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适用于电池供电医疗仪器的先进转换器

时间:2021-01-07 来源:计量校准点击:次

适用于电池供电医疗仪器的先进转换器

　　低功耗、高精度的元器件推动了便携式、无线医疗仪器的快速增长。然而，与许多其他应用不同，这种医疗产品的可靠性、运行时间和鲁棒性标准通常要高得多。这个高标准带来的负担大部分落在供电系统及其部件上。医疗产品在由各种电源供电时必须正确运行，并在这些电源之间无缝切换，如交流电源、备用电池，甚至收集的环境能量。另外，一定要尽力保护医疗产品的安全，避免因各种故障造成的损坏，使其对各种故障有一定的容忍度。使用电池供电时，应最大限度地延长医疗设备的运行时间，只要有有效的电源，系统就能正常可靠地运行。

　　目前，推动便携式和无线医疗仪器发展的主要趋势之一是患者护理，尤其是远程监控系统在患者家中的使用越来越多。本质上，在患者家中使用远程监控系统的主要动机纯粹是出于经济原因，因为患者的住院费用高得令人望而却步。因此，许多便携式电子监护系统必须包含射频发射器，以便从患者监护系统收集的数据可以方便地直接发送到医院的监护系统，供主管医生稍后咨询和分析。

　　鉴于上述情况，可以合理地假设，提供合适的医疗器械给患者在家中使用，比让患者在医院使用这些医疗器械要便宜。但非常重要的是，患者使用的设备不仅可靠，而且安全！因此，制造商和设计人员必须确保这类医疗产品能够与各种电源(包括备用电源)无缝运行，确保采集的患者数据具有较高的可靠性，并确保无线数据传输器具有99.999%的完整性。这要求系统设计人员确保所使用的电源管理架构不仅健壮灵活，而且紧凑高效。这样既能满足医院的需求，又能满足患者的需求。

　　幸运的是，一些计量校准模拟器件公司专注于产品创新和技术专长，并为这些问题提供解决方案。因为在医疗电子系统中有很多应用需要持续供电，即使交流供电系统中断，关键要求是低静态电流以延长电池寿命。因此，通常需要待机静态电流低于10mA的开关调节器。事实上，一些新系统使用电池和能量收集系统作为其主要电源。这些系统要求静态电流在几微安的范围内，甚至在某些情况下在几纳安的范围内。对于开关调节器来说，低静态电流是一个必要的先决条件，如果它们想被用于这类病人“在家里使用”的医疗电子系统。

　　虽然开关调节器比线性调节器产生更多噪声，但开关调节器效率更高。在许多敏感应用中，只要开关行为是可预测的，噪声和电磁干扰水平是可以控制的，这一点已经得到了证明。如果开关调节器在正常工作模式下以恒定频率切换，并且切换波形的边缘干净且可预测，没有过冲或高频振铃，则可以最小化电磁干扰。如果封装尺寸小，工作频率高，可以形成小而紧凑的布局，也可以最大限度地减少电磁干扰的发射。此外，如果调节器可以与低ESR陶瓷电容配合使用，输入和输出电压纹波可以降至最低，这也是系统中的一个额外噪声源。

　　在当今的功能性患者监护医疗设备中，供电轨的数量在增加，工作电压在降低。然而，这些系统中的许多仍然需要3V、3.3V或3.6V的电压轨来为低功率传感器、存储器、微控制器核心、I/O和逻辑电路供电。此外，由于保持这类设备的正常运行非常重要，许多设备都有备用电池系统，以防设备的主电源中断。

　　传统上，降压开关调节器或低压差调节器为此类器件提供电压轨。但这种IC无法利用电池的整个工作范围，从而缩短了设备电池的潜在工作时间。当使用降压升压转换器(可以升高或降低电压)时，可以利用电池的整个工作范围。这延长了可用电池的寿命，从而提高了工作裕度并延长了电池的工作时间，尤其是在放电曲线的下端附近工作时。

　　显然，为了满足主电池系统的应用要求并解决上述相关问题，任何DC/DC转换器解决方案都应该具有以下特征：

　　降压-升压DC/DC架构，具有宽输入电压范围，可通过各种电池供电电源及其相关电压范围调节输出电压

　　工作模式下超低静态电流，关机延长电池运行时间

　　可以高效地向系统电压轨供电

　　库仑计数可以在不显著影响集成电路静态电流(功耗)的情况下准确进行，以确定剩余电池充电状态

　　限流以减弱浪涌电流并保护电池安全

　　板面的小型、轻质和扁平解决方案

　　先进的封装提高了散热性能和空间利用率