Høyspentmotstander brukes i medisinsk utstyr for å holde elektriske strømmer innenfor forhåndsinnstilte områder.
Høyspenningen som brukes gjør at et mindre antall motstander kan brukes for å oppnå ønsket utgangsstrøm.
Disse motstandene må kunne tåle flere tiår med bruk, så de er bygget med mindre materiale og lavere produksjonskostnader er tatt med i designen.
Flertallet av medisinsk utstyr fungerer ikke ved veldig høye spenninger (rundt 1-2V).
Det er imidlertid noen unntak.
Mange implanterbare diagnostiske enheter (IDD-er) opererer ved 5-20V, og driftsfrekvensen er vanligvis også høyere enn det generelle området.
Dette betyr at kostnadshensyn blir viktigere når man designer en høyspentmotstand for medisinsk utstyr.
Nedenfor vil vi forklare hvordan du kan bygge en rimelig løsning for høyspenningsmotstander uten at det går på bekostning av sikkerhet eller pålitelighet.
Hva brukes en motstand til i medisinsk utstyr?
Høyspentmotstander brukes i medisinsk utstyr for å holde elektriske strømmer innenfor forhåndsinnstilte områder.
Høyspenningen som brukes gjør at et mindre antall motstander kan brukes for å oppnå ønsket utgangsstrøm.
Disse motstandene må kunne tåle flere tiår med bruk, så de er bygget med mindre materiale og lavere produksjonskostnader er tatt med i designen.
Flertallet av medisinsk utstyr fungerer ikke ved veldig høye spenninger (rundt 1-2V).
Det er imidlertid noen unntak.
Mange implanterbare diagnostiske enheter (IDDs) opererer ved 5-20V, og driftsfrekvensen er vanligvis også høyere enn det generelle området.
Dette betyr at kostnadshensyn blir viktigere når man designer en høyspentmotstand for medisinsk utstyr.
Nedenfor forklarer vi hvordan du kan bygge en rimelig løsning for høyspentmotstander uten å gå på akkord med sikkerhet eller pålitelighet.
Hva du skal se etter i en høyspenningsmotstand
Lave kostnader – Høye spenninger betyr at det kreves mye flere motstander for å oppnå ønsket utgangsstrøm.
Hvis en enhet har høye driftsspenninger, vil kostnadene for motstandene også bli høyere.
Enkel fabrikasjon – Høyspentmotstander er vanligvis under 1 mm i diameter og lengre lengder.
De er vanligvis også FR-4 eller FR-5 kretskortmateriale (PCB), som er lettere å jobbe med enn den dyrere FR-32.
Konstruksjon av høyere kvalitet er viktig for å sikre at motstandene varer i flere tiår.
Noen produsenter bruker tinnbelagte spor mens andre bruker tinnbelagte ledninger.
Motstander av høyere kvalitet har sølvbelagte spor og ledninger.
Tilbake-EMF-toleranse – Når motstandene blir lengre, reduseres ledningens motstand.
Motstandens bak-EMF (elektromotorisk kraft) kan også øke på grunn av økende strømflyt.
En toleranse på oppløsningen av motstandens verdi er derfor nødvendig for å ta hensyn til disse endringene.
For eksempel er en motstand med 5 % variasjon i verdi (f.eks. 9.9 ohm i stedet for 10.0 ohm) akseptabel.
Høy pålitelighet – Høyspenningsmotstander fungerer vanligvis ved temperaturer på -15ºC til 85ºC.
Førstnevnte er for kald til å unngå problemer som forvrengning av motstandene, mens sistnevnte er for varm til å unngå problemer med pålitelighet.
Et høyere driftstemperaturområde er derfor nødvendig for å unngå pålitelighetsproblemer.
Trinn 1: Identifiser behovet
Det første trinnet når du designer en høyspenningsmotstand er å identifisere driftsspenningen og driftsfrekvensen til produktet.
For eksempel kan det hende du trenger en motstand som er klassifisert for maksimalt 5V og fungerer med en frekvens mellom 1kHz og 10kHz.
Deretter må du finne de riktige komponentene for å møte dine behov.
Et populært valg er den keramiske spesialmotstanden (CSR).
CSR er mest brukt for høyeffektapplikasjoner på grunn av sin høykvalitetskonstruksjon, høye pålitelighet og lave kostnader.
Et annet populært valg er FR-4 PCB-materialet på grunn av dets kostnadseffektivitet og enkle fabrikasjon.
En nær konkurrent til CSR og PCB er FR-5-materialet.
I likhet med PCB er FR-5-materialet relativt billig.
CSR og PCB har imidlertid fordelen av å tåle henholdsvis høye spenninger og høye temperaturer.
FR-5-materialet mangler derimot PCBs motstand mot høye spenninger og er dermed ikke like pålitelig i enkelte applikasjoner.
Trinn 2: Velg riktig materiale
Når du velger riktig materiale for høyspenningsmotstanden din, må du legge merke til driftsspenningen og materialets driftstemperatur.
For eksempel er PCB-materialet mest brukt ved temperaturer under -20ºC.
CSR og PCB har fordelen av å tåle henholdsvis høye spenninger og høye temperaturer.
En relativt ny type materiale er FR-5-polymeren med en metallkjerne.
Polymeren er billigere enn PCB- og FR-5 PCB-materialene og brukes ofte ved høyere driftstemperaturer.
Den er imidlertid ikke like holdbar som PCB eller FR-4 og kan bli skadet av fukt.
Når du velger riktig materiale for høyspenningsmotstanden din, må du legge merke til driftsspenningen og materialets driftstemperatur.
Trinn 3: Beregn kapasitans og ESR
Motstander har en viss mengde kapasitans, som påvirker deres frekvens og impedans.
ESR-verdien (Equivalent Series Resistance) er den ekvivalente motstanden til kapasitansen og er ganske viktig, siden den står for DC-komponenten til impedansen.
Kapasitans måles i picofarads (pF) eller millifarads (mF).
I de fleste tilfeller er 1% toleransen til kondensatoren mer enn nok for en høyspenningsmotstand.
ESR er den ekvivalente motstanden til kapasitansen og er ganske viktig, siden den står for DC-komponenten til impedansen.
Trinn 4: Legg til deler for å lage en skjematisk tavlemal
Når du har identifisert komponentene, beregnet verdiene deres og valgt et materiale for høyspenningsmotstanden din, er det på tide å sette dem sammen på en skjematisk tavlemal.
Skjemakortmalen er et standardoppsett av loddefrie brødbrett som brukes til å designe elektroniske kretser.
Oppsettet skal ha en kolonne med komponenter til venstre og en kolonne med strømskinner til høyre.
Det er noen ting du må huske på når du designer en skjematisk tavlemal.
Først må du sørge for at komponentene er plassert riktig og er innenfor det anbefalte fotavtrykket til strømskinnene.
For det andre må du sørge for at komponentene drives med lavere spenninger.
Til slutt må du sørge for at kretsen er beskyttet mot høye spenninger som kan være tilstede.