Sut i atal mellt ac ymchwyddiadau mewn deuodau TVS mewn offer meddygol?

一, Mae bygythiad mellt yn taro ac ymchwydd i offer meddygol
Mae mellt yn taro yn bygwth offer meddygol mewn dwy ffordd:

Streic mellt uniongyrchol: Mae mellt yn taro adeiladau neu gaeau offer, gan achosi cynnydd sydyn mewn potensial daear, creu gwahaniaeth posibl, a difrodi insiwleiddio offer;
Trawiad mellt a achosir: Mae corbys electromagnetig mellt yn ymosod ar offer trwy linellau pŵer, llinellau signal, neu gyplu gofodol, gan gynhyrchu pigau foltedd uchel dros dro a niweidio cydrannau electronig sensitif.
Mae offer meddygol yn hynod sensitif i amrywiadau foltedd. Er enghraifft, mae angen foltedd uchel DC sefydlog ar y tiwb pelydr-X o sganiwr CT, tra bod cylched caffael signal electrocardiograff yn dibynnu ar gyflenwad pŵer DC sŵn isel. Gall gorfoltedd dros dro achosi methiant offer, colli data, a hyd yn oed trychinebau eilaidd fel tanau. Yn ôl yr ystadegau, mae 80% o achosion difrod offer meddygol a achosir gan fellten ledled y byd bob blwyddyn yn gysylltiedig ag ymchwydd ymwthiad i linellau pŵer neu signal.

2, Yr egwyddor dechnegol a manteision craidd deuodau TVS
Mae deuod TVS yn ddyfais lled-ddargludyddion sy'n seiliedig ar effaith chwalu eirlithriad cyffordd PN, a'i swyddogaeth graidd yw:

Ymateb dros dro: Pan fydd y foltedd yn fwy na'r foltedd chwalu (VBR), mae'r TVS yn trawsnewid o gyflwr gwrthiant uchel i gyflwr gwrthiant isel o fewn 1 nanosecond, gan ffurfio llwybr dargludol;
Clampio manwl gywir: O dan weithred cerrynt pwls brig (IPP), clampiwch y foltedd ar y foltedd clampio uchaf (Vc) i sicrhau bod foltedd y gylched ddilynol yn is na'r trothwy diogelwch;
Adferiad awtomatig: Ar ôl i'r ymchwydd ddiflannu, mae'r TVS yn dychwelyd yn awtomatig i gyflwr rhwystriant uchel heb ymyrraeth â llaw a gellir ei ailddefnyddio.
O'i gymharu â dyfeisiau amddiffynnol traddodiadol fel MOV a GDT, mae gan TVS y manteision canlynol:

Cyflymder ymateb hynod o gyflym: mae angen cronni thermol ar MOV i'w gynnal, mae angen amser ionization nwy ar GDT, ac mae amser ymateb TVS yn cyrraedd lefel picosecond;
Foltedd clampio isel: Gall gwrthiant deinamig TVS fod mor isel â 0.1 Ω, ac mae'r foltedd gweddilliol (Vc) yn sylweddol is na MOV;
Maint cryno: Mae gan Surface mount TVS (fel cyfres SMAJ) gyfaint o ddim ond 0.1 centimetr ciwbig, sy'n addas ar gyfer dyfeisiau meddygol cryno;
Hyd oes hir: Gall wrthsefyll cannoedd o effeithiau ymchwydd, tra bod MOVs yn profi dirywiad perfformiad sylweddol ar ôl effeithiau lluosog.
3, Cymwysiadau nodweddiadol deuodau TVS mewn offer meddygol
1. Power amddiffyn modiwl
Mae angen i fodiwl pŵer offer meddygol drosi'r prif gyflenwad pŵer (220V / 50Hz) yn foltedd DC sefydlog. Mae'r deuod TVS yn trosi pŵer AC yn bŵer DC curiadus trwy gylched unionydd pont a chynhwysydd hidlo, ac yna'n allbynnu foltedd llyfn ar ôl cael ei glampio gan y TVS. Er enghraifft, mae modiwl pŵer peiriant haemodialysis penodol yn defnyddio pedwar deuod unionydd silicon 1N5408 i ffurfio cylched unionydd, ac mae wedi'i gysylltu ochr yn ochr â SMAJ5.0CA TVS (Vc=6.5V) i amddiffyn y trawsnewidydd DC/DC cefn. Pan fydd mellt yn taro yn achosi i'r foltedd mewnbwn gynyddu'n sydyn i 300V, mae'r TVS yn dargludo o fewn 10ns, gan glampio'r foltedd i 6.5V i osgoi difrod i'r trawsnewidydd.

