मेडिकल पावर मॉड्यूल में डायोड की क्या भूमिका है?

1, परिशोधन: प्रत्यावर्ती धारा को जीवन के लिए आवश्यक "शुद्ध दिष्ट धारा" में परिवर्तित करना
चिकित्सा उपकरणों के लिए बिजली आपूर्ति की अत्यधिक स्थिरता की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, सीटी स्कैनर के एक्स रे ट्यूब को निरंतर और स्थिर डीसी उच्च वोल्टेज (आमतौर पर दसियों किलोवोल्ट) की आवश्यकता होती है, जबकि इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ़ का सिग्नल अधिग्रहण सर्किट कम शोर, कम तरंग डीसी बिजली की आपूर्ति पर निर्भर करता है। डायोड सुधार के माध्यम से मुख्य शक्ति (220V/50Hz AC) को स्पंदित DC शक्ति में परिवर्तित करता है, जो बाद में फ़िल्टरिंग और वोल्टेज स्थिरीकरण सर्किट के लिए आधार प्रदान करता है।

ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट के विशिष्ट अनुप्रयोग
मेडिकल पावर मॉड्यूल में, ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट का व्यापक रूप से उनकी उच्च दक्षता और कम तरंग विशेषताओं के कारण उपयोग किया जाता है। उदाहरण के तौर पर हेमोडायलिसिस मशीन के एक निश्चित मॉडल को लेते हुए, इसका पावर मॉड्यूल एक फुल वेव ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट बनाने के लिए चार 1N5408 सिलिकॉन रेक्टिफायर डायोड (रेटेड करंट 3A, रिवर्स झेलने वाला वोल्टेज 1000V) को अपनाता है। जब एसी पावर इनपुट होता है, तो डायोड सकारात्मक आधे चक्र में संचालित होता है और नकारात्मक आधे चक्र में रुक जाता है, एसी पावर को स्पंदित डीसी पावर में परिवर्तित करता है। कैपेसिटर द्वारा फ़िल्टर करने के बाद, यह डायलिसिस पंप और हीटर जैसे बिजली भार के लिए एक चिकनी डीसी वोल्टेज आउटपुट करता है। यह डिज़ाइन बिजली दक्षता को 85% से अधिक तक सुधारता है, जबकि 0.5% के भीतर वोल्टेज तरंग को नियंत्रित करता है, बिजली शुद्धता के लिए चिकित्सा उपकरणों की सख्त आवश्यकताओं को पूरा करता है।
उच्च आवृत्ति स्विचिंग बिजली आपूर्ति में सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन तकनीक
लघुकरण और कम बिजली की खपत की दिशा में चिकित्सा उपकरणों के विकास के साथ, उच्च आवृत्ति स्विचिंग बिजली आपूर्ति धीरे-धीरे मुख्यधारा बन गई है। उच्च आवृत्ति स्विचिंग के दौरान उनके लंबे रिवर्स रिकवरी समय (आमतौर पर कई सौ नैनोसेकंड) के कारण पारंपरिक डायोड में महत्वपूर्ण स्विचिंग हानि होती है और बिजली दक्षता कम हो जाती है। इसलिए, मेडिकल पावर मॉड्यूल में सामान्य डायोड के बजाय शोट्की डायोड या सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन एमओएसएफईटी का उपयोग किया गया है। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड डायग्नोस्टिक डिवाइस का पावर मॉड्यूल MBR2045CT शोट्की डायोड (फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप 0.45V, रिवर्स रिकवरी टाइम) का उपयोग करता है<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, वोल्टेज स्थिरीकरण और सुरक्षा: चिकित्सा बिजली आपूर्ति के लिए "सुरक्षा रक्षा लाइन" का निर्माण
सामान्य उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में चिकित्सा उपकरणों में बिजली स्थिरता की बहुत अधिक आवश्यकताएं होती हैं। वोल्टेज में उतार-चढ़ाव से सीटी छवि ख़राब हो सकती है, मॉनिटर डेटा विरूपण हो सकता है और यहां तक ​​कि रोगी की सुरक्षा भी ख़तरे में पड़ सकती है। डायोड वोल्टेज विनियमन और सुरक्षा कार्यों के माध्यम से मेडिकल पावर मॉड्यूल के लिए दोहरी सुरक्षा प्रदान करता है।

