Matamoscas eléctrónico: flyback

Hace unas semanas pedí por correo un aparato poco común en España, o por lo menos yo no lo he visto nunca. El caso es que lo pedí por curiosidad y porque costaba 4€. Se trata de un matamoscas electrónico, y se supone que fríe a los insectos con una descarga. Es parecido una raqueta de tenis, pero tiene tres niveles de malla. Las dos mallas exteriores tiene unos huecos grandes para permitir el paso del bicho hacia la malla interior, que es de un mallado mucho más tupido. En cuanto la víctima toca ambas mallas recibe una descarga de más de 600V.

La pregunta es ¿cómo obtiene 600V si se alimenta con dos pilas de 1.5V? Creo que no tardé ni diez minutos en desmontarlo. Veamos cómo funciona.


No es el único ejemplo de circuitos que obtienen alta tensión a partir de pilas, pensad en el circuito del flash de una cámara de fotos, la fuente de alta tensión para retroiluminación, el tubo fluorescente de un alumbrado de emergencia, una televisión portátil, un encendedor electrónico, un táser, etc.

Hay varios métodos para elevar la tensión de una batería hasta los 600V. En este caso se utiliza lo que se llama un flyback.

El transformador flyback

Un transformador normal se diseña para que la transferencia de energía desde el primario al secundario sea óptima. Eso nos garantiza un buen rendimiento. Y esto se hace pensando en que la corriente que aplicamos al primario es sinusoidal pura, como lo es la tensión de 220V / 50Hz (110V / 60Hz) que tenemos en casa, y también los 30kV de los cables de media y alta tensión.

Si alimentamos un transformador normal con una onda que no es pura, por ejemplo una onda cuadrada, esta tiene armónicos; frecuencias espurias más allá de los 50Hz para las que no está diseñado, y se traduce en pérdidas y calor. Pero lo que es peor, tiene cambios bruscos de 0 al 100% de golpe y viceversa.

Un flyback está precisamente diseñado para funcionar en esas condiciones. No está optimizado para transferir energía sino para acumular un campo magnético muy fuerte en su núcleo. Se trata de alimentar el primario a golpes, crear el campo magnético y de repente cortar la corriente lo más rápido posible para que se induzca un campo enorme y se transfiera al secundario.

Como el campo magnético es más fuerte cuanto más rápido sea el cambio de la corriente, el resultado es que en el secundario pueden inducirse miles de voltios. Aún cuando la tensión en el primario sea pequeña, lo que importa es el cambio brusco.

No quiero extenderme en esto, podéis encontrar más información en los enlaces del final.

El circuito

Tengo que reconocer, por loco que parezca, que me hizo cierta ilusión descubrir que el circuito del matamoscas es un viejo conocido. Algo similar a si te encontraras con una sabia persona que sólo conoces de oídas. Este circuito sabes que existe, porque lo has leído en libros, pero también sabes que es tan antiguo como la propia electrónica, porque fue de los primeros osciladores que se utilizaron. Es uno de estos circuitos que sorprenden por su simplicidad, como aficionado lo has construido para experimentar, pero nunca esperas encontrarlo en un invento comercial.

El esquema es el siguiente:


R1: 470Ω
R2: 470Ω
R3: 15MΩ
C1: 270nF
D1: LED rojo
D2: (ver texto)*
Q1: 2SD1616
T1: (ver texto)*

Se trata nada más (y nada menos) que de un oscilador de bloqueo (blocking oscillator), o más bien una ligera modificación de este. Es el circuito típico para excitar un flyback.

  1. El transistor Q1 está en principio apagado.
  2. Cuando se pulsa el interruptor la corriente circula desde la batería hacia la resistencia R2, atraviesa la bobina de feedback y llega hasta la base del transistor.
  3. Q1 con el colector en negativo y la base en positivo se activa y conduce, y al conducir mete corriente al primario.
  4. La corriente inducida en el primario genera una tensión en el secundario, que aprovecharemos después. Pero a la vez induce corriente de signo contrario en el devanado de realimentación feedback.
  5. Tal corriente inducida llega a la base de Q1, apagándolo inmediatamente.
  6. Q1 se apaga y corta la alimentación al primario.
  7. Tal corte de alimentación induce de nuevo sendas corrientes de signo contrario en el secundario y en la realimentación.
  8. La corriente inducida en el feedback llega a la base de Q1 y lo activa. Llegando de nuevo al paso 3.
  9. Este ciclo de repite una y otra vez hasta que se libera el pulsador.

Como las oscilaciones se suceden a la frecuencia de resonancia natural del transformador el rendimiento es relativamente bueno. En cuanto al transistor, tiene que aguantar un pico de tensión inversa en su base bastante elevado, y algunos modelos se fríen al poco tiempo. Esa es la característica principal, por lo demás es bueno que tenga un tiempo de fall-off lo más corto posible y por supuesto que soporte la corriente E-C requerida por el primario.

