Kā novērst strāvas pretplūsmu medicīnas iekārtu diodēs?

一, Pretplūsmas princips: PN savienojuma vienvirziena vadītspēja
Diodes kodola struktūra ir PN pāreja, ko veido P-tipa pusvadītāja (ar daudziem caurumiem) un N- tipa pusvadītāja (ar daudziem brīviem elektroniem) kombinācija. Tās pretplūsmas funkcija balstās uz šādiem fiziskiem mehānismiem:

Pozitīvā vadītspēja: kad P spaile ir savienota ar pozitīvo elektrodu un N spaile ir savienota ar negatīvo elektrodu, pielietotais spriegums vājina elektrisko lauku PN savienojuma iekšpusē, izraisot nesēja difūziju un veidojot vadīšanas strāvu, ļaujot strāvai plūst no P uz N.
Apgrieztā nogriešana: ja N spaile ir pievienota pozitīvajam elektrodam un P spaile ir pievienota negatīvajam elektrodam, tiek pielietots ārējs spriegums, lai uzlabotu iekšējo elektrisko lauku, paplašinātu izsīkuma slāni, kavētu lādiņu nesēju pāreju un atļautu tikai ārkārtīgi mazu reversās noplūdes strāvu (parasti nanoampēru līmeni).
Šī vienvirziena vadītspēja padara diodi par dabisku "strāvas vienvirziena vārstu". Piemēram, Šotkija diode (piemēram, SS14) ir savienota paralēli portatīvās ultraskaņas zondes jaudas ieejai. Ja jaudas polaritāte ir mainīta, diode atslēdzas pretējā virzienā, bloķējot strāvas ceļu un neļaujot iekšējai ķēdei izdegt.

2, tipiski pielietojuma scenāriji medicīnas iekārtās
1. Pārnēsājamas medicīniskās ierīces: līdzsvaro zemu enerģijas patēriņu un augstu uzticamību
Tādās ierīcēs kā glikozes mērītāji un pārnēsājamie elektrokardiogrāfi Šotkija diodes ir vēlamā izvēle, lai novērstu atpakaļplūsmu, jo tām ir zems sprieguma kritums uz priekšu (0,15–0,45 V). Piemēram, noteikts asins glikozes mērītāja modelis izmanto BAT54S dubulto Šotki diožu bloku, lai sasniegtu šādas funkcijas:

Aizsardzība pret reverso savienojumu: paralēli savienota ar strāvas ievades spaili. Kad strāvas polaritāte ir mainīta, diode mainīsies un noslēgsies, bloķējot strāvas ceļu.
Strāvas ceļa izvēle: divu akumulatoru barošanas sistēmā galvenais un rezerves barošanas avoti tiek automātiski pārslēgti caur diodēm, lai nodrošinātu nepārtrauktu barošanu.
Strāvas ierobežošanas aizsardzība: savienota virknē ar motora piedziņas ķēdi, izmantojot sprieguma kritumu, lai ierobežotu palaišanas strāvu un novērstu strāvas pārspriegumu, kad motors ir bloķēts.
2. Lieljaudas medicīnas iekārtas: triecienizturība un stabilitātes optimizācija
Tādās ierīcēs kā defibrilatori un augstfrekvences elektriskie naži{0}}ir jācīnās ar pārejošiem lieliem strāvas pārspriegumiem. Šajā brīdī ātrās atjaunošanas diodes (FRD) un silīcija karbīda (SiC) diodes kļūst par galvenajām sastāvdaļām:

