डायोड के माध्यम से चिकित्सा उपकरण बिजली आपूर्ति में शोर को कैसे कम करें?

दूसरा, शोर पता लगाने की क्षमता: चिकित्सा विद्युत आपूर्ति की शोर चुनौती
चिकित्सा उपकरण बिजली आपूर्ति का शोर मुख्य रूप से तीन आयामों से आता है:

उपकरणों का आंतरिक शोर: मौलिक शोर तल शॉट शोर, थर्मल शोर और डायोड और एमओएसएफईटी जैसे बिजली उपकरणों से 1/एफ शोर से बना है। उदाहरण के लिए, जब शोट्की डायोड रिवर्स बायस्ड होते हैं, तो उनके जंक्शन कैपेसिटेंस और परजीवी इंडक्शन उच्च आवृत्ति दोलन उत्पन्न करेंगे, जिससे 0.1-100 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति रेंज में शोर शिखर बनेंगे।
स्विचिंग शोर: फ्लाईबैक और एलएलसी जैसे पृथक पावर टोपोलॉजी में, पावर डायोड की रिवर्स रिकवरी प्रक्रिया मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) उत्पन्न कर सकती है। एक उदाहरण के रूप में एक निश्चित मेडिकल डिफाइब्रिलेटर बिजली आपूर्ति को लेते हुए, इसका आउटपुट रेक्टिफायर डायोड रिवर्स रिकवरी के दौरान 50V/ns तक की वोल्टेज स्पाइक्स उत्पन्न कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप 200mV तक का आउटपुट रिपल हो सकता है।
संचालित हस्तक्षेप: मुख्य बिजली के इनपुट छोर पर उछाल, इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) और अन्य घटनाओं को बिजली लाइन के माध्यम से उपकरण के आंतरिक भाग तक संचालित किया जाएगा। आईईसी 60601-1 मानक के लिए संपर्क वर्तमान परीक्षण के दौरान 10 μ ए के भीतर रोगी सहायक सर्किट के रिसाव वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए चिकित्सा उपकरणों की आवश्यकता होती है, जो बिजली आपूर्ति फ्रंट-एंड के शोर दमन पर सख्त आवश्यकताओं को लागू करता है।
2, डायोड शोर में कमी प्रौद्योगिकी मैट्रिक्स
1. रिवर्स रिकवरी सुविधा अनुकूलन
पृथक डीसी - डीसी कन्वर्टर्स में, फास्ट रिकवरी डायोड (एफआरडी) या सिलिकॉन कार्बाइड (सीआईसी) शोट्की डायोड का उपयोग स्विचिंग शोर को काफी कम कर सकता है। उदाहरण के लिए, एक पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड डायग्नोस्टिक बिजली आपूर्ति में, पारंपरिक सिलिकॉन आधारित अल्ट्राफास्ट रिकवरी डायोड (यूएफआरडी) को SiC शोट्की डायोड से प्रतिस्थापित किया जाता है:

रिवर्स रिकवरी का समय 35ns से घटकर 5ns हो गया
आउटपुट तरंग 150mV से घटकर 45mV हो गई
दक्षता में 3.2 प्रतिशत अंक की वृद्धि हुई
SiC डायोड की उच्च क्रिटिकल ब्रेकडाउन फ़ील्ड ताकत (3MV/cm) उन्हें उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों में अधिक लाभप्रद बनाती है। मेडिकल सीटी मशीनों के एक्स{3}रे हाई{4}}वोल्टेज जनरेटर में, 650V SiC शोट्की डायोड सरणी का उपयोग करके रिवर्स रिकवरी हानि को 80% तक कम किया जा सकता है और ± 0.01% की आउटपुट वोल्टेज स्थिरता प्राप्त की जा सकती है।

2. शोर दमन डायोड सरणी
उच्च आवृत्ति शोर दमन के लिए, एक डायोड कैपेसिटर रेसिस्टर (DCR) बफर नेटवर्क का निर्माण किया जा सकता है। एक निश्चित इम्प्लांटेबल न्यूरल स्टिमुलेटर बिजली आपूर्ति में, एक 10 Ω/100pF आरसी बफर सर्किट आउटपुट रेक्टिफायर डायोड के समानांतर में जुड़ा हुआ है:

10 मेगाहर्ट्ज से ऊपर दबा हुआ उच्च -आवृत्ति दोलन
आउटपुट शोर घनत्व को 15nV/√ Hz से 3nV/√ Hz तक कम करें
इम्प्लांटेबल उपकरणों की विद्युत चुम्बकीय अनुकूलता के लिए IEC 60601-1 की आवश्यकताओं को पूरा करें
एक अधिक उन्नत समाधान एक एकीकृत शोर दमन मॉड्यूल का उपयोग करना है। उदाहरण के लिए, तियानलिंग एरो कंपनी द्वारा लॉन्च की गई TLN201 श्रृंखला डायोड सरणी प्राप्त कर सकती है:

