四个不同医疗保健应用领域的电源管理

分歧的医疗保健使用对电源治理解决计划的请求也不尽相 同。就电源治理而言，医疗保健是一个非常有意思的市 场。尽管医疗保健产物的设想周期异常长，但高水平的创 新正在不息餍足新型医疗保健电子产物需要。这些立异产 品不但接替了旧有设置装备摆设，还霸占了新的市场和使用，这些 使用畛域在几年前尚不存在。本文将接头四个分歧的医疗 保健使用畛域。它们是家庭医疗保健、仪器仪表、病人监 护和成像使用。本文将针对每一个畛域分手接头电源管懂得 决计划。

家庭医疗保健

在家庭医疗保健方面有少量的设想实际。环球老龄化、不 断强大的经济气力以及立异为家庭医疗保健畛域带来了许 多全新使用。对病人而言，优点是更高的灵活性、更好的 办事以及有望缩小就诊次数。尽管家庭医疗保健市场早已 存在，但比来才涌现出愈来愈进步前辈的面向消费者的解决方 案。这种解决计划的示例有：活动监护仪、血压监护仪以 及心率监护仪。此外，便携式血液阐发仪和脉搏血氧仪系 统也进入现今家庭医疗保健畛域。

从电源治理角度起程，因为便携性是必须的，所有这些系 统都需要高集成度。真正便携的产物接纳电池供电，是以 请求体系拥有高电源服从。在这种使用中，较低的功耗可 延伸器件的事情时候，而无需充电或改换电池。最初，成 本也是很首要的规格目标。虽然在其余一些医疗保健使用 中，电源治理解决计划的本钱大概不是最首要的规格，但 对家庭医疗保健它很首要。本钱束缚逐步成为花费电子市 场的特色。

图1表现接纳锂离子电池的充电体系的电源链。该电源架 构可确保电路的某些部份能够经由过程负载开关封闭(如 ADP190)， 而为及时时钟(RTC)供电的其余电路(如ADP160 )一直开启。开启时，ADP190拥有低于2 μA的接地 电流，而ADP160在空载时仅损耗约莫560 nA的电源电流。 如许可将电池的永远放电保持在最低程度。

ADP2140 是一款高度集成的降压开关稳压器，合营线性稳 压器应用。该电源治理单位可节减空间和本钱。

对锂离子电池充电时，可采用高等电池充电解决计划，如ADP5065 。该器件是一款极其高效的开关模式充电器，由 于拥有许多谬误检测和平安性能，是以分外适宜医疗应 用。该解决计划完整吻合USB 2.0、USB 3.0和USB电池充电 规格1.1，可通过mini-USB VBUS引脚从墙壁充电器、车载 充电器或USB主机端口举行充电。

某些仅供短时间应用的低成本便携式医疗保健体系可能会围 绕弗成充电的碱性电池而设想。相比罕见的双电池供电， 应用单电池单位在分量和本钱方面更有上风。单碱性电池 体系面对的难题是电池电压局限仅为0.8 V至1.5 V。为了对 电子设置装备摆设供电，需求能以高能效转换此类低输出电压的升 压稳压器。图2表现接纳ADP1607 作为首个电源转换步调 的使用。该电路能发生3.3 V电压，餍足大部分系统请求。

仪器仪表

仪器仪表方面的示例使用有：血液分析仪、透析仪和临床 诊断设置装备摆设。

仪器仪表设置装备摆设平日为非便携式设置装备摆设。这种使用的电源治理 请求不像“家庭医疗保健”部份那样受诸多要素限定。仪器 仪表畛域平日有充沛的电能，是以不消忧虑电源服从。虽 然高集成度无疑对体系有赞助，但这并不是重要思量要素。 仪器仪表使用平日看重低噪声功能。开关稳压器和线性稳 压器必需拥有极低的噪声，能力举行极高精度的丈量。

平日接纳银匣型AC-DC电源发生一个或多个旁边电压。随 后，这些电轨用于发生更低的电压。 图

图3表现的是一个微型PMU(电源治理单位)。这款ADP5050接纳来自AC-DC电源的12 V电轨供电。该PMU集成四个开关 稳压器以及一个线性稳压器。尽管体积紧凑，但它集成为了 不少现实性能。单个降压稳压器的开关频次举行同步和相移，以便最大水平地下降输出线路上的噪声，并应用小输 入电容。一个怪异的特点是两个开关稳压器能以此外两个 稳压器开关频次的一半运转。如许能够坚持一个可展望的 低EMI曲线，同时同意低功率电轨以较高的开关频次事情， 并在高功率电轨上应用较低的开关频次以取得最高服从。

最初，供应I2C接口，以动态地转变输入电压、查抄芯片温 度、配置分歧通道的相移、输入电源精良指导，并使能单 个通道。这些性能有助于智能仪器仪表体系监督和操纵电 源治理。

病人监护

此类体系都是临床使用。能够用于丈量血压，也可用在心 电图(ECG)和脉搏血氧仪体系中。电源治理平日接纳路线供 电，是以只需处理好散热，能效就不大首要。真正首要的 是可靠性、出于平安目标的电流断绝以及低噪声。为了增 加可靠性，偶然需供应备用电池。当病人转移到分歧的医 院站点时，备用电池有助于供应不间断的性命体征监护。

断绝需求吻合最严峻的医疗平安规范，即IEC 60601-1。接纳 iCouplers®手艺的数字隔离器正在接替光耦合器，而断绝完 整性完整不受影响。这一趋向的上风是防止光耦合器的老 化效应以取得长时间可靠性，同时在一个封装中集成分歧的 半导体性能，如USB、I2C和电源治理开关稳压器。这些器 件能够加强绝缘，并可经受IEC 60747-5-5规范划定的10 kV 浪涌。 iCoupler 产物接纳芯片级变压器，与光耦合器和基 于电容的数字隔离器相比拥有异常鲁棒的共模瞬变抗扰 度。图4表现理性断绝观点。图中有两个电感，旁边为断绝 栅，由聚酰亚胺、二氧化硅(SiO2)或近似的断绝资料构成。

图5表现集成iCoupler 性能的典范 isoPower®器件。 isoPower不 仅能经由过程断绝栅耦合旌旗灯号，还能举行电源耦合。ADuM540x可提供最高达500 mW的总功率。除了电源耦合外，芯片还 能集成至多四个数据耦合通道。图6表