مقاومت های ولتاژ بالا در دستگاه های پزشکی برای حفظ جریان های الکتریکی در محدوده های از پیش تعیین شده استفاده می شود.
ولتاژ بالا استفاده شده به این معنی است که می توان از تعداد کمتری مقاومت برای دستیابی به جریان خروجی مطلوب استفاده کرد.
این مقاومت ها باید بتوانند چندین دهه استفاده را تحمل کنند، بنابراین با مواد کمتری ساخته می شوند و هزینه های ساخت کمتری در طراحی آنها لحاظ می شود.
اکثر دستگاه های پزشکی در ولتاژهای بسیار بالا (حدود 1-2 ولت) کار نمی کنند.
با این حال، چند استثنا وجود دارد.
بسیاری دستگاه های تشخیصی قابل کاشت (IDD ها) در ولتاژ 5-20 ولت کار می کنند و فرکانس کاری معمولاً بالاتر از محدوده عمومی است.
این بدان معنی است که ملاحظات هزینه هنگام طراحی یک مقاومت ولتاژ بالا برای تجهیزات پزشکی اهمیت بیشتری پیدا می کند.
در زیر توضیح خواهیم داد که چگونه می توانید یک راه حل کم هزینه برای آن بسازید مقاومت های ولتاژ بالا بدون به خطر انداختن ایمنی یا قابلیت اطمینان
مقاومت برای چه مواردی در تجهیزات پزشکی استفاده می شود؟
مقاومت های ولتاژ بالا در دستگاه های پزشکی برای حفظ جریان های الکتریکی در محدوده های از پیش تعیین شده استفاده می شود.
ولتاژ بالا استفاده شده به این معنی است که می توان از تعداد کمتری مقاومت برای دستیابی به جریان خروجی مطلوب استفاده کرد.
این مقاومت ها باید بتوانند چندین دهه استفاده را تحمل کنند، بنابراین با مواد کمتری ساخته می شوند و هزینه های ساخت کمتری در طراحی آنها لحاظ می شود.
اکثر دستگاه های پزشکی در ولتاژهای بسیار بالا (حدود 1-2 ولت) کار نمی کنند.
با این حال، چند استثنا وجود دارد.
بسیاری از دستگاه های تشخیصی قابل کاشت (IDD) در ولتاژ 5-20 ولت کار می کنند و فرکانس کاری معمولاً بالاتر از محدوده عمومی است.
این بدان معنی است که ملاحظات هزینه هنگام طراحی یک مقاومت ولتاژ بالا برای تجهیزات پزشکی اهمیت بیشتری پیدا می کند.
در زیر توضیح خواهیم داد که چگونه می توانید یک راه حل کم هزینه برای مقاومت های ولتاژ بالا بدون به خطر انداختن ایمنی یا قابلیت اطمینان بسازید.
در یک مقاومت ولتاژ بالا به دنبال چه چیزی باشید
هزینه کم - ولتاژهای بالا به این معنی است که برای دستیابی به جریان خروجی مورد نظر به مقاومت های بسیار بیشتری نیاز است.
اگر دستگاهی دارای ولتاژهای عملیاتی بالایی باشد، هزینه مقاومت ها نیز بالاتر خواهد رفت.
سهولت ساخت - مقاومت های ولتاژ بالا معمولاً کمتر از 1 میلی متر قطر و طول بیشتری دارند.
آنها معمولاً همچنین از مواد تخته مدار چاپی FR-4 یا FR-5 (PCB) هستند که کار کردن با آنها راحت تر از FR-32 گران تر است.
ساخت و ساز با کیفیت بالاتر برای اطمینان از دوام مقاومت برای چندین دهه مهم است.
برخی از تولیدکنندگان از مسیرهای قلع اندود استفاده می کنند در حالی که برخی دیگر از سرب های قلع اندود استفاده می کنند.
مقاومت های با کیفیت بالاتر دارای مسیرها و سرب های نقره اندود شده اند.
تحمل Back-EMF - با طولانی شدن مقاومت ها، مقاومت سیم کاهش می یابد.
EMF (نیروی محرکه الکتریکی) مقاومت نیز می تواند به دلیل افزایش جریان جریان افزایش یابد.
بنابراین برای در نظر گرفتن این تغییرات یک تلورانس در وضوح مقدار مقاومت لازم است.
به عنوان مثال، مقاومتی با 5% تغییر در مقدار (مثلاً 9.9 اهم به جای 10.0 اهم) قابل قبول است.
قابلیت اطمینان بالا - مقاومت های ولتاژ بالا معمولاً در دمای -15 درجه سانتیگراد تا 85 درجه سانتیگراد کار می کنند.
