Οι αντιστάσεις υψηλής τάσης χρησιμοποιούνται σε ιατρικές συσκευές για να διατηρούν τα ηλεκτρικά ρεύματα εντός προκαθορισμένων ορίων.
Η υψηλή τάση που χρησιμοποιείται σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικρότερος αριθμός αντιστάσεων για να επιτευχθεί το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Αυτές οι αντιστάσεις πρέπει να μπορούν να αντέχουν δεκαετίες χρήσης, έτσι ώστε να κατασκευάζονται με λιγότερα υλικά και να λαμβάνεται υπόψη το χαμηλότερο κόστος κατασκευής στο σχεδιασμό τους.
Η πλειοψηφία των ιατρικών συσκευών δεν λειτουργεί σε πολύ υψηλές τάσεις (περίπου 1-2V).
Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις.
Πολλές εμφυτεύσιμες διαγνωστικές συσκευές Τα (IDD) λειτουργούν στα 5-20 V και η συχνότητα λειτουργίας είναι συνήθως υψηλότερη από το γενικό εύρος.
Αυτό σημαίνει ότι οι εκτιμήσεις κόστους γίνονται πιο σημαντικές κατά το σχεδιασμό μιας αντίστασης υψηλής τάσης για ιατρικές συσκευές.
Παρακάτω θα εξηγήσουμε πώς μπορείτε να δημιουργήσετε μια λύση χαμηλού κόστους αντιστάσεις υψηλής τάσης χωρίς να διακυβεύεται η ασφάλεια ή η αξιοπιστία.
Σε τι χρησιμεύει η αντίσταση σε ιατρικές συσκευές;
Οι αντιστάσεις υψηλής τάσης χρησιμοποιούνται σε ιατρικές συσκευές για να διατηρούν τα ηλεκτρικά ρεύματα εντός προκαθορισμένων ορίων.
Η υψηλή τάση που χρησιμοποιείται σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικρότερος αριθμός αντιστάσεων για να επιτευχθεί το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Αυτές οι αντιστάσεις πρέπει να μπορούν να αντέχουν δεκαετίες χρήσης, έτσι ώστε να κατασκευάζονται με λιγότερα υλικά και να λαμβάνεται υπόψη το χαμηλότερο κόστος κατασκευής στο σχεδιασμό τους.
Η πλειοψηφία των ιατρικών συσκευών δεν λειτουργεί σε πολύ υψηλές τάσεις (περίπου 1-2V).
Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις.
Πολλές εμφυτεύσιμες διαγνωστικές συσκευές (IDD) λειτουργούν στα 5-20 V και η συχνότητα λειτουργίας είναι συνήθως υψηλότερη από το γενικό εύρος.
Αυτό σημαίνει ότι οι εκτιμήσεις κόστους γίνονται πιο σημαντικές κατά το σχεδιασμό μιας αντίστασης υψηλής τάσης για ιατρικές συσκευές.
Παρακάτω θα εξηγήσουμε πώς μπορείτε να κατασκευάσετε μια λύση χαμηλού κόστους για αντιστάσεις υψηλής τάσης χωρίς να διακυβεύεται η ασφάλεια ή η αξιοπιστία.
Τι να αναζητήσετε σε μια αντίσταση υψηλής τάσης
Χαμηλό κόστος – Οι υψηλές τάσεις σημαίνουν ότι απαιτούνται πολύ περισσότερες αντιστάσεις για να επιτευχθεί το επιθυμητό ρεύμα εξόδου.
Εάν μια συσκευή έχει υψηλές τάσεις λειτουργίας, το κόστος των αντιστάσεων θα είναι επίσης υψηλότερο.
Ευκολία κατασκευής – Οι αντιστάσεις υψηλής τάσης έχουν συνήθως διάμετρο κάτω από 1 mm και μεγαλύτερα μήκη.
Συνήθως είναι επίσης υλικό πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) FR-4 ή FR-5, με το οποίο είναι ευκολότερο να δουλέψετε από το πιο ακριβό FR-32.
Η κατασκευή υψηλότερης ποιότητας είναι σημαντική για να διασφαλιστεί ότι οι αντιστάσεις διαρκούν για δεκαετίες.
Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν επικασσιτερωμένα κομμάτια ενώ άλλοι χρησιμοποιούν επικασσιτερωμένα καλώδια.
Οι αντιστάσεις υψηλότερης ποιότητας έχουν επάργυρες διαδρομές και καλώδια.
Ανοχή back-EMF – Καθώς οι αντιστάσεις μεγαλώνουν, η αντίσταση του σύρματος μειώνεται.
Το back-EMF (ηλεκτροκινητική δύναμη) της αντίστασης μπορεί επίσης να αυξηθεί λόγω της αυξανόμενης ροής ρεύματος.
Απαιτείται επομένως μια ανοχή στην ανάλυση της τιμής της αντίστασης για να ληφθούν υπόψη αυτές οι αλλαγές.
Για παράδειγμα, μια αντίσταση με διακύμανση 5% στην τιμή (π.χ. 9.9 ohms αντί για 10.0 ohms) είναι αποδεκτή.
Υψηλή αξιοπιστία – Οι αντιστάσεις υψηλής τάσης λειτουργούν συνήθως σε θερμοκρασίες από -15ºC έως 85ºC.
