。C9是反馈线圈整流输出电压的储能电容，反馈线圈N3-4产生的负偏置电压通过D6整流后储存于C9之中，当V3导通时，C9上存储的电压通过V3也加到V1的E-B之间，使V1反偏。由此可见，V1时刻都有两个电压加于它的E-B之间，一个是反馈线圈N3-4产生的感应电压(正偏或负偏压，通过C10、C11、R9加到V1的E-B之间)，同时还有一个C9上存储的负偏压(通过V3导通也加到V1的E-B之间)。这样通过控制V3的导通程度，就可以控制V1反偏的程度，从而控制V1的饱和导通和关断截止时间，以此达到控制开关电源输出电压。

值得一提的是，C10既是反馈电压耦合电容，也是产生锯齿波定时电容，D7的作用是加速C10放电，缩短V1截止时间，提高V1的占空比(饱和导通时间与整个周期之比)。R9是限流电阻，其阻值大小决定V1是过激励还是欠激励。C11是加速电容，选得合适可以提高工作效率。R12是工作电流取样电阻，当工作电流过大时，特别是刚开机的第一个周期，所有输出回路的储能电容还没有充满电的时候，V1的饱和导通时间特别长，工作电流很大，很容易使变压器饱和，使V1过流损坏，在这种情况下，当V1的工作电流通过R12产生的电压降超过1.5V左右时，此电压经过R11、D8和C12加到V2的基极，使V2导通，迫使V1提前截止，起到过流保护的作用。C13是阻尼电容，其作用是吸收变压器初级漏感产生的反电动势尖峰脉冲，防止把电源开关管V1击穿。

V3的工作状态受误差放大器V2和U1控制，U1是光电耦合器，其主要作用是对冷热地之间的电路进行隔离，及进行误差信号放大，误差信号来自Q1和Q2的输出。Q1、Q2是一个内置基准电压，有比较功能的误差放大器，当输入电压高于基准电压值时误差放大器才有误差信号输出(电流输出)。Q1的输入电压来自取样电路VR1，VR1同时对两路信号进行取样，一路为开关电源的低压输出(12V)，另一路是高压输出(第二阳极电压)，以达到两路输出电压稳定的目的，这两路信号是相关的，任何一路有故障断开都不会影响开关电源的正常工作，从而提高了机器的可靠性；Q2的输入电压来自非常状态控制取样，主要作用是保证机器的工作安全，这一部分下面还要详细说明。

开关电源变压器有两路电压输出，一路为低压输出(约12V)，供本电源的放大、控制电路使用，另一路是高压输出，经升压整流后，供油烟电子收集器第一阳极和第二阳极使用。由于普通的开关电源变压器，因绝缘问题无法输出5000V以上的高压，因此利用高压器件C51、C52、C53、C54和D51、D52、D53、D54等，进行升压整流。升压整流电路的工作原理与一般的倍压整流电路的工作原理基本相同，只不过是倍压整流电路一般都是指，对正负半周完全对称的交流电进行整流而言，而这里的升压整流电路，进行整流的交流电并不是完全对称的正负半周波形。前者整流输出与输入波形的幅值成整数倍的关系，后者整流输出是与输入波形的峰峰值成整数倍的关系。

经升压整流后，在电容C53两端可输出的直流电压值，高达变压器次级N7-8高压输出电压的峰峰值(约5500V，作为第二阳极工作电压)；C53与C54叠加输出电压高达变压器次级N7-8高压输出电压的两倍峰峰值(约11000V，作为第一阳极工作电压)。R53为高压输出取样电阻，取样输出信号被送给误差放大器Q1进行放大；R54和R55是输出过流保护取样电阻，取样输出信号被送给比较放大器U2A进行放大，平常U2A没有信号输出，只有高压输出过载时，U2A才有控制信号输出。

一般的开关电源都是工作在单一输出方式，正激励或反激励输出方式，并且V1的占空比(饱和导通时间与整个周期之比)都很小(小于1/2)。与一般的开关电源不同，在图21中，无论是在开关管V1饱和导通，或关断截止的期间，开关电源变压器的次级都在向负载提供功率输出，所以图21中的开关电源属于正反激励式输出开关电源。这种电源有一个特点，当变压器次级N7-8输出电压为负时(正激式)，其输出幅度不会跟随电源开关管V1的占空比改变，而改变，输出幅度永远等于变压器的初级电压乘以变压器的匝数比，只是平均值在不断地改变；而输出电压为正时(反激式)，其输出幅度会跟随电源开关管V1的占空比改变，而改变，占空比越大，输出电压的幅度就越高。由于后面的升压电路只对变压器次级输出电压的幅值升压起作用，对平均值几乎不起升压作用，因此，高压输出调整率的大小主要取决于开关电源反激式输出时的电压幅度的大小。由此可以证明，当电源开关管V1的占空比约等于0.5(即开关管的饱和导通时间约等于关断截止时间)时，高压输出的各项性能为最佳值。

当开关管的占空比为0.5时，电源开关管的耐压要求也要相应提高到输入电压的两倍以上，例如，当输入电压为AC-250V时(220V正15％)，整流滤波输出电压高达DC-360V，两倍电压就是DC-720V。目前市场上耐压大于800V的电源开关管很少，因此图21开关电源的输入电压只好选用AC-120V。

图21中，D10是阻尼二极管，在一般开关电源中，这个二极管是不用的。由于开关电源变压器的次级在输出电压的正负半周内，都在向负载提供功率输出，并且升压电路属于容性负载，这相当于在变压器的次级并联有一个数值大约为一千多微微法的电容。此外，次级线圈的分布电容也不可忽视，因为次级线圈的匝数很多，这些电容如等效到变压器的初级回路，等效电容的数值可达几万到几十万微微法。此等效电容与变压器的初级线圈漏感，可构成一个LC串并联复合谐振回路，谐振频率大约在一百多kHz到几百kHz之间。

