Sạc một mạch đến khoảng 10kV từ 3V (hai pin AA) để xả trên 20msec

Làm cách nào tôi có thể thiết kế một mạch có thể được sạc đến khoảng 10kV (khoảng từ 5 đến 20kV là ổn) từ hai pin AA (~ 3V)?

Tôi sẽ vẽ khoảng 20mA trong một tải điện trở cao trong một khoảng thời gian ngắn, khoảng 20 đến 50msec. Không sao nếu phải mất một thời gian để đạt được điện áp đầu ra 10kV, vì không rút quá nhiều dòng điện từ pin trong khi sạc mạch.

Khi xả, dòng điện đầu ra sẽ được giới hạn ở mức tối đa là 20mA.

Làm cách nào tôi có thể thiết kế một mạch có thể được sạc đến khoảng 10kV (khoảng từ 5 đến 20kV là ổn) từ hai pin AA (~ 3V)?

Khó khăn trong câu hỏi này là hiểu một số yêu cầu nên tôi sẽ giải quyết vấn đề này trước vì không có câu trả lời, điều này gây tranh cãi rằng điều này có thể được trả lời đúng.

Đầu tiên, tải có được áp dụng khi nắp đầu ra được sạc với điện áp cần thiết không? Nếu tải luôn có mặt trong suốt quá trình "sạc" thì công suất cần thiết là rất nhiều so với một số câu trả lời và nhận xét dự đoán. Tôi không nghĩ rằng một giải pháp có thể đạt được nếu tải luôn được kết nối vì vậy tôi cho rằng nó không phải là.

OP cũng cho biết "dòng điện đầu ra sẽ bị giới hạn ở mức tối đa là 20mA". Đây có phải là một yêu cầu của giải pháp hoặc một cái gì đó bên ngoài cho câu hỏi này? Điều này cần một câu trả lời nhưng hiện tại tôi cho rằng nó không bắt buộc trong giải pháp.

Đề xuất - Sẽ cần một máy biến áp để tăng mức cung cấp 3V (danh nghĩa) lên khoảng 800Vp-p. Với một MOSFET sơ cấp chia tách và hai kênh N, có thể đạt được điện áp pp sơ cấp hiệu quả khoảng 12 V (trừ một chút tổn thất). Do đó, thứ cấp sẽ có từ 70 đến 80 lần lượt của sơ cấp: -

Tôi nghĩ rằng điều này là hợp lý có thể làm được và ở tần số chuyển đổi tốt lên đến 1 MHz. Từ kinh nghiệm tôi không tin rằng một máy biến áp có nhiều hơn 100: 1 bước là thực tế - quá mất mát.

Các MOSFET sẽ không phải là vật phẩm phổ biến. Tôi nghĩ rằng chúng sẽ cần phải là thứ gì đó được xếp hạng 60V và có mức kháng cự gần với khu vực 10 milli-ohm. Điện dung cống thấp cũng là một yêu cầu. Chi tiết hơn sau này khi tôi nghĩ về nó và mô phỏng nó.

Lái xe MOSFE cũng khó khăn. Có khả năng là chúng sẽ cần phải được điều khiển với điện áp cổng 10 hoặc 12 V và điều này có nghĩa là sẽ cần một bộ chuyển đổi tăng áp nhỏ để cấp nguồn cho mạch điều khiển công tắc từ 3V. Đây không phải là một vấn đề lớn. Tôi đã xem xét việc bộ tăng áp cung cấp năng lượng cho sơ cấp máy biến áp nhưng đây là một nguồn không hiệu quả đáng kể và tôi tin rằng tỷ lệ quay cao hơn trên máy biến áp là ý tưởng tốt nhất.

Có một chi tiết trong bộ điều khiển công tắc cần được giải quyết như việc nó thực hiện khởi động mềm dần dần để xây dựng điện áp o / p ngăn không cho pin "sụp đổ" dưới "áp suất".

Các giai đoạn cuối cùng sẽ là một số (ít hơn 10) số nhân của cockcroft walton và tôi nghĩ rằng các điốt được sử dụng sẽ cần lựa chọn cẩn thận. Chi tiết hơn về sau - Tôi có một trong tâm trí nhưng tôi đã để lại ghi chú của mình tại nơi làm việc và trí nhớ của tôi đang làm tôi thất vọng!

Xin lỗi tôi chưa có đầy đủ thông tin chi tiết nhưng tất nhiên câu hỏi là "làm thế nào tôi có thể thiết kế mạch" nghĩa là làm thế nào OP có thể thiết kế mạch.

