Visokonaponski otpornici se koriste u medicinskim uređajima za održavanje električnih struja u unaprijed postavljenim rasponima.
Korišteni visoki napon znači da se manji broj otpornika može koristiti za postizanje željene izlazne struje.
Ovi otpornici moraju biti u stanju da izdrže decenije upotrebe, tako da su napravljeni sa manje materijala i niži troškovi proizvodnje su uključeni u njihov dizajn.
Većina medicinskih uređaja ne radi na vrlo visokim naponima (oko 1-2V).
Međutim, postoje neki izuzeci.
Mnogi implantabilnih dijagnostičkih uređaja (IDD) rade na 5-20V, a radna frekvencija je tipično viša od opšteg opsega.
To znači da razmatranje troškova postaje važnije kada se dizajnira visokonaponski otpornik za medicinske uređaje.
U nastavku ćemo objasniti kako možete napraviti jeftino rješenje za visokonaponski otpornici bez ugrožavanja sigurnosti ili pouzdanosti.
Za šta se koristi otpornik u medicinskim uređajima?
Visokonaponski otpornici se koriste u medicinskim uređajima za održavanje električnih struja u unaprijed postavljenim rasponima.
Korišteni visoki napon znači da se manji broj otpornika može koristiti za postizanje željene izlazne struje.
Ovi otpornici moraju biti u stanju da izdrže decenije upotrebe, tako da su napravljeni sa manje materijala i niži troškovi proizvodnje su uključeni u njihov dizajn.
Većina medicinskih uređaja ne radi na vrlo visokim naponima (oko 1-2V).
Međutim, postoje neki izuzeci.
Mnogi implantabilni dijagnostički uređaji (IDD) rade na 5-20V, a radna frekvencija je tipično viša od općeg raspona.
To znači da razmatranje troškova postaje važnije kada se dizajnira visokonaponski otpornik za medicinske uređaje.
U nastavku ćemo objasniti kako možete izgraditi jeftino rješenje za visokonaponske otpornike bez ugrožavanja sigurnosti ili pouzdanosti.
Što tražiti u visokonaponskom otporniku
Niska cijena – Visoki naponi znače da je potrebno mnogo više otpornika da bi se postigla željena izlazna struja.
Ako uređaj ima visoke radne napone, cijena otpornika će također biti veća.
Jednostavnost izrade – Visokonaponski otpornici su obično ispod 1 mm u prečniku i duže dužine.
Obično su takođe FR-4 ili FR-5 materijal od štampanih ploča (PCB), sa kojima je lakše raditi nego sa skupljim FR-32.
Kvalitetna konstrukcija je važna kako bi se osiguralo da otpornici traju decenijama.
Neki proizvođači koriste kalajisane staze, dok drugi koriste kalajisane kablove.
Kvalitetniji otpornici imaju posrebrene staze i vodove.
Tolerancija povratnog EMF-a – Kako otpornici postaju duži, otpor žice se smanjuje.
Povratni EMF (elektromotorna sila) otpornika se također može povećati zbog povećanja protoka struje.
Tolerancija rezolucije vrijednosti otpornika je stoga potrebna da bi se uzele u obzir ove promjene.
Na primjer, otpornik sa varijacijom od 5% u vrijednosti (npr. 9.9 oma umjesto 10.0 oma) je prihvatljiv.
Visoka pouzdanost – Visokonaponski otpornici obično rade na temperaturama od -15ºC do 85ºC.
Prvi je previše hladan da bi se izbjegli problemi kao što je savijanje otpornika, dok je drugi previše vruć da bi se izbjegli problemi s pouzdanošću.
Stoga je potreban veći raspon radne temperature kako bi se izbjegli problemi s pouzdanošću.
Korak 1: Identifikujte potrebu
Prvi korak pri dizajniranju otpornika visokog napona je identifikacija radnog napona i radne frekvencije proizvoda.
Na primjer, možda će vam trebati otpornik koji je ocijenjen za maksimalno 5V i radi na frekvenciji između 1kHz i 10kHz.
Zatim morate pronaći prave komponente koje će zadovoljiti vaše potrebe.
Popularan izbor je keramički specijalni otpornik (CSR).
CSR se najčešće koristi za aplikacije velike snage zbog svoje visokokvalitetne konstrukcije, visoke pouzdanosti i niske cijene.
Još jedan popularan izbor je FR-4 PCB materijal zbog svoje isplativosti i lakoće izrade.
Bliski konkurent CSR-u i PCB-u je FR-5 materijal.
Kao i PCB, FR-5 materijal je relativno jeftin.
Međutim, CSR i PCB imaju prednost jer mogu izdržati visoke napone i visoke temperature.
FR-5 materijalu, s druge strane, nedostaje otpornost PCB-a na visoke napone i stoga nije tako pouzdan u nekim aplikacijama.
Korak 2: Odaberite pravi materijal
Prilikom odabira pravog materijala za vaš visokonaponski otpornik, morate uzeti u obzir radni napon i radnu temperaturu materijala.
Na primjer, PCB materijal se najčešće koristi na temperaturama ispod -20ºC.
CSR i PCB imaju prednost u tome što su u stanju da izdrže visoke napone i visoke temperature, respektivno.
Relativno nova vrsta materijala je FR-5 polimer sa metalnim jezgrom.
Polimer je jeftiniji od PCB i FR-5 PCB materijala i često se koristi na višim radnim temperaturama.
Međutim, nije tako izdržljiv kao PCB ili FR-4 i može se oštetiti vlagom.
Prilikom odabira pravog materijala za vaš visokonaponski otpornik, morate uzeti u obzir radni napon i radnu temperaturu materijala.
Korak 3: Izračunajte kapacitivnost i ESR
Otpornici imaju određenu količinu kapacitivnosti, što utiče na njihovu frekvenciju i impedanciju.
Vrijednost ESR (Equivalent Series Resistance) je ekvivalentna otpornost kapacitivnosti i vrlo je važna, jer uzima u obzir DC komponentu impedanse.
Kapacitet se mjeri u pikofaradima (pF) ili milifaradima (mF).
U većini slučajeva, tolerancija od 1% kondenzatora je više nego dovoljna za visokonaponski otpornik.
ESR je ekvivalentni otpor kapacitivnosti i prilično je važan, jer uzima u obzir DC komponentu impedanse.
Korak 4: Dodajte dijelove da biste kreirali predložak shematske ploče
Nakon što ste identificirali komponente, izračunali njihove vrijednosti i odabrali materijal za svoj visokonaponski otpornik, vrijeme je da ih spojite na šablonu ploče.
Predložak šematske ploče je standardni izgled matičnih ploča bez lemljenja koje se koriste za dizajniranje elektronskih kola.
Izgled bi trebao imati kolonu komponenti na lijevoj strani i kolonu šina za napajanje na desnoj strani.
Postoji nekoliko stvari koje treba imati na umu dok dizajnirate predložak šematske ploče.
Prvo, morate biti sigurni da su komponente pravilno postavljene i da su unutar preporučenog otiska šina za napajanje.
Drugo, morate biti sigurni da se komponente napajaju nižim naponima.
Na kraju, morate osigurati da je krug zaštićen od bilo kakvog visokog napona koji bi mogao biti prisutan.