Το πρώτο είναι πολύ κρύο για να αποφευχθούν προβλήματα όπως η παραμόρφωση των αντιστάσεων, ενώ το δεύτερο είναι πολύ ζεστό για να αποφευχθούν προβλήματα αξιοπιστίας.
Επομένως, απαιτείται υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας για να αποφευχθούν προβλήματα αξιοπιστίας.
Βήμα 1: Προσδιορίστε την ανάγκη
Το πρώτο βήμα κατά το σχεδιασμό μιας αντίστασης υψηλής τάσης είναι ο προσδιορισμός της τάσης λειτουργίας και της συχνότητας λειτουργίας του προϊόντος.
Για παράδειγμα, μπορεί να χρειαστείτε μια αντίσταση που να είναι ονομαστική για μέγιστο 5 V και να λειτουργεί σε συχνότητα μεταξύ 1kHz και 10kHz.
Στη συνέχεια, πρέπει να βρείτε τα σωστά εξαρτήματα για να καλύψετε τις ανάγκες σας.
Μια δημοφιλής επιλογή είναι η ειδική αντίσταση κεραμικής (CSR).
Το CSR χρησιμοποιείται πιο συχνά για εφαρμογές υψηλής ισχύος λόγω της υψηλής ποιότητας κατασκευής, της υψηλής αξιοπιστίας και του χαμηλού κόστους του.
Μια άλλη δημοφιλής επιλογή είναι το υλικό FR-4 PCB λόγω της οικονομικής του απόδοσης και της ευκολίας κατασκευής του.
Ένας στενός ανταγωνιστής του CSR και του PCB είναι το υλικό FR-5.
Όπως το PCB, το υλικό FR-5 είναι σχετικά φθηνό.
Ωστόσο, το CSR και το PCB έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να αντέχουν υψηλές τάσεις και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα.
Το υλικό FR-5, από την άλλη πλευρά, δεν έχει την αντίσταση του PCB στις υψηλές τάσεις και επομένως δεν είναι τόσο αξιόπιστο σε ορισμένες εφαρμογές.
Βήμα 2: Επιλέξτε το σωστό υλικό
Όταν επιλέγετε το σωστό υλικό για την αντίσταση υψηλής τάσης, πρέπει να λάβετε υπόψη την τάση λειτουργίας και τη θερμοκρασία λειτουργίας του υλικού.
Για παράδειγμα, το υλικό PCB χρησιμοποιείται πιο συχνά σε θερμοκρασίες κάτω των -20ºC.
Το CSR και το PCB έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να αντέχουν υψηλές τάσεις και υψηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχα.
Ένας σχετικά νέος τύπος υλικού είναι το πολυμερές FR-5 με μεταλλικό πυρήνα.
Το πολυμερές είναι φθηνότερο από τα υλικά PCB και FR-5 PCB και χρησιμοποιείται συχνά σε υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.
Ωστόσο, δεν είναι τόσο ανθεκτικό όσο το PCB ή το FR-4 και μπορεί να καταστραφεί από την υγρασία.
Όταν επιλέγετε το σωστό υλικό για την αντίσταση υψηλής τάσης, πρέπει να λάβετε υπόψη την τάση λειτουργίας και τη θερμοκρασία λειτουργίας του υλικού.
Βήμα 3: Υπολογισμός χωρητικότητας και ESR
Οι αντιστάσεις έχουν μια ορισμένη χωρητικότητα, η οποία επηρεάζει τη συχνότητα και την αντίστασή τους.
Η τιμή ESR (Equivalent Series Resistance) είναι η ισοδύναμη αντίσταση της χωρητικότητας και είναι αρκετά σημαντική, καθώς αντιπροσωπεύει το στοιχείο DC της σύνθετης αντίστασης.
Η χωρητικότητα μετριέται σε picofarads (pF) ή millifarads (mF).
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ανοχή 1% του πυκνωτή είναι υπεραρκετή για μια αντίσταση υψηλής τάσης.
Το ESR είναι η ισοδύναμη αντίσταση της χωρητικότητας και είναι αρκετά σημαντικό, καθώς αντιπροσωπεύει τη συνιστώσα DC της σύνθετης αντίστασης.
Βήμα 4: Προσθέστε εξαρτήματα για να δημιουργήσετε ένα πρότυπο σχηματικού πίνακα
Αφού προσδιορίσετε τα εξαρτήματα, υπολογίσετε τις τιμές τους και επιλέξετε ένα υλικό για την αντίσταση υψηλής τάσης, ήρθε η ώρα να τα τοποθετήσετε μαζί σε ένα πρότυπο σχηματικής πλακέτας.
Το πρότυπο σχηματικής πλακέτας είναι μια τυπική διάταξη πλακών ψωμιού χωρίς συγκόλληση που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Η διάταξη πρέπει να έχει μια στήλη εξαρτημάτων στα αριστερά και μια στήλη από ράγες ισχύος στα δεξιά.
Υπάρχουν μερικά πράγματα που πρέπει να έχετε υπόψη κατά το σχεδιασμό ενός προτύπου σχηματικού πίνακα.
Αρχικά, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι τα εξαρτήματα έχουν τοποθετηθεί σωστά και βρίσκονται εντός του συνιστώμενου αποτυπώματος των ράγες ισχύος.
Δεύτερον, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι τα εξαρτήματα τροφοδοτούνται με χαμηλότερες τάσεις.
Τέλος, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα προστατεύεται από τυχόν υψηλές τάσεις που μπορεί να υπάρχουν.