चिकित्सा उपकरण बंद होने पर डायोड सर्किट की सुरक्षा कैसे करते हैं?

दूसरा, पावर ऑफ प्रोटेक्शन का भौतिक तंत्र: रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल का दमन
1. आगमनात्मक ऊर्जा भंडारण का रिलीज सिद्धांत
जब चिकित्सा उपकरणों में आगमनात्मक घटक (जैसे सोलनॉइड वाल्व कॉइल्स और अल्ट्रासाउंड जांच ड्राइव कॉइल्स) चालू होने पर चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा संग्रहीत करते हैं, तो बिजली की विफलता के समय वर्तमान में अचानक परिवर्तन रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल का कारण बन सकता है। चिकित्सा उपकरणों में, यदि सुरक्षात्मक उपाय नहीं किए जाते हैं, तो रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल बिजली आपूर्ति वोल्टेज से कई गुना अधिक तक पहुंच सकता है, जिससे सर्किट को विनाशकारी क्षति हो सकती है।

2. डायोड का फ़्रीव्हीलिंग प्रभाव
समानांतर डायोड (फ़्रीव्हीलिंग डायोड) प्रारंभ करनेवाला के दोनों सिरों पर जुड़े हुए हैं। जब बिजली काट दी जाती है, तो डायोड आगे की दिशा में संचालन करते हैं, जिससे प्रारंभकर्ता धारा के लिए एक डिस्चार्ज पथ प्रदान होता है। उदाहरण के तौर पर एमआरआई ग्रेडिएंट एम्पलीफायर में रिले ड्राइवर सर्किट को लेते हुए, फ्रीव्हीलिंग डायोड 0.7V (सिलिकॉन ट्रांजिस्टर) या 0.3V (शोट्की ट्रांजिस्टर) के भीतर रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल को क्लैंप कर सकता है, जिससे ड्राइविंग ट्रांजिस्टर को उच्च वोल्टेज प्रभाव से बचाया जा सकता है। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि तेज़ रिकवरी डायोड (जैसे ES1J) का उपयोग करने वाले सर्किट 98% से अधिक की रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल दमन दक्षता प्राप्त कर सकते हैं।

2, चिकित्सा सेटिंग्स में प्रमुख अनुप्रयोग परिदृश्य
1. जीवन समर्थन उपकरणों के लिए बिजली अतिरेक संरक्षण
वेंटिलेटर और कार्डियोपल्मोनरी रिससिटेशन मशीनों जैसे उपकरणों में, बैकअप बैटरी और मुख्य बिजली स्रोतों के बीच स्विचिंग को निर्बाध रूप से कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है। यदि मुख्य बिजली आपूर्ति बंद होने पर करंट वापस बैकअप बैटरी में प्रवाहित हो जाता है, तो इससे बैटरी ओवरडिस्चार्ज हो सकती है या सर्किट क्षतिग्रस्त हो सकता है। पावर पथ में श्रृंखला में डायोड (जैसे एसएस 34 शोट्की डायोड) को जोड़कर, रिवर्स वर्तमान प्रवाह को रोकने के लिए यूनिडायरेक्शनल चालन प्राप्त किया जा सकता है। इस समाधान को अपनाने के बाद, पोर्टेबल डिफाइब्रिलेटर के एक निश्चित ब्रांड की बैटरी का जीवन 30% तक बढ़ जाता है, और यह -20 डिग्री से 60 डिग्री की विस्तृत तापमान सीमा में स्थिर रूप से काम करता है।

2. उच्च परिशुद्धता सिग्नल अधिग्रहण के लिए शोर दमन
मेडिकल मॉनिटर (जैसे ईसीजी और ईईजी डिवाइस) का सिग्नल अधिग्रहण सर्किट शोर के प्रति बेहद संवेदनशील है। बिजली बंद होने के समय उत्पन्न रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल बिजली लाइन के माध्यम से सिग्नल चैनल से जुड़ सकता है, जिससे माइक्रोवोल्ट स्तर के बायोइलेक्ट्रिक सिग्नल में हस्तक्षेप हो सकता है। रक्त ऑक्सीजन जांच सर्किट में, इन्फ्रारेड सिग्नल को मॉड्यूलेट करने के लिए BAS16 स्विच डायोड (रिवर्स रिकवरी टाइम 4ns) का उपयोग किया जाता है। इसकी कम परजीवी समाई विशेषताएं 900 हर्ट्ज की मॉड्यूलेशन आवृत्ति पर तरंग अखंडता सुनिश्चित करती हैं, जो ± 1% के भीतर रक्त ऑक्सीजन संतृप्ति की माप त्रुटि को नियंत्रित करती हैं।

