Резисторите с високо напрежение се използват в медицински устройства, за да поддържат електрическия ток в предварително зададени диапазони.
Използваното високо напрежение означава, че могат да се използват по-малък брой резистори за постигане на желания изходен ток.
Тези резистори трябва да могат да издържат десетилетия на употреба, така че са изградени с по-малко материали и по-ниските производствени разходи са включени в дизайна им.
Повечето медицински устройства не работят при много високо напрежение (около 1-2V).
Все пак има някои изключения.
Много имплантируеми диагностични устройства (IDDs) работят при 5-20V и работната честота обикновено също е по-висока от общия диапазон.
Това означава, че съображенията за разходите стават по-важни при проектирането на високоволтов резистор за медицински устройства.
По-долу ще обясним как можете да създадете евтино решение за високоволтови резистори без компромис с безопасността или надеждността.
За какво се използва резистор в медицински устройства?
Резисторите с високо напрежение се използват в медицински устройства, за да поддържат електрическия ток в предварително зададени диапазони.
Използваното високо напрежение означава, че могат да се използват по-малък брой резистори за постигане на желания изходен ток.
Тези резистори трябва да могат да издържат десетилетия на употреба, така че са изградени с по-малко материали и по-ниските производствени разходи са включени в дизайна им.
Повечето медицински устройства не работят при много високо напрежение (около 1-2V).
Все пак има някои изключения.
Много имплантируеми диагностични устройства (IDD) работят при 5-20 V и работната честота обикновено е по-висока от общия диапазон.
Това означава, че съображенията за разходите стават по-важни при проектирането на високоволтов резистор за медицински устройства.
По-долу ще обясним как можете да изградите евтино решение за резистори с високо напрежение, без да компрометирате безопасността или надеждността.
Какво да търсите при високоволтов резистор
Ниска цена – Високите напрежения означават, че са необходими много повече резистори за постигане на желания изходен ток.
Ако дадено устройство има високи работни напрежения, цената на резисторите също ще бъде по-висока.
Лесна изработка – Резисторите за високо напрежение обикновено са с диаметър под 1 mm и по-големи дължини.
Те обикновено също са FR-4 или FR-5 материал за печатна платка (PCB), с който се работи по-лесно от по-скъпия FR-32.
По-висококачествената конструкция е важна, за да се гарантира, че резисторите ще издържат десетилетия.
Някои производители използват калаени писти, докато други използват калаени поводи.
По-висококачествените резистори имат посребрени писти и проводници.
Толерантност към обратно ЕМП – Тъй като резисторите стават по-дълги, съпротивлението на проводника намалява.
Обратната ЕМП (електродвижеща сила) на резистора също може да се увеличи поради нарастващия поток на ток.
Следователно е необходим толеранс върху разделителната способност на стойността на резистора, за да се отчетат тези промени.
Например резистор с 5% вариация в стойността (напр. 9.9 ома вместо 10.0 ома) е приемлив.
Висока надеждност – Резисторите с високо напрежение обикновено работят при температури от -15ºC до 85ºC.
Първият е твърде студен, за да се избегнат проблеми като изкривяване на резисторите, докато вторият е твърде горещ, за да се избегнат проблеми с надеждността.
Следователно е необходим по-висок работен температурен диапазон, за да се избегнат проблеми с надеждността.
Стъпка 1: Идентифицирайте нуждата
Първата стъпка при проектирането на резистор за високо напрежение е да се идентифицира работното напрежение и работната честота на продукта.
Например, може да се нуждаете от резистор, който е проектиран за максимум 5 V и работи на честота между 1 kHz и 10 kHz.
След това трябва да намерите правилните компоненти, които да отговарят на вашите нужди.
Популярен избор е специалният керамичен резистор (CSR).
CSR най-често се използва за приложения с висока мощност поради своята висококачествена конструкция, висока надеждност и ниска цена.
Друг популярен избор е материалът FR-4 PCB поради неговата рентабилност и лекота на производство.
Близък конкурент на CSR и PCB е материалът FR-5.
Подобно на PCB, материалът FR-5 е сравнително евтин.
Въпреки това, CSR и PCB имат предимството да могат да издържат съответно на високи напрежения и високи температури.
Материалът FR-5, от друга страна, няма устойчивост на печатни платки към високи напрежения и следователно не е толкова надежден в някои приложения.
Стъпка 2: Изберете правилния материал
Когато избирате подходящия материал за вашия високоволтов резистор, трябва да вземете под внимание работното напрежение и работната температура на материала.
Например материалът PCB се използва най-често при температури под -20ºC.
CSR и PCB имат предимството, че могат да издържат съответно на високи напрежения и високи температури.
Сравнително нов вид материал е полимерът FR-5 с метална сърцевина.
Полимерът е по-евтин от PCB и FR-5 PCB материалите и често се използва при по-високи работни температури.
Той обаче не е толкова издръжлив като PCB или FR-4 и може да се повреди от влага.
Когато избирате подходящия материал за вашия високоволтов резистор, трябва да вземете под внимание работното напрежение и работната температура на материала.
Стъпка 3: Изчислете капацитета и ESR
Резисторите имат определен капацитет, който влияе върху тяхната честота и импеданс.
Стойността на ESR (Equivalent Series Resistance) е еквивалентното съпротивление на капацитета и е много важно, тъй като отчита DC компонента на импеданса.
Капацитетът се измерва в пикофаради (pF) или милифаради (mF).
В повечето случаи толерансът от 1% на кондензатора е повече от достатъчен за високоволтов резистор.
ESR е еквивалентното съпротивление на капацитета и е много важно, тъй като отчита DC компонента на импеданса.
Стъпка 4: Добавете части, за да създадете шаблон на схематична дъска
След като идентифицирате компонентите, изчислите техните стойности и изберете материал за вашия високоволтов резистор, е време да ги поставите заедно върху шаблон на схематична платка.
Шаблонът за схематична платка е стандартно оформление на безспойкови макетни платки, които се използват за проектиране на електронни вериги.
Оформлението трябва да има колона от компоненти отляво и колона от захранващи шини отдясно.
Има няколко неща, които трябва да имате предвид, докато проектирате шаблон за схематична дъска.
Първо, трябва да се уверите, че компонентите са поставени правилно и са в препоръчителния отпечатък на захранващите шини.
Второ, трябва да се уверите, че компонентите се захранват с по-ниско напрежение.
И накрая, трябва да се уверите, че веригата е защитена от всяко високо напрежение, което може да присъства.