चिकित्सा उपकरणों में डायोड में करंट बैकफ़्लो को कैसे रोकें?

一, एंटी बैकफ़्लो का सिद्धांत: पीएन जंक्शन की यूनिडायरेक्शनल चालकता
डायोड की मुख्य संरचना एक पीएन जंक्शन है, जो P-प्रकार के अर्धचालक (कई छिद्रों के साथ) और N-प्रकार के अर्धचालक (कई मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ) के संयोजन से बनता है। इसका एंटी बैकफ़्लो फ़ंक्शन निम्नलिखित भौतिक तंत्रों पर आधारित है:

सकारात्मक चालन: जब पी टर्मिनल सकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है और एन टर्मिनल नकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है, तो लागू वोल्टेज पीएन जंक्शन के अंदर विद्युत क्षेत्र को कमजोर कर देता है, जिससे वाहक प्रसार होता है और एक चालन धारा बनती है, जिससे धारा पी से एन की ओर प्रवाहित होती है।
रिवर्स कटऑफ: जब एन टर्मिनल सकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है और पी टर्मिनल नकारात्मक इलेक्ट्रोड से जुड़ा होता है, तो आंतरिक विद्युत क्षेत्र को बढ़ाने, कमी परत को चौड़ा करने, चार्ज वाहक के मार्ग में बाधा डालने और केवल बेहद छोटे रिवर्स लीकेज करंट (आमतौर पर नैनोएम्पीयर स्तर) की अनुमति देने के लिए एक बाहरी वोल्टेज लगाया जाता है।
यह यूनिडायरेक्शनल चालकता डायोड को एक प्राकृतिक 'करंट वन-वे वाल्व' बनाती है। उदाहरण के लिए, एक शॉट्की डायोड (जैसे एसएस14) एक पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड जांच के पावर इनपुट के समानांतर जुड़ा हुआ है। जब बिजली की ध्रुवता उलट जाती है, तो डायोड विपरीत दिशा में कट जाता है, वर्तमान पथ को अवरुद्ध करता है और आंतरिक सर्किट को जलने से रोकता है।

2, चिकित्सा उपकरणों में विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य
1. पोर्टेबल चिकित्सा उपकरण: कम बिजली की खपत और उच्च विश्वसनीयता को संतुलित करें
रक्त ग्लूकोज मीटर और पोर्टेबल इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ जैसे उपकरणों में, शोट्की डायोड अपने कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (0.15-0.45V) के कारण बैकफ्लो को रोकने के लिए पसंदीदा विकल्प हैं। उदाहरण के लिए, रक्त ग्लूकोज मीटर का एक निश्चित मॉडल निम्नलिखित कार्यों को प्राप्त करने के लिए BAT54S दोहरी शोट्की डायोड सरणी का उपयोग करता है:

एंटी रिवर्स कनेक्शन सुरक्षा: पावर इनपुट टर्मिनल से समानांतर रूप से जुड़ा हुआ। जब बिजली की ध्रुवता उलट जाती है, तो डायोड उलट जाएगा और कट जाएगा, जिससे वर्तमान पथ अवरुद्ध हो जाएगा।
पावर पथ चयन: दोहरी बैटरी पावर आपूर्ति प्रणाली में, निरंतर बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए मुख्य और बैकअप पावर स्रोत स्वचालित रूप से डायोड के माध्यम से स्विच किए जाते हैं।
करंट सीमित सुरक्षा: मोटर ड्राइव सर्किट के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, शुरुआती करंट को सीमित करने के लिए वोल्टेज ड्रॉप का उपयोग करता है और मोटर लॉक होने पर करंट में वृद्धि को रोकता है।
2. उच्च शक्ति चिकित्सा उपकरण: प्रभाव प्रतिरोध और स्थिरता अनुकूलन
डिफाइब्रिलेटर और उच्च आवृत्ति वाले इलेक्ट्रिक चाकू जैसे उपकरणों में, क्षणिक उच्च वर्तमान उछाल से निपटना आवश्यक है। इस बिंदु पर, तेज़ रिकवरी डायोड (FRDs) और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) डायोड प्रमुख घटक बन जाते हैं:

डिफाइब्रिलेटर चार्जिंग सर्किट: MBR30200PT शोट्की मॉड्यूल (30A/200V) का उपयोग किया जाता है, जिसमें 5ns से कम का रिवर्स रिकवरी टाइम (trr) होता है, जो चार्जिंग के दौरान डायोड स्विच देरी के कारण होने वाले वोल्टेज स्पाइक्स को रोक सकता है और उच्च वोल्टेज कैपेसिटर को ओवरवॉल्टेज टूटने से बचा सकता है।
उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रिक चाकू आउटपुट चरण: C6D10065A SiC शोट्की डायोड (100A/650V) का उपयोग करते हुए, इसकी कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप (1.5V) और उच्च तापमान प्रतिरोध विशेषताओं (175 डिग्री जंक्शन तापमान) यह सुनिश्चित करती है कि 1MHz उच्च आवृत्ति कटिंग के दौरान डायोड की अपनी बिजली की खपत 60% कम हो जाती है, जबकि ओवरहीटिंग के कारण प्रदर्शन में गिरावट से बचा जाता है।
3. सटीक चिकित्सा उपकरण: सिग्नल अखंडता और विरोधी हस्तक्षेप डिजाइन
इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ और इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफ जैसे उपकरणों में, कमजोर बायोइलेक्ट्रिक संकेतों के अधिग्रहण के लिए शोर के सख्त दमन की आवश्यकता होती है। इस बिंदु पर, फोटोडायोड और सुरक्षात्मक डायोड का सहयोगात्मक डिज़ाइन महत्वपूर्ण हो जाता है:

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक युग्मन अलगाव: सिग्नल इनपुट चैनल में, विद्युत अलगाव प्राप्त करने और डायोड के फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के माध्यम से सामान्य मोड हस्तक्षेप को अवरुद्ध करने के लिए 6N137 ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग किया जाता है।
ESD सुरक्षा: सेंसर इंटरफ़ेस पर, कम लीकेज करंट के साथ समानांतर ESD5D150TA शोट्की डायोड (<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, नवोन्वेषी एंटी बैकफ़्लो समाधान: डायोड और अन्य घटकों का सहयोगात्मक डिज़ाइन
1. समग्र सुरक्षा सर्किट: डायोड+टीवीएस डायोड
मेडिकल एंडोस्कोप के इमेज ट्रांसमिशन मॉड्यूल में, बिजली गिरने या स्थैतिक बिजली के कारण होने वाले क्षणिक ओवरवॉल्टेज को रोकने के लिए "स्कॉट्की डायोड + टीवीएस डायोड" की एक समग्र सुरक्षा योजना अपनाई जाती है:

शोट्की डायोड: पावर इनपुट टर्मिनल से समानांतर रूप से जुड़ा हुआ, दैनिक एंटी रिवर्स सुरक्षा प्रदान करता है।
टीवीएस डायोड: सिग्नल लाइन से जुड़ी श्रृंखला, इसकी अल्ट्रा फास्ट प्रतिक्रिया समय (<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. सेल्फ रिकवरी सुरक्षा: डायोड+पीटीसी थर्मिस्टर
पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों (जैसे स्मार्ट कंगन) के चार्जिंग सर्किट में, "स्कॉट्की डायोड + पीटीसी थर्मिस्टर" की एक स्व-पुनर्प्राप्ति सुरक्षा योजना अपनाई जाती है:

शॉट्की डायोड: चार्जिंग हानि को कम करने के लिए अपनी कम वोल्टेज ड्रॉप विशेषताओं का उपयोग करते हुए बैटरी रिवर्स कनेक्शन को रोकता है।
पीटीसी थर्मिस्टर: चार्जिंग पथ से जुड़ी श्रृंखला, जब करंट सीमा से अधिक हो जाता है, तो पीटीसी प्रतिरोध मान तेजी से बढ़ जाता है, जिससे करंट सीमित हो जाता है; समस्या निवारण के बाद, पीटीसी घटकों को बदलने की आवश्यकता के बिना स्वचालित रूप से कम प्रतिरोध स्थिति में वापस आ जाता है।
3. आदर्श डायोड समाधान: एकीकरण और बुद्धिमत्ता
विस्तृत बैंडगैप सामग्रियों की लोकप्रियता के साथ, एकीकृत आदर्श डायोड (जैसे LM66100DCK) उच्च अंत चिकित्सा उपकरणों के लिए पसंदीदा विकल्प बन गए हैं। इसका कार्य सिद्धांत इस प्रकार है:

पावर एडाप्टर आपूर्ति: आंतरिक पीएमओएस कटऑफ के माध्यम से प्रकार -सी आउटपुट को डिस्कनेक्ट करें।
प्रकार -सी बिजली की आपूर्ति: आंतरिक पीएमओएस चालन के माध्यम से आउटपुट 5V वोल्टेज।
बैटरी चालित: जब बिंदु A और बिंदु C दोनों की क्षमता 0V होती है, तो आंतरिक PMOS संचालन करता है और बैटरी लोड को बिजली की आपूर्ति करती है।
इस समाधान में व्यापक सुरक्षा, कम दबाव में कमी, कम आंतरिक प्रतिरोध और कम गर्मी उत्पादन के फायदे हैं, और इसका व्यापक रूप से पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड, एंडोस्कोप और अन्य उपकरणों में उपयोग किया जाता है।