टीवीएस डायोड: क्षणिक वोल्टेज दमन का अगुआ
चिकित्सा वातावरण में, बिजली मॉड्यूल को बिजली गिरने, इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी), या डिवाइस स्टार्ट स्टॉप के कारण वोल्टेज स्पाइक्स का सामना करना पड़ सकता है। टीवीएस डायोड हिमस्खलन ब्रेकडाउन विशेषताओं के माध्यम से क्षणिक उच्च वोल्टेज को पिकोसेकंड समय में सुरक्षित स्तर पर दबा सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक निश्चित ऑपरेटिंग रूम में छाया रहित प्रकाश का पावर मॉड्यूल SMAJ5.0A TVS डायोड (ब्रेकडाउन वोल्टेज 5V, पीक पल्स पावर 400W) का उपयोग करता है। जब बिजली गिरने के कारण इनपुट वोल्टेज अचानक 300V तक बढ़ जाता है, तो टीवीएस डायोड 10ns के भीतर संचालित होता है, वोल्टेज को 5.8V पर क्लैंप करता है और बाद के सर्किट को नुकसान से बचाता है। यह डिज़ाइन छाया रहित लैंप की विफलता दर को 80% तक कम कर देता है और वार्षिक रखरखाव लागत को लगभग 120000 युआन तक कम कर देता है।
जेनर डायोड: विनियमन के लिए एक सटीक वोल्टेज संदर्भ
चिकित्सा परीक्षण उपकरण, जैसे जैव रासायनिक विश्लेषक, रक्त कोशिका काउंटर, आदि में, सेंसर सर्किट को सटीक संदर्भ वोल्टेज की आवश्यकता होती है। जेनर डायोड एक स्थिर वोल्टेज बनाए रखते हैं जब रिवर्स वोल्टेज उनके जेनर ब्रेकडाउन विशेषता के कारण ब्रेकडाउन वोल्टेज तक पहुंचता है। उदाहरण के लिए, एक निश्चित पूर्णतः स्वचालित जैव रासायनिक विश्लेषक का पावर मॉड्यूल ऑप्टिकल पथ पहचान सर्किट के लिए एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्रदान करने के लिए 1N4744A प्रकार के वोल्टेज नियामक डायोड (15V का वोल्टेज नियामक मूल्य, 1W की शक्ति) का उपयोग करता है, ताकि नैदानिक ​​​​निदान की सटीकता आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, पहचान परिणामों की दोहराव त्रुटि को ± 1% के भीतर नियंत्रित किया जा सके।
3, सिग्नल प्रोसेसिंग: चिकित्सा निदान की "डेटा सटीकता" में सुधार
मेडिकल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, डायोड का उपयोग न केवल पावर मॉड्यूल में किया जाता है, बल्कि सिग्नल प्रोसेसिंग में भी गहराई से शामिल होता है, जो सीधे डायग्नोस्टिक डेटा की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है।

डिटेक्टर डायोड: महत्वपूर्ण संकेतों को निकालने के लिए एक "फ़िल्टर"।
इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफ़ और इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफ़ जैसे उपकरणों में, डिटेक्शन डायोड का उपयोग उच्च आवृत्ति वाहकों से कम {{0}आवृत्ति बायोइलेक्ट्रिक सिग्नल निकालने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, 12 लीड इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम मशीन का सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट 1N5711 शोट्की डिटेक्टर डायोड (जंक्शन कैपेसिटेंस 0.2pF, रिवर्स रिकवरी टाइम) का उपयोग करता है<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.
सीमित डायोड: एक "सुरक्षा वाल्व" जो सिग्नल श्रृंखला की सुरक्षा करता है
मेडिकल इमेजिंग उपकरण, जैसे एक्स-रे मशीन, सीटी स्कैनर आदि में, उपकरण की विफलता या बाहरी हस्तक्षेप के कारण उनके डिटेक्टरों द्वारा सिग्नल आउटपुट में वोल्टेज ओवरशूट का अनुभव हो सकता है। सीमित डायोड अपनी तेज चालन विशेषता के माध्यम से सिग्नल आयाम को एक सुरक्षित सीमा के भीतर सीमित करता है। उदाहरण के लिए, 64 पंक्ति सीटी स्कैनर का डिटेक्टर सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट BAS70-04 प्रकार के सीमित डायोड (रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज 7V, प्रतिक्रिया समय) का उपयोग करता है<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, उद्योग की प्रवृत्ति: डायोड प्रौद्योगिकी चिकित्सा बिजली आपूर्ति में नवाचार को बढ़ावा देती है
इंटेलिजेंस, पोर्टेबिलिटी और उच्च परिशुद्धता की दिशा में चिकित्सा उपकरणों के विकास के साथ, डायोड तकनीक भी लगातार बढ़ रही है, जिससे मेडिकल पावर मॉड्यूल में नई संभावनाएं आ रही हैं।

विस्तृत बैंडगैप सेमीकंडक्टर डायोड का उदय
सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) द्वारा प्रस्तुत वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री अपने उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज, कम प्रतिरोध और उच्च आवृत्ति विशेषताओं के कारण धीरे-धीरे पारंपरिक सिलिकॉन आधारित डायोड की जगह ले रही है। उदाहरण के लिए, SiC शोट्की डायोड चिकित्सा उच्च आवृत्ति स्विचिंग बिजली आपूर्ति में स्विचिंग आवृत्ति को 1 मेगाहर्ट्ज से अधिक तक बढ़ा सकते हैं, पावर मॉड्यूल के आकार को 50% तक कम कर सकते हैं और पोर्टेबल चिकित्सा उपकरणों की हल्के और लंबे समय तक सहनशक्ति आवश्यकताओं को पूरा करते हुए दक्षता को 95% से अधिक तक बढ़ा सकते हैं।
एकीकृत और मॉड्यूलर डिजाइन
मेडिकल पावर मॉड्यूल के डिजाइन को सरल बनाने के लिए, डायोड को पावर मैनेजमेंट मॉड्यूल (पीएमएम) बनाने के लिए एमओएसएफईटी, कैपेसिटर और रेसिस्टर्स जैसे अन्य घटकों के साथ एकीकृत किया जाता है। उदाहरण के लिए, पोर्टेबल अल्ट्रासाउंड डायग्नोस्टिक डिवाइस का पावर मॉड्यूल SiC डायोड के साथ एकीकृत पीएमएम का उपयोग करता है, जो एक चिप पर सुधार, वोल्टेज विनियमन और सुरक्षा कार्यों को एकीकृत करता है, पावर मॉड्यूल के आकार को 60% तक कम करता है, विकास चक्र को 40% तक छोटा करता है, और सिस्टम लागत को लगभग 15% कम करता है।