Korkeajännitteisiä vastuksia käytetään lääketieteellisissä laitteissa pitämään sähkövirrat ennalta asetettujen rajojen sisällä.
Käytetty korkea jännite tarkoittaa, että pienemmällä määrällä vastuksia voidaan käyttää halutun lähtövirran saavuttamiseksi.
Näiden vastusten on kestettävä vuosikymmenten käyttöä, joten ne on rakennettu vähemmällä materiaalilla ja alhaisemmat valmistuskustannukset huomioidaan niiden suunnittelussa.
Suurin osa lääkinnällisistä laitteista ei toimi kovin korkeilla jännitteillä (noin 1-2 V).
Joitakin poikkeuksia kuitenkin on.
Paljon implantoitavat diagnostiset laitteet (IDD:t) toimivat 5-20 V jännitteellä, ja myös toimintataajuus on tyypillisesti yleistä aluetta korkeampi.
Tämä tarkoittaa, että kustannusnäkökohdat tulevat entistä tärkeämmiksi suunnitellessa korkeajännitevastusta lääkinnällisiin laitteisiin.
Alla selitämme, kuinka voit rakentaa edullisen ratkaisun suurjännitevastukset turvallisuudesta tai luotettavuudesta tinkimättä.
Mihin vastusta käytetään lääkinnällisissä laitteissa?
Korkeajännitteisiä vastuksia käytetään lääketieteellisissä laitteissa pitämään sähkövirrat ennalta asetettujen rajojen sisällä.
Käytetty korkea jännite tarkoittaa, että pienemmällä määrällä vastuksia voidaan käyttää halutun lähtövirran saavuttamiseksi.
Näiden vastusten on kestettävä vuosikymmenten käyttöä, joten ne on rakennettu vähemmällä materiaalilla ja alhaisemmat valmistuskustannukset huomioidaan niiden suunnittelussa.
Suurin osa lääkinnällisistä laitteista ei toimi kovin korkeilla jännitteillä (noin 1-2 V).
Joitakin poikkeuksia kuitenkin on.
Monet implantoitavat diagnostiset laitteet (IDD) toimivat 5-20 V jännitteellä, ja myös toimintataajuus on tyypillisesti yleistä aluetta korkeampi.
Tämä tarkoittaa, että kustannusnäkökohdat tulevat entistä tärkeämmiksi suunnitellessa korkeajännitevastusta lääkinnällisiin laitteisiin.
Alla selitämme, kuinka voit rakentaa edullisen ratkaisun suurjännitevastuksille vaarantamatta turvallisuutta tai luotettavuutta.
Mitä etsiä korkeajännitevastuksessa
Alhaiset kustannukset – Korkeat jännitteet tarkoittavat, että vaaditaan paljon enemmän vastuksia halutun lähtövirran saavuttamiseksi.
Jos laitteessa on korkeat käyttöjännitteet, vastusten kustannukset ovat myös korkeammat.
Valmistuksen helppous – Korkeajännitevastukset ovat tyypillisesti halkaisijaltaan alle 1 mm ja pituudeltaan pidempiä.
Ne ovat tyypillisesti myös FR-4- tai FR-5-piirilevymateriaalia, jonka kanssa on helpompi työskennellä kuin kalliimman FR-32:n kanssa.
Laadukkaampi rakenne on tärkeää, jotta vastukset kestävät vuosikymmeniä.
Jotkut valmistajat käyttävät tinattuja teloja, kun taas toiset käyttävät tinattuja johtoja.
Laadukkaammissa vastuksissa on hopeoidut raidat ja johdot.
Takaisin-EMF-toleranssi – Kun vastukset pidentyvät, langan vastus pienenee.
Myös vastuksen taka-EMF (sähkömotorinen voima) voi kasvaa virran lisääntyessä.
Näiden muutosten huomioon ottamiseksi vaaditaan siksi vastuksen arvon resoluution toleranssi.
Esimerkiksi vastus, jonka arvo vaihtelee 5 % (esim. 9.9 ohmia 10.0 ohmin sijaan), on hyväksyttävä.
Korkea luotettavuus – Korkeajännitevastukset toimivat yleensä -15 ºC - 85 ºC lämpötiloissa.
