Kuidas vähendada müra meditsiiniseadmete toiteallikas dioodide kaudu?

一, Noise Traceability: The Noise Challenge of Medical Power Supply
Meditsiiniseadmete toiteallika müra pärineb peamiselt kolmest mõõtmest:

Seadmete sisemüra: põhimüra alumine osa koosneb löögimürast, soojusmürast ja toiteseadmetest, nagu dioodid ja MOSFET-id, pärit 1/f müra. Näiteks kui Schottky dioodid on pöördpingestusega, tekitavad nende ristmiku mahtuvus ja parasiit-induktiivsus kõrge sagedusega võnkumisi, moodustades müra piigid sagedusvahemikus 0,1–100 MHz.
Lülitusmüra: isoleeritud toitetopoloogiates, nagu flyback ja LLC, võib toitedioodide vastupidine taastumisprotsess tekitada tugevaid elektromagnetilisi häireid (EMI). Võttes näiteks teatud meditsiinilise defibrillaatori toiteallika, võib selle väljundalaldi diood tekitada tagurpidi taastamise ajal pingetõusid kuni 50 V/ns, mille tulemuseks on väljundi pulsatsioon kuni 200 mV.
Juhtivad häired: liigpinge, elektrostaatiline lahendus (ESD) ja muud sündmused toiteallika sisendotsas suunatakse elektriliini kaudu seadme sisemusse. Standard IEC 60601-1 nõuab, et meditsiiniseadmed kontrolliksid kontaktvoolu testimise ajal patsiendi abiahelate lekkevoolu 10 μA piires, mis seab ranged nõuded toiteallika esiosa mürasummutamisele.
2, dioodi müra vähendamise tehnoloogia maatriks
1. Taastamise funktsiooni optimeerimine
Eraldatud alalisvoolu-alalisvoolumuundurites võib kiirtaastedioodide (FRD) või ränikarbiidist (SiC) Schottky dioodide kasutamine lülitusmüra märkimisväärselt vähendada. Näiteks kaasaskantava ultraheli diagnostika toiteallika puhul traditsioonilise räni-põhise ülikiire taastamise dioodi (UFRD) asendamine SiC Schottky dioodiga:

Pööratud taastumisaeg vähenes 35 n-lt 5 n-le
Väljundi pulsatsiooni vähendati 150 mV-lt 45 mV-le
Efektiivsus kasvas 3,2 protsendipunkti
SiC-dioodide kõrge kriitiline läbilöögivälja tugevus (3MV/cm) muudab need kõrgepingerakendustes kasulikumaks. Meditsiiniliste CT-masinate röntgenikiirte kõrge-pingegeneraatoris võib 650 V SiC Schottky dioodimassiivi kasutamine vähendada tagurpidi taastamise kadu 80% ja saavutada väljundpinge stabiilsuse ± 0,01%.

2. Mürasummutusdioodide massiiv
Kõrgsagedusliku-müra summutamiseks saab luua diode kondensaatoritakisti (DCR) puhvervõrgu. Teatud siirdatavas närvistimulaatori toiteallikas on 10 Ω/100pF RC puhverahel ühendatud paralleelselt väljundalaldi dioodiga:

Summutatud kõrge sagedusega{0}}võnkumised üle 10 MHz
Vähendage väljundmüra tihedust 15nV/√ Hz-lt 3nV/√ Hz-le
Vastama implanteeritavate seadmete elektromagnetilise ühilduvuse standardi IEC 60601-1 nõuetele
Täiustatud lahendus on integreeritud mürasummutusmooduli kasutamine. Näiteks ettevõtte Tianling Arrow Company käivitatud TLN201 seeria dioodimassiiviga on võimalik saavutada:

8kV piksekaitse
100dB EMI sumbumine
0,1 μA lekkevoolu kontroll
3. Optoelektroonilise sidestuse isolatsioonitehnoloogia
Elektrilist isolatsiooni vajavates meditsiinilistes toiteallikates võib valgusdioodide (LED) ja fotodioodide kombinatsioon optronides saavutada signaalide ja toiteallikate täieliku isolatsiooni. Võttes näiteks teatud meditsiinimonitori isoleeritud toiteallika:

Avago HCPL-0631 optroni vastuvõtmine
Isolatsioonipinge kuni 5kVrms
Ühisrežiimi tagasilükkamise suhe (CMRR) tõusis 120 dB-ni
Kontrollige sisend- ja väljundklemmide lekkevoolu 0,1 μA piires
Uus digitaalne isolaator murrab veelgi läbi traditsiooniliste optronide ribalaiuse piirangu. ADI ADuM5401 isolaator kasutab magnetilist sidestustehnoloogiat, et saavutada 5kV isolatsioon, toetades samal ajal 2Mbps andmeedastuskiirust, kusjuures energiatarve on tavapäraste optroniidestega võrreldes 60% väiksem.

3, tüüpilise rakenduse stsenaariumi analüüs
1. Kaasaskantavad meditsiiniseadmed
Akutoitega seadmetes, nagu veresuhkru mõõturid ja kaasaskantav ultraheli, peab dioodmüra vähendamine tasakaalustama tõhususe ja ruumi. Teatud sõrmeotsa oksümeeter kasutab järgmist skeemi:

Sisendklemm: SMBJ5.0CA TVS diood ESD kaitseks (± 15kV kontaktlahendus)
Parandusprotsess: BAT54S topelt Schottky diood vähendab juhtivuse kadu (VF)= 0.2V@1A )
Väljundklemm: BAV99 klamberdiood piirab ülepinget -0,5 V ~ 3,8 V
See lahendus võimaldab seadmel juhtida väljundi pulsatsiooni 10 mV piires ja pikendada aku eluiga 20% 1,8 V aku toiteallika korral.

2. Kõrge täpsusega meditsiinilise pildistamise seadmed
Suurtes seadmetes, nagu MRI ja CT, mõjutab toiteallika müra otseselt pildikvaliteeti. Teatud 3.0T MRI gradientvõimendi toiteallikas kasutab:

SiC MOSFET ja SiC Schottky dioodi kombinatsioon
Mitmetasandiline DCR-puhvervõrk
Vaskfooliumferriit-vaskfooliumist sandwich-varjestuskonstruktsioon
Saavutage väljundpinge stabiilsus ± 0,005% ja gradiendi magnetvälja pulsatsioon<0.01%, meeting the requirements of DICOM standard for imaging uniformity.

3. Implanteeritavad meditsiiniseadmed
Siirdatavates seadmetes, nagu südamestimulaatorid ja närvistimulaatorid, peab dioodimüra vähendamine vastama bioloogilise ühilduvuse ja ülimadala energiatarbimise nõuetele. Teatud suletud ahelaga-neuraalse stimulaatori toiteallikas kasutatakse:

Madala lekkevooluga fotodiood pinna passiveerimisega
0402 pakitud TVS diood ESD kaitseks
Dünaamiline eelpingeahel vähendab staatilist energiatarbimist
Pikendage seadme tööiga üle 10 aasta 3,7 V liitium-ioonaku toiteallikaga ja vastake ISO 10993 bioühilduvusstandardile.