عملکرد حفاظتی فعلی دیودها در دستگاه های دارورسانی هوشمند چیست؟

1، ویژگی های هسته و مکانیسم حفاظت جریان دیودها
مشخصه اصلی یک دیود رسانایی یک جهته آن است - فقط اجازه عبور جریان را در جهت جلو می دهد و حالت امپدانس بالایی را در جهت معکوس نشان می دهد. این ویژگی آن را قادر می سازد تا به عملکردهای مختلف حفاظت از جریان در مدارها دست یابد:

محافظ قطع معکوس
هنگامی که مدار دستگاه با یک نوسان ولتاژ معکوس (مانند پلاریته معکوس منبع تغذیه، تخلیه الکترواستاتیک یا تداخل الکترومغناطیسی) مواجه می شود، دیود به سرعت وارد حالت قطع معکوس می شود، جریان جریان را مسدود می کند و از آسیب دیدن قطعات حساس (مانند میکروکنترلرها و سنسورها) در اثر جریان معکوس جلوگیری می کند. به عنوان مثال، در یک پمپ انسولین هوشمند، اگر قطبیت برق به طور تصادفی معکوس شود، دیود می تواند بلافاصله مدار را قطع کند تا از سوختن ماژول درایو موتور یا تراشه کنترل دوز جلوگیری شود.
سرکوب ولتاژ گذرا (TVS)
دستگاه‌های هوشمند دارورسانی اغلب با پالس‌های گذرا با ولتاژ{0}بالا ناشی از عملکرد سوئیچ، توقف استارت موتور یا تداخل الکترومغناطیسی خارجی مواجه می‌شوند. دیودهای TVS ولتاژ گذرا را با زمان پاسخ بسیار کوتاه (سطح نانوثانیه) به محدوده ایمن می‌بندند و از مدارهای بعدی محافظت می‌کنند. به عنوان مثال، در ماژول‌های شارژ بی‌سیم، دیودهای TVS می‌توانند نوک ولتاژ ناشی از سیم‌پیچ‌ها را جذب کنند تا از شوک‌های اضافه ولتاژ در طول انتقال انرژی جلوگیری کنند.
عملکرد تثبیت ولتاژ
دیودهای زنر ولتاژ خروجی را از طریق ویژگی های شکست معکوس حفظ می کنند. در دستگاه‌های دارورسانی هوشمند، معمولاً برای ارائه توان پایدار برای سنسورهای-یا ماژول‌های ارتباطی کم مصرف استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در دستگاه‌های آزادکننده داروی کاشتنی، یک دیود تنظیم‌کننده ولتاژ می‌تواند تضمین کند که میکروکنترلر همچنان می‌تواند یک منبع تغذیه پایدار 3.3 ولتی را حتی زمانی که ولتاژ باتری نوسان می‌کند، دریافت کند و از خطاهای محاسبه دوز ناشی از ولتاژ ناپایدار جلوگیری کند.
2، سناریوهای کاربردی معمولی دیودها در دستگاه های دارورسانی هوشمند
1. حفاظت ضد اتصال معکوس: حفاظت اولیه کم هزینه و بسیار قابل اعتماد
اتصال دیودها به صورت سری در ورودی برق دستگاه های دارورسانی هوشمند ساده ترین و موثرترین راه حل برای جلوگیری از قطبیت معکوس منبع تغذیه است. به عنوان مثال، توزیع کننده داروی نبولیزاسیون قابل حمل از یک دیود یکسو کننده 1N4007 که به صورت سری به مدار قدرت متصل است، استفاده می کند. هنگامی که کاربر به طور تصادفی باتری را به صورت معکوس نصب می کند، دیود جریان را مسدود می کند تا به ماژول درایو موتور یا المنت گرمایش آسیب نرسد. اگرچه این طرح افت ولتاژ رسانایی حدود 0.7 ولت (لوله سیلیکونی) را معرفی می‌کند، اما تأثیر آن بر عمر باتری در دستگاه‌های{6} کم مصرف می‌تواند ناچیز باشد.

2. حفاظت از جریان پیوسته: نیروی الکتروموتور عقب بارهای القایی را سرکوب می کند.
بارهای القایی مانند موتورها و شیرهای برقی در دستگاه های دارورسانی هوشمند ممکن است نیروی الکتروموتور معکوس را هنگام قطع برق ایجاد کنند که ممکن است باعث خرابی ترانزیستور محرک یا ماسفت شود. دیود چرخ آزاد به صورت موازی به هر دو سر بار القایی متصل می شود و یک مسیر تخلیه برای نیروی الکتروموتور پشتی فراهم می کند و از عنصر سوئیچینگ محافظت می کند. به عنوان مثال، در یک انژکتور اتوماتیک، یک دیود شاتکی (مانند 1N5819) به صورت موازی در هر دو انتهای موتور پله ای وصل شده است که سوزن را به سمت جلو هدایت می کند. افت ولتاژ رو به جلو کم (0.3 ولت) و ویژگی های بازیابی سریع آن می تواند به طور موثر تأثیر انرژی را در هنگام خاموش شدن موتور جذب کند و طول عمر مدار درایو را افزایش دهد.

