Hogyan akadályozzák meg a diódák az áramingadozást az életjel-monitorokban?

一, Aktuális túlfeszültség kockázat az életjel-figyelő eszközökben
Az életjel-figyelő eszköz alapmoduljai fotoelektromos érzékelőket, bioelektromos potenciálgyűjtő áramköröket és energiagazdálkodási egységeket tartalmaznak. A jelenlegi túlfeszültség kockázata főként a következő forgatókönyvekből adódik:

Tápfeszültség bemeneti kapocs: Hálózati hullámok működése vagy az akkumulátor töltése és kisütése során a tranziens feszültségcsúcsok meghaladhatják a berendezés ellenállási feszültségét, ami áramkör meghibásodásához vezethet.
Érzékelő interfész: A fotodiódák (PPG érzékelők) érzékenyek a környezeti fény interferenciájára vagy elektrosztatikus kisülésre, amikor visszavert fényjeleket kapnak, ami jel túlterhelést okoz.
Bioelektromos potenciál felvétel: Amikor az EKG elektródák érintkezésbe kerülnek a bőrrel, az emberi statikus elektromosság vagy elektromiográfiai interferencia átmeneti nagy feszültséget generálhat, ami károsíthatja az előerősítőt.
Nagyfrekvenciás kapcsolóüzemű tápegység: A belső DC-DC konverterek feszültségcsengetést és elektromágneses interferenciát (EMI) okozhatnak a kapcsolás közbeni rossz dióda-visszaállási jellemzők miatt.
2, A dióda alapvető műszaki elve az áramingadozás megelőzésére
1. Tranziens feszültségelnyomás (TVS): "biztonsági szelep" nanoszekundumos szintreakcióval
A TVS diódák gyorsan vezetnek, ha a feszültség meghaladja a letörési feszültséget (Vbr) a nemlineáris voltamper karakterisztika révén, így a túlfeszültséget biztonságos tartományba szorítják. Válaszideje mindössze 1 ps, ami hatékonyan képes elnyelni a tranziens energiákat, például a villámcsapásokat és az ESD-t. Például egy pulzoximéter LED-meghajtó áramkörében egy kétirányú TVS dióda (például SMAJ5.0A) egyidejűleg képes elnyomni a pozitív és negatív feszültségcsúcsokat, megvédve a fotodiódát az elektrosztatikus sokktól.

2. Fordított helyreállítási funkció optimalizálása: kiküszöböli a kapcsoló zaját
A Fast Recovery diódák (FRD-k) és a Schottky-diódák csökkentik a feszültségcsengést a nagy{0}}frekvenciás kapcsolóüzemű tápegységekben a fordított helyreállítási idő (TRR) lerövidítésével. Például az EKG adatgyűjtő áramkör DC-DC átalakítójában az MBR30200PT Schottky dióda (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. Áramkorlátozó védelem: lágyindítás és hőkezelés
Csatlakoztasson sorba egy NTC termisztort a táp bemeneti termináljával, és használja annak hideg nagy ellenállását (például 5 Ω az 5D-9 modellnél 25 fokos szögben) a túlfeszültség korlátozására bekapcsoláskor. Az áram felmelegedése után az ellenállás értéke lecsökken<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. Befogás és feszültségstabilizálás: érzékeny áramkörök védelme
A Zener-diódák stabil referenciafeszültséget biztosítanak a bioelektromos potenciálerősítők számára a feszültségállandóság révén a fordított áttörési tartományban. Például az AD8233 chip sorozat egy feszültségszabályozó diódát integrál belsőleg, amely képes az EKG jelerősítő áramkör bemeneti feszültségingadozási tartományát ± 20%-ról ± 1%-ra tömöríteni, így biztosítva a pulzusérzékelés pontosságát.

3, Tipikus alkalmazási forgatókönyvek és megoldások
1. A fotopletizmográfia (PPG) érzékelő védelme
Az oximéterben a piros LED (660nm) és az infravörös LED (940nm) váltakozva bocsát ki fényt, a fotodióda pedig fogadja a visszavert fényt és alakítja át elektromos jellé. Az ESD ütközés elkerülése érdekében egy kétirányú TVS diódát (például P6SMB15CA) kell párhuzamosan csatlakoztatni az érzékelő interfészére, 15 V szorítófeszültséggel, amely ± 8 kV elektrosztatikus kisülési energiát képes elnyelni. Ugyanakkor a Schottky-diódák (például a BAT54S) sorba vannak kapcsolva a LED-meghajtó áramkörben, hogy csökkentsék az energiafogyasztást alacsony előremenő feszültségesésük (0,15 V) kihasználásával, és elkerüljék a LED-ek élettartamának túlzott áram miatti leromlását.

2. Az EKG bioelektromos potenciálgyűjtő áramkörének védelme
Amikor az EKG-elektródák a bőrrel érintkeznek, az emberi statikus elektromosság több ezer voltos tranziens feszültséget generálhat. A TVS diódák (például SMAJ12CA) az elektróda bemenetén történő párhuzamosításával a feszültség 12 V alá szorítható, megvédve az előerősítőt (például AD8221) a sérülésektől. Ezenkívül a bemeneti oldalon egy híd egyenirányító áramkör + NTC termisztor kombinációt alkalmaznak a hálózati hullám ingadozása által okozott túlfeszültség elnyomására és az EKG jelek rögzítésének stabilitására.

3. Hordozható eszközök energiagazdálkodása
A hordozható monitoroknál, például az intelligens karkötőknél, az akkumulátor töltő- és kisütési áramkörének meg kell birkóznia a tranziens nagy áramlökésekkel. A hagyományos szilíciumdiódák helyett SiC Schottky diódák (például C6D10065A) használatával a fordított helyreállítási idő nullához közelít, ami 60%-kal csökkentheti a kapcsolási veszteségeket és ellenáll a 100 A tranziens áramoknak, elkerülve az akkumulátor túltöltése vagy rövidzárlat okozta hardverkárosodást. Ezenkívül egy ESD védődióda (például ESD5D150TA) van beépítve az USB töltő interfészbe a ± 15 kV statikus elektromosság kisütésére és a belső töltőchip védelmére.