نقش دیودها در ماژول های برق پزشکی چیست؟

1، یکسوسازی: تبدیل جریان متناوب به "جریان مستقیم خالص" مورد نیاز برای زندگی
تجهیزات پزشکی نیاز به پایداری بسیار بالایی از منبع تغذیه دارند. برای مثال، لوله اشعه ایکس یک اسکنر سی تی به یک ولتاژ بالا DC پیوسته و پایدار (معمولاً ده ها کیلو ولت) نیاز دارد، در حالی که مدار دریافت سیگنال الکتروکاردیوگراف به منبع تغذیه DC با صدای کم و ریپل کم متکی است. دیود برق اصلی (220 ولت / 50 هرتز AC) را از طریق یکسوسازی به برق DC ضربانی تبدیل می‌کند و پایه‌ای را برای فیلترهای بعدی و مدارهای تثبیت ولتاژ فراهم می‌کند.

کاربردهای معمول مدار یکسو کننده پل
در ماژول های قدرت پزشکی، مدارهای یکسو کننده پل به دلیل راندمان بالا و ویژگی های ریپل کم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. با در نظر گرفتن مدل خاصی از دستگاه همودیالیز به عنوان مثال، ماژول قدرت آن از چهار دیود یکسو کننده سیلیکونی 1N5408 (جریان نامی 3A، ولتاژ مقاومت معکوس 1000 ولت) استفاده می کند تا یک مدار یکسو کننده پل موج کامل را تشکیل دهد. هنگامی که برق AC ورودی است، دیود در نیم سیکل مثبت هدایت می شود و در نیم سیکل منفی متوقف می شود و برق متناوب را به توان DC ضربانی تبدیل می کند. پس از فیلتر شدن توسط خازن، یک ولتاژ DC صاف برای بارهایی مانند پمپ های دیالیز و بخاری ها خروجی می دهد. این طراحی راندمان توان را تا بیش از 85 درصد بهبود می بخشد، در حالی که ریپل ولتاژ را تا 0.5 درصد کنترل می کند، نیازهای سخت تجهیزات پزشکی برای خلوص توان را برآورده می کند.
فناوری یکسوسازی همزمان در منبع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا-
با توسعه تجهیزات پزشکی به سمت کوچک سازی و مصرف کم انرژی، منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا به تدریج به جریان اصلی تبدیل شده اند. دیودهای سنتی به دلیل زمان بازیابی معکوس طولانی مدت (معمولاً چند صد نانوثانیه) در هنگام سوئیچینگ فرکانس بالا، تلفات کلیدی قابل توجهی دارند و بازده انرژی کاهش می یابد. بنابراین از دیودهای شاتکی یا ماسفت های یکسو کننده همزمان به جای دیودهای معمولی در ماژول های برق پزشکی استفاده شده است. به عنوان مثال، ماژول برق یک دستگاه تشخیصی سونوگرافی قابل حمل از دیود شاتکی MBR2045CT (افت ولتاژ رو به جلو 0.45 ولت، زمان بازیابی معکوس) استفاده می کند.<10ns), which reduces rectification losses by 60% at a switching frequency of 400kHz, reduces the size of the power module by 40%, and meets the device's requirements for low heat generation and long battery life.
2، تثبیت ولتاژ و حفاظت: ساخت یک "خط دفاعی ایمنی" برای تامین برق پزشکی
تجهیزات پزشکی نسبت به لوازم الکترونیکی معمولی نیازهای بسیار بالاتری برای پایداری برق دارند. نوسانات ولتاژ ممکن است باعث ایجاد مصنوعات تصویر CT، انحراف داده ها در مانیتور شود و حتی ایمنی بیمار را به خطر بیندازد. دیود از طریق تنظیم ولتاژ و عملکردهای حفاظتی، حفاظت دوگانه ای را برای ماژول های برق پزشکی ایجاد می کند.

دیود TVS: پیشتاز سرکوب ولتاژ گذرا
در محیط های پزشکی، ماژول های برق ممکن است با افزایش ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه، تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یا توقف شروع دستگاه مواجه شوند. دیودهای TVS می‌توانند ولتاژ بالا گذرا را در زمان پیکوثانیه از طریق ویژگی‌های خرابی بهمن به سطح ایمن ببندند. به عنوان مثال، ماژول برق یک نور بدون سایه در یک اتاق عمل خاص از دیودهای SMAJ5.0A TVS (ولتاژ شکست 5 ولت، حداکثر توان پالس 400 وات) استفاده می کند. هنگامی که ولتاژ ورودی به طور ناگهانی به 300 ولت در اثر برخورد صاعقه افزایش می یابد، دیود TVS در عرض 10 ثانیه هدایت می شود و ولتاژ را به 5.8 ولت می بندد و مدار بعدی را از آسیب محافظت می کند. این طراحی میزان خرابی لامپ های بدون سایه را تا 80 درصد کاهش می دهد و هزینه های نگهداری سالانه را تقریباً 120000 یوان کاهش می دهد.
دیود زنر: مرجع ولتاژ دقیق برای تنظیم
در تجهیزات آزمایش پزشکی، مانند آنالایزرهای بیوشیمیایی، شمارنده سلول های خونی و غیره، مدار حسگر به ولتاژ مرجع دقیق نیاز دارد. دیودهای زنر زمانی که ولتاژ معکوس به ولتاژ شکست به دلیل مشخصه شکست زنر می رسد، ولتاژ ثابتی را حفظ می کنند. به عنوان مثال، ماژول قدرت یک آنالایزر بیوشیمیایی کاملاً اتوماتیک خاص از یک دیود تنظیم کننده ولتاژ نوع 1N4744A (مقدار تنظیم کننده ولتاژ 15 ولت، توان 1 وات) استفاده می کند تا یک ولتاژ مرجع پایدار برای مدار تشخیص مسیر نوری فراهم کند، به طوری که خطای تکرارپذیری نتایج تشخیص با توجه به نیازهای تشخیص بالینی ± دقت 1% کنترل شود.
3، پردازش سیگنال: بهبود "دقت داده ها" تشخیص پزشکی
در دستگاه‌های الکترونیکی پزشکی، دیودها نه تنها در ماژول‌های قدرت استفاده می‌شوند، بلکه عمیقاً در پردازش سیگنال نقش دارند و به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان داده‌های تشخیصی تأثیر می‌گذارند.

