高電圧抵抗器は、医療機器で電流を設定範囲内に保つために使用されます。
使用する電圧が高いということは、必要な出力電流を得るために使用できる抵抗の数を少なくできることを意味します。
これらの抵抗器は、何十年にもわたる使用に耐えることができる必要があるため、より少ない材料で製造され、製造コストを下げることが設計に組み込まれています。
大部分の医療機器は、非常に高い電圧 (約 1 ～ 2V) では動作しません。
ただし、一部例外もあります。
その他にもたくさんのグーグルの 埋め込み型診断装置 (IDD) は 5 ～ 20 V で動作し、動作周波数は通常、一般的な範囲よりも高くなります。
これは、医療機器用の高電圧抵抗器を設計する際に、コストに関する考慮事項がより重要になることを意味します。
以下では、低コストのソリューションを構築する方法について説明します。 高電圧抵抗器 安全性や信頼性を損なうことなく。
医療機器で使用される抵抗器とは何ですか?
高電圧抵抗器は、医療機器で電流を設定範囲内に保つために使用されます。
使用する電圧が高いということは、必要な出力電流を得るために使用できる抵抗の数を少なくできることを意味します。
これらの抵抗器は、何十年にもわたる使用に耐えることができる必要があるため、より少ない材料で製造され、製造コストを下げることが設計に組み込まれています。
大部分の医療機器は、非常に高い電圧 (約 1 ～ 2V) では動作しません。
ただし、一部例外もあります。
多くの植込み型診断装置 (IDD) は 5 ～ 20 V で動作し、動作周波数も一般的な範囲より高いのが一般的です。
これは、医療機器用の高電圧抵抗器を設計する際に、コストに関する考慮事項がより重要になることを意味します。
以下では、安全性や信頼性を損なうことなく、高電圧抵抗器用の低コスト ソリューションを構築する方法について説明します。
高電圧抵抗器に求めるもの
低コスト – 電圧が高いということは、目的の出力電流を得るために、より多くの抵抗が必要になることを意味します。
デバイスの動作電圧が高い場合、抵抗器のコストも高くなります。
製造の容易さ – 高電圧抵抗器は通常、直径が 1mm 未満で、長さがより長いです。
それらは通常、FR-4 または FR-5 プリント回路基板 (PCB) 材料でもあり、より高価な FR-32 よりも取り扱いが簡単です。
抵抗器を何十年も長持ちさせるには、高品質の構造が重要です。
スズメッキのトラックを使用するメーカーもあれば、スズメッキのリードを使用するメーカーもあります。
高品質の抵抗器には、銀メッキのトラックとリードがあります。
逆起電力耐性 – 抵抗が長くなると、ワイヤの抵抗が減少します。
抵抗器の逆起電力 (起電力) も、電流の流れの増加により増加する可能性があります。
したがって、これらの変化を考慮するには、抵抗値の分解能の許容誤差が必要です。
たとえば、値が 5% 変動する抵抗 (たとえば、9.9 オームではなく 10.0 オーム) は許容されます。
高い信頼性 – 高電圧抵抗器は通常、-15ºC ～ 85ºC の温度で動作します。
前者は抵抗器のゆがみなどの問題を回避するには寒すぎますが、後者は信頼性の問題を回避するには暑すぎます。
したがって、信頼性の問題を回避するには、より高い動作温度範囲が必要です。
ステップ 1: ニーズを特定する
高電圧抵抗器を設計する際の最初のステップは、製品の動作電圧と動作周波数を特定することです。
たとえば、定格が最大 5V で、1kHz ～ 10kHz の周波数で動作する抵抗が必要な場合があります。
次に、ニーズを満たす適切なコンポーネントを見つける必要があります。
一般的な選択肢は、セラミック特殊抵抗器 (CSR) です。
CSR は、高品質の構造、高い信頼性、および低コストのため、大電力アプリケーションに最も一般的に使用されます。
もう 4 つの一般的な選択肢は、コスト効率と製造の容易さから、FR-XNUMX PCB 材料です。
CSR および PCB に近い競合相手は FR-5 材料です。
PCB と同様に、FR-5 の材料は比較的安価です。
ただし、CSR と PCB には、それぞれ高電圧と高温に耐えることができるという利点があります。
一方、FR-5 材料は高電圧に対する PCB の耐性に欠けているため、一部のアプリケーションでは信頼性が低くなります。
ステップ 2: 適切な素材を選択する
高電圧抵抗器に適した材料を選択するときは、動作電圧と材料の動作温度に注意する必要があります。
たとえば、PCB 材料は -20ºC 未満の温度で最も一般的に使用されます。
CSR と PCB は、それぞれ高電圧と高温に耐えることができるという利点があります。
比較的新しいタイプの材料は、金属コアを備えた FR-5 ポリマーです。
このポリマーは、PCB および FR-5 PCB 材料よりも安価であり、多くの場合、より高い動作温度で使用されます。
ただし、PCB や FR-4 ほど耐久性がなく、湿気によって損傷する可能性があります。
高電圧抵抗器に適した材料を選択するときは、動作電圧と材料の動作温度に注意する必要があります。
ステップ 3: 静電容量と ESR を計算する
抵抗器には一定量の静電容量があり、周波数とインピーダンスに影響します。
ESR (Equivalent Series Resistance) 値は静電容量の等価抵抗であり、インピーダンスの DC 成分を考慮しているため、非常に重要です。
静電容量は、ピコファラッド (pF) またはミリファラッド (mF) で測定されます。
ほとんどの場合、コンデンサの 1% の許容誤差は、高電圧抵抗には十分すぎるほどです。
ESR はキャパシタンスの等価抵抗であり、インピーダンスの DC 成分を説明するため、非常に重要です。
ステップ 4: パーツを追加して回路図ボード テンプレートを作成する
コンポーネントを特定し、それらの値を計算し、高電圧抵抗の材料を選択したら、それらを回路図ボード テンプレートにまとめます。
回路図ボード テンプレートは、電子回路の設計に使用される無はんだブレッドボードの標準レイアウトです。
レイアウトには、左側にコンポーネントの列、右側に電源レールの列が必要です。
回路図ボード テンプレートを設計する際に留意すべき点がいくつかあります。
まず、コンポーネントが適切に配置され、電源レールの推奨フットプリント内にあることを確認する必要があります。
次に、コンポーネントに低電圧で電力が供給されていることを確認する必要があります。
最後に、回路が存在する可能性のある高電圧から保護されていることを確認する必要があります。