当开关管在导通和截止的瞬间，由于电流上升率di/dt和电压上升率dv/dt都很大，会对谐振回路产生冲击振荡(当电路中的电流上升率或电压上升率大于谐振回路中的电流上升率或电压上升率时，将对谐振回路产生冲击振荡；当电路中的电流上升率或电压上升率小于谐振回路中的电流上升率或电压上升率时，谐振同路产生阻尼振荡)。在某种情况下，开关管导通和截止的相位，正好使脉冲的高次(奇数次)谐波频率等于回路谐振频率的时候，在谐振回路中就会产生等幅振荡，且振幅可能大于输入电源的电压，即将在V1的集电极和发射极之间产生负电压，使集电结产生正向偏置，严重时初级回路的振荡电流会感应到反馈线圈，反馈信号再被V1放大，最后产生间歇振荡，这种情况轻则会增大开关管的损耗，变压器发出“吱吱”的间歇振荡调制声，重则过压击穿电源开关管。在电源开关管的集电极加入一个二极管D10的目的，就是在变压器初级回路产生高频振荡时，防止集电结产生正向偏置，以降低开关管的损耗，及提高开关电源的可靠性。

1-1、高压输出过流、打火、短路、安全保护电路

图21中，Q2、U2A、U2B是高压输出过流、打火安全保护的主要控制电路。Q2是一个内置基准电压，并具有比较功能的误差放大器，仅当输入电压高于基准电压值时误差放大器才有误差信号输出(电流输出)，平时Q2输出电流基本为0；U2A和U2B是一个比较放大器(或运算放大器)，Q4在这里相当于一个稳压电源，其输出电压被作为U2A、U2B的基准电压，接到比较放大器U2A和U2B的反相输入端(记为U_F)。平时高压电源输出电压(HVB，约5500V)经过电阻R55取样，再与R25、R26进行分压，然后送到U2A和U2B的同相输入端(记为U_T)，由于U_T远远大于U_F，比较放大器U2A和U2B均输出高电平，放大器V5、V6、V7均导通。此时，LED指示灯亮，继电器J1动作，Q2无信号输入，也没信号输出，属于正常工作状态。

高压输出过流安全保护

由于油烟密度会随着烹调的情况经常改变，当油烟密度突然增大过量时，由于油烟被极化会产生强烈充放电，电流会急速增大，此时电流在R54产生的电压降也会增大，即输出电压会降低，经电阻R55取样送到U2A和U2B同相输入端的电压也降低，即U_T要降低。当U_T小于U_F的时候，比较放大器U2A和U2B将输出低电平，放大器V5、V6、V7均截止。此时，LED指示灯不亮，继电器J1不动作，Q2输入为高电平，Q2导通输出低电平。Q2的输出信号(低电平)经R6被送到光电耦合放大器U1进行放大，U1输出信号再送V2、V3进行放大，然后V2、V3导通，并使电源开关管V1截止，最后致使开关电源停止振荡无功率输出，从而起到保护电源工作安全的作用。

保护延迟与恢复

上述高压电源输出过流自动保护过程，有两个关键细节还需进一步说明。一个是保护延迟功能，另一个是保护恢复功能。当高压电源输出瞬间过流时，电源是不会马上进行保护的，因为油烟密度时大时小的情况经常发生，偶然一次瞬间过流和功率过载，高压电源也有这个承受能力。高压电源需要保护的只是长时间过流或连续多次过流，将要超出高压电源输出功率承受能力的情况。这个目的由C20、C16、C17、R17、R21等组成的电路来实现。取样信号首先要经过C20进行积分，信号对C20进行充放电需要一定的时间，待C20放电使电压(U_T)下降到基准电压U_F之下时，比较放大器U2A输出才由高电平变为低电平，然后V5截止，12V电源通过R21和D12对C16开始进行充电，同时C16的电压又通过R17也对C17进行充电，直到C17两端的电压高于Q2内部的基准电压时，Q2才开始导通。Q2导通经过R16也使U1导通，U1导通后C7开始放电，随着C7电压的下降，V2和V3也开始缓慢导通，同时V1开始截止，直到开关电源停止工作，高压电源无电压输出。

当电源进入保护状态时，不只是高压电源无输出，低压电源同样也没有电压输出，这时由低压供电的所有电路都将停止工作，电源保护的维持工作全部落在C7的身上，此时C7由放电转变为充电，C7的充电过程是由电容C9上存储的电压通过D5、R5、R6和V2的E-B结进行的，同时C9也进入一个放电的过程。当C7充满电后，V2基极电流下降到0，V2和V3由导通转为截止，V1又开始重新工作，同时电源也恢复正常工作。因此，调整C20、C16、C17、R17、R21、R16和C7、R6等元件的数值，就可以改变延迟电路的时间常数，以保证高压电源的工作安全和正常恢复。

上面分析的高压输出过流保护，完全是属于正常工作状态下的过流保护，其保护程度也是随着高压电源的负载电流的变化而变化的，当某瞬间负载电流突然增大时，保护电路开始工作，但不一定把高压电源的输出彻底关断，通过保护延迟电路的作用，很可能只是把电源的输出电压从正常值拉低一些，如果负载再重一些，同样可把高压电源的输出电压再拉低一些。即，通过保护延迟电路的作用，使开关电源的高压不再是稳压输出，而是稳定功率输出，或有限功率输出。以保护高压电源的工作安全，只有在功率连续过载的情况下，保护延迟电路才把高压电源彻底关断，并且经过一些时间后电源还会自动恢复。

