Visokonapetostni upori se uporabljajo v medicinskih napravah za ohranjanje električnega toka v prednastavljenih območjih.
Uporabljena visoka napetost pomeni, da je za dosego želenega izhodnega toka mogoče uporabiti manjše število uporov.
Ti upori morajo biti sposobni vzdržati desetletja uporabe, zato so izdelani z manj materiala in nižji proizvodni stroški so vključeni v njihovo zasnovo.
Večina medicinskih naprav ne deluje pri zelo visokih napetostih (okoli 1–2 V).
Vendar pa obstaja nekaj izjem.
Veliko implantabilne diagnostične naprave (IDD) delujejo pri 5–20 V, delovna frekvenca pa je običajno tudi višja od splošnega razpona.
To pomeni, da postanejo stroški bolj pomembni pri načrtovanju visokonapetostnega upora za medicinske pripomočke.
Spodaj bomo razložili, kako lahko zgradite poceni rešitev za visokonapetostni upori brez ogrožanja varnosti ali zanesljivosti.
Za kaj se uporablja upor v medicinskih napravah?
Visokonapetostni upori se uporabljajo v medicinskih napravah za ohranjanje električnega toka v prednastavljenih območjih.
Uporabljena visoka napetost pomeni, da je za dosego želenega izhodnega toka mogoče uporabiti manjše število uporov.
Ti upori morajo biti sposobni vzdržati desetletja uporabe, zato so izdelani z manj materiala in nižji proizvodni stroški so vključeni v njihovo zasnovo.
Večina medicinskih naprav ne deluje pri zelo visokih napetostih (okoli 1–2 V).
Vendar pa obstaja nekaj izjem.
Veliko implantabilnih diagnostičnih naprav (IDD) deluje pri napetosti 5–20 V, delovna frekvenca pa je običajno višja od splošnega razpona.
To pomeni, da so stroški pri načrtovanju visokonapetostnega upora za medicinske naprave pomembnejši.
Spodaj bomo razložili, kako lahko zgradite poceni rešitev za visokonapetostne upore, ne da bi pri tem ogrozili varnost ali zanesljivost.
Kaj iskati pri visokonapetostnem uporu
Nizki stroški – visoke napetosti pomenijo, da je za dosego želenega izhodnega toka potrebnih veliko več uporov.
Če ima naprava visoke delovne napetosti, bodo tudi stroški uporov višji.
Enostavnost izdelave – Visokonapetostni upori so običajno pod 1 mm v premeru in daljši.
Običajno so tudi material tiskanega vezja (PCB) FR-4 ali FR-5, s katerim je lažje delati kot z dražjim FR-32.
Kakovostna konstrukcija je pomembna za zagotovitev, da upori zdržijo desetletja.
Nekateri proizvajalci uporabljajo pocinkane gosenice, medtem ko drugi uporabljajo pocinkane vodila.
Kakovostnejši upori imajo posrebrene steze in vodnike.
Toleranca povratnega elektromagnetnega polja – ko upori postajajo daljši, se odpornost žice zmanjšuje.
Povratni EMF (elektromotorna sila) upora se lahko poveča tudi zaradi naraščajočega pretoka toka.
Za upoštevanje teh sprememb je zato potrebna toleranca ločljivosti vrednosti upora.
Na primer, sprejemljiv je upor s 5-odstotnim odstopanjem vrednosti (npr. 9.9 ohmov namesto 10.0 ohmov).
Visoka zanesljivost – visokonapetostni upori običajno delujejo pri temperaturah od -15 °C do 85 °C.
Prvi je prehladen, da bi se izognil težavam, kot je deformacija uporov, medtem ko je drugi prevroč, da bi se izognil težavam z zanesljivostjo.
Zato je potrebno višje delovno temperaturno območje, da se izognemo težavam z zanesljivostjo.
1. korak: Ugotovite potrebo
Prvi korak pri načrtovanju visokonapetostnega upora je določitev delovne napetosti in delovne frekvence izdelka.
Na primer, morda potrebujete upor, ki je ocenjen za največ 5 V in deluje pri frekvenci med 1 kHz in 10 kHz.
Nato morate najti prave komponente, ki ustrezajo vašim potrebam.
Priljubljena izbira je posebni keramični upor (CSR).
CSR se najpogosteje uporablja za aplikacije z visoko močjo zaradi svoje visokokakovostne konstrukcije, visoke zanesljivosti in nizkih stroškov.
Druga priljubljena izbira je material PCB FR-4 zaradi svoje stroškovne učinkovitosti in enostavne izdelave.
Tesen tekmec CSR in PCB je material FR-5.
Tako kot PCB je material FR-5 razmeroma poceni.
Vendar imata CSR in PCB prednost, da lahko preneseta visoke napetosti oziroma visoke temperature.
Po drugi strani pa material FR-5 nima odpornosti tiskanega vezja na visoke napetosti in zato v nekaterih aplikacijah ni tako zanesljiv.
2. korak: Izberite pravi material
Ko izbirate pravi material za vaš visokonapetostni upor, morate upoštevati delovno napetost in delovno temperaturo materiala.
Na primer, material PCB se najpogosteje uporablja pri temperaturah pod -20 °C.
CSR in PCB imata prednost, da lahko preneseta visoke napetosti oziroma visoke temperature.
Relativno nova vrsta materiala je polimer FR-5 s kovinskim jedrom.
Polimer je cenejši od materialov PCB in FR-5 PCB in se pogosto uporablja pri višjih delovnih temperaturah.
Vendar pa ni tako vzdržljiv kot PCB ali FR-4 in ga lahko vlaga poškoduje.
Ko izbirate pravi material za vaš visokonapetostni upor, morate upoštevati delovno napetost in delovno temperaturo materiala.
3. korak: Izračunajte kapacitivnost in ESR
Upori imajo določeno količino kapacitivnosti, ki vpliva na njihovo frekvenco in impedanco.
Vrednost ESR (ekvivalentna serijska upornost) je enakovredna upornost kapacitivnosti in je precej pomembna, saj upošteva enosmerno komponento impedance.
Kapacitivnost se meri v pikofaradih (pF) ali milifaradih (mF).
V večini primerov je 1 % tolerance kondenzatorja več kot dovolj za visokonapetostni upor.
ESR je enakovredna upornost kapacitivnosti in je precej pomembna, saj upošteva enosmerno komponento impedance.
4. korak: dodajte dele, da ustvarite predlogo shematske plošče
Ko identificirate komponente, izračunate njihove vrednosti in izberete material za visokonapetostni upor, je čas, da jih sestavite na predlogo shematske plošče.
Predloga shematske plošče je standardna postavitev brezspajkalnih testnih plošč, ki se uporabljajo za načrtovanje elektronskih vezij.
Postavitev mora vsebovati stolpec komponent na levi in stolpec električnih tirnic na desni.
Pri oblikovanju predloge shematske plošče morate upoštevati nekaj stvari.
Najprej se morate prepričati, da so komponente pravilno nameščene in znotraj priporočenega odtisa napajalnih tirnic.
Drugič, zagotoviti morate, da se komponente napajajo z nižjo napetostjo.
Nazadnje se morate prepričati, da je vezje zaščiteno pred morebitnimi visokimi napetostmi.