चिकित्सा उपकरण सर्किट में प्रमुख घटकों की सुरक्षा के लिए डायोड का उपयोग कैसे करें?

一, डायोड का मुख्य सुरक्षा सिद्धांत
1. ओवरवॉल्टेज संरक्षण: क्लैंप और सीमा
डायोड रिवर्स ब्रेकडाउन विशेषताओं के माध्यम से वोल्टेज क्लैंपिंग प्राप्त करता है। जब सर्किट में एक क्षणिक उच्च वोल्टेज होता है, तो जेनर डायोड या टीवीएस डायोड तुरंत हिमस्खलन ब्रेकडाउन स्थिति में प्रवेश करता है, जिससे वोल्टेज एक सुरक्षित सीमा तक सीमित हो जाता है। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ़ के इनपुट पर, एक रिवर्स समानांतर सिलिकॉन डायोड उच्च वोल्टेज पल्स को प्रीएम्प्लीफायर को नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए इनपुट वोल्टेज को ± 600mV तक सीमित कर सकता है। टीवीएस डायोड में पिकोसेकंड प्रतिक्रिया गति होती है और बिजली गिरने या विद्युत तेज क्षणिक (ईएफटी) घटनाओं में सर्किट की रक्षा करते हैं। उनकी क्लैंपिंग वोल्टेज सटीकता ± 5% तक पहुंच सकती है और लीकेज करंट 1 μ A से कम है।

2. ओवरकरंट सुरक्षा: निरंतर करंट और ऊर्जा अवशोषण
आगमनात्मक लोड सर्किट में, डायोड फ़्रीव्हीलिंग क्रिया के माध्यम से रिवर्स इलेक्ट्रोमोटिव बल को दबाते हैं। उदाहरण के लिए, एक वेंटिलेटर रिले के ड्राइव सर्किट में, रिले के बंद होने पर समानांतर शोट्की डायोड एक रिवर्स करंट पथ प्रदान करते हैं, जिससे कॉइल द्वारा उत्पन्न सैकड़ों वोल्ट क्षणिक उच्च वोल्टेज को ड्राइविंग ट्रांजिस्टर को टूटने से रोका जाता है। मोटर नियंत्रण सर्किट में, फास्ट रिकवरी डायोड (एफआरडी) तेजी से संचालन और कटौती करके मोटर की पिछली इलेक्ट्रोमोटिव बल ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, जिससे बिजली उपकरणों को वोल्टेज वृद्धि से बचाया जाता है।

3. इलेक्ट्रोस्टैटिक सुरक्षा: ईएसडी दमन
चिकित्सा उपकरणों का इंटरफ़ेस सर्किट मानव स्थैतिक बिजली या पर्यावरणीय हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील है। ईएसडी दमन डायोड अपनी कम क्षमता के कारण यूएसबी और एचडीएमआई जैसी उच्च गति सिग्नल लाइनों में स्थैतिक ऊर्जा को तेजी से डिस्चार्ज करते हैं (<1pF) and high breakdown voltage (>20kV) विशेषताएँ। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल मॉनिटर के ईसीजी सिग्नल इंटरफ़ेस में, टीवीएस डायोड सरणी का उपयोग करके सिग्नल अखंडता को बनाए रखते हुए इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज वोल्टेज को 8kV से सुरक्षित स्तर तक कम किया जा सकता है।

2, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य विश्लेषण
1. विद्युत प्रणाली सुरक्षा
चिकित्सा उपकरणों के पावर मॉड्यूल को बिजली के उतार-चढ़ाव और बिजली के हमलों जैसे खतरों से निपटने की जरूरत है। एक उदाहरण के रूप में मेडिकल एक्स {1}रे मशीन उच्च -वोल्टेज जनरेटर को लेते हुए, इसका पावर सर्किट एक सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) शोट्की डायोड सरणी को अपनाता है, जो निम्नलिखित तंत्र के माध्यम से सुरक्षा प्राप्त करता है:

उच्च वोल्टेज सुधार: SiC डायोड में 60kV तक का वोल्टेज और 20ns का रिवर्स रिकवरी समय होता है, जो पारंपरिक सिलिकॉन डायोड की तुलना में 30% अधिक कुशल है। वे स्थिर रूप से दसियों किलोवोल्ट डीसी उच्च वोल्टेज का उत्पादन कर सकते हैं।
वृद्धि अवशोषण: बहु-स्तरीय सुरक्षा बनाने के लिए पावर इनपुट सिरे पर मेटल ऑक्साइड वैरिस्टर (एमओवी) और टीवीएस डायोड को समानांतर में कनेक्ट करें। एमओवी प्राथमिक उछाल ऊर्जा को अवशोषित करता है, जबकि टीवीएस डायोड अवशिष्ट वोल्टेज को आगे बढ़ाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि डाउनस्ट्रीम सर्किट प्रभाव से सुरक्षित है।
2. सिग्नल अधिग्रहण और ट्रांसमिशन सुरक्षा
बायोइलेक्ट्रिक सिग्नल अधिग्रहण सर्किट में, डायोड आयाम सीमित और फ़िल्टरिंग के माध्यम से संवेदनशील घटकों की रक्षा करते हैं। उदाहरण के लिए:

इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम इनपुट सुरक्षा: दो चरण सुरक्षा सर्किट को अपनाते हुए, पहला चरण गैस डिस्चार्ज ट्यूब (जीडीटी) है, जो इनपुट वोल्टेज को ± 50V के भीतर सीमित करता है; दूसरा चरण एक रिवर्स समानांतर सिलिकॉन डायोड है, जो आरसी फ़िल्टरिंग नेटवर्क के माध्यम से उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप को दबाते हुए वोल्टेज को ± 600mV तक दबा देता है।
फाइबर ऑप्टिक संचार इंटरफ़ेस: एंडोस्कोपिक इमेज ट्रांसमिशन सिस्टम में, टीवीएस डायोड के संयोजन में फोटोडायोड का उपयोग किया जाता है। फोटोडायोड प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं, जबकि टीवीएस डायोड उन्हें स्थैतिक बिजली या बिजली के उतार-चढ़ाव से बचाते हैं, जिससे छवि डेटा ट्रांसमिशन की स्थिरता सुनिश्चित होती है।
3. चिकित्सीय उपकरणों का ऊर्जा नियंत्रण
लेजर थेरेपी उपकरणों में, डायोड आउटपुट ऊर्जा को सटीक रूप से नियंत्रित करके रोगियों और उपकरणों की रक्षा करते हैं। उदाहरण के लिए:

लेज़र पावर विनियमन: एक तेज़ रिकवरी डायोड और MOSFET से युक्त एक स्विच सर्किट का उपयोग डायोड के चालन कोण को समायोजित करके, निरंतर समायोज्य आउटपुट पावर प्राप्त करके, लेज़र डायोड के ड्राइविंग करंट को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।
सुरक्षा इंटरलॉक सुरक्षा: उपचार सिर और उपकरण के बीच कनेक्शन पर एक फोटोइलेक्ट्रिक कपलर स्थापित किया जाता है। जब उपचार हेड सही ढंग से स्थापित नहीं होता है, तो फोटोडायोड प्रकाश संकेत का पता नहीं लगा पाता है और आकस्मिक विकिरण को रोकने के लिए स्वचालित रूप से लेजर आउटपुट को काट देता है।
3, प्रौद्योगिकी चयन और अनुकूलन रणनीति
1. डिवाइस पैरामीटर मिलान
वोल्टेज स्तर: सर्किट के ऑपरेटिंग वोल्टेज के आधार पर पीक वोल्टेज के 1.5 गुना से अधिक रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज (वीबीआर) वाले डायोड का चयन करें। उदाहरण के लिए, 220V एसी इनपुट सर्किट में, 600V से अधिक या उसके बराबर Vbr वाले टीवीएस डायोड का चयन करने की आवश्यकता है।
वर्तमान क्षमता: ओवरकरंट सुरक्षा परिदृश्यों में, डायोड का औसत रेक्टिफाइड करंट (यदि) सर्किट के अधिकतम ऑपरेटिंग करंट के दोगुने से अधिक होना चाहिए। उदाहरण के लिए, मोटर ड्राइव सर्किट में, 10A से अधिक या उसके बराबर के साथ एक तेज़ रिकवरी डायोड का चयन किया जाता है।
प्रतिक्रिया गति: उच्च आवृत्ति सिग्नल सुरक्षा के लिए, प्रतिक्रिया समय (टीआरआर) के साथ टीवीएस डायोड या शोट्की डायोड को प्राथमिकता दें<10ns.
2. टोपोलॉजी अनुकूलन
बहुस्तरीय सुरक्षा: "जीडीटी+एमओवी+टीवीएस" के तीन -स्तरीय सुरक्षा आर्किटेक्चर को अपनाते हुए, जीडीटी प्राथमिक वृद्धि ऊर्जा को अवशोषित करता है, एमओवी मध्यवर्ती ओवरवॉल्टेज को दबाता है, टीवीएस अवशिष्ट वोल्टेज को दबाता है, और चरण दर चरण ऊर्जा क्षीणन प्राप्त करता है।
एकीकृत डिज़ाइन: पीसीबी लेआउट स्थान को कम करने के लिए टीवीएस डायोड एरे या ईएसडी सुरक्षा मॉड्यूल का उपयोग करना। उदाहरण के लिए, लिटलफ्यूज़ की SP1003 श्रृंखला टीवीएस सरणी एक चिप पर चार सिग्नल सुरक्षा को एकीकृत कर सकती है, जिससे उच्च गति सिग्नलों पर परजीवी कैपेसिटेंस का प्रभाव कम हो जाता है।
3. थर्मल प्रबंधन और विश्वसनीयता
ऊष्मा अपव्यय डिज़ाइन: उच्च -शक्ति अनुप्रयोगों में, डायोड को हीट सिंक या हीट सिंक से सुसज्जित करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, मेडिकल मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग (एमआरआई) के लिए ग्रेडिएंट एम्पलीफायरों में, SiC शोट्की डायोड 150 डिग्री से नीचे जंक्शन तापमान सुनिश्चित करने के लिए तांबे के सब्सट्रेट के माध्यम से गर्मी को खत्म करते हैं।
निरर्थक डिज़ाइन: सिस्टम दोष सहनशीलता में सुधार के लिए महत्वपूर्ण सर्किट में समानांतर एकाधिक डायोड। उदाहरण के लिए, डिफाइब्रिलेटर के उच्च वोल्टेज कैपेसिटर चार्जिंग सर्किट में, एकल बिंदु विफलता के कारण होने वाली उपकरण विफलता को रोकने के लिए दोहरे टीवीएस डायोड समानांतर में जुड़े होते हैं।