Kako diode mogu postići zaštitu od prekomjerne struje u medicinskoj opremi?

一, Osnovni princip diodne prekostrujne zaštite
Osnovni cilj prekostrujne zaštite je ograničiti oštećenje abnormalnih struja na komponente kola, a diode ovu funkciju postižu kroz sljedeće karakteristike:

Jednosmjerna provodljivost: dioda samo dopušta struji da teče od anode do katode, blokirajući obrnutu struju. Ova karakteristika ga čini osnovnom komponentom za zaštitu od preokreta. Na primjer, na ulaznom terminalu prijenosne ultrazvučne sonde, paralelne Schottky diode (kao što je SS14) mogu spriječiti povratni tok struje uzrokovan obrnutim polaritetom napajanja i izbjeći izgaranje unutrašnjeg kola.
Prednja karakteristika pada napona: Kada struja prolazi kroz diodu, pad napona od približno 0,2 V (Schottky dioda) do 0,7 V (silicijumska PN spojna dioda) se stvara na oba kraja. Koristeći ovu karakteristiku, može se dizajnirati strujni krug za ograničavanje. Na primjer, u modulu napajanja hirurškog robota, višestruke ispravljačke diode 1N4007 su povezane u seriju kako bi se ograničila maksimalna izlazna struja superpozicijom pada napona i spriječilo preopterećenje motora.
Karakteristika obrnutog proboja: Kada obrnuti napon premaši svoj napon proboja, Zener dioda će ući u stabilno stanje, stežući napon unutar sigurnog raspona. Ova karakteristika se široko koristi u kompozitnoj zaštiti medicinske opreme od prenapona/prenapona. Na primjer, u gradijentnom pojačivaču magnetnog polja magnetne rezonancije (MRI), Zener dioda radi zajedno sa osiguračem. Kada struja prijeđe prag, Zener dioda se kvari i provodi, pokrećući osigurač da se topi i prekine strujni krug.
2, Tipični scenariji primjene u medicinskoj opremi
1. Prijenosni medicinski uređaji: balansirajte nisku potrošnju energije i visoku pouzdanost
Schottky diode se preferiraju u uređajima kao što su mjerači glukoze u krvi i prijenosni elektrokardiografi zbog njihovog niskog pada napona naprijed (0,15-0,45V). Na primjer, određeni model mjerača glukoze u krvi koristi BAT54S dvostruki niz Schottky dioda za postizanje sljedećih funkcija:

Zaštita od obrnutog povezivanja: paralelno spojeno na ulazni terminal napajanja. Kada je polaritet napajanja obrnut, dioda će se obrnuti i prekinuti, blokirajući strujni put.
Izbor putanje napajanja: U sistemu napajanja sa dvostrukom baterijom, glavni i rezervni izvori napajanja se automatski prebacuju preko dioda kako bi se osiguralo kontinuirano napajanje.
Zaštita od ograničenja struje: spojena u seriju sa pogonskim krugom motora, koristeći pad napona da ograniči početnu struju i spriječi porast struje kada je motor zaključan.
2. Medicinska oprema velike snage: otpornost na udarce i optimizacija stabilnosti
U uređajima kao što su defibrilatori i -električni noževi visoke frekvencije, potrebno je nositi se s prolaznim udarima velike struje. U ovom trenutku, diode za brzi oporavak (FRD) i diode od silicijum karbida (SiC) postaju ključne komponente:

Krug punjenja defibrilatora: koristi se MBR30200PT Schottky modul (30A/200V), sa vremenom povratnog oporavka (trr) manjim od 5ns, što može spriječiti skokove napona uzrokovane kašnjenjem diodnog prekidača tokom punjenja i zaštititi visokonaponske kondenzatore-od prenapona.
Visokofrekventni izlazni stupanj električnog noža: korištenjem C6D10065A SiC Schottky diode (100A/650V), njen nizak pad napona naprijed (1,5V) i karakteristike otpornosti na visoke temperature (temperatura spoja od 175 stupnjeva) osiguravaju da se potrošnja energije diode smanjuje za 60% tokom 1MHz visoke{8}}izbjegavajući smanjenje performansi prekomjerne frekvencije.
3. Precizni medicinski instrumenti: integritet signala i dizajn protiv -smetanja
U uređajima kao što su elektrokardiografi i elektroencefalografi, akvizicija slabih bioelektričnih signala zahtijeva strogo suzbijanje buke. U ovom trenutku, zajednički dizajn fotodioda i zaštitnih dioda postaje ključan:

Izolacija optoelektronske sprege: U kanalu za ulaz signala, optospojnik 6N137 se koristi za postizanje električne izolacije i blokiranje smetnji zajedničkog moda kroz fotoelektričnu konverziju dioda.
ESD zaštita: Na interfejsu senzora, paralelna ESD5D150TA Schottky dioda sa malom strujom curenja (<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, Inovativni dizajn: Kolaborativna zaštita dioda i drugih komponenti
1. Kompozitni zaštitni krug: dioda+TVS dioda
U modulu za prijenos slike medicinskih endoskopa usvojena je kompozitna zaštitna shema "Schottky dioda+TVS dioda" kako bi se spriječio prolazni prenapon uzrokovan udarima groma ili statičkog elektriciteta:

Schottky dioda: paralelno spojena na terminal za ulaz napajanja, pruža dnevnu zaštitu od preokreta.
TVS dioda: serija spojena na signalnu liniju, njeno ultra brzo vrijeme odziva (<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. Zaštita samooporavka: dioda+PTC termistor
U krugu punjenja nosivih medicinskih uređaja (kao što su pametne narukvice), usvojena je zaštitna shema samooporavka "Schottky dioda + PTC termistor":

Schottky dioda: sprječava obrnuto povezivanje baterije dok koristi svoje karakteristike niskog pada napona za smanjenje gubitaka pri punjenju.
PTC termistor: serijski spojen na put punjenja, kada struja pređe prag, vrijednost PTC otpora naglo se povećava, ograničavajući struju; Nakon otklanjanja problema, PTC se automatski vraća u stanje niskog otpora bez potrebe zamjene komponenti.