Hoe kan ik stroomterugstroming in diodes in medische apparatuur voorkomen?

一, Principe van anti-terugstroom: Unidirectionele geleidbaarheid van PN-overgang
De kernstructuur van een diode is een PN-overgang, gevormd door de combinatie van een halfgeleider van het P--type (met veel gaten) en een halfgeleider van het N--type (met veel vrije elektronen). De anti-terugstroomfunctie is gebaseerd op de volgende fysieke mechanismen:

Positieve geleiding: Wanneer de P-terminal is verbonden met de positieve elektrode en de N-terminal is verbonden met de negatieve elektrode, verzwakt de aangelegde spanning het elektrische veld binnen de PN-overgang, waardoor dragerdiffusie ontstaat en een geleidingsstroom wordt gevormd, waardoor stroom van P naar N kan stromen.
Omgekeerde uitschakeling: Wanneer de N-terminal is verbonden met de positieve elektrode en de P-terminal is verbonden met de negatieve elektrode, wordt een externe spanning aangelegd om het interne elektrische veld te versterken, de uitputtingslaag te verbreden, de doorgang van ladingsdragers te belemmeren en slechts extreem kleine omgekeerde lekstroom toe te staan ​​(meestal nanoampère-niveau).
Deze unidirectionele geleidbaarheid maakt de diode tot een natuurlijke 'stroom- eenrichtingsklep'. Een Schottky-diode (zoals SS14) is bijvoorbeeld parallel aangesloten op de stroomingang van een draagbare ultrasone sonde. Wanneer de voedingspolariteit wordt omgekeerd, wordt de diode in de tegenovergestelde richting uitgeschakeld, waardoor het stroompad wordt geblokkeerd en wordt voorkomen dat het interne circuit doorbrandt.

2, Typische toepassingsscenario's in medische apparatuur
1. Draagbare medische apparaten: balans tussen laag energieverbruik en hoge betrouwbaarheid
In apparaten zoals bloedglucosemeters en draagbare elektrocardiografen hebben Schottky-diodes de voorkeur om terugstroming te voorkomen vanwege hun lage voorwaartse spanningsval (0,15-0,45 V). Een bepaald model bloedglucosemeter gebruikt bijvoorbeeld een BAT54S dubbele Schottky-diode-array om de volgende functies te bereiken:

Anti-omgekeerde verbindingsbeveiliging: parallel verbonden met de voedingsingangsterminal. Wanneer de voedingspolariteit wordt omgekeerd, keert de diode om en wordt uitgeschakeld, waardoor het stroompad wordt geblokkeerd.
Selectie van het stroompad: In een voedingssysteem met dubbele batterijen worden de hoofd- en back-upstroombronnen automatisch geschakeld via diodes om een ​​continue stroomvoorziening te garanderen.
Stroombegrenzingsbeveiliging: in serie verbonden met het motoraandrijfcircuit, waarbij spanningsval wordt gebruikt om de startstroom te beperken en een stroomstoot te voorkomen wanneer de motor is vergrendeld.
2. Medische apparatuur met hoog vermogen: slagvastheid en stabiliteitsoptimalisatie
Bij apparaten zoals defibrillatoren en hoogfrequente elektrische messen is het noodzakelijk om te gaan met tijdelijke hoge stroompieken. Op dit punt worden snelhersteldiodes (FRD's) en siliciumcarbidediodes (SiC) belangrijke componenten:

Oplaadcircuit voor defibrillator: Er wordt gebruik gemaakt van een MBR30200PT Schottky-module (30 A/200 V), met een omgekeerde hersteltijd (trr) van minder dan 5 ns, die spanningspieken kan voorkomen die worden veroorzaakt door vertraging van de diodeschakelaar tijdens het opladen en hoog{4}}condensatoren kan beschermen tegen doorslag door overspanning.
Hoogfrequente elektrische mesuitgangstrap: het gebruik van de C6D10065A SiC Schottky-diode (100 A/650 V), de lage voorwaartse spanningsval (1,5 V) en de hoge temperatuurbestendigheidskarakteristieken (175 graden junctietemperatuur) zorgen ervoor dat het eigen energieverbruik van de diode met 60% wordt verminderd tijdens 1 MHz hoogfrequent snijden, terwijl prestatieverslechtering door oververhitting wordt vermeden.
3. Medische precisie-instrumenten: signaalintegriteit en anti-interferentieontwerp
In apparaten zoals elektrocardiografen en elektro-encefalografen vereist de acquisitie van zwakke bio-elektrische signalen een strikte onderdrukking van ruis. Op dit punt wordt het gezamenlijke ontwerp van fotodiodes en beschermende diodes cruciaal:

Opto-elektronische koppelingsisolatie: In het signaalingangskanaal wordt een 6N137 optocoupler gebruikt om elektrische isolatie te bereiken en common-mode-interferentie door de foto-elektrische conversie van diodes te blokkeren.
ESD-bescherming: op de sensorinterface, parallelle ESD5D150TA Schottky-diode met lage lekstroom (<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, Innovatieve anti-terugstroomoplossing: gezamenlijk ontwerp van diodes en andere componenten
1. Samengesteld beveiligingscircuit: diode+TVS-diode
In de beeldoverdrachtsmodule van medische endoscopen wordt een samengesteld beveiligingsschema van "Schottky-diode+TVS-diode" toegepast om voorbijgaande overspanning veroorzaakt door blikseminslag of statische elektriciteit te voorkomen:

Schottky-diode: parallel verbonden met de stroomingangsterminal, waardoor dagelijkse anti-omkeerbeveiliging wordt geboden.
TVS-diode: serie verbonden met de signaallijn, zijn ultrasnelle responstijd (<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. Bescherming tegen zelfherstel: diode+PTC-thermistor
In het oplaadcircuit van draagbare medische apparaten (zoals slimme armbanden) wordt een zelfherstelbeschermingsschema van "Schottky diode + PTC-thermistor" toegepast:

Schottky-diode: voorkomt omgekeerde aansluiting van de batterij en maakt gebruik van de lage spanningsvalkarakteristieken om laadverliezen te verminderen.
PTC-thermistor: serie aangesloten op het laadpad, wanneer de stroom de drempel overschrijdt, neemt de PTC-weerstandswaarde scherp toe, waardoor de stroom wordt beperkt; Na het oplossen van problemen keert PTC automatisch terug naar een lage weerstandsstatus zonder dat er componenten hoeven te worden vervangen.
3. Ideale diodeoplossing: integratie en intelligentie
Met de populariteit van materialen met een brede bandafstand zijn geïntegreerde ideale diodes (zoals de LM66100DCK) de voorkeurskeuze geworden voor hoogwaardige medische apparatuur-. Het werkingsprincipe is als volgt:

Voedingsadapter: Ontkoppel de TYPE-C-uitvoer via interne PMOS-uitschakeling.
TYPE-C-voeding: uitgangsspanning van 5 V via interne PMOS-geleiding.
Batterijgevoed: Wanneer zowel punt A als punt C een potentiaal van 0V hebben, geleidt de interne PMOS en levert de batterij stroom aan de belasting.
Deze oplossing heeft de voordelen van uitgebreide bescherming, lage drukreductie, lage interne weerstand en lage warmteontwikkeling, en wordt veel gebruikt in draagbare echografie, endoscopen en andere apparatuur.