Bagaimana saya bisa merancang rangkaian yang dapat diisi daya sekitar 10kV (di suatu tempat antara 5 dan 20kV baik-baik saja) dari dua baterai AA (~ 3V)?
Kesulitan dalam pertanyaan ini adalah memahami beberapa persyaratan sehingga saya akan mengatasinya terlebih dahulu karena tanpa jawaban dapat diperdebatkan bahwa ini dapat dijawab dengan benar.
Pertama, apakah beban akan diterapkan setelah tutup output dibebankan ke tegangan yang diperlukan? Jika beban hadir sepanjang waktu selama "proses pengisian" maka daya yang dibutuhkan jauh lebih banyak daripada yang diantisipasi oleh beberapa jawaban dan komentar. Saya tidak berpikir solusi dapat dicapai jika beban selalu terhubung jadi saya berasumsi tidak.
OP juga mengatakan "arus keluaran akan dibatasi hingga maksimum 20mA". Apakah ini persyaratan solusi atau sesuatu yang berada di luar pertanyaan ini? Ini membutuhkan jawaban tetapi untuk sekarang saya berasumsi itu tidak diperlukan dalam solusi.
Proposal - Diperlukan transformator yang meningkatkan pasokan 3V (nominal) hingga sekitar 800Vp-p. Dengan MOSFET saluran primer dan dua saluran N, tegangan pp primer efektif sekitar 12V (minus sedikit kerugian) harus dapat dicapai. Karenanya sekunder akan memiliki antara 70 dan 80 kali putaran primer: -
Saya pikir ini masuk akal yang bisa dilakukan dan pada frekuensi switching yang layak hingga 1MHz. Dari pengalaman saya tidak percaya transformator dengan lebih dari 100: 1 langkah praktis - terlalu lossy.
MOSFET tidak akan menjadi barang umum. Saya pikir mereka harus menjadi sesuatu seperti nilai 60V dan memiliki on-resistance di dekat area 10 mili-ohm. Kapasitansi drain yang rendah juga merupakan persyaratan. Lebih detail nanti ketika saya memikirkannya dan mensimulasikannya.
Mengemudi MOSFET juga rumit. Kemungkinan mereka harus digerakkan dengan tegangan gerbang 10 atau 12V dan ini berarti bahwa konverter boost kecil diperlukan untuk memberi daya pada rangkaian kontrol sakelar dari 3V. Ini bukan masalah besar. Saya memang mempertimbangkan memiliki booster memberikan kekuatan untuk utama transformator tetapi ini adalah sumber ketidakefisienan yang signifikan dan saya percaya rasio belokan yang lebih tinggi pada transformator adalah ide terbaik.
Ada detail dalam pengontrol sakelar yang perlu disetrika seperti memiliki itu melakukan soft start secara bertahap untuk membangun tegangan o / p mencegah baterai dari "runtuh" di bawah "tekanan".
Tahap akhir akan beberapa (kurang dari 10) pengganda cockcroft walton dan saya pikir dioda yang digunakan akan membutuhkan seleksi yang cermat. Lebih detail nanti - Saya punya satu di pikiran tapi saya meninggalkan catatan saya di tempat kerja dan ingatan saya mengecewakan saya!
Maaf saya belum mendapatkan rincian lengkapnya tetapi tentu saja pertanyaannya adalah "bagaimana saya bisa mendesain sirkuit" yang berarti bagaimana OP dapat mendesain sirkuit.
Tambahan Senin
Berikut ini adalah rangkaian dasar yang saya buat - ini menghasilkan sedikit lebih dari 6kV dan saya memutuskan untuk mendapatkan FET dengan nilai 40V pada akhirnya karena saya membatasi emf belakang dengan zeners 18V: -
Berikut ini adalah output setelah menerapkan baterai. Layar yang lebih rendah adalah tegangan drain FET dan arus yang diambil dari baterai melalui 0.1ohms secara seri: -
Untuk mengatasi resistensi bawaan baterai, saya menggunakan induktor 1mH dan kapasitor 5uF untuk bertindak sebagai penguat tegangan selama penyalaan. Cara terbaik untuk melakukan ini mungkin akan mengisi kapasitor ukuran yang layak (1000uF) hingga 5V selama periode waktu yang diizinkan dan membiarkannya bertindak sebagai dorongan untuk mencapai output + 6kV, kemudian kembali ke baterai 3V untuk mengalirkan energi ke dalamnya untuk menjaga output pada 6kV. Atau, karena OP hanya menginginkan periode 20ms tegangan tinggi pada output, 1000uF mungkin cukup untuk menjaga hal-hal yang cukup stabil untuk periode itu dan jika tidak meningkat menjadi 10.000uF.
Tidak ditampilkan adalah boost converter yang mendukung osilator 1MHz. Ada beberapa perangkat dari teknologi Linear yang akan melakukan fungsi ini. 12V diperlukan untuk menggerakkan gerbang.
Cetak Kecil
Sekunder transformator perlu perawatan dalam belitan untuk menjaga kapasitansi di bawah sekitar 10pF. Saya tidak akan membahas hal ini tetapi cukup untuk mengatakan, rangkaian output bergantung pada resonansi sekunder dan karenanya penutup pemangkas 20pF harus digunakan untuk mengoptimalkan tegangan output tanpa terlalu beresonansi dan menyebabkan inefisiensi besar dalam transfer daya.
Ingatlah bahwa ini dapat dengan mudah membunuh Anda jika Anda tidak berhati-hati. Diperingatkan.