回路を3Vから約10kV（AAバッテリー2個）に充電して20ミリ秒以上放電

2つのAAバッテリー（約3V）から約10kV（5〜20kVの範囲が適切）に充電できる回路を設計するにはどうすればよいですか？

高抵抗負荷で、約20〜50ミリ秒の短時間、約20mAを消費します。回路の充電中にバッテリーから過大な電流を引き出さないようにするため、回路が10kVの出力電圧に到達するのにしばらく時間がかかっても問題ありません。

放電時、出力電流は最大20mAに電流制限されます。

2つのAAバッテリー（約3V）から約10kV（5〜20kVの範囲が適切）に充電できる回路を設計するにはどうすればよいですか？

この質問の難しさはいくつかの要件を理解することです。答えがなければ適切に答えられるかどうかは議論の余地があるので、最初にこれに対処します。

まず、出力キャップが必要な電圧まで充電されると、負荷が適用されますか？「充電プロセス」の間、負荷が常に存在する場合、必要な電力は、一部の回答やコメントが予想するよりもはるかに大きくなります。負荷が常に接続されている場合、解決策は実現可能ではないと思うので、そうではないと想定しています。

OPは、「出力電流は最大20mAに制限される電流になる」とも述べています。これはソリューションの要件ですか、この質問の外部にあるものですか？これには答えが必要ですが、今のところ、ソリューションでは必要ないものと想定しています。

提案 -3V（公称）電源をおそらく約800Vp-pに昇圧するトランスが必要になります。スプリットプライマリと2つのNチャネルMOSFETを使用すると、約12V（少しの損失を差し引いたもの）の実効プライマリpp電圧を達成できます。したがって、セカンダリはプライマリのターンの70〜80倍になります。-

これは妥当なことで、最大1MHzの適切なスイッチング周波数で可能だと思います。経験から、約100：1を超えるステップアップを備えたトランスは実用的ではないと信じています。

MOSFETは一般的なアイテムにはなりません。私はそれらが定格60Vのようなもので、10ミリオームの領域に近いオン抵抗を持つ必要があると思います。低ドレイン容量も要件です。詳細については、後で考えてシミュレートします。

MOSFETを駆動するのも注意が必要です。10または12Vのゲート電圧で駆動する必要がある可能性が高く、これは、3Vからスイッチ制御回路に電力を供給するために小型のブーストコンバーターが必要になることを意味します。これは大きな問題ではありません。ブースターがトランスの一次側に電力を供給することを検討しましたが、これは非効率の重大な原因であり、トランスの巻数比を高くすることをお勧めします。

スイッチコントローラーには、o / p電圧を構築するために徐々にソフトスタートを実行させて、バッテリーが「圧力」のもとで「崩壊」するのを防ぐように、細かく調整する必要があります。

最終段階はいくつか（10未満）のコッククロフトウォルトン乗算器であり、使用するダイオードは慎重に選択する必要があると思います。詳細は後で-念頭に置いてありますが、メモは仕事に残しましたが、私の記憶は私を失望させています！

詳細はまだわかりませんが、もちろん問題は「回路をどのように設計できるか」ということで、OPが回路をどのように設計できるかということです。

月曜日の追加 これが私が思いついた基本的な回路です-6kVを少し超える値を生成し、18 Vツェナーで逆起電力を制限したため、最終的に40V定格のFETを使用することにしました。

バッテリー装着後の出力です。下の表示は、直列に0.1オームを介してバッテリーから取得したFETドレイン電圧と電流です。

バッテリーの固有抵抗を克服するために、私は1mHのインダクターと5uFのコンデンサーを使用して、電源投入時に電圧ブースターとして機能しました。これを行うための最良の方法は、適切なサイズのコンデンサ（1000uF）を許容時間内に最大5Vまで充電し、+ 6kV出力を達成するためのブーストとして機能させ、3Vバッテリーに戻ってエネルギーを流すことです。出力を6kVに保つため。または、OPは出力で20ミリ秒の高電圧のみを必要とするので、1000uFはその期間中合理的に物事を安定に保つのに十分であり、10,000uFに増加しない場合でも十分です。

1MHzの発振器に電力を供給するブーストコンバーターは表示されていません。この機能を実行するリニアテクノロジーのデバイスがいくつかあります。ゲートの駆動には12Vが必要です。

小さなプリント トランスの2次側は、容量を約10pF未満に保つために巻線に注意が必要です。これについては説明しませんが、出力回路は二次共振に依存しているため、出力電圧を過剰に共振させずに出力電圧を最適化するために20pFのトリマーキャップを使用する必要があります。

気を付けないと簡単に殺してしまうことに注意してください。警告されます。

低充電レベルでこれを実現する従来の方法は、コンデンサダイオードブリッジ回路AKA電圧増倍器として知られています。電池を使用してAC波形を生成し、この乗算器回路の最後に供給します。

AC電圧が高いほど、10KVに到達するために必要なステージが少なくなります。

ただし注意してください。この回路は下側のキャップに電荷を蓄える可能性があります。また、誘電吸収はそれの頭を後退させることができ、あなたは放電されていたがキャップ全体に電荷を見つけることができます。

20ミリ秒で20mA => 400 uCの充電が必要です。（$Q=I*t$）12KVにポンプし、放電中に10KVに降下した場合、2KVの変化があります。

あなたが必要とするその充電を供給するために：

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

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

上の画像（5キャップ）では、それぞれ2KVサステインと2KV AC波形に対応できる1uFキャップが必要です。一次推定として。うまくいけば、これはあなた自身の計算をするのに十分です（そしてうまくいけば自分を殺さないでしょう）

私たちのお気に入りの回路図ツールCircuitlabの中にバージョンも見つかりました。

[circuitlab] mh9d8k [/ circuitlab]

あなたの電圧と持続時間はどれほど重要ですか？

あなたが説明しているのは、自動車のエンジンの一般的なポイント/コイル点火回路と非常に似ています。カーバッテリーは、猛烈なトランスの一次側（点火コイル）に電流を供給します。ブレーカーポイントは、定期的に電流をハードにオン/オフし、立ち上がりが鋭く、落ちるほど良くなります。磁場の崩壊により、2次側に非常に高い電圧が誘導され、ディストリビュータ（基本的にはモーター駆動のロータリースイッチ）を介してスパークプラグ（スパークギャップ）に到達します。

（大きな）コンデンサを充電できる、ダイオードベースのマルチステージ電圧乗算器（方形波/発振器によって駆動される）を考えています。JFETのようなものを使用して、コンデンサーを昇圧トランスの一次側からダンプします-少しずつ、鋭いカットオフで二次側を高電圧に折りたたんでキックバックします。

これは、自動車のイグニッションコイルの動作のようなものだと思います。

放電がどのくらい続くかわかりませんが、取り付けられた負荷に合わせて調整されたコンデンサを使用すると、放電時間を延長できます。（電圧の指数関数的減衰が問題ない場合）。