高压输出打火的安全保护

高压输出打火保护与上面正常工作保护的性质完全不同，高压打火一般是由于机器有故障而引起，可能是因为输出电压过高，油烟回收板太脏，或油烟回收板变形等故障引起。第一高压阳极电压很高，打火能量很大，打火时会听到“啪啪”很强烈的放电声，第一阳极经常打火会损坏高压电容和整流二极管，因为一般瓷片电容都有压电效应，电容放电速度太快会使瓷片压电效应产生的应力来不及释放，而破裂，二极管也因瞬间电流过大损坏。第二高压阳极虽然比第一高压阳极电压低很多，但油烟回收板两极之间的电容很大，一般有一万微微法到十几万微微法。其存储的能量很大，打火电流高达上千安培，打火声音比第一高压阳极打火时更响亮，但回路电流却很小，只有几毫安，因输出电路中限流电阻R54的阻值很大。

高压打火时，虽然上面的过流保护电路也会产生保护作用，但上面的保护电路动作一般来得都很迟，工作不可靠。图21中的R56、C55、D55及D13这些部分，是专门用于高压输出打火的快速保护电路。R56是跨接在机壳(大地)与变压器次级冷地之间的电阻，此电阻有两个作用。一个是EMC的要求，需要两个地之间同电位。另一个是作为高压放电回路的取样电阻，高压电源输出(第一阳极和第二阳极)的电流，全部都是经过油烟回收板的阴极后，再经过R56流回变压器的次级。正常工作时流过R56的电流比较小，在R56两端产生的电压降也很小，保护电路不起作用。当高压输出电路打火时，回路电流很大，电流在R56和C55两端产生的电压降比较大，此电压经D13对C16充电，同时通过R17也给C17充电，然后送给Q2进行放大，Q2输出信号再经过U1、V2、V3放大，最后令V1截止，电源进行自动保护，这部分的工作原理完全与前面部分的分析相同。

高压打火保护电路对输出短路保护同样有效，调整R56和C55等元件的数值，就可以改变高压输出打火或短路保护的灵敏度。

图22中的高压打火保护电路与图21有很大的不同，图21中高压打火保护后，过了大约几秒钟，电源还会自动恢复正常工作，而图22中的高压打火保护电路一旦保护后，就不能自动恢复，必须用人工恢复，即必须把输入电源断开后，还需等待大约半分钟时间待储能电容C4放电完毕后，再把电源开关接通，电源才能正常工作。图22比图21主要多了一个可控硅VS1，以及相关触发控制电路：V4、VD1、Q3等。由于Q3是专门用来负责高压打火取样信号放大，其输入电路的时间常数可取得小一些，因此，图22中的高压打火保护电路比图21中高压打火保护电路，保护速度要快一些，对人身安全更可靠一些。

图21和图22中的高压电源最大输出电流为5毫安(平均值)，要限制最大峰值电流可通过改变R51和R54的阻值来决定，但R51和R54的阻值不能用得过大，太大输出电压不稳定，另外电阻的损耗功率也会增大。一般人们都认为在非常短的时间内，10毫安以下电流对人体触电是安全的。因此，高压电源的保护速度也是一项很重要的安全指标。但由于油烟收集板的电容很大，存储能量也很大，并且之间没有限流电阻，人体接触油烟收集板时被触电，也是有危险的，因此在结构上也需要对油烟收集扳进行特别防护。

从上面分析可知，图21和图22中的高压电源的输出保护是有次序的，最高级别是高压输出打火及短路保护(其中也包括人体触电保护)，取样电阻为R56和电容C55，最大保护电流为5毫安(平均值)，其特点是反应速度快，但又不能误触发；其次是高压电源输出过流保护，对偶然一次短时间过流不作输出断电保护，但要降低输出电压，限制输出功率，对多次或长时间过流才作输出断电保护。

1-2、自激式高压开关电源的主要技术指标

自激式高压开关电源(图21和图22)主要技术指标：

1、输入电压                AC-120V(+-15％)

2、额定输入功率            80W

3、最大输出功率            65W

4、输出电压(可调)：

第一阳极电压：    MIN：8000V，  MAX：15000V

第二阳极电压：    MIN：4000V，  MAX：7500V

5、高压稳定度：

第一阳极电压：                +-500V(0-3mA)

第二阳极电压：                +-200V(0-3mA)

6、高压调整率(输入AC-120V+-15％)：

第一阳极电压：                +-200V

第二阳极电压：                +-100V

7、最大输出电流：

第一阳极电压                    5mA(平均值)

第二阳极电压                    5mA(平均值)

8、高压过流保护启动时间         0.5-1秒

9、高压过流保护最大电流         5mA(平均值)

10、高压过流保护自动恢复时间    1-3秒(只限于图21)

11、高压打火保护启动时间        小于0.5秒

12、高压打火保护最大电流        5mA(平均值)

13、最高环境温度                45℃

14、最高机内温升                25℃

15、电源开关管最高温升          35℃(管壳)

16、开关电源变压器最高温升      30℃(铁心)

备注：额定输入功率是指当输入功率达到此值时，可测量到上面列出的这些参考值，在使用中最好不要超过这些数值。

2、他激式高压开关电源

自激式开关电源的缺点是开关电源变压器励磁电流很大，即开关电源变压器在一个很大的磁回线面积区内工作，并且最大磁通密度很接近饱和值，磁通密度很高，涡流损耗和磁滞损耗都很大，因此开关电源变压器温升较高。另外，工作频率也很难提高，自激式开关电源工作频率很难达到60kHz以上(正常负载时)，并且工作频率随着负载加重而降低，因此电源变压器的伏秒容量需要取得很大，即变压器铁心面积较大或变压器的线圈匝数很多，即铜阻损耗也较大。他激式开关电源正好可以克服以上缺点，在同等条件下开关电源变压器的体积可以缩小很多，效率也可以提高很多。

图23和图24是他激式高压开关电源电原理图。一般他激式开关电源的振荡、调宽、驱动电路都是集成在一个成为集成电路(简称IC)的器件之中(图中U4)，并且都是通过一个大功率电阻直接从整流输出端降压供电，工作电压选得比较高(12-20V)，但电流很小(5-20mA)，因此只能选用输入阻抗很高的场效应管作为电源开关管，如选用双极型晶体管作为电源开关管，则需用变压器来进行阻抗变换。图23与图24相比，和前面的图21与图22相比一样，只是控制电路部分的个别地方稍有区别，其它部分工作原理完全相同，下面以图23来说明其工作原理。

