Kaip naudoti diodus norint apsaugoti pagrindinius komponentus medicinos prietaisų grandinėse?

一, Diodų šerdies apsaugos principas
1. Apsauga nuo viršįtampių: spaustukas ir riba
Diodas pasiekia įtampos fiksavimą per atvirkštinio gedimo charakteristikas. Kai grandinėje atsiranda trumpalaikė aukšta įtampa, Zenerio diodas arba TVS diodas greitai pereina į lavinos gedimo būseną, apribodamas įtampą iki saugios ribos. Pavyzdžiui, prie elektrokardiografo įėjimo atvirkštinis lygiagretus silicio diodas gali apriboti įėjimo įtampą iki ± 600 mV, kad aukštos įtampos impulsai nepakenktų pirminiam stiprintuvui. TVS diodai turi pikosekundės atsako greitį ir apsaugo grandines žaibo smūgio ar elektros greitųjų pereinamųjų (EFT) įvykių metu. Jų suspaudimo įtampos tikslumas gali siekti ± 5%, o nuotėkio srovė yra mažesnė nei 1 μA.

2. Apsauga nuo viršsrovių: nuolatinė srovė ir energijos sugertis
Indukcinės apkrovos grandinėse diodai slopina atvirkštinę elektrovaros jėgą laisvos eigos veikimu. Pavyzdžiui, ventiliatoriaus relės pavaros grandinėje lygiagretūs Šotkio diodai suteikia atvirkštinį srovės kelią, kai relė išjungiama, ir neleidžia šimtams voltų trumpalaikei aukštai įtampai, kurią sukuria ritė, sugadinti varančiojo tranzistoriaus. Variklio valdymo grandinėse greito atkūrimo diodai (FRD) sugeria variklio užpakalinę elektrovaros energiją, greitai laiduodami ir išjungdami, apsaugodami maitinimo įrenginius nuo įtampos šuolių.

3. Elektrostatinė apsauga: ESD slopinimas
Medicininės įrangos sąsajos grandinė yra jautri žmogaus statinei elektrai arba aplinkos trikdžiams. ESD slopinimo diodai dėl mažos talpos greitai iškrauna statinę energiją didelės spartos signalo linijose, pvz., USB ir HDMI<1pF) and high breakdown voltage (>20kV) charakteristikos. Pavyzdžiui, nešiojamojo monitoriaus EKG signalo sąsajoje, naudojant TVS diodų matricą, elektrostatinės iškrovos įtampą galima sumažinti nuo 8 kV iki saugaus lygio, išlaikant signalo vientisumą.

2, Tipinio taikymo scenarijaus analizė
1. Elektros sistemos apsauga
Medicininės įrangos galios modulis turi susidoroti su tokiomis grėsmėmis kaip galios svyravimai ir žaibo smūgiai. Pavyzdžiui, medicininio rentgeno aparato aukštos įtampos

Aukštos įtampos ištaisymas: SiC diodai turi iki 60kV atsparumo įtampą ir 20ns atvirkštinį atkūrimo laiką, o tai yra 30% efektyviau nei tradiciniai silicio diodai. Jie gali stabiliai išvesti dešimtis kilovoltų nuolatinės srovės aukštos įtampos.
Viršįtampio absorbcija: lygiagrečiai prijunkite metalo oksido varistorius (MOV) ir TVS diodus maitinimo įvesties gale, kad sukurtumėte kelių{0}}pakopų apsaugą. MOV sugeria pirminę viršįtampio energiją, o TVS diodas toliau fiksuoja likutinę įtampą, kad užtikrintų, jog pasroviui esanti grandinė būtų apsaugota nuo smūgių.
2. Signalo gavimo ir perdavimo apsauga
Bioelektrinio signalo gavimo grandinėje diodai apsaugo jautrius komponentus ribojant amplitudę ir filtruojant. Pavyzdžiui:

