Las resistencias de alto voltaje se utilizan en dispositivos médicos para mantener las corrientes eléctricas dentro de los rangos preestablecidos.
El alto voltaje utilizado significa que se puede usar un número menor de resistencias para lograr la corriente de salida deseada.
Estas resistencias deben poder resistir décadas de uso, por lo que se construyen con menos material y se tienen en cuenta en su diseño los costos de fabricación más bajos.
La mayoría de los dispositivos médicos no funcionan con voltajes muy altos (alrededor de 1-2 V).
Sin embargo hay algunas excepciones.
Muchos dispositivos de diagnóstico implantables (IDD) funcionan a 5-20 V, y la frecuencia de funcionamiento suele ser también más alta que el rango general.
Esto significa que las consideraciones de costos se vuelven más importantes cuando se diseña una resistencia de alto voltaje para dispositivos médicos.
A continuación, explicaremos cómo puede crear una solución de bajo costo para resistencias de alto voltaje sin comprometer la seguridad o la confiabilidad.
¿Para qué se utiliza una resistencia en dispositivos médicos?
Las resistencias de alto voltaje se utilizan en dispositivos médicos para mantener las corrientes eléctricas dentro de los rangos preestablecidos.
El alto voltaje utilizado significa que se puede usar un número menor de resistencias para lograr la corriente de salida deseada.
Estas resistencias deben poder resistir décadas de uso, por lo que se construyen con menos material y se tienen en cuenta en su diseño los costos de fabricación más bajos.
La mayoría de los dispositivos médicos no funcionan con voltajes muy altos (alrededor de 1-2 V).
Sin embargo hay algunas excepciones.
Muchos dispositivos de diagnóstico implantables (IDD) funcionan a 5-20 V, y la frecuencia de funcionamiento también suele ser más alta que el rango general.
Esto significa que las consideraciones de costos se vuelven más importantes cuando se diseña una resistencia de alto voltaje para dispositivos médicos.
A continuación, explicaremos cómo puede construir una solución de bajo costo para resistencias de alto voltaje sin comprometer la seguridad o la confiabilidad.
Qué buscar en una resistencia de alto voltaje
Bajo costo: los voltajes altos significan que se requieren muchas más resistencias para lograr la corriente de salida deseada.
Si un dispositivo tiene altos voltajes de funcionamiento, el costo de las resistencias también será mayor.
Facilidad de fabricación: las resistencias de alto voltaje suelen tener menos de 1 mm de diámetro y longitudes más largas.
Por lo general, también son de material de placa de circuito impreso (PCB) FR-4 o FR-5, con el que es más fácil trabajar que el FR-32, que es más costoso.
La construcción de mayor calidad es importante para garantizar que las resistencias duren décadas.
Algunos fabricantes usan pistas estañadas mientras que otros usan conductores estañados.
Las resistencias de mayor calidad tienen pistas y cables plateados.
Tolerancia contra-EMF: a medida que las resistencias se alargan, la resistencia del cable disminuye.
La EMF (fuerza electromotriz) de la resistencia también puede aumentar debido al aumento del flujo de corriente.
Por lo tanto, se requiere una tolerancia en la resolución del valor de la resistencia para tener en cuenta estos cambios.
Por ejemplo, es aceptable una resistencia con una variación del valor del 5% (p. ej., 9.9 ohmios en lugar de 10.0 ohmios).
Alta confiabilidad: las resistencias de alto voltaje generalmente funcionan a temperaturas de -15ºC a 85ºC.
El primero está demasiado frío para evitar problemas como la deformación de las resistencias, mientras que el segundo está demasiado caliente para evitar problemas de confiabilidad.
Por lo tanto, se requiere un rango de temperatura de funcionamiento más alto para evitar problemas de confiabilidad.
Paso 1: identificar la necesidad
El primer paso al diseñar una resistencia de alto voltaje es identificar el voltaje operativo y la frecuencia operativa del producto.
Por ejemplo, es posible que necesite una resistencia con una capacidad máxima de 5 V y que funcione a una frecuencia de entre 1 kHz y 10 kHz.
A continuación, debe encontrar los componentes adecuados para satisfacer sus necesidades.
Una opción popular es la resistencia especial de cerámica (CSR).
El CSR se usa más comúnmente para aplicaciones de alta potencia debido a su construcción de alta calidad, alta confiabilidad y bajo costo.
Otra opción popular es el material de PCB FR-4 debido a su rentabilidad y facilidad de fabricación.
Un competidor cercano del CSR y PCB es el material FR-5.
Al igual que la PCB, el material FR-5 es relativamente económico.
Sin embargo, el CSR y el PCB tienen la ventaja de poder soportar altos voltajes y altas temperaturas, respectivamente.
El material FR-5, por otro lado, carece de la resistencia de la PCB a los altos voltajes y, por lo tanto, no es tan confiable en algunas aplicaciones.
Paso 2: elige el material adecuado
Al elegir el material adecuado para su resistencia de alto voltaje, debe tomar nota del voltaje de funcionamiento y la temperatura de funcionamiento del material.
Por ejemplo, el material de PCB se usa más comúnmente a temperaturas por debajo de -20ºC.
El CSR y el PCB tienen la ventaja de poder soportar altos voltajes y altas temperaturas, respectivamente.
Un tipo de material relativamente nuevo es el polímero FR-5 con núcleo de metal.
El polímero es más económico que los materiales de PCB y PCB FR-5 y, a menudo, se usa a temperaturas de funcionamiento más altas.
Sin embargo, no es tan duradero como el PCB o el FR-4 y puede dañarse con la humedad.
Al elegir el material adecuado para su resistencia de alto voltaje, debe tomar nota del voltaje de funcionamiento y la temperatura de funcionamiento del material.
Paso 3: Calcular la capacitancia y la ESR
Las resistencias tienen una cierta cantidad de capacitancia, lo que afecta su frecuencia e impedancia.
El valor ESR (resistencia en serie equivalente) es la resistencia equivalente de la capacitancia y es bastante importante, ya que representa el componente de CC de la impedancia.
La capacitancia se mide en picofaradios (pF) o milifaradios (mF).
En la mayoría de los casos, la tolerancia del 1% del capacitor es más que suficiente para una resistencia de alto voltaje.
La ESR es la resistencia equivalente de la capacitancia y es bastante importante, ya que representa el componente de CC de la impedancia.
Paso 4: agregue partes para crear una plantilla de tablero esquemático
Una vez que haya identificado los componentes, calculado sus valores y elegido un material para su resistencia de alto voltaje, es hora de juntarlos en una plantilla de placa esquemática.
La plantilla de placa esquemática es un diseño estándar de placas de prueba sin soldadura que se utilizan para diseñar circuitos electrónicos.
El diseño debe tener una columna de componentes a la izquierda y una columna de rieles de alimentación a la derecha.
Hay algunas cosas a tener en cuenta al diseñar una plantilla de tablero esquemático.
Primero, debe asegurarse de que los componentes estén colocados correctamente y dentro del espacio recomendado para los rieles de alimentación.
En segundo lugar, debe asegurarse de que los componentes estén alimentados con voltajes más bajos.
Por último, debe asegurarse de que el circuito esté protegido de los altos voltajes que puedan estar presentes.