图23中U4选用比较常用的UC3842(美国TI公司产品)集成电路来做开关电源的振荡、调宽、驱动电路(简称PWM-IC，脉冲宽度调制-集成电路)。一般的PWM-IC都有一个RC振荡器，和一个电压比较放大器。在电压比较放大器的同相或反相输入端，接有一个基准电压，另一输入端接一个锯齿波电压(由RC振荡电路产生)，当需要进行脉冲宽度控制时，有两种方法可以实现：一种是基准电压不变，改变锯齿波的频率，即斜率，这样从电压比较放大器的输出端就可以得到一个随频率变化的调宽脉冲，用一个有源器件代替一个可变电阻，就可以改变RC振荡器的频率，也就是人们常称的压控振荡器，压控振荡器的控制电压就是误差输入信号。另一种是锯齿波的频率不变，而改变基准电压的幅度，同样，从电压比较放大器的输出端也可以得到一个随电压变化的调宽脉冲输出，这个可变的基准电压就是误差输入信号。前一种控制方法是调宽又调频，后一种只调宽，不调频，UC3842采用的是后一种调制方法。

图23中，UC3842的4脚是锯齿波发生电路，R8和C9是决定锯齿波时间常数的元件，改变R8或C9的数值就可以改变锯齿波的频率；2脚是误差信号输入，改变输入电压就可以改变输出波形(方波)的占空比；1脚是输出补偿电路(负反馈)，一般与4脚连接电阻或电容来改变误差放大器的增益和相位特性；3脚是电流取样输入，用于过流保护；6脚为信号输出，5脚接电源地，8脚内部稳压电源(5V)输出。

他激式高压开关电源的输出波形比自激式的好很多，工作效率也比自激式的高，由于目前市场上使用的场效应开关管，大多数在其内部S-D两极之间都并联有一个续流二极管，这个二极管会加激变压器初级漏感与分布电容组成振荡回路的作用，所以在场效应开关管串联一个二极管D6还是必要的。图21保护电路的原理与图23基本相同，图22保护电路的原理与图24基本相同，这里不再赘述。

2-1、他激式高压开关电源的主要技术指标

他激式高压开关电源(图23和图24)主要技术指标：

1、输入电压                    AC-120V(+-15％)

2、额定输入功率                100W

3、最大输出功率                85W

4、输出电压(可调)：

第一阳极电压：    MIN：8000V，  MAX：15000V

第二阳极电压：    MIN：4000V，  MAX：7500V

5、高压稳定度：

第一阳极电压：                  +-500V(0-3mA)

第二阳极电压：                  +-200V(0-3mA)

6、高压调整率(输入AC-120V+-15％)：

第一阳极电压：                  +-200V

第二阳极电压：                  +-100V

7、最大输出电流：

第一阳极电压                   5mA(平均值)

第二阳极电压                   5mA(平均值)

8、高压过流保护启动时间        0.5-1秒

9、高压过流保护最大电流        5mA(平均值)

10、高压过流保护自动恢复时间   0.5-1秒(只限于图23)

11、高压打火保护启动时间       小于0.5秒

12、高压打火保护最大电流       5mA(平均值)

13、最高环境温度               45℃

14、最高机内温升               25℃

15、电源开关管最高温升         35℃(管壳)

16、开关电源变压器最高温升     30℃(铁心)

备注：额定输入功率是指当输入功率达到此值时，可测量到上面列出的这些参考值，在使用中最好不要超过这些数值。

3、AC-220V他激式高压开关电源

前面介绍的两种高压开关电源都只能使用AC-120V供电，而我国使用的电网电源都是AC-220V，在使用上非常不方便，使用时还需要另配一个220V/120V的电源变压器。另外，国家对家用电器设备功率因素的要求也越来越高，为了提高功率因素，一般都在电网电压输入电路中加一级功率因素矫正电路，即在整流输出和储能滤波之间增加一级输出DC-400V的开关电源。目前限制使用电压提高的主要因素是电源开关管的耐压，如选用彩色电视机中的行扫描功率输出管作为电源开关管，就可以基本解决这个问题。目前彩色电视机中使用的行扫描功率输出管，C-E极之间的耐压高达1500V以上，但其输入阻抗和电流放大倍数及截止频率都很低，这个也需要特别考虑。图25和图26是使用输入电压为AC-220V的高压开关电源原理图。

图25和图26中，V1是耐高压的电源开关管，一般在它的内部B-E结之间都并联有一个几十欧姆的电阻，以提高耐压能力，所以它的输入阻抗很低。另外，为了提高耐压，开关管的管芯基区也比普通管的厚，所以电流放大倍数和工作频率很低，电流放大倍数只有5倍左右，因此需要很大驱动电流才能令其饱和。U1是一个3端(脚)或8端(脚)开关电源集成电路(图25或图26中只画出3端)，这里选用T220或KA5L系列产品，它与变压器T2组成一个简单开关电源，利用它的功率输出来驱动另一个功率更大的高压开关电源。选用T220系列的优点是电路简单，另外一个好处是，与别的驱动电路相比还省掉了一个大功率降压电阻。T220或KA5L系列的产品型号非常多，一般工作频率都是固定的，有100kHz和60多kHz两种。最好选用工作频率较低一些，不用带散热片输出功率有3W左右的。工作频率高电源开关管的损耗会大一些，但变压器的体积可以适当减小一些。一般T220或KA5L系列产品的耐压只有650V，如开关电源的占空比大于1/2时，其耐压还是不够高，因此在它的电源供电回路中还需要加一个降压电阻，大约降压50-100V，这样才能基本与高耐压的电源开关管V1相匹配。