La tensión inducida en el secundario se recoge por medio del diodo D2. Cuya referencia no es legible, pero supongo que se trata de un rectificador rápido capaz de aguantar más de 1000V de tensión inversa. Un simple 1N4001 o un 4148 sirven igualmente, aunque si es posible usaremos rectificadores diseñados para trabajar con alta frecuencia. Este diodo actúa como paso de un sólo sentido para cargar el condensador C1 e impedir que se descargue.

Una vez cargado, el condensador puede ser peligroso durante semanas. Para evitar eso está la resistencia R3. Cuando desactivamos el circuito, C1 se descarga lentamente a través de ella hasta perder su potencial en unos segundos.

Por último, R1 y D1 sirven para indicar que el circuito está en funcionamiento.

En los terminales de C1 se llega fácilmente a los 600V, un condensador de 270nF cargado a esa tensión ofrece una sacudida inocua (no siempre) pero muy desagradable. Para un insecto de pequeño tamaño como una mosca, un mosquito y en general pequeños voladores resulta fatal.

Peligrosidad de una descarga

Os puedo asegurar que si sentís una descarga no querréis repetir. Sin embargo para los humanos, por dolorosa que sea la sensación, no implica daño permanente en los tejidos. La energía que acumula C1 es pequeña; eso significa que recibiremos 600V durante un tiempo muy corto, cortísimo. Tal energía se puede calcular así:
\[W_C = {1 \over 2} C V^2\]
donde C es la capacidad y V la tensión. Para nuestro matamoscas (270nF, 600V) esa energía acumulada es de 0.05J aproximadamente. Muy poca para causar algún daño a menos que se aplique de forma muy localizada.

En cambio, el flash de una cámara fotográfica tiene un condensador de 250µF que se carga nada menos que a 300V. Eso son 11.25J acumulados, suficiente para que acabéis con una tirita en el dedo. Fijaos además que la energía crece con el cuadrado de la tensión, el flyback de un televisor arroja 30.000V. Por poca energía que pueda acumular el condensador que forman pantalla y masa, la ostia os puede llevar a urgencias.

Así que mucho cuidado al desmontar cámaras con flash, televisores y otros aparatos que trabajen por dentro con tensiones elevadas. Ya sabéis que el que funcionen con pilas o baterías no es ninguna garantía, tener siempre a mano alguna herramienta para cortocircuitar los condensadores sospechosos y mucho ojo dónde tocáis.

Por último, las bromas y juegos que implican descargas tienen este mismo principio, pero al no utilizar condensador no suponen el peligro anterior.




Os dejo estos enlaces donde podéis encontrar información sobre flybacks, hay muchos más buscando un poco en Internet.
http://madlabs.info/flyback.shtml
http://www.powerlabs.org/flybackdriver.htm

Los archivos utilizados para hacer esta entrada están disponibles en este enlace.

26 comentarios:

  1. Ojalá hubiera leido este artículo cuando desmonté mi cámara de fotos. Menos mal que sólo me hizo una pequeña quemadura en el dedo, pero quién lo iba a decir. ¿Los taser no funcionan como un montón de condesadores que se cargan en paralelo y se descargan en serie?

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  2. Las tiendas de fotografía están obligadas a quitarle las pilas a las cámaras desechables con flash que lleva la gente a revelar. Un día hablando con el propietario de una tienda me contó que una empleada suya estuvo como una semana con la mano vendada por el latigazo que le dio un flash al desmontarlo para quitarle las pilas. Y te puedes imaginar que el flash de una desechable no es especialmente luminoso.

    Los taser funcionan parecido al matamoscas. El principio físico es el mismo, pero usan algunos truquitos para elevar aún más la tensión.

    Lo que tú dices se llama multiplicador de tensión. en este enlace describen cómo funciona:
    http://www.unicrom.com/Tut_duplicadores-tension1.asp
    y se pueden conectar varios en cascada:
    http://es.wikipedia.org/wiki/Multiplicador_de_tensión

    Y no solo los tasers, también las televisores tienen un multiplicador a la salida del flyback para llegar a los 30000 voltios.

    Un saludo.

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  3. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  4. muy interesante tu articulo, voy a agregar este blog a mis favoritos.

    Yo me he hecho un pequeño taser a base de un flyback de monitor de PC (alimentado por una bateria de 9v, con un transistor 2n3055 y como fuente de oscilacion un pequeño PIC 12f629 programado con una tonada musical, asi que las chispas salen al ritmo de la musica jajaja) para mis perros de la casa que se agarraban a pelear a cada rato, sin embargo la chispa no es muy grande, de hecho siento que es muy débil, los perros apenas reaccionan a ella, puede ser por las bajas frecuencias del oscilador, por lo que se me ha ocurrido acoplarle a la salida un multiplicador en cascada, gracias por la info.