8kV बिजली संरक्षण
100dB ईएमआई क्षीणन
0.1 μ एक रिसाव वर्तमान नियंत्रण
3. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कपलिंग आइसोलेशन तकनीक
चिकित्सा बिजली आपूर्ति में जिन्हें विद्युत अलगाव की आवश्यकता होती है, प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) और ऑप्टोकॉप्लर में फोटोडायोड का संयोजन सिग्नल और बिजली आपूर्ति के बीच पूर्ण अलगाव प्राप्त कर सकता है। उदाहरण के तौर पर एक निश्चित मेडिकल मॉनिटर की पृथक बिजली आपूर्ति को लेते हुए:

एवागो एचसीपीएल-0631 ऑप्टोकॉप्लर को अपनाना
आइसोलेशन वोल्टेज 5kVrms तक
सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR) बढ़कर 120dB हो गया
0.1 μ A के भीतर इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों पर लीकेज करंट को नियंत्रित करें
नया डिजिटल आइसोलेटर पारंपरिक ऑप्टोकॉप्लर्स की बैंडविड्थ सीमा को और तोड़ता है। ADI का ADuM5401 आइसोलेटर 2Mbps डेटा दर का समर्थन करते हुए 5kV अलगाव प्राप्त करने के लिए चुंबकीय युग्मन तकनीक का उपयोग करता है, जिसमें पारंपरिक ऑप्टोकॉप्लर्स की तुलना में बिजली की खपत 60% कम हो जाती है।

3, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य विश्लेषण
1. पोर्टेबल चिकित्सा उपकरण
रक्त ग्लूकोज मीटर और पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड जैसे बैटरी चालित उपकरणों में, डायोड शोर में कमी के लिए दक्षता और स्थान को संतुलित करने की आवश्यकता होती है। एक निश्चित फिंगरटिप ऑक्सीमीटर निम्नलिखित योजना अपनाता है:

इनपुट टर्मिनल: ESD सुरक्षा के लिए SMBJ5.0CA TVS डायोड (± 15kV संपर्क डिस्चार्ज)
सुधार प्रक्रिया: BAT54S डुअल शोट्की डायोड चालन हानि को कम करता है (VF)= 0.2V@1A )
आउटपुट टर्मिनल: BAV99 क्लैंप डायोड ओवरवॉल्टेज को -0.5V~3.8V तक सीमित करता है
यह समाधान डिवाइस को 10mV के भीतर आउटपुट रिपल को नियंत्रित करने और 1.8V बैटरी पावर सप्लाई के तहत बैटरी जीवन को 20% तक बढ़ाने में सक्षम बनाता है।

2. उच्च परिशुद्धता चिकित्सा इमेजिंग उपकरण
एमआरआई और सीटी जैसे बड़े उपकरणों में, बिजली आपूर्ति शोर सीधे इमेजिंग गुणवत्ता को प्रभावित करता है। एक निश्चित 3.0T MRI ग्रेडिएंट एम्पलीफायर बिजली आपूर्ति का उपयोग करता है:

SiC MOSFET और SiC शोट्की डायोड संयोजन
मल्टी लेवल डीसीआर बफर नेटवर्क
कॉपर फ़ॉइल फेराइट कॉपर फ़ॉइल सैंडविच परिरक्षण संरचना
± 0.005% की आउटपुट वोल्टेज स्थिरता और क्रमिक चुंबकीय क्षेत्र तरंग का एहसास करें<0.01%, meeting the requirements of DICOM standard for imaging uniformity.

3. प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरण
पेसमेकर और तंत्रिका उत्तेजक जैसे प्रत्यारोपित उपकरणों में, डायोड शोर में कमी को बायोकम्पैटिबिलिटी और अल्ट्रा{0}}कम बिजली की खपत की आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता होती है। एक निश्चित बंद-लूप तंत्रिका उत्तेजक बिजली आपूर्ति का उपयोग करता है:

सतह निष्क्रियता उपचार के साथ कम रिसाव वर्तमान फोटोडायोड
ईएसडी सुरक्षा के लिए 0402 पैकेज्ड टीवीएस डायोड
डायनेमिक बायस सर्किट स्थैतिक बिजली की खपत को कम करता है
3.7V लिथियम {{2}आयन बैटरी पावर सप्लाई के तहत डिवाइस के कामकाजी जीवन को 10 साल से अधिक तक बढ़ाएं, और ISO 10993 बायोकम्पैटिबिलिटी मानक को पूरा करें।