Tibbiy asbob-uskunalarda TVS diodlarida chaqmoq urishi va kuchlanishni qanday oldini olish mumkin?

shn, Tibbiy asbob-uskunalarga chaqmoq urishi va to'lqinlar tushishi xavfi
Chaqmoqlar tibbiy asbob-uskunalarga ikki jihatdan tahdid soladi:

To'g'ridan-to'g'ri chaqmoq urishi: chaqmoq binolar yoki asbob-uskunalarning korpuslariga uriladi, bu yer potentsialining keskin o'sishiga olib keladi, potentsial farqni keltirib chiqaradi va uskunaning izolyatsiyasiga zarar etkazadi;
Induktsiyalangan chaqmoq urishi: chaqmoq elektromagnit impulslari elektr uzatish liniyalari, signal liniyalari yoki fazoviy ulanish orqali jihozlarga kirib, vaqtinchalik yuqori kuchlanishli tirqishlarni keltirib chiqaradi va sezgir elektron qismlarga zarar etkazadi.
Tibbiy asbob-uskunalar kuchlanishning o'zgarishiga juda sezgir. Masalan, KT skanerining rentgen trubkasi barqaror doimiy yuqori kuchlanishni talab qiladi, elektrokardiografning signalni qabul qilish sxemasi esa past shovqinli shahar quvvat manbaiga tayanadi. Vaqtinchalik haddan tashqari kuchlanish uskunaning ishdan chiqishiga, ma'lumotlarning yo'qolishiga va hatto yong'in kabi ikkilamchi ofatlarga olib kelishi mumkin. Statistik ma'lumotlarga ko'ra, har yili butun dunyo bo'ylab chaqmoq urishi oqibatida tibbiy asbob-uskunalarning shikastlanishi holatlarining 80 foizi elektr toki yoki signal liniyalariga to'satdan kirish bilan bog'liq.

2, TVS diodlarining texnik printsipi va asosiy afzalliklari
TVS diodi PN-birikmasining ko'chki buzilishi effektiga asoslangan yarimo'tkazgichli qurilma bo'lib, uning asosiy vazifasi:

Vaqtinchalik javob: kuchlanish buzilish kuchlanishidan (VBR) oshib ketganda, TVS 1 nanosekund ichida yuqori qarshilik holatidan past qarshilik holatiga o'tadi va o'tkazuvchan yo'lni hosil qiladi;
Aniq qisish: eng yuqori impuls oqimi (IPP) ta'sirida, keyingi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishi xavfsizlik chegarasidan past bo'lishini ta'minlash uchun kuchlanishni maksimal siqish kuchlanishida (Vc) mahkamlang;
Avtomatik tiklash: kuchlanish yo'qolgandan so'ng, TVS avtomatik ravishda qo'lda aralashuvsiz yuqori empedans holatiga qaytadi va uni qayta ishlatish mumkin.
MOV va GDT kabi an'anaviy himoya vositalariga nisbatan TVS quyidagi afzalliklarga ega:

Juda tez javob tezligi: MOV o'tkazish uchun termal to'planishni talab qiladi, GDT gazni ionlash vaqtini talab qiladi va TVS javob vaqti pikosoniya darajasiga etadi;
Past siqish kuchlanishi: TVS ning dinamik qarshiligi 0,1 Ō dan past bo'lishi mumkin va qoldiq kuchlanish (Vc) MOV dan sezilarli darajada past;
Yilni o'lcham: Sirtga o'rnatiladigan TVS (masalan, SMAJ seriyali) ixcham tibbiy asboblar uchun mos keladigan atigi 0,1 kub santimetr hajmga ega;
Uzoq umr ko'rish: U yuzlab kuchlanish ta'siriga bardosh bera oladi, shu bilan birga MOVlar bir nechta ta'sirlardan keyin sezilarli darajada ish faoliyatini yomonlashtiradi.
3, TVS diodlarining tibbiy asbob-uskunalarda odatiy qo'llanilishi
1. Quvvat modulining himoyasi
Tibbiy asbob-uskunalarning quvvat moduli tarmoq quvvatini (220V/50Hz) barqaror doimiy kuchlanishga aylantirishi kerak. TVS diodi AC quvvatini ko'prik to'g'rilagich pallasida va filtrlash kondansatörü orqali pulsatsiyalanuvchi doimiy tok kuchiga aylantiradi va keyin TVS tomonidan mahkamlangandan so'ng silliq kuchlanish chiqaradi. Misol uchun, ma'lum bir gemodializ mashinasining quvvat moduli rektifikator sxemasini yaratish uchun to'rtta 1N5408 kremniy rektifikator diodidan foydalanadi va orqa DC/DC konvertorini himoya qilish uchun SMAJ5.0CA TVS (Vc=6.5V) bilan parallel ravishda ulanadi. Chaqmoq urishi kirish kuchlanishining to'satdan 300V ga oshishiga olib kelganda, TVS konvertorga shikast etkazmaslik uchun kuchlanishni 6,5V ga siqib, 10ns ichida o'tkazadi.

