자작 전기충격기

이번 주제는 전기충격기에 관한 주제입니다

 

고전압 실험용으로 만드는 것은 좋으나 악용은 하지 마십시오

특히 전기 지식 없는 사람들은 만들지 마십시오

 

전기충격기 회로는 전원부, 스위치 회로, ZVS 발진 회로, 배전압 회로 이렇게

상세 스펙은 본론에서 정리하겠습니다

 

전충의 원리는 (전충 : 전기충격기 준말)

먼저 전원부에서는 DC저전압으로 출력이 되는데

DC저전압을 발진 회로로 진동을 만들어줘서 AC 전원으로 바꿔주고

AC 전원을 고압트랜스로 높여줍니다

 

고압트랜스를 거친 고전압은

다시 배전압 회로를 통해

전압을 뻥튀기시켜주면 스파크 방전이 일어납니다

 

배전압 회로에서는 콘덴서가 들어있기 때문에

전기를 일시적으로 콘덴서에 저장한 다음 전압을 증폭시켜 줍니다

그래서 전기충격기는 대부분

지지지직 파지직 하는 소리가 나는 것입니다

 

플라즈마 방전이라는 것도 있는데

전기충격기보다는 고전압 발생기에 가깝습니다

이 장치 또한 만들었는데 그 내용은 나중에 포스팅하겠습니다

고전압 발생기를 활용하면

고전압의 성질을 이용하여 다양한 실험을 할 수 있습니다

 

이제 본론 들어가겠습니다

 

전기충격기 전체사진

첫 작품이라서 그런지 회로 부피가 커서 큰 케이스로 제작되었습니다

 

가로세로 직사각형 크기는 거의 A4용지 정도 됩니다

높이는 4.5cm 정도 잡았습니다

 

전체적으로 봤을 때는

 

건전지 9V 1.5V 2개

토글스위치

푸시버튼스위치

발진 회로

LCD트랜스

고전압 부분

 

이렇게 구성되어 있네요

 

케이스 형태는

 

경첩을 단 여닫이 문 형태이기 때문에

회로 점검하거나 건전지를 교체할 때

바로 문을 열어서 점검할 수 있기 때문에

편리합니다

 

전기충격기 DC 전원부

전충 전원부는 9V 건전지와 1.5V를 2개 직렬연결 한 건전지를

직렬연결하여 구성했습니다

 

이렇게 구성할 경우 출력에 안 좋은 영향이 있지만

저는 저출력으로도 만족하기 때문에

전원부 이렇게 구성해도 사용하는 데는 지장 없습니다

 

스위치 회로

안전상의 문제로 스위치를 직렬로 연결했습니다

작동 방법은 토글스위치를 먼저 내리고

푸시버튼스위치를 누르고 있으면 작동됩니다

 

토글스위치를 켜면 초록색 LED가 들어오고

토글스위치를 켠 뒤 푸시버튼스위치를 누르면

빨간색 LED가 켜집니다

 

발진회로부

발진 회로 부분입니다 회로는 ZVS를 사용했고

오른쪽 밑에 테스트 용도로 만들었던 스위치가 달려있네요

지금은 사용하지 않고 스위치 회로 부분을

케이스에 구성했기 때문에

 

항상 ON상태로 되어있습니다

 

만일의 사태를 대비하기 위해

빌려주는 용도로 사용하면

스위치를 OFF로 해서 회로를 잠그는 것도 괜찮습니다

 

주요 부품

이번에는 주요 부품 소개입니다

먼저 ZVS회로에서 가장 중요한 부품 중 하나인

MOSFET을 소개합니다

 

모스펫(MOSFET)의 역할은 DC 전압을 스위칭해서

최종 AC 전압으로 만들어주는 역할을 합니다

 

모스펫은 일반 트랜지스터와 달리 극성이 GDS이고

 

G = Gate

D = Drain

S = Source

PNP NPN 접합으로 구분하지 않고 채널로 구분합니다

N채널 P채널

 

전류를 제어하는 것이 아닌 전압을 제어합니다

그래서 발진 회로에 쓰이면 안성맞춤이죠

 

이 회로에서 사용된 모스펫은 IRF540N 입니다

가격도 1000원 미만이고 가격 대비 성능이 이만한 게 없습니다

 

모스펫을 여기서 조금 더 업그레이드하고 싶다

그러면 IRFP250N 사용해도 됩니다

전기충격기 용도로만 쓸려면 오버스펙이기는 합니다

고출력으로 가지 않는 이상은

 

IRF540N 간단 스펙은

채널 N채널

드레인 소스 간 항복 전압 100V

드레인 허용 전류 33A

드레인 소스 간 저항 최댓값 (낮을수록 좋음) 44 mΩ

최대 전력 130w

 

필콘

필름콘덴서입니다

용량은 0.47 µF 정도 되고 내압은 AC 630V정도 됩니다

 

ZVS회로에서 콘덴서 용량이 클수록 발진 주파수가 낮아지고

반대로 용량이 작을수록 주파수가 커집니다

인덕터랑 상호작용하면서 작동합니다

인덕터 용량은 100 µH 정도 됩니다

 

ZVS회로에 대한 상세 설명은 다음 고전압 포스팅에서

다뤄보도록 하겠습니다

 

고압부 회로

이 부분은 고전압이 흐르는 회로입니다

그러므로 글루건으로 떡칠하여 절연했습니다

여기서 절연파괴가 나버리면 출력에 문제 생길 수도 있습니다

언제는 저출력도 괜찮다고 했었는데

 

사용된 부품은

6kV 내압을 가지고 용량은 470pF 짜리 콘덴서 10개

8000V 항복 전압을 가진 다이오드 10개를 사용했습니다

 

스파크 방전

전기충격기 스파크 방전하는 모습입니다

스파크 갭의 길이는 1.2cm 정도 되며

직류 고전압인 경우에는 환경에 따라 달라지지만

스파크 갭 길이 mm 당 3kV 정도 되므로

즉 36kV가 됩니다

 

교류인 경우에는 공기절연 능력 mm 당 약 1kV 정도 됩니다

전극이 일정 주기로 계속 바뀌어 양방향으로 전류가 흐르기 때문에

직류보다 상대적으로 교류가 더 위험합니다

 

이번 전기충격기는 전압은 높으나

전류는 배전압 회로에서 전압이 높아진 만큼

많이 낮아지기 때문에

 

미미한 수준이므로 생명에 지장 줄 정도는 아닙니다

 

그래서 손가락도 대보았습니다

생명에는 지장을 주지 않을 정도의 전류이지만

꽤나 따끔합니다

 

느낌은 따끔하고 전기가 손가락을 휘감는 느낌이 납니다

웬만하면 저 스파크에 손가락 안 넣으시는 것이 좋습니다

당연한 소리 아닌가

 

이제 결론 내리겠습니다

전기충격기는 기대보다는 출력이 약했으나

스파크는 기대한 만큼 잘 뽑아준다

 

전기충격기 만들고 싶으면 전기 지식부터 쌓고

안전하게 실험할 자신이 있으면

만들어도 된다