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电源技能助力全民移动医疗

全民医疗保健是近期最重要的政府、社会和经济问题之一。关注点主要集中在给未投保的人提供医疗保险,这也意味着向位置偏僻且缺医少药的人群提供医疗服务。那么,该如何提供服务?很明显,解决方案在于技术,具体来说

全民医疗保健是近期最重要的政府、社会和经济问题之一。关注点首要会集在给未投保的人供给医疗保险,这也意味着向方位偏远且弹尽粮绝的人群供给医疗服务。那么,该怎么供给服务?很明显,处理方案在于技能,具体来说在于智能手机、平板电脑和生物医药传感器

  到目前为止,商场上已有40,000多个医疗运用程序—而这仅仅是开端。2011年,医疗运用程序下载次数到达1.24亿次,到2012年该数据简直翻番,到达2.47亿。健康和健身传感器的复合年均添加率估计超越37%(图1)。

  

  图1:全球移动感应健康和健身传感器出货量 (2012年~2017年)。

  移动渠道上的运用程序和生物传感器现在可以监测睡觉、饮食、妊娠、处方办理、心情、血压、血糖水平、花粉水平、峰流、听诊、心律、超声确诊、皮肤应力、化学药品及其他许多方面。经过在手机上衔接更多先进的仪器,可以供给任何数量的确诊程序。

  可是,取得新的移动医疗检测和处理功用需支付相应价值—功耗。手机的中心是先进的运用处理器,其速度和处理才能每年都在进步。可是,处理器每次更新换代,电池运用寿数也会遭到更大检测。关于在移动渠道上运转的电池供电长途医疗体系而言,这个问题尤为杰出(图2)。

  图2:多核、64位总线和进程搬迁驱动指数处理器的才能进步。

  图2:多核、64位总线和进程搬迁驱动指数处理器的才能进步。

  可以长期获取读数一般是医学遥测的要害方面。当重要保健与电池运用寿数相关时,电池运用寿数就成为了一个重要的关注点。那么,典型移动电源能否跟上处理器的改善脚步?许多情况下,或许都跟不上(图3)。

  图3:需求呈指数添加,可是电池能量密度成管用添加。

  图3:需求呈指数添加,可是电池能量密度成管用添加。

  虽然电池功用一向不断进步,可是速度跟不上由其供电的处理器。电池功用(以能量密度来衡量)仅以线性速率进步,比处理器功用的指数添加速率慢得多。这就发生了功率距离,这关于需求较长电池寿数的医疗运用而言是不受欢迎的。

  大大都用户需求每天给手机充电,但这对许多医疗运用程序来说还不行。常见移动医疗确诊,例如心电动态监测仪(即移动心电图),每次充电后有必要运转一整天、数天乃至数周。因而,移动医疗规划有必要捉住全部机会来降低功耗和增强当时移动渠道的供电装备。

  可充电单节锂离子电池具有足够的IC来供给2.5V~4.2V的电压规划,因而是大大都移动规划的常见起点渠道。可是,它们对许多医疗设备来说或许不实用。跟着现在手机和平板电脑上选用的显现技能遍及朝着更大更亮堂的方向开展,导致相应功耗不断添加,电池尺度不断增大。3000mAh电池现在变得适当遍及。即便这样,仍是简直每天都有必要充电,因为跟着电池变大,耗电量的功用也越来越多(亦或反之)。不管怎样,医疗手持设备和传感器的用户群与消费类手机和平板电脑的用户群天壤之别,故而可以敏捷扫除运用需求每天充电的集成式可充电电池的可行性。因而,假如需求更长的运用寿数,那么怎么可以供给呢?

  这正是原电池发挥作用的当地。“原电池”界说为一种经过运用不行逆化学反应发生电势的电池。依据界说,该电池无法进行充电。原电池是您在商铺购买的旧式电池,用到电量耗尽后就丢掉。原电池的优势在于,它们的储电量一般大于可充电电池而且保存时刻更久。原电池具有多种外形,但手持式或穿戴式运用的常用电源为 1.5V柱状电池(例如五号、六号等)或3V钮扣电池。众所周知,这些电池在无负载条件下可以寄存很长期,而且替换本钱相对较低。典型的1.5V碱性电池规划为具有0.9V Vmin,但一般会串联在一起,以使输出电压规划翻一倍或两倍。CR2032锂离子电池等钮扣电池则可以在其预期寿数的大部分时刻内安稳供给3V输出电压 (取决于负载瞬态概括)。因为这种有用的3V电势,扣子电池一般以并联方法嵌装以处理较大的负载瞬态,并直接衔接微处理器接口,而无需进行DC/DC调理。

  因为在电池耗尽时需求人工将电池刺进设备,因而或许会插错电池。反向电池的负电势对大都IC和微处理器有害。因而,有必要供给反极性维护。最简略的维护方式是肖特基隔绝二极管,但压降和相应的功率丢失在需求较长电池寿数的运用中是不行承受的。可以运用P沟道FET,但或许无法完成真实的负电压阻断。需求进行反向阻断时,一般需求串联两个FET体二极管以相反结构方向摆放。关于各种电池装备,还需求考虑这些MOSFET的适宜极驱动以及运用时序。

  为了处理反向极性维护问题,飞兆推出了一个IC系列,该系列产品可以像肖特基二极管相同进行阻断,但信号传递功率适当于MOSFET的功率。 FR014H5JZ是此系列中的高端维护器材,具有-30V阻断才能和+32V正向传递才能。正确刺进电池时,FR014H5JZ在20兆欧以内的功率预算中简直可以忽略不计。这种简略而高效的器材可以替代多种器材,一起仍可延伸电池运用寿数。图4显现了此反向极性维护器材的装备。

  图4:FR014H5JZ经典原理图。

  图4:FR014H5JZ经典原理图。

  在所有电池电源规划中,开展电源途径的下流时可以运用智能负载开关来断开不需求的高走漏负载或露出衔接器。这在高可靠性医疗运用中非常常见。各种款式的 Intellimax系列产品都内置数字开/关操控、浪涌电流维护、反向电流阻断、温度维护和过流维护。假如负载电势高于源极电势,即便只是在时间短时刻内,反向电流阻断功用将会很有用。底部具有焊球的晶圆级芯片规划封装和小至0.8mm×0.8mm的几许形状有助于优化电路板空间。可以运用简略的P沟道 FET,但假如需求任何其他维护,特别是开关远在上游以致屡次下流停电导致毛病时,则P-FET周围需求其他组件来调整搬迁至智能负载开关。

  移动电源,特别是用于医疗运用的移动电源或许会变得更为稠浊,将可充电电池和板载原电池调配运用以及或许施行低功耗能量收集。在这种情况下,反向极性维护器材和智能负载开关将变得更有价值。要取得较长的电池寿数,要害在于使源电势与负载要求相符,一起约束任何所需的DC/DC调理。

  很明显,智能手机和平板电脑将具有许多优势,可以远远超出其当时运用形式(包含长途医疗运用)。生物医疗传感器、医疗运用程序及云与移动渠道、社会道德与公共政策相互交织,一起推进移动医疗硬件设备的宽广商场。硬件工程师和%&&&&&%供给商的使命是保证这些渠道可以上电并坚持上电状况。

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