Ce ar trebui remarcat în designul de aspect al diodelor dispozitivelor medicale?

1, identificarea polarității și designul de prevenire a erorilor
O diodă are conductivitate unidirecțională, iar inversarea polarității poate cauza un scurtcircuit sau arde dispozitivul. În echipamentele medicale, această eroare poate cauza defecțiuni ale echipamentului și chiar daune pacienților. Prin urmare, designul aspectului trebuie să respecte cu strictețe următoarele principii:

Marcare serigrafie: marcați clar catodul (K) sau electrodul negativ (-) în jurul corpului diodei, reprezentat în mod obișnuit de linii verticale, linii groase, marcaje de crestătură sau litera „K”. De exemplu, diodele cu montare la suprafață pot corespunde catozilor prin benzi de culoare sau caneluri.
Corespondența ambalajului: plăcuțele de ambalare PCB trebuie să fie clar distinse între catod/anod. De obicei, plăcuțele catodice sunt proiectate cu crestături, colțuri sau forme speciale pentru a evita erorile de sudare.
Uniformitatea direcției: același tip de diodă trebuie să mențină aceeași direcție (cum ar fi toți catozii orientați spre stânga/sus) pentru a reduce riscul erorilor de sudare.
Design anti-greșeală: pentru circuite critice sau situații predispuse la erori, designul asimetric al plăcuțelor poate fi utilizat pentru a preveni și mai mult inversarea polarității.
2, proiectarea disipării căldurii și managementul termic
În echipamentele medicale, diodele de putere (cum ar fi redresoarele și tuburile cu roată liberă) generează căldură semnificativă în timpul funcționării. Disiparea slabă a căldurii poate duce la defalcare termică sau la degradarea performanței. Designul aspectului trebuie să optimizeze disiparea căldurii din următoarele aspecte:

Apropierea sursei de disipare a căldurii: plasați dioda de putere lângă radiatorul sau zona foliei de cupru și utilizați conductori metalici pentru a conduce rapid căldura. De exemplu, în modulul de putere al dispozitivelor portabile cu ultrasunete, diodele cu carbură de siliciu sunt în contact strâns cu radiatorul prin intermediul plăcuțelor termice pentru a reduce temperatura joncțiunii.
Placare cu cupru cu suprafață mare: Conectați o suprafață mare de folie de cupru de împământare (plan GND) sau folie de cupru de putere la catodul și plăcuțele anodice ale diodei pentru a îmbunătăți capacitatea de disipare a căldurii. De exemplu, în circuitul de detectare a electrozilor unui electrocardiograf, mai multe straturi de folie de cupru sunt așezate sub placa de reglare a diodei de tensiune și conectate la stratul interior de disipare a căldurii prin canale.
Disiparea căldurii prin: aranjați dens disiparea căldurii prin găuri (diametru 0,3 mm, distanță de 0,5-1 mm) în zona în care sunt conectate folii mari de cupru, formând o cale de rezistență termică scăzută. De exemplu, în circuitul de conversie a puterii al echipamentelor portabile cu raze X, sub dioda cu carbură de siliciu este utilizată o rețea ca via matrice, reducând creșterea temperaturii cu 40%.
Stați departe de componentele sensibile la căldură: evitați plasarea diodelor de încălzire în imediata apropiere a componentelor sensibile la căldură, cum ar fi condensatoarele electrolitice și circuitele integrate de precizie, pentru a preveni degradarea performanței cauzată de stresul termic.
3, Izolarea electrică și cerințele de siguranță
Echipamentele medicale trebuie să îndeplinească standarde stricte de siguranță electrică (cum ar fi IEC 60601-1), iar diodele trebuie să asigure izolarea între zonele de înaltă și joasă tensiune pentru a preveni riscul de șoc electric.

Distanța de curgere și spațiul electric: trebuie menținută o distanță adecvată între pinii diodelor de-tensiune înaltă (cum ar fi cele de peste 600 V) și ale altor dispozitive/cablaje de-înaltă tensiune. De exemplu, în circuitul de-generare de înaltă tensiune al unui defibrilator, o distanță de fuga de cel puțin 2 mm este setată între diodă și condensator, iar rezistența izolației este mărită prin deschiderea ferestrelor.
Canelură de izolare și fereastră: între zonele de înaltă și joasă tensiune, ferestrele pot fi deschise sub stratul de mască de lipit (zonă fără cupru) și chiar și sloturi pot fi făcute pe PCB pentru a crește distanța de fuga. De exemplu, în modulul de putere al echipamentelor laser medicale, partea de înaltă tensiune și partea de joasă tensiune sunt complet separate prin fante de izolare.
Separarea la pământ de putere și la pământ de semnal: separați fizic împământul de alimentare (PGND) care transportă curenți de impuls mari de pământul de semnal (SGND) care necesită liniște și conectați-le într-un singur punct pentru a evita interferențele. De exemplu, în circuitul de achiziție a semnalului unui monitor portabil, firul de împământare al fotodiodei este conectat independent de masa de alimentare pentru a reduce cuplarea zgomotului.
4, suprimarea EMI și optimizarea-de înaltă frecvență
În echipamentele medicale, acțiunea de comutare de-frecvență înaltă a diodelor poate genera interferențe electromagnetice (EMI), afectând performanța echipamentului sau interferând cu alte dispozitive medicale. Designul aspectului trebuie să elimine EMI din următoarele aspecte:

