Как диодите могат да постигнат защита от свръхток в медицинско оборудване?

一, Основният принцип на диодната защита от свръхток
Основната цел на защитата от свръхток е да ограничи щетите от необичайни токове върху компонентите на веригата и диодите постигат тази функция чрез следните характеристики:

Еднопосочна проводимост: Диодът позволява на тока да тече само от анода към катода, блокирайки обратния ток. Тази функция го прави основен компонент за защита срещу обратен ход. Например, в терминала за захранване на преносима ултразвукова сонда, паралелни диоди на Шотки (като SS14) могат да предотвратят обратния поток на тока, причинен от обратната полярност на захранването, и да избегнат изгарянето на вътрешната верига.
Характеристика на спад на напрежението: Когато токът преминава през диод, в двата края се генерира спад на напрежението от приблизително 0,2 V (диод на Шотки) до 0,7 V (диод на силициев PN преход). Чрез използване на тази характеристика може да се проектира верига за ограничаване на тока. Например, в захранващия модул на хирургически робот, множество токоизправителни диоди 1N4007 са свързани последователно, за да ограничат максималния изходен ток чрез суперпозиция на падане на напрежението и да предотвратят претоварване на двигателя.
Характеристика на обратното разрушаване: Когато обратното напрежение надвиши своето напрежение на пробив, ценеровият диод ще влезе в стабилно състояние, затягайки напрежението в безопасен диапазон. Тази характеристика се използва широко в комбинираната защита от пренапрежение/претоварване на медицинско оборудване. Например, в градиентния усилвател на магнитно поле на магнитно резонансно изображение (MRI), ценеровият диод работи заедно с предпазителя. Когато токът превиши прага, ценеровият диод се разпада и провежда, задействайки предпазителя да се стопи и прекъсва веригата.
2, Типични сценарии за приложение в медицинско оборудване
1. Преносими медицински устройства: баланс между ниска консумация на енергия и висока надеждност
Диодите на Шотки са предпочитани в устройства като глюкомери и преносими електрокардиографи поради ниското им падане на напрежението (0,15-0,45 V). Например определен модел глюкомер използва BAT54S двойна диодна матрица на Шотки, за да постигне следните функции:

Защита срещу обратна връзка: паралелно свързан към входния терминал за захранване. Когато полярността на захранването е обърната, диодът ще се обърне и ще прекъсне, блокирайки пътя на тока.
Избор на захранващ път: В захранваща система с две батерии, главният и резервният източник на захранване се превключват автоматично чрез диоди, за да се осигури непрекъснато захранване.
Защита за ограничаване на тока: свързана последователно с веригата на задвижване на двигателя, използваща спад на напрежението за ограничаване на стартовия ток и предотвратяване на скок в тока, когато двигателят е заключен.
2. Медицинско оборудване с висока мощност: устойчивост на удар и оптимизиране на стабилността
При устройства като дефибрилатори и високо{0}}честотни електрически ножове е необходимо да се справят с преходни високи токови удари. В този момент диодите с бързо възстановяване (FRD) и диодите от силициев карбид (SiC) стават ключови компоненти:

Верига за зареждане на дефибрилатора: използва се модул MBR30200PT Schottky (30A/200V) с време за обратно възстановяване (trr) по-малко от 5ns, което може да предотврати пикове на напрежението, причинени от забавяне на диодния превключвател по време на зареждане и да предпази кондензаторите с високо-напрежение от пробив при пренапрежение.
Високочестотен изходен етап с електрически нож: използвайки C6D10065A SiC диод на Шотки (100 A/650 V), неговите характеристики с нисък спад на напрежението (1,5 V) и устойчивост на висока температура (175 градуса температура на свързване) гарантират, че собствената консумация на енергия на диода е намалена с 60% по време на 1MHz високо{8}}честотно рязане, като същевременно се избягва влошаване на производителността, причинено от прегряване.
3. Прецизни медицински инструменти: цялост на сигнала и дизайн против-смущения
В устройства като електрокардиографи и електроенцефалографи, придобиването на слаби биоелектрични сигнали изисква строго потискане на шума. В този момент съвместният дизайн на фотодиоди и защитни диоди става решаващ:

Оптоелектронна изолация на свързване: Във входния сигнален канал се използва оптрон 6N137 за постигане на електрическа изолация и блокиране на смущения в общ режим чрез фотоелектрично преобразуване на диоди.
ESD защита: В интерфейса на сензора, паралелен ESD5D150TA Шотки диод с нисък ток на утечка (<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, Иновативен дизайн: Съвместна защита на диоди и други компоненти
1. Композитна схема за защита: диод+TVS диод
В модула за предаване на изображение на медицински ендоскопи е приета композитна защитна схема от "диод на Шотки + TVS диод", за да се предотврати преходно пренапрежение, причинено от удари на мълния или статично електричество:

Шотки диод: паралелно свързан към клемата за захранване, осигуряващ ежедневна защита срещу обратен ход.
TVS диод: последователно свързан към сигналната линия, неговото ултра бързо време за реакция (<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. Защита за самовъзстановяване: диод + PTC термистор
Във веригата за зареждане на носими медицински устройства (като интелигентни гривни) е възприета схема за самовъзстановяваща се защита на "диод на Шотки + PTC термистор":

Диод на Шотки: предотвратява обратното свързване на батерията, като същевременно използва своите характеристики за ниско напрежение, за да намали загубите при зареждане.
PTC термистор: последователно свързан към пътя на зареждане, когато токът надвиши прага, стойността на съпротивлението на PTC рязко се увеличава, ограничавайки тока; След отстраняване на неизправности, PTC автоматично се връща в състояние на ниско съпротивление без необходимост от подмяна на компоненти.