Ensimmäinen on liian kylmä välttääkseen ongelmia, kuten vastusten vääntymistä, kun taas jälkimmäinen on liian kuuma luotettavuusongelmien välttämiseksi.
Siksi tarvitaan korkeampi käyttölämpötila-alue luotettavuusongelmien välttämiseksi.
Vaihe 1: Tunnista tarve
Ensimmäinen askel korkeajännitevastuksen suunnittelussa on tunnistaa tuotteen käyttöjännite ja käyttötaajuus.
Saatat esimerkiksi tarvita vastuksen, jonka nimellisjännite on enintään 5 V ja joka toimii taajuudella 1 kHz - 10 kHz.
Seuraavaksi sinun on löydettävä tarpeisiisi sopivat komponentit.
Suosittu valinta on keraaminen erikoisvastus (CSR).
CSR:ää käytetään yleisimmin suuritehoisissa sovelluksissa sen korkealaatuisen rakenteen, korkean luotettavuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi.
Toinen suosittu valinta on FR-4 PCB-materiaali sen kustannustehokkuuden ja helpon valmistuksen vuoksi.
CSR:n ja PCB:n läheinen kilpailija on FR-5-materiaali.
Kuten piirilevy, myös FR-5-materiaali on suhteellisen halpaa.
CSR:llä ja PCB:llä on kuitenkin se etu, että ne kestävät korkeita jännitteitä ja korkeita lämpötiloja.
FR-5-materiaalista sen sijaan puuttuu piirilevyn vastustuskyky suurille jännitteille, joten se ei ole yhtä luotettava joissakin sovelluksissa.
Vaihe 2: Valitse oikea materiaali
Kun valitset oikeaa materiaalia korkeajännitevastuksellesi, sinun on otettava huomioon käyttöjännite ja materiaalin käyttölämpötila.
Esimerkiksi PCB-materiaalia käytetään yleisimmin alle -20 ºC lämpötiloissa.
CSR:llä ja PCB:llä on se etu, että ne kestävät korkeita jännitteitä ja korkeita lämpötiloja.
Suhteellisen uusi materiaali on FR-5-polymeeri, jossa on metalliydin.
Polymeeri on halvempaa kuin PCB- ja FR-5-PCB-materiaalit ja sitä käytetään usein korkeammissa käyttölämpötiloissa.
Se ei kuitenkaan ole yhtä kestävä kuin PCB tai FR-4, ja kosteus voi vaurioittaa sitä.
Kun valitset oikeaa materiaalia korkeajännitevastuksellesi, sinun on otettava huomioon käyttöjännite ja materiaalin käyttölämpötila.
Vaihe 3: Laske kapasitanssi ja ESR
Vastuksilla on tietty määrä kapasitanssia, mikä vaikuttaa niiden taajuuteen ja impedanssiin.
ESR-arvo (Equivalent Series Resistance) on kapasitanssin ekvivalenttiresistanssi ja on varsin tärkeä, koska se vastaa impedanssin tasavirtakomponenttia.
Kapasitanssi mitataan pikofaradeina (pF) tai millifaradeina (mF).
Useimmissa tapauksissa kondensaattorin 1 % toleranssi on enemmän kuin tarpeeksi korkeajännitevastukselle.
ESR on kapasitanssin vastaava resistanssi ja se on varsin tärkeä, koska se vastaa impedanssin tasavirtakomponenttia.
Vaihe 4: Lisää osia luodaksesi kaavamainen taulumalli
Kun olet tunnistanut komponentit, laskenut niiden arvot ja valinnut materiaalin suurjännitevastuksellesi, on aika koota ne kaaviomaiseen korttimalliin.
Kaavamainen piirilevymalli on standardiasetelma juottamattomista leipälevyistä, joita käytetään elektroniikkapiirien suunnitteluun.
Asettelussa tulisi olla komponenttisarake vasemmalla ja tehokiskojen sarake oikealla.
On muutamia asioita, jotka on pidettävä mielessä suunniteltaessa kaavamaista levymallia.
Ensinnäkin sinun on varmistettava, että komponentit on sijoitettu oikein ja että ne ovat tehokiskojen suositellun jalanjäljen sisällä.
Toiseksi sinun on varmistettava, että komponentit saavat virtaa pienemmillä jännitteillä.
Lopuksi sinun on varmistettava, että piiri on suojattu mahdollisilta korkeilta jännitteiltä.