Elektrokardiogramos įvesties apsauga: naudojant dviejų{0}}pakopų apsaugos grandinę, pirmasis etapas yra dujų išlydžio vamzdis (GDT), kuris riboja įvesties įtampą ± 50 V tikslumu; Antrasis etapas yra atvirkštinis lygiagretus silicio diodas, kuris toliau fiksuoja įtampą iki ± 600 mV, tuo pačiu slopindamas aukšto -dažnio trukdžius per RC filtravimo tinklą.
Šviesolaidinio ryšio sąsaja: endoskopinėse vaizdo perdavimo sistemose fotodiodai naudojami kartu su TVS diodais. Fotodiodai šviesos signalus paverčia elektros signalais, o TVS diodai apsaugo juos nuo statinės elektros ar galios svyravimų, užtikrindami vaizdo duomenų perdavimo stabilumą.
3. Terapinės įrangos energijos kontrolė
Lazerinės terapijos prietaisuose diodai apsaugo pacientus ir įrangą tiksliai valdydami išėjimo energiją. Pavyzdžiui:

Lazerio galios reguliavimas: jungiklio grandinė, susidedanti iš greito atkūrimo diodo ir MOSFET, naudojama valdyti lazerinio diodo varomąją srovę, reguliuojant diodo laidumo kampą, siekiant nuolat reguliuojamo išėjimo galios.
Apsauginė blokavimo apsauga: Gydymo galvutės ir įrangos jungtyje sumontuota fotoelektrinė jungtis. Kai gydymo galvutė nėra tinkamai sumontuota, fotodiodas negali aptikti šviesos signalo ir automatiškai nutraukia lazerio išvestį, kad būtų išvengta atsitiktinio apšvitinimo.
3, Technologijų parinkimo ir optimizavimo strategija
1. Įrenginio parametrų suderinimas
Įtampos lygis: pasirinkite diodus, kurių atvirkštinio gedimo įtampa (Vbr) viršija 1,5 karto didžiausią įtampą, atsižvelgiant į grandinės darbinę įtampą. Pavyzdžiui, 220 V kintamosios srovės įvesties grandinėje reikia pasirinkti TVS diodus, kurių Vbr didesnė nei 600 V arba lygi.
Srovės talpa: Apsaugos nuo viršsrovių scenarijuose vidutinė diodo ištaisyta srovė (If) turėtų būti didesnė nei dvigubai didesnė už didžiausią grandinės veikimo srovę. Pavyzdžiui, variklio pavaros grandinėje pasirenkamas greito atkūrimo diodas, kurio srovė didesnė nei 10A arba lygi.
Atsako greitis: norėdami apsaugoti aukšto{0}}dažnio signalą, pirmenybę teikite TVS arba Schottky diodams, kurių atsako laikas (trr)<10ns.
2. Topologijos optimizavimas
Kelių lygių apsauga: pritaikant trijų{0}}pakopų apsaugos architektūrą „GDT+MOV+TVS“, GDT sugeria pirminę viršįtampio energiją, MOV slopina tarpinę viršįtampą, TVS fiksuoja liekamąją įtampą ir palaipsniui mažina energijos kiekį.
Integruotas dizainas: naudojant TVS diodų matricas arba ESD apsaugos modulius, siekiant sumažinti PCB išdėstymo erdvę. Pavyzdžiui, „Littelfuse“ SP1003 serijos TVS masyvas gali integruoti keturias signalo apsaugas viename luste, sumažindamas parazitinės talpos poveikį didelės spartos signalams.
3. Šiluminis valdymas ir patikimumas
Šilumos išsklaidymo konstrukcija: naudojant didelės{0}}galios įrenginius, dioduose turi būti aušintuvai arba aušintuvai. Pavyzdžiui, gradiento stiprintuvuose, skirtuose medicininiam magnetinio rezonanso vaizdavimui (MRT), SiC Schottky diodai išsklaido šilumą per vario substratą, kad užtikrintų, jog sandūros temperatūra būtų žemesnė nei 150 laipsnių.
Perteklinė konstrukcija: lygiagrečiai keli diodai kritinėse grandinėse, siekiant pagerinti sistemos atsparumą gedimams. Pavyzdžiui, defibriliatoriaus aukštos-tampos kondensatoriaus įkrovimo grandinėje du TVS diodai yra prijungti lygiagrečiai, kad būtų išvengta įrangos gedimo dėl vieno taško gedimo.