Bagaimana cara mencegah arus balik pada dioda pada peralatan medis?

一, Prinsip anti arus balik: Konduktivitas searah pada sambungan PN
Struktur inti dioda adalah sambungan PN, yang dibentuk oleh kombinasi semikonduktor tipe P-(dengan banyak lubang) dan semikonduktor tipe N-(dengan banyak elektron bebas). Fungsi anti arus baliknya didasarkan pada mekanisme fisik berikut:

Konduksi positif: Ketika terminal P dihubungkan ke elektroda positif dan terminal N dihubungkan ke elektroda negatif, tegangan yang diberikan melemahkan medan listrik di dalam sambungan PN, menyebabkan difusi pembawa dan membentuk arus konduksi, memungkinkan arus mengalir dari P ke N.
Pemutusan terbalik: Ketika terminal N dihubungkan ke elektroda positif dan terminal P dihubungkan ke elektroda negatif, tegangan eksternal diterapkan untuk meningkatkan medan listrik internal, memperluas lapisan penipisan, menghalangi lewatnya pembawa muatan, dan hanya memungkinkan arus bocor balik yang sangat kecil (biasanya tingkat nanoampere).
Konduktivitas searah ini menjadikan dioda sebagai 'katup satu arah-arus' yang alami. Misalnya, dioda Schottky (seperti SS14) dihubungkan secara paralel ke input daya probe ultrasonik portabel. Ketika polaritas daya dibalik, dioda terputus ke arah yang berlawanan, menghalangi jalur arus dan mencegah sirkuit internal terbakar.

2, Skenario aplikasi umum pada peralatan medis
1. Perangkat medis portabel: menyeimbangkan konsumsi daya yang rendah dan keandalan yang tinggi
Pada perangkat seperti pengukur glukosa darah dan elektrokardiograf portabel, dioda Schottky adalah pilihan yang lebih disukai untuk mencegah aliran balik karena penurunan tegangan maju yang rendah (0,15-0,45V). Misalnya, model pengukur glukosa darah tertentu menggunakan susunan dioda Schottky ganda BAT54S untuk mencapai fungsi berikut:

Perlindungan koneksi anti terbalik: terhubung paralel ke terminal input daya. Ketika polaritas daya dibalik, dioda akan terbalik dan terputus, menghalangi jalur arus.
Pemilihan jalur daya: Dalam sistem catu daya baterai ganda, sumber daya utama dan cadangan secara otomatis dialihkan melalui dioda untuk memastikan pasokan daya berkelanjutan.
Perlindungan pembatas arus: dihubungkan secara seri dengan rangkaian penggerak motor, menggunakan penurunan tegangan untuk membatasi arus awal dan mencegah lonjakan arus saat motor terkunci.
2. Peralatan medis berdaya tinggi: ketahanan benturan dan optimalisasi stabilitas
Pada perangkat seperti defibrilator dan-pisau listrik berfrekuensi tinggi, lonjakan arus tinggi yang bersifat sementara perlu diatasi. Pada titik ini, dioda pemulihan cepat (FRD) dan dioda silikon karbida (SiC) menjadi komponen utama:

Sirkuit pengisian daya defibrilator: Modul Schottky MBR30200PT (30A/200V) digunakan, dengan waktu pemulihan balik (trr) kurang dari 5ns, yang dapat mencegah lonjakan tegangan yang disebabkan oleh penundaan sakelar dioda selama pengisian daya dan melindungi kapasitor tegangan tinggi dari kerusakan tegangan lebih.
Tahap keluaran pisau listrik frekuensi tinggi: menggunakan dioda Schottky SiC C6D10065A (100A/650V), penurunan tegangan maju yang rendah (1,5V) dan karakteristik ketahanan suhu tinggi (suhu sambungan 175 derajat) memastikan bahwa konsumsi daya dioda itu sendiri berkurang sebesar 60% selama pemotongan frekuensi tinggi 1MHz, sekaligus menghindari penurunan kinerja yang disebabkan oleh panas berlebih.
3. Instrumen medis presisi: integritas sinyal dan desain-interferensi
Pada perangkat seperti elektrokardiograf dan elektroensefalograf, perolehan sinyal bioelektrik yang lemah memerlukan penekanan kebisingan yang ketat. Pada titik ini, desain kolaboratif fotodioda dan dioda pelindung menjadi sangat penting:

Isolasi kopling optoelektronik: Dalam saluran input sinyal, optocoupler 6N137 digunakan untuk mencapai isolasi listrik dan memblokir gangguan mode umum melalui konversi fotolistrik dioda.
Perlindungan ESD: Pada antarmuka sensor, dioda Schottky ESD5D150TA paralel dengan arus bocor rendah (<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, solusi anti arus balik yang inovatif: Desain kolaboratif dioda dan komponen lainnya
1. Sirkuit perlindungan komposit: dioda + dioda TVS
Dalam modul transmisi gambar endoskopi medis, skema perlindungan gabungan "dioda Schottky+dioda TVS" diadopsi untuk mencegah tegangan berlebih sementara yang disebabkan oleh sambaran petir atau listrik statis:

Dioda Schottky: terhubung paralel ke terminal input daya, memberikan perlindungan anti mundur setiap hari.
Dioda TVS: seri terhubung ke saluran sinyal, waktu responsnya sangat cepat (<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. Perlindungan pemulihan diri: dioda + termistor PTC
Dalam sirkuit pengisian daya perangkat medis yang dapat dipakai (seperti gelang pintar), skema perlindungan pemulihan mandiri "dioda Schottky+termistor PTC" diadopsi:

Dioda Schottky: mencegah koneksi balik baterai sambil memanfaatkan karakteristik penurunan tegangan rendah untuk mengurangi kerugian pengisian daya.
Termistor PTC: seri terhubung ke jalur pengisian, ketika arus melebihi ambang batas, nilai resistansi PTC meningkat tajam, membatasi arus; Setelah pemecahan masalah, PTC secara otomatis kembali ke keadaan resistansi rendah tanpa perlu mengganti komponen.
3. Solusi dioda yang ideal: integrasi dan kecerdasan
Dengan popularitas material celah pita lebar, dioda ideal terintegrasi (seperti LM66100DCK) telah menjadi pilihan utama untuk-peralatan medis kelas atas. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

Pasokan adaptor daya: Putuskan sambungan output TYPE-C melalui pemutusan PMOS internal.
Catu daya TIPE-C: Tegangan keluaran 5V melalui konduksi PMOS internal.
Bertenaga baterai: Ketika titik A dan titik C memiliki potensi 0V, PMOS internal bekerja dan baterai menyuplai daya ke beban.
Solusi ini memiliki keunggulan perlindungan komprehensif, pengurangan tekanan rendah, resistansi internal rendah, dan pembangkitan panas rendah, dan banyak digunakan dalam USG portabel, endoskopi, dan peralatan lainnya.