Ako používať diódy na optimalizáciu účinnosti v-medicínskych zariadeniach s nízkou spotrebou?

1, Rekonštrukcia topológie obvodu: eliminácia vlastných strát diód
Tradičné diódy majú pevný úbytok napätia (napríklad 0,5{1}}0,7V pre kremíkové trubice), čo výrazne znižuje účinnosť v nízkonapäťových lekárskych obvodoch. Ak si vezmeme ako príklad implantovateľný nervový stimulátor, jeho DC-DC konvertor potrebuje zvýšiť napätie 3,7V lítiovej batérie na 15V. Ak sa použije usmernenie Schottkyho diódou, strata vedenia predstavuje až 35 %. Zavedením technológie synchrónneho usmerňovania a nahradením diód MOSFETmi je možné znížiť odpor pri zapnutí z niekoľkých stoviek miliohmov pod 10 m Ω, čo vedie k zvýšeniu účinnosti o viac ako 20 %.

Typický prípad: Určitá značka dynamického elektrokardiografu používa ideálny diódový ovládač LTC4412 na riadenie paralelného poľa MOSFET, čím sa dosiahne automatické prepínanie duálnych zdrojov napájania. Pri vstupe 12V sa úbytok kondukčného napätia tradičných diód zníži z 0,3V na 10mV, spotreba energie sa zníži o 96% a výdrž zariadenia sa predĺži zo 6 hodín na 24 hodín, čo zodpovedá potrebám klinického nepretržitého monitorovania.

2, Výber zariadenia: presné parametre zodpovedajúce medicínskym scenárom
Zdravotnícke vybavenie má prísne požiadavky na kľúčové parametre diód a výber by sa mal robiť diferencovane podľa scenára aplikácie

Nízky pokles napätia vpred (VF)
V zariadeniach na detekciu mikroprúdu, ako sú glukomery, dióda VF priamo ovplyvňuje amplitúdu signálu. Výmena tradičných kremíkových diód (VF=0.6V) za Schottkyho diódy na báze germánia (VF=0.15V) môže zvýšiť citlivosť detekcie trojnásobne a zároveň znížiť spotrebu energie o 40 %.
Ultra rýchly čas zotavenia (Trr)
V digitálnych röntgenových zobrazovacích systémoch musí pole fotodiód dokončiť získanie signálu do 1 μs. Výber ultrarýchlej obnovovacej diódy s Trr<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Nízky zvodový prúd (IR)
V nositeľných zariadeniach EKG môže zvodový prúd diódy spôsobiť posun základnej línie. Ultra-dióda BAS70 s nízkym únikovým prúdom (IR=0.1pA) zabalená v SOD-123 dokáže optimalizovať pomer signálu-k šumu (SNR) na 85 dB, čím spĺňa požiadavky na presnosť lekárskej triedy.
Vysoké prierazné napätie (BV)
Vo vysokonapäťových zariadeniach, ako sú defibrilátory, musia diódy odolať impulzom 5 kV. Použitím SiC (karbid kremíka) diód (BV=6.5kV) je reverzný regeneračný náboj (Qrr) znížený o 80 % v porovnaní s kremíkovými diódami, čo môže výrazne znížiť elektromagnetické rušenie (EMI).
3, Dynamická správa napájania: inteligentné ovládanie aktivované na požiadanie
Lekárske zariadenia potrebujú dynamicky upravovať spotrebu energie diód podľa ich pracovného stavu a medzi typické stratégie patria:

Segmentované riadenie napájania
V pulzných oxymetroch sa fotodióda aktivuje iba počas vzorkovacej periódy. Ovládaním prepínača MOSFET cez MCU sa dosiahne plný výkon počas periódy vzorkovania (100 μs) a úplné vypnutie-po zvyšok času (99,9 %), čím sa zníži priemerná spotreba energie systému na 0,3 mW.
Technológia Adaptive Bias Technology
V implantovateľných mozgových počítačových rozhraniach je potrebné dynamicky upravovať predpätie APD (lavínová fotodióda) s intenzitou svetla. Použitím nízkošumového operačného zosilňovača LTC6268 na vytvorenie spätnoväzbovej slučky sa zisk APD stabilizuje na 100-násobok, pričom spotreba energie predpätia sa zníži z 5 mW na 0,8 mW.
Optimalizácia režimu spánku
V digitálnom teplomere je LTC2450-1 Δ - ∑ ADC priamo pripojený k termistoru a jeho spánkový prúd je len 0,5 μA. Spolupráca s prepínačom MOSFET odpojí napájanie diódy, takže spotreba energie celého stroja v pohotovostnom režime je menšia ako 1 μW, čo spĺňa požiadavku na výdrž 1 CR02 na 1 CR02.
4, Špecializovaná prax optimalizácie v medicínskych scenároch
Neinvazívne monitorovanie glukózy v krvi
Pomocou 1310nm/1550nm dvojvlnových laserových diód a InGaAs fotodiódových polí sa dosahuje synchrónne vzorkovanie prostredníctvom LTC2366-18 bit SAR ADC. Optimalizujte budiaci obvod diód, aby ste skrátili šírku laserového pulzu zo 100 ns na 20 ns, znížili spotrebu energie systému o 60 % a zlepšili presnosť detekcie koncentrácie glukózy na ± 5 mg/dl.
Prenosná ultrazvuková diagnostika
V ultrazvukovej sonde je skonštruovaný vysokonapäťový multiplikačný obvod pomocou SiC Schottkyho diód na zvýšenie 12V vstupu na 100V. Optimalizáciou rozloženia dosky plošných spojov na zníženie parazitnej indukčnosti sa strata spätného zotavenia diódy zníži o 75 %, teplo hlavy sondy sa zníži o 40 % a rozlíšenie obrazu sa zlepší na 256 riadkov.
kapsulová endoskopia
V miniaturizačnom dizajne 0,3 cm ³ sa diódové pole série BAT54 zabalené v TSOT-23 používa na dosiahnutie izolácie napájania medzi obrazovým snímačom CMOS a modulom bezdrôtového prenosu. Použitím technológie 3D stohovania na skrátenie prepojovacej vzdialenosti je integrita signálu (SI) optimalizovaná na stratu vloženia -40 dB a rýchlosť prenosu obrazu dosahuje 2 Mbps.