Ako používať diódy v lekárskej ochrane izolácie napájania?

一, Základným princípom izolačnej ochrany je blokovanie elektrických ciest a potlačenie šírenia rušenia
Hlavným cieľom lekárskej elektrickej izolácie je prerušiť priame elektrické spojenie medzi okruhom pacienta a napájaním zo siete, čím sa zabráni prechodu zvodového prúdu ľudským telom a vytváraniu mikroelektrických výbojov (prípustná hodnota menšia alebo rovná 10 μ A). Dióda dosahuje izolačnú ochranu prostredníctvom nasledujúceho mechanizmu:

Jednosmerná vodivosť blokujúca spätný prúd: V dizajne izolovaného napájacieho zdroja sú diódy kombinované s komponentmi, ako sú transformátory a optočleny, aby vytvorili jednosmernú prúdovú cestu. Napríklad v konvertore spätného chodu výstupná dióda umožňuje tok prúdu iba zo sekundárneho obvodu transformátora do záťaže, čím blokuje spätný prúd a zabraňuje poruchám na strane siete, aby ovplyvňovali okruh pacienta.
Prechodné prepätie na potlačenie napätia: Diódy na potlačenie prechodového napätia (TVS) môžu reagovať na udalosti prepätia v nanosekundách a zovrú napätie na bezpečnú úroveň. Na vstupe napájania zdravotníckych zariadení môžu diódy TVS absorbovať rušenie, ako sú údery blesku a rýchle elektrické prechodové javy (EFT), čím chránia nadväzujúci obvod pred vysokonapäťovými šokmi.
Optoelektronická izolácia pre prenos signálu: Svetelná-dióda a fotodióda v optočlene prenášajú elektrické signály prostredníctvom optických signálov, pričom úplne izolujú elektrické spojenia medzi vstupnými a výstupnými svorkami. Napríklad v izolovanom elektrokardiogramovom prístroji optočlen prevádza povrchový elektrický signál pacienta na optický signál, ktorý sa potom obnoví na elektrický signál, aby sa eliminovalo rušenie so zemou.
2, Typický scenár aplikácie: Úplné pokrytie scény od operačných sál až po prenosné zariadenia
1. Izolačný napájací systém pre operačnú sálu
Zdravotnícke zariadenia triedy II, ako sú operačné sály, musia prijať systémy IT (režim neuzemneného napájania) a vybudovať zabezpečenú sieť napájania pomocou izolačných transformátorov, zariadení na monitorovanie izolácie a poplachových terminálov. Dióda hrá v tomto systéme dvojakú úlohu:

Izolácia konvertora Flyback: V izolovanom konvertore DC/DC diódy a transformátory spolupracujú na dosiahnutí vstupnej-výstupnej izolácie. Napríklad čip Lingli Te LT8300 odvodzuje výstupné napätie detekciou hlavného terminálového napätia transformátora a môže dosiahnuť izolačnú spätnú väzbu bez potreby optočlenov, čo zjednodušuje dizajn a zlepšuje spoľahlivosť.
Ochrana proti poruche izolácie: Keď dôjde k poruche zemnej izolácie na sekundárnej strane izolačného transformátora, obvod diódovej svorky obmedzí zvodový prúd na úroveň mikroampérov, aby sa predišlo riziku úrazu pacienta elektrickým prúdom. Zariadenie na monitorovanie izolácie súčasne spustí alarm sledovaním zmien izolačného odporu, čím sa zabezpečí chirurgická bezpečnosť.
2. Ochrana napájania pre prenosné zdravotnícke zariadenia
Prenosné monitory, infúzne pumpy a ďalšie zariadenia musia pracovať stabilne v zložitých elektromagnetických prostrediach a diódy poskytujú ochranu prostredníctvom nasledujúcich metód:

