В настоящее время одной из основных тенденций, способствующих росту портативных и беспроводных медицинских устройств, является уход за пациентами, что является, в частности, постепенным использованием систем телемониторинга в домах пациентов. Основная причина этого развития в основном является результатом Экономические соображения, потому что это просто непозволительно дорого, чтобы позволить пациентам госпитализироваться для наблюдения и лечения, и в результате многие из этих переносных электронных систем мониторинга должны включать радиочастотный передатчик, чтобы любые данные, полученные от пациента, могли быть направлены обратно Передайте систему мониторинга больницы для последующего анализа и анализа компетентным врачом.
В свете вышеизложенного сценария разумно предположить, что стоимость предоставления подходящего домашнего медицинского устройства пациенту намного меньше, чем стоимость выезда пациента из больницы, но наиболее важным является то, что устройство, которое будет использоваться пациентом, должно иметь Надежные и простые в использовании функции, производители и разработчики этих продуктов должны гарантировать, что они могут беспрепятственно работать на нескольких источниках питания и обеспечивать высокую надежность в беспроводных передачах данных, собранных у пациентов Это требует от дизайнеров обеспечения надежной, гибкой, малой и эффективной архитектуры управления энергопотреблением.
Высокая эффективность переключения регулятора
Для многих применений в медицинских электронных системах требуется непрерывное питание даже в случае прерывания питания от сети переменного тока, поэтому одним из ключевых требований является достижение низкого тока покоя для продления срока службы батареи. Таким образом, с 2010 года производство ИС Поставщики выпускают переключающие регуляторы с резервным током покоя менее 30 мкА. Фактически, некоторые из недавно выпущенных продуктов Linear уменьшили это до 2,5 мкА, поэтому эти продукты полностью оснащены резервной мощностью, обеспечиваемой батареей Условия использования в медицинской системе.
Хотя переключающие регуляторы создают больше шума, чем линейные регуляторы, их руководящие принципы эффективности намного превосходят последние, и было продемонстрировано, что во многих чувствительных приложениях, пока импульсный источник питания работает предсказуемым образом, Уровни шума и EMI контролируются. Если коммутационный регулятор выполняет переключение на фиксированной частоте в нормальном режиме, а края импульсов переключения чисты и предсказуемы, нет перерегулирования или высокочастотного звонка, и EMI можно минимизировать Малый размер упаковки и высокая рабочая частота могут обеспечить тонкую компоновку, тем самым минимизируя излучение EMI. Кроме того, если регулятор можно использовать в сочетании с керамическими конденсаторами с низким ЭПР, то вы можете минимизировать вход и выход Напряжение пульсации, и эти рябь являются дополнительными источниками шума в системе.
Многие многофункциональные пациенты, контролирующие медицинские устройства, увеличивают количество рельсов питания, а рабочее напряжение продолжает снижаться. Однако многие из этих систем по-прежнему нуждаются в широком диапазоне напряжений от 1.xV до 8.xV для двигателя, Маломощные датчики, память, ядро микроконтроллера, схемы ввода / вывода и логики.
Традиционно, эти рельсы были обеспечены либо понижающим переключающим регулятором, либо регулятором с низким выпадением. Однако для тех конфигураций, которые также включают резервную батарею в системе для работы в случае сбоев в работе сети, такие ИС не имеют Таким образом, когда конвертер buck-boost (который может увеличивать или уменьшать напряжение), он сможет полностью использовать диапазон батарей, что увеличивает рабочий запас и продлевает время работы от батареи, Потому что доступно больше времени автономной работы, особенно когда он находится вблизи нижнего конца кривой разряда.
Медицинские требования к DC / DC
Напротив, преобразователи постоянного / постоянного тока, используемые в переносных медицинских приборах, которые также могут поставляться с основной батареей, должны иметь следующие характеристики:
Динамическая архитектура DC / DC с широким диапазоном входного напряжения для регулирования VOUT при использовании нескольких источников питания от батарей и связанных диапазонов напряжения
2. Сверхнизкий ток покоя как в рабочем режиме, так и в режиме выключения, чтобы продлить время работы батареи
3. Может эффективно подавать напряжение на шине системы
4. Функция ограничения тока для уменьшения пускового тока для защиты аккумулятора
5. Решение. Малая занимаемая площадь, малый вес, плоская форма.
6. Расширенная упаковка для улучшения тепловой и космической эффективности
Может удовлетворить вышеуказанные требования нового источника питания IC обеспечивается Linear Technology LTC3119., Который синхронным текущим режим понижающего преобразователя монокристалл, в режиме понижающего до 5A непрерывного вывода из нескольких источников входного сигнала, чтобы обеспечить тока, источник входного сигнала содержит один или несколько элементный аккумулятор, нерегулируемый адаптер переменного тока, и панель солнечных батарей и супер конденсатор. После активации, диапазон входного напряжения 2.5В до 18В сборки будет распространяться на 250 мВ. входы выше, низкое На выходе или равном выходному напряжению выходное напряжение стабильно, а выходное напряжение программируется от 0,8 В до 18 В. Операция выбора серийного режима пользователя уменьшает ток покоя только на 31 мкА, повышает эффективность света нагрузки, при увеличении времени работы батареи. Собственнические четвертые переключающих ШИЕ понижающих топологии LTC3119 используются, чтобы обеспечить низкий уровень шума, без помех переключения во всех режимах работы, что делает его очень подходящим для применения силы и чувствительного к шуму РФ Кроме того, модуль также включает в себя программируемую функцию управления мощностью (MPPC) для обеспечения максимальной мощности от источника питания с высоким выходным сопротивлением, такого как фотоэлектрические элементы. Подробнее упрощенная схема сборки.
Рисунок 1 Высокая степень интеграции и высокопроизводительные периферийные цепи LTC3119 и эффективность.
LTC3119 содержит четыре внутренних низкого Rdson N канал МОП-транзистор, обеспечивая КПД до 95%. Пакетный режим работы может быть отключена, чтобы обеспечить непрерывный малошумящий переключения. С помощью внутреннего или внешнего программирования PLL синхронизации частоты позволяет 400 кГц широкий 2MHz, что позволяет получить компромисс между эффективностью преобразования и размером решения. Другие функции включают защиту от короткого замыкания, защиту от тепловой перегрузки, ток выключения ниже 3 мкА и индикатор питания. внешние компоненты, диапазон рабочего напряжения широкий, имеет прекрасный небольшой пакет, ток покоя очень мала, так что она пригодна подача ВЧ-мощность, большой ток приложения импульса нагрузки, резервные системы питания, и даже система преобразования, связанные 12V свинцово-кислотные батареи.
Многие переносные медицинские системы требуют наличия нескольких источников входного сигнала, включая одно- или многокамерные конфигурации, адаптеры переменного тока и банки суперконденсаторов.
Большие возможности возникли при разработке многих медицинских систем с батарейным питанием или с батареей, в то время как системные дизайнеры сталкиваются с трудностями при выборе правильного решения для преобразования энергии для достижения ключевых целей разработки , Эти цели проектирования включают в себя соблюдение предельных уровней напряжения ввода-вывода, правильные уровни мощности и простоту проектирования без ущерба для эффективности, времени безотказной работы и соответствия требованиям радиационного регулирования и размерам решения.
Проектирование решения, которое соответствует целям системы без ущерба для производительности, является сложной задачей. Вдобавок, все больше и больше решений для конвертеров Buck-Boost эффективно работают в широком диапазоне нагрузок, Это упрощает дизайн, предлагает лучшие в своем классе характеристики и максимально увеличивает время работы между циклами зарядки аккумулятора.