Како диоде помажу у стабилизацији напона у медицинској опреми?

一, Основни принцип диоде регулатора напона: управљивост региона обрнутог квара
Зенер диода је ПН спојни уређај произведен посебним поступком, чија је основна карактеристика константни напон у региону обрнутог пробоја. За разлику од обичних диода, када обрнути напон достигне критичну вредност (напон пробоја), струја диоде регулатора напона нагло расте, али напон на оба краја остаје у основи непромењен. Ова карактеристика га чини идеалном компонентом регулатора напона.

1. Анализа физичких механизама
Слом ПН споја: Када обрнути напон премаши напон пробоја, јачина електричног поља унутар ПН споја је довољна да омогући носиоцима наелектрисања (електронима и рупама) да добију довољну енергију, изазивајући колизијску јонизацију и формирајући велики број носилаца наелектрисања, што доводи до наглог повећања струје.
Кршење које се може контролисати: Кроз допирање материјала и конструкцијски дизајн, квар диоде регулатора напона је реверзибилан. Све док струја не прелази номиналну вредност, уређај може вратити своје оригиналне карактеристике након уклањања обрнутог напона.
Опсег регулације напона: Вредност регулације напона (Вз) диоде регулатора напона је обично између 2,4В и 200В, покривајући различите нивое напона које захтева медицинска опрема.
2. Дизајн кола регулатора напона
Зенер диоде се обично користе у серији са отпорницима за ограничавање струје да би се формирало коло регулатора напона паралелног типа. Његов принцип рада је следећи:

Када се напон повећа: Ако се повећа улазни напон (Уср), повећава се и напон оптерећења (Усц). Диода регулатора напона доживљава обрнути квар, узрокујући нагло повећање струје и повећање пада напона на отпорнику за ограничавање струје, чиме се надокнађује пораст Уср и одржава стабилност Усц.
Када се напон смањи: ако се Уср смањује, Усц се смањује, струја диоде регулатора напона се смањује, пад напона отпорника за ограничавање струје се смањује, компензујући смањење Уср и одржавајући стабилност Усц.
Када се оптерећење промени: ако се струја оптерећења повећава, пад напона отпорника за ограничавање струје се повећава, а Усц се смањује. Струја диоде регулатора напона се смањује, пад напона отпорника за ограничавање струје се смањује, а Усц остаје стабилан.
Кључни параметри: Што је мањи динамички отпор (Рз), већи је струјни гранични отпор (Р) и већа је стабилност излазног напона. На пример, у електрокардиографу, коришћењем диоде регулатора напона 2ЦВ52 (Вз=6.2В) у комбинацији са отпорником за ограничавање струје од 100 Ω може се компримовати опсег флуктуације улазног напона од ± 20% до ± 1%, обезбеђујући тачност аквизиције сигнала.

2, Типични сценарији примене у медицинској опреми
1. Преносиви медицински уређаји: балансирајте ниску потрошњу енергије и високу поузданост
У уређајима као што су мерачи глукозе у крви и преносиве ултразвучне сонде, Шотки диоде (као што је БАТ54С) постале су преферирани избор за анти-реверзну везу и стабилизацију напона због њиховог ниског пада напона унапред (0,15-0,45В) и карактеристика брзог пребацивања. на пример:

Заштита од обрнутог повезивања: Повежите Шоткијеву диоду паралелно на терминал за напајање. Када је поларитет напајања обрнут, диода ће се обрнути и искључити, блокирајући струјни пут и спречавајући унутрашње коло да изгори.
Избор путање напајања: У систему напајања са двоструком батеријом, главни и резервни извори напајања се аутоматски пребацују преко диода како би се обезбедило непрекидно напајање. На пример, одређени модел преносивог монитора усваја двоструку БАТ54С паралелну везу како би се постигао дизајн редундансе напајања, који и даље може да одржи рад у случају квара једне батерије.
2. Медицинска опрема велике снаге: отпорност на ударце и оптимизација стабилности
У уређајима као што су дефибрилатори и-електрични ножеви високе фреквенције, неопходно је да се носите са пролазним ударима велике струје. У овом тренутку, диоде за брзи опоравак (ФРД) и диоде од силицијум карбида (СиЦ) постају кључне компоненте:

