Les résistances haute tension sont utilisées dans les dispositifs médicaux pour maintenir les courants électriques dans des plages prédéfinies.
La haute tension utilisée signifie qu'un plus petit nombre de résistances peut être utilisé pour obtenir le courant de sortie souhaité.
Ces résistances doivent pouvoir résister à des décennies d'utilisation, elles sont donc construites avec moins de matériaux et des coûts de fabrication inférieurs sont pris en compte dans leur conception.
La majorité des dispositifs médicaux ne fonctionnent pas à des tensions très élevées (environ 1-2V).
Cependant, il y a certaines exceptions.
Merci beaucoup dispositifs de diagnostic implantables (IDD) fonctionnent à 5-20 V, et la fréquence de fonctionnement est également généralement supérieure à la plage générale.
Cela signifie que les considérations de coût deviennent plus importantes lors de la conception d'une résistance haute tension pour les dispositifs médicaux.
Ci-dessous, nous vous expliquerons comment vous pouvez créer une solution à faible coût pour résistances haute tension sans compromettre la sécurité ou la fiabilité.
À quoi sert une résistance dans les dispositifs médicaux ?
Les résistances haute tension sont utilisées dans les dispositifs médicaux pour maintenir les courants électriques dans des plages prédéfinies.
La haute tension utilisée signifie qu'un plus petit nombre de résistances peut être utilisé pour obtenir le courant de sortie souhaité.
Ces résistances doivent pouvoir résister à des décennies d'utilisation, elles sont donc construites avec moins de matériaux et des coûts de fabrication inférieurs sont pris en compte dans leur conception.
La majorité des dispositifs médicaux ne fonctionnent pas à des tensions très élevées (environ 1-2V).
Cependant, il y a certaines exceptions.
De nombreux dispositifs de diagnostic implantables (IDD) fonctionnent à 5-20 V, et la fréquence de fonctionnement est également généralement supérieure à la plage générale.
Cela signifie que les considérations de coût deviennent plus importantes lors de la conception d'une résistance haute tension pour les dispositifs médicaux.
Ci-dessous, nous expliquerons comment vous pouvez construire une solution peu coûteuse pour les résistances haute tension sans compromettre la sécurité ou la fiabilité.
Que rechercher dans une résistance haute tension
Faible coût - Les tensions élevées signifient que beaucoup plus de résistances sont nécessaires pour atteindre le courant de sortie souhaité.
Si un appareil a des tensions de fonctionnement élevées, le coût des résistances sera également plus élevé.
Facilité de fabrication - Les résistances haute tension ont généralement un diamètre inférieur à 1 mm et des longueurs plus longues.
Ils sont généralement également en matériau de carte de circuit imprimé (PCB) FR-4 ou FR-5, qui est plus facile à travailler que le FR-32 plus cher.
Une construction de qualité supérieure est importante pour garantir que les résistances durent des décennies.
Certains fabricants utilisent des pistes étamées tandis que d'autres utilisent des fils étamés.
Les résistances de qualité supérieure ont des pistes et des fils plaqués argent.
Tolérance Back-EMF - À mesure que les résistances s'allongent, la résistance du fil diminue.
La contre-EMF (force électromotrice) de la résistance peut également augmenter en raison de l'augmentation du flux de courant.
Une tolérance sur la résolution de la valeur de la résistance est donc nécessaire pour tenir compte de ces changements.
Par exemple, une résistance avec une variation de valeur de 5 % (par exemple, 9.9 ohms au lieu de 10.0 ohms) est acceptable.
Haute fiabilité - Les résistances haute tension fonctionnent généralement à des températures de -15 ºC à 85 ºC.
Le premier est trop froid pour éviter des problèmes tels que la déformation des résistances, tandis que le second est trop chaud pour éviter les problèmes de fiabilité.
Une plage de température de fonctionnement plus élevée est donc nécessaire pour éviter les problèmes de fiabilité.
Étape 1 : Identifier le besoin
La première étape lors de la conception d'une résistance haute tension consiste à identifier la tension de fonctionnement et la fréquence de fonctionnement du produit.
Par exemple, vous pourriez avoir besoin d'une résistance conçue pour un maximum de 5 V et fonctionnant à une fréquence comprise entre 1 kHz et 10 kHz.
Ensuite, vous devez trouver les bons composants pour répondre à vos besoins.
Un choix populaire est la résistance spéciale en céramique (CSR).
Le CSR est le plus couramment utilisé pour les applications à haute puissance en raison de sa construction de haute qualité, de sa grande fiabilité et de son faible coût.
Un autre choix populaire est le matériau PCB FR-4 en raison de sa rentabilité et de sa facilité de fabrication.
Un concurrent proche du CSR et du PCB est le matériau FR-5.
Comme le PCB, le matériau FR-5 est relativement bon marché.
Cependant, le CSR et le PCB ont l'avantage de pouvoir supporter respectivement des tensions élevées et des températures élevées.
Le matériau FR-5, en revanche, n'a pas la résistance du PCB aux hautes tensions et n'est donc pas aussi fiable dans certaines applications.
Étape 2 : Choisissez le bon matériau
Lorsque vous choisissez le bon matériau pour votre résistance haute tension, vous devez prendre note de la tension de fonctionnement et de la température de fonctionnement du matériau.
Par exemple, le matériau PCB est le plus souvent utilisé à des températures inférieures à -20 °C.
Le CSR et le PCB ont l'avantage de pouvoir supporter respectivement des tensions élevées et des températures élevées.
Un type de matériau relativement nouveau est le polymère FR-5 avec un noyau métallique.
Le polymère est moins cher que les matériaux PCB et FR-5 PCB et est souvent utilisé à des températures de fonctionnement plus élevées.
Cependant, il n'est pas aussi durable que le PCB ou le FR-4 et peut être endommagé par l'humidité.
Lorsque vous choisissez le bon matériau pour votre résistance haute tension, vous devez prendre note de la tension de fonctionnement et de la température de fonctionnement du matériau.
Étape 3 : Calculer la capacité et l'ESR
Les résistances ont une certaine capacité, qui affecte leur fréquence et leur impédance.
La valeur ESR (Equivalent Series Resistance) est la résistance équivalente de la capacité et est assez importante, car elle tient compte de la composante continue de l'impédance.
La capacité est mesurée en picofarads (pF) ou en millifarads (mF).
Dans la plupart des cas, la tolérance de 1% du condensateur est plus que suffisante pour une résistance haute tension.
L'ESR est la résistance équivalente de la capacité et est assez importante, car elle représente la composante continue de l'impédance.
Étape 4 : Ajouter des pièces pour créer un modèle de carte schématique
Une fois que vous avez identifié les composants, calculé leurs valeurs et choisi un matériau pour votre résistance haute tension, il est temps de les assembler sur un modèle de carte schématique.
Le modèle de carte schématique est une disposition standard de planches à pain sans soudure utilisées pour concevoir des circuits électroniques.
La mise en page doit avoir une colonne de composants sur la gauche et une colonne de rails d'alimentation sur la droite.
Il y a quelques points à garder à l'esprit lors de la conception d'un modèle de carte schématique.
Tout d'abord, vous devez vous assurer que les composants sont correctement placés et respectent l'encombrement recommandé des rails d'alimentation.
Deuxièmement, vous devez vous assurer que les composants sont alimentés avec des tensions plus basses.
Enfin, vous devez vous assurer que le circuit est protégé contre les hautes tensions qui pourraient être présentes.