个人医疗终端需要良好的电源设计

2021-11-08

便携式和无线医疗仪器依赖于低功率操作,但是,与许多其他低功率应用不同,这些类型的医疗产品通常具有更高的可靠性、运行时间和稳健性标准。大部分负担落在电力系统及其组件上。医疗产品必须正常运行并在各种电源(例如交流电源插座、备用电池甚至环境能源)之间无缝切换。此外,必须采取大量措施来防止和容忍各种故障条件,最大限度地延长电池供电时的运行时间,并确保在存在有效电源时正常系统运行是可靠的。

当前推动便携式和无线医疗仪器增长的主要趋势之一是患者护理。具体来说,这是在患者家中更多地使用远程监控系统。这种趋势的主要原因是,将患者长时间留在医院的费用可能变得过高。

因此,许多便携式电子监护系统必须包含RF发射器,以便从患者监护系统收集的任何数据都可以很容易地直接发送回医院内的监控系统,稍后可以由医生或顾问。

患者在家中使用的设备不仅要可靠而且要坚固,这一点非常重要。因此,这些产品的制造商和设计者必须确保它们可以从多个电源(包括备用电源)无缝运行,并具有从患者采集的数据的高可靠性,以及99.999%的无线数据传输完整性 这要求系统设计人员确保所使用的电源管理架构不仅稳健、灵活,而且高效。

幸运的是,有许多模拟半导体公司专注于通过推出新产品来解决这些问题。由于医疗电子系统中有许多应用需要即使在主电源中断时也能持续供电;一个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小于10μA的开关稳压器。

事实上,一些以电池和能量收集作为主要电源的组合运行的新系统要求它们的静态电流在个位数微安范围内,这是在此类家用 患者医疗电子系统中采用的必要先决条件。

虽然开关稳压器比线性稳压器产生更多的噪声,但它们的效率要高得多。事实证明,只要切换器的行为可预测,噪声和EMI水平在许多敏感应用中是可控的。如果开关稳压器在正常模式下以恒定频率开关,并且开关边缘干净且可预测,没有过冲或高频振铃,则 EMI会最小化。

小封装尺寸和高工作频率可以提供小而紧凑的布局,从而最大限度地减少EMI辐射。

此外,如果稳压器可以与低ESR陶瓷电容器一起使用,输入和输出电压纹波都可以最小化,这是系统中的额外噪声源。

当今功能丰富的患者监护医疗设备中的电源轨数量有所增加,而工作电压却在不断降低。尽管如此,其中许多系统仍然需要3V3.3V 3.6V电源轨来为低功耗传感器、存储器、微控制器内核、I/O和逻辑电路供电。此外,由于它们的操作有时很关键,因此如果设备的主电源出现故障,它们中的许多都有电池备份系统。

传统上,它们的电压轨由降压开关稳压器或低压降稳压器提供。

然而,这些类型的IC没有充分利用电池的全部工作范围,从而缩短了设备的潜在电池运行时间。

因此,当使用降压-升压转换器(它可以升高或降低电压)时,它将允许利用电池的整个工作范围。这增加了操作裕度并延长了电池运行时间,因为电池的使用寿命更长,尤其是当它接近其放电曲线的低端时。

很明显,任何满足原电池系统应用要求以及DC-DC转换器设备都应该具有这些关键特性。

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

超低静态电流,无论是在工作模式还是关机模式,以增加电池运行时间

能够有效地为系统导轨供电

能够准确计算库仑而不会显着影响IC静态电流(电池消耗),以确定剩余的电池充电状态

用于衰减浪涌电流从而保护电池的电流限制

体积小、重量轻、外形小巧的解决方案占地面积

先进封装可提高热性能和空间效率