图25和图26中的高压过流保护电路，以及高压打火、短路保护电路原理与图21的保护电路原理基本相同，保护恢复时间长短主要由D6整流输出电压和C10电容的大小来决定。如需要增长保护时间，可利用继电器J1的功能，用继电器J1切断AC-220V输入电源，需要恢复时再把电源复位开关合上，用人工复原。

图26与其它电路不同的地方还有，图26的高压输出是通过一个高压变压器直接升压，然后整流滤波输出，不象图21、19、20、21、22那样通过倍压电路升压输出。利用高压变压器直接升压的好处是：1、开关电源完全工作于反激励式，次级负载对初级的影响可以大大减小，不容易产生冲击振荡，所以可以省去如图25中的阻尼二极管D8，既降低成本，还能提高效率；2、通过改变变压器次级线圈绕组的抽头，第一阳极高压与第二阳极电压的比例关系任意可调，这样在保证第一阳极电压保持不变的情况下，第二阳极电压可根据油烟收集板的距离实现灵活配置；3、所有高压元件全部与高压变压器组装在一起，可以降低成本和提高可靠性，还节省3个高压元件。

3-1、AC-220V他激式高压开关电源的主要技术指标

AC-220V他激式高压开关电源(图25和图26)主要技术指标：

1、输入电压                    AC-220V(+-15％)

2、额定输入功率                120W

3、最大输出功率                100W

4、输出电压(可调)：

第一阳极电压：    MIN：8000V，  MAX：18000V

第二阳极电压：    MIN：4000V，  MAX：9000V

5、高压稳定度：

第一阳极电压：                 +-500V(0-3mA)

第二阳极电压：                 +-200V(0-3mA)

6、高压调整率(输入AC-220V+-15％)：

第一阳极电压：                 +-200V

第二阳极电压：                 +-100V

7、最大输出电流：

第一阳极电压                  5mA(平均值)

第二阳极电压                  5mA(平均值)

8、高压过流保护启动时间       0.5-1秒

9、高压过流保护最大电流             5mA(平均值)

10、高压过流保护自动恢复时间        0.2-0.8秒

11、高压打火保护启动时间            小于0.5秒

12、高压打火保护最大电流            5mA(平均值)

13、最高环境温度                    45℃

14、最高机内温升                    25℃

15、电源开关管最高温升              35℃(管壳)

16、开关电源变压器最高温升          30℃(铁心)

备注：额定输入功率是指当输入功率达到此值时，可测量到上面列出的这些参考值，在使用中最好不要超过这些数值。如需要增大输出功率，可选用较大功率的电源开关管和增大散热片，及开关电源变压器和整流二极管等器件。

4、开关电源PFC功率矫正电路

一般的开关电源由于选用的储能滤波电容容量都很大，致使流过整流电路的电流导通角都很小，即功率因素很低，只有0.4到0.5左右。功率因素低的用电设备对电网供电系统的安全是有害的，它好像是一个断了多个齿的从动齿轮在转动，它会使发电机或供电设备产生峰值功率过载，造成过载保护或过流损坏，以及电流脉冲对其它电器设备干扰。为了提高开关电源的功率因素，可以在图25和图26中增加一个PFC功率因数矫正电路，即在整流输出和储能滤波之间增加一级输出DC-400V的并联式升压开关电源。PFC功率因数矫正电路原理如图27所示，L2是升压电感，V01是电源开关管，PWM是脉冲调宽控制电路，其输出脉冲的相位和宽度受3个取样电路(a、b、c)控制，取样电路a是输出电流过零取样，b是电源开关管工作电流取样，c是输出电压取样。图27的功率因数矫正电路，可以把功率因数提高到最大值约为0.98。很详细工作原理，这里不准备作过多的分析。

5、开关电源变压器参数的设计

变压器的参数设计是高压开关电源设计的重点，变压器参数设计主要是伏秒容量的确定，和变压器线圈匝数的计算，变压器的线圈匝数和伏秒容量由下式求得：

$N1=\frac{U_C\mathrm{\τ}{10}^8}{S(\mathrm{Bm}-\mathrm{Br})}---\left(8\right)$

式中U_Cτ为变压器的伏秒容量，N1为变压器的初级线圈绕组的匝数；U_C为工电压，单位为伏；τ为开关管导通脉冲宽度，单位为秒；S为变压器磁心面积，单位为平方厘米；Bm为变压器磁心最大磁感应密度，单位为高斯；Br为变压器磁心的剩磁，单位为高斯。

理想的情况是Bm越大越好，剩磁Br越小越好，还有磁心的导磁率μ越高越好，以及磁心的损耗越小越好。磁心的最大磁感应密度Bm与磁心的材料和密度有关，国产磁心的Bm值约在5000高斯左右，Br约等于Bm的70％。没有气隙的磁心导磁率非常高，μ值都在几千以上，甚至接近1万左右，但只要有0.01毫米的气隙，导磁率μ就会下降到最大值的几分之一。

磁心的损耗主要是涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗与材料的品质有关，还和工作频率有关，涡流损耗与频率的平方成正比。磁滞损耗与磁滞回线的面积有关，也和工作频率有关，磁滞损耗约与频率的1.6次方成正比(测试值)。因此磁心的涡流损耗和磁滞损耗限制了变压器工作频率的提高。开关电源的工作频率选在20-100kHz之间较为合适。工作频率过低，一是变压器体积大，二是人耳能听到变压器磁心因磁滞伸缩发出的噪音；工作频率过高，变压器涡流损耗、磁滞损耗及开关管损耗将成倍增加，开关电源的效率将明显下降。

变压器磁心的磁回路一定要留有气隙，没有气隙的磁心，当流过变压器的电流中含有直流成分时，磁心很容易饱和，使变压器无法正常工作。气隙留得越大，Br相对就变得越小，磁心就越不容易饱和，但磁心的有效导磁率会下降，变压器线圈的电感量也会减小，使励磁电流增加，变压器效率降低，当气隙大于1毫米时Br小于Bm的10％。磁心气隙留得过大，还会增大变压器线圈的漏感，变压器线圈的漏感会产生反电动势，很容易把开关管击穿损坏。

