Rezystory wysokiego napięcia są stosowane w urządzeniach medycznych do utrzymywania prądów elektrycznych w określonych zakresach.
Zastosowane wysokie napięcie oznacza, że można zastosować mniejszą liczbę rezystorów, aby uzyskać żądany prąd wyjściowy.
Rezystory te muszą być w stanie wytrzymać dziesięciolecia użytkowania, dlatego są zbudowane z mniejszej ilości materiałów, a ich konstrukcja uwzględnia niższe koszty produkcji.
Większość urządzeń medycznych nie działa przy bardzo wysokich napięciach (około 1-2V).
Jednakże, jest kilka wyjątków.
Wiele wszczepialne urządzenia diagnostyczne (IDD) działają przy napięciu 5-20 V, a częstotliwość robocza jest zwykle wyższa niż ogólny zakres.
Oznacza to, że przy projektowaniu rezystora wysokonapięciowego do urządzeń medycznych ważniejsze stają się kwestie kosztów.
Poniżej wyjaśnimy, w jaki sposób można zbudować tanie rozwiązanie dla rezystory wysokonapięciowe bez uszczerbku dla bezpieczeństwa i niezawodności.
Do czego służy rezystor w urządzeniach medycznych?
Rezystory wysokiego napięcia są stosowane w urządzeniach medycznych do utrzymywania prądów elektrycznych w określonych zakresach.
Zastosowane wysokie napięcie oznacza, że można zastosować mniejszą liczbę rezystorów, aby uzyskać żądany prąd wyjściowy.
Rezystory te muszą być w stanie wytrzymać dziesięciolecia użytkowania, dlatego są zbudowane z mniejszej ilości materiałów, a ich konstrukcja uwzględnia niższe koszty produkcji.
Większość urządzeń medycznych nie działa przy bardzo wysokich napięciach (około 1-2V).
Jednakże, jest kilka wyjątków.
Wiele wszczepialnych urządzeń diagnostycznych (IDD) działa przy napięciu 5-20 V, a częstotliwość robocza jest zwykle wyższa niż ogólny zakres.
Oznacza to, że przy projektowaniu rezystora wysokonapięciowego do urządzeń medycznych ważniejsze stają się kwestie kosztów.
Poniżej wyjaśnimy, w jaki sposób można zbudować niedrogie rozwiązanie dla rezystorów wysokonapięciowych bez uszczerbku dla bezpieczeństwa i niezawodności.
Czego szukać w rezystorze wysokiego napięcia
Niski koszt – Wysokie napięcia oznaczają, że do uzyskania pożądanego prądu wyjściowego potrzeba znacznie więcej rezystorów.
Jeśli urządzenie ma wysokie napięcie robocze, koszt rezystorów również będzie wyższy.
Łatwość produkcji – Rezystory wysokonapięciowe mają zazwyczaj średnicę poniżej 1 mm i większą długość.
Zwykle są to również materiały na płytki drukowane (PCB) FR-4 lub FR-5, z którymi łatwiej jest pracować niż droższy FR-32.
Wyższa jakość konstrukcji jest ważna, aby zapewnić trwałość rezystorów przez dziesięciolecia.
Niektórzy producenci stosują gąsienice pokryte cyną, podczas gdy inni używają cynowanych przewodów.
Rezystory wyższej jakości mają posrebrzane ścieżki i wyprowadzenia.
Tolerancja Back-EMF – Gdy rezystory stają się dłuższe, rezystancja drutu maleje.
Back-EMF rezystora (siła elektromotoryczna) może również wzrosnąć z powodu rosnącego przepływu prądu.
W związku z tym wymagana jest tolerancja rozdzielczości wartości rezystora, aby uwzględnić te zmiany.
Na przykład rezystor o 5% odchyleniu wartości (np. 9.9 omów zamiast 10.0 omów) jest dopuszczalny.
Wysoka niezawodność – Rezystory wysokonapięciowe zwykle działają w temperaturach od -15ºC do 85ºC.
Ten pierwszy jest zbyt zimny, aby uniknąć problemów, takich jak wypaczenie rezystorów, podczas gdy drugi jest zbyt gorący, aby uniknąć problemów z niezawodnością.