3. इम्प्लांटेबल उपकरणों के लिए दीर्घकालिक विश्वसनीयता की गारंटी
प्रत्यारोपित किए जाने योग्य पेसमेकर, न्यूरोस्टिमुलेटर और अन्य उपकरणों का सेवा जीवन कम से कम 10 वर्ष होना चाहिए। पावर ऑफ प्रोटेक्शन डायोड को कम लीकेज करंट और उच्च वोल्टेज झेलने वाली विशेषताओं को संतुलित करने की आवश्यकता होती है। अल्ट्रा फास्ट रिकवरी डायोड (जैसे UF4007) का उपयोग करने वाला सर्किट रिवर्स रिकवरी समय को 50ns से कम कर देता है, जिससे उच्च आवृत्ति स्विचिंग हानि कम हो जाती है। साथ ही, इसका कम रिवर्स लीकेज करंट (<1 μ A) avoids battery self discharge, significantly improving the device's endurance.

3, डायोड चयन और डिजाइन के मूल सिद्धांत
1. पैरामीटर मिलान: गतिशील वोल्टेज ड्रॉप और बिजली क्षमता के बीच संतुलन
फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (V_F): चिकित्सा उपकरणों में सख्त दक्षता आवश्यकताएं होती हैं और कम V_F डायोड को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, अल्ट्रासाउंड जांच ड्राइवर सर्किट में, MR756 शोट्की डायोड (V_F{5}}V) गर्मी उत्पादन को कम करते हुए और डिवाइस के जीवन को बढ़ाते हुए, चार्जिंग दक्षता को 18% तक बढ़ा सकता है।
रिवर्स पुनर्प्राप्ति समय (t_rr): उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों (जैसे कि CT स्कैनर में X-रे जनरेटर) को t_rr के साथ अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड के उपयोग की आवश्यकता होती है<50ns to reduce switching losses. For example, SiC diodes (t_rr=15ns) have an efficiency improvement of over 5% compared to silicon devices at a switching frequency of 100kHz.
सर्ज करंट क्षमता (आईएफएसएम): जब चिकित्सा उपकरण चालू या बंद किया जाता है, तो क्षणिक उच्च धाराएं उत्पन्न हो सकती हैं, और सर्किट के चरम वर्तमान से अधिक आईएफएसएम मान वाले डायोड का चयन किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक डिफिब्रिलेटर के उच्च -वोल्टेज कैपेसिटर चार्जिंग सर्किट में, 30A10 डायोड बिना किसी क्षति के 100A के क्षणिक प्रवाह का सामना कर सकता है।
2. टोपोलॉजी अनुकूलन: बहु-स्तरीय सुरक्षा और थर्मल प्रबंधन
मल्टी ट्यूब समानांतर कनेक्शन: मेडिकल लेजर के लिए पावर मॉड्यूल जैसे उच्च वर्तमान अनुप्रयोगों में, वर्तमान को फैलाने और व्यक्तिगत उपकरणों पर थर्मल तनाव को कम करने के लिए कई डायोड समानांतर में जुड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, समानांतर में चार 1N5819 शोट्की डायोड का उपयोग करने से चालन हानि को 75% तक कम किया जा सकता है और गर्मी अपव्यय क्षेत्र को चार गुना बढ़ाया जा सकता है।
थर्मल कपलिंग डिज़ाइन: इम्प्लांटेबल उपकरणों में, थर्मल कपलिंग और वास्तविक समय की निगरानी प्राप्त करने के लिए डायोड और तापमान सेंसर को एक ही सिलिकॉन सब्सट्रेट पर एकीकृत किया जाता है। तंत्रिका उत्तेजक के एक निश्चित मॉडल ने इस योजना के माध्यम से डायोड जंक्शन तापमान की उतार-चढ़ाव सीमा को ± 5 डिग्री तक कम कर दिया है, जिससे दीर्घकालिक विश्वसनीयता में काफी सुधार हुआ है।