Hoe diodes gebruiken bij bescherming tegen medische stroomisolatie?

Bijvoorbeeld, Het kernprincipe van isolatiebescherming is het blokkeren van elektrische paden en het onderdrukken van de voortplanting van interferentie
Het kerndoel van medische stroomisolatie is het onderbreken van de directe elektrische verbinding tussen het circuit van de patiënt en de netvoeding, waardoor wordt voorkomen dat lekstroom door het menselijk lichaam gaat en micro-elektrische schokken veroorzaakt (toegestane waarde kleiner dan of gelijk aan 10 μA). De diode bereikt isolatiebescherming via het volgende mechanisme:

Unidirectionele geleidbaarheid die tegenstroom blokkeert: Bij het ontwerp van geïsoleerde voedingen worden diodes gecombineerd met componenten zoals transformatoren en optocouplers om een ​​unidirectioneel stroompad te vormen. In een flyback-omzetter laat de uitgangsdiode bijvoorbeeld alleen stroom stromen van de secundaire van de transformator naar de belasting, waardoor de tegenstroom wordt geblokkeerd en wordt voorkomen dat fouten aan de netzijde het patiëntcircuit beïnvloeden.
Klemspanningsonderdrukking tijdelijke overspanning: Transiënte spanningsonderdrukkingsdiodes (TVS) kunnen in nanoseconden reageren op overspanningsgebeurtenissen en de spanning op een veilig niveau beperken. Aan de voedingsingang van medische apparatuur kunnen TVS-diodes interferentie zoals blikseminslagen en elektrische snelle transiënten (EFT) absorberen, waardoor het stroomafwaartse circuit wordt beschermd tegen schokken met hoge spanning.
Opto-elektronische isolatie voor signaaloverdracht: De licht-diode en fotodiode in de optocoupler zenden elektrische signalen via optische signalen uit, waardoor de elektrische verbindingen tussen ingangs- en uitgangsterminals volledig worden geïsoleerd. In een geïsoleerde elektrocardiogrammachine zet de optocoupler bijvoorbeeld het elektrische oppervlaktesignaal van de patiënt om in een optisch signaal, dat vervolgens wordt hersteld in een elektrisch signaal om aardinterferentie te elimineren.
2, Typisch toepassingsscenario: Volledige scènedekking van operatiekamers tot draagbare apparaten
1. Isolatievoedingssysteem voor operatiekamer
Medische faciliteiten van klasse II, zoals operatiekamers, moeten IT-systemen adopteren (ongeaarde stroomvoorzieningsmodus) en een veilig stroomvoorzieningsnetwerk opbouwen via scheidingstransformatoren, isolatiebewakingsapparatuur en alarmterminals. De diode speelt een dubbele rol in dit systeem:

Flyback-converterisolatie: In een geïsoleerde DC/DC-converter werken diodes en transformatoren samen om ingangs{0}}uitgangsisolatie te bereiken. De Lingli Te LT8300-chip leidt bijvoorbeeld de uitgangsspanning af door de hoofdklemspanning van de transformator te detecteren, en kan isolatiefeedback bereiken zonder de noodzaak van optocouplers, wat het ontwerp vereenvoudigt en de betrouwbaarheid verbetert.
Beveiliging tegen isolatiefouten: Wanneer er een aardisolatiefout optreedt aan de secundaire zijde van de scheidingstransformator, beperkt het diodeklemcircuit de lekstroom tot het microampèreniveau om het risico op een elektrische schok voor de patiënt te voorkomen. Tegelijkertijd activeert het isolatiebewakingsapparaat een alarm door veranderingen in de isolatieweerstand te monitoren, waardoor de chirurgische veiligheid wordt gegarandeerd.
2. Stroombeveiliging voor draagbare medische apparaten
Draagbare monitoren, infuuspompen en andere apparatuur moeten stabiel kunnen werken in complexe elektromagnetische omgevingen, en diodes bieden bescherming via de volgende methoden:

