Kako spriječiti povratni tok struje u diodama u medicinskoj opremi?

一, Princip protiv povratnog toka: Jednosmjerna provodljivost PN spoja
Struktura jezgra diode je PN spoj, formiran kombinacijom poluvodiča tipa P- (sa mnogo rupa) i poluvodiča tipa N- (sa mnogo slobodnih elektrona). Njegova funkcija protiv povratnog toka zasniva se na sljedećim fizičkim mehanizmima:

Pozitivna provodljivost: Kada je P terminal spojen na pozitivnu elektrodu, a N terminal spojen na negativnu elektrodu, primijenjeni napon slabi električno polje unutar PN spoja, uzrokujući difuziju nosioca i formirajući struju provodljivosti, omogućavajući struji da teče od P do N.
Reverzni prekid: Kada je N terminal spojen na pozitivnu elektrodu, a P terminal povezan na negativnu elektrodu, primjenjuje se vanjski napon kako bi se pojačalo unutrašnje električno polje, proširio osiromašeni sloj, ometao prolaz nosilaca naboja i omogućio samo izuzetno malu obrnutu struju curenja (obično nivo nanoampera).
Ova jednosmjerna provodljivost čini diodu prirodnim 'jednosmjernim-ventilom struje'. Na primjer, Schottky dioda (kao što je SS14) spojena je paralelno na ulaz za napajanje prijenosne ultrazvučne sonde. Kada je polaritet napajanja obrnut, dioda se prekida u suprotnom smjeru, blokirajući strujni put i sprječavajući izgaranje unutrašnjeg kola.

2, Tipični scenariji primjene u medicinskoj opremi
1. Prijenosni medicinski uređaji: balansirajte nisku potrošnju energije i visoku pouzdanost
U uređajima kao što su mjerači glukoze u krvi i prijenosni elektrokardiografi, Schottky diode su poželjan izbor za sprječavanje povratnog toka 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, Inovativno rješenje protiv povratnog toka: Kolaborativni dizajn 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 za zamjenom komponenti.
3. Idealno rješenje dioda: integracija i inteligencija
Uz popularnost materijala sa širokim pojasom, integrirane idealne diode (kao što je LM66100DCK) postale su preferirani izbor za vrhunsku medicinsku opremu. Njegov princip rada je sljedeći:

Napajanje adaptera za napajanje: Isključite TYPE-C izlaz kroz interni PMOS prekid.
TYPE-C napajanje: Izlazni napon od 5V kroz internu PMOS provodljivost.
Napaja se iz baterije: Kada i tačka A i tačka C imaju potencijal od 0V, unutrašnji PMOS provodi struju i baterija opskrbljuje opterećenje.
Ovo rješenje ima prednosti sveobuhvatne zaštite, niske redukcije tlaka, niskog unutrašnjeg otpora i niske proizvodnje topline, te se široko koristi u prijenosnoj ultrazvučnoj, endoskopskoj i drugoj opremi.