2. Signal liniyasini himoya qilish
Tibbiy asbob-uskunalarning signal chiziqlari, masalan, elektrokardiografning elektrokardiogramma signalini qabul qilish liniyasi va ultratovush diagnostikasi qurilmasining zond signal liniyasi shovqinga sezgir. TVS diodlari signal buzilishini kamaytiradigan kuchlanishni bostirish uchun past sig'imga ega (masalan, LCESeries ulanish sig'imi atigi 0,5pF) bilan yaratilgan. Masalan, 12 o'tkazgichli elektrokardiogramma mashinasi elektrokardiogramma signalining kirish uchini himoya qilish uchun BAS70-04 tipidagi cheklovchi diyotdan (Vc=7V) foydalanadi. Signal kuchlanishi ± 7V dan oshganda, TVS o'tkazadi, kuchlanishni xavfsiz diapazonda cheklaydi va elektrokardiogramma to'lqin shaklidagi signalning shovqinga nisbati (SNR) 60 dB dan katta yoki unga teng bo'lishini ta'minlaydi.

3. Aloqa interfeysi himoyasi
RS-485 va CAN shinasi kabi tibbiy asbob-uskunalarning aloqa interfeyslari elektromagnit moslik (EMC) talablariga javob berishi kerak. TVS diodlari ikki tomonlama konfiguratsiya orqali differentsial signal liniyalarini himoya qiladi. Masalan, ma'lum bir operatsiya xonasida soyasiz yorug'likning RS-485 aloqa interfeysi SR05-4 ikki tomonlama TVS (Vc=10V) dan foydalanadi. Yildirimdan kelib chiqadigan kuchlanish o'ralgan juftlik bo'ylab uzatilganda, GDT (gaz chiqarish trubkasi) birinchi navbatda oqimni o'tkazadi va kuchaytiradi, va qoldiq tez ko'tarilgan chekka tutiladi va uzluksiz aloqani ta'minlash uchun TVS tomonidan 1 ns ichida 10 V dan pastga mahkamlanadi.

4, TVS diodlarini tanlash va loyihalash nuqtalari
1. Asosiy parametrlarni tanlash
Teskari kesish kuchlanishi (VRMM): u himoyalangan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan normal ish kuchlanishidan bir oz yuqoriroq bo'lishi kerak. Misol uchun, 12V quvvat manbai sxemasi VRMM=14V bilan TVSni tanlashi kerak;
Buzilish kuchlanishi (VBR): odatda VRMM dan 1,1-1,2 marta, kuchlanishning normal o'zgarishi paytida noto'g'ri ishlashni ta'minlaydi;
Maksimal siqish kuchlanishi (Vc): keyingi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan mutlaq maksimal kuchlanishidan past bo'lishi kerak. Masalan, IO porti 3,3V MCU ga chidamli kuchlanish 5,5V, TVS Vc esa 4,5V dan kam yoki unga teng bo'lishi kerak;
Eng yuqori zarba oqimi (IPP): U kuchlanishni tekshirish standartlariga muvofiq tanlanishi kerak (masalan, IEC 61000-4-5 4-darajali). Misol uchun, ± 4kV kuchlanish sinovi sharoitida IPP 1500 Vt dan katta yoki unga teng bo'lgan TVSni tanlash kerak;
Bog'lanish sig'imi (Cj): Signal buzilishining oldini olish uchun yuqori tezlikdagi signal liniyalari uchun past sig'imli TVS (masalan, SACSeries ulanish sig'imi 0,3pF dan kam yoki unga teng) tanlanishi kerak.
2. Ko'p darajali himoya dizayni
Tibbiy asbob-uskunalar odatda “GDT+TVS+filtrlash”ning uch darajali himoya sxemasini- qabul qiladi:

Birinchi daraja (GDT): energiyaning 90% dan ortig'i uchun javob beradi, yuqori bosim qarshiligi va katta oqim oqimi bilan, lekin sekin javob;
2-darajali (TVS): qoldiq tikanlar uchun tezkor javob, IC qabul qilinadigan diapazonga aniq siqish;
Uchinchi daraja (filtrlash): Yuqori chastotali shovqinni bostirish uchun magnit boncuk va keramik kondansatkichlardan tashkil topgan p - tipidagi filtr ishlatiladi.
PCB yuzasining yuqori kuchlanish buzilishining oldini olish uchun turli darajalar o'rtasida mos o'tish masofasi (2 mm dan katta yoki unga teng) saqlanishi kerak.

3. Joylashtirish va issiqlik tarqalishini optimallashtirish
Ulagichga kirish joyi yaqinida joylashtiring: simlarning parazit induktivligini kamaytiring. Induktivlikning har bir 1nH ortishi uchun yuqori di/dt kuchlanish ostida qo'shimcha kuchlanish pasayishi hosil bo'ladi;
Katta maydonli mis ulanishini himoya qilish uchun tuproq (PGND): Raqamli tuproq tekisligidan o'tadigan kuchlanish oqimlarining oldini olish uchun simi kengligi 20mil dan katta yoki teng bo'lishi tavsiya etiladi;
Issiqlik tarqalishi dizayni: Massiv orqali issiqlik tarqalishi yuqori quvvatli TVS dan (masalan, SMC, DO-201 o'rami kabi) quyi-qo'shilishi kerak va agar kerak bo'lsa, termal o'tkazuvchan silikon moydan foydalanish kerak.