Коло за пуњење дефибрилатора: Користи се Шоткијев модул МБР30200ПТ (30А/200В), са временом повратног опоравка (трр) мањим од 5нс, што може да спречи скокове напона узроковане кашњењем диодног прекидача током пуњења и заштити високо{4}}напонске кондензаторе од пренапонског квара.
Високофреквентни излазни степен електричног ножа: коришћењем Ц6Д10065А СиЦ Шотки диоде (100А/650В), њен низак пад напона (1,5В) и карактеристике отпорности на високе температуре (температура споја од 175 степени) обезбеђују да се сопствена потрошња енергије диоде смањи за 60% током 1МХз високе{8}}, уз избегавање смањења перформанси прекомерне фреквенције.
3. Прецизни медицински инструменти: интегритет сигнала и дизајн против -сметања
У уређајима као што су електрокардиографи и електроенцефалографи, аквизиција слабих биоелектричних сигнала захтева строго сузбијање буке. У овом тренутку, заједнички дизајн фотодиода и заштитних диода постаје кључан:

Изолација оптоелектронске спреге: У каналу за улаз сигнала, оптоспојник 6Н137 се користи за постизање електричне изолације и блокирање сметњи заједничког мода кроз фотоелектричну конверзију диода. На пример, одређени модел електроенцефалографа повећава улазну импедансу на 10М Ω кроз фотоелектричну спрегу, а однос одбијања заједничког мода (ЦМРР) достиже 120дБ.
ЕСД заштита: На интерфејсу сензора, паралелна ЕСД5Д150ТА Шотки диода са малом струјом цурења (<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, Иновативно решење за стабилизацију напона: Колаборативни дизајн диода и других компоненти
1. Композитно заштитно коло: диода+ТВС диода
У модулу за пренос слике медицинских ендоскопа усвојена је композитна заштитна шема „Шотки диода+ТВС диода“ како би се спречио пролазни пренапон изазван ударом грома или статичког електрицитета:

Шотки диода: паралелно повезана са прикључком за улаз напајања, пружа дневну заштиту од преокрета.
ТВС диода: серија повезана на сигналну линију, њено ултра брзо време одзива (<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. Заштита самоопоравка: диода + ПТЦ термистор
У кругу пуњења носивих медицинских уређаја (као што су паметне наруквице), усвојена је заштитна шема самоопоравка „Шотки диода+ПТЦ термистор“:

Шотки диода: спречава обрнуту везу батерије док користи своје карактеристике ниског пада напона за смањење губитака при пуњењу.
ПТЦ термистор: серија повезан на пут пуњења, када струја пређе праг, вредност ПТЦ отпора нагло се повећава, ограничавајући струју; Након решавања проблема, ПТЦ се аутоматски враћа у стање ниског отпора без потребе замене компоненти.
3. Идеално решење диода: интеграција и интелигенција
Са популарношћу материјала са широким појасом, интегрисане идеалне диоде (као што је ЛМ66100ДЦК) постале су пожељан избор за врхунску медицинску опрему. Његов принцип рада је следећи:

Напајање адаптера за напајање: Искључите излаз ТИПЕ-Ц преко унутрашњег ПМОС-а.
ТИПЕ-Ц напајање: Излазни напон од 5В кроз интерну ПМОС проводљивост.
Напаја се из батерије: Када и тачка А и тачка Ц имају потенцијал од 0В, унутрашњи ПМОС спроводи струју и батерија напаја оптерећење.
Ово решење има предности свеобухватне заштите, ниске редукције притиска, ниског унутрашњег отпора и ниске производње топлоте и широко се користи у преносивој ултразвучној, ендоскопској и другој опреми.