Какво трябва да се отбележи при оформлението на диодите за медицински устройства?

1, Идентификация на полярността и дизайн за предотвратяване на грешки
Диодът има еднопосочна проводимост и обръщането на полярността му може да причини късо съединение или да изгори устройството. В медицинското оборудване тази грешка може да причини повреда на оборудването и дори да навреди на пациентите. Следователно дизайнът на оформлението трябва стриктно да следва следните принципи:

Ситопечатна маркировка: Ясно маркирайте катода (K) или отрицателния електрод (-) около тялото на диода, обикновено представени с вертикални линии, дебели линии, маркировки с прорези или буквата „K“. Например диодите за повърхностен монтаж могат да съответстват на катоди чрез цветни ленти или жлебове.
Съответствие на опаковката: Подложките за опаковане на печатни платки трябва да бъдат ясно разграничени между катод/анод. Обикновено катодните подложки са проектирани с прорези, ъгли или специални форми, за да се избегнат грешки при заваряване.
Еднородност на посоката: Един и същи тип диод трябва да поддържа една и съща посока (като всички катоди, обърнати наляво/нагоре), за да се намали рискът от грешки при заваряване.
Дизайн против грешки: За критични вериги или предразположени към грешки ситуации може да се използва асиметричен дизайн на подложките за допълнително предотвратяване на обръщането на полярността.
2, Дизайн на разсейване на топлината и управление на топлината
В медицинското оборудване захранващите диоди (като токоизправители и свободно завъртащи се тръби) генерират значителна топлина по време на работа. Лошото разсейване на топлината може да доведе до термичен срив или влошаване на производителността. Дизайнът на оформлението трябва да оптимизира разсейването на топлината от следните аспекти:

Приближаване до източника на разсейване на топлина: Поставете захранващия диод близо до радиатора или зоната с медно фолио и използвайте метални проводници за бързо отвеждане на топлина. Например, в захранващия модул на преносими ултразвукови устройства диодите от силициев карбид са в близък контакт с радиатора чрез термични подложки, за да намалят температурата на свързване.
Медно покритие с голяма площ: Свържете голяма площ от смляно медно фолио (GND Plane) или захранващо медно фолио към катодните и анодните подложки на диода, за да подобрите способността за разсейване на топлината. Например във веригата за откриване на електроди на електрокардиограф множество слоеве медно фолио са положени под диодната подложка на регулатора на напрежението и са свързани към вътрешния слой за разсейване на топлината чрез отвори.
Разсейване на топлината чрез: плътно подредете разсейването на топлината през отвори (диаметър 0,3 mm, разстояние 0,5-1 mm) в областта, където са свързани големи медни фолиа, образувайки път с ниско термично съпротивление. Например във веригата за преобразуване на мощността на преносимо рентгеново оборудване се използва решетка като via array под диода от силициев карбид, което намалява повишаването на температурата с 40%.
Стойте далеч от чувствителни на топлина компоненти: Избягвайте да поставяте нагревателни диоди в непосредствена близост до чувствителни на топлина компоненти като електролитни кондензатори и прецизни интегрални схеми, за да предотвратите влошаване на производителността, причинено от топлинен стрес.
3, изисквания за електрическа изолация и правила за безопасност
Медицинското оборудване трябва да отговаря на строги стандарти за електрическа безопасност (като IEC 60601-1), а диодното оформление трябва да осигурява изолация между зони с високо и ниско напрежение, за да се предотврати рискът от токов удар

Пътека на пълзене и електрическа хлабина: Трябва да се поддържа подходящо разстояние между щифтовете на диоди с високо-напрежение (като тези над 600V) и други устройства/окабеляване с високо{2}}напрежение. Например, във веригата за генериране на високо{4}}напрежение на дефибрилатор, между диода и кондензатора е зададено разстояние на утечка от най-малко 2 mm, а силата на изолация се увеличава чрез отваряне на прозорци.
Изолационен жлеб и прозорец: Между зоните с високо и ниско напрежение могат да се отворят прозорци под слоя маска на запояване (зона без мед) и дори могат да се направят слотове на печатната платка, за да се увеличи разстоянието на пълзене. Например, в захранващия модул на медицинско лазерно оборудване страната с високо напрежение и страната с ниско напрежение са напълно разделени от изолационни слотове.
Разделяне на захранващата и сигналната земя: физически отделете захранващата земя (PGND), пренасяща големи импулсни токове, от сигналната земя (SGND), която изисква тишина, и ги свържете в една точка, за да избегнете смущения. Например, във веригата за получаване на сигнал на преносим монитор, заземителният проводник на фотодиода е свързан независимо от захранващата маса, за да се намали свързването на шума.
4, потискане на EMI и високо{1}}оптимизиране на честотата
В медицинското оборудване високо{0}}честотното превключващо действие на диодите може да генерира електромагнитни смущения (EMI), засягащи работата на оборудването или смущаващи други медицински устройства. Дизайнът на оформлението трябва да потиска EMI от следните аспекти:

