Πώς αποτρέπουν οι δίοδοι υπερτάσεις ρεύματος στις οθόνες ζωτικών σημάτων;

一, Τρέχων κίνδυνος υπέρτασης σε συσκευές παρακολούθησης ζωτικών σημείων
Οι βασικές μονάδες της συσκευής παρακολούθησης ζωτικών σημείων περιλαμβάνουν φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες, κυκλώματα απόκτησης βιοηλεκτρικού δυναμικού και μονάδες διαχείρισης ισχύος. Ο τρέχων κίνδυνος αύξησης προέρχεται κυρίως από τα ακόλουθα σενάρια:

Ακροδέκτης εισόδου ισχύος: Κατά τη λειτουργία των κυμάτων δικτύου ή της φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας, οι παροδικές αιχμές τάσης μπορεί να υπερβούν την τιμή αντοχής της τάσης του εξοπλισμού, οδηγώντας σε βλάβη του κυκλώματος.
Διεπαφή αισθητήρα: Οι φωτοδίοδοι (αισθητήρες PPG) είναι ευαίσθητες σε παρεμβολές φωτός του περιβάλλοντος ή ηλεκτροστατική εκφόρτιση όταν λαμβάνουν σήματα ανακλώμενου φωτός, προκαλώντας υπερφόρτωση σήματος.
Απόκτηση βιοηλεκτρικού δυναμικού: Όταν τα ηλεκτρόδια ΗΚΓ έρχονται σε επαφή με το δέρμα, μπορεί να δημιουργηθεί παροδική υψηλή τάση από ανθρώπινο στατικό ηλεκτρισμό ή παρεμβολή ηλεκτρομυογραφίας, η οποία μπορεί να βλάψει τον προενισχυτή.
Τροφοδοτικό μεταγωγής υψηλής συχνότητας: Οι εσωτερικοί μετατροπείς DC-DC ενδέχεται να προκαλέσουν κουδούνισμα τάσης και ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) λόγω κακών χαρακτηριστικών ανάστροφης ανάκτησης διόδου κατά τη διάρκεια της μεταγωγής.
2, η βασική τεχνική αρχή της διόδου για την αποφυγή της τάσης ρεύματος
1. Μεταβατική καταστολή τάσης (TVS): Μια "βαλβίδα ασφαλείας" με απόκριση σε επίπεδο νανοδευτερόλεπτου
Οι δίοδοι TVS μεταδίδονται γρήγορα όταν η τάση υπερβαίνει την τάση διάσπασης (Vbr) μέσω μη γραμμικών χαρακτηριστικών αμπέρ βολτ, συσφίγγοντας την υπέρταση σε ασφαλές εύρος. Ο χρόνος απόκρισής του είναι τόσο χαμηλός όσο 1 ps, ο οποίος μπορεί να απορροφήσει αποτελεσματικά παροδική ενέργεια όπως κεραυνούς και ESD. Για παράδειγμα, στο κύκλωμα οδηγού LED ενός παλμικού οξύμετρου, μια αμφίδρομη δίοδος TVS (όπως η SMAJ5.0A) μπορεί ταυτόχρονα να καταστείλει θετικές και αρνητικές αιχμές τάσης, προστατεύοντας τη φωτοδίοδο από ηλεκτροστατικό σοκ.

2. Βελτιστοποίηση χαρακτηριστικών αντίστροφης ανάκτησης: εξάλειψη του θορύβου του διακόπτη
Οι δίοδοι γρήγορης ανάκτησης (FRD) και οι δίοδοι Schottky μειώνουν το κουδούνισμα τάσης σε τροφοδοτικά μεταγωγής υψηλής συχνότητας{{0}, συντομεύοντας τον χρόνο ανάστροφης ανάκτησης (TRR). Για παράδειγμα, στον μετατροπέα DC-DC του κυκλώματος λήψης ΗΚΓ, MBR30200PT δίοδος Schottky (trr<5ns) is used to avoid the superposition of reverse current and MOSFET turn off process, reduce EMI interference, and ensure the purity of ECG signal.

