Како диоде спречавају пренапоне струје у мониторима виталних знакова?

一, Тренутни ризик од пренапона у уређајима за праћење виталних знакова
Основни модули уређаја за праћење виталних знакова укључују фотоелектричне сензоре, кола за прикупљање биоелектричног потенцијала и јединице за управљање напајањем. Тренутни ризик од скока углавном долази из следећих сценарија:

Улазни терминал за напајање: Током рада мрежних таласа или пуњења и пражњења батерије, пролазни скокови напона могу премашити издрживу вредност напона опреме, што доводи до квара кола.
Интерфејс сензора: фотодиоде (ППГ сензори) су подложне утицају светлости из околине или електростатичком пражњењу када примају рефлектоване светлосне сигнале, што изазива преоптерећење сигнала.
Аквизиција биоелектричног потенцијала: Када ЕКГ електроде дођу у контакт са кожом, људски статички електрицитет или интерференција електромиографије може да генерише пролазни високи напон, који може оштетити претпојачало.
Високофреквентно прекидачко напајање: Интерни ДЦ-ДЦ претварачи могу да изазову звоњаву напона и електромагнетне сметње (ЕМИ) због лоших карактеристика опоравка диода током пребацивања.
2, Основни технички принцип диоде за спречавање струјног удара
1. Пригушивање прелазног напона (ТВС): „сигурносни вентил“ са одзивом нивоа наносекунде
ТВС диоде брзо проводе када напон премаши напон пробоја (Вбр) кроз нелинеарне карактеристике волтампера, ограничавајући пренапон у безбедан опсег. Његово време одзива је само 1пс, што може ефикасно да апсорбује пролазну енергију као што су удари грома и ЕСД. На пример, у ЛЕД покретачком колу пулсног оксиметра, двосмерна ТВС диода (као што је СМАЈ5.0А) може истовремено да потисне позитивне и негативне скокове напона, штитећи фотодиоду од електростатичког удара.

2. Оптимизација функције повратног опоравка: елиминишите шум прекидача
Диоде за брзи опоравак (ФРД) и Шоткијеве диоде смањују напон звоњења у високо{0}}искључним изворима напајања скраћивањем времена повратног опоравка (ТРР). На пример, у ДЦ-ДЦ претварачу кола за прикупљање ЕКГ, МБР30200ПТ Шотки диода (трр<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. Заштита од ограничења струје: меки старт и термално управљање
Повежите НТЦ термистор у серију са прикључком за улаз напајања и користите његову вредност високог отпора на хладноћу (као што је 5 Ω за модел 5Д-9 на 25 степени) да ограничите струју удара када је укључен. Након што се струја загреје, вредност отпора пада на<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. Стезање и стабилизација напона: заштита осетљивих кола
Зенер диоде обезбеђују стабилан референтни напон за појачиваче биоелектричног потенцијала кроз константност напона у региону обрнутог пробоја. На пример, серија чипова АД8233 интерно интегрише диоду регулатора напона, која може да компримује опсег флуктуације улазног напона кола за појачавање ЕКГ сигнала од ± 20% до ± 1%, обезбеђујући тачност детекције откуцаја срца.

3, Типични сценарији примене и решења
1. Заштита фотоплетизмографског (ППГ) сензора
У оксиметру, црвена ЛЕД (660нм) и инфрацрвена ЛЕД (940нм) наизменично емитују светлост, а фотодиода прима рефлектовану светлост и претвара је у електрични сигнал. Да би се спречио ЕСД утицај, двосмерна ТВС диода (као што је П6СМБ15ЦА) треба да буде повезана паралелно на интерфејс сензора, са напоном стезања од 15 В, који може да апсорбује ± 8 кВ енергије електростатичког пражњења. У исто време, Шотки диоде (као што је БАТ54С) су повезане серијски у ЛЕД погонско коло да би се смањила потрошња енергије коришћењем њиховог ниског пада напона унапред (0,15 В) и избегла деградација животног века ЛЕД диода узрокована прекомерном струјом.

2. Заштита ЕКГ кола за аквизицију биоелектричног потенцијала
Када ЕКГ електроде дођу у контакт са кожом, људски статички електрицитет може да генерише хиљаде волти пролазног напона. Паралелним ТВС диодама (као што је СМАЈ12ЦА) на улазу електроде, напон се може стегнути на испод 12В, штитећи претпојачало (као што је АД8221) од оштећења. Поред тога, комбинација мосног исправљача + НТЦ термистора се користи на крају улаза напајања да би се потиснула струја пренапона узрокована флуктуацијом мрежног таласа и осигурала стабилност аквизиције ЕКГ сигнала.

3. Управљање напајањем преносног уређаја
У преносивим мониторима као што су паметне наруквице, коло за пуњење и пражњење батерије треба да се носи са пролазним високим струјним ударима. Коришћењем СиЦ Шоткијевих диода (као што је Ц6Д10065А) уместо традиционалних силицијумских диода, време повратног опоравка је близу нуле, што може смањити губитке при пребацивању за 60% и издржати пролазне струје од 100А, избегавајући оштећење хардвера узроковано прекомерним пуњењем батерије или кратким спојевима. Поред тога, ЕСД заштитна диода (као што је ЕСД5Д150ТА) је интегрисана у УСБ интерфејс за пуњење за пражњење ± 15кВ статичког електрицитета и заштиту унутрашњег чипа за пуњење.