Villardカスケードの安全性

私の10代の息子は最近、暇なときにCockcroft-Walton乗算器を構築しており、彼が自分で感電した場合に少し心配になる可能性があります。彼の回路は直列の4個の単三電池（6V）で駆動されており、発振器と変圧器の後にコッククロフトウォルトンカスケードを使用して約6kVに到達したスパークギャップから判断します。彼はシンプルなブレッドボード上にこれを構築しているので、彼とサーキットの一部との間には絶縁がなく、彼はすでにいくつかのショックを受けたと私に話しました。

私は大学で働いている物理学者なので、ヨーロッパの家電に関する規制を調べましたが、大丈夫だと思います（同じ規制を使用してVan der Graafジェネレーターのデモを評価します）。カスケード回路の総容量は最終的に約1nFになるため、6000Vでは総充電量は6uCになりますが、これは安全であると考えられます（EN-60335-1）が、エンジニアではないので、確実に言うことはできません。

私の質問は、息子がこれらを作成するのを止めるべきですか？私は常に創造性と彼のエレクトロニクスへの愛情を奨励してきましたが、彼が負傷したり悪化したりするのは嫌です。

ショックを受けるのは良いことです。衣服や皮膚にはんだを落とすのは良いことです。鋭利な金属の縁に指を当てるのは良いことです。人間は探索することで生き残ります。人間は痛みから学びます。さもなければ私達は沼地で威cowするでしょう。

子供の頃、私は古い電源変圧器からつま先で117 VACのうずきを感じました。私は木製の椅子に座って、つま先をコンクリートの床に触れないようにすることを学びました。

オシロスコープを「キャリブレーション」している間に、スコープのむき出しの部分を金属製の実験台に押し付け、EICOスコープチューブソケットを実験台に接触させ、シャツを通してベンチの前部に腹を立てて前かがみになり、 「フォーカス」ポテンショメータを調整するために遠くに着くと、シャツを介して胸部に触れてスコープシャーシに達しました。胸に3,000ボルト。私は数分間座って、びっくりしました。

しかし、私はまだ学ぶべき高電圧についてさらにいくつかのレッスンがありました。

息子に高電圧死のビデオを見せてください。

高電圧の周りに「片手でポケットを保つ」トリックを彼に教えます。

編集：その後、高電流があります。大学の教授は、結婚指輪が高電流経路になり、リングが赤くなり、皮膚、筋肉、腱、骨を殺したため、左の薬指を失った仲間について語った。

また、巨大なHPラボ電源内の1,000μFストレージコンデンサがエネルギーを2 mm×4 mmにアンロードする必要があった「バイポーラスナップバック」イベント中に、MOSFETゲートドライバICがパッケージの上部から吹き飛ばされました。ゲートドライバのシリコン。私たち3人のうち、非常に近くにホバリングしている人はいませんでした。しかし、その後、ICのエネルギーダンプを遮断するために、常に回路の上に紙を敷きました。エネルギー？1/2 * C * V ^ 2 = 0.5 * 1,000ufと仮定（HPサプライを開けなかった）* 20v * 20v = 200ミリジュール。これは、DIPプラスチックの上部が吹き飛ばされた理由を説明しています。そして、私たちの6つの目を逃しました（トーを着用しました）。

編集：ゲートドライバーのブロートップオフはセレンディピティでした。なぜなら、私は心からレッスンを受けて、1,000μFのキャップに蓄積エネルギーの危険性を認識したからです。バイポーラスナップバックを評価する際にドラゴンをからかう方法を学びました。ゲートドライバーの両端にわずか1,000 pFを許可し、（実験的に可変の）Vddに220Ωの抵抗を接続しました。長いリード線の1,000 pF（3インチのリード線、6インチの合計、または100ナノヘンリー）を外部の1,000 pFおよびオンチップウェル基板（〜1,000 pF）とともに使用すると、スイッチングイベント中にシリコンVDD_GNDが崩壊してリバウンドします定格18ボルトを超える5または10または15ボルト。あるレベルでは、リンギングのスルーレート（22 MHzで100 nHおよび500 pFリング）がシリコンに十分な過渡電荷を誘導し、バイポーラスナップバックが発生し、VDD（1 000 pF）は16ボルトまたは17ボルトに吸い込まれ、スナップバックは自己消火します。一時的な充電経路を診断し、変更が必要なレイアウトルールを実現したため、これらのデバイスを100 kHzのスナップバックで、損傷なしで実行しました。セレンディピティ。エネルギー？0.5 * C * V ^ 2 = 0.5 * {プロトタイプボード全体+シリコンキャップ= 2,000pF} * 31.6volts ^ 2 = 1,000pF * 1,000（volts ^ 2）= 1マイクロジュール。

数十年前、昼食から戻ってきて、実験室に行き、XXXXのベンチにある「破片」を調べるように言われました。6パネルワイヤラップボード（30 * 6 = 180 IC）があり、多くのICは上部が吹き飛ばされていました。垂れ下がった片方のゆるいワイヤが、フロントベンチエッジの上とその周り、およびその下でカールしており、117VAC電源のホットコンタクトが** INTO *であることがわかりました。したがって、経営者は、すべてのエンジニアと技術者、および手直しをして、つるんだままにされた弾力のあるワイヤラップワイヤの危険性を理解することを望んでいました。

Ahhhh何らかの理由で、数週間にわたって400ワットのTritekスイッチング電源に割り当てられました。スイッチャーの経験を教えてください。私はデザイナーではありませんでした。繰り返し、犠牲的な5ワット5オームの巻線保護抵抗器が爆発し、そのセラミックコアがヒートシンク付きケースから吹き飛ばされ、ベンチの間の通路を横切りました。邪魔にならないようにすることを学びました。

