Како користити диоде за заштиту кључних компоненти у колима медицинских инструмената?

一, Принцип заштите језгра диода
1. Заштита од пренапона: стезаљка и граница
Диода постиже стезање напона кроз карактеристике обрнутих пробоја. Када се у колу појави пролазни високи напон, Зенер диода или ТВС диода брзо улази у стање лавинског слома, ограничавајући напон на сигуран праг. На пример, на улазу електрокардиографа, обрнута паралелна силицијумска диода може ограничити улазни напон на ± 600мВ како би спречила високонапонске импулсе да оштете претпојачало. ТВС диоде имају брзину одзива од пикосекунде и штите кола од удара грома или брзих електричних прелазних појава (ЕФТ). Њихова тачност напона стезања може да достигне ± 5%, а струја цурења је мања од 1 μ А.

2. Заштита од прекомерне струје: континуирана струја и апсорпција енергије
У круговима индуктивног оптерећења, диоде потискују обрнуту електромоторну силу кроз слободно кретање. На пример, у погонском колу вентилаторског релеја, паралелне Шоткијеве диоде обезбеђују путању обрнуте струје када је релеј искључен, спречавајући стотине волти пролазног високог напона који генерише калем да поквари погонски транзистор. У управљачким колима мотора, диоде за брзи опоравак (ФРД) апсорбују енергију задње електромоторне силе мотора тако што брзо проводе и искључују, штитећи енергетске уређаје од напона.

3. Електростатичка заштита: ЕСД супресија
Коло интерфејса медицинске опреме је подложно људском статичком електрицитету или утицају околине. Диоде за сузбијање ЕСД-а брзо празне статичку енергију у-брзим сигналним линијама као што су УСБ и ХДМИ због њиховог малог капацитета (<1pF) and high breakdown voltage (>20кВ) карактеристике. На пример, у интерфејсу ЕКГ сигнала преносивог монитора, коришћење низа ТВС диода може смањити напон електростатичког пражњења са 8 кВ на безбедан ниво уз одржавање интегритета сигнала.

2, Анализа сценарија типичне апликације
1. Заштита електроенергетског система
Модул напајања медицинске опреме треба да се носи са претњама као што су флуктуације струје и удари грома. Узимајући за пример генератор високог напона за медицинску рендгенску машину-, њено струјно коло користи низ Шотки диода од силицијум карбида (СиЦ), који постиже заштиту помоћу следећих механизама:

Високонапонска исправљања: СиЦ диоде имају отпорни напон до 60кВ и време повратног опоравка од 20нс, што је 30% ефикасније од традиционалних силицијумских диода. Они могу стабилно да излазе десетине киловолти ДЦ високог напона.
Апсорпција пренапона: Повежите варисторе од металних оксида (МОВ) и ТВС диоде паралелно на крају улаза напајања да бисте формирали више-заштиту. МОВ апсорбује примарну енергију пренапона, док ТВС диода додатно стеже преостали напон како би осигурала да је низводно коло заштићено од удара.
2. Заштита стицања и преноса сигнала
У кругу за аквизицију биоелектричног сигнала, диоде штите осетљиве компоненте кроз ограничавање амплитуде и филтрирање. на пример:

Улазна заштита електрокардиограма: Усвојено двостепено заштитно коло, прва фаза је цев за пражњење гаса (ГДТ), која ограничава улазни напон на ± 50В; Друга фаза је обрнута паралелна силицијумска диода, која додатно стеже напон на ± 600мВ, док потискује високо{3}}сметње преко РЦ мреже за филтрирање.
Оптички комуникациони интерфејс: У ендоскопским системима за пренос слике, фотодиоде се користе у комбинацији са ТВС диодама. Фотодиоде претварају светлосне сигнале у електричне сигнале, док их ТВС диоде штите од статичког електрицитета или флуктуација снаге, обезбеђујући стабилност преноса података слике.
3. Енергетска контрола терапијске опреме
У уређајима за ласерску терапију, диоде штите пацијенте и опрему тако што прецизно контролишу излазну енергију. на пример:

Регулација снаге ласера: Преклопно коло које се састоји од диоде за брзи опоравак и МОСФЕТ-а се користи за контролу струје покретања ласерске диоде подешавањем угла проводљивости диоде, постижући континуирану подесиву излазну снагу.
Заштита сигурносне блокаде: фотоелектрична спојница је инсталирана на споју између главе за третман и опреме. Када глава за третман није правилно инсталирана, фотодиода не може да детектује светлосни сигнал и аутоматски прекида ласерски излаз како би спречила случајно зрачење.
3, Избор технологије и стратегија оптимизације
1. Усклађивање параметара уређаја
Ниво напона: Изаберите диоде са напоном обрнутог пробоја (Вбр) већим од 1,5 пута вршног напона на основу радног напона кола. На пример, у улазном колу од 220В АЦ, ТВС диоде са Вбр већим или једнаким 600В морају бити изабране.
Струјни капацитет: У сценаријима заштите од прекомерне струје, просечна исправљена струја (Иф) диоде треба да буде већа од двоструке максималне радне струје кола. На пример, у колу погона мотора, изабрана је диода за брзи опоравак са ако је већи или једнак 10А.
Брзина одговора: За заштиту од високо{0}}фреквентног сигнала, дајте приоритет ТВС диодама или Шоткијевим диодама са временом одзива (трр)<10ns.
2. Оптимизација топологије
Заштита на више нивоа: Усвајајући заштитну архитектуру од три-нивоа „ГДТ+МОВ+ТВС“, ГДТ апсорбује примарну енергију пренапона, МОВ потискује средњи пренапон, ТВС спаја преостали напон и постиже слабљење енергије корак по корак.
Интегрисани дизајн: Коришћење ТВС диодних низова или ЕСД заштитних модула за смањење простора за распоред ПЦБ-а. На пример, ТВС низ серије СП1003 компаније Литтелфусе може да интегрише четири заштите сигнала на једном чипу, смањујући утицај паразитске капацитивности на брзе-сигнале.
3. Управљање топлотом и поузданост
Дизајн расипања топлоте: У апликацијама велике{0}}е снаге, диоде морају да буду опремљене расхладним елементима или расхладним елементима. На пример, у градијентним појачавачима за медицинску магнетну резонанцу (МРИ), СиЦ Шотки диоде расипају топлоту кроз бакарну подлогу да би обезбедиле температуру споја испод 150 степени.
Редундантни дизајн: Паралелне више диода у критичним колима за побољшање толеранције грешака система. На пример, у -колу за пуњење кондензатора високог напона дефибрилатора, две ТВС диоде су повезане паралелно да би се спречио квар опреме изазван кваром једне тачке.