Högspänningsmotstånd används i medicinsk utrustning för att hålla elektriska strömmar inom förinställda intervall.
Den höga spänningen som används gör att ett mindre antal motstånd kan användas för att uppnå önskad utström.
Dessa motstånd måste kunna motstå årtionden av användning, så de är byggda med mindre material och lägre tillverkningskostnader är inkluderade i deras design.
Majoriteten av medicinsk utrustning fungerar inte vid särskilt höga spänningar (cirka 1-2V).
Det finns dock några undantag.
Många implanterbara diagnostiska enheter (IDD) arbetar vid 5-20V, och driftsfrekvensen är vanligtvis också högre än det allmänna området.
Detta gör att kostnadsöverväganden blir viktigare när man designar ett högspänningsmotstånd för medicintekniska produkter.
Nedan förklarar vi hur du kan bygga en lågkostnadslösning för högspänningsmotstånd utan att kompromissa med säkerhet eller tillförlitlighet.
Vad används ett motstånd till i medicinsk utrustning?
Högspänningsmotstånd används i medicinsk utrustning för att hålla elektriska strömmar inom förinställda intervall.
Den höga spänningen som används gör att ett mindre antal motstånd kan användas för att uppnå önskad utström.
Dessa motstånd måste kunna motstå årtionden av användning, så de är byggda med mindre material och lägre tillverkningskostnader är inkluderade i deras design.
Majoriteten av medicinsk utrustning fungerar inte vid särskilt höga spänningar (cirka 1-2V).
Det finns dock några undantag.
Många implanterbara diagnostiska enheter (IDD) arbetar vid 5-20V, och driftsfrekvensen är vanligtvis också högre än det allmänna området.
Detta innebär att kostnadsöverväganden blir viktigare när man designar ett högspänningsmotstånd för medicintekniska produkter.
Nedan förklarar vi hur du kan bygga en lågkostnadslösning för högspänningsmotstånd utan att kompromissa med säkerhet eller tillförlitlighet.
Vad du ska leta efter i ett högspänningsmotstånd
Låg kostnad – Höga spänningar innebär att det krävs mycket fler motstånd för att uppnå önskad utström.
Om en enhet har höga driftsspänningar kommer kostnaden för motstånden också att bli högre.
Enkel tillverkning – Högspänningsmotstånd är vanligtvis under 1 mm i diameter och längre längder.
De är vanligtvis också FR-4 eller FR-5 tryckta kretskort (PCB) material, vilket är lättare att arbeta med än den dyrare FR-32.
Konstruktion av högre kvalitet är viktig för att säkerställa att motstånden håller i årtionden.
Vissa tillverkare använder förtennade spår medan andra använder förtennade kablar.
Motstånd av högre kvalitet har silverpläterade spår och ledningar.
Back-EMF-tolerans – När motstånden blir längre, minskar trådens motstånd.
Motståndets back-EMF (elektromotorisk kraft) kan också öka på grund av ökande strömflöde.
En tolerans på upplösningen av motståndets värde krävs därför för att ta hänsyn till dessa förändringar.
Till exempel är ett motstånd med 5 % variation i värde (t.ex. 9.9 ohm istället för 10.0 ohm) acceptabelt.
Hög tillförlitlighet – Högspänningsmotstånd fungerar vanligtvis vid temperaturer på -15ºC till 85ºC.
Det förra är för kallt för att undvika problem som att deformera motstånden, medan det senare är för varmt för att undvika tillförlitlighetsproblem.
Ett högre driftstemperaturområde krävs därför för att undvika tillförlitlighetsproblem.
Steg 1: Identifiera behovet
Det första steget när man designar ett högspänningsmotstånd är att identifiera produktens driftsspänning och driftsfrekvens.
Till exempel kan du behöva ett motstånd som är klassat för maximalt 5V och fungerar på en frekvens mellan 1kHz och 10kHz.
Därefter måste du hitta rätt komponenter för att möta dina behov.
Ett populärt val är den keramiska specialresistorn (CSR).
CSR används oftast för högeffektapplikationer på grund av dess högkvalitativa konstruktion, höga tillförlitlighet och låga kostnad.
Ett annat populärt val är FR-4 PCB-materialet på grund av dess kostnadseffektivitet och enkla tillverkning.
En nära konkurrent till CSR och PCB är FR-5-materialet.
Liksom PCB är FR-5-materialet relativt billigt.
CSR och PCB har dock fördelen av att kunna motstå höga spänningar respektive höga temperaturer.
FR-5-materialet saknar däremot PCB:s motstånd mot höga spänningar och är därmed inte lika tillförlitligt i vissa applikationer.
Steg 2: Välj rätt material
När du väljer rätt material till ditt högspänningsmotstånd måste du ta del av driftspänningen och materialets driftstemperatur.
Till exempel är PCB-materialet vanligast vid temperaturer under -20ºC.
CSR och PCB har fördelen att kunna motstå höga spänningar respektive höga temperaturer.
En relativt ny typ av material är FR-5-polymeren med en metallkärna.
Polymeren är billigare än PCB- och FR-5 PCB-materialen och används ofta vid högre driftstemperaturer.
Det är dock inte lika hållbart som PCB eller FR-4 och kan skadas av fukt.
När du väljer rätt material till ditt högspänningsmotstånd måste du ta del av driftspänningen och materialets driftstemperatur.
Steg 3: Beräkna kapacitans och ESR
Motstånd har en viss kapacitans, vilket påverkar deras frekvens och impedans.
ESR-värdet (Equivalent Series Resistance) är den ekvivalenta resistansen för kapacitansen och är ganska viktig, eftersom den står för likströmskomponenten i impedansen.
Kapacitansen mäts i picofarads (pF) eller millifarads (mF).
I de flesta fall är kondensatorns 1% tolerans mer än tillräckligt för ett högspänningsmotstånd.
ESR är den ekvivalenta resistansen för kapacitansen och är ganska viktig, eftersom den står för likströmskomponenten i impedansen.
Steg 4: Lägg till delar för att skapa en schematisk brädemall
När du har identifierat komponenterna, beräknat deras värden och valt ett material för ditt högspänningsmotstånd, är det dags att sätta ihop dem på en kretskortsmall.
Den schematiska kortmallen är en standardlayout av lödfria brödbrädor som används för att designa elektronikkretsar.
Layouten bör ha en kolumn med komponenter till vänster och en kolumn med kraftskenor till höger.
Det finns några saker att tänka på när du utformar en mall för schematisk tavla.
Först måste du se till att komponenterna är korrekt placerade och ligger inom det rekommenderade utrymmet för kraftskenorna.
För det andra måste du se till att komponenterna drivs med lägre spänningar.
Slutligen måste du se till att kretsen är skyddad från eventuella höga spänningar som kan finnas.