Kuidas saavad dioodid saavutada meditsiiniseadmetes ülevoolukaitse?

一, Dioodi liigvoolukaitse põhiprintsiip
Liigvoolukaitse põhieesmärk on piirata ebanormaalsete voolude kahjustamist ahela komponentidele ja dioodid täidavad selle funktsiooni järgmiste omaduste kaudu:

Ühesuunaline juhtivus: diood laseb voolul voolata ainult anoodilt katoodile, blokeerides pöördvoolu. See funktsioon muudab selle tagasilöögivastase kaitse põhikomponendiks. Näiteks kaasaskantava ultrahelisondi toitesisendi klemmis võivad paralleelsed Schottky dioodid (nt SS14) ära hoida toiteallika vastupidisest polaarsusest põhjustatud voolu tagasivoolu ja vältida sisemise ahela läbipõlemist.
Pöördepinge languse karakteristik: kui vool läbib dioodi, tekib mõlemas otsas pingelangus ligikaudu 0,2 V (Schottky diood) kuni 0,7 V (räni PN-siirdediood). Seda omadust kasutades saab kujundada voolu piirava vooluringi. Näiteks kirurgilise roboti toitemoodulis on mitu 1N4007 alaldi dioodi ühendatud järjestikku, et piirata maksimaalset väljundvoolu pingelanguse superpositsiooni kaudu ja vältida mootori ülekoormust.
Vastupidine läbilöögikarakteristik: kui vastupidine pinge ületab oma läbilöögipinge, läheb Zeneri diood stabiilsesse olekusse, hoides pinge ohutus vahemikus. Seda funktsiooni kasutatakse laialdaselt meditsiiniseadmete liigpinge/liigvoolu liitkaitses. Näiteks magnetresonantstomograafia (MRI) gradientmagnetvälja võimendis töötab Zeneri diood koos kaitsmega. Kui vool ületab läve, siis Zeneri diood laguneb ja juhib, käivitades kaitsme sulamise ja vooluringi katkestamise.
2, tüüpilised rakendusstsenaariumid meditsiiniseadmetes
1. Kaasaskantavad meditsiiniseadmed: tasakaalustage väike energiatarbimine ja kõrge töökindlus
Schottky dioode eelistatakse sellistes seadmetes nagu veresuhkru mõõturid ja kaasaskantavad elektrokardiograafid nende madala edasisuunalise pinge languse (0,15–0,45 V) tõttu. Näiteks kasutab teatud veresuhkrumõõtja mudel BAT54S kahekordset Schottky dioodide massiivi, et saavutada järgmised funktsioonid:

Vastupidise ühenduse kaitse: paralleelselt ühendatud toite sisendklemmiga. Kui toite polaarsus on vastupidine, lülitub diood ümber ja katkeb, blokeerides voolutee.
Toitetee valik: kahe akuga toitesüsteemis lülitatakse põhi- ja varutoiteallikad automaatselt läbi dioodide, et tagada pidev toide.
Voolu piirav kaitse: ühendatud jadamisi mootori ajamiahelaga, kasutades pingelangust, et piirata käivitusvoolu ja vältida voolu suurenemist, kui mootor on lukustatud.
2. Suure võimsusega meditsiiniseadmed: löögikindlus ja stabiilsuse optimeerimine
Sellistes seadmetes nagu defibrillaatorid ja kõrgsageduslikud{0}}elektrilised noad on vaja toime tulla ajutiste suurte voolulainetega. Siinkohal muutuvad võtmekomponentideks kiire taastumisega dioodid (FRD) ja ränikarbiiddioodid (SiC):

Defibrillaatori laadimisahel: kasutatakse MBR30200PT Schottky moodulit (30A/200V), mille tagasipööratud taastumisaeg (trr) on alla 5 ns, mis võib vältida dioodilülitite viivitusest põhjustatud pingetõusid laadimise ajal ja kaitsta kõrge -pingekondensaatoreid ülepinge purunemise eest.
Kõrgsagedusliku elektrilise noa väljundaste: kasutades C6D10065A SiC Schottky dioodi (100A/650V), selle madal päripinge langus (1,5V) ja kõrge temperatuuritaluvuskarakteristikud (175-kraadine ristmikutemperatuur) tagavad, et dioodi enda energiatarve väheneb 1MHz ajal 60% võrra, vältides samas ülekoormuste vähenemist.
3. Täppismeditsiini instrumendid: signaali terviklikkus ja häiretevastane-disain
Sellistes seadmetes nagu elektrokardiograafid ja elektroentsefalograafid nõuab nõrkade bioelektriliste signaalide saamine müra ranget summutamist. Siinkohal muutub ülioluliseks fotodioodide ja kaitsedioodide koostöö:

Optoelektroonilise sidestuse isolatsioon: signaali sisendkanalis kasutatakse elektrilise isolatsiooni saavutamiseks ja dioodide fotoelektrilise muundamise kaudu ühisrežiimi häirete blokeerimiseks optroni 6N137.
ESD kaitse: Anduri liideses paralleelne ESD5D150TA Schottky diood madala lekkevooluga (<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, uuenduslik disain: dioodide ja muude komponentide koostöö kaitse
1. Komposiitkaitseahel: diood+TVS diood
Meditsiiniliste endoskoopide kujutise edastusmoodulis on äikeselöögist või staatilisest elektrist põhjustatud mööduva ülepinge vältimiseks kasutusele võetud liitkaitseskeem "Schottky diode+TVS diode".

Schottky diood: paralleelselt ühendatud toite sisendklemmiga, pakkudes igapäevast tagasipööramisvastast kaitset.
TVS-diood: signaaliliiniga ühendatud seeria, selle ülikiire reaktsiooniaeg (<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. Isetaastumiskaitse: diood+PTC termistor
Kantavate meditsiiniseadmete (nt nutikate käevõrude) laadimisahelas võetakse kasutusele "Schottky diood+PTC termistor" iseenesliku taastumise kaitseskeem:

Schottky diood: takistab aku vastupidist ühendamist, kasutades samal ajal selle madalat pingelangust, et vähendada laadimiskadusid.
PTC termistor: laadimisteega ühendatud jada, kui vool ületab läve, suureneb PTC takistuse väärtus järsult, piirates voolu; Pärast tõrkeotsingut naaseb PTC automaatselt madala takistusega olekusse, ilma et oleks vaja komponente välja vahetada.