Villard 캐스케이드의 안전성

나의 십대 아들은 최근 여가 시간에 Cockcroft-Walton multipliers를 제작 해 왔으며, 그가 자기 감전사를하는 경우에는 약간 걱정이됩니다. 그의 회로는 직렬로 연결된 4 개의 AA 셀 (6V)로 구동되며, 스파크 갭으로 판단하여 발진기와 변압기를 사용하여 약 6kV에 도달 한 후 Cockcroft-Walton 캐스케이드를 사용합니다. 그는 간단한 브레드 보드에 이것을 구축하고 있기 때문에 그와 회로의 일부 사이에 절연이 없으며, 그는 이미 약간의 충격을 받았다고 말했습니다.

저는 대학에서 일하는 물리학 자이기 때문에 유럽의 가전 제품에 관한 규정을 살펴 보았으며 괜찮다고 생각합니다 (우리는 Van der Graaf 발전기 데모를 평가하기 위해 동일한 규정을 사용합니다). 캐스케이드 회로의 총 커패시턴스는 약 1nF에서 끝나므로 6000V에서 총 충전량은 6uC이어야하며 안전해야한다고 생각합니다 (EN-60335-1). 그러나 엔지니어가 아니기 때문에 확실히 말할 수는 없습니다. .

내 질문은 : 내 아들이 건물을 짓지 못하게해야합니까? 나는 항상 창의성과 전자 제품에 대한 그의 사랑을 장려했지만 그가 다치거나 악화되는 것을 원하지 않습니다.

충격을받는 것이 좋습니다. 옷과 피부에 땜납을 떨어 뜨리는 것이 좋습니다. 날카로운 금속 모서리에 손가락을 두드리는 것이 좋습니다. 인간은 탐험을 통해 생존합니다. 인간은 고통에서 배운다. 그렇지 않으면 우리는 늪지에서 우거 질 것입니다.

어렸을 때, 나는 오래된 전원 변압기에서 발가락을 통해 117VAC의 따끔 거림을 느꼈습니다. 나는 나무 의자에 앉아 콘크리트 바닥의 발가락을 만지지 않는 법을 배웠다.

나중에 오실로스코프를 "교정"하는 동안 금속 실험실 벤치에 스코프의 등을 밀고 EICO 스코프 튜브 소켓을 벤치에 닿은 후 내 셔츠를 통해 벤치의 앞 부분에 배를 기대 었습니다. "초점"전위차계를 조정하기 위해 멀리 닿았을 때 셔츠를 통해 스코프 섀시에 다시 가슴을 대었습니다. 가슴을 가로 질러 3,000 볼트. 나는 몇 분 동안 기절했다.

그러나 나는 여전히 배워야 할 고전압에 대한 몇 가지 교훈을 얻었습니다.

자녀가 고전압 사망 비디오를 보도록하십시오.

그에게 고전압에 대한 "한 손을 주머니에 넣어 라"는 속임수를 가르쳐라

편집 : 다음 높은 전류가있다; 대학 교수는 결혼 반지가 높은 전류 경로로 끝나서 반지가 빨갛게 빛나고 피부, 근육, 힘줄 및 뼈가 죽기 때문에 왼쪽 반지 손가락을 잃은 친구에 대해 이야기했습니다 .

또한 거대한 HP 실험실 공급 장치 내부의 1,000μF 스토리지 커패시터가 2mm × 4mm로 에너지를 언로드해야 할 때 "바이폴라 스냅 백"이벤트 동안 MOSFET 게이트 드라이버 IC가 패키지 상단을 날려 버렸습니다. 게이트 드라이버의 실리콘. 가까이 다가 가서 세 명 중 누구도 공격을받지 않았습니다. 그러나 그 후, 나는 더 이상 IC 에너지 덤프를 가로 채기 위해 항상 회로 위에 종이를 놓았습니다. 에너지? 1/2 * C * V ^ 2 = 0.5 * 1,000uf (HP 소모품을 열지 않은 것으로 가정) * 20v * 20v = 200 밀리 줄. DIP 플라스틱 상단이 끊어진 이유를 설명합니다. 그리고 우리의 6 개의 눈을 놓쳤다 (나는 안경을 썼다).

