Ako môžu diódy dosiahnuť nadprúdovú ochranu v zdravotníckych zariadeniach?

一, Základný princíp diódovej nadprúdovej ochrany
Hlavným cieľom nadprúdovej ochrany je obmedziť poškodenie komponentov obvodu abnormálnymi prúdmi a diódy túto funkciu dosahujú prostredníctvom nasledujúcich charakteristík:

Jednosmerná vodivosť: Dióda umožňuje len tok prúdu z anódy na katódu, čím blokuje spätný prúd. Táto vlastnosť z neho robí základný komponent pre ochranu proti spätnému chodu. Napríklad v napájacom vstupnom termináli prenosnej ultrazvukovej sondy môžu paralelné Schottkyho diódy (ako je SS14) zabrániť spätnému toku prúdu spôsobenému prepólovaním napájacieho zdroja a zabrániť vyhoreniu vnútorného obvodu.
Dopredná charakteristika poklesu napätia: Pri prechode prúdu cez diódu sa na oboch koncoch generuje pokles napätia približne 0,2 V (Schottkyho dióda) až 0,7 V (kremíková PN prechodová dióda). Využitím tejto charakteristiky možno navrhnúť obvod obmedzujúci prúd. Napríklad v napájacom module chirurgického robota je viacero usmerňovacích diód 1N4007 zapojených do série, aby sa obmedzil maximálny výstupný prúd superpozíciou poklesu napätia a zabránilo sa preťaženiu motora.
Reverzná prierazná charakteristika: Keď spätné napätie prekročí svoje prierazné napätie, Zenerova dióda vstúpi do stabilného stavu, čím sa napätie uchytí v bezpečnom rozsahu. Táto funkcia je široko používaná pri prepäťovej/nadprúdovej zloženej ochrane zdravotníckych zariadení. Napríklad v zosilňovači gradientného magnetického poľa zobrazovania magnetickou rezonanciou (MRI) pracuje Zenerova dióda v spojení s poistkou. Keď prúd prekročí prahovú hodnotu, Zenerova dióda sa rozpadne a vedie, čím sa poistka roztaví a preruší obvod.
2, Typické aplikačné scenáre v zdravotníckych zariadeniach
1. Prenosné zdravotnícke pomôcky: vyvažujú nízku spotrebu energie a vysokú spoľahlivosť
Schottkyho diódy sú preferované v zariadeniach ako sú glukomery a prenosné elektrokardiografy kvôli ich nízkemu poklesu napätia vpred (0,15-0,45V). Napríklad určitý model glukomera používa BAT54S duálne pole Schottkyho diód na dosiahnutie nasledujúcich funkcií:

Ochrana proti spätnému pripojeniu: paralelné pripojenie k napájacej vstupnej svorke. Keď je polarita napájania obrátená, dióda sa obráti a vypne, čím zablokuje prúdovú cestu.
Výber napájacej cesty: V systéme dvojitého batériového napájania sa hlavný a záložný zdroj automaticky prepínajú pomocou diód, aby sa zabezpečilo nepretržité napájanie.
Ochrana obmedzujúca prúd: zapojená do série s obvodom pohonu motora, využíva pokles napätia na obmedzenie rozbehového prúdu a zabránenie prúdovému rázu, keď je motor zablokovaný.
2. Vysokovýkonné lekárske vybavenie: odolnosť proti nárazu a optimalizácia stability
V zariadeniach, ako sú defibrilátory a vysokofrekvenčné{0}}elektrické nože, je potrebné riešiť prechodné vysokoprúdové rázy. V tomto bode sa diódy rýchlej obnovy (FRD) a diódy karbidu kremíka (SiC) stávajú kľúčovými komponentmi:

Nabíjací obvod defibrilátora: Používa sa modul Schottkyho MBR30200PT (30A/200V) s dobou spätného zotavenia (trr) menej ako 5ns, čo môže zabrániť napäťovým špičkám spôsobeným oneskorením spínača diódy počas nabíjania a chrániť vysokonapäťové kondenzátory pred prepätím.
Koncový stupeň vysokofrekvenčného elektrického noža: použitie SiC Schottkyho diódy C6D10065A (100A/650V), jej nízky pokles napätia vpred (1,5V) a charakteristika odolnosti voči vysokej teplote (teplota prechodu 175 stupňov) zaisťujú, že vlastná spotreba energie diódy sa zníži o 60 % počas 1MHz vysokého-prehriatia spôsobeného znížením výkonu v dôsledku prerušenia frekvencie.
3. Presné lekárske prístroje: integrita signálu a dizajn proti-rušeniu
V zariadeniach, ako sú elektrokardiografy a elektroencefalografy, si získanie slabých bioelektrických signálov vyžaduje prísne potláčanie šumu. V tomto bode sa spoločný dizajn fotodiód a ochranných diód stáva kľúčovým:

Izolácia optoelektronickej väzby: Vo vstupnom kanáli signálu sa používa optočlen 6N137 na dosiahnutie elektrickej izolácie a blokovanie rušenia spoločného režimu prostredníctvom fotoelektrickej konverzie diód.
ESD ochrana: Na rozhraní snímača paralelná ESD5D150TA Schottkyho dióda s nízkym zvodovým prúdom (<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, Inovatívny dizajn: Spoločná ochrana diód a iných komponentov
1. Kompozitný ochranný obvod: dióda+TVS dióda
V module prenosu obrazu lekárskych endoskopov sa používa zložená ochranná schéma „Schottkyho dióda + TVS dióda“, aby sa zabránilo prechodnému prepätiu spôsobenému údermi blesku alebo statickou elektrinou:

Schottkyho dióda: paralelne pripojená k napájacej vstupnej svorke, poskytuje dennú ochranu proti spätnému chodu.
Dióda TVS: sériovo pripojená k signálovej linke, jej ultra rýchly čas odozvy (<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. Samoobnovovacia ochrana: dióda + PTC termistor
V nabíjacom obvode nositeľných zdravotníckych zariadení (ako sú inteligentné náramky) sa používa schéma samoobnovenia „Schottkyho dióda + PTC termistor“:

Schottkyho dióda: zabraňuje spätnému pripojeniu batérie a zároveň využíva jej charakteristiky nízkeho poklesu napätia na zníženie strát pri nabíjaní.
PTC termistor: sériovo pripojený k nabíjacej dráhe, keď prúd prekročí prahovú hodnotu, hodnota odporu PTC sa prudko zvýši, čím sa obmedzí prúd; Po odstránení problémov sa PTC automaticky vráti do stavu nízkeho odporu bez potreby výmeny komponentov.