Düşük güçlü tıbbi cihazlarda verimliliği-optimize etmek için diyotlar nasıl kullanılır?

1, Devre topolojisinin yeniden yapılandırılması: diyotların doğal kayıplarının ortadan kaldırılması
Geleneksel diyotlar sabit bir voltaj düşüşüne sahiptir (silikon tüpler için 0,5-0,7V gibi), bu da düşük-voltajlı tıbbi devrelerdeki verimliliği önemli ölçüde azaltır. Örnek olarak implante edilebilir bir sinir uyarıcısını ele alırsak, DC-DC dönüştürücünün 3,7V lityum pil voltajını 15V'a yükseltmesi gerekiyor. Schottky diyot doğrultması kullanılırsa iletim kaybı %35'e kadar çıkar. Senkronize düzeltme teknolojisinin tanıtılması ve diyotların MOSFET'lerle değiştirilmesiyle, açık direnç birkaç yüz miliohm'dan 10 m Ω'un altına düşürülebilir ve bu da %20'nin üzerinde bir verimlilik artışı sağlar.

Tipik durum: Belirli bir dinamik elektrokardiyograf markası, paralel bir MOSFET dizisini çalıştırmak için LTC4412 ideal diyot kontrol cihazını kullanır ve ikili güç kaynaklarının otomatik olarak değiştirilmesini sağlar. 12V girişte, geleneksel diyotların iletim voltajı düşüşü 0,3V'tan 10mV'ye düşürülür, güç tüketimi %96 azalır ve cihazın dayanıklılığı 6 saatten 24 saate çıkarılarak klinik sürekli izleme ihtiyaçları karşılanır.

2, Cihaz seçimi: tıbbi senaryolarla eşleşen hassas parametreler
Tıbbi ekipmanın diyotların temel parametreleri için katı gereksinimleri vardır ve uygulama senaryosuna göre farklılaştırılmış seçim yapılmalıdır.

Düşük ileri voltaj düşüşü (VF)
Kan şekeri ölçüm cihazları gibi mikro akım tespit cihazlarında, VF diyotu sinyal genliğini doğrudan etkiler. Geleneksel silikon diyotların (VF=0.6V) germanyum bazlı Schottky diyotlarla (VF=0.15V) değiştirilmesi, güç tüketimini %40 azaltırken algılama hassasiyetini üç kat artırabilir.
Ultra hızlı iyileşme süresi (Trr)
Dijital X-ışını görüntüleme sistemlerinde, fotodiyot dizisinin sinyal alımını 1 μs içinde tamamlaması gerekir. Trr ile ultra hızlı bir kurtarma diyotu seçme<50ns can avoid image tailing caused by charge residue and improve the signal-to-noise ratio (SNR) by 12dB.
Düşük kaçak akım (IR)
Giyilebilir EKG cihazlarında diyot kaçak akımı taban çizgisi kaymasına neden olabilir. SOD-123'te paketlenmiş BAS70 ultra-düşük kaçak akım diyotu (IR=0.1pA), sinyal-gürültü oranını (SNR) 85dB'ye optimize ederek tıbbi sınıf doğruluk gereksinimlerini karşılayabilir.
Yüksek arıza voltajı (BV)
Defibrilatörler gibi yüksek-voltajlı ekipmanlarda diyotların 5kV darbelere dayanması gerekir. SiC (silisyum karbür) diyotların (BV=6.5kV) kullanılmasıyla, ters geri kazanım yükü (Qrr), silikon diyotlara kıyasla %80 oranında azaltılır, bu da elektromanyetik girişimi (EMI) önemli ölçüde azaltabilir.
3, Dinamik güç yönetimi: talep üzerine etkinleştirilen akıllı kontrol
Tıbbi cihazların diyot güç tüketimini çalışma durumlarına göre dinamik olarak ayarlaması gerekir ve tipik stratejiler şunları içerir:

Bölümlenmiş güç kaynağı kontrolü
Puls oksimetrelerde fotodiyot yalnızca örnekleme periyodu sırasında etkinleştirilir. MOSFET anahtarının MCU aracılığıyla kontrol edilmesiyle, örnekleme süresi boyunca (100 μs) tam güçte çalışma elde edilir ve geri kalan sürede (%99,9) tam güç-kapalı hale getirilerek sistemin ortalama güç tüketimi 0,3 mW'a düşürülür.
Uyarlanabilir Önyargı Teknolojisi
İmplante edilebilir beyin bilgisayar arayüzlerinde, APD'nin (çığ fotodiyot) ön geriliminin, ışık yoğunluğuna göre dinamik olarak ayarlanması gerekir. Bir geri besleme döngüsü oluşturmak için LTC6268 düşük-gürültü işlemsel amplifikatörü kullanıldığında, APD kazancı 100 kat sabitlenirken öngerilim devresi güç tüketimi 5 mW'tan 0,8 mW'a düşürülür.
Uyku modu optimizasyonu
Dijital termometrede, LTC2450-1 Δ - ∑ ADC doğrudan termistöre bağlıdır ve uyku akımı yalnızca 0,5 μ A'dır. Diyot güç kaynağını kesmek için MOSFET anahtarıyla birlikte çalışın, böylece tüm makinenin bekleme modundaki güç tüketimi 1 μ W'tan az olur ve tek bir CR2032 pilin 10 yıllık dayanıklılık gereksinimini karşılar.
4, Tıbbi senaryolarda özel optimizasyon uygulaması
İnvaziv olmayan kan şekeri izleme
1310nm/1550nm çift dalga boylu lazer diyotlar ve InGaAs fotodiyot dizileri kullanılarak LTC2366-18 bit SAR ADC aracılığıyla eşzamanlı örnekleme elde edilir. Lazer darbe genişliğini 100 ns'den 20 ns'ye kısaltmak için diyot sürüş devresini optimize edin, sistem güç tüketimini %60 azaltın ve glikoz konsantrasyonu tespit doğruluğunu ± 5 mg/dL'ye yükseltin.
Taşınabilir ultrason teşhisi
Ultrason probunda, 12V girişini 100V'a yükseltmek için SiC Schottky diyotları kullanılarak yüksek voltajlı bir çarpma devresi inşa edilir. Parazitik endüktansı azaltmak için PCB düzeninin optimize edilmesiyle diyot ters geri kazanım kaybı %75 azaltılır, prob kafası ısısı %40 azaltılır ve görüntü çözünürlüğü 256 satıra yükseltilir.
kapsül endoskopisi
0,3cm³ minyatürleştirme tasarımında, CMOS görüntü sensörü ile kablosuz iletim modülü arasında güç izolasyonu sağlamak için TSOT-23'te paketlenmiş BAT54 serisi diyot dizisi kullanılmıştır. Ara bağlantı mesafesini kısaltmak için 3D yığınlama teknolojisi kullanılarak sinyal bütünlüğü (SI) -40dB ekleme kaybına optimize edilir ve görüntü iletim hızı 2Mbps'ye ulaşır.