Jak mohou diody dosáhnout nadproudové ochrany ve zdravotnickém zařízení?

一, Základní princip diodové nadproudové ochrany
Hlavním cílem nadproudové ochrany je omezit poškození součástí obvodu abnormálními proudy a diody dosahují této funkce prostřednictvím následujících charakteristik:

Jednosměrná vodivost: Dioda umožňuje proudění pouze z anody na katodu a blokuje zpětný proud. Tato funkce z něj činí základní součást ochrany proti zpětnému chodu. Například v napájecím vstupním terminálu přenosné ultrazvukové sondy mohou paralelní Schottkyho diody (jako je SS14) zabránit zpětnému toku proudu způsobenému přepólováním napájecího zdroje a zabránit vyhoření vnitřního obvodu.
Dopředná charakteristika poklesu napětí: Při průchodu proudu diodou se na obou koncích generuje úbytek napětí přibližně 0,2 V (Schottkyho dioda) až 0,7 V (křemíková PN přechodová dioda). Využitím této charakteristiky lze navrhnout obvod omezující proud. Například v napájecím modulu chirurgického robota je několik usměrňovacích diod 1N4007 zapojeno do série, aby se omezil maximální výstupní proud superpozicí poklesu napětí a zabránilo se přetížení motoru.
Reverzní průrazná charakteristika: Když zpětné napětí překročí své průrazné napětí, Zenerova dioda přejde do stabilního stavu a svírá napětí v bezpečném rozsahu. Tato funkce je široce používána při přepěťové/nadproudové kompozitní ochraně lékařských zařízení. Například v zesilovači gradientního magnetického pole magnetické rezonance (MRI) pracuje Zenerova dioda ve spojení s pojistkou. Když proud překročí prahovou hodnotu, Zenerova dioda se rozbije a vede, čímž se pojistka roztaví a přeruší obvod.
2, Typické scénáře použití ve zdravotnickém zařízení
1. Přenosné lékařské přístroje: vyvažují nízkou spotřebu energie a vysokou spolehlivost
Schottkyho diody jsou preferovány v zařízeních, jako jsou glukometry a přenosné elektrokardiografy, kvůli jejich nízkému poklesu napětí v dopředném směru (0,15-0,45V). Například určitý model glukometru používá BAT54S duální pole Schottkyho diod k dosažení následujících funkcí:

Ochrana proti zpětnému připojení: paralelní připojení ke svorce napájení. Když je polarita napájení obrácená, dioda se obrátí a vypne, čímž zablokuje proudovou cestu.
Volba napájecí cesty: V systému duálního bateriového napájení se hlavní a záložní zdroj automaticky přepínají pomocí diod, aby bylo zajištěno nepřetržité napájení.
Ochrana omezující proud: zapojena do série s obvodem pohonu motoru, pomocí poklesu napětí omezuje rozběhový proud a zabraňuje proudovému rázu, když je motor zablokován.
2. Vysoce výkonné lékařské vybavení: odolnost proti nárazu a optimalizace stability
U zařízení, jako jsou defibrilátory a vysokofrekvenční{0}}elektrické nože, je nutné se vypořádat s přechodnými vysokoproudovými rázy. V tomto okamžiku se diody rychlé obnovy (FRD) a diody karbidu křemíku (SiC) stávají klíčovými součástmi:

Nabíjecí obvod defibrilátoru: Používá se modul MBR30200PT Schottky (30A/200V) s dobou zpětného zotavení (trr) menší než 5ns, což může zabránit napěťovým špičkám způsobeným zpožděním spínače diod během nabíjení a chránit vysokonapěťové kondenzátory před přepětím.
Koncový stupeň vysokofrekvenčního elektrického nože: použití SiC Schottkyho diody C6D10065A (100A/650V), její nízký pokles napětí v propustném směru (1,5V) a charakteristika odolnosti vůči vysokým teplotám (teplota přechodu 175 stupňů) zajišťují, že vlastní spotřeba energie diody je snížena o 60 % během 1MHz vysoko{8}}zahřívání způsobeného přehřátím způsobeného přerušováním frekvence.
3. Přesné lékařské nástroje: integrita signálu a konstrukce proti-rušení
V zařízeních, jako jsou elektrokardiografy a elektroencefalografy, vyžaduje získání slabých bioelektrických signálů přísné potlačení šumu. V tomto bodě se společný návrh fotodiod a ochranných diod stává zásadním:

Izolace optoelektronické vazby: Ve vstupním kanálu signálu se používá optočlen 6N137 k dosažení elektrické izolace a blokování rušení v běžném režimu prostřednictvím fotoelektrické konverze diod.
ESD ochrana: Na rozhraní snímače paralelní ESD5D150TA Schottkyho dioda s nízkým svodovým proudem (<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, Inovativní design: Společná ochrana diod a dalších komponent
1. Kompozitní ochranný obvod: dioda+TVS dioda
V modulu přenosu obrazu lékařských endoskopů je použito složené schéma ochrany „Schottkyho dioda+TVS dioda“, aby se zabránilo přechodnému přepětí způsobenému údery blesku nebo statickou elektřinou:

Schottkyho dioda: paralelně připojená ke vstupní svorce napájení, poskytuje denní ochranu proti zpětnému chodu.
TVS dioda: sériově připojená k signálové lince, její ultra rychlá doba odezvy (<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. Samoobnovovací ochrana: dioda + PTC termistor
V nabíjecím obvodu nositelných lékařských zařízení (jako jsou chytré náramky) je přijato schéma samoobnovovací ochrany „Schottkyho dioda + PTC termistor“:

Schottkyho dioda: zabraňuje reverznímu připojení baterie a zároveň využívá její charakteristiky nízkého poklesu napětí ke snížení ztrát při nabíjení.
PTC termistor: sériově připojený k nabíjecí cestě, když proud překročí prahovou hodnotu, hodnota odporu PTC prudce vzroste a omezí proud; Po odstranění závady se PTC automaticky vrátí do stavu nízkého odporu bez nutnosti výměny součástí.