اولی برای جلوگیری از مشکلاتی مانند تاب برداشتن مقاومت ها بسیار سرد است، در حالی که دومی برای جلوگیری از مشکلات قابلیت اطمینان بسیار گرم است.
بنابراین، برای جلوگیری از مشکلات قابلیت اطمینان، محدوده دمای عملیاتی بالاتر مورد نیاز است.
مرحله 1: نیاز را شناسایی کنید
اولین قدم در طراحی یک مقاومت ولتاژ بالا، شناسایی ولتاژ کاری و فرکانس کاری محصول است.
برای مثال، ممکن است به مقاومتی نیاز داشته باشید که حداکثر ولتاژ آن 5 ولت باشد و در فرکانس بین 1 کیلوهرتز و 10 کیلوهرتز کار کند.
در مرحله بعد، شما باید اجزای مناسب را برای رفع نیازهای خود پیدا کنید.
یک انتخاب محبوب مقاومت سرامیکی تخصصی (CSR) است.
CSR به دلیل ساخت و ساز با کیفیت بالا، قابلیت اطمینان بالا و هزینه کم، بیشتر برای کاربردهای توان بالا استفاده می شود.
یکی دیگر از گزینه های محبوب مواد مدار چاپی FR-4 به دلیل مقرون به صرفه بودن و سهولت ساخت آن است.
یک رقیب نزدیک برای CSR و PCB مواد FR-5 است.
مانند PCB، مواد FR-5 نسبتا ارزان است.
با این حال، CSR و PCB این مزیت را دارند که به ترتیب قادر به مقاومت در برابر ولتاژ بالا و دمای بالا هستند.
از طرف دیگر، ماده FR-5 فاقد مقاومت PCB در برابر ولتاژهای بالا است و بنابراین در برخی از کاربردها به آن اندازه قابل اعتماد نیست.
مرحله 2: مواد مناسب را انتخاب کنید
هنگام انتخاب ماده مناسب برای مقاومت ولتاژ بالا، باید به ولتاژ کار و دمای کار مواد توجه داشته باشید.
به عنوان مثال، مواد PCB معمولاً در دمای کمتر از -20 درجه سانتیگراد استفاده می شود.
CSR و PCB این مزیت را دارند که به ترتیب قادر به مقاومت در برابر ولتاژ بالا و دمای بالا هستند.
یک نوع نسبتاً جدید از مواد، پلیمر FR-5 با هسته فلزی است.
این پلیمر ارزان تر از مواد PCB و FR-5 PCB است و اغلب در دمای عملیاتی بالاتر استفاده می شود.
با این حال، به اندازه PCB یا FR-4 بادوام نیست و ممکن است در اثر رطوبت آسیب ببیند.
هنگام انتخاب ماده مناسب برای مقاومت ولتاژ بالا، باید به ولتاژ کار و دمای کار مواد توجه داشته باشید.
مرحله 3: محاسبه ظرفیت خازنی و ESR
مقاومت ها مقدار خاصی از ظرفیت دارند که بر فرکانس و امپدانس آنها تأثیر می گذارد.
مقدار ESR (مقاومت سری معادل) مقاومت معادل ظرفیت خازن است و بسیار مهم است، زیرا جزء DC امپدانس را به حساب می آورد.
ظرفیت خازنی بر حسب پیکوفاراد (pF) یا میلی فاراد (mF) اندازه گیری می شود.
در بیشتر موارد، تحمل 1% خازن برای مقاومت ولتاژ بالا بیش از اندازه کافی است.
ESR مقاومت معادل ظرفیت خازن است و بسیار مهم است، زیرا جزء DC امپدانس را به حساب می آورد.
مرحله 4: اضافه کردن قطعات برای ایجاد یک قالب تابلوی شماتیک
هنگامی که اجزاء را شناسایی کردید، مقادیر آنها را محاسبه کردید و ماده ای را برای مقاومت ولتاژ بالا خود انتخاب کردید، وقت آن است که آنها را روی یک الگوی تابلوی شماتیک کنار هم قرار دهید.
قالب برد شماتیک یک طرح استاندارد از تخته های بدون لحیم کاری است که برای طراحی مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.
طرح باید دارای ستونی از اجزاء در سمت چپ و ستونی از ریل های برق در سمت راست باشد.
هنگام طراحی قالب تابلوی شماتیک باید به چند نکته توجه داشت.
ابتدا باید مطمئن شوید که قطعات به درستی قرار گرفته اند و در محدوده توصیه شده ریل های برق قرار دارند.
دوم، باید مطمئن شوید که قطعات با ولتاژ کمتری تغذیه می شوند.
در نهایت، باید مطمئن شوید که مدار از هرگونه ولتاژ بالایی که ممکن است وجود داشته باشد محافظت شود.