安全のため、高ゲインアンプ（100dBおよび120dB）でハム音が出ないように、9ボルトの "B" 3 "x 3" x 4 "バッテリーを使用することを学びました。 VDDからLNAの段階でRC LPFを使用した「ローカルバッテリー」、私が持っていた5,000uFのキャップのかなりのコレクション。

彼が電池だけを使用し、コンデンサを小さく保つ限り、あなたが説明するものから安全に見えます。CW乗算器は電圧を上げますが、電流を減らしますので、出力端には数百マイクロアンペアしかありません。

EN60335-1は、衝撃の総電荷が45マイクロコロン未満である限り、15kV未満であれば危険であってはならないと示唆しています。あなたの息子の回路は、Q = CVとしてその下にあるように見えます。明らかに、より高い電圧に移行し始めたら、安全を保つためにキャップのサイズを小さくする必要があります。6000Vおよび1nFでは、「衝撃」はドアハンドルからの静的な衝撃のように感じられます。また、市販の牛のプロッドが持っている同様の種類の出力です。

CWカスケードのもう1つの特性は、出力電圧と電流が負荷に依存することです：負荷の抵抗が低いほど、電流は低くなります。これにより、効率が低下しますが、ベーコンを接続する場合もベーコンを節約できます。

私も彼が監督されるべきであることに同意します、私はそれがほとんど言うまでもないと思います。

4つの単三（またはDなど）バッテリーが回路内で危険になる唯一の方法は、上記のような回路を使用して巨大なコンデンサーを充電することだと思います。私はそれで間違っている可能性があります。

安全とは相対的な用語であり、ある人にとって安全なことは別の人にとって安全ではない場合があり、専門家として、彼が100％安全であることを本当に伝えることはできません。関係するエネルギーはかなり些細なように聞こえますが、それは彼がより大きな火花を得るために今から1時間後に電源変圧器に接続しないことを意味しません。また、これらの値を使用しても、コンデンサを過電圧にして、かなり激しく故障させる可能性があります。安全メガネは、このプロジェクトや他のプロジェクトに適しています。

電気を扱うことには、常にリスクが伴います。それらは、感電、爆発、火傷、発火、化学物質暴露、その他いくつかのものです。それは仕事の性質に伴うものです。

彼を止めるべきですか？試してみることはできますが、脆弱性を問題に限定するために取るべきリスクと安全対策について適切に教育してもらう方が良いかもしれません。これらの措置には、「他に誰もいないときは電気で遊んでいない」という厳しい制限を含める必要があります。。

オンラインには、多数の単純なガイドラインと複雑なガイドラインがあります。

彼が実験している間、おそらく彼と一緒に時間を過ごすでしょう。あなたはそれを楽しむかもしれません、そして私はあなたの息子がそれを感謝すると確信しています。

追加：しかし、親として、私は若者が働いている場所が適切に装備されていることを保証するための措置を講じることになるでしょう。適切なツール、機器、地絡中断電源コンセント、照明、換気はすべて重要です。

危険！キャップ放電の停止性は、クーロンではなくエネルギーによって決まります。

pdfを参照してください：IEEE 2009：電気ハザード分類システム

一般的に、コンデンサを10ジュール以上の範囲に収めるのは良くありません。もちろん、それはあなたの胸を横切る放電のためです。重大な心臓の危険は20ジュールの放電から始まります。10ジュール以下では、主な問題は筋肉の収縮であり、鋭利な物体をバタンと閉めることでスライスされます。

0.001uFおよび6KVは36ミリジュールを与えます。少し痛みを伴う場合、かなり安全です。

それでも、心臓への影響はジュールだけでなくエネルギー密度にも依存します。鋭い端子のコンデンサを胸郭に刺した場合、ペースメーカーシステムに供給されるエネルギーは、同じコンデンサの端子に両手で触れた場合よりも桁違いに高くなります。

キャップ放電システムを使用する場合は、片手のみを使用してください。こうすることで、偶発的な放電が胸を横切ることはありません。または、さらに良いことに、常に非常に恐ろしいままであり、間違いを犯して悪いザップを受け取ることを妄想します。いくつかの深刻な敬意（完全な恐怖でない場合）は、事前に適切な研究を奨励し、キロボルトコンデンサを扱う際の無知な危険な行動の発生を回避するために大いに役立ちます。

「バッテリーから電力を供給してください」といういくつかのヒントがありました。通常は安全な主電源に接続された電源が使用されている場合でも、数キロボルトが生成される実験では、これを行わない正当な理由があります。

通常は永続的なダメージを与えることができない量の高電圧（最大持続電流、蓄積エネルギー）は、少なくともこれらの危険をもたらします。

• 頑丈な電源でも一次から二次への絶縁を破壊する可能性があります-最悪の場合は永久に、現在直接接続されているはずのないものはそうです。安全基準に完全に構​​築された電源でさえ、誤っていずれかの端子にアースに対して約3〜4kVを超える電圧を加えた場合、絶縁不良になる可能性があります。

• 高電圧は本当に簡単にアークを打ちます。電源が入っているものにアークを当てることができた場合（セットアップの近くで、コードキャップがソケットに完全に挿入されていない、または電源の通気孔から露出しているものなど、不完全に絶縁されたコネクタである可能性があります）サプライケース...）、このアークは接続されたものを完全に伝導できる導体になりました（運が良ければ、ACは主電源ACがゼロ交差するまで持続します）。