Как диодите защитават веригите, когато медицинското оборудване е изключено?

一, Физическият механизъм на защита при изключване на захранването: потискане на обратната електродвижеща сила
1. Принцип на освобождаване на индуктивно съхранение на енергия
Когато индуктивните компоненти в медицинско оборудване (като намотки на електромагнитен клапан и намотки на ултразвукова сонда) съхраняват енергия на магнитното поле, когато са включени, внезапна промяна в тока в момента на прекъсване на захранването може да причини обратна електродвижеща сила. В медицинското оборудване, ако не се вземат защитни мерки, обратната електродвижеща сила може да достигне няколко пъти захранващото напрежение, причинявайки опустошителни щети на веригата.

2. Ефектът на свободния ход на диодите
Паралелни диоди (свободни диоди) са свързани в двата края на индуктора. Когато захранването е прекъснато, диодите провеждат в права посока, осигурявайки път на разреждане за тока на индуктора. Като вземем за пример веригата на драйвера на релето в градиентния усилвател на ЯМР, диодът със свободен ход може да ограничи обратната електродвижеща сила в рамките на 0,7 V (силициев транзистор) или 0,3 V (транзистор на Шотки), предпазвайки управляващия транзистор от удар с високо напрежение. Експерименталните данни показват, че вериги, използващи диоди за бързо възстановяване (като ES1J), могат да постигнат ефективност на потискане на обратната електродвижеща сила от над 98%.

2, Ключови сценарии за приложение в медицински условия
1. Защита от резервиране на захранване за животоподдържащо оборудване
При оборудване като вентилатори и машини за кардиопулмонална реанимация, превключването между резервните батерии и основните източници на захранване трябва да бъде безпроблемно свързано. Ако токът тече обратно към резервната батерия, когато основното захранване е прекъснато, това може да доведе до прекомерно разреждане на батерията или повреда на веригата. Чрез свързване на диоди (като диоди на Шотки SS34) последователно в захранващия път може да се постигне еднопосочна проводимост, за да се предотврати протичането на обратен ток. След приемането на това решение животът на батерията на определена марка преносим дефибрилатор се удължава с 30% и той работи стабилно в широк температурен диапазон от -20 градуса до 60 градуса.

2. Потискане на шума за високо-прецизно получаване на сигнал
Веригата за получаване на сигнал на медицински монитори (като ЕКГ и ЕЕГ устройства) е изключително чувствителна към шум. Обратната електродвижеща сила, генерирана в момента на прекъсване на захранването, може да се свърже със сигналния канал през електропровода, като пречи на биоелектричните сигнали на ниво микроволт. Във веригата на сондата за кислород в кръвта се използва превключващ диод BAS16 (време за обратно възстановяване 4ns) за модулиране на инфрачервени сигнали. Неговите характеристики с нисък паразитен капацитет осигуряват цялост на формата на вълната при честота на модулация от 900Hz, контролирайки грешката на измерване на насищането на кръвта с кислород в рамките на ± 1%.

3. Дългосрочна гаранция за надеждност за имплантируеми устройства
Имплантируемите пейсмейкъри, невростимулатори и други устройства трябва да имат експлоатационен живот най-малко 10 години. Диодът за-защита при изключване на захранването трябва да балансира ниския ток на утечка и характеристиките на високото издържано напрежение. Веригата, използваща диоди за ултра бързо възстановяване (като UF4007), съкращава времето за обратно възстановяване до под 50 ns, намалявайки загубите при превключване на висока-честота. В същото време неговият нисък обратен ток на утечка (<1 μ A) avoids battery self discharge, significantly improving the device's endurance.

3, Основни принципи на избор и дизайн на диоди
1. Съвпадение на параметри: Баланс между динамичен спад на напрежението и капацитет на мощността
Право падане на напрежението (V_F): Медицинското оборудване има строги изисквания за ефективност и трябва да се даде приоритет на диодите с ниска V_F. Например, във веригата на драйвера на ултразвукова сонда, диодът на Шотки MR756 (V_F=0.3V) може да увеличи ефективността на зареждане с 18%, като същевременно намалява генерирането на топлина и удължава живота на устройството.
Време за обратно възстановяване (t_rr): Високочестотни приложения (като генератори на рентгенови лъчи в CT скенери) изискват използването на ултрабързи диоди за възстановяване с t_rr<50ns to reduce switching losses. For example, SiC diodes (t_rr=15ns) have an efficiency improvement of over 5% compared to silicon devices at a switching frequency of 100kHz.
Възможност за пренапрежение на тока (IFSM): Когато медицинското оборудване се стартира или изключи, може да възникнат преходни високи токове и трябва да се изберат диоди с IFSM стойности, по-високи от пиковия ток на веригата. Например, във веригата за зареждане на кондензатор с високо напрежение на дефибрилатор, диодът 30A10 може да издържи преходен ток от 100 A без повреда.
2. Оптимизация на топологията: защита на много-нива и управление на топлината
Паралелно свързване с много тръби: В приложения с голям ток, като например захранващи модули за медицински лазери, множество диоди са свързани паралелно, за да разпръснат тока и да намалят топлинния стрес върху отделните устройства. Например, използването на четири 1N5819 Шотки диода в паралел може да намали загубата на проводимост със 75% и да увеличи площта на разсейване на топлината четири пъти.
Дизайн на термично свързване: В имплантируемите устройства диодите и температурните сензори са интегрирани върху една и съща силициева подложка, за да се постигне термично свързване и-наблюдение в реално време. Определен модел нервен стимулатор намали обхвата на колебанията на температурата на диодния преход до ± 5 градуса чрез тази схема, подобрявайки значително дългосрочната-надеждност.