다이오드는 활력징후 모니터의 전류 서지를 어떻게 방지합니까?

一, 생체신호 모니터링 장치의 전류 서지 위험
생체신호 모니터링 장치의 핵심 모듈에는 광전 센서, 생체 전위 획득 회로 및 전원 관리 장치가 포함됩니다. 현재 서지 위험은 주로 다음 시나리오에서 발생합니다.

전원 입력 단자: 주파 작동 또는 배터리 충전 및 방전 중에 일시적인 전압 스파이크가 장비의 내전압 값을 초과하여 회로 파손으로 이어질 수 있습니다.
센서 인터페이스: 포토다이오드(PPG 센서)는 반사된 빛 신호를 수신할 때 환경적 빛 간섭이나 정전기 방전에 취약하여 신호 과부하를 유발합니다.
생체 전위 획득: ECG 전극이 피부에 닿으면 인간의 정전기 또는 근전도 간섭으로 인해 일시적인 고전압이 생성되어 프리앰프가 손상될 수 있습니다.
고주파 스위칭 전원 공급 장치: 내부 DC-DC 컨버터는 스위칭 중 열악한 다이오드 역회복 특성으로 인해 전압 링잉 및 전자기 간섭(EMI)을 일으킬 수 있습니다.
2, 전류 서지를 방지하는 다이오드의 핵심 기술 원리
1. 과도 전압 억제(TVS): 나노초 수준의 응답을 제공하는 "안전 밸브"
TVS 다이오드는 비선형 볼트 전류 특성을 통해 전압이 항복 전압(Vbr)을 초과할 때 빠르게 전도되어 과전압을 안전한 범위로 고정합니다. 응답 시간은 1ps 정도로 낮아 낙뢰 및 ESD와 같은 과도 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있습니다. 예를 들어 산소 포화도 측정기의 LED 드라이버 회로에서 양방향 TVS 다이오드(예: SMAJ5.0A)는 양극 및 음극 전압 스파이크를 동시에 억제하여 정전기 충격으로부터 포토다이오드를 보호할 수 있습니다.

2. 역복구 기능 최적화: 스위치 노이즈 제거
FRD(고속 복구 다이오드) 및 쇼트키 다이오드는 역 복구 시간(TRR)을 단축하여 고주파수 스위칭 전원 공급 장치의 전압 링잉을 줄입니다.{0}} 예를 들어 ECG 획득 회로의 DC-DC 변환기에서 MBR30200PT 쇼트키 다이오드(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. 전류 제한 보호: 소프트 스타트 및 열 관리
NTC 서미스터를 전원 입력 단자와 직렬로 연결하고 저온 고저항 값(예: 25도에서 5D-9 모델의 경우 5Ω)을 사용하여 전원을 켤 때 서지 전류를 제한합니다. 전류가 뜨거워지면 저항값이<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. 클램핑 및 전압 안정화: 민감한 회로 보호
제너 다이오드는 역항복 영역의 전압 불변성을 통해 생체전위 증폭기에 안정적인 기준 전압을 제공합니다. 예를 들어, AD8233 칩 시리즈는 전압 조정기 다이오드를 내부에 통합하여 ECG 신호 증폭 회로의 입력 전압 변동 범위를 ±20%에서 ±1%로 압축하여 심박수 감지의 정확성을 보장합니다.

3, 일반적인 응용 시나리오 및 솔루션
1. 광용적맥파측정(PPG) 센서 보호
산소농도측정기에는 적색 LED(660nm)와 적외선 LED(940nm)가 교대로 빛을 내고, 포토다이오드는 반사된 빛을 받아 전기신호로 변환한다. ESD 영향을 방지하려면 ± 8kV의 정전기 방전 에너지를 흡수할 수 있는 15V의 클램핑 전압을 사용하여 양방향 TVS 다이오드(예: P6SMB15CA)를 센서 인터페이스에 병렬로 연결해야 합니다. 동시에 쇼트키 다이오드(예: BAT54S)를 LED 구동 회로에 직렬로 연결하여 낮은 순방향 전압 강하(0.15V)를 활용하여 전력 소비를 줄이고 과도한 전류로 인한 LED 수명 저하를 방지합니다.

2. 심전도 생체전위 획득 회로 보호
ECG 전극이 피부에 닿으면 사람의 정전기로 인해 수천 볼트의 과도 전압이 발생할 수 있습니다. 전극 입력에서 TVS 다이오드(예: SMAJ12CA)를 병렬로 연결하면 전압을 12V 미만으로 고정하여 프리앰프(예: AD8221)가 손상되지 않도록 보호할 수 있습니다. 또한, 브리지 정류기 회로+NTC 서미스터 조합을 전원 입력단에 사용하여 주파 변동으로 인한 서지 전류를 억제하고 ECG 신호 획득의 안정성을 보장합니다.

3. 휴대용 장치 전원 관리
스마트 팔찌와 같은 휴대용 모니터에서는 배터리 충전 및 방전 회로가 일시적인 고전류 서지에 대처해야 합니다. 기존 실리콘 다이오드 대신 SiC 쇼트키 다이오드(예: C6D10065A)를 사용하면 역회복 시간이 0에 가까워 스위칭 손실을 60% 줄이고 100A의 과도 전류를 견딜 수 있어 배터리 과충전이나 단락으로 인한 하드웨어 손상을 방지할 수 있습니다. 또한 USB 충전 인터페이스에는 ESD 보호 다이오드(예: ESD5D150TA)가 통합되어 ±15kV 정전기를 방전하고 내부 충전 칩을 보호합니다.