Kuidas takistavad dioodid elutähtsate näitajate monitorides voolu hüppeid?

一, praegune ülepinge risk elutähtsate näitajate jälgimise seadmetes
Elutähtsate näitajate jälgimise seadme põhimoodulid hõlmavad fotoelektrilisi andureid, bioelektrilise potentsiaali kogumise ahelaid ja toitehaldusseadmeid. Praegune tõusurisk tuleneb peamiselt järgmistest stsenaariumidest:

Toite sisendklemm: võrgulainete töötamise või aku laadimise ja tühjenemise ajal võivad mööduvad pinge hüpped ületada seadme vastupidavuspinge, mis võib põhjustada vooluahela rikke.
Anduri liides: fotodioodid (PPG andurid) on peegeldunud valgussignaalide vastuvõtmisel vastuvõtlikud keskkonna valguse häiretele või elektrostaatilisele laengule, põhjustades signaali ülekoormust.
Bioelektrilise potentsiaali omandamine: kui EKG elektroodid puutuvad kokku nahaga, võib inimese staatiline elekter või elektromüograafia häired tekitada mööduvat kõrget pinget, mis võib kahjustada eelvõimendit.
Kõrgsageduslik lülitustoiteallikas: sisemised alalisvoolu-alalisvoolumuundurid võivad põhjustada pingehelinaid ja elektromagnetilisi häireid (EMI), mis on tingitud dioodide halbade pöördtaaste omadustest ümberlülitamise ajal.
2, dioodi tehniline põhimõte, et vältida voolu suurenemist
1. Transient Voltage Suppression (TVS): "kaitseklapp" nanosekundilise taseme reaktsiooniga
TVS-dioodid juhivad kiiresti, kui pinge ületab läbilöögipinge (Vbr), mittelineaarsete voltampri karakteristikute kaudu, kinnitades liigpinge ohutusse vahemikku. Selle reaktsiooniaeg on nii madal kui 1 ps, mis suudab tõhusalt neelata mööduvat energiat, nagu pikselöögid ja ESD. Näiteks pulssoksümeetri LED-draiveri ahelas suudab kahesuunaline TVS-diood (nt SMAJ5.0A) samaaegselt maha suruda positiivseid ja negatiivseid pingepiike, kaitstes fotodioodi elektrostaatilise šoki eest.

2. Taastamise funktsiooni optimeerimine: kõrvaldage lüliti müra
Kiirtaastedioodid (FRD-d) ja Schottky dioodid vähendavad pingehelinaid kõrge sagedusega{0}}lülitustoiteallikates, lühendades pöördtaasteaega (TRR). Näiteks EKG kogumisahela DC-DC-muunduris MBR30200PT Schottky diood (trr<5ns) is used to avoid the superposition of reverse current and MOSFET turn off process, reduce EMI interference, and ensure the purity of ECG signal.

3. Voolu piirav kaitse: pehme käivitus ja soojusjuhtimine
Ühendage NTC termistor jadamisi toite sisendklemmiga ja kasutage selle külma kõrge takistuse väärtust (näiteks 5 Ω mudelil 5D-9 25 kraadi juures), et piirata sisselülitatud liigvoolu. Pärast voolu soojenemist langeb takistuse väärtus väärtuseni<1 Ω, achieving soft start. For example, a certain model of portable monitor adopts an NTC+relay combination scheme to suppress the impulse current of 220V AC input from 300A to 60A, with a reduction of over 80%.

4. Kinnitus ja pinge stabiliseerimine: tundlike ahelate kaitsmine
Zeneri dioodid tagavad bioelektriliste potentsiaalivõimendite jaoks stabiilse võrdluspinge pinge püsivuse kaudu vastupidises läbilöögi piirkonnas. Näiteks AD8233 kiibiseeria integreerib sisemiselt pingeregulaatori dioodi, mis suudab suruda EKG signaali võimendusahela sisendpinge kõikumise vahemikku ± 20%-lt ± 1%-le, tagades südame löögisageduse tuvastamise täpsuse.

3, tüüpilised rakendusstsenaariumid ja lahendused
1. Fotopletüsmograafia (PPG) anduri kaitse
Oksimeetris kiirgavad valgust vaheldumisi punane LED (660nm) ja infrapuna LED (940nm) ning fotodiood võtab vastu peegeldunud valguse ja muudab selle elektrisignaaliks. ESD kokkupõrke vältimiseks tuleks anduri liidesega paralleelselt ühendada kahesuunaline TVS-diood (nt P6SMB15CA), mille kinnituspinge on 15 V, mis suudab neelata ± 8 kV elektrostaatilist lahendust. Samal ajal on Schottky dioodid (nagu BAT54S) ühendatud LED-juhtimise ahelasse järjestikku, et vähendada energiatarbimist, kasutades nende madalat päripinge langust (0,15 V) ja vältida LED-i eluea halvenemist ülemäärase voolu tõttu.

2. EKG bioelektrilise potentsiaali omandamise ahela kaitse
Kui EKG elektroodid puutuvad kokku nahaga, võib inimese staatiline elekter tekitada tuhandeid volte mööduvat pinget. TVS-i dioodide (nt SMAJ12CA) paralleelses elektroodi sisendis saab pinget alla 12 V alla suruda, kaitstes eelvõimendit (nt AD8221) kahjustuste eest. Lisaks kasutatakse toite sisendi otsas sildalaldi+NTC termistori kombinatsiooni, et summutada võrgulaine kõikumisest põhjustatud liigvoolu ja tagada EKG signaali võtmise stabiilsus.

3. Kaasaskantava seadme toitehaldus
Kaasaskantavate monitoride (nt nutikate käevõrude) puhul peab aku laadimis- ja tühjendusahel toime tulema ajutiste suurte voolupingetega. Kasutades traditsiooniliste ränidioodide asemel SiC Schottky dioode (näiteks C6D10065A), on vastupidine taastumisaeg nullilähedane, mis võib vähendada lülituskadusid 60% ja taluda 100A mööduvaid voolusid, vältides aku ülelaadimisest või lühisest põhjustatud riistvarakahjustusi. Lisaks on USB-laadimisliidesesse integreeritud ESD kaitsediood (nt ESD5D150TA), et tühjendada ± 15kV staatilist elektrit ja kaitsta sisemist laadimiskiipi.