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适用于电池供电医疗仪器的先进转换器

低功率、高精度组件已经促使便携式和无线医疗仪器出现了快速增长。不过,与其他很多应用不同,这类医疗产品的可靠性、运行时间和坚固性标准一般会高得

低功率、高精度组件现已促进便携式和无线医疗仪器呈现了快速添加。不过,与其他许多运用不同,这类医疗产品的牢靠性、运转时刻和巩固性规范一般会高得多。这种高规范带来的担负大部分落在了电源体系及其组件身上。医疗产品有必要在各种电源供电时正确运转,并在这些电源之间无缝切换,例如 AC 电源、备份电池、乃至搜集的环境动力。此外,有必要尽心竭力地维护医疗产品的安全,避免因各种毛病而损坏,并使其对各种毛病状况有必定的承受能力。在选用电池供电时,要能够最大极限延伸医疗设备运转时刻,并且不管何时,只需存在有用电源,体系就能正常、牢靠地运转。

现在促进便携式和无线医疗仪器添加的首要趋势之一是患者护理,尤其是越来越多地在患者家中运用长途监督体系。从本质上看,在患者家中运用长途监督体系的首要动力纯粹是出于经济原因,由于让患者住院的本钱真实高得令人望而生畏。为此,许多便携式电子监督体系有必要归入 RF 发送器,这样从患者监督体系搜集的数据就能够方便地直接发送到医院内的督查体系中,以供主管医师稍后查阅和剖析。

考虑到上述状况,能够合理假定,供给适宜的医疗仪器供患者在家中运用与让患者住院运用这些医疗仪器比较,前者本钱更低。不过,十分重要的是,患者运用的设备不只需牢靠,还要安全!因而,制造商和规划师有必要保证,这类医疗产品能够无缝地用多种电源运转 (包含备份电源),并保证所搜集的患者数据有很高的牢靠性,以及保证无线数据传送具 99.999% 的完整性。这就要求体系规划师保证所运用的电源办理架构不只巩固、灵敏,并且紧凑和高效。这样,才干一同满意医院和患者的需求。

走运的是,有一些模仿器材公司专心于产品创新和技能专长针,对这些问题供给了处理方案。由于在医疗电子体系中有许多运用需求接连供电,乃至在沟通供电体系中止时也有此需求,那么要害要求便是低静态电流以延伸电池寿数。因而,一般需求备用静态电流低于 10mA 的开关稳压器。实际上,有些新式体系结合运用电池和能量搜集体系作为其主电源,这类体系要求静态电流在几微安规模内,乃至在有些状况下要求在几纳安规模。对开关稳压器而言,要想用于这类患者“在家中运用”的医疗电子体系,低静态电流是必要的先决条件。

虽然开关稳压器发生的噪声比线性稳压器大,可是开关稳压器的功率高得多。在许多灵敏型运用中,只需开关行为是可预期的,噪声和 EMI 水平便是可控,这一点现已得到了证明。假如开关稳压器在正常作业形式下以安稳频率切换,并且切换波形的边缘是洁净和可预期,没有过冲或高频振铃,那么 EMI 就能够得到最大极限下降。假如封装尺度很小、作业频率很高,就能够构成小型和紧凑的布局,这也最大极限下降了 EMI 辐射。此外,假如稳压器可与低 ESR 陶瓷电容器一同运用,那么输入和输出电压纹波都能够得到最大极限减小,这种纹波也是体系中的附加噪声源。

在今日功用丰厚的患者监督医疗设备中,电源轨的数量在添加,一同作业电压在不断下降。但是,这类体系许多依然需求 3V、3.3V 或 3.6V 电压轨,以给低功率传感器、内存、微控制器内核、I/O 和逻辑电路供电。此外,已然坚持这类设备正常运转有时是至关重要,因而许多设备都有备份电池体系,以防给设备供电的主电源中止。

传统上,由降压型开关稳压器或低压差稳压器为这类设备供给电压轨。但是,这类 IC 无法运用电池的整个运转规模,因而缩短了设备电池的潜在运转时刻。而运用降压-升压型转换器 (能够升高电压或下降电压) 时,能够运用电池的整个运转规模。这延伸了可用电池寿数,因而提高了运转裕度,延伸了电池运转时刻,尤其是运转在接近放电曲线的较低端时。

明显,要满意主电池体系运用需求并处理上述有关问题,任何 DC/DC 转换器处理方案都应该具有以下特性:

· 具很宽输入电压规模的降压-升压型 DC/DC 架构,以经过各种电池供电电源以及在其相关的电压规模内调理 VOUT

· 在作业形式和停机时都具有超低静态电流,以延伸电池运转时刻

· 能够高功率地给体系电压轨供电

· 能够在对 IC 静态电流 (电量耗费) 没有明显影响的条件下精确地进行库伦计数,以确认剩下电池充电状况

· 电流约束,以衰减浪涌电流,维护电池安全

· 占板面积很小、轻盈和扁平的处理方案

· 先进的封装以改进热功能和空间运用率

为了供给具有上述特性的处理方案,凌力尔特公司不久前推出集成了库伦计数器的毫微功率 LTC3335 降压-升压型转换器。该器材为需求低静态电流以及需求了解剩下电池电量信息的主电池运用而规划。或许,在有些运用中,库伦计数器作为一种体系毛病查看手法,能够检测潜在电池组件或负载走漏,该器材也适用于这类运用。参见图 1。

图 1:集成了库伦计数器的 LTC3335 降压-升压型转换器

Battery:电池

Coulomb Counter:库伦计数器

Buck-Boost Converter:降压-升压型转换器

Load:负载

LTC3335 是一款毫微功率高功率同步降压-升压型转换器,具精确的内置库伦计数器,供给高达 50mA 接连输出电流。该器材的静态电流仅为 680nA,可编程峰值输入电流从低至 5mA 直至高达 250mA,因而十分合适多种低功率电池运用,例如装备备份电池的便携式健康监督体系中的运用。该器材的输入规模为 1.8V 至 5.5V,供给 1.8V 至 5V 的 8 个用户可选输出,在输入电压高于、低于或等于输出电压时,供给安稳的输出。此外,长寿数非可再充电电池供电的运用在许多状况下电池放电曲线都极度平整,在这类运用中,该器材集成的精确库伦计数器 (±5% 电池放电丈量精确度) 可供给精确的监督累计电池放电量。LTC3335 包含 4 个内部低 RDSON MOSFET ,可供给高达 90% 的功率。其他特色包含可编程放电报警门限、用于存取库伦计数值和设定器材的 I2C 接口、Power Good 输出、以及为合适多种类型及尺度的电池供给从 5mA 直至 250mA 的 8 种可选峰值输入电流。

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