Bagaimana untuk mengelakkan aliran balik semasa dalam diod dalam peralatan perubatan?

一, Prinsip anti aliran balik: Kekonduksian satu arah persimpangan PN
Struktur teras diod ialah persimpangan PN, dibentuk oleh gabungan semikonduktor jenis P-(dengan banyak lubang) dan semikonduktor jenis N-(dengan banyak elektron bebas). Fungsi anti aliran baliknya adalah berdasarkan mekanisme fizikal berikut:

Pengaliran positif: Apabila terminal P disambungkan ke elektrod positif dan terminal N disambungkan ke elektrod negatif, voltan yang dikenakan melemahkan medan elektrik di dalam persimpangan PN, menyebabkan resapan pembawa dan membentuk arus pengaliran, membenarkan arus mengalir dari P ke N.
Potongan terbalik: Apabila terminal N disambungkan ke elektrod positif dan terminal P disambungkan ke elektrod negatif, voltan luaran digunakan untuk meningkatkan medan elektrik dalaman, meluaskan lapisan penyusutan, menghalang laluan pembawa cas, dan hanya membenarkan arus kebocoran terbalik yang sangat kecil (biasanya paras nanoampere).
Kekonduksian satu arah ini menjadikan diod sebagai 'injap sehala-arus' semula jadi. Contohnya, diod Schottky (seperti SS14) disambungkan selari dengan input kuasa probe ultrasound mudah alih. Apabila kekutuban kuasa diterbalikkan, diod terputus dalam arah yang bertentangan, menyekat laluan semasa dan menghalang litar dalaman daripada terbakar.

2, Senario aplikasi biasa dalam peralatan perubatan
1. Peranti perubatan mudah alih: mengimbangi penggunaan kuasa yang rendah dan kebolehpercayaan yang tinggi
Dalam peranti seperti meter glukosa darah dan elektrokardiograf mudah alih, diod Schottky ialah pilihan pilihan untuk menghalang aliran balik disebabkan penurunan voltan hadapan yang rendah (0.15-0.45V). Sebagai contoh, model tertentu meter glukosa darah menggunakan tatasusunan diod Schottky dwi BAT54S untuk mencapai fungsi berikut:

Perlindungan sambungan anti terbalik: selari disambungkan ke terminal input kuasa. Apabila kekutuban kuasa diterbalikkan, diod akan terbalik dan terputus, menyekat laluan semasa.
Pemilihan laluan kuasa: Dalam sistem bekalan kuasa bateri dwi, ​​sumber kuasa utama dan sandaran ditukar secara automatik melalui diod untuk memastikan bekalan kuasa berterusan.
Perlindungan mengehadkan semasa: disambungkan secara bersiri dengan litar pemacu motor, menggunakan penurunan voltan untuk mengehadkan arus permulaan dan mengelakkan lonjakan arus apabila motor dikunci.
2. Peralatan perubatan berkuasa tinggi: rintangan hentaman dan pengoptimuman kestabilan
Dalam peranti seperti defibrilator dan -pisau elektrik frekuensi tinggi, adalah perlu untuk menangani lonjakan arus tinggi sementara. Pada ketika ini, diod pemulihan pantas (FRD) dan diod silikon karbida (SiC) menjadi komponen utama:

Litar pengecasan defibrilator: Modul MBR30200PT Schottky (30A/200V) digunakan, dengan masa pemulihan terbalik (trr) kurang daripada 5ns, yang boleh menghalang pancang voltan yang disebabkan oleh kelewatan suis diod semasa mengecas dan melindungi kapasitor voltan tinggi-dari kerosakan voltan lampau.
Peringkat keluaran pisau elektrik frekuensi tinggi: menggunakan diod C6D10065A SiC Schottky (100A/650V), kejatuhan voltan hadapan rendah (1.5V) dan ciri rintangan suhu tinggi (suhu simpang 175 darjah) memastikan penggunaan kuasa diod sendiri dikurangkan sebanyak 60% semasa 1MHz tinggi-kemerosotan prestasi yang disebabkan oleh kemerosotan frekuensi yang berlebihan.
3. Instrumen perubatan ketepatan: integriti isyarat dan reka bentuk anti-gangguan
Dalam peranti seperti elektrokardiograf dan elektroensefalograf, pemerolehan isyarat bioelektrik yang lemah memerlukan penindasan bunyi yang ketat. Pada ketika ini, reka bentuk kerjasama fotodiod dan diod pelindung menjadi penting:

Pengasingan gandingan optoelektronik: Dalam saluran input isyarat, optocoupler 6N137 digunakan untuk mencapai pengasingan elektrik dan menyekat gangguan mod biasa melalui penukaran fotoelektrik diod.
Perlindungan ESD: Pada antara muka penderia, selari ESD5D150TA diod Schottky dengan arus bocor yang rendah (<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, Penyelesaian anti aliran balik yang inovatif: Reka bentuk kolaboratif diod dan komponen lain
1. Litar perlindungan komposit: diod+TVS diod
Dalam modul penghantaran imej endoskop perubatan, skim perlindungan komposit "Diod Schottky+TVS" diguna pakai untuk mengelakkan voltan lampau sementara yang disebabkan oleh kilat atau elektrik statik:

Diod Schottky: selari disambungkan ke terminal input kuasa, memberikan perlindungan anti songsang harian.
Diod TVS: siri disambungkan kepada garis isyarat, masa tindak balas ultra pantasnya (<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. Perlindungan pemulihan diri: diod+PTC termistor
Dalam litar pengecasan peranti perubatan boleh pakai (seperti gelang pintar), skim perlindungan pemulihan diri "Schottky diod+termistor PTC" diguna pakai:

Diod Schottky: menghalang sambungan terbalik bateri sambil menggunakan ciri penurunan voltan rendahnya untuk mengurangkan kehilangan pengecasan.
Termistor PTC: siri disambungkan ke laluan pengecasan, apabila arus melebihi ambang, nilai rintangan PTC meningkat secara mendadak, mengehadkan arus; Selepas menyelesaikan masalah, PTC secara automatik kembali kepada keadaan rintangan rendah tanpa perlu menggantikan komponen.
3. Penyelesaian diod yang ideal: integrasi dan kecerdasan
Dengan populariti bahan celah jalur lebar, diod ideal bersepadu (seperti LM66100DCK) telah menjadi pilihan utama untuk-peralatan perubatan mewah. Prinsip kerjanya adalah seperti berikut:

Bekalan penyesuai kuasa: Putuskan sambungan TYPE-C output melalui pemotongan PMOS dalaman.
Bekalan kuasa JENIS-C: Output voltan 5V melalui pengaliran PMOS dalaman.
Dikuasakan bateri: Apabila kedua-dua titik A dan titik C mempunyai potensi 0V, PMOS dalaman mengalir dan bateri membekalkan kuasa kepada beban.
Penyelesaian ini mempunyai kelebihan perlindungan komprehensif, pengurangan tekanan rendah, rintangan dalaman yang rendah, dan penjanaan haba yang rendah, dan digunakan secara meluas dalam ultrasound mudah alih, endoskop dan peralatan lain.