تُستخدم مقاومات الجهد العالي في الأجهزة الطبية للحفاظ على التيارات الكهربائية ضمن نطاقات محددة مسبقًا.
الجهد العالي المستخدم يعني أنه يمكن استخدام عدد أقل من المقاومات لتحقيق تيار الخرج المطلوب.
يجب أن تكون هذه المقاومات قادرة على تحمل عقود من الاستخدام ، لذلك يتم بناؤها بمواد أقل ويتم أخذ تكاليف التصنيع المنخفضة في الاعتبار في تصميمها.
غالبية الأجهزة الطبية لا تعمل بجهد كهربائي مرتفع للغاية (حوالي 1-2 فولت).
ومع ذلك هناك بعض الاستثناءات.
كثير أجهزة التشخيص القابلة للزرع (IDDs) تعمل عند 5-20 فولت ، وعادة ما يكون تردد التشغيل أعلى من النطاق العام أيضًا.
هذا يعني أن اعتبارات التكلفة تصبح أكثر أهمية عند تصميم مقاوم عالي الجهد للأجهزة الطبية.
سنشرح أدناه كيف يمكنك بناء حل منخفض التكلفة لـ مقاومات الجهد العالي دون المساس بالسلامة أو الموثوقية.
ما هو المقاوم المستخدم في الأجهزة الطبية؟
تُستخدم مقاومات الجهد العالي في الأجهزة الطبية للحفاظ على التيارات الكهربائية ضمن نطاقات محددة مسبقًا.
الجهد العالي المستخدم يعني أنه يمكن استخدام عدد أقل من المقاومات لتحقيق تيار الخرج المطلوب.
يجب أن تكون هذه المقاومات قادرة على تحمل عقود من الاستخدام ، لذلك يتم بناؤها بمواد أقل ويتم أخذ تكاليف التصنيع المنخفضة في الاعتبار في تصميمها.
غالبية الأجهزة الطبية لا تعمل بجهد كهربائي مرتفع للغاية (حوالي 1-2 فولت).
ومع ذلك هناك بعض الاستثناءات.
تعمل العديد من أجهزة التشخيص القابلة للزرع (IDDs) عند 5-20 فولت ، وعادة ما يكون تردد التشغيل أعلى من النطاق العام أيضًا.
هذا يعني أن اعتبارات التكلفة تصبح أكثر أهمية عند تصميم مقاوم عالي الجهد للأجهزة الطبية.
سنشرح أدناه كيف يمكنك بناء حل منخفض التكلفة لمقاومات الجهد العالي دون المساس بالسلامة أو الموثوقية.
ما الذي تبحث عنه في المقاوم عالي الجهد
تكلفة منخفضة - تعني الفولتية العالية أن هناك حاجة إلى المزيد من المقاومات لتحقيق تيار الإخراج المطلوب.
إذا كان الجهاز يحتوي على جهد تشغيل عالي ، فستكون تكلفة المقاومات أعلى أيضًا.
سهولة التصنيع - عادة ما يكون قطر مقاومات الجهد العالي أقل من 1 مم وأطوال أطول.
إنها أيضًا مادة FR-4 أو FR-5 للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ، والتي يسهل العمل بها أكثر من FR-32 الأغلى ثمناً.
يعد البناء عالي الجودة مهمًا لضمان استمرار المقاومات لعقود.
تستخدم بعض الشركات المصنعة مسارات مطلية بالقصدير بينما يستخدم البعض الآخر خيوط مطلية بالقصدير.
المقاومات عالية الجودة لها مسارات وأسلاك مطلية بالفضة.
تحمل Back-EMF - مع زيادة طول المقاومات ، تقل مقاومة السلك.
يمكن أيضًا زيادة EMF الخلفي للمقاوم (القوة الدافعة الكهربائية) بسبب زيادة تدفق التيار.
لذلك فإن التسامح مع دقة قيمة المقاوم مطلوب لحساب هذه التغييرات.
على سبيل المثال ، المقاوم مع اختلاف قيمته 5٪ (على سبيل المثال ، 9.9 أوم بدلاً من 10.0 أوم) مقبول.
موثوقية عالية - عادة ما تعمل مقاومات الجهد العالي في درجات حرارة من -15 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية.
الأول بارد جدًا لتجنب مشاكل مثل تزييف المقاومات ، في حين أن الأخير حار جدًا لتجنب مشاكل الموثوقية.