变压器的伏秒容量越大，和磁心气隙留得大一些，磁心就越不容易饱和，因此变压器的伏秒容量要留有足够的余量。变压器的伏秒容量可根据电源开关管的导通饱和时间来选取，环保电子油烟机及烟尘电子吸收器使用的高压开关电源，为了提高输出电压的稳定性和降低变压器初次级线圈的匝数比，其占空比选得比普通开关电源的占空比大很多，一般都在0.5左右，即导通与截止正好为半个周期，因此根据开关电源的最低工作频率就可以计算变压器的伏秒容量。例如：开关电源的最低工作频率为20KHz，则τ约等于25毫秒，工电压U_C一般取200V(AC-120V输入时)，或350V(AC-220V输入时)，Bm可取4000高斯，Br可取500高斯(留有足够气隙时)。

磁心气隙可根据变压器的体积和磁同路长度以及流过线圈的直流大小来选取，20W以下的小变压器气隙一般取0.1到0.5毫米，100W左右的变压器气隙一般取0.5到0.8毫米。变压器线圈漆包线直径的大小，根据流过其电流大小来决定，一般取电流密度为2-3安培/毫米平方，直径超过0.5毫米时选用多股线绕制。

变压器的初级线圈匝数确定后，其余次级线圈就可以根据电压比来求出，不过计算变压比时一定要注意，电压输出是正激励还是反激励，并且计算电压时最好用峰值来计算。当开关管导通时，变压器次级有功率输出称为正激励式；当开关管截止时，变压器次级有功率输出称为反激励式。正激励式变压器次级输出电压等于输入电压乘以初次级线圈匝数比，即U2＝U1×n，U1为输入电压，U2为输出电压，n为变压比；反激励式变压器次级输出电压U2＝U1×n×δ，δ为占空比，也叫占空系数，δ＝τ/T，τ为开关管导通时间，T为周期。只有当占空比等于0.5时，反激励式变压器次级输出电压与正激励式变压器次级输出电压才相等。

自激式开关电源，当开关管导通时要求有足够的基极驱动电流来保证开关管深度饱和，此电流是随着开关管导通时间增大反而变小的(对电容充电)，在任何输入电压的情况下，要求其最大值大于100毫安(由反馈电压(正激励)和限流电阻决定)，一般都是先考虑在输入电压最高的情况下，反馈电压(反激励)最大值不能超过8V，否则开关管的B-E结就会反向击穿，然后根据在输入电压最低的情况和占空比，来决定反馈电压(正激励)和限流电阻的阻值，最后根据变压比来求变压器反馈线圈N2的匝数。

图25和图26中用于驱动输出的小开关电源的控制绕组电压(反激励)，可取得比一般开关电源的高一些，可取8V到12V，电容C10也可大一些，47-100微法，以便于延长高压输出过流、打火保护的延续时间。

高压升压电路输出电压的计算，不能按倍压原理的方法来计算，应该用求峰峰值的方法来计算，而峰峰值总是与占空比有关，占空比越大升压输出电压值就越高。

6、高压开关电源的工艺要求

与普通开关电源相比，高压开关电源变压器的次级输出电压很高，其峰峰值高达5000V以上，用高绝缘强度起子的金属部分靠近电压输出端，在3毫米之外就可以看到非常强烈的打火现象；用高绝缘强度起子的金属部分碰开关电源变压器的铁心部分，同样可以看到打火；升压电路输出电压更高，用高压结缘起子的金属部分靠近，在5毫米之外就开始打火。可见，高压绝缘是一个非常重要的事情。

高压开关电源变压器的初次级线圈之间，必须用3层以上高绝缘强度胶带进行绝缘隔离，线圈必须分层平绕，每层之间必须用1层以上高绝缘强度胶带进行隔离，线圈的两端必须留出4毫米宽的防打火空间，并且要用厚度与漆包线外径相同的高绝缘强度胶带填平。变压器最外层线圈需用5层以上高绝缘强度胶带包扎，变压器次级绕组的高压输出，必须用外直径约为3.5毫米的双层绝缘高压引线连接，直接从变压器线圈骨架的顶端引出，使用的时候还需外套直径4.5毫米的热缩胶管。变压器必须用高绝缘强度环氧树脂漆浸渍，最后还需在变压器线圈两端，特别是高压引线出口处用环氧树脂胶或热溶胶封口。高压电源工作的时候，变压器及引线周围10毫米的区域内不能有任何金属物。

图21、19、20、21、22的高压升压电路，必须安装在一块高绝缘强度的玻璃纤维PCB板上，并安置在一个用高绝缘强度材料制作的盒子中，然后用高绝缘强度环氧树脂胶进行灌封固化。为了降低成本，和提高散热性能，可在环氧树脂胶中混合绝缘和导热性能良好的其它材料，如石英粉或高频陶瓷粉，以及海边纯净的细沙粒。高频陶瓷粉，可选用非常透亮的陶瓷用具(如碗具)进行打烂、粉碎，但绝对不能混有铁锈之类的物质在之中。另外，对材料的性能还要求介电常数越小越好。对材料性能好坏的检验，可通过家用微波炉加热作试验，把材料放到微波炉中加热两分钟，取出材料如果发热，则说明这种材料绝缘和高频性能不好，不能使用。最后选出好的，用到电路之中还需反复试验进行比较多次，才能放心。

在批量生产中，为了提高工作效率和降低成本，可以不需要制作小盒子。可制作很多个环氧树脂灌封模具，把PCB板直接安置到模具中灌封，待环氧树脂胶固化后再脱模。第一高压阳极和第二高压阳极高压引线必须选用耐压5万伏以上，直径为5到8毫米的22AWG高压线。图28是变压器与高压单元的连接示意图，图中展示的元件符号，表示这些元件安装在其中。

