Što treba imati na umu u dizajnu izgleda dioda medicinskog uređaja?

1, identifikacija polariteta i dizajn za prevenciju grešaka
Dioda ima jednosmjernu provodljivost, a obrnuti polaritet može uzrokovati kratki spoj ili izgorjeti uređaj. U medicinskoj opremi, ova greška može uzrokovati kvar opreme, pa čak i naštetiti pacijentima. Stoga, dizajn izgleda mora striktno slijediti sljedeća načela:

Označavanje sitositom: Jasno označite katodu (K) ili negativnu elektrodu (-) oko tijela diode, što je obično predstavljeno vertikalnim linijama, debelim linijama, oznakama zareza ili slovom "K". Na primjer, diode za površinsku montažu mogu odgovarati katodama kroz trake u boji ili žljebove.
Korespondencija pakovanja: Jastučići za pakovanje PCB-a moraju se jasno razlikovati između katode/anode. Obično su katodni jastučići dizajnirani sa zarezima, uglovima ili posebnim oblicima kako bi se izbjegle greške u zavarivanju.
Ujednačenost smjera: Isti tip diode treba održavati isti smjer (kao što su sve katode okrenute lijevo/gore) kako bi se smanjio rizik od grešaka u zavarivanju.
Dizajn protiv grešaka: Za kritična kola ili situacije sklone greškama, asimetrični dizajn jastučića se može koristiti za dalje sprečavanje preokreta polariteta.
2, dizajn odvođenja topline i upravljanje toplinom
U medicinskoj opremi, energetske diode (kao što su ispravljači i cijevi sa slobodnim hodom) stvaraju značajnu toplinu tokom rada. Slabo odvođenje topline može dovesti do termičkog kvara ili degradacije performansi. Dizajn rasporeda treba optimizirati rasipanje topline sa sljedećih aspekata:

Približavanje izvoru rasipanje topline: Postavite diodu za napajanje blizu hladnjaka ili područja bakarne folije i koristite metalne provodnike za brzo provođenje topline. Na primjer, u modulu napajanja prijenosnih ultrazvučnih uređaja, diode od silicijum karbida su u bliskom kontaktu sa hladnjakom kroz termalne jastučiće kako bi se smanjila temperatura spoja.
Bakreno oplata velike površine: Povežite veliku površinu uzemljene bakarne folije (GND ravnina) ili bakarne folije za napajanje na katodne i anodne jastučiće diode kako biste poboljšali sposobnost odvođenja topline. Na primjer, u krugu za detekciju elektroda elektrokardiografa, više slojeva bakrene folije je položeno ispod diodne jastučića regulatora napona i spojeno na unutrašnji sloj za disipaciju topline kroz otvore.
Odvođenje topline putem: gusto rasporedite disipaciju topline kroz rupe (prečnik 0,3mm, razmak 0,5-1mm) u području gdje su velike bakarne folije povezane, formirajući put niskog termičkog otpora. Na primjer, u krugu za pretvaranje energije prijenosne rendgenske opreme, ispod silicijum-karbidne diode se koristi mreža poput niza, čime se smanjuje porast temperature za 40%.
Držite se dalje od komponenti osjetljivih na toplinu: Izbjegavajte postavljanje grijaćih dioda u neposrednoj blizini komponenti osjetljivih na toplinu kao što su elektrolitski kondenzatori i precizni IC-i kako biste spriječili degradaciju performansi uzrokovanu termičkim stresom.
3, Zahtjevi za električnu izolaciju i sigurnosne propise
Medicinska oprema mora ispunjavati stroge standarde električne sigurnosti (kao što je IEC 60601-1), a raspored dioda mora osigurati izolaciju između područja visokog i niskog napona kako bi se spriječio rizik od strujnog udara

Puzna staza i električni razmak: Treba održavati adekvatan razmak između pinova visoko-dioda (kao što su one iznad 600V) i drugih visoko-naponskih uređaja/ožičenja. Na primjer, u visokonaponskom -kolu za generiranje defibrilatora, između diode i kondenzatora je postavljena puzna staza od najmanje 2 mm, a izolacijska čvrstoća se povećava otvaranjem prozora.
Izolacijski žlijeb i prozor: Između područja visokog i niskog napona, prozori se mogu otvoriti ispod sloja maske za lemljenje (područje bez bakra), a čak se mogu napraviti i prorezi na PCB-u kako bi se povećala puzna staza. Na primjer, u modulu napajanja medicinske laserske opreme, strana visokog napona i strana niskog napona potpuno su odvojene izolacijskim utorima.
Razdvajanje uzemljenja napajanja i signalnog uzemljenja: fizički odvojite uzemljenje napajanja (PGND) koje nosi velike impulsne struje od signalnog uzemljenja (SGND) koje zahtijeva tišinu, i povežite ih na jednoj tački kako biste izbjegli smetnje. Na primjer, u krugu za akviziciju signala prijenosnog monitora, žica za uzemljenje fotodiode je neovisno ožičena od uzemljenja napajanja kako bi se smanjilo spajanje šuma.
4, suzbijanje EMI i optimizacija{1}}visokih frekvencija
U medicinskoj opremi, visoko-prekidano djelovanje dioda može stvoriti elektromagnetne smetnje (EMI), koje utiču na performanse opreme ili ometaju druge medicinske uređaje. Dizajn rasporeda treba da potisne EMI sa sledećih aspekata:

