Wat is de rol van diodes in medische voedingsmodules?

1, Rectificatie: het omzetten van wisselstroom in de "zuivere gelijkstroom" die nodig is voor het leven
Medische apparatuur vereist een extreem hoge stabiliteit van de stroomvoorziening. De röntgenbuis van een CT-scanner vereist bijvoorbeeld een continue en stabiele gelijkstroomhoogspanning (meestal tientallen kilovolts), terwijl het signaalacquisitiecircuit van een elektrocardiograaf afhankelijk is van een gelijkstroomvoeding met weinig-ruis en lage rimpelingen. De diode zet de netstroom (220V/50Hz AC) door middel van gelijkrichting om in pulserende gelijkstroom, waardoor een basis wordt gelegd voor daaropvolgende filter- en spanningsstabilisatiecircuits.

Typische toepassingen van bruggelijkrichterschakeling
In medische voedingsmodules worden bruggelijkrichtercircuits veel gebruikt vanwege hun hoge efficiëntie en lage rimpelkarakteristieken. Als we een bepaald model hemodialyseapparaat als voorbeeld nemen, gebruikt de voedingsmodule vier 1N5408-siliciumgelijkrichterdiodes (nominale stroom 3A, omgekeerde weerstandsspanning 1000V) om een ​​dubbelgolfbruggelijkrichtercircuit te vormen. Wanneer wisselstroom wordt ingevoerd, geleidt de diode in de positieve halve cyclus en stopt in de negatieve halve cyclus, waardoor de wisselstroom wordt omgezet in pulserende gelijkstroom. Na filtering door een condensator wordt een gelijkmatige gelijkspanning afgegeven om belastingen zoals dialysepompen en verwarmingstoestellen van stroom te voorzien. Dit ontwerp verbetert de energie-efficiëntie tot meer dan 85%, terwijl de spanningsrimpel binnen 0,5% wordt geregeld, waardoor wordt voldaan aan de strenge eisen van medische apparatuur voor energiezuiverheid.
Synchrone gelijkrichttechnologie in hoogfrequente schakelende voeding
Met de ontwikkeling van medische apparatuur in de richting van miniaturisatie en een laag stroomverbruik zijn hoogfrequente schakelende voedingen geleidelijk mainstream geworden. Traditionele diodes hebben aanzienlijke schakelverliezen en een verminderde energie-efficiëntie vanwege hun lange omgekeerde hersteltijd (meestal enkele honderden nanoseconden) tijdens hoogfrequente schakeling. Daarom zijn Schottky-diodes of synchrone gelijkricht-MOSFET's gebruikt in plaats van gewone diodes in medische voedingsmodules. De voedingsmodule van een draagbaar ultrasoon diagnostisch apparaat maakt bijvoorbeeld gebruik van MBR2045CT Schottky-diode (voorwaartse spanningsval 0,45 V, omgekeerde hersteltijd<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, Spanningsstabilisatie en -bescherming: het bouwen van een "veiligheidsverdedigingslijn" voor medische stroomvoorziening
Medische apparaten stellen veel hogere eisen aan de stroomstabiliteit dan gewone consumentenelektronica. Spanningsschommelingen kunnen CT-beeldartefacten veroorzaken, vervorming van monitorgegevens veroorzaken en zelfs de veiligheid van de patiënt in gevaar brengen. De diode biedt dubbele bescherming voor medische voedingsmodules door middel van spanningsregeling en beveiligingsfuncties.