图26的高压输出电路在结构上与其它电路不同，它的高压输出电路与高压变压器在结构上同为一体，我们称之为高压包，其基本结构和生产工艺与现在的电视机用高压包生产过程一样。小批量生产可选用电视机高压包的结构来改装，电视机高压包中有一个聚焦电压电位器，这个位置正好用来安装高压输出电路中的5个电阻和两个电容；大批量生产时，再根据新结构和生产需要重新进行设计。图29是环保电子油烟机及烟尘电子吸收器用高压输出电路的高压包结构示意图，图中展示的元件符号，表示这些元件安装在其中。

环保电子油烟机高压开关电源使用环境恶劣，温度高，容易污染降低绝缘性能。因此，最好把整个电路安装在一个既密封又容易散热的环境之中。要求密封，且又容易散热的最好方法，就是用环氧树脂灌封法。但环氧树脂灌封材料一般成本都很高，为了降低成本，也可选用其它材料，如硅胶加沥青及沙粒等。方法是，先在电路板的导电面和元器件面上分别铺一层硅胶(也可以用热溶胶)，硅胶的绝缘性能和导热性能非常好，而且性质柔软，容易返修，然后在硅胶的外面再填充一层热熔材料，如沥青和沙粒等混合物。沥青导热性能也很好，但绝缘性能比较差，不能让它与高电压元器件和电路直接接触。还有沥青是易燃材料，必须与沙粒等其它阻燃材料一起混合使用。如进一步考虑环保电子油烟机高压开关电源的电磁辐射干扰问题，还可以在填充材料的最外层基础上再铺一层石墨材料，利用石墨的导电性能来对交变电磁场进行屏蔽和吸收。

附图说明：

图1：电子油烟回收器的主要组成部分示意图。

图2：油微粒穿过强电场时被极化和电离的情况。

图3：油微粒穿过强电场时发射电子和带电的情况。

图4：油微粒穿过高压电极间被充电及在电场中被偏转的情况。

图5：第一阳极的两种基本结构。

图6：环保电子油烟机油烟收集板的基本结构。

图7：油烟收集板高压阳极与阴极的基本结构。

图8：大型环保电子油烟机油烟收集板的基本结构。

图9：第一高压阳极与第二高压阳极电原理图。

图10：使物体带电的过程。

图11：油微粒从高压阳极之间穿过被带上电的过程。

图12：油烟收集板试验样品参考图。

图13：油液收集盘的结构轮廓图。

图14：环保电子油烟机安装示意图。

图15：家用环保电子油烟机的基本结构图。

图16：梯形结构的环保电子油烟机安装示意图。

图17：电子烟尘回收器的主要组成部分示意图。

图18：带桩子的阴极和烟尘回收盘示意图。

图19：电子烟尘回收器的基本使用方法。

图20：带抽风机的电子烟尘回收器。

图21：自激式开关电源高压电原理图。

图22：带自动保护的自激式开关电源高压电原理图。

图23：他激式开关电源高压电原理图。

图24：带自动保护的他激式开关电源高压电原理图。

图25：用小功率开关电源驱动的他激式开关电源高压电原理图。

图26：开关电源变压器与高压输出一体化的他激式开关电源高压电原理图。

图27：PFC功率因数矫正电路工作原理图。

图28：高压电源变压器与升压组件之间的连接图。

图29：开关电源变压器与高压输出一体化组件的基本结构图。

Claims (10)

1、一种新技术——烟尘电子吸收技术，利用高压静电对烟尘微粒进行电离和充电，然后再通过强电场进行偏转回收。利用这种新技术制造的，能对油烟和烟尘分别进行有效回收及过滤的油烟机及烟尘吸收器，我们称之为“环保电子油烟机”及“烟尘电子吸收器”。

2、如权利要求1所述的环保电子油烟机，与普通油烟机的主要区别在于：环保电子油烟机比普通油烟机多了一个油烟电子回收器。油烟电子回收器主要由4个部分组成：①油烟高压电离板(第一高压阳极)，②油烟收集板(第二高压阳极和阴极)，③油液回收盘，④高压电源。各个部分的主要特征是：

油烟高压电离板是一个栅格结构，带正电的高压阳极，其电压高达5000伏以上，当油烟微粒从高压电离板的栅格孔中穿过时，就会被电离充电。这里称之为充电，是因为这种电离是属于不对称电离，当油烟微粒靠近高压阳极时，油烟微粒中的自由电子在高电压产生的强力电场吸引下，很容易摆脱原子核的束缚，离开油烟微粒飞向高压阳极。油烟微粒被电离后带负电的一方就是电子，而电离后带正电的一方就是带正电的油烟微粒，相当于油烟微粒被充了正电；

油烟收集板之间存在着很强的电场，这个强电场是由带高压正电的第二阳极和接地的阴极在两极板之间产生的。当带电油烟微粒从强电场中经过时，由于同电互相排斥，异电互相吸的作用，会向阴极方向产生偏转运动，最后与阴极相碰，被阴极收集，故阴极也被称之为油烟收集板；

油液回收盘位于油烟收集板的下方，油烟收集板收集到的油烟微粒，会慢慢地聚积在一起变成油液，当油液聚积到一定的程度后，由于重力的作用，会不断往下流动，并落入油液回收盘中；

高压电源有两组高压输出，一组输出给油烟高压电离板(第一高压阳极)供电，另一组输出给油烟收集板(第二高压阳极)供电。

3、如权利要求1所述的烟尘电子吸收器，与普通烟尘吸收器的主要区别在于：烟尘电子吸收器主要由4个部分组成：①烟尘高压电离板(第一高压阳极)，②烟尘收集板(第二阳极和阴极)，③烟尘回收盘，④高压电源。各个部分的主要特征是：

