Kaip sumažinti triukšmą medicinos prietaisų maitinimo šaltinyje per diodus?

一, Triukšmo atsekamumas: medicininio maitinimo šaltinio triukšmo iššūkis
Medicinos prietaisų maitinimo šaltinio triukšmas daugiausia kyla iš trijų dimensijų:

Įrenginiams būdingas triukšmas: pagrindinį triukšmo lygį sudaro šūvio triukšmas, šiluminis triukšmas ir 1/f triukšmas iš maitinimo įrenginių, tokių kaip diodai ir MOSFET. Pavyzdžiui, kai Šotkio diodai yra pakreipti atgal, jų sandūros talpa ir parazitinis induktyvumas sukels aukšto -dažnio virpesius, sudarydami triukšmo smailes 0,1–100 MHz dažnių diapazone.
Perjungimo triukšmas: izoliuotose galios topologijose, tokiose kaip „flyback“ ir LLC, galios diodų atvirkštinis atkūrimo procesas gali sukelti stiprius elektromagnetinius trukdžius (EMI). Pavyzdžiui, naudojant tam tikrą medicininio defibriliatoriaus maitinimo šaltinį, jo išėjimo lygintuvo diodas gali generuoti iki 50 V/ns įtampos šuolius atvirkštinio atkūrimo metu, todėl išvesties pulsacija gali siekti iki 200 mV.
Laidieji trukdžiai: viršįtampis, elektrostatinė iškrova (ESD) ir kiti įvykiai maitinimo įvesties gale per maitinimo liniją bus nukreipti į įrangos vidų. IEC 60601-1 standartas reikalauja, kad medicininė įranga kontroliuotų paciento pagalbinių grandinių nuotėkio srovę 10 μA tikslumu atliekant kontaktinės srovės bandymą, o tai nustato griežtus maitinimo šaltinio priekinės dalies triukšmo slopinimo reikalavimus.
2, Diodų triukšmo mažinimo technologijos matrica
1. Atvirkštinio atkūrimo funkcijos optimizavimas
Atskirtuose nuolatinės srovės -DC keitikliuose greito atkūrimo diodų (FRD) arba silicio karbido (SiC) Schottky diodų naudojimas gali žymiai sumažinti perjungimo triukšmą. Pavyzdžiui, nešiojamajame ultragarso diagnostikos maitinimo šaltinyje tradicinį silicio -pagrįstą itin greitą atkūrimo diodą (UFRD) pakeičiant SiC Schottky diodu:

Atvirkštinio atkūrimo laikas sumažintas nuo 35 n iki 5 n
Išėjimo pulsacija sumažinta nuo 150 mV iki 45 mV
Efektyvumas padidėjo 3,2 procentinio punkto
Dėl didelio kritinio SiC diodų gedimo lauko stiprumo (3MV/cm) jie yra naudingesni naudojant aukštos įtampos įrenginius. Medicininių KT aparatų rentgeno aukštos-įtampos generatoriuje naudojant 650 V SiC Schottky diodų matricą galima 80 % sumažinti atvirkštinio atkūrimo nuostolius ir pasiekti ± 0,01 % išėjimo įtampos stabilumą.

2. Triukšmo slopinimo diodų matrica
Aukšto{0}}dažnio triukšmo slopinimui galima sukurti diodinio kondensatoriaus rezistoriaus (DCR) buferinį tinklą. Tam tikrame implantuojamame neuroninio stimuliatoriaus maitinimo šaltinyje lygiagrečiai per išėjimo lygintuvo diodą prijungta 10 Ω/100pF RC buferio grandinė:

Slopinami aukšto{0}}dažnio virpesiai, viršijantys 10 MHz
Sumažinkite išėjimo triukšmo tankį nuo 15nV/√ Hz iki 3nV/√ Hz
Atitinka IEC 60601-1 reikalavimus dėl implantuojamų prietaisų elektromagnetinio suderinamumo
Pažangesnis sprendimas yra naudoti integruotą triukšmo slopinimo modulį. Pavyzdžiui, Tianling Arrow Company paleista TLN201 serijos diodų matrica gali pasiekti:

