Резистори високої напруги використовуються в медичних пристроях для підтримки електричного струму в заданих межах.
Висока напруга, що використовується, означає, що для досягнення бажаного вихідного струму можна використовувати меншу кількість резисторів.
Ці резистори повинні витримувати десятиліття використання, тому вони виготовлені з меншою кількістю матеріалів і меншими витратами на виробництво.
Більшість медичних приладів не працюють при дуже високій напрузі (близько 1-2 В).
Однак є деякі винятки.
Багато імплантовані діагностичні пристрої (IDD) працюють при напрузі 5-20 В, і робоча частота також зазвичай вища за загальний діапазон.
Це означає, що при розробці високовольтного резистора для медичних пристроїв важливіше питання вартості.
Нижче ми пояснимо, як створити недороге рішення для високовольтні резистори без шкоди для безпеки чи надійності.
Для чого використовується резистор у медичних пристроях?
Резистори високої напруги використовуються в медичних пристроях для підтримки електричного струму в заданих межах.
Висока напруга, що використовується, означає, що для досягнення бажаного вихідного струму можна використовувати меншу кількість резисторів.
Ці резистори повинні витримувати десятиліття використання, тому вони виготовлені з меншою кількістю матеріалів і меншими витратами на виробництво.
Більшість медичних приладів не працюють при дуже високій напрузі (близько 1-2 В).
Однак є деякі винятки.
Багато імплантованих діагностичних пристроїв (IDD) працюють при напрузі 5-20 В, і робоча частота також зазвичай вища за загальний діапазон.
Це означає, що при розробці резистора високої напруги для медичних пристроїв питання вартості стають більш важливими.
Нижче ми пояснимо, як створити недороге рішення для високовольтних резисторів без шкоди для безпеки чи надійності.
Що шукати в високовольтному резисторі
Низька вартість – висока напруга означає, що для досягнення бажаного вихідного струму потрібно набагато більше резисторів.
Якщо пристрій має високу робочу напругу, вартість резисторів також буде вищою.
Простота виготовлення – високовольтні резистори зазвичай мають діаметр менше 1 мм і більшу довжину.
Зазвичай це також матеріал друкованої плати (PCB) FR-4 або FR-5, з яким легше працювати, ніж з дорожчим FR-32.
Висока якість конструкції важлива для того, щоб резистори служили десятиліттями.
Деякі виробники використовують луджені доріжки, а інші – луджені проводки.
Резистори вищої якості мають посріблені доріжки та висновки.
Толерантність до зворотної ЕРС – у міру того, як резистори стають довшими, опір дроту зменшується.
Зворотна ЕРС (електрорушійна сила) резистора також може збільшуватися через збільшення струму.
Тому для врахування цих змін необхідний допуск на роздільну здатність номіналу резистора.
Наприклад, допустимим є резистор із відхиленням значення на 5% (наприклад, 9.9 Ом замість 10.0 Ом).
Висока надійність – високовольтні резистори зазвичай працюють при температурах від -15ºC до 85ºC.
Перший занадто холодний, щоб уникнути таких проблем, як деформація резисторів, а другий занадто гарячий, щоб уникнути проблем з надійністю.
Тому для уникнення проблем із надійністю потрібен вищий діапазон робочих температур.
Крок 1: Визначте потребу
Першим кроком при розробці високовольтного резистора є визначення робочої напруги та робочої частоти продукту.
Наприклад, вам може знадобитися резистор, розрахований на максимум 5 В і працює на частоті від 1 до 10 кГц.
Далі вам потрібно знайти відповідні компоненти, які відповідають вашим потребам.
Популярним вибором є спеціальний керамічний резистор (CSR).
Завдяки високоякісній конструкції, високій надійності та низькій вартості CSR найчастіше використовується для додатків великої потужності.
Іншим популярним вибором є матеріал друкованої плати FR-4 завдяки його економічній ефективності та простоті виготовлення.
Близьким конкурентом CSR і PCB є матеріал FR-5.
Як і друкована плата, матеріал FR-5 відносно дешевий.
Однак CSR і PCB мають перевагу в тому, що вони здатні витримувати високі напруги і високі температури відповідно.
Матеріал FR-5, з іншого боку, не має стійкості друкованої плати до високих напруг, і тому не є настільки надійним у деяких застосуваннях.
Крок 2: Виберіть правильний матеріал
Вибираючи правильний матеріал для резистора високої напруги, вам потрібно взяти до відома робочу напругу та робочу температуру матеріалу.
Наприклад, матеріал PCB найчастіше використовується при температурах нижче -20ºC.
Перевага CSR і PCB полягає в тому, що вони здатні витримувати високі напруги і високі температури відповідно.
Відносно новим видом матеріалу є полімер ФР-5 з металевим сердечником.
Полімер дешевший, ніж матеріали PCB і FR-5 PCB, і часто використовується при більш високих робочих температурах.
Однак він не такий міцний, як PCB або FR-4, і може бути пошкоджений вологою.
Вибираючи правильний матеріал для резистора високої напруги, вам потрібно взяти до відома робочу напругу та робочу температуру матеріалу.
Крок 3: Обчисліть ємність і ESR
Резистори мають певну ємність, яка впливає на їх частоту та опір.
Значення ESR (еквівалентного послідовного опору) є еквівалентним опором ємності та є досить важливим, оскільки воно враховує постійний компонент імпедансу.
Ємність вимірюється в пікофарадах (пФ) або міліфарадах (мФ).
У більшості випадків 1% допуску конденсатора більш ніж достатньо для високовольтного резистора.
ESR є еквівалентним опором ємності і є досить важливим, оскільки враховує постійний компонент імпедансу.
Крок 4: Додайте частини для створення шаблону схеми
Коли ви визначили компоненти, обчислили їх значення та вибрали матеріал для високовольтного резистора, настав час об’єднати їх на шаблоні схеми.
Шаблон схемної плати — це стандартний макет безпаяних макетних плат, які використовуються для проектування схем електроніки.
На макеті має бути стовпчик компонентів ліворуч і стовпець рейок живлення праворуч.
Є кілька речей, про які слід пам’ятати, розробляючи шаблон схемної плати.
По-перше, вам потрібно переконатися, що компоненти розміщено належним чином і знаходяться в межах рекомендованої площі рейок живлення.
По-друге, вам потрібно переконатися, що компоненти живляться меншою напругою.
Нарешті, вам потрібно переконатися, що ланцюг захищений від будь-яких високих напруг, які можуть бути присутніми.