Defibrilatora uzlādes ķēde: tiek izmantots MBR30200PT Schottky modulis (30A/200V), kura reversās atkopšanas laiks (trr) ir mazāks par 5ns, kas var novērst sprieguma pieaugumu, ko izraisa diodes slēdža aizkave uzlādes laikā, un aizsargāt augstsprieguma kondensatorus no pārsprieguma pārrāvuma.
Augstas frekvences elektriskā naža izejas stadija: izmantojot C6D10065A SiC Schottky diodi (100A/650V), tās zemais tiešā sprieguma kritums (1,5V) un augstas temperatūras pretestības raksturlielumi (175 grādu savienojuma temperatūra) nodrošina, ka pašas diodes enerģijas patēriņš tiek samazināts par 60% 1MHz laikā, vienlaikus izvairoties no pārmērīgas veiktspējas samazināšanās,{8}}.
3. Precīzijas medicīnas instrumenti: signāla integritāte un pret-traucējumu dizains
Ierīcēs, piemēram, elektrokardiogrāfos un elektroencefalogrāfos, vāju bioelektrisko signālu iegūšanai nepieciešama stingra trokšņu slāpēšana. Šajā brīdī fotodiožu un aizsargdiožu kopīgais dizains kļūst ļoti svarīgs:

Optoelektroniskā savienojuma izolācija: signāla ievades kanālā tiek izmantots 6N137 optrons, lai panāktu elektrisko izolāciju un bloķētu kopējā režīma traucējumus, izmantojot diožu fotoelektrisko pārveidošanu.
ESD aizsardzība: sensora saskarnē paralēla ESD5D150TA Schottky diode ar zemu noplūdes strāvu (<0.1 μ A) and high reverse withstand voltage (150V) can effectively discharge the transient current generated by electrostatic discharge (ESD) and prevent sensor damage.
3, novatorisks pretplūsmas risinājums: diožu un citu komponentu kopīgs dizains
1. Kompozītmateriālu aizsardzības shēma: diode+TVS diode
Medicīnisko endoskopu attēlu pārraides modulī ir pieņemta saliktā aizsardzības shēma "Schottky diode+TVS diode", lai novērstu pārejošu pārspriegumu, ko izraisa zibens spērieni vai statiskā elektrība:

Schottky diode: paralēli savienota ar strāvas ievades termināli, nodrošinot ikdienas pretapgriezienu aizsardzību.
TVS diode: sērija, kas savienota ar signāla līniju, tās īpaši ātrs reakcijas laiks (<1ps) and low clamping voltage (such as SMAJ5.0A's clamping voltage of 7.8V) can limit overvoltage within a safe range in nanoseconds, protecting the downstream ADC chip from damage.
2. Pašatkopšanās aizsardzība: diode+PTC termistors
Valkājamo medicīnisko ierīču (piemēram, viedo rokassprādžu) uzlādes ķēdē tiek pieņemta pašatkopšanās aizsardzības shēma "Schottky diode+PTC termistors":

Šotkija diode: novērš akumulatora reverso savienojumu, vienlaikus izmantojot tā zemā sprieguma krituma raksturlielumus, lai samazinātu uzlādes zudumus.
PTC termistors: sērija savienota ar uzlādes ceļu, kad strāva pārsniedz slieksni, PTC pretestības vērtība strauji palielinās, ierobežojot strāvu; Pēc problēmu novēršanas PTC automātiski atgriežas zemas pretestības stāvoklī bez nepieciešamības nomainīt komponentus.
3. Ideāls diodes risinājums: integrācija un inteliģence
Pateicoties plaša diapazona materiālu popularitātei, integrētās ideālās diodes (piemēram, LM66100DCK) ir kļuvušas par iecienītāko augstākās klases medicīnas iekārtu izvēli. Tās darbības princips ir šāds:

Strāvas adaptera padeve: atvienojiet TYPE-C izvadi, izmantojot iekšējo PMOS atslēgu.
-C TIPA barošanas avots: izvada 5 V spriegumu, izmantojot iekšējo PMOS vadību.
Darbojas ar akumulatoru: ja gan punkta A, gan punkta C potenciāls ir 0 V, iekšējais PMOS vada un akumulators piegādā slodzei strāvu.
Šim risinājumam ir visaptverošas aizsardzības, zema spiediena samazināšanas, zemas iekšējās pretestības un zemas siltuma ražošanas priekšrocības, un to plaši izmanto portatīvajā ultraskaņā, endoskopā un citās iekārtās.