Hvordan kan dioder opnå overstrømsbeskyttelse i medicinsk udstyr?

一, Det grundlæggende princip for diodeoverstrømsbeskyttelse
Hovedmålet med overstrømsbeskyttelse er at begrænse skaden af ​​unormale strømme til kredsløbskomponenter, og dioder opnår denne funktion gennem følgende egenskaber:

Ensrettet ledningsevne: En diode tillader kun strøm at flyde fra anoden til katoden, hvilket blokerer omvendt strøm. Denne funktion gør den til en kernekomponent til anti-omvendt beskyttelse. For eksempel kan parallelle Schottky-dioder (såsom SS14) i strømindgangsterminalen på en bærbar ultralydssonde forhindre tilbagestrømning forårsaget af omvendt polaritet af strømforsyningen og undgå udbrænding af det interne kredsløb.
Fremadgående spændingsfaldskarakteristik: Når strømmen passerer gennem en diode, genereres et spændingsfald på ca. 0,2V (Schottky-diode) til 0,7V (silicone PN-junction-diode) i begge ender. Ved at udnytte denne karakteristik kan der udformes et strømbegrænsende kredsløb. For eksempel er flere 1N4007 ensretterdioder i strømmodulet i en kirurgisk robot forbundet i serie for at begrænse den maksimale udgangsstrøm gennem spændingsfaldsoverlejring og forhindre motoroverbelastning.
Omvendt gennembrudskarakteristik: Når den omvendte spænding overstiger dens gennembrudsspænding, vil Zener-dioden gå ind i en stabil tilstand, hvilket klemmer spændingen inden for et sikkert område. Denne funktion er meget udbredt i overspændings-/overstrømskompositbeskyttelse af medicinsk udstyr. For eksempel, i gradientmagnetfeltforstærkeren til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), fungerer Zener-dioden sammen med sikringen. Når strømmen overstiger tærsklen, bryder Zener-dioden ned og leder, hvilket udløser sikringen til at smelte og afbryde kredsløbet.
2, Typiske anvendelsesscenarier i medicinsk udstyr
1. Bærbart medicinsk udstyr: balance lavt strømforbrug og høj pålidelighed
Schottky-dioder foretrækkes i enheder såsom blodsukkermålere og bærbare elektrokardiografer på grund af deres lave fremadgående spændingsfald (0,15-0,45V). For eksempel bruger en bestemt model af blodsukkermåler BAT54S dobbelt Schottky diode array til at opnå følgende funktioner:

Anti omvendt forbindelsesbeskyttelse: parallelt forbundet til strømindgangsterminalen. Når strømpolariteten vendes, vil dioden vende og afbryde, hvilket blokerer for strømvejen.
Valg af strømvej: I et strømforsyningssystem med dobbelt batteri skiftes hoved- og backupstrømkilden automatisk gennem dioder for at sikre kontinuerlig strømforsyning.
Strømbegrænsende beskyttelse: forbundet i serie med motorens drivkredsløb, ved hjælp af spændingsfald til at begrænse startstrømmen og forhindre en stigning i strømmen, når motoren er låst.
2. Højeffekt medicinsk udstyr: slagfasthed og stabilitetsoptimering
I enheder som defibrillatorer og højfrekvente elektriske-knive er det nødvendigt at håndtere forbigående høje strømstød. På dette tidspunkt bliver hurtiggendannelsesdioder (FRD'er) og siliciumcarbid (SiC) dioder nøglekomponenter:

Defibrillatoropladningskredsløb: MBR30200PT Schottky-modul (30A/200V) bruges med en omvendt genopretningstid (trr) på mindre end 5ns, hvilket kan forhindre spændingsspidser forårsaget af diodekontaktforsinkelse under opladning og beskytte højspændingskondensatorer mod overspændingsnedbrud.
Højfrekvent elektrisk kniv-udgangstrin: Brug af C6D10065A SiC Schottky-diode (100A/650V), dens lave fremadgående spændingsfald (1,5V) og høje temperaturmodstandskarakteristika (175 graders overgangstemperatur) sikrer, at diodens eget strømforbrug reduceres med 60 % under 1MHz højfrekvent nedskæring, mens nedsættelse af højfrekvent ydelse undgås,- overophedning.
3. Præcisionsmedicinske instrumenter: signalintegritet og anti-interferensdesign
I enheder som elektrokardiografer og elektroencefalografer kræver erhvervelsen af ​​svage bioelektriske signaler streng undertrykkelse af støj. På dette tidspunkt bliver det samarbejdende design af fotodioder og beskyttelsesdioder afgørende:

Optoelektronisk koblingsisolering: I signalindgangskanalen bruges en 6N137 optokobler til at opnå elektrisk isolation og blokere common mode interferens gennem den fotoelektriske konvertering af dioder.
ESD-beskyttelse: Ved sensorgrænsefladen, parallel ESD5D150TA Schottky-diode med lav lækstrøm (<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, Innovativt design: Samarbejdsbeskyttelse af dioder og andre komponenter
1. Sammensat beskyttelseskredsløb: diode+TVS-diode
I billedtransmissionsmodulet til medicinske endoskoper er et sammensat beskyttelsessystem af "Schottky diode+TVS diode" vedtaget for at forhindre forbigående overspænding forårsaget af lynnedslag eller statisk elektricitet:

Schottky-diode: parallel forbundet til strømindgangsterminalen, der giver daglig anti-omvendt beskyttelse.
TVS diode: serie forbundet til signallinjen, dens ultrahurtige responstid (<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. Selvgendannelsesbeskyttelse: diode+PTC termistor
I opladningskredsløbet for bærbare medicinske anordninger (såsom smarte armbånd) er en selvgendannelsesbeskyttelsesordning af "Schottky diode + PTC termistor" vedtaget:

Schottky-diode: forhindrer batteriomvendt forbindelse, mens dens lavspændingsfaldsegenskaber bruges til at reducere opladningstab.
PTC termistor: serie forbundet til ladevejen, når strømmen overstiger tærsklen, stiger PTC modstandsværdien kraftigt, hvilket begrænser strømmen; Efter fejlfinding vender PTC automatisk tilbage til en lav modstandstilstand uden behov for at udskifte komponenter.