电源管理在不同的医疗保健领域的应用

不一样的医疗保健运用对电源办理解决方案的需求不尽相同。就电源办理而言,医疗保健是一个十分有意思的商场范畴。尽管医疗保健商品的规划周期十分长,高等级的立异仍是不断激发了对医疗保健电子商品的需求。这些立异商品不只替代了旧有设备,还在新的商场和运用中运用,而数年前尚不存在这些运用范畴。这篇文章将评论四个不一样的医疗保健运用范畴。它们是家庭医疗保健、仪器仪表、患者监护和成像运用。

  家庭医疗保健

  在家庭医疗保健方面存在许多的规划实习。全球规模内的老龄化压力、经济力量的添加以及技能立异为家庭医疗保健范畴带来了许多全新运用。对患者而言,带来的优点包含:更高的灵活性、十分好的效劳以及与医师见面的次数更少。尽管家庭医疗保健商场早已存在,但近来才涌现出面向花费者且越来越领先的解决方案。这类解决方案的示例有:运动监护仪、血压监护仪以及心率监护仪。别的,便携式血液剖析仪和脉息血氧仪系统也进入了当今家庭医疗保健范畴。

  从电源办理的视点动身,所有这些系统都因为必要的便携性而对集成度的需求较高。关于真实便携的商品而言,它们将选用电池供电,因而需求系统具有高电源功率。在这类运用中,较低的功耗可延长设备的作业时间而无需充电或替换电池。结尾,本钱也是个很重要的参数。尽管在某些其它医疗保健运用中,电源办理解决方案的本钱可以不是要害参数,但在家庭医疗保健中它十分重要。本钱束缚对当今的花费电子商场影响深远。

  选用锂离子充电电池系统的电源链。该电源架构确保电路的某些有些可以经过负载开关封闭(如ADP190),而另一有些为实时时钟(RTC)供电的电路则一直敞开(如 ADP160)。敞开时,ADP190具有低于2?A的接地电流,而ADP160在空载时仅耗费大概560nA电源电流。该特性使电池的持久放电坚持在最低水平。ADP2140是一款高度集成的降压开关调节器,集成线性调节器。这款电源办理单元可节约空间和本钱。

  某些仅供短期运用的低本钱便携式医疗保健系统可以会环绕不行充电的碱性电池而规划。 比较常见的双电池规划,运用单颗电池将在分量和本钱方面更有优势。单颗碱性电池系统面对的难题是电池电压规模仅为0.8 V至1.5 V.为了对电子设备供电,有必要选用能以高能效处置低输入电压的升压调节器。图2显现选用ADP1607作为第一步电源变换的这类运用。该电路能发生 3.3V电压,满意大有些系统需求。

  仪器仪表

  仪器仪表方面的示例运用有:血液剖析仪、透析仪和临床确诊设备。仪器仪表设备一般为非便携式。这类运用对电源办理的需求不如家庭医疗保健有些评论的那样受许多要素约束。在仪器仪表范畴,一般能取得更多的电能,因而对电源功率的需求并不严厉。尽管高集成度无疑对系统有协助,但这并非首要思考要素。大多数情况下,关于仪器仪表运用而言重要的是低噪声功用。 开关调节器和线性调节器有必要具有极低的噪声,才干进行精度极高的丈量。一般选用银盒型的AC-DC电源发生一个或多个中心电压。随后,这些电轨用于发生更低的电压。

  图3显现的是一个微型PMU(电源办理单元)。 它是一款ADP5050器材,选用来自AC-DC电源的12V电轨供电。该PMU集成四个开关调节器以及一个线性调节器。尽管体积紧凑,但它集成了许多必要的功用。 对单个降压调节器的开关频率一起进行同步和相移处置,以便最大程度降低输入线路上的噪声,并撑持选用小数值输入电容。一个共同的特性是可以使两个开关调节器以别的两个调节器开关频率的一半运转。这样可以坚持一个可猜测的低EMI曲线,一起答应低功率电轨以较高的开关频率作业,并在高功率电轨上运用较低的开关频率以取得尽可以高的功率。

  结尾很重要的一点是,供给I2C接口,可动态改动输出电压、查看芯片温度、设置不一样通道的相移、电源杰出指示,并使能单个通道。 这些功用有助于智能仪器仪表系统监督和操控电源办理功用。

  患者监护

  此类系统都归于临床系统。它们用于丈量血压,但也可用在心电图(ECG)和脉息血氧仪系统中。这类电源办理一般选用线路供电,因而只要能处置好散热,能效就不是个大疑问。真实重要的是可靠性、出于安全意图的电流阻隔以及低噪声。为了添加可靠性,有时供给备用电池。当患者转移到不一样的医院时,备用电池有助于供给不间断的生命体征监护。

  阻隔需求契合最严厉的医疗安全规范,即IEC 60601-1.选用iCouplers技能的数字阻隔器正替代光耦合器而不影响阻隔完整性。这一趋势的优势是防止光耦合器的老化效应以取得长时间稳定性,一起以单封装供给不一样的半导体功用,如USB、I2C和电源办理开关调节器。这些器材供给加强绝缘功用,可以承受IEC 60747-5-5规范规则的10kV浪涌。iCoupler商品选用芯片级变压器,与光耦合器和根据电容的数字阻隔器比较具有十分鲁棒的共模瞬变抗扰度。

  图4显现理性阻隔概念。阻隔栅两边各有一个电感,由聚酰亚胺、二氧化硅(SiO2)或相似的阻隔资料组成。

  成像运用

  这类运用由来已久。 在成像范畴所取得的前进是真实令人拍案叫绝的。 该商品团队包含超声、CT(计算机断层扫描)、数字X射线、MRI(磁共振成像)和PET(正电子发射断层扫描)。在电源办理方面有两个趋势。比如MRI 和PET等大型系统极为耗电,需求用到许多分布式电源。这些电源需求具有必定的功率以便散热杰出。

  在成像运用中,极有可以任何类型的系统噪声(包含开关噪声乃至LDO输出电压噪声)都会出现在结尾图画中。这可以是图画中常见的差错线,但有时也可在对比度、颜色或灰度水平中看到图画质量有所降低。

  电源可以会影响图画检测或图画显现电路。若在成像系统中两者都受影响,则图画质量将变得无法承受。有些医疗成像设备制造商曾经运用电源办理模块,但结尾抛弃了。尽管在原则上这些制造商能取得参数规范有确保的商品,但实践的EMI体现无法得到确保。对电源模块的出产过程做出最细微的改动都可以发生图画质量方面的疑问。为取得等级更高的操控,十分好的做法可以是完全由医疗保健成像规划公司开发分立式电源规划并进行出产。

  定论

  在医疗保健运用中,不一样运用范畴对电源办理的需求可以极为不一样。咱们评论了各个范畴中特定解决方案的需求。在家庭医疗保健范畴,许多解决方案根据 ASSP(专用规范商品),乃至根据ASIC(专用集成电路)。少数运用可选用规范现成电源办理单元。在仪器仪表、患者监护和成像运用范畴,电源办理解决方案将对于超高精度信号途径元器材进一步优化,并担任重要人物。

 


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