3. Προστασία περιορισμού ρεύματος: μαλακή εκκίνηση και θερμική διαχείριση
Συνδέστε ένα θερμίστορ NTC σε σειρά με τον ακροδέκτη εισόδου ισχύος και χρησιμοποιήστε την ψυχρή τιμή υψηλής αντίστασης (όπως 5 Ω για το μοντέλο 5D-9 στις 25 μοίρες ) για να περιορίσετε το ρεύμα υπέρτασης όταν είναι ενεργοποιημένο. Αφού θερμανθεί το ρεύμα, η τιμή αντίστασης πέφτει στο<1 Ω, achieving soft start. For example, a certain model of portable monitor adopts an NTC+relay combination scheme to suppress the impulse current of 220V AC input from 300A to 60A, with a reduction of over 80%.

4. Σύσφιξη και σταθεροποίηση τάσης: προστασία ευαίσθητων κυκλωμάτων
Οι δίοδοι Zener παρέχουν μια σταθερή τάση αναφοράς για ενισχυτές βιοηλεκτρικού δυναμικού μέσω της σταθερότητας τάσης στην περιοχή αντίστροφης διάσπασης. Για παράδειγμα, η σειρά τσιπ AD8233 ενσωματώνει εσωτερικά μια δίοδο ρυθμιστή τάσης, η οποία μπορεί να συμπιέσει το εύρος διακύμανσης της τάσης εισόδου του κυκλώματος ενίσχυσης σήματος ΗΚΓ από ± 20% έως ± 1%, διασφαλίζοντας την ακρίβεια της ανίχνευσης του καρδιακού ρυθμού.

3, Τυπικά σενάρια εφαρμογής και λύσεις
1. Προστασία αισθητήρα φωτοπληθυσμογραφίας (PPG).
Στο οξύμετρο, το κόκκινο LED (660nm) και το υπέρυθρο LED (940nm) εκπέμπουν εναλλάξ φως και η φωτοδίοδος λαμβάνει το ανακλώμενο φως και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα. Για να αποφευχθεί η κρούση ESD, μια αμφίδρομη δίοδος TVS (όπως η P6SMB15CA) θα πρέπει να συνδεθεί παράλληλα στη διεπαφή του αισθητήρα, με τάση σύσφιξης 15 V, η οποία μπορεί να απορροφήσει ± 8 kV ενέργειας ηλεκτροστατικής εκφόρτισης. Ταυτόχρονα, οι δίοδοι Schottky (όπως το BAT54S) συνδέονται σε σειρά στο κύκλωμα οδήγησης LED για να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας χρησιμοποιώντας τη χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός (0,15V) και να αποφύγουν την υποβάθμιση της διάρκειας ζωής των LED που προκαλείται από υπερβολικό ρεύμα.

2. Προστασία κυκλώματος απόκτησης βιοηλεκτρικού δυναμικού ΗΚΓ
Όταν τα ηλεκτρόδια του ΗΚΓ έρχονται σε επαφή με το δέρμα, ο ανθρώπινος στατικός ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει χιλιάδες βολτ παροδικής τάσης. Παραλληλίζοντας τις διόδους TVS (όπως το SMAJ12CA) στην είσοδο του ηλεκτροδίου, η τάση μπορεί να συσφιχθεί κάτω από 12 V, προστατεύοντας τον προενισχυτή (όπως ο AD8221) από ζημιά. Επιπλέον, ένας συνδυασμός κυκλώματος ανορθωτή γέφυρας + θερμίστορ NTC χρησιμοποιείται στο άκρο εισόδου ισχύος για να καταστείλει το ρεύμα υπέρτασης που προκαλείται από τη διακύμανση του κύματος δικτύου και να διασφαλίσει τη σταθερότητα της λήψης σήματος ΗΚΓ.

3. Διαχείριση ενέργειας φορητής συσκευής
Σε φορητές οθόνες, όπως τα έξυπνα βραχιόλια, το κύκλωμα φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας πρέπει να αντιμετωπίζει παροδικά υψηλά ρεύματα. Χρησιμοποιώντας διόδους SiC Schottky (όπως C6D10065A) αντί για παραδοσιακές διόδους πυριτίου, ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης είναι κοντά στο μηδέν, γεγονός που μπορεί να μειώσει τις απώλειες μεταγωγής κατά 60% και να αντέξει παροδικά ρεύματα 100A, αποφεύγοντας τη ζημιά υλικού που προκαλείται από υπερφόρτιση μπαταρίας ή βραχυκύκλωμα. Επιπλέον, μια δίοδος προστασίας ESD (όπως ESD5D150TA) είναι ενσωματωμένη στη διεπαφή φόρτισης USB για να εκφορτίζει στατικό ηλεκτρισμό ± 15 kV και να προστατεύει το εσωτερικό τσιπ φόρτισης.