Hochspannungswiderstände werden in medizinischen Geräten verwendet, um elektrische Ströme innerhalb voreingestellter Bereiche zu halten.
Die verwendete hohe Spannung bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von Widerständen verwendet werden kann, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erreichen.
Diese Widerstände müssen in der Lage sein, jahrzehntelangen Gebrauch zu überstehen, daher werden sie mit weniger Material gebaut und niedrigere Herstellungskosten werden in ihrem Design berücksichtigt.
Die meisten medizinischen Geräte arbeiten nicht mit sehr hohen Spannungen (ca. 1-2 V).
Es gibt jedoch einige Ausnahmen.
Viele implantierbare Diagnosegeräte (IDDs) arbeiten bei 5-20 V, und die Betriebsfrequenz ist typischerweise auch höher als der allgemeine Bereich.
Dies bedeutet, dass Kostenüberlegungen bei der Entwicklung eines Hochspannungswiderstands für medizinische Geräte an Bedeutung gewinnen.
Im Folgenden erklären wir, wie Sie eine kostengünstige Lösung für erstellen können Hochspannungswiderstände ohne Kompromisse bei Sicherheit oder Zuverlässigkeit.
Wofür wird ein Widerstand in medizinischen Geräten verwendet?
Hochspannungswiderstände werden in medizinischen Geräten verwendet, um elektrische Ströme innerhalb voreingestellter Bereiche zu halten.
Die verwendete hohe Spannung bedeutet, dass eine kleinere Anzahl von Widerständen verwendet werden kann, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erreichen.
Diese Widerstände müssen in der Lage sein, jahrzehntelangen Gebrauch zu überstehen, daher werden sie mit weniger Material gebaut und niedrigere Herstellungskosten werden in ihrem Design berücksichtigt.
Die meisten medizinischen Geräte arbeiten nicht mit sehr hohen Spannungen (ca. 1-2 V).
Es gibt jedoch einige Ausnahmen.
Viele implantierbare Diagnosegeräte (IDDs) arbeiten mit 5–20 V, und die Betriebsfrequenz ist typischerweise auch höher als der allgemeine Bereich.
Dies bedeutet, dass Kostenerwägungen bei der Entwicklung eines Hochspannungswiderstands für medizinische Geräte an Bedeutung gewinnen.
Im Folgenden erklären wir, wie Sie eine kostengünstige Lösung für Hochspannungswiderstände bauen können, ohne die Sicherheit oder Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
Worauf Sie bei einem Hochspannungswiderstand achten sollten
Niedrige Kosten – Hohe Spannungen bedeuten, dass viel mehr Widerstände erforderlich sind, um den gewünschten Ausgangsstrom zu erreichen.
Wenn ein Gerät hohe Betriebsspannungen hat, werden auch die Kosten für die Widerstände höher sein.
Einfache Herstellung – Hochspannungswiderstände haben typischerweise einen Durchmesser von weniger als 1 mm und sind länger.
Sie bestehen normalerweise auch aus FR-4- oder FR-5-Leiterplattenmaterial (PCB), mit dem einfacher zu arbeiten ist als mit dem teureren FR-32.
Eine hochwertigere Konstruktion ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Widerstände jahrzehntelang halten.
Einige Hersteller verwenden verzinnte Schienen, während andere verzinnte Leitungen verwenden.
Höherwertige Widerstände haben versilberte Bahnen und Leitungen.
Gegen-EMF-Toleranz – Je länger die Widerstände werden, desto geringer wird der Widerstand des Drahts.
Die Gegen-EMK (elektromotorische Kraft) des Widerstands kann auch aufgrund eines zunehmenden Stromflusses zunehmen.
Daher ist eine Toleranz für die Auflösung des Widerstandswerts erforderlich, um diese Änderungen zu berücksichtigen.
Beispielsweise ist ein Widerstand mit einer Wertänderung von 5 % (z. B. 9.9 Ohm statt 10.0 Ohm) akzeptabel.
Hohe Zuverlässigkeit – Hochspannungswiderstände arbeiten normalerweise bei Temperaturen von -15 °C bis 85 °C.
Ersteres ist zu kalt, um Probleme wie das Verziehen der Widerstände zu vermeiden, während letzteres zu heiß ist, um Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden.
