Kaip diodai apsaugo nuo srovės šuolių gyvybinių funkcijų monitoriuose?

一, dabartinė viršįtampio rizika gyvybinių funkcijų stebėjimo prietaisuose
Pagrindiniai gyvybinių požymių stebėjimo įrenginio moduliai apima fotoelektrinius jutiklius, bioelektrinio potencialo gavimo grandines ir galios valdymo blokus. Dabartinė viršįtampio rizika daugiausia kyla dėl šių scenarijų:

Maitinimo įvesties gnybtas: veikiant tinklo bangoms arba įkraunant ir iškraunant akumuliatorių, trumpalaikiai įtampos šuoliai gali viršyti įrangos atsparumo įtampą, todėl grandinė sugenda.
Jutiklio sąsaja: fotodiodai (PPG jutikliai) yra jautrūs aplinkos šviesos trukdžiams arba elektrostatinėms iškrovoms, kai priima atspindėtus šviesos signalus, todėl signalo perkrova.
Bioelektrinio potencialo gavimas: kai EKG elektrodai liečiasi su oda, dėl žmogaus statinės elektros arba elektromiografijos trikdžių gali atsirasti laikina aukšta įtampa, o tai gali sugadinti pirminį stiprintuvą.
Aukšto dažnio perjungiamas maitinimo šaltinis: vidiniai nuolatinės srovės -DC keitikliai gali sukelti įtampos skambėjimą ir elektromagnetinius trukdžius (EMI) dėl prastų diodų atvirkštinio atkūrimo charakteristikų perjungimo metu.
2, pagrindinis techninis diodo principas, kad būtų išvengta srovės viršįtampių
1. Trumpalaikis įtampos slopinimas (TVS): "apsauginis vožtuvas" su nanosekundžių lygio atsaku
TVS diodai greitai veikia, kai įtampa viršija gedimo įtampą (Vbr) dėl netiesinių voltų amperų charakteristikų, todėl viršįtampis yra saugus. Jo reakcijos laikas yra tik 1 ps, o tai gali efektyviai sugerti trumpalaikę energiją, pvz., žaibo smūgius ir ESD. Pavyzdžiui, impulsų oksimetro LED tvarkyklės grandinėje dvikryptis TVS diodas (pvz., SMAJ5.0A) gali vienu metu slopinti teigiamus ir neigiamus įtampos šuoliai, apsaugodamas fotodiodą nuo elektrostatinio šoko.

2. Atvirkštinio atkūrimo funkcijos optimizavimas: pašalinkite jungiklio triukšmą
Greito atkūrimo diodai (FRD) ir Schottky diodai sumažina įtampos skambėjimą aukšto -dažnio perjungimo maitinimo šaltiniuose, sutrumpindami atvirkštinio atkūrimo laiką (TRR). Pavyzdžiui, EKG gavimo grandinės DC-DC keitiklyje MBR30200PT Schottky diodas (trr<5ns) is used to avoid the superposition of reverse current and MOSFET turn off process, reduce EMI interference, and ensure the purity of ECG signal.

3. Srovės ribojimo apsauga: minkštas paleidimas ir šilumos valdymas
NTC termistorių nuosekliai prijunkite prie maitinimo įvesties gnybto ir naudokite jo šaltą didelės varžos vertę (pvz., 5 Ω 5D-9 modeliui esant 25 laipsnių kampu), kad apribotumėte viršįtampio srovę, kai įjungtas maitinimas. Kai srovė įkaista, varžos vertė sumažėja iki<1 Ω, achieving soft start. For example, a certain model of portable monitor adopts an NTC+relay combination scheme to suppress the impulse current of 220V AC input from 300A to 60A, with a reduction of over 80%.

4. Suspaudimas ir įtampos stabilizavimas: jautrių grandinių apsauga
Zenerio diodai užtikrina stabilią atskaitos įtampą bioelektrinio potencialo stiprintuvams per įtampos pastovumą atvirkštinio gedimo srityje. Pavyzdžiui, AD8233 lustų serijoje viduje yra integruotas įtampos reguliatoriaus diodas, kuris gali suspausti EKG signalo stiprinimo grandinės įvesties įtampos svyravimo diapazoną nuo ± 20% iki ± 1%, užtikrinant širdies ritmo aptikimo tikslumą.

3, Tipiniai taikymo scenarijai ir sprendimai
1. Fotopletizmografijos (PPG) jutiklio apsauga
Oksimetre raudonas šviesos diodas (660 nm) ir infraraudonųjų spindulių šviesos diodas (940 nm) pakaitomis skleidžia šviesą, o fotodiodas priima atspindėtą šviesą ir paverčia ją elektriniu signalu. Siekiant išvengti ESD poveikio, prie jutiklio sąsajos lygiagrečiai turi būti prijungtas dvikryptis TVS diodas (pvz., P6SMB15CA), kurio fiksavimo įtampa yra 15 V, kuri gali sugerti ± 8 kV elektrostatinės iškrovos energiją. Tuo pačiu metu Schottky diodai (pvz., BAT54S) yra nuosekliai sujungti į LED pavaros grandinę, kad būtų sumažintas energijos suvartojimas naudojant mažą tiesioginės įtampos kritimą (0,15 V) ir būtų išvengta šviesos diodo veikimo trukmės pablogėjimo dėl per didelės srovės.

2. EKG bioelektrinio potencialo gavimo grandinės apsauga
Kai EKG elektrodai liečiasi su oda, žmogaus statinė elektra gali sukurti tūkstančius voltų trumpalaikės įtampos. Lygiagrečiai sujungus TVS diodus (pvz., SMAJ12CA) prie elektrodo įėjimo, įtampą galima sumažinti iki 12 V, taip apsaugant pirminį stiprintuvą (pvz., AD8221) nuo pažeidimų. Be to, galios įvesties gale naudojamas tilto lygintuvo grandinės + NTC termistoriaus derinys, kuris slopina viršįtampio srovę, kurią sukelia tinklo bangos svyravimai, ir užtikrina EKG signalo gavimo stabilumą.

3. Nešiojamojo įrenginio maitinimo valdymas
Nešiojamuose monitoriuose, pvz., išmaniosiose apyrankėse, akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo grandinė turi susidoroti su trumpalaikiais dideliais srovės šuoliais. Vietoj tradicinių silicio diodų naudojant SiC Schottky diodus (pvz., C6D10065A), atvirkštinio atkūrimo laikas yra artimas nuliui, o tai gali sumažinti perjungimo nuostolius 60% ir atlaikyti trumpalaikes 100 A sroves, taip išvengiant aparatinės įrangos pažeidimų, kuriuos sukelia akumuliatoriaus perkrovimas arba trumpasis jungimas. Be to, USB įkrovimo sąsajoje yra integruotas ESD apsaugos diodas (pvz., ESD5D150TA), kuris iškrauna ± 15 kV statinę elektros energiją ir apsaugo vidinį įkrovimo lustą.