Visokonaponski otpornici koriste se u medicinskim uređajima za održavanje električne struje unutar unaprijed postavljenih raspona.
Korišteni visoki napon znači da se manji broj otpornika može koristiti za postizanje željene izlazne struje.
Ovi otpornici moraju biti u stanju izdržati desetljeća uporabe, tako da su izrađeni s manje materijala, a niži troškovi proizvodnje uključeni su u njihov dizajn.
Većina medicinskih uređaja ne radi na jako visokim naponima (oko 1-2 V).
Međutim, postoje neke iznimke.
Mnogi implantabilni dijagnostički uređaji (IDD) rade na 5-20 V, a radna frekvencija je također obično viša od općeg raspona.
To znači da razmatranje troškova postaje važnije pri projektiranju visokonaponskog otpornika za medicinske uređaje.
U nastavku ćemo objasniti kako možete izgraditi jeftino rješenje za visokonaponski otpornici bez ugrožavanja sigurnosti ili pouzdanosti.
Za što se koristi otpornik u medicinskim uređajima?
Visokonaponski otpornici koriste se u medicinskim uređajima za održavanje električne struje unutar unaprijed postavljenih raspona.
Korišteni visoki napon znači da se manji broj otpornika može koristiti za postizanje željene izlazne struje.
Ovi otpornici moraju biti u stanju izdržati desetljeća uporabe, tako da su izrađeni s manje materijala, a niži troškovi proizvodnje uključeni su u njihov dizajn.
Većina medicinskih uređaja ne radi na jako visokim naponima (oko 1-2 V).
Međutim, postoje neke iznimke.
Mnogi implantabilni dijagnostički uređaji (IDD) rade na 5-20 V, a radna frekvencija je obično viša od općeg raspona.
To znači da razmatranje troškova postaje važnije pri projektiranju visokonaponskog otpornika za medicinske uređaje.
U nastavku ćemo objasniti kako možete izgraditi jeftino rješenje za visokonaponske otpornike bez ugrožavanja sigurnosti ili pouzdanosti.
Što tražiti kod visokonaponskog otpornika
Niska cijena – Visoki naponi znače da je potrebno mnogo više otpornika za postizanje željene izlazne struje.
Ako uređaj ima visoke radne napone, cijena otpornika također će biti veća.
Jednostavnost izrade – visokonaponski otpornici obično su manjeg od 1 mm u promjeru i veće duljine.
Oni su obično također FR-4 ili FR-5 materijal za tiskane ploče (PCB), s kojim je lakše raditi nego sa skupljim FR-32.
Kvalitetnija konstrukcija važna je kako bi otpornici trajali desetljećima.
Neki proizvođači koriste pokositrene gusjenice, dok drugi koriste pokositrene vodove.
Kvalitetniji otpornici imaju posrebrene staze i izvode.
Tolerancija povratnog EMF-a – Kako otpornici postaju dulji, otpor žice se smanjuje.
Povratni EMF (elektromotorna sila) otpornika također se može povećati zbog povećanja protoka struje.
Stoga je potrebna tolerancija na rezoluciju vrijednosti otpornika kako bi se uzele u obzir te promjene.
Na primjer, prihvatljiv je otpornik s varijacijom vrijednosti od 5% (npr. 9.9 ohma umjesto 10.0 ohma).
Visoka pouzdanost – visokonaponski otpornici obično rade na temperaturama od -15ºC do 85ºC.
Prvi je prehladan da bi se izbjegli problemi kao što je krivljenje otpornika, dok je drugi prevruć da bi se izbjegli problemi s pouzdanošću.
Stoga je potreban viši raspon radne temperature kako bi se izbjegli problemi s pouzdanošću.
Korak 1: Prepoznajte potrebu
Prvi korak pri projektiranju visokonaponskog otpornika je određivanje radnog napona i radne frekvencije proizvoda.
Na primjer, možda ćete trebati otpornik koji je naznačen za najviše 5 V i radi na frekvenciji između 1 kHz i 10 kHz.
Zatim morate pronaći prave komponente koje će zadovoljiti vaše potrebe.
Popularan izbor je keramički specijalni otpornik (CSR).
CSR se najčešće koristi za aplikacije velike snage zbog svoje visokokvalitetne konstrukcije, visoke pouzdanosti i niske cijene.
Još jedan popularan izbor je FR-4 PCB materijal zbog svoje isplativosti i jednostavnosti izrade.
Bliski konkurent CSR-u i PCB-u je FR-5 materijal.
Kao i PCB, FR-5 materijal je relativno jeftin.
Međutim, CSR i PCB imaju prednost jer mogu izdržati visoke napone i visoke temperature.
Materijal FR-5, s druge strane, nema otpornost PCB-a na visoke napone i stoga nije tako pouzdan u nekim primjenama.
Korak 2: Odaberite pravi materijal
Prilikom odabira pravog materijala za vaš visokonaponski otpornik, morate voditi računa o radnom naponu i radnoj temperaturi materijala.
Na primjer, PCB materijal se najčešće koristi na temperaturama ispod -20ºC.
CSR i PCB imaju prednost jer mogu izdržati visoke napone i visoke temperature.
Relativno nova vrsta materijala je polimer FR-5 s metalnom jezgrom.
Polimer je jeftiniji od PCB i FR-5 PCB materijala i često se koristi na višim radnim temperaturama.
Međutim, nije tako izdržljiv kao PCB ili FR-4 i može ga oštetiti vlaga.
Prilikom odabira pravog materijala za vaš visokonaponski otpornik, morate voditi računa o radnom naponu i radnoj temperaturi materijala.
Korak 3: Izračunajte kapacitet i ESR
Otpornici imaju određenu količinu kapaciteta, što utječe na njihovu frekvenciju i impedanciju.
ESR (ekvivalentni serijski otpor) vrijednost je ekvivalentni otpor kapacitivnosti i vrlo je važan, budući da računa na istosmjernu komponentu impedancije.
Kapacitet se mjeri u pikofaradima (pF) ili milifaradima (mF).
U većini slučajeva, 1% tolerancije kondenzatora više je nego dovoljno za visokonaponski otpornik.
ESR je ekvivalentni otpor kapacitivnosti i vrlo je važan, budući da predstavlja istosmjernu komponentu impedancije.
Korak 4: Dodajte dijelove za izradu predloška ploče sheme
Nakon što ste identificirali komponente, izračunali njihove vrijednosti i odabrali materijal za svoj visokonaponski otpornik, vrijeme je da ih spojite na predložak ploče sa shemom.
Predložak shematske ploče standardni je izgled matičnih ploča bez lemljenja koje se koriste za projektiranje elektroničkih sklopova.
Izgled bi trebao imati stupac komponenti s lijeve strane i stupac električnih tračnica s desne strane.
Postoji nekoliko stvari koje treba imati na umu dok dizajnirate predložak shematske ploče.
Najprije se morate uvjeriti da su komponente pravilno postavljene i da su unutar preporučenog otiska tračnica za napajanje.
Drugo, morate osigurati da se komponente napajaju nižim naponima.
Na kraju, morate biti sigurni da je krug zaštićen od bilo kojeg visokog napona koji bi mogao biti prisutan.