Daher ist ein höherer Betriebstemperaturbereich erforderlich, um Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden.
Schritt 1: Identifizieren Sie den Bedarf
Der erste Schritt beim Entwerfen eines Hochspannungswiderstands besteht darin, die Betriebsspannung und Betriebsfrequenz des Produkts zu identifizieren.
Beispielsweise benötigen Sie möglicherweise einen Widerstand, der für maximal 5 V ausgelegt ist und mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 10 kHz arbeitet.
Als nächstes müssen Sie die richtigen Komponenten finden, die Ihren Anforderungen entsprechen.
Eine beliebte Wahl ist der keramische Spezialwiderstand (CSR).
Der CSR wird aufgrund seiner hochwertigen Konstruktion, hohen Zuverlässigkeit und niedrigen Kosten am häufigsten für Hochleistungsanwendungen verwendet.
Eine weitere beliebte Wahl ist das FR-4-PCB-Material aufgrund seiner Kosteneffizienz und einfachen Herstellung.
Ein enger Konkurrent von CSR und PCB ist das FR-5-Material.
Wie die Leiterplatte ist das FR-5-Material relativ billig.
CSR und PCB haben jedoch den Vorteil, dass sie hohen Spannungen bzw. hohen Temperaturen standhalten können.
Dem FR-5-Material hingegen fehlt die Hochspannungsfestigkeit der Leiterplatte und es ist daher in einigen Anwendungen nicht so zuverlässig.
Schritt 2: Wählen Sie das richtige Material
Bei der Auswahl des richtigen Materials für Ihren Hochspannungswiderstand müssen Sie die Betriebsspannung und die Betriebstemperatur des Materials beachten.
Beispielsweise wird das PCB-Material am häufigsten bei Temperaturen unter -20 ° C verwendet.
CSR und PCB haben den Vorteil, dass sie hohen Spannungen bzw. hohen Temperaturen standhalten können.
Ein relativ neuer Materialtyp ist das Polymer FR-5 mit Metallkern.
Das Polymer ist billiger als die PCB- und FR-5-PCB-Materialien und wird häufig bei höheren Betriebstemperaturen verwendet.
Es ist jedoch nicht so langlebig wie das PCB oder FR-4 und kann durch Feuchtigkeit beschädigt werden.
Bei der Auswahl des richtigen Materials für Ihren Hochspannungswiderstand müssen Sie die Betriebsspannung und die Betriebstemperatur des Materials beachten.
Schritt 3: Kapazität und ESR berechnen
Widerstände haben eine bestimmte Kapazität, die sich auf ihre Frequenz und Impedanz auswirkt.
Der ESR-Wert (Equivalent Series Resistance) ist der äquivalente Widerstand der Kapazität und sehr wichtig, da er die DC-Komponente der Impedanz berücksichtigt.
Die Kapazität wird in Picofarad (pF) oder Millifarad (mF) gemessen.
In den meisten Fällen ist die Toleranz von 1 % des Kondensators für einen Hochspannungswiderstand mehr als ausreichend.
Der ESR ist der äquivalente Widerstand der Kapazität und ist ziemlich wichtig, da er die DC-Komponente der Impedanz berücksichtigt.
Schritt 4: Fügen Sie Teile hinzu, um eine Schaltplanvorlage zu erstellen
Sobald Sie die Komponenten identifiziert, ihre Werte berechnet und ein Material für Ihren Hochspannungswiderstand ausgewählt haben, ist es an der Zeit, sie auf einer schematischen Platinenvorlage zusammenzusetzen.
Die Schaltplan-Vorlage ist ein Standardlayout von lötfreien Steckplatinen, die zum Entwerfen elektronischer Schaltungen verwendet werden.
Das Layout sollte links eine Spalte mit Komponenten und rechts eine Spalte mit Stromschienen haben.
Beim Entwerfen einer Schaltplanvorlage sind einige Dinge zu beachten.
Zunächst müssen Sie sicherstellen, dass die Komponenten richtig platziert sind und sich innerhalb der empfohlenen Grundfläche der Stromschienen befinden.
Zweitens müssen Sie sicherstellen, dass die Komponenten mit niedrigeren Spannungen versorgt werden.
Schließlich müssen Sie sicherstellen, dass die Schaltung vor eventuell vorhandenen Hochspannungen geschützt ist.