8kV žaibo apsauga
100dB EMI slopinimas
0,1 μA nuotėkio srovės valdymas
3. Optoelektroninės movos izoliavimo technologija
Medicininiuose maitinimo šaltiniuose, kuriems reikalinga elektros izoliacija, šviesos diodų (LED) ir fotodiodų derinys optronuose gali pasiekti visišką signalų ir maitinimo šaltinių izoliaciją. Pavyzdžiui, tam tikro medicininio monitoriaus izoliuotas maitinimo šaltinis:

Priimamas Avago HCPL-0631 optronas
Izoliacijos įtampa iki 5kVrms
Bendrojo režimo atmetimo koeficientas (CMRR) padidintas iki 120 dB
Kontroliuokite nuotėkio srovę įvesties ir išvesties gnybtuose 0,1 μA tikslumu
Naujasis skaitmeninis izoliatorius dar labiau pramuša tradicinių optinių jungčių pralaidumo apribojimą. ADI ADuM5401 izoliatorius naudoja magnetinio sujungimo technologiją, kad pasiektų 5 kV izoliaciją ir palaiko 2Mbps duomenų perdavimo spartą, o energijos suvartojimas sumažėjo 60%, palyginti su tradiciniais optronais.

3, tipinio taikymo scenarijaus analizė
1. Nešiojamieji medicinos prietaisai
Baterijomis maitinamuose prietaisuose, tokiuose kaip gliukozės kiekio kraujyje matuokliai ir nešiojamasis ultragarsas, diodų triukšmo mažinimas turi subalansuoti efektyvumą ir erdvę. Tam tikras pirštų galiukų oksimetras turi tokią schemą:

Įvesties gnybtas: SMBJ5.0CA TVS diodas ESD apsaugai (± 15kV kontaktinis išlydis)
Ištaisymo procesas: BAT54S dvigubas Šotkio diodas sumažina laidumo nuostolius (VF)= 0.2V@1A )
Išvesties gnybtas: BAV99 apkabos diodas riboja viršįtampą iki -0,5 V ~ 3,8 V
Šis sprendimas leidžia įrenginiui valdyti išvesties pulsaciją 10 mV ribose ir pailginti baterijos veikimo laiką 20 %, kai tiekiamas 1,8 V baterijos maitinimas.

2. Aukšto tikslumo medicininė vaizdo gavimo įranga
Didelėje įrangoje, pvz., MRT ir KT, maitinimo šaltinio triukšmas tiesiogiai veikia vaizdo kokybę. Tam tikras 3.0T MRT gradiento stiprintuvo maitinimo šaltinis naudoja:

SiC MOSFET ir SiC Schottky diodų derinys
Kelių lygių DCR buferinis tinklas
Vario folijos ferito vario folijos sumuštinių ekranavimo konstrukcija
Realizuoti išėjimo įtampos stabilumą ± 0,005% ir gradiento magnetinio lauko pulsaciją<0.01%, meeting the requirements of DICOM standard for imaging uniformity.

3. Implantuojami medicinos prietaisai
Implantuojamuose įrenginiuose, pvz., širdies stimuliatoriuose ir nervų stimuliatoriuose, diodų triukšmo mažinimas turi atitikti biologinio suderinamumo ir itin{0}}mažo energijos suvartojimo reikalavimus. Tam tikras uždarojo ciklo-nervinio stimuliatoriaus maitinimo šaltinis naudoja:

Mažos nuotėkio srovės fotodiodas su paviršiaus pasyvavimo apdorojimu
0402 supakuotas TVS diodas ESD apsaugai
Dinaminė poslinkio grandinė sumažina statinės energijos sąnaudas
Pailginkite įrenginio eksploatavimo laiką iki daugiau nei 10 metų, kai tiekiamas 3,7 V ličio -jonų akumuliatorius, ir atitinka ISO 10993 biologinio suderinamumo standartą.