편집 : 게이트 드라이버 블로우 탑 오프는 평온했습니다. 왜냐하면 교훈을 얻었고 1,000 μF 캡으로 저장된 에너지의 위험을 깨달았습니다. 바이폴라 스냅 백을 평가할 때 드래곤을 놀리는 방법을 배웠고 게이트 드라이버 전체에서 1,000pF 만 허용하고 (실험적으로 가변적 인) Vdd에 220Ω 저항을 사용했습니다. 스위칭 이벤트 동안 실리콘 1,000xFD (3 "리드, 6"또는 총 100 나노 헨리)를 외부 1,000pF 및 온칩 웰 기판 ~ 1,000pF와 함께 사용하면 실리콘 VDD_GND가 붕괴 된 후 리바운드됩니다. 정격 18V 이상 5 또는 10 또는 15V. 어떤 수준에서, 울림의 슬 루율 (22 MHz에서 100 nH 및 500 pF 링)은 양극성 스냅 백이 발생한 실리콘으로의 과도 전하와 VDD (1, 000 pF)는 16 또는 17 볼트로 내려 가면서 스냅 백이 자동으로 꺼집니다. 나는 과도 전하 경로를 진단하고 레이아웃 변경이 필요한 레이아웃 룰을 깨달았을 때 손상없이 100 kHz에서 스냅 백 안팎으로 이러한 장치를 작동시켰다. 세렌디피티. 에너지? 0.5 * C * V ^ 2 = 0.5 * {총 프로토 보드 + 실리콘 캡 = 2,000pF} * 31.6volts ^ 2 = 1,000pF * 1,000 (volts ^ 2) = 1microJoule.

점심을 먹고 돌아온 수십 년은 실험실로 가서 XXXX의 벤치에있는 "파편"을 조사하라는 지시를 받았습니다. 6 개의 패널 와이어 랩 보드 (30 * 6 = 180 IC)가 있었고 많은 IC의 상단이 끊어졌습니다. 매달린 한쪽 끝 느슨한 와이어가 앞 벤치 가장자리 위와 아래로 컬되고 117VAC 전원의 뜨거운 접촉을 ** INTO *로 나타냅니다. 따라서 경영진은 모든 엔지니어와 기술 및 재 작업자들이 삐걱 거리는 꼬불 꼬불 한 와이어 랩 와이어가 걸려있는 위험을 이해하기를 원했습니다.

Ahhhh 어떤 이유로 몇 주 동안 400 와트 Tritek 스위칭 공급 장치에 할당되었습니다. 스위처에 대한 경험을 제공하기 위해; 나는 디자이너가 아니었다. 반복적으로 희생적인 5 와트 5 옴 권선 보호 저항기가 폭발하고 세라믹 코어가 방열판 케이스와 벤치 사이의 보도를 가로 질러 폭발했다. 우리는 방해하지 않는 법을 배웠습니다.

안전성을 높이고 고 이득 증폭기 (100dB 및 120dB)에서 윙윙 거리지 않기 위해 9 볼트 "B"3 "x 3"x 4 "배터리를 사용하는 법을 배웠습니다. 높은 Rout은 구현을 배울 때까지 거의 항상 진동을 일으켰습니다. VDD to LNA 단계에서 RC LPF가 장착 된 "로컬 배터리".

배터리 만 사용하고 커패시터를 작게 유지하는 한, 당신이 묘사 한 것으로부터 안전 해 보입니다. CW 승수는 전압을 증가 시키지만 전류를 감소시켜 출력단에 수백 마이크로 암페어 만 남게됩니다.

EN60335-1은 충격의 총 충전량이 45 마이크로 컬럼 미만인 한 15kV 미만에서는 위험하지 않아야한다고 제안합니다. 아들의 회로는 Q = CV보다 낮은 것 같습니다. 분명히 더 높은 전압으로 올라 가기 시작하면 안전을 유지하기 위해 캡의 크기를 줄여야합니다. 6000V 및 1nF를 사용하면 "충격"이 도어 핸들에서 발생하는 정적 충격과 매우 비슷합니다. 또한 상업적 소가 생산하는 것과 비슷한 종류의 생산물입니다.

CW 캐스케이드의 또 다른 속성은 출력 전압과 전류가 부하에 따라 달라진다는 것입니다. 부하의 저항이 낮을수록 전류가 낮아 지므로 실제로 비효율적이지만 베이컨을 부착 할 경우 베이컨도 절약 할 수 있습니다.

또한 그는 감독을 받아야한다는 데 동의합니다. 거의 말할 것도없이 진행됩니다.

회로에서 4 개의 AA (또는 D 등) 배터리가 위험한 유일한 방법은 위와 같은 회로를 사용하여 거대한 커패시터를 충전하는 것입니다. 그래도 잘못 될 수 있습니다.

안전은 상대적인 용어이며, 한 사람에게는 안전한 것이 다른 사람에게는 안전하지 않을 수 있으며, 전문가로서 나는 그가 100 % 안전하다고 말할 수는 없습니다. 그것은 관련된 에너지가 상당히 사소한 것처럼 들리지만, 그것이 더 큰 불꽃을 얻기 위해 지금부터 한 시간 동안 전력 변압기에 연결하지 않을 것을 의미하지는 않습니다. 또한 이러한 값을 사용하더라도 커패시터를 과전압으로 사용하여 오히려 심하게 고장날 수 있습니다. 안전 안경은 이것과 다른 프로젝트에 좋습니다.