لذلك ، يلزم نطاق درجة حرارة تشغيل أعلى لتجنب مشكلات الموثوقية.
الخطوة الأولى: تحديد الحاجة
تتمثل الخطوة الأولى عند تصميم مقاوم عالي الجهد في تحديد جهد التشغيل وتردد التشغيل للمنتج.
على سبيل المثال ، قد تحتاج إلى المقاوم المصنف بحد أقصى 5 فولت ويعمل بتردد بين 1 كيلو هرتز و 10 كيلو هرتز.
بعد ذلك ، تحتاج إلى العثور على المكونات المناسبة لتلبية احتياجاتك.
الاختيار الشائع هو المقاوم التخصصي للسيراميك (CSR).
يتم استخدام CSR بشكل شائع لتطبيقات الطاقة العالية نظرًا لبنائه عالي الجودة والموثوقية العالية والتكلفة المنخفضة.
خيار شائع آخر هو مادة FR-4 ثنائي الفينيل متعدد الكلور نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة وسهولة التصنيع.
المنافس الوثيق لـ CSR و PCB هو مادة FR-5.
مثل مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تعتبر مادة FR-5 رخيصة نسبيًا.
ومع ذلك ، فإن CSR و PCB لهما ميزة القدرة على تحمل الفولتية العالية ودرجات الحرارة المرتفعة ، على التوالي.
من ناحية أخرى ، تفتقر مادة FR-5 إلى مقاومة ثنائي الفينيل متعدد الكلور للجهود العالية وبالتالي لا يمكن الاعتماد عليها في بعض التطبيقات.
الخطوة 2: اختر المادة المناسبة
عند اختيار المادة المناسبة لمقاوم الجهد العالي ، يجب أن تأخذ في الاعتبار جهد التشغيل ودرجة حرارة تشغيل المادة.
على سبيل المثال ، يتم استخدام مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشكل شائع في درجات حرارة أقل من -20 درجة مئوية.
يتميز CSR و PCB بقدرته على تحمل الفولتية العالية ودرجات الحرارة المرتفعة ، على التوالي.
نوع جديد نسبيًا من المواد هو البوليمر FR-5 ذو اللب المعدني.
يعتبر البوليمر أرخص من مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور و FR-5 ثنائي الفينيل متعدد الكلور وغالبًا ما يستخدم في درجات حرارة تشغيل أعلى.
ومع ذلك ، فهي ليست متينة مثل PCB أو FR-4 ويمكن أن تتلف بسبب الرطوبة.
عند اختيار المادة المناسبة لمقاوم الجهد العالي ، يجب أن تأخذ في الاعتبار جهد التشغيل ودرجة حرارة تشغيل المادة.
الخطوة 3: حساب السعة و ESR
تحتوي المقاومات على قدر معين من السعة ، مما يؤثر على ترددها ومقاومتها.
قيمة ESR (مقاومة السلسلة المكافئة) هي المقاومة المكافئة للسعة وهي مهمة جدًا ، لأنها تمثل مكون التيار المستمر للمقاومة.
يتم قياس السعة في بيكوفاراد (pF) أو ميلي فاراد (mF).
في معظم الحالات ، يكون التسامح 1٪ للمكثف أكثر من كافٍ لمقاوم عالي الجهد.
إن ESR هي المقاومة المكافئة للسعة وهي مهمة جدًا ، لأنها تمثل مكون التيار المستمر للمقاومة.
الخطوة 4: أضف أجزاء لإنشاء قالب لوحة تخطيطية
بمجرد تحديد المكونات وحساب قيمها واختيار مادة لمقاوم الجهد العالي ، فقد حان الوقت لتجميعها معًا في قالب لوحة تخطيطية.
قالب اللوحة التخطيطية هو تخطيط قياسي لألواح التجارب الخالية من اللحام المستخدمة في تصميم الدوائر الإلكترونية.
يجب أن يحتوي التخطيط على عمود من المكونات على اليسار وعمود من قضبان الطاقة على اليمين.
هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار أثناء تصميم قالب لوحة تخطيطية.
أولاً ، تحتاج إلى التأكد من وضع المكونات بشكل صحيح وضمن النطاق الموصى به لقضبان الطاقة.
ثانيًا ، تحتاج إلى التأكد من أن المكونات تعمل بجهد كهربائي منخفض.
أخيرًا ، تحتاج إلى التأكد من حماية الدائرة من أي جهد كهربائي مرتفع قد يكون موجودًا.