Vysokonapěťové rezistory se používají v lékařských zařízeních k udržení elektrických proudů v přednastavených mezích.
Použité vysoké napětí znamená, že k dosažení požadovaného výstupního proudu lze použít menší počet rezistorů.
Tyto odpory musí vydržet desítky let používání, takže jsou vyrobeny z menšího množství materiálu a při jejich konstrukci jsou zohledněny nižší výrobní náklady.
Většina lékařských zařízení nepracuje při velmi vysokém napětí (kolem 1-2V).
Existují však určité výjimky.
Mnoho implantovatelné diagnostické přístroje (IDD) pracují při 5-20V a provozní frekvence je také obvykle vyšší než obecný rozsah.
To znamená, že při navrhování vysokonapěťového rezistoru pro lékařská zařízení jsou úvahy o nákladech důležitější.
Níže vysvětlíme, jak můžete vytvořit levné řešení vysokonapěťové odpory aniž by byla ohrožena bezpečnost nebo spolehlivost.
K čemu se používá rezistor ve zdravotnických zařízeních?
Vysokonapěťové rezistory se používají v lékařských zařízeních k udržení elektrických proudů v přednastavených mezích.
Použité vysoké napětí znamená, že k dosažení požadovaného výstupního proudu lze použít menší počet rezistorů.
Tyto odpory musí vydržet desítky let používání, takže jsou vyrobeny z menšího množství materiálu a při jejich konstrukci jsou zohledněny nižší výrobní náklady.
Většina lékařských zařízení nepracuje při velmi vysokém napětí (kolem 1-2V).
Existují však určité výjimky.
Mnoho implantabilních diagnostických zařízení (IDD) pracuje při 5–20 V a provozní frekvence je také obvykle vyšší než obecný rozsah.
To znamená, že úvahy o nákladech se stávají důležitějšími při navrhování vysokonapěťového rezistoru pro lékařská zařízení.
Níže vysvětlíme, jak můžete vytvořit levné řešení pro vysokonapěťové rezistory, aniž byste museli ohrozit bezpečnost nebo spolehlivost.
Co hledat u vysokonapěťového rezistoru
Nízká cena – Vysoké napětí znamená, že k dosažení požadovaného výstupního proudu je potřeba mnohem více odporů.
Pokud má zařízení vysoké provozní napětí, cena rezistorů bude také vyšší.
Snadná výroba – Vysokonapěťové rezistory mají obvykle průměr menší než 1 mm a větší délky.
Obvykle jsou to také FR-4 nebo FR-5 materiál desek plošných spojů (PCB), se kterými se pracuje snadněji než s dražšími FR-32.
Kvalitnější konstrukce je důležitá pro zajištění životnosti rezistorů po desetiletí.
Někteří výrobci používají pocínované dráhy, zatímco jiní používají pocínované vodiče.
Kvalitnější rezistory mají postříbřené dráhy a vývody.
Tolerance zpětného EMF – Jak se odpory prodlužují, odpor drátu klesá.
Zpětná EMF (elektromotorická síla) rezistoru se také může zvýšit v důsledku zvyšujícího se průtoku proudu.
Pro zohlednění těchto změn je proto vyžadována tolerance na rozlišení hodnoty odporu.
Například je přijatelný odpor s 5% změnou hodnoty (např. 9.9 ohmů místo 10.0 ohmů).
Vysoká spolehlivost – Vysokonapěťové rezistory obvykle pracují při teplotách -15ºC až 85ºC.
První je příliš studený, aby se zabránilo problémům, jako je deformace rezistorů, zatímco druhý je příliš horký, aby se předešlo problémům se spolehlivostí.
Je proto vyžadován vyšší rozsah provozních teplot, aby se předešlo problémům se spolehlivostí.
Krok 1: Identifikujte potřebu
Prvním krokem při navrhování vysokonapěťového rezistoru je identifikace provozního napětí a provozní frekvence produktu.
Můžete například potřebovat odpor, který je dimenzován na maximálně 5 V a pracuje na frekvenci mezi 1 kHz a 10 kHz.
Dále musíte najít ty správné komponenty, které vyhovují vašim potřebám.
Oblíbenou volbou je keramický speciální odpor (CSR).
CSR se nejčastěji používá pro aplikace s vysokým výkonem díky své vysoce kvalitní konstrukci, vysoké spolehlivosti a nízké ceně.
Další oblíbenou volbou je materiál PCB FR-4 kvůli jeho nákladové efektivitě a snadné výrobě.
Blízkým konkurentem CSR a PCB je materiál FR-5.
Stejně jako PCB je materiál FR-5 relativně levný.
Nicméně CSR a PCB mají tu výhodu, že jsou schopny odolat vysokému napětí a vysokým teplotám.
Materiál FR-5 na druhé straně postrádá odolnost desky plošných spojů vůči vysokému napětí, a proto není v některých aplikacích tak spolehlivý.
Krok 2: Vyberte si správný materiál
Při výběru správného materiálu pro váš vysokonapěťový rezistor je třeba vzít v úvahu provozní napětí a provozní teplotu materiálu.
Například materiál PCB se nejčastěji používá při teplotách pod -20 °C.
CSR a PCB mají tu výhodu, že jsou schopny odolat vysokému napětí a vysokým teplotám.
Relativně novým typem materiálu je polymer FR-5 s kovovým jádrem.
Polymer je levnější než materiály PCB a FR-5 PCB a často se používá při vyšších provozních teplotách.
Není však tak odolný jako PCB nebo FR-4 a může se poškodit vlhkostí.
Při výběru správného materiálu pro váš vysokonapěťový rezistor je třeba vzít v úvahu provozní napětí a provozní teplotu materiálu.
Krok 3: Vypočítejte kapacitu a ESR
Rezistory mají určitou kapacitu, která ovlivňuje jejich frekvenci a impedanci.
Hodnota ESR (Equivalent Series Resistance) je ekvivalentní odpor kapacity a je poměrně důležitá, protože zohledňuje stejnosměrnou složku impedance.
Kapacita se měří v pikofaradech (pF) nebo milifaradech (mF).
Ve většině případů je 1% tolerance kondenzátoru více než dostatečná pro vysokonapěťový rezistor.
ESR je ekvivalentní odpor kapacity a je docela důležitý, protože odpovídá za stejnosměrnou složku impedance.
Krok 4: Přidáním dílů vytvořte šablonu schématické desky
Jakmile určíte součásti, spočítáte jejich hodnoty a vyberete materiál pro váš vysokonapěťový rezistor, je čas je poskládat na schematickou šablonu desky.
Šablona schematické desky je standardní rozložení nepájených prkének, které se používají k návrhu elektronických obvodů.
Rozložení by mělo mít sloupec komponent vlevo a sloupec napájecích kolejnic vpravo.
Při navrhování šablony schematické desky je třeba mít na paměti několik věcí.
Nejprve se musíte ujistit, že komponenty jsou umístěny správně a jsou v doporučené stopě napájecích kolejnic.
Zadruhé se musíte ujistit, že komponenty jsou napájeny nižším napětím.
Nakonec se musíte ujistit, že obvod je chráněn před případným vysokým napětím.