3. حفاظت از گیره: محدوده ولتاژ ورودی ADC را محدود می کند
میکروکنترلرها در دستگاه‌های دارورسانی هوشمند اغلب سیگنال‌های حسگر مانند فشار، سرعت جریان و دما را از طریق مبدل‌های آنالوگ به-دیجیتال (ADC) کنترل می‌کنند. اگر ولتاژ خروجی سنسور از محدوده ADC بیشتر شود، ممکن است به تراشه آسیب برساند. با موازی کردن یک دیود گیره دو طرفه (مانند BAV99) در ورودی ADC، ولتاژ ورودی را می توان به محدوده ایمن (مانند 0-3.3 ولت) محدود کرد. به عنوان مثال، در پمپ های تزریق هوشمند، دیودهای گیره می توانند از خروجی سنسورهای جریان ولتاژ غیرعادی به دلیل خطا جلوگیری کنند و از ماژول ADC در برابر آسیب محافظت کنند.

4. سرکوب گذرا: اطمینان از ثبات ارتباطات بی سیم
دستگاه های دارورسان هوشمند از طریق فناوری های بی سیم مانند بلوتوث و NFC به انتقال داده یا کنترل از راه دور دست می یابند. ماژول های بی سیم مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند که می تواند باعث افزایش ولتاژ شود. دیودهای TVS (مانند SMAJ5.0A) که به صورت موازی به رابط های آنتن یا خطوط برق متصل می شوند، می توانند ولتاژهای گذرا را در عرض نانوثانیه به سطح ایمن ببندند و از قطع شدن ارتباط یا از دست دادن داده ها جلوگیری کنند. به عنوان مثال، در وصله‌های نظارت بر داروی پوشیدنی، دیودهای TVS می‌توانند تداخل الکترومغناطیسی ایجاد شده هنگام نزدیک شدن تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌ها را سرکوب کنند و از پایداری انتقال داده‌های بلوتوث اطمینان حاصل کنند.

3، ملاحظات کلیدی برای انتخاب دیود و طراحی مدار
1. تطبیق پارامتر: پارامترهای مشخصه را بر اساس سناریوی برنامه انتخاب کنید
ولتاژ شکست معکوس (Vbr): باید از حداکثر ولتاژ معکوس مدار بیشتر باشد و یک حاشیه ایمنی (مانند 20٪ یا بیشتر) را رزرو کند.
جریان مثبت (اگر): برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و آسیب، باید حداکثر جریان عملیاتی مورد نیاز تجهیزات را برآورده کرد.
زمان بازیابی معکوس (Trr): در مدارهای سوئیچینگ فرکانس بالا، دیودهایی با Trr کوتاهتر (مانند دیودهای شاتکی) باید انتخاب شوند تا تلفات کاهش یابد.
فرم بسته بندی: بسته بندی SMD یا DIP را بر اساس محدودیت فضای دستگاه انتخاب کنید و الزامات اتلاف گرما را در نظر بگیرید.
2. بهینه سازی طرح مدار: کاهش تاثیر پارامترهای انگلی
کوتاه کردن طول سرب: کاهش اندوکتانس انگلی و کاهش خطر نوسانات فرکانس بالا.
افزایش سطح فویل مسی: بهبود اتلاف گرما و جلوگیری از تخریب عملکرد دیودها به دلیل گرمای بیش از حد.
اتصال موازی چند دیود: در سناریوهای جریان بالا، چندین دیود به صورت موازی به هم متصل می شوند تا جریان را پخش کنند و قابلیت اطمینان را بهبود بخشند.
3. طراحی اضافی: افزایش قابلیت تحمل خطای سیستم
اتخاذ یک ساختار موازی یا سری دو دیود در مدارهای حفاظتی حیاتی برای افزایش قابلیت ضد تداخل-. به عنوان مثال، در دستگاه‌های تحویل داروی کاشتنی، ترمینال ورودی برق از یک طراحی ضد معکوس سری دوگانه استفاده می‌کند که می‌تواند حتی در صورت خرابی یک دیود، محافظت کند.