Minimizați zona critică a buclei: compactați aspectul componentelor buclei de comutare de-frecvență înaltă, cum ar fi diode, tuburi de comutare, inductori/condensatori de stocare a energiei etc. și scurtați lungimea de rutare. De exemplu, în circuitele Buck/Boost, dioda cu roată liberă este plasată adiacent tranzistorului de comutare, formând un aspect triunghiular pentru a reduce zona buclei.
Controlul parametrilor paraziți: în aplicațiile de-frecvență înaltă, capacitatea parazită (Cj) și inductanța (Ls) ale diodelor pot cauza atenuarea sau soneria semnalului. Trebuie selectate diode de capacitate mică (cum ar fi diode Schottky), iar efectele de aglomerare curente ar trebui reduse prin optimizarea cablajului (cum ar fi colțurile de 45 de grade sau rotunjite).
Ecranare și filtrare: Izolarea la pământ sau rutarea diferențială este utilizată pentru liniile de semnal sensibile (cum ar fi I2C, SPI), iar la bornele de intrare/ieșire sunt adăugate granule de ferită sau condensatori de filtrare. De exemplu, în interfața de comunicare a contoarelor portabile de glucoză din sânge, diodele TVS sunt combinate cu inductori în mod comun pentru a suprima ESD și interferența condusă.
5, Aspect de protecție și design de fiabilitate
Echipamentul medical trebuie să aibă o fiabilitate ridicată, iar diodele ar trebui să ia în considerare măsuri de protecție, cum ar fi supratensiune, supracurent, ESD etc.:

Protecție la supratensiune: utilizați o diodă Zener sau o diodă TVS la intrarea de alimentare pentru a fixa tensiunea și a preveni ca vârfurile de tensiune să deterioreze circuitul secundar. De exemplu, în modulul de putere al unui concentrator portabil de oxigen, dioda TVS este conectată în paralel la capătul de intrare, cu un timp de răspuns mai mic de 1ps și poate rezista la descărcarea de contact de 8kV.
Protecție la supracurent: curentul este limitat de un rezistor în serie sau de o diodă de limitare a curentului pentru a preveni arderea diodei din cauza suprasarcinii. De exemplu, într-un circuit de driver de-diodă emițătoare de lumină (LED), un rezistor de limitare a curentului este conectat în serie cu LED-ul pentru a se asigura că curentul de funcționare se află într-un interval de siguranță.
Protecție ESD: Instalați diode ESD lângă interfețele de date (cum ar fi porturile USB și Ethernet) și urmați principiul „aproape de intrarea ESD”. De exemplu, în interfața USB a dispozitivelor portabile cu ultrasunete, distanța dintre dioda TVS și conector este mai mică de 3 cm, iar terminalul de masă este conectat la planul de masă prin mai multe căi, rezultând o scădere de 15V a tensiunii de prindere.
6, Optimizarea aspectului pentru scenarii de aplicații speciale
Pentru nevoile speciale ale echipamentelor medicale, aspectul diodei trebuie optimizat în continuare:

Design flexibil de circuit: În dispozitivele medicale care pot fi purtate, cum ar fi pansamentele inteligente, diodele trebuie conectate prin cabluri de alimentare flexibile pentru a se adapta la deformarea dispozitivului. De exemplu, diodele emițătoare de lumină-sunt conectate la substraturile senzorilor prin PCB-uri flexibile și chiar dacă grosimea pansamentului se modifică, LED-urile pot fi aranjate stabil pe suprafață pentru a evita comprimarea zonei afectate a pacientului.
Design cu putere redusă: în dispozitivele portabile, alegeți diode cu curent de scurgere scăzut (cum ar fi diodele de recuperare ultrarapidă) pentru a reduce consumul de energie statică. De exemplu, în circuitul de achiziție de semnal al monitoarelor portabile de electrocardiogramă, fotodiodele sunt proiectate cu un curent de întuneric scăzut și sunt asociate cu amplificatoare operaționale cu zgomot redus-pentru a îmbunătăți raportul semnal-la-zgomot.
Integrare de înaltă densitate: în microdispozitive medicale, cum ar fi senzorii implantabili, diode miniaturizate ambalate (cum ar fi DFN, SOD-123) sunt folosite pentru a economisi spațiu. De exemplu, în circuitul de management al puterii al stimulatoarelor neuronale, diodele cu carbură de siliciu sunt ambalate în DFN, ceea ce reduce suprafața cu 80% față de ambalajul tradițional TO-220.