Højspændingsmodstande bruges i medicinsk udstyr til at holde elektriske strømme inden for forudindstillede områder.
Den anvendte højspænding betyder, at et mindre antal modstande kan bruges til at opnå den ønskede udgangsstrøm.
Disse modstande skal kunne modstå årtiers brug, så de er bygget med mindre materiale, og lavere produktionsomkostninger er indregnet i deres design.
Størstedelen af medicinsk udstyr fungerer ikke ved meget høje spændinger (omkring 1-2V).
Der er dog nogle undtagelser.
Mange implanterbare diagnostiske enheder (IDD'er) fungerer ved 5-20V, og driftsfrekvensen er typisk også højere end det generelle område.
Det betyder, at omkostningsovervejelser bliver vigtigere, når man designer en højspændingsmodstand til medicinsk udstyr.
Nedenfor forklarer vi, hvordan du kan bygge en billig løsning til højspændingsmodstande uden at gå på kompromis med sikkerhed eller pålidelighed.
Hvad bruges en modstand til i medicinsk udstyr?
Højspændingsmodstande bruges i medicinsk udstyr til at holde elektriske strømme inden for forudindstillede områder.
Den anvendte højspænding betyder, at et mindre antal modstande kan bruges til at opnå den ønskede udgangsstrøm.
Disse modstande skal kunne modstå årtiers brug, så de er bygget med mindre materiale, og lavere produktionsomkostninger er indregnet i deres design.
Størstedelen af medicinsk udstyr fungerer ikke ved meget høje spændinger (omkring 1-2V).
Der er dog nogle undtagelser.
Mange implanterbare diagnostiske enheder (IDD'er) fungerer ved 5-20V, og driftsfrekvensen er typisk også højere end det generelle område.
Det betyder, at omkostningsovervejelser bliver vigtigere, når man designer en højspændingsmodstand til medicinsk udstyr.
Nedenfor forklarer vi, hvordan du kan bygge en billig løsning til højspændingsmodstande uden at gå på kompromis med sikkerheden eller pålideligheden.
Hvad skal man kigge efter i en højspændingsmodstand
Lave omkostninger - Høje spændinger betyder, at der kræves meget flere modstande for at opnå den ønskede udgangsstrøm.
Hvis en enhed har høje driftsspændinger, vil prisen på modstandene også være højere.
Nem fremstilling - Højspændingsmodstande er typisk under 1 mm i diameter og længere længder.
De er typisk også FR-4 eller FR-5 printkort (PCB) materiale, som er lettere at arbejde med end den dyrere FR-32.
Konstruktion af højere kvalitet er vigtig for at sikre, at modstandene holder i årtier.
Nogle producenter bruger fortinnede skinner, mens andre bruger fortinnede ledninger.
Højere kvalitet modstande har sølvbelagte spor og ledninger.
Back-EMF tolerance – Når modstande bliver længere, falder ledningens modstand.
Modstandens tilbage-EMF (elektromotoriske kraft) kan også stige på grund af stigende strømflow.
En tolerance på opløsningen af modstandens værdi er derfor påkrævet for at tage højde for disse ændringer.
For eksempel er en modstand med 5 % variation i værdi (f.eks. 9.9 ohm i stedet for 10.0 ohm) acceptabel.
Høj pålidelighed – Højspændingsmodstande fungerer normalt ved temperaturer på -15ºC til 85ºC.
Førstnævnte er for kold til at undgå problemer som f.eks. vridning af modstandene, mens sidstnævnte er for varm til at undgå problemer med pålidelighed.
Et højere driftstemperaturområde er derfor påkrævet for at undgå pålidelighedsproblemer.
Trin 1: Identificer behovet
Det første trin, når man designer en højspændingsmodstand, er at identificere produktets driftsspænding og driftsfrekvens.
For eksempel kan du have brug for en modstand, der er normeret til maksimalt 5V og fungerer ved en frekvens mellem 1kHz og 10kHz.
Dernæst skal du finde de rigtige komponenter til at opfylde dine behov.
Et populært valg er den keramiske specialmodstand (CSR).
CSR'en bruges mest til højeffektapplikationer på grund af dens højkvalitetskonstruktion, høje pålidelighed og lave omkostninger.
Et andet populært valg er FR-4 PCB-materialet på grund af dets omkostningseffektivitet og lette fremstilling.
En tæt konkurrent til CSR og PCB er FR-5 materialet.
Ligesom PCB er FR-5 materialet relativt billigt.
CSR og PCB har dog fordelen af at kunne modstå henholdsvis høje spændinger og høje temperaturer.
FR-5-materialet mangler derimod printkortets modstandsdygtighed over for høje spændinger og er dermed ikke så pålideligt i nogle applikationer.
Trin 2: Vælg det rigtige materiale
Når du skal vælge det rigtige materiale til din højspændingsmodstand, skal du være opmærksom på driftsspændingen og materialets driftstemperatur.
For eksempel er PCB-materialet mest almindeligt anvendt ved temperaturer under -20ºC.
CSR og PCB har den fordel, at de kan modstå henholdsvis høje spændinger og høje temperaturer.
En relativt ny type materiale er FR-5-polymeren med en metalkerne.
Polymeren er billigere end PCB- og FR-5 PCB-materialerne og bruges ofte ved højere driftstemperaturer.
Det er dog ikke så holdbart som PCB eller FR-4 og kan blive beskadiget af fugt.
Når du skal vælge det rigtige materiale til din højspændingsmodstand, skal du være opmærksom på driftsspændingen og materialets driftstemperatur.
Trin 3: Beregn Kapacitans og ESR
Modstande har en vis mængde kapacitans, som påvirker deres frekvens og impedans.
ESR-værdien (Equivalent Series Resistance) er den ækvivalente modstand af kapacitansen og er ret vigtig, da den tegner sig for DC-komponenten af impedansen.
Kapacitansen måles i picofarads (pF) eller millifarads (mF).
I de fleste tilfælde er kondensatorens 1% tolerance mere end nok til en højspændingsmodstand.
ESR er den ækvivalente modstand af kapacitansen og er ret vigtig, da den tegner sig for DC-komponenten af impedansen.
Trin 4: Tilføj dele for at oprette en skematisk tavleskabelon
Når du har identificeret komponenterne, beregnet deres værdier og valgt et materiale til din højspændingsmodstand, er det tid til at sætte dem sammen på en skematisk tavleskabelon.
Den skematiske tavleskabelon er et standardlayout af loddefri breadboards, der bruges til at designe elektronikkredsløb.
Layoutet skal have en kolonne af komponenter til venstre og en kolonne af strømskinner til højre.
Der er et par ting, du skal huske på, når du designer en skematisk tavleskabelon.
Først skal du sikre dig, at komponenterne er placeret korrekt og er inden for det anbefalede fodaftryk for strømskinnerne.
For det andet skal du sørge for, at komponenterne får strøm med lavere spændinger.
Til sidst skal du sørge for, at kredsløbet er beskyttet mod eventuelle højspændinger, der måtte være til stede.