Kako diode mogu postići prekostrujnu zaštitu u medicinskoj opremi?

一, Osnovni princip nadstrujne zaštite diode
Temeljni cilj prekostrujne zaštite je ograničiti oštećenje nenormalnih struja na komponentama strujnog kruga, a diode postižu ovu funkciju kroz sljedeće karakteristike:

Jednosmjerna vodljivost: dioda samo dopušta protok struje od anode do katode, blokirajući povratnu struju. Ova značajka ga čini ključnom komponentom za zaštitu od povratnog hoda. Na primjer, u priključku za napajanje prijenosne ultrazvučne sonde, paralelne Schottky diode (kao što je SS14) mogu spriječiti povratni tok struje uzrokovan obrnutim polaritetom napajanja i izbjeći pregorevanje unutarnjeg kruga.
Karakteristika pada napona naprijed: Kada struja prolazi kroz diodu, na oba kraja se stvara pad napona od približno 0,2 V (Schottky dioda) do 0,7 V (silicijska PN spojna dioda). Korištenjem ove karakteristike može se dizajnirati krug za ograničavanje struje. Na primjer, u modulu napajanja kirurškog robota višestruke ispravljačke diode 1N4007 povezane su u seriju kako bi se ograničila maksimalna izlazna struja kroz superpoziciju pada napona i spriječilo preopterećenje motora.
Karakteristika obrnutog proboja: Kada obrnuti napon premaši svoj napon proboja, Zener dioda će ući u stabilno stanje, ograničavajući napon unutar sigurnog raspona. Ova se značajka naširoko koristi u kompozitnoj zaštiti medicinske opreme od prenapona/preko struje. Na primjer, u gradijentnom pojačivaču magnetskog polja magnetske rezonancije (MRI), Zener dioda radi zajedno s osiguračem. Kada struja prijeđe prag, Zener dioda se pokvari i vodi, aktivirajući topljenje osigurača i prekidanje strujnog kruga.
2, Tipični scenariji primjene u medicinskoj opremi
1. Prijenosni medicinski uređaji: ravnoteža male potrošnje energije i visoke pouzdanosti
Schottky diode su poželjne u uređajima kao što su mjerači glukoze u krvi i prijenosni elektrokardiografi zbog niskog pada napona (0,15-0,45 V). Na primjer, određeni model mjerača glukoze u krvi koristi dvostruki niz Schottky dioda BAT54S za postizanje sljedećih funkcija:

Zaštita od obrnutog spoja: paralelno spojen na priključak za napajanje. Kada se polaritet napajanja obrne, dioda će se obrnuti i prekinuti, blokirajući strujni put.
Odabir puta napajanja: U sustavu napajanja s dvostrukom baterijom, glavni i pomoćni izvori napajanja automatski se prebacuju putem dioda kako bi se osiguralo neprekidno napajanje.
Zaštita od ograničenja struje: spojena u seriju s pogonskim krugom motora, koristeći pad napona za ograničavanje startne struje i sprječavanje strujnog udara kada je motor zaključan.
2. Medicinska oprema velike snage: otpornost na udarce i optimizacija stabilnosti
U uređajima kao što su defibrilatori i visoko{0}}frekventni električni noževi potrebno je nositi se s prolaznim udarima visoke struje. U ovom trenutku diode s brzim obnavljanjem (FRD) i diode od silicij karbida (SiC) postaju ključne komponente:

Krug punjenja defibrilatora: koristi se MBR30200PT Schottky modul (30A/200V) s obrnutim vremenom oporavka (trr) manjim od 5ns, što može spriječiti skokove napona uzrokovane kašnjenjem prekidača diode tijekom punjenja i zaštititi visoko-naponske kondenzatore od prenaponskog kvara.
Visokofrekventni izlazni stupanj s električnim nožem: korištenje C6D10065A SiC Schottky diode (100 A/650 V), njezin nizak pad napona (1,5 V) i otpornost na visoke temperature (temperatura spoja od 175 stupnjeva) osiguravaju da se vlastita potrošnja energije diode smanji za 60% tijekom visoko-frekventnog rezanja od 1 MHz, dok se izbjegava degradacija performansi uzrokovana pregrijavanjem.
3. Precizni medicinski instrumenti: cjelovitost signala i dizajn protiv -smetnji
U uređajima kao što su elektrokardiografi i elektroencefalografi, prikupljanje slabih bioelektričnih signala zahtijeva strogo potiskivanje šuma. U ovoj točki zajednički dizajn fotodioda i zaštitnih dioda postaje ključan:

Optoelektronička izolacija sprege: U ulaznom kanalu signala, 6N137 optokapler se koristi za postizanje električne izolacije i blokiranje zajedničkih smetnji putem fotoelektrične pretvorbe dioda.
ESD zaštita: Na sučelju senzora, paralelna ESD5D150TA Schottky dioda s 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, Inovativni dizajn: Zajednička zaštita 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" za sprječavanje prolaznog prenapona uzrokovanog udarima groma ili statičkim elektricitetom:

Schottky dioda: paralelno spojena na terminal ulaza napajanja, pruža dnevnu zaštitu od povrata.
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 od 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 spajanje baterije dok koristi karakteristike niskog pada napona za smanjenje gubitaka pri punjenju.
PTC termistor: serija spojena na put punjenja, kada struja prijeđe prag, vrijednost PTC otpora naglo raste, ograničavajući struju; Nakon rješavanja problema, PTC se automatski vraća u stanje niskog otpora bez potrebe za zamjenom komponenti.