전기 작업은 항상 전기와 관련된 위험이 있습니다. 감전, 폭발, 화상, 화재 시작, 화학 물질 노출 및 기타 몇 가지 일 수 있습니다. 그것은 직업의 본질과 함께 제공됩니다.

그를 막아야합니까? 글쎄, 시도해 볼 수는 있지만, 자신이 취약한 것을 잘못된 것으로 제한하기 위해 취해야 할 위험과 안전 조치에 대해 올바르게 교육하는 것이 좋습니다. 이러한 조치에는 "다른 사람이 없을 때는 전기를 사용하지 않습니다!" 라는 엄격한 제한이 포함되어야합니다 . .

온라인에는 간단 하고 복잡한 지침이 많이 있습니다.

실험 중일 때 아마도 그와 시간을 보내 게 될 것입니다. 당신은 그것을 즐길 수 있으며, 나는 당신의 아들이 그것을 감사 할 것이라고 확신합니다.

추가 사항 : 부모로서, 나는 젊은이가 근무하는 곳이 제대로 갖추어져 있는지 확인하기 위해 조치를 취할 것입니다. 올바른 도구, 장비, 지락 차단 전원 콘센트, 조명, 환기가 모두 중요합니다.

위험! 캡-방전의 마비는 쿨롱이 아닌 에너지에 의해 결정됩니다.

pdf : IEEE 2009 : 전기 위험 분류 시스템을 참조하십시오.

일반적으로 커패시터가 10 줄 범위 이상으로 들어가는 것은 좋지 않습니다. 그것은 물론 가슴을 통한 배출을위한 것입니다. 20 줄 방전에서 중요한 심장 위험이 시작됩니다. 10 줄 미만에서는 주된 문제는 근육 수축으로 날카로운 물체 등을 슬래 밍하여 얇아집니다.

0.001uF 및 6KV는 36 개의 밀리 볼을 제공합니다. 조금 아프면 꽤 안전합니다.

그럼에도 불구하고 심장 효과는 주울뿐만 아니라 에너지 밀도에 달려 있습니다. 날카로운 단자 커패시터를 흉곽에 찔렀다면 심장 박동 시스템으로 전달되는 에너지는 동일한 커패시터 단자를 두 손으로 만지는 것보다 수십 배 더 높습니다.

캡 배출 시스템으로 작업 할 때는 한 손만 사용하십시오. 그렇게하면 우발적 인 배출이 가슴을 가로 지르지 않습니다. 또는 더 나은 방법으로, 항상 두려움을 느끼고 실수를 저지르고 나쁜 p을 받는다는 편집증을 유지하십시오. 약간의 진지한 관심 (테러가 아니라면)은 사전에 적절한 연구를 장려하고 킬로 볼트 커패시터를 다룰 때 무해한 위험한 행동이 발생하는 것을 피하는 데 큰 도움이됩니다.

"배터리로 전원 공급, 기간"에 대한 힌트가 몇 가지있었습니다. 일반적으로 안전한 주 전원 연결 전원 공급 장치를 사용하더라도 몇 킬로 볼트가 생성되는 실험에서는 그렇게하지 말아야 할 좋은 이유가 있습니다. 실제로 여기에 언급되지 않았습니다.

일반적으로 많은 영구적 인 손상을 입을 수없는 양 (최대 지속 전류, 저장된 에너지)의 고전압은 여전히 ​​다음과 같은 위험을 초래합니다.

• 견고한 전원 공급 장치에서도 1 차에서 2 차 절연을 차단할 수 있습니다. 최악의 경우에는 영구적으로 영구적으로 연결되어 있기 때문에 지금 바로 주 전원으로 연결되어 있지 않은 것이 있습니다 . 안전 표준에 완벽하게 구축 된 전원 공급 장치라도 실수로 접지에 대해 약 3-4kV 이상을 접지에 연결하면 절연 오류가 발생할 수 있습니다.

• 고전압으로 인해 아크가 쉽게 발생합니다. 전원 공급 장치가있는 물체에 아크가 발생하는 경우 (코드 캡이 소켓에 완전히 삽입되지 않았거나 전원의 통풍구를 통해 노출 된 것과 같이 설정 근처의 불완전하게 절연 된 커넥터 일 수 있음) 공급 사례 ...),이 아크는 이제 연결된 모든 것을 완벽하게 수행 할 수있는 컨덕터입니다. 운이 좋으면 아크는 주 AC에 의한 교차가 없을 때까지만 지속됩니다.