烟尘高压电离板是一个栅格结构，带正电的高压阳极，其电压高达5000伏以上，当烟尘微粒从高压电离板的栅格孔中穿过时，就会被电离充电。这里称之为充电，是因为这种电离是属于不对称电离，当烟尘微粒靠近高压阳极时，烟尘微粒中的自由电子在高电压产生的强力电场吸引下，很容易摆脱原子核的束缚，离开烟尘微粒飞向高压阳极。烟尘微粒被电离后带负电的一方就是电子，而电离后带正电的一方就是带正电的烟尘微粒，相当于烟尘微粒被充了正电。

烟尘收集板之间存在着很强的电场，这个强电场是由带高压正电的第二阳极和接地的阴极在两极板之间产生的。当带电烟尘微粒从强电场中经过时，由于同电互相排斥，异电互相吸的作用，会向阴极方向产生偏转运动，最后与阴极相碰，被阴极收集，故阴极也被称之为烟尘收集板。在一些阴极板上，还安装一些形状多样、高低不平的小桩子，以增大对烟尘粉末的吸附能力；

烟尘回收盘位于烟尘收集板的下方，烟尘收集板收集到的烟尘微粒，由于重力的作用，会不断跌落到烟尘回收盘中。在一些烟尘回收盘中，还安装一些形状多样、高低不平的小桩子，以增大对烟尘粉末的吸附能力；

高压电源有两组高压输出，一组输出给烟尘高压电离板(第一高压阳极)供电，另一组输出给烟尘收集板(第二高压阳极)供电。

关于油烟电子回收器的4个主要组成部分：①油烟高压电离板(第一高压阳极)，②油烟收集板(第二高压阳极和阴极)，③油液回收盘，④高压电源，等的工作原理和说明，与烟尘电子回收器的4个主要组成部分：①烟尘高压电离板(第一高压阳极)，②烟尘收集板(第二阳极和阴极)，③烟尘回收盘，④高压电源，的工作原理和说明一一对应。此说明在下面各条款中同样有效。

4、如权利要求1、2、3所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的油烟高压电离板和烟尘高压电离板的构造有两种结构，一种是栅栏结构，另一种是格子结构，统称栅格结构。油烟高压电离板和烟尘高压电离板选用耐电腐蚀的金属材料来制作，钼金属丝是目前最好的选择材料。金属栅格孔中任何地方的电场强度(相对于油烟微粒)都高于800V/mm以上。

5、如权利要求1、2、3、4所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的油烟收集板和烟尘收集板是由很多块被称为第二阳极和阴极的金属薄板，相隔排列在一起组成，两块金属薄板之间互相绝缘。油烟收集板和烟尘收集板有两种结构，一种是卧式结构，另一种是立式结构。油烟收集板和烟尘收集板一般用金属材料制作，但为了降低成本也可以用塑料来制作，然后在塑料表面电镀或喷涂一层导电材料。

6、如权利要求1、2、3、4、5所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的油液回收盘或烟尘回收盘位于油烟收集板或烟尘收集板的下方，用它来接收从油烟收集板上往下流的油液，或接收从烟尘收集板上掉下来的烟尘粉末。

7、如权利要求1、2、3、4、5、6所述的环保电子油烟机，其特征在于，所述的电子油烟回收器有两种基本结构，一种只有一个油烟进入口的，称为单口式，另一种有两个油烟进入口的，称为双口式。双口式环保电子油烟必须有两个油烟高压电离板(第一阳极)，比单口式环保电子油烟机多了一个，而油烟收集板是公用的。双口式环保电子油烟机的另一个特点，是抽风口在油烟收集板的顶部。

8、如权利要求1、2、3、4、5、6、7所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的高压电源都有一个在结构上，与低压电路分离的升压整流电路，我们把它称为“高压单元”，高压单元中的所有元器件全部安装在一个用高绝缘强度材料完全密封的物体中。这种密封的高压单元又分两种结构：一种是，变压器次级绕组的高压输出，通过一根外直径约为3.5毫米左右的双层高绝缘强度的高压引线与升压电路部分连接；另一种是，变压器与升压整流电路一起密封在一个高绝缘强度材料物体中，后一种结构我们称为“高压包”。前一种结构的高压电源，属于正反激励式开关电源，在电源开关管的集电极或漏极与变压器的初级绕组之间，都串联有一个阻尼二极管。

9、如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的高压电源有两种供电方式，一种是交流110～120伏直接供电，或交流220～240伏通过一个220～240V/120V变压器降压来供电；另一种是交流220～240伏直接供电。后一种供电方式，电源开关管选用彩色电视机中使用的行扫描功率输出管，电源开关管通过另一个小开关电源来驱动。其特征是，小开关电源主要由一个3个脚或8个脚封装的开关电源集成电路组成，小开关电源用变压器作负载，变压器的初级线圈通过一个降压电阻接到整流滤波输出电源(300伏到400伏)上，次级线圈输出功率，用于驱动主电源开关管进行工作。

两种供电方式的高压电源，都具有很完备的输出电压自动调节和高压输出过流、打火、短路保护功能，其特征是：

两种供电方式的高压电源的工作状态都是通过光电耦合放大器进行控制，光电耦合放大器的输入信号，一个是来自高压电源输出电压，经过取样电阻取样后输出的误差信号(由RV1输出)，此误差信号主要用于控制高压电源输出电压稳定；另一个是来自跨接在高压开关电源机壳(一般接大地，与大地同电位)与变压器次级冷地之间的取样电阻和电容两端的电压，此电压为高压输出过流、打火、短路保护的取样信号，此取样信号主要用于控制高压电源输出电压的通和断，即：工作正常，或出现故障需要电路保护。

10、如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9所述的环保电子油烟机及烟尘电子吸收器，其特征在于，所述的高压电源，大部电子元器件都安装在一个金属盒内，并分别用塑封绝缘材料(硅胶、环氧树脂等)、热溶材料(热溶胶、沥青等)、阻燃混合材料(石英粉、陶瓷粉、细沙粒等)等，多种材料进行填充封装。

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