ตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อให้กระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
แรงดันไฟฟ้าสูงที่ใช้หมายความว่าสามารถใช้ตัวต้านทานจำนวนน้อยลงเพื่อให้ได้กระแสเอาต์พุตที่ต้องการ
ตัวต้านทานเหล่านี้จำเป็นต้องทนทานต่อการใช้งานหลายทศวรรษ ดังนั้นตัวต้านทานเหล่านี้จึงถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุน้อยลงและต้นทุนการผลิตที่ลดลงจึงเป็นปัจจัยในการออกแบบ
อุปกรณ์ทางการแพทย์ส่วนใหญ่ไม่ทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูง (ประมาณ 1-2V)
อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นบางประการ
หลาย อุปกรณ์วินิจฉัยที่ฝังได้ (IDDs) ทำงานที่ 5-20V และความถี่ในการทำงานโดยทั่วไปจะสูงกว่าช่วงทั่วไปเช่นกัน
ซึ่งหมายความว่าการพิจารณาต้นทุนมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อออกแบบตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์
ด้านล่างเราจะอธิบายวิธีที่คุณสามารถสร้างโซลูชันต้นทุนต่ำสำหรับ ตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูง โดยไม่สูญเสียความปลอดภัยหรือความน่าเชื่อถือ
ตัวต้านทานที่ใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์คืออะไร?
ตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อให้กระแสไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
แรงดันไฟฟ้าสูงที่ใช้หมายความว่าสามารถใช้ตัวต้านทานจำนวนน้อยลงเพื่อให้ได้กระแสเอาต์พุตที่ต้องการ
ตัวต้านทานเหล่านี้จำเป็นต้องทนทานต่อการใช้งานหลายทศวรรษ ดังนั้นตัวต้านทานเหล่านี้จึงถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุน้อยลงและต้นทุนการผลิตที่ลดลงจึงเป็นปัจจัยในการออกแบบ
อุปกรณ์ทางการแพทย์ส่วนใหญ่ไม่ทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูง (ประมาณ 1-2V)
อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นบางประการ
อุปกรณ์วินิจฉัยโรคแบบฝัง (IDD) จำนวนมากทำงานที่ 5-20V และความถี่ในการทำงานโดยทั่วไปจะสูงกว่าช่วงทั่วไปเช่นกัน
ซึ่งหมายความว่าการพิจารณาต้นทุนมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อออกแบบตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์
ด้านล่างเราจะอธิบายวิธีสร้างโซลูชันต้นทุนต่ำสำหรับตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงโดยไม่ลดทอนความปลอดภัยหรือความน่าเชื่อถือ
สิ่งที่ต้องมองหาในตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูง
ต้นทุนต่ำ – แรงดันไฟฟ้าสูงหมายความว่าต้องใช้ตัวต้านทานจำนวนมากเพื่อให้ได้กระแสเอาต์พุตที่ต้องการ
หากอุปกรณ์มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูง ราคาของตัวต้านทานก็จะสูงขึ้นด้วย
ง่ายต่อการประดิษฐ์ - โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 1 มม. และมีความยาวมากกว่า
โดยทั่วไปจะเป็นวัสดุแผงวงจรพิมพ์ (PCB) FR-4 หรือ FR-5 ซึ่งใช้งานได้ง่ายกว่า FR-32 ที่มีราคาแพงกว่า
โครงสร้างที่มีคุณภาพสูงขึ้นเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าตัวต้านทานมีอายุการใช้งานยาวนานหลายทศวรรษ
ผู้ผลิตบางรายใช้รางเคลือบดีบุกในขณะที่ผู้ผลิตรายอื่นใช้ตะกั่วชุบดีบุก
ตัวต้านทานคุณภาพสูงมีแทร็กและลีดชุบเงิน
ความทนทานต่อ EMF ด้านหลัง – เมื่อตัวต้านทานยาวขึ้น ความต้านทานของลวดก็จะลดลง
back-EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ของตัวต้านทานยังสามารถเพิ่มขึ้นเนื่องจากการไหลของกระแสที่เพิ่มขึ้น
ดังนั้นค่าความคลาดเคลื่อนในความละเอียดของตัวต้านทานจึงจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้
ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานที่มีค่าการเปลี่ยนแปลง 5% (เช่น 9.9 โอห์ม แทนที่จะเป็น 10.0 โอห์ม) เป็นที่ยอมรับ