TVS-diode: de voorhoede van transiënte spanningsonderdrukking
In medische omgevingen kunnen voedingsmodules te maken krijgen met spanningspieken veroorzaakt door blikseminslag, elektrostatische ontlading (ESD) of het starten van het apparaat. TVS-diodes kunnen transiënte hoogspanning in picoseconden tot een veilig niveau beperken door middel van lawine-doorslagkarakteristieken. De voedingsmodule van een schaduwloze lamp in een bepaalde operatiekamer maakt bijvoorbeeld gebruik van SMAJ5.0A TVS-diodes (doorslagspanning 5V, piekpulsvermogen 400W). Wanneer de ingangsspanning door blikseminslag plotseling stijgt tot 300 V, geleidt de TVS-diode binnen 10 ns, waardoor de spanning wordt vastgezet op 5,8 V en het daaropvolgende circuit wordt beschermd tegen schade. Dit ontwerp vermindert het uitvalpercentage van schaduwloze lampen met 80% en verlaagt de jaarlijkse onderhoudskosten met ongeveer 120.000 yuan.
Zenerdiode: een nauwkeurige spanningsreferentie voor regeling
In medische testapparatuur, zoals biochemische analysatoren, bloedcellentellers, enz., vereist het sensorcircuit een nauwkeurige referentiespanning. Zenerdiodes handhaven een constante spanning wanneer de sperspanning de doorslagspanning bereikt vanwege hun Zener-doorslagkarakteristiek. De voedingsmodule van een bepaalde volautomatische biochemische analysator gebruikt bijvoorbeeld een spanningsregelaardiode van het type 1N4744A (spanningsregelaarwaarde van 15V, vermogen van 1W) om een ​​stabiele referentiespanning te leveren voor het optische paddetectiecircuit, zodat de herhaalbaarheidsfout van de detectieresultaten binnen ± 1% wordt geregeld, wat voldoet aan de nauwkeurigheidseisen van de klinische diagnose.
3, Signaalverwerking: verbetering van de "gegevensnauwkeurigheid" van medische diagnoses
In medische elektronische apparaten worden diodes niet alleen gebruikt in voedingsmodules, maar zijn ze ook nauw betrokken bij signaalverwerking, waardoor de betrouwbaarheid van diagnostische gegevens rechtstreeks wordt beïnvloed.

Detectordiode: een "filter" voor het extraheren van vitale signalen
In apparaten zoals elektrocardiografen en elektro-encefalografen worden detectiediodes gebruikt om laag-bio-elektrische signalen met een lage frequentie uit- hoogfrequente dragers te extraheren. Het signaalverwerkingscircuit van een elektrocardiogrammachine met 12 afleidingen maakt bijvoorbeeld gebruik van een 1N5711 Schottky-detectordiode (junctiecapaciteit 0,2 pF, omgekeerde hersteltijd<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.
Beperkingsdiode: een "veiligheidsklep" die de signaalketen beschermt
In medische beeldapparatuur, zoals röntgenapparatuur, CT-scanners, enz., kan de signaaluitvoer van de detectoren te maken krijgen met spanningsoverschrijding als gevolg van apparatuurstoringen of externe interferentie. De begrenzingsdiode beperkt door zijn snelle geleidingskarakteristiek de signaalamplitude binnen een veilig bereik. Het detectorsignaalverwerkingscircuit van een CT-scanner met 64 rijen maakt bijvoorbeeld gebruik van een beperkingsdiode van het type BAS70-04 (omgekeerde doorslagspanning 7 V, responstijd<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, Industrietrend: Diodetechnologie stimuleert innovatie op het gebied van medische stroomvoorziening
Met de ontwikkeling van medische apparatuur in de richting van intelligentie, draagbaarheid en hoge precisie, itereert de diodetechnologie ook voortdurend, waardoor nieuwe mogelijkheden voor medische voedingsmodules ontstaan.

De opkomst van halfgeleiderdiodes met een brede bandafstand
Halfgeleidermaterialen met een grote bandafstand, vertegenwoordigd door siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), vervangen geleidelijk de traditionele op silicium-gebaseerde diodes vanwege hun hoge doorslagspanning, lage weerstand en hoge- frequentiekarakteristieken. SiC Schottky-diodes kunnen bijvoorbeeld de schakelfrequentie verhogen tot meer dan 1 MHz in medische hoogfrequente schakelende voedingen, waardoor de grootte van de voedingsmodules met 50% wordt verminderd en de efficiëntie wordt verhoogd tot meer dan 95%, waardoor wordt voldaan aan de vereisten van lichtgewicht en lange levensduur van draagbare medische apparaten.
Geïntegreerd en modulair ontwerp
Om het ontwerp van medische voedingsmodules te vereenvoudigen, worden diodes geïntegreerd met andere componenten zoals MOSFET's, condensatoren en weerstanden om een ​​energiebeheermodule (PMM) te vormen. De voedingsmodule van een draagbaar ultrasoon diagnostisch apparaat maakt bijvoorbeeld gebruik van een PMM geïntegreerd met SiC-diodes, die rectificatie-, spanningsregeling- en beveiligingsfuncties op een enkele chip integreert, waardoor de omvang van de voedingsmodule met 60% wordt verkleind, de ontwikkelingscyclus met 40% wordt verkort en de systeemkosten met ongeveer 15% worden verlaagd.