Намалете до минимум критичната зона на контура: Компактирайте оформлението на високо{0}}честотните компоненти на превключващия контур, като диоди, превключващи тръби, индуктори/кондензатори за съхранение на енергия и т.н., и скъсете дължината на маршрута. Например, в схемите Buck/Boost, свободният диод се поставя в съседство с превключващия транзистор, образувайки триъгълно оформление, за да се намали зоната на веригата.
Паразитен контрол на параметрите: При високо{0}}честотни приложения паразитният капацитет (Cj) и индуктивността (Ls) на диодите могат да причинят затихване на сигнала или звънене. Трябва да се изберат диоди с нисък капацитет (като диоди на Шотки) и ефектите на струпване на ток трябва да бъдат намалени чрез оптимизиране на окабеляването (като 45 градуса или заоблени ъгли).
Екраниране и филтриране: Използва се изолация на земята или диференциално маршрутизиране за чувствителни сигнални линии (като I2C, SPI), а към входно-изходните клеми се добавят феритни перли или филтриращи кондензатори. Например, в комуникационния интерфейс на преносимите глюкомери, TVS диодите се комбинират с индуктори в общ режим за потискане на ESD и кондуктивни смущения.
5, Защитно оформление и надежден дизайн
Медицинското оборудване трябва да има висока надеждност и диодното оформление трябва да вземе предвид защитни мерки като пренапрежение, свръхток, ESD и др.:

Защита от пренапрежение: Използвайте ценеров диод или TVS диод на входа на захранването, за да ограничите напрежението и да предотвратите пикове на напрежението от повреда на вторичната верига. Например, в захранващия модул на преносим кислороден концентратор, диодът TVS е свързан паралелно на входния край, с време за реакция по-малко от 1ps и може да издържи 8kV контактен разряд.
Защита от свръхток: Токът е ограничен от сериен резистор или диод за ограничаване на тока, за да се предотврати изгарянето на диода поради претоварване. Например, във веригата на драйвера на светоизлъчващ диод (LED), резистор за ограничаване на тока е свързан последователно със светодиода, за да се гарантира, че работният ток е в безопасен диапазон.
ESD защита: Инсталирайте ESD диоди близо до интерфейси за данни (като USB и Ethernet портове) и следвайте принципа "близо до ESD входа". Например, в USB интерфейса на преносими ултразвукови устройства, разстоянието между TVS диода и конектора е по-малко от 3 см, а заземителната клема е свързана към заземителната равнина чрез множество отвори, което води до 15 V намаление на напрежението на затягане.
6, Оптимизиране на оформлението за специални сценарии на приложение
За специалните нужди на медицинското оборудване диодното оформление трябва да бъде допълнително оптимизирано:

Гъвкав дизайн на веригата: В носими медицински устройства, като например интелигентни превръзки, диодите трябва да бъдат свързани чрез гъвкаво захранващо окабеляване, за да се адаптират към деформацията на устройството. Например диодите, излъчващи -светлина, са свързани към сензорните субстрати чрез гъвкави печатни платки и дори ако дебелината на превръзката се промени, светодиодите могат да бъдат стабилно разположени на повърхността, за да се избегне компресирането на засегнатата област на пациента.
Дизайн с ниска мощност: В преносимите устройства изберете диоди с нисък ток на утечка (като диоди за ултрабързо възстановяване), за да намалите статичната консумация на енергия. Например във веригата за получаване на сигнал на преносими електрокардиограмни монитори фотодиодите са проектирани с нисък тъмен ток и са съчетани с ниско{1}}шумни операционни усилватели за подобряване на съотношението сигнал-към-шум.
Интеграция с висока плътност: В микромедицински устройства като имплантируеми сензори се използват миниатюризирани опаковани диоди (като DFN, SOD-123) за пестене на място. Например във веригата за управление на мощността на невронни стимулатори диодите от силициев карбид са опаковани в DFN, което намалява площта с 80% в сравнение с традиционното опаковане TO-220.