Tıbbi cihazlarda elektrik akımlarını önceden belirlenmiş aralıklarda tutmak için yüksek voltaj dirençleri kullanılır.
Kullanılan yüksek voltaj, istenen çıkış akımını elde etmek için daha az sayıda direncin kullanılabileceği anlamına gelir.
Bu dirençlerin onlarca yıllık kullanıma dayanabilmesi gerekir, bu nedenle daha az malzemeyle üretilirler ve tasarımlarında daha düşük üretim maliyetleri dikkate alınır.
Tıbbi cihazların büyük çoğunluğu çok yüksek voltajlarda (1-2V civarında) çalışmaz.
Ancak, bazı istisnalar vardır.
çok implante edilebilir teşhis cihazları (IDD'ler) 5-20V'de çalışır ve çalışma frekansı da genel olarak genel aralıktan daha yüksektir.
Bu, tıbbi cihazlar için yüksek voltaj direnci tasarlarken maliyet hususlarının daha önemli hale geldiği anlamına gelir.
Aşağıda, aşağıdakiler için nasıl düşük maliyetli bir çözüm oluşturabileceğinizi açıklayacağız: yüksek gerilim dirençleri güvenlik veya güvenilirlikten ödün vermeden.
Tıbbi Cihazlarda Direnç Ne İçin Kullanılır?
Tıbbi cihazlarda elektrik akımlarını önceden belirlenmiş aralıklarda tutmak için yüksek voltaj dirençleri kullanılır.
Kullanılan yüksek voltaj, istenen çıkış akımını elde etmek için daha az sayıda direncin kullanılabileceği anlamına gelir.
Bu dirençlerin onlarca yıllık kullanıma dayanabilmesi gerekir, bu nedenle daha az malzemeyle üretilirler ve tasarımlarında daha düşük üretim maliyetleri dikkate alınır.
Tıbbi cihazların büyük çoğunluğu çok yüksek voltajlarda (1-2V civarında) çalışmaz.
Ancak, bazı istisnalar vardır.
İmplante edilebilir teşhis cihazlarının (IDD'ler) çoğu 5-20V'da çalışır ve çalışma frekansı da genel olarak genel aralıktan daha yüksektir.
Bu, tıbbi cihazlar için yüksek voltaj direnci tasarlarken maliyet hususlarının daha önemli hale geldiği anlamına gelir.
Aşağıda, güvenlik veya güvenilirlikten ödün vermeden yüksek gerilim dirençleri için nasıl düşük maliyetli bir çözüm oluşturabileceğinizi açıklayacağız.
Yüksek Gerilim Direncinde Nelere Bakılmalı?
Düşük maliyet – Yüksek voltajlar, istenen çıkış akımını elde etmek için çok daha fazla direncin gerekli olduğu anlamına gelir.
Bir cihazın çalışma voltajı yüksekse dirençlerin maliyeti de yüksek olacaktır.
Üretim kolaylığı – Yüksek voltaj dirençleri genellikle 1 mm'nin altındadır ve uzunlukları daha uzundur.
Bunlar genellikle FR-4 veya FR-5 baskılı devre kartı (PCB) malzemesidir ve bunlarla çalışmak daha pahalı olan FR-32'ye göre daha kolaydır.
Dirençlerin onlarca yıl dayanmasını sağlamak için daha yüksek kaliteli yapı önemlidir.
Bazı üreticiler kalay kaplı raylar kullanırken diğerleri kalay kaplı kablolar kullanır.
Daha yüksek kaliteli dirençler gümüş kaplamalı raylara ve uçlara sahiptir.
Geri EMF toleransı – Dirençler uzadıkça telin direnci azalır.
Direncin geri EMF'si (elektromotor kuvveti) artan akım akışı nedeniyle de artabilir.
Bu nedenle, bu değişiklikleri hesaba katmak için direncin değerinin çözünürlüğüne ilişkin bir tolerans gereklidir.
Örneğin, değerinde %5'lik bir değişiklik olan bir direnç (örneğin, 9.9 ohm yerine 10.0 ohm) kabul edilebilir.
Yüksek güvenilirlik – Yüksek voltaj dirençleri genellikle -15°C ile 85°C arasındaki sıcaklıklarda çalışır.
Birincisi, dirençlerin bükülmesi gibi sorunları önlemek için çok soğuk, ikincisi ise güvenilirlik sorunlarını önlemek için çok sıcak.
