Како смањити буку у напајању медицинских инструмената путем диода?

一, Праћење буке: Изазов буке медицинског напајања
Бука напајања медицинског инструмента углавном долази из три димензије:

Интринзична бука уређаја: Основни ниво буке састоји се од пуцњаве, термичке буке и буке 1/ф од енергетских уређаја као што су диоде и МОСФЕТ-ови. На пример, када су Шоткијеве диоде обрнуто пристрасне, њихов спојни капацитет и паразитска индуктивност ће произвести високо-осцилације, формирајући пикове шума у ​​опсегу фреквенција од 0,1-100МХз.
Шум при пребацивању: У изолованим топологијама напајања као што су флибацк и ЛЛЦ, процес обрнутог опоравка енергетских диода може да генерише јаке електромагнетне сметње (ЕМИ). Узимајући за пример одређени извор напајања медицинског дефибрилатора, његова излазна исправљачка диода може да генерише напоне до 50В/нс током реверзног опоравка, што доводи до таласања излаза до 200мВ.
Кондуктоване сметње: Пренапон, електростатичко пражњење (ЕСД) и други догађаји на улазном крају електричне мреже биће спроведени у унутрашњост опреме преко струјне линије. Стандард ИЕЦ 60601-1 захтева од медицинске опреме да контролише струју цурења помоћних кола за пацијента унутар 10 μ А током тестирања контактне струје, што намеће строге захтеве за сузбијање буке предњег дела извора напајања.
2, матрица технологије смањења шума диоде
1. Оптимизација функције повратног опоравка
У изолованим ДЦ-ДЦ претварачима, употреба диода за брзи опоравак (ФРД) или Шотки диода од силицијум карбида (СиЦ) може значајно смањити шум при пребацивању. На пример, у преносном ултразвучном дијагностичком напајању, заменом традиционалне силицијумске-диоде за ултрабрзи опоравак (УФРД) са СиЦ Шотки диодом:

Време повратног опоравка је смањено са 35нс на 5нс
Излазно таласање смањено са 150мВ на 45мВ
Ефикасност је повећана за 3,2 процентна поена
Висока критична јачина поља пробоја (3МВ/цм) СиЦ диода чини их бољим у високонапонским-применама. У Кс-високонапонском-генератору медицинских ЦТ машина, коришћењем 650В СиЦ Шоткијевог низа диода може се смањити губитак повратног поврата за 80% и постићи стабилност излазног напона од ±0,01%.

2. Низ диода за сузбијање шума
За{0}}пригушивање високофреквентног шума може се конструисати мрежа бафера са диодним кондензаторским отпорником (ДЦР). У одређеном напајању неуралног стимулатора који се може имплантирати, РЦ бафер коло од 10 Ω/100пФ је повезано паралелно преко излазне исправљачке диоде:

Потиснуте високо{0}}осцилације изнад 10МХз
Смањите густину излазне буке са 15нВ/√ Хз на 3нВ/√ Хз
Испуните захтеве ИЕЦ 60601-1 за електромагнетну компатибилност имплантабилних уређаја
Напредније решење је коришћење интегрисаног модула за сузбијање буке. На пример, низ диода серије ТЛН201 који је лансирала компанија Тианлинг Арров може постићи:

8кВ громобранска заштита
100дБ ЕМИ слабљење
Контрола струје цурења 0,1 μ А
3. Технологија изолације оптоелектронске спреге
У медицинским изворима напајања који захтевају електричну изолацију, комбинација диода које емитују светлост (ЛЕД) и фотодиода у оптокаплерима може да постигне потпуну изолацију између сигнала и извора напајања. Узимајући изоловано напајање одређеног медицинског монитора као пример:

Усвајање Аваго ХЦПЛ-0631 оптокаплера
Напон изолације до 5кВрмс
Однос одбијања у уобичајеном моду (ЦМРР) повећан на 120 дБ
Контролишите струју цурења на улазним и излазним терминалима унутар 0,1 μ А
Нови дигитални изолатор даље пробија ограничење пропусног опсега традиционалних оптокаплера. АДИ-јев АДуМ5401 изолатор користи технологију магнетног спајања за постизање изолације од 5кВ уз подршку брзине преноса података од 2Мбпс, уз потрошњу енергије смањену за 60% у поређењу са традиционалним оптокаплерима.

3, Типична анализа сценарија примене
1. Преносиви медицински уређаји
У уређајима који се напајају батеријама као што су мерачи глукозе у крви и преносиви ултразвук, смањење буке диода треба да уравнотежи ефикасност и простор. Одређени оксиметар на прстима усваја следећу шему:

Улазни терминал: СМБЈ5.0ЦА ТВС диода за ЕСД заштиту (± 15кВ контакт пражњење)
Процес исправљања: БАТ54С двострука Шоткијева диода смањује губитак проводљивости (ВФ)= 0.2В@1А )
Излазни терминал: диода са стезаљком БАВ99 ограничава пренапон на -0,5В~3,8В
Ово решење омогућава уређају да контролише излазно таласање унутар 10мВ и продужи век трајања батерије за 20% под напајањем батерије од 1,8В.

2. Висока прецизна медицинска опрема за снимање
У великој опреми као што су МРИ и ЦТ, шум напајања директно утиче на квалитет слике. Одређени 3.0Т МРИ градијент појачало за напајање користи:

Комбинација СиЦ МОСФЕТ-а и СиЦ Шоткијеве диоде
Мрежа бафера ДЦР више нивоа
Бакарна фолија феритна бакарна фолија сендвич заштитна структура
Остварите стабилност излазног напона од ± 0,005% и таласање магнетног поља градијента од<0.01%, meeting the requirements of DICOM standard for imaging uniformity.

3. Медицински уређаји за имплантацију
Код имплантабилних уређаја као што су пејсмејкери и нервни стимулатори, смањење диодног шума треба да испуни захтеве биокомпатибилности и ултра-ниске потрошње енергије. Одређено напајање-неуралног стимулатора затворене петље користи:

Фотодиода ниске струје цурења са третманом површинске пасивације
0402 упакована ТВС диода за ЕСД заштиту
Динамичко коло за пристрасност смањује статичку потрошњу енергије
Продужите радни век уређаја на више од 10 година уз напајање литијум-јонским батеријама од 3,7 В и испуните стандард биокомпатибилности ИСО 10993.