ESD-bescherming: In het ECG-signaalverwervingspad klemt de SMBJ5.0CA TVS-diode de elektrostatische ontladingsspanning op een veilig niveau, waardoor instrumentatieversterkers met hoge ingangsimpedantie worden beschermd tegen schade. De responstijd bereikt een picosecondeniveau, wat menselijke statische elektriciteit (± 15 kV) en statische elektriciteit die wordt gegenereerd door wrijving van apparatuur effectief kan onderdrukken.
Beveiliging tegen omgekeerde spanning: In het fotovoltaïsche hulpvoedingssysteem op zonne-energie voorkomen diodes de omgekeerde stroom van de netstroom naar het fotovoltaïsche paneel, waardoor schade aan de apparatuur wordt voorkomen. 's Nachts of op bewolkte dagen kan de diode-uitschakelkarakteristiek bijvoorbeeld de tegenstroom blokkeren, waardoor de veiligheid van de omvormer wordt gewaarborgd.
3. Energiecontrole van hoogfrequente chirurgische apparatuur
Hoogfrequente elektrische messen, lasertherapieapparaten en andere apparatuur vereisen nauwkeurige controle van de uitgangsenergie, en diodes bereiken bescherming via de volgende mechanismen:

Fast Recovery Diode (FRD) vrijloop: In motoraandrijfcircuits zorgt FRD voor een tegenstroompad wanneer het relais is uitgeschakeld, waardoor de energie van de elektromotorische kracht van de motor wordt geabsorbeerd en voedingsapparaten worden beschermd tegen spanningspieken. De omgekeerde hersteltijd is verkort tot 20 ns, wat 30% efficiënter is dan traditionele siliciumdiodes.
Laservermogensregeling: Door gebruik te maken van een snelhersteldiode en MOSFET om een ​​schakelcircuit te vormen, wordt de geleidingshoek van de diode aangepast om de aandrijfstroom van de laserdiode te regelen, waardoor een continu instelbaar uitgangsvermogen wordt bereikt terwijl overstroomschade aan de laser wordt voorkomen.
3, Technologieselectie en optimalisatiestrategie: balans tussen prestaties, kosten en betrouwbaarheid
1. Matching van apparaatparameters
TVS-diodeselectie: Er moet rekening worden gehouden met parameters zoals maximale klemspanning (VC), minimale doorslagspanning (VBR) en piekpulsvermogen (PPP). In een ingangscircuit van 220 V AC moeten bijvoorbeeld TVS-diodes met Vbr groter dan of gelijk aan 600 V en PPP groter dan of gelijk aan 600 W worden geselecteerd om de veiligheid van de apparatuur bij blikseminslag (golfvorm van 8/20 μs) te garanderen.
Isolatiediode is bestand tegen spanning: In een geïsoleerde voeding moet de omgekeerde weerstandsspanning van de diode 1,5 keer hoger zijn dan de secundaire spanning van de transformator. In een 48V-uitgangssysteem moeten bijvoorbeeld Schottky-diodes met tegengestelde spanning groter dan of gelijk aan 100V worden geselecteerd om spanningsdoorslag te voorkomen.
2. Topologie-innovatie
Beveiligingsarchitectuur op meerdere niveaus: door gebruik te maken van "GDT+MOV+TVS"-bescherming op drie-niveaus, absorbeert GDT de primaire piekenergie, onderdrukt MOV de tussenliggende overspanning, houdt TVS de restspanning vast en bereikt stap voor stap energieverzwakking. In de voedingen van medische röntgenapparatuur kan deze architectuur bijvoorbeeld de bliksemspanning van 8 kV naar een veilig niveau terugbrengen.
Geïntegreerde beveiligingsmodule: Kies TVS-diode-array of ESD-beveiligingsmodule om de PCB-lay-outruimte te verkleinen. De TVS-array uit de Littelfuse SP1003-serie kan bijvoorbeeld vier signaalbeveiligingen op één enkele chip integreren, waardoor de impact van parasitaire capaciteit op hogesnelheidssignalen wordt verminderd.
3. Verbetering van thermisch beheer en betrouwbaarheid
Ontwerp voor warmteafvoer: bij toepassingen met hoog-vermogen moeten diodes worden uitgerust met koellichamen of koellichamen. In gradiëntversterkers voor medische magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) verspreiden SiC Schottky-diodes bijvoorbeeld warmte via een koperen substraat om een ​​junctietemperatuur onder de 150 graden te garanderen.
Redundant ontwerp: Parallelle meerdere diodes in kritische circuits om de systeemfouttolerantie te verbeteren. In het hoog-condensatoroplaadcircuit van een defibrillator zijn bijvoorbeeld twee TVS-diodes parallel geschakeld om uitval van apparatuur als gevolg van een storing op één punt te voorkomen.