ความน่าเชื่อถือสูง – ตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงมักจะทำงานที่อุณหภูมิ -15ºC ถึง 85ºC
ตัวแรกเย็นเกินไปที่จะหลีกเลี่ยงปัญหา เช่น การบิดเบี้ยวของตัวต้านทาน ในขณะที่ตัวหลังร้อนเกินไปที่จะหลีกเลี่ยงปัญหาความน่าเชื่อถือ
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ
ขั้นตอนที่ 1: ระบุความต้องการ
ขั้นตอนแรกในการออกแบบตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงคือการระบุแรงดันไฟฟ้าและความถี่ในการทำงานของผลิตภัณฑ์
ตัวอย่างเช่น คุณอาจต้องการตัวต้านทานที่มีพิกัดสูงสุด 5V และทำงานที่ความถี่ระหว่าง 1kHz ถึง 10kHz
ขั้นต่อไป คุณต้องค้นหาส่วนประกอบที่เหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการของคุณ
ตัวเลือกยอดนิยมคือตัวต้านทานแบบพิเศษเซรามิก (CSR)
CSR มักใช้กับงานไฟฟ้ากำลังสูง เนื่องจากโครงสร้างคุณภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง และต้นทุนต่ำ
อีกทางเลือกหนึ่งที่ได้รับความนิยมคือวัสดุ FR-4 PCB เนื่องจากประหยัดต้นทุนและง่ายต่อการผลิต
คู่แข่งที่ใกล้ชิดกับ CSR และ PCB คือวัสดุ FR-5
เช่นเดียวกับ PCB วัสดุ FR-5 มีราคาค่อนข้างถูก
อย่างไรก็ตาม CSR และ PCB มีข้อดีคือสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูงตามลำดับ
ในทางกลับกัน วัสดุ FR-5 นั้นไม่มีความต้านทานของ PCB ต่อแรงดันไฟฟ้าสูง ดังนั้นจึงไม่น่าเชื่อถือในการใช้งานบางอย่าง
ขั้นตอนที่ 2: เลือกวัสดุที่เหมาะสม
เมื่อเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูง คุณต้องคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานและอุณหภูมิในการทำงานของวัสดุด้วย
ตัวอย่างเช่น วัสดุ PCB มักใช้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -20ºC
CSR และ PCB มีข้อดีคือสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและอุณหภูมิสูงตามลำดับ
วัสดุประเภทใหม่คือพอลิเมอร์ FR-5 ที่มีแกนโลหะ
พอลิเมอร์มีราคาถูกกว่าวัสดุ PCB และ FR-5 PCB และมักใช้ที่อุณหภูมิการทำงานสูงกว่า
อย่างไรก็ตามไม่ทนทานเท่า PCB หรือ FR-4 และอาจเสียหายจากความชื้นได้
เมื่อเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูง คุณต้องคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานและอุณหภูมิในการทำงานของวัสดุด้วย
ขั้นตอนที่ 3: คำนวณความจุและ ESR
ตัวต้านทานมีความจุจำนวนหนึ่งซึ่งส่งผลต่อความถี่และอิมพีแดนซ์
ค่า ESR (Equivalent Series Resistance) คือค่าความต้านทานที่เทียบเท่าของความจุไฟฟ้าและมีความสำคัญมาก เนื่องจากมีค่าเป็นส่วนประกอบ DC ของอิมพีแดนซ์
ความจุวัดเป็นพิโกฟารัด (pF) หรือมิลลิฟารัด (mF)
ในกรณีส่วนใหญ่ ค่าความคลาดเคลื่อน 1% ของตัวเก็บประจุนั้นมากเกินพอสำหรับตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูง
ESR เป็นความต้านทานเทียบเท่าของความจุและมีความสำคัญมาก เนื่องจากเป็นส่วนประกอบ DC ของอิมพีแดนซ์
ขั้นตอนที่ 4: เพิ่มชิ้นส่วนเพื่อสร้างเทมเพลต Schematic Board
เมื่อคุณได้ระบุส่วนประกอบ คำนวณค่า และเลือกวัสดุสำหรับตัวต้านทานไฟฟ้าแรงสูงของคุณแล้ว ก็ถึงเวลาประกอบเข้าด้วยกันบนแม่แบบแผนผัง
แม่แบบกระดานแผนผังเป็นเค้าโครงมาตรฐานของเขียงหั่นขนมแบบไม่มีบัดกรีซึ่งใช้ในการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์
เค้าโครงควรมีคอลัมน์ของส่วนประกอบทางด้านซ้ายและคอลัมน์ของรางไฟฟ้าทางด้านขวา
มีบางสิ่งที่ต้องจำไว้ในขณะที่ออกแบบเทมเพลตกระดานแผนผัง
ขั้นแรก คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้วางส่วนประกอบต่างๆ อย่างถูกต้องและอยู่ในตำแหน่งที่แนะนำของรางจ่ายไฟ
ประการที่สอง คุณต้องแน่ใจว่าส่วนประกอบต่างๆ ได้รับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า
สุดท้าย คุณต้องแน่ใจว่าวงจรได้รับการป้องกันจากไฟฟ้าแรงสูงที่อาจเกิดขึ้น