2. amddiffyn llinell signal
Mae llinellau signal offer meddygol, megis llinell caffael signal electrocardiogram electrocardiograff a llinell signal stiliwr dyfais ddiagnostig uwchsain, yn sensitif i sŵn. Mae deuodau TVS wedi'u cynllunio gyda chynhwysedd isel (fel cynhwysedd cyffordd LCESeries o 0.5pF yn unig) i atal ymchwyddiadau tra'n lleihau afluniad signal. Er enghraifft, mae peiriant electrocardiogram 12 plwm yn defnyddio deuod cyfyngu math BAS70-04 (Vc=7V) i amddiffyn pen mewnbwn y signal electrocardiogram. Pan fydd foltedd y signal yn fwy na ± 7V, mae TVS yn dargludo, gan gyfyngu ar y foltedd o fewn ystod ddiogel a sicrhau bod cymhareb signal-i-sŵn (SNR) y tonffurf electrocardiogram yn fwy na neu'n hafal i 60dB.

3. cyfathrebu amddiffyn rhyngwyneb
Rhaid i ryngwynebau cyfathrebu offer meddygol, megis bws RS-485 a CAN, fodloni gofynion cydweddoldeb electromagnetig (EMC). Mae deuodau TVS yn amddiffyn llinellau signal gwahaniaethol trwy gyfluniad deugyfeiriadol. Er enghraifft, mae rhyngwyneb cyfathrebu RS-485 golau di-gysgod mewn ystafell weithredu benodol yn defnyddio SR05-4 TVS deugyfeiriadol (Vc=10V). Pan fydd y foltedd a achosir gan fellt yn cael ei drosglwyddo ar hyd y pâr troellog, mae'r GDT (tiwb rhyddhau nwy) yn dargludo ac yn chwyddo'r cerrynt yn gyntaf, ac mae'r ymyl codi cyflym gweddilliol yn cael ei ddal a'i glampio i lai na 10V gan y TVS o fewn 1ns i sicrhau cyfathrebu di-dor.

4, Pwyntiau dethol a dylunio deuodau TVS
1. Dewis paramedrau allweddol
Voltedd Toriad Gwrthdroi (VRMM): Dylai fod ychydig yn uwch na foltedd gweithredu arferol y gylched warchodedig. Er enghraifft, dylai cylched cyflenwad pŵer 12V ddewis setiau teledu gyda VRMM=14V;
Foltedd torri i lawr (VBR): fel arfer 1.1-1.2 gwaith yn fwy na VRMM, gan sicrhau nad oes unrhyw gamweithrediad yn ystod amrywiadau foltedd arferol;
Uchafswm foltedd clampio (Vc): rhaid iddo fod yn is na'r uchafswm absoliwt gwrthsefyll foltedd y gylched ddilynol. Er enghraifft, mae porthladd IO wrthsefyll foltedd MCU 3.3V yn 5.5V, a dylai Vc TVS fod yn Llai na neu'n hafal i 4.5V;
Cyfredol Pwls Brig (IPP): Mae angen ei ddewis yn unol â safonau profi ymchwydd (fel IEC 61000-4-5 Lefel 4). Er enghraifft, yn wyneb profion ymchwydd ± 4kV, mae angen dewis TVS gyda IPP Mwy na neu'n hafal i 1500W;
Cynhwysedd cyffordd (Cj): Dylid dewis setiau teledu cynhwysedd isel (fel cynhwysedd cyffordd SACSeries Llai na neu'n hafal i 0.3pF) ar gyfer llinellau signal cyflymder uchel er mwyn osgoi ystumio signal.
2. Dyluniad amddiffyn aml-lefel
Mae offer meddygol fel arfer yn mabwysiadu cynllun diogelu tair lefel o "hidlo GDT+TVS+":

Lefel gyntaf (GDT): yn gyfrifol am dros 90% o ryddhau ynni, gyda gwrthiant pwysedd uchel a llif cerrynt mawr, ond ymateb araf;
Lefel 2 (TVS): Ymateb cyflym i pigau gweddilliol, clampio manwl gywir i ystod dderbyniol IC;
Trydedd lefel (hidlo): Defnyddir hidlydd math π - sy'n cynnwys gleiniau magnetig a chynwysorau ceramig i atal -sŵn amledd uchel.
Dylid cynnal pellter ymgripiad digonol (mwy na neu'n hafal i 2mm) rhwng gwahanol lefelau er mwyn osgoi dadansoddiad foltedd uchel o arwyneb y PCB.

3. gosodiad a optimeiddio afradu gwres
Trefnwch ger mynedfa'r cysylltydd: lleihau anwythiad parasitig y gwifrau. Am bob cynnydd o 1nH mewn anwythiad, bydd gostyngiad mewn foltedd ychwanegol yn cael ei gynhyrchu o dan ymchwyddiadau di/dt uchel;
Tir amddiffyn cysylltiad copr ardal fawr (PGND): Argymhellir cael lled gwifrau o Fwy na neu'n hafal i 20mil er mwyn osgoi ceryntau ymchwydd sy'n mynd trwy'r awyren ddaear ddigidol;
Dyluniad afradu gwres: Dylid ychwanegu gwasgariad gwres trwy arae o dan setiau teledu pŵer uchel (fel deunydd pacio SMC, DO-201), a dylid defnyddio saim silicon dargludol thermol os oes angen.