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    1. hola cesar, que interesante circuito. quiero hacer uno igual me podes pasar el circuito y todos componentes que lleva? mi correo es leonardovidela96@gmail.com

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  5. y esto sirve para encender una lampara fluoerescente?

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    1. Si, solo te parpadeará muy rapido . Para mayor rendimiento te recomiendo que hagas como yo. Desmonta una bola de plasma y utiliza su flyback, ya que la corriente alterna es mas estable que la corriente directa

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  6. una pregunta, tengo un matamoscas desarmado hace mucho tiempo, pero trabaja de 230 v CA y libera 2300 v, si le ingreso 12 v, liberara 10 veces su voltaje igualmente transformándolo hipotéticamente en 120 v?
    gracias

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  7. Fabián, depende de cómo esté hecho el circuito, pero en general no. Lo más probable es que ni siquiera funcione.

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  8. Hola,
    ¿es posible tenerlo conectado permanentemente, para que atrape los insectos que acuden a ciertos olores?

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    1. ¡Claro que sí! Así es como funcionan los matamoscas que tienen en los bares o tiendas de alimentación. Sólo que en vez de con olores, atraen a los insectos con luz ultravioleta.

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  9. Hola,
    el artículo está muy bien, me gustaría explicar a mis alumnos de ciclo medio, el funcionamiento de un flyback, y veo en este pequeño circuito, un buen ejemplo, podrias indicarme con la máxima precisión posible, los componentes utilizados en dicho circuito?
    gracias

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    1. Hola EUSEBI.

      Me alegro de que encuentres interesante el artículo. Hay una lista con el valor de los componentes en el texto, a excepción del diodo que es ilegible, y del transformador que no tiene referencia. Si tienes alguna duda concreta dímela e intentaré ayudarte en lo posible.

      Un saludo.

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  10. Hola quisiera saber cuanto dura este dispositivo sin interrupciones, es decir cuanto dura estando prendido

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  11. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  12. Hola, quisiera saber si puedo alimentar una raqueta de esas con una pequeña célula fotovoltáica para que esté permanentemente activa mientras haya sol. La idea es dejarlo funcionando en un lugar para freír avispas y no tener que estar apretando el botón. Gracias

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  13. Hola, me gustaría saber que tendría que hacer para reducir los 600 V de salida a 200 V, por ejemplo. Gracias

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  14. Hola, ojalá leas mi mensaje. Sé que son muy baratos ahora estos chunches, pero quisiera arreglar el mío. Se afectó por una mosca un poco grande que no se moría al primer raquetazo, lo que hizo que dicho aparato ahora produzca una chispa en la resistencia R3 al presionar el botón de encendido. ¿Crees que reemplazándola pueda servir de nuevo? Gracias por tu amable respuesta y explicación del funcionamiento de este dispositivo.

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    1. Ernesto, en teoría funcionaría aun cuando se le elimina la resistencia R3. Recordar que R3 es para descargar el condensador C1

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    2. Hola Ernesto, te cuento que tengo una raqueta electrica y tengo el mismisimo problema , la resistencia R3 suena bastante duro cuando se preciona el boton de activacion y echa chispas, precisamente por eso entre a este sitio para hallar información sobre el tema, el problema es que no he podido conseguir esa resistencia tan alta, no sabes de pronto que opción alternativa tengo para solucionar esto? gracias.

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    3. Yo te aconsejo que quites la resistencia y cuando la quieras descargar, pon un tornillo o las llaves para descargar el condensador

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  15. 3- Q1 con el colector en negativo y la base en positivo se activa y conduce, y al conducir mete corriente al primario.

    Supongo que donde dice colector, deberia decir emisor, no?

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  16. ¿El transformador puede ser sustituido por un toroide preparado manualmente? Los toroides están en todas partes y quiero reciclar.
    Si se pueden usar solo necesitaría saber el número de vueltas que necesita casa bobina y el calibre del alambre.

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  17. Me gusto mucho esta publicacion, desde hace tiempo queria hacer uno pero no conseguia los componentes, asi que saque el capacitor de un circuito de bombillo ahorrador y el transformador de un cargador de celular y aunque no es del mismo tipo, pues este los dos bobinados de entrada tienen menos vueltas que el de salida, tuve que invertirlos y use un pic para controlar el switcheo del transistor y asi pude variar la frequencia y el voltaje de carga del cap desde la pc, en fin, una noche de ocio productivo xd

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  18. Con el circuito que se mostro se puede crear un arco electrico para encender una hoja de papel?

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Por favor, usa mayúsculas, minúsculas, puntos, comas, interrogaciones y todo eso. Muchas gracias.