Ochrana ESD: V ceste získavania signálu EKG dióda SMBJ5.0CA TVS upevní napätie elektrostatického výboja na bezpečnú úroveň, čím chráni prístrojové zosilňovače s vysokou vstupnou impedanciou pred poškodením. Jeho doba odozvy dosahuje úroveň pikosekund, čo môže účinne potlačiť ľudskú statickú elektrinu (± 15 kV) a statickú elektrinu generovanú trením zariadenia.
Ochrana proti spätnému napätiu: V solárnom fotovoltaickom pomocnom napájacom systéme diódy zabraňujú spätnému toku sieťového prúdu do fotovoltaického panelu, čím sa zabráni poškodeniu zariadenia. Napríklad v noci alebo v zamračených dňoch môže vypínacia charakteristika diódy blokovať spätný prúd, čím sa zabezpečí bezpečnosť meniča.
3. Energetická kontrola vysoko-chirurgických zariadení
Vysokofrekvenčné elektrické nože, prístroje na laserovú terapiu a ďalšie zariadenia vyžadujú presné riadenie výstupnej energie a diódy dosahujú ochranu prostredníctvom nasledujúcich mechanizmov:

Voľnobeh diódy rýchlej obnovy (FRD): V obvodoch pohonu motora poskytuje FRD cestu spätného prúdu, keď je relé vypnuté, absorbuje energiu zadnej elektromotorickej sily motora a chráni výkonové zariadenia pred napäťovými rázmi. Čas spätného zotavenia sa skrátil na 20 ns, čo je o 30 % efektívnejšie ako tradičné kremíkové diódy.
Regulácia výkonu lasera: Použitím diódy s rýchlou obnovou a MOSFET na vytvorenie spínacieho obvodu sa uhol vedenia diódy nastaví tak, aby ovládal hnací prúd laserovej diódy, čím sa dosiahne nepretržitý nastaviteľný výstupný výkon a zároveň sa zabráni poškodeniu lasera nadprúdom.
3, Stratégia výberu technológie a optimalizácie: vyváženie výkonu, nákladov a spoľahlivosti
1. Zhoda parametrov zariadenia
Výber diódy TVS: Je potrebné vziať do úvahy parametre ako maximálne upínacie napätie (VC), minimálne prierazné napätie (VBR) a špičkový pulzný výkon (PPP). Napríklad vo vstupnom obvode 220 V AC by sa mali zvoliť diódy TVS s Vbr väčším alebo rovným 600 V a PPP väčším alebo rovným 600 W, aby sa zaistila bezpečnosť zariadenia pri prepätí bleskom (tvar vlny 8/20 μs).
Výdržné napätie izolačnej diódy: V izolovanom napájacom zdroji musí byť spätné výdržné napätie diódy 1,5-krát vyššie ako sekundárne napätie transformátora. Napríklad vo výstupnom systéme 48 V by sa mali zvoliť Schottkyho diódy s reverzným výdržným napätím vyšším alebo rovným 100 V, aby sa predišlo prerušeniu napätia.
2. Inovácia topológie
Architektúra viacúrovňovej ochrany: Prijatím trojúrovňovej ochrany „GDT+MOV+TVS“ GDT absorbuje primárnu nárazovú energiu, MOV potláča stredné prepätie, TVS zachytáva zvyškové napätie a krok za krokom dosahuje útlm energie. Napríklad v napájacích zdrojoch lekárskych röntgenových prístrojov môže táto architektúra znížiť bleskové rázové napätie z 8 kV na bezpečnú úroveň.
Integrovaný ochranný modul: Vyberte si diódové pole TVS alebo ochranný modul ESD, aby ste znížili priestor na rozloženie PCB. Napríklad pole TVS série Littelfuse SP1003 môže integrovať štyri ochrany signálu na jednom čipe, čím sa znižuje vplyv parazitnej kapacity na vysokorýchlostné-signály.
3. Tepelný manažment a zlepšenie spoľahlivosti
Dizajn odvodu tepla: V aplikáciách s vysokým{0}}výkonom musia byť diódy vybavené chladičmi alebo chladičmi. Napríklad v gradientových zosilňovačoch zobrazovania pomocou magnetickej rezonancie (MRI) SiC Schottkyho diódy odvádzajú teplo cez medený substrát, aby zabezpečili teplotu spojenia pod 150 stupňov.
Redundantný dizajn: Paralelné viaceré diódy v kritických obvodoch na zlepšenie odolnosti proti chybám systému. Napríklad vo vysokonapäťovom obvode nabíjania kondenzátora defibrilátora sú paralelne zapojené duálne diódy TVS, aby sa zabránilo zlyhaniu zariadenia spôsobenému zlyhaním jedného bodu.