Bu nedenle güvenilirlik sorunlarını önlemek için daha yüksek bir çalışma sıcaklığı aralığı gereklidir.
1. Adım: İhtiyacı Belirleyin
Yüksek gerilim direnci tasarlarken ilk adım ürünün çalışma gerilimini ve çalışma frekansını belirlemektir.
Örneğin, maksimum 5V değerinde ve 1kHz ile 10kHz arasında bir frekansta çalışan bir rezistöre ihtiyacınız olabilir.
Daha sonra ihtiyaçlarınızı karşılayacak doğru bileşenleri bulmanız gerekir.
Popüler bir seçim seramik özel dirençtir (CSR).
CSR, yüksek kaliteli yapısı, yüksek güvenilirliği ve düşük maliyeti nedeniyle en yaygın olarak yüksek güç uygulamalarında kullanılır.
Bir diğer popüler tercih ise maliyet etkinliği ve üretim kolaylığı nedeniyle FR-4 PCB malzemesidir.
CSR ve PCB'nin yakın rakibi FR-5 malzemesidir.
PCB gibi FR-5 malzemesi de nispeten ucuzdur.
Bununla birlikte, CSR ve PCB'nin sırasıyla yüksek voltajlara ve yüksek sıcaklıklara dayanabilme avantajı vardır.
Öte yandan FR-5 malzemesi PCB'nin yüksek voltajlara karşı direncinden yoksundur ve bu nedenle bazı uygulamalarda o kadar güvenilir değildir.
Adım 2: Doğru Malzemeyi Seçin
Yüksek gerilim direnciniz için doğru malzemeyi seçerken çalışma voltajına ve malzemenin çalışma sıcaklığına dikkat etmeniz gerekir.
Örneğin PCB malzemesi en yaygın olarak -20°C'nin altındaki sıcaklıklarda kullanılır.
CSR ve PCB, sırasıyla yüksek voltajlara ve yüksek sıcaklıklara dayanabilme avantajına sahiptir.
Nispeten yeni bir malzeme türü, metal çekirdekli FR-5 polimeridir.
Polimer, PCB ve FR-5 PCB malzemelerinden daha ucuzdur ve sıklıkla daha yüksek çalışma sıcaklıklarında kullanılır.
Ancak PCB veya FR-4 kadar dayanıklı değildir ve nemden zarar görebilir.
Yüksek gerilim direnciniz için doğru malzemeyi seçerken çalışma voltajına ve malzemenin çalışma sıcaklığına dikkat etmeniz gerekir.
Adım 3: Kapasitans ve ESR'yi Hesaplayın
Dirençler, frekanslarını ve empedanslarını etkileyen belirli miktarda kapasitansa sahiptir.
ESR (Eşdeğer Seri Direnç) değeri kapasitansın eşdeğer direncidir ve empedansın DC bileşenini açıkladığı için oldukça önemlidir.
Kapasitans pikofarad (pF) veya milifarad (mF) cinsinden ölçülür.
Çoğu durumda kapasitörün %1 toleransı, yüksek voltaj direnci için fazlasıyla yeterlidir.
ESR kapasitansın eşdeğer direncidir ve empedansın DC bileşenini açıkladığı için oldukça önemlidir.
Adım 4: Şematik Pano Şablonu Oluşturmak için Parça Ekleme
Bileşenleri belirledikten, değerlerini hesapladıktan ve yüksek gerilim direnciniz için bir malzeme seçtikten sonra bunları şematik bir kart şablonunda bir araya getirmenin zamanı geldi.
Şematik kart şablonu, elektronik devreleri tasarlamak için kullanılan lehimsiz devre tahtalarının standart bir düzenidir.
Düzenin sol tarafında bileşenlerden oluşan bir sütun, sağ tarafında ise güç raylarından oluşan bir sütun bulunmalıdır.
Şematik pano şablonu tasarlarken akılda tutulması gereken birkaç şey vardır.
Öncelikle bileşenlerin düzgün bir şekilde yerleştirildiğinden ve güç raylarının önerilen kapladığı alan dahilinde olduğundan emin olmanız gerekir.
İkinci olarak bileşenlerin daha düşük voltajlarla beslendiğinden emin olmanız gerekir.
Son olarak devrenin mevcut olabilecek yüksek voltajlardan korunduğundan emin olmanız gerekir.