Bổ sung vào thứ Hai Đây là mạch cơ bản mà tôi đã đưa ra - nó tạo ra hơn 6kV một chút và cuối cùng tôi đã quyết định sử dụng các FET được xếp hạng 40V vì tôi đã giới hạn emf phía sau với các zener 18V: -

Đây là đầu ra sau khi áp dụng pin. Hiển thị thấp hơn là điện áp thoát FET và dòng điện lấy từ pin qua 0,1ohms nối tiếp: -

Để vượt qua điện trở vốn có của pin, tôi đã sử dụng một cuộn cảm 1mH và tụ điện 5uF để hoạt động như một bộ tăng áp trong quá trình bật nguồn. Cách tốt nhất để làm điều này có lẽ là sạc một tụ điện có kích thước khá (1000uF) lên đến 5V trong khoảng thời gian cho phép và để nó hoạt động như một sự tăng cường để đạt được đầu ra + 6kV, sau đó quay trở lại pin 3V để truyền năng lượng vào nó để giữ đầu ra ở mức 6kV. Ngoài ra, vì OP chỉ muốn một khoảng thời gian 20ms điện áp cao ở đầu ra, 1000uF có thể đủ để giữ mọi thứ ổn định hợp lý trong khoảng thời gian đó và nếu không tăng lên 10.000uF.

Không hiển thị là bộ chuyển đổi boost cung cấp năng lượng cho bộ dao động 1 MHz. Có một số thiết bị từ công nghệ tuyến tính sẽ thực hiện chức năng này. 12V là cần thiết để lái các cổng.

In nhỏ Phần thứ cấp của máy biến áp cần được chăm sóc trong cuộn dây để giữ điện dung dưới khoảng 10pF. Tôi sẽ không đi sâu vào vấn đề này nhưng đủ để nói, mạch đầu ra phụ thuộc vào cộng hưởng thứ cấp và do đó, nên sử dụng nắp tông đơ 20pF để tối ưu hóa điện áp đầu ra mà không gây ra sự cộng hưởng quá mức và gây ra sự thiếu hiệu quả lớn trong việc truyền tải điện.

Hãy nhớ rằng điều này có thể dễ dàng giết chết bạn nếu bạn không cẩn thận. Được cảnh báo.

Cách truyền thống để có được điều này cho mức sạc thấp được gọi là hệ số nhân điện áp mạch cầu AKA. Bạn sẽ sử dụng pin để tạo ra dạng sóng AC mà sau đó bạn nạp vào cuối của hệ số nhân này.

Điện áp xoay chiều càng cao, càng ít giai đoạn bạn cần để đạt tới 10KV.

Hãy cẩn thận, mạch này có thể lưu trữ điện tích ở các nắp thấp hơn. Ngoài ra sự hấp thụ điện môi có thể nằm phía sau đầu của nó và bạn có thể tìm thấy điện tích trên các nắp mà bạn đã xả.

$Q=I*t$

để cung cấp khoản phí đó bạn cần:

$Q = C*V = C* \Delta V$

$C = \frac{Q}{\Delta V} = 0.2 uF$

vì vậy trong hình trên (5 mũ) bạn cần mũ 1uF, mỗi mũ có khả năng duy trì 2KV và dạng sóng AC 2KV. Theo ước tính đơn hàng đầu tiên. Hy vọng rằng điều này cung cấp cho bạn đủ để thực hiện các tính toán của riêng bạn (và hy vọng không tự sát)

Tôi thậm chí đã tìm thấy một phiên bản bên trong của Circuitlab công cụ sơ đồ yêu thích của chúng tôi.

[Circuitlab] mh9d8k [/ Circuitlab]

Làm thế nào quan trọng là điện áp và thời gian của bạn?

Những gì bạn đang mô tả là RẤT tương tự như một mạch đánh lửa điểm / cuộn dây thông thường từ động cơ xe hơi. Ắc quy ô tô cung cấp dòng điện cho sơ cấp của máy biến áp hung dữ (cuộn dây đánh lửa). Điểm ngắt định kỳ bật và tắt cứng hiện tại, càng tăng và giảm càng tốt. Sự sụp đổ của từ trường gây ra một điện áp cao THẬT SỰ ở phần thứ cấp, đi qua bộ phân phối (về cơ bản là một công tắc quay điều khiển bằng động cơ) đến bugi (khe hở tia lửa).

Tôi đang nghĩ rằng một hệ số nhân điện áp dựa trên diode nhiều giai đoạn (được điều khiển bởi một bộ tạo sóng / dao động vuông) có thể sạc một tụ điện (lớn). Sử dụng một cái gì đó giống như một JFE để đổ tụ điện qua phía sơ cấp của máy biến áp tăng cường - phần nào dần dần, với một đường cắt sắc nét để làm sập điện áp thứ cấp thành điện áp cao trên mặt sau.

Tôi nghĩ rằng đây là cách mà cuộn dây đánh lửa của xe hoạt động.

Tôi không biết thời gian xả sẽ kéo dài bao lâu - nhưng thời gian xả có thể được kéo dài bằng một tụ điện, được điều chỉnh cho tải kèm theo. (Nếu phân rã theo cấp số nhân của điện áp là được).