Dlatego wymagany jest wyższy zakres temperatur roboczych, aby uniknąć problemów z niezawodnością.
Krok 1: Zidentyfikuj potrzebę
Pierwszym krokiem przy projektowaniu rezystora wysokiego napięcia jest określenie napięcia roboczego i częstotliwości roboczej produktu.
Na przykład możesz potrzebować rezystora o maksymalnym napięciu znamionowym 5 V i działającego z częstotliwością między 1 kHz a 10 kHz.
Następnie musisz znaleźć odpowiednie komponenty, które spełnią Twoje potrzeby.
Popularnym wyborem jest ceramiczny rezystor specjalny (CSR).
CSR jest najczęściej używany do zastosowań o dużej mocy ze względu na jego wysokiej jakości konstrukcję, wysoką niezawodność i niski koszt.
Innym popularnym wyborem jest materiał PCB FR-4 ze względu na jego opłacalność i łatwość produkcji.
Bliskim konkurentem CSR i PCB jest materiał FR-5.
Podobnie jak PCB, materiał FR-5 jest stosunkowo tani.
Jednak CSR i PCB mają tę zaletę, że są w stanie wytrzymać odpowiednio wysokie napięcia i wysokie temperatury.
Z drugiej strony materiał FR-5 nie jest odporny na wysokie napięcia, a zatem nie jest tak niezawodny w niektórych zastosowaniach.
Krok 2: Wybierz odpowiedni materiał
Wybierając odpowiedni materiał na rezystor wysokiego napięcia, należy zwrócić uwagę na napięcie robocze i temperaturę roboczą materiału.
Na przykład materiał PCB jest najczęściej używany w temperaturach poniżej -20ºC.
CSR i PCB mają tę zaletę, że są w stanie wytrzymać odpowiednio wysokie napięcia i wysokie temperatury.
Stosunkowo nowym rodzajem materiału jest polimer FR-5 z metalowym rdzeniem.
Polimer jest tańszy niż materiały PCB i FR-5 PCB i jest często używany w wyższych temperaturach roboczych.
Nie jest jednak tak wytrzymały jak PCB czy FR-4 i może ulec uszkodzeniu pod wpływem wilgoci.
Wybierając odpowiedni materiał na rezystor wysokiego napięcia, należy zwrócić uwagę na napięcie robocze i temperaturę roboczą materiału.
Krok 3: Oblicz pojemność i ESR
Rezystory mają określoną pojemność, która wpływa na ich częstotliwość i impedancję.
Wartość ESR (równoważna rezystancja szeregowa) jest równoważną rezystancją pojemności i jest dość ważna, ponieważ uwzględnia składową stałą impedancji.
Pojemność jest mierzona w pikofaradach (pF) lub milifaradach (mF).
W większości przypadków tolerancja kondensatora 1% jest więcej niż wystarczająca dla rezystora wysokiego napięcia.
ESR jest równoważną rezystancją pojemności i jest dość ważny, ponieważ uwzględnia składową stałą impedancji.
Krok 4: Dodaj części, aby utworzyć szablon płytki schematu
Po zidentyfikowaniu komponentów, obliczeniu ich wartości i wybraniu materiału na rezystor wysokiego napięcia, nadszedł czas, aby złożyć je razem na szablonie płytki schematycznej.
Szablon płytki schematycznej to standardowy układ bezlutowych płytek stykowych, które są używane do projektowania obwodów elektronicznych.
Układ powinien zawierać kolumnę komponentów po lewej stronie i kolumnę szyn zasilających po prawej stronie.
Jest kilka rzeczy, o których należy pamiętać podczas projektowania szablonu płytki schematycznej.
Najpierw musisz upewnić się, że komponenty są umieszczone prawidłowo i mieszczą się w zalecanej odległości od szyn zasilających.
Po drugie, musisz upewnić się, że komponenty są zasilane niższym napięciem.
Na koniec należy upewnić się, że obwód jest chroniony przed wysokimi napięciami, które mogą występować.