Bagaimanakah diod menghalang lonjakan semasa dalam monitor tanda vital?

一, Risiko lonjakan semasa dalam peranti pemantauan tanda vital
Modul teras peranti pemantauan tanda vital termasuk penderia fotoelektrik, litar pemerolehan potensi bioelektrik dan unit pengurusan kuasa. Risiko lonjakan semasa terutamanya datang daripada senario berikut:

Terminal input kuasa: Semasa operasi gelombang sesalur atau mengecas dan menyahcas bateri, lonjakan voltan sementara mungkin melebihi nilai voltan tahan peralatan, yang membawa kepada kerosakan litar.
Antara muka penderia: Fotodiod (penderia PPG) terdedah kepada gangguan cahaya persekitaran atau nyahcas elektrostatik apabila menerima isyarat cahaya yang dipantulkan, menyebabkan isyarat lebihan.
Pemerolehan potensi bioelektrik: Apabila elektrod ECG bersentuhan dengan kulit, voltan tinggi sementara mungkin dijana oleh elektrik statik manusia atau gangguan elektromiografi, yang boleh merosakkan praamplifier.
Bekalan kuasa pensuisan frekuensi tinggi: DC Dalaman-Penukar DC boleh menyebabkan deringan voltan dan gangguan elektromagnet (EMI) disebabkan ciri pemulihan terbalik diod yang lemah semasa pensuisan.
2, Prinsip teknikal teras diod untuk mengelakkan lonjakan semasa
1. Penindasan Voltan Sementara (TVS): "Injap keselamatan" dengan tindak balas tahap nanosaat
Diod TVS mengalir dengan cepat apabila voltan melebihi voltan pecahan (Vbr) melalui ciri ampere volt tak linear, mengapit voltan lampau kepada julat yang selamat. Masa tindak balasnya adalah serendah 1ps, yang boleh menyerap tenaga sementara seperti kilat dan ESD dengan berkesan. Contohnya, dalam litar pemacu LED bagi oksimeter nadi, diod TVS dua hala (seperti SMAJ5.0A) boleh menekan pancang voltan positif dan negatif secara serentak, melindungi fotodiod daripada kejutan elektrostatik.

2. Pengoptimuman ciri pemulihan songsang: hilangkan bunyi suis
Diod pemulihan pantas (FRD) dan diod Schottky mengurangkan deringan voltan dalam-bekalan kuasa pensuisan frekuensi tinggi dengan memendekkan masa pemulihan terbalik (TRR). Contohnya, dalam DC-penukar DC litar pemerolehan ECG, MBR30200PT Schottky diod (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. Perlindungan mengehadkan semasa: permulaan lembut dan pengurusan terma
Sambungkan termistor NTC secara bersiri dengan terminal input kuasa, dan gunakan nilai rintangan tinggi sejuknya (seperti 5 Ω untuk model 5D-9 pada 25 darjah ) untuk mengehadkan arus lonjakan apabila dihidupkan. Selepas arus menjadi panas, nilai rintangan menurun kepada<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. Pengapit dan penstabilan voltan: melindungi litar sensitif
Diod Zener menyediakan voltan rujukan yang stabil untuk penguat potensi bioelektrik melalui ketekalan voltan di kawasan pecahan terbalik. Sebagai contoh, siri cip AD8233 menyepadukan diod pengatur voltan secara dalaman, yang boleh memampatkan julat turun naik voltan input litar penguatan isyarat ECG daripada ± 20% hingga ± 1%, memastikan ketepatan pengesanan kadar denyutan jantung.

3, Senario dan penyelesaian aplikasi biasa
1. Perlindungan penderia photoplethysmography (PPG).
Dalam oksimeter, LED merah (660nm) dan LED inframerah (940nm) memancarkan cahaya secara bergantian, dan fotodiod menerima cahaya yang dipantulkan dan menukarnya menjadi isyarat elektrik. Untuk mengelakkan kesan ESD, diod TVS dua arah (seperti P6SMB15CA) hendaklah disambung secara selari pada antara muka penderia, dengan voltan pengapit 15V, yang boleh menyerap ± 8kV tenaga nyahcas elektrostatik. Pada masa yang sama, diod Schottky (seperti BAT54S) disambung secara bersiri dalam litar pemacu LED untuk mengurangkan penggunaan kuasa dengan menggunakan penurunan voltan hadapan rendah (0.15V) dan mengelakkan degradasi jangka hayat LED yang disebabkan oleh arus yang berlebihan.

2. Perlindungan litar pemerolehan potensi bioelektrik ECG
Apabila elektrod ECG bersentuhan dengan kulit, elektrik statik manusia boleh menghasilkan beribu-ribu volt voltan sementara. Dengan menyelaraskan diod TVS (seperti SMAJ12CA) pada input elektrod, voltan boleh diapit ke bawah 12V, melindungi preamplifier (seperti AD8221) daripada kerosakan. Selain itu, litar penerus jambatan + kombinasi termistor NTC digunakan pada hujung input kuasa untuk menekan arus lonjakan yang disebabkan oleh turun naik gelombang sesalur dan memastikan kestabilan pemerolehan isyarat ECG.

3. Pengurusan kuasa peranti mudah alih
Dalam monitor mudah alih seperti gelang pintar, litar pengecasan dan nyahcas bateri perlu menghadapi lonjakan arus tinggi sementara. Dengan menggunakan diod SiC Schottky (seperti C6D10065A) dan bukannya diod silikon tradisional, masa pemulihan terbalik adalah hampir kepada sifar, yang boleh mengurangkan kehilangan pensuisan sebanyak 60% dan menahan arus sementara 100A, mengelakkan kerosakan perkakasan yang disebabkan oleh pengecasan berlebihan bateri atau litar pintas. Di samping itu, diod perlindungan ESD (seperti ESD5D150TA) disepadukan pada antara muka pengecasan USB untuk menyahcas ± 15kV elektrik statik dan melindungi cip pengecasan dalaman.