دیود آشکارساز: یک "فیلتر" برای استخراج سیگنال های حیاتی
در دستگاه‌هایی مانند الکتروکاردیوگراف و الکتروانسفالوگرافی، از دیودهای تشخیص برای استخراج سیگنال‌های بیوالکتریک با فرکانس پایین-از حامل‌های فرکانس بالا استفاده می‌شود. به عنوان مثال، مدار پردازش سیگنال یک دستگاه الکتروکاردیوگرام 12 لیدی از یک دیود آشکارساز شاتکی 1N5711 (ظرفیت اتصال 0.2 pF، زمان بازیابی معکوس) استفاده می کند.<1ns), which can efficiently detect electrocardiogram signals with frequencies of 0.05-100Hz, while suppressing 50Hz power frequency interference, increasing the signal-to-noise ratio to above 60dB, providing doctors with clear electrocardiogram waveforms.
دیود محدود کننده: یک "دریچه ایمنی" که از زنجیره سیگنال محافظت می کند
در تجهیزات تصویربرداری پزشکی، مانند دستگاه‌های اشعه ایکس، اسکنرهای سی تی و غیره، سیگنال خروجی توسط آشکارسازهای آنها ممکن است به دلیل خرابی تجهیزات یا تداخل خارجی دچار ولتاژ بیش از حد شود. دیود محدود کننده دامنه سیگنال را در محدوده ایمن از طریق مشخصه هدایت سریع خود محدود می کند. به عنوان مثال، مدار پردازش سیگنال آشکارساز یک اسکنر CT 64 ردیفی از دیود محدود کننده نوع BAS70-04 (ولتاژ شکست معکوس 7 ولت، زمان پاسخگویی) استفاده می کند.<1ns). When the signal voltage exceeds ± 7V, the diode conducts, clamping the voltage to a safe level to avoid damage to the subsequent ADC (analog-to-digital converter) and ensure the integrity of image data.
4، روند صنعت: فناوری دیود باعث ایجاد نوآوری در منبع تغذیه پزشکی می شود
با توسعه تجهیزات پزشکی به سمت هوشمندی، قابل حمل بودن و دقت بالا، فناوری دیود نیز به طور مداوم در حال تکرار است و امکانات جدیدی را برای ماژول های قدرت پزشکی به ارمغان می آورد.

ظهور دیودهای نیمه هادی باندگپ گسترده
مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده که توسط کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیم (GaN) نشان داده می شوند، به دلیل ولتاژ شکست بالا، مقاومت کم و ویژگی های فرکانس{1} بالا، به تدریج جایگزین دیودهای مبتنی بر{0} سیلیکون می شوند. به عنوان مثال، دیودهای SiC Schottky می‌توانند فرکانس سوئیچینگ را به بیش از 1 مگاهرتز در منابع تغذیه سوئیچینگ با فرکانس بالا{4} پزشکی افزایش دهند، اندازه ماژول‌های قدرت را تا 50% کاهش دهند و کارایی را تا بیش از 95% افزایش دهند، نیازهای سبک وزن و استقامت طولانی دستگاه‌های پزشکی قابل حمل را برآورده کنند.
طراحی یکپارچه و مدولار
برای ساده‌تر کردن طراحی ماژول‌های قدرت پزشکی، دیودها با اجزای دیگر مانند ماسفت‌ها، خازن‌ها و مقاومت‌ها یکپارچه می‌شوند تا یک ماژول مدیریت توان (PMM) را تشکیل دهند. به عنوان مثال، ماژول برق یک دستگاه تشخیص اولتراسوند قابل حمل از یک PMM یکپارچه با دیودهای SiC استفاده می کند که عملکردهای یکسوسازی، تنظیم ولتاژ و حفاظت را روی یک تراشه یکپارچه می کند و اندازه ماژول قدرت را تا 60٪ کاهش می دهد، چرخه توسعه را تا 40٪ کوتاه می کند و هزینه های سیستم را تا حدود 15٪ کاهش می دهد.