Jak diody zabraňují proudovým rázům v monitorech životních funkcí?

一, Riziko současného přepětí v zařízeních pro sledování životních funkcí
Základní moduly zařízení pro monitorování životních funkcí zahrnují fotoelektrické senzory, obvody pro získávání bioelektrického potenciálu a jednotky pro řízení energie. Současné riziko nárůstu pochází hlavně z následujících scénářů:

Vstupní napájecí svorka: Během provozu sít'ových vln nebo nabíjení a vybíjení baterie mohou přechodné napěťové špičky překročit hodnotu výdržného napětí zařízení, což může vést k poruše obvodu.
Rozhraní senzoru: Fotodiody (senzory PPG) jsou citlivé na rušení okolního světla nebo elektrostatický výboj při příjmu odražených světelných signálů, což způsobuje přetížení signálu.
Získání bioelektrického potenciálu: Když se elektrody EKG dostanou do kontaktu s kůží, může vzniknout přechodné vysoké napětí vlivem lidské statické elektřiny nebo elektromyografického rušení, které může poškodit předzesilovač.
Vysokofrekvenční spínaný zdroj: Interní DC-stejnosměrné měniče mohou způsobovat napěťové vyzvánění a elektromagnetické rušení (EMI) kvůli špatným charakteristikám zpětného zotavení diody během přepínání.
2, základní technický princip diody, aby se zabránilo proudovému rázu
1. Transient Voltage Suppression (TVS): „Pojistný ventil“ s odezvou na úrovni nanosekund
Diody TVS rychle vedou, když napětí překročí průrazné napětí (Vbr) prostřednictvím nelineárních voltampérových charakteristik, čímž se přepětí svírá do bezpečného rozsahu. Jeho doba odezvy je pouhých 1 ps, což může účinně absorbovat přechodnou energii, jako jsou údery blesku a ESD. Například v obvodu budiče LED pulzního oxymetru může obousměrná dioda TVS (jako je SMAJ5.0A) současně potlačit kladné a záporné napěťové špičky a chránit fotodiodu před elektrostatickým výbojem.

2. Optimalizace funkce zpětné obnovy: eliminace šumu spínače
Diody s rychlou obnovou (FRD) a Schottkyho diody snižují napěťové vyzvánění ve vysokofrekvenčních spínaných zdrojích tím, že zkracují dobu zpětné obnovy (TRR). Například v DC-stejnosměrném převodníku obvodu snímání EKG, MBR30200PT Schottkyho dioda (trr<5ns) is used to avoid the superposition of reverse current and MOSFET turn off process, reduce EMI interference, and ensure the purity of ECG signal.

3. Ochrana omezující proud: měkký start a teplotní management
Připojte termistor NTC do série se vstupním napájecím terminálem a použijte jeho hodnotu studeného vysokého odporu (například 5 Ω pro model 5D-9 při 25 stupních), abyste omezili rázový proud při zapnutí. Po zahřátí proudu hodnota odporu klesne na<1 Ω, achieving soft start. For example, a certain model of portable monitor adopts an NTC+relay combination scheme to suppress the impulse current of 220V AC input from 300A to 60A, with a reduction of over 80%.

4. Upínání a stabilizace napětí: ochrana citlivých obvodů
Zenerovy diody poskytují stabilní referenční napětí pro zesilovače bioelektrického potenciálu prostřednictvím napěťové stálosti v oblasti zpětného průrazu. Například řada čipů AD8233 interně integruje diodu regulátoru napětí, která dokáže komprimovat rozsah kolísání vstupního napětí obvodu zesílení signálu EKG z ± 20 % na ± 1 %, čímž zajišťuje přesnost detekce srdeční frekvence.

3, Typické aplikační scénáře a řešení
1. Ochrana fotopletysmografického (PPG) senzoru
V oxymetru červená LED (660nm) a infračervená LED (940nm) střídavě vyzařují světlo a fotodioda přijímá odražené světlo a převádí jej na elektrický signál. Aby se zabránilo nárazu ESD, měla by být na rozhraní snímače paralelně zapojena obousměrná dioda TVS (jako je P6SMB15CA) s upínacím napětím 15 V, které může absorbovat ± 8 kV energie elektrostatického výboje. Současně jsou Schottkyho diody (jako BAT54S) zapojeny do série v budicím obvodu LED, aby se snížila spotřeba energie využitím jejich nízkého úbytku napětí v propustném směru (0,15 V) a zabránilo se snížení životnosti LED způsobené nadměrným proudem.

2. Ochrana obvodu sběru bioelektrického potenciálu EKG
Když se elektrody EKG dostanou do kontaktu s kůží, lidská statická elektřina může generovat tisíce voltů přechodného napětí. Paralelním zapojením TVS diod (jako je SMAJ12CA) na vstupu elektrody lze napětí snížit pod 12V, čímž je chráněn předzesilovač (jako je AD8221) před poškozením. Kromě toho je na straně vstupu napájení použit můstkový usměrňovací obvod + termistor NTC pro potlačení rázového proudu způsobeného kolísáním síťové vlny a zajištění stability získávání signálu EKG.

3. Správa napájení přenosného zařízení
V přenosných monitorech, jako jsou chytré náramky, se obvod nabíjení a vybíjení baterie musí vypořádat s přechodnými vysokými proudovými rázy. Použitím SiC Schottkyho diod (jako je C6D10065A) místo tradičních křemíkových diod se doba zpětného zotavení blíží nule, což může snížit spínací ztráty o 60 % a odolat přechodovým proudům 100 A, čímž se zabrání poškození hardwaru způsobenému přebíjením baterie nebo zkratem. Kromě toho je na nabíjecím rozhraní USB integrována ochranná dioda ESD (například ESD5D150TA), která vybíjí statickou elektřinu ± 15 kV a chrání interní nabíjecí čip.