Minimizirajte područje kritične petlje: kompaktirajte raspored visoko-komponenti sklopne petlje kao što su diode, prekidačke cijevi, induktori/kondenzatori za pohranu energije, itd., i skratite dužinu usmjeravanja. Na primjer, u Buck/Boost krugovima, dioda slobodnog hoda postavljena je uz komutacijski tranzistor, formirajući trokutasti raspored kako bi se smanjila površina petlje.
Parazitska kontrola parametara: U visoko-primjenama, parazitski kapacitet (Cj) i induktivnost (Ls) dioda mogu uzrokovati slabljenje signala ili zvonjenje. Treba odabrati diode niske kapacitivnosti (kao što su Schottky diode), a trenutne efekte gužve treba smanjiti optimizacijom ožičenja (kao što su 45 stepeni ili zaobljeni uglovi).
Zaštita i filtriranje: Izolacija uzemljenja ili diferencijalno usmjeravanje se koristi za osjetljive signalne vodove (kao što su I2C, SPI), a feritne perle ili filterski kondenzatori se dodaju na ulazno/izlazne terminale. Na primjer, u komunikacijskom sučelju prijenosnih mjerača glukoze u krvi, TVS diode se kombiniraju sa induktorima uobičajenog načina rada za suzbijanje ESD-a i provodljivih smetnji.
5, Izgled zaštite i dizajn pouzdanosti
Medicinska oprema mora imati visoku pouzdanost, a raspored dioda treba uzeti u obzir zaštitne mjere kao što su prenapon, prekomjerna struja, ESD, itd.:

Zaštita od prenapona: Koristite Zener diodu ili TVS diodu na ulazu za napajanje kako biste stegli napon i spriječili skokove napona da oštete sekundarni krug. Na primjer, u modulu napajanja prijenosnog koncentratora kisika, TVS dioda je spojena paralelno na ulaznom kraju, s vremenom odziva manjim od 1ps, i može izdržati kontaktno pražnjenje od 8kV.
Zaštita od prekomjerne struje: Struja je ograničena serijskim otpornikom ili diodom za ograničavanje struje kako bi se spriječilo da dioda pregori zbog preopterećenja. Na primjer, u strujnom kolu -svjetlećih dioda (LED), otpornik za ograničavanje struje povezan je serijski sa LED diodom kako bi se osiguralo da je radna struja unutar sigurnog raspona.
ESD zaštita: Instalirajte ESD diode u blizini podatkovnih interfejsa (kao što su USB i Ethernet portovi) i slijedite princip "blizu ESD ulaza". Na primjer, u USB sučelju prijenosnih ultrazvučnih uređaja, udaljenost između TVS diode i konektora je manja od 3 cm, a terminal za uzemljenje je spojen na uzemljenje preko višestrukih prolaza, što rezultira smanjenjem napona stezanja za 15 V.
6, Optimizacija izgleda za posebne scenarije aplikacija
Za posebne potrebe medicinske opreme potrebno je dodatno optimizirati raspored dioda:

Fleksibilni dizajn kola: U nosivim medicinskim uređajima kao što su pametni zavoji, diode moraju biti povezane putem fleksibilnog ožičenja za napajanje kako bi se prilagodile deformaciji uređaja. Na primjer,-diode koje emituju svjetlost su povezane sa podlogama senzora preko fleksibilnih PCB-a, pa čak i ako se debljina zavoja promijeni, LED diode i dalje mogu biti stabilno raspoređene na površini kako bi se izbjeglo komprimiranje zahvaćenog područja pacijenta.
Dizajn male snage: U prijenosnim uređajima odaberite diode niske struje curenja (kao što su ultrabrze obnavljajuće diode) kako biste smanjili statičku potrošnju energije. Na primjer, u krugu za akviziciju signala prijenosnih elektrokardiogramskih monitora, fotodiode su dizajnirane sa niskom tamnom strujom i uparene sa niskim-operativnim pojačalima za poboljšanje odnosa signala-na-šuma.
Integracija velike gustine: U mikro medicinskim uređajima kao što su implantabilni senzori, minijaturne upakovane diode (kao što su DFN, SOD-123) se koriste za uštedu prostora. Na primjer, u krugu za upravljanje napajanjem neuronskih stimulatora, silicijum karbidne diode su pakirane u DFN, što smanjuje površinu za 80% u odnosu na tradicionalno pakovanje TO-220.