Resistor tegangan tinggi digunakan dalam perangkat medis untuk menjaga arus listrik dalam rentang yang telah ditentukan.
Tegangan tinggi yang digunakan berarti bahwa jumlah resistor yang lebih kecil dapat digunakan untuk mencapai arus keluaran yang diinginkan.
Resistor ini harus mampu bertahan selama beberapa dekade penggunaan, sehingga dibuat dengan bahan yang lebih sedikit dan biaya produksi yang lebih rendah diperhitungkan dalam desainnya.
Sebagian besar perangkat medis tidak beroperasi pada tegangan yang sangat tinggi (sekitar 1-2V).
Namun, ada beberapa pengecualian.
Banyak perangkat diagnostik implan (IDD) beroperasi pada 5-20V, dan frekuensi operasi biasanya juga lebih tinggi dari kisaran umum.
Ini berarti pertimbangan biaya menjadi lebih penting ketika merancang resistor tegangan tinggi untuk perangkat medis.
Di bawah ini kami akan menjelaskan bagaimana Anda dapat membuat solusi berbiaya rendah untuk resistor tegangan tinggi tanpa mengorbankan keamanan atau keandalan.
Untuk apa Resistor Digunakan dalam Alat Kesehatan?
Resistor tegangan tinggi digunakan dalam perangkat medis untuk menjaga arus listrik dalam rentang yang telah ditentukan.
Tegangan tinggi yang digunakan berarti bahwa jumlah resistor yang lebih kecil dapat digunakan untuk mencapai arus keluaran yang diinginkan.
Resistor ini harus mampu bertahan selama beberapa dekade penggunaan, sehingga dibuat dengan bahan yang lebih sedikit dan biaya produksi yang lebih rendah diperhitungkan dalam desainnya.
Sebagian besar perangkat medis tidak beroperasi pada tegangan yang sangat tinggi (sekitar 1-2V).
Namun, ada beberapa pengecualian.
Banyak perangkat diagnostik implan (IDD) beroperasi pada 5-20V, dan frekuensi pengoperasian biasanya juga lebih tinggi dari kisaran umum.
Ini berarti pertimbangan biaya menjadi lebih penting ketika merancang resistor tegangan tinggi untuk perangkat medis.
Di bawah ini kami akan menjelaskan bagaimana Anda dapat membangun solusi berbiaya rendah untuk resistor tegangan tinggi tanpa mengorbankan keamanan atau keandalan.
Apa yang Harus Diperhatikan dalam Resistor Tegangan Tinggi
Biaya rendah – Tegangan tinggi berarti lebih banyak resistor diperlukan untuk mencapai arus keluaran yang diinginkan.
Jika suatu perangkat memiliki voltase operasi yang tinggi, biaya resistor juga akan lebih tinggi.
Kemudahan fabrikasi – Resistor tegangan tinggi biasanya berdiameter di bawah 1mm dan lebih panjang.
Mereka biasanya juga bahan papan sirkuit cetak (PCB) FR-4 atau FR-5, yang lebih mudah untuk dikerjakan daripada FR-32 yang lebih mahal.
Konstruksi berkualitas tinggi penting untuk memastikan resistor bertahan selama beberapa dekade.
Beberapa pabrikan menggunakan trek berlapis timah sementara yang lain menggunakan timah berlapis timah.
Resistor berkualitas lebih tinggi memiliki track dan lead berlapis perak.
Toleransi Back-EMF – Saat resistor bertambah panjang, resistansi kabel berkurang.
Back-EMF (gaya gerak listrik) resistor juga dapat meningkat karena meningkatnya aliran arus.
Oleh karena itu, toleransi pada resolusi nilai resistor diperlukan untuk memperhitungkan perubahan ini.
Sebagai contoh, sebuah resistor dengan variasi nilai 5% (misalnya, 9.9 ohm bukannya 10.0 ohm) dapat diterima.
Keandalan tinggi – Resistor tegangan tinggi biasanya beroperasi pada suhu -15ºC hingga 85ºC.
Yang pertama terlalu dingin untuk menghindari masalah seperti membengkokkan resistor, sedangkan yang terakhir terlalu panas untuk menghindari masalah keandalan.
Oleh karena itu, kisaran suhu pengoperasian yang lebih tinggi diperlukan untuk menghindari masalah keandalan.
Langkah 1: Identifikasi Kebutuhan
Langkah pertama saat mendesain resistor tegangan tinggi adalah mengidentifikasi tegangan operasi dan frekuensi operasi produk.
Misalnya, Anda mungkin memerlukan resistor dengan nilai maksimum 5V dan beroperasi pada frekuensi antara 1kHz dan 10kHz.
Selanjutnya, Anda perlu menemukan komponen yang tepat untuk memenuhi kebutuhan Anda.
Pilihan yang populer adalah resistor khusus keramik (CSR).
CSR paling sering digunakan untuk aplikasi daya tinggi karena konstruksi berkualitas tinggi, keandalan tinggi, dan biaya rendah.
Pilihan populer lainnya adalah bahan PCB FR-4 karena efektivitas biaya dan kemudahan fabrikasi.
Pesaing dekat CSR dan PCB adalah bahan FR-5.
Seperti PCB, bahan FR-5 relatif murah.
Namun, CSR dan PCB masing-masing memiliki keuntungan karena mampu menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi.
Bahan FR-5, di sisi lain, tidak memiliki ketahanan PCB terhadap tegangan tinggi dan karenanya tidak dapat diandalkan dalam beberapa aplikasi.
Langkah 2: Pilih Bahan yang Tepat
Saat memilih bahan yang tepat untuk resistor tegangan tinggi Anda, Anda perlu memperhatikan voltase pengoperasian dan suhu pengoperasian material.
Misalnya, bahan PCB paling umum digunakan pada suhu di bawah -20ºC.
CSR dan PCB memiliki keunggulan masing-masing mampu menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi.
Jenis bahan yang relatif baru adalah polimer FR-5 dengan inti logam.
Polimer lebih murah daripada bahan PCB dan PCB FR-5 dan sering digunakan pada suhu operasi yang lebih tinggi.
Namun, ini tidak tahan lama seperti PCB atau FR-4 dan dapat rusak karena kelembapan.
Saat memilih bahan yang tepat untuk resistor tegangan tinggi Anda, Anda perlu memperhatikan voltase pengoperasian dan suhu pengoperasian material.
Langkah 3: Hitung Kapasitansi dan ESR
Resistor memiliki sejumlah kapasitansi, yang memengaruhi frekuensi dan impedansinya.
Nilai ESR (Equivalent Series Resistance) adalah resistansi kapasitansi yang setara dan cukup penting, karena memperhitungkan komponen DC dari impedansi.
Kapasitansi diukur dalam picofarads (pF) atau millifarads (mF).
Dalam kebanyakan kasus, toleransi kapasitor 1% lebih dari cukup untuk resistor tegangan tinggi.
ESR adalah resistansi setara kapasitansi dan cukup penting, karena memperhitungkan komponen DC dari impedansi.
Langkah 4: Tambahkan Bagian untuk Membuat Template Papan Skema
Setelah Anda mengidentifikasi komponen, menghitung nilainya, dan memilih bahan untuk resistor tegangan tinggi Anda, saatnya untuk menggabungkannya pada template papan skematik.
Templat papan skematik adalah tata letak standar papan tempat memotong roti tanpa solder yang digunakan untuk merancang sirkuit elektronik.
Tata letak harus memiliki kolom komponen di sebelah kiri dan kolom rel listrik di sebelah kanan.
Ada beberapa hal yang perlu diingat saat merancang template papan skematik.
Pertama, Anda perlu memastikan bahwa komponen ditempatkan dengan benar dan berada dalam jangkauan rel daya yang direkomendasikan.
Kedua, Anda perlu memastikan bahwa komponen diberi daya dengan voltase yang lebih rendah.
Terakhir, Anda perlu memastikan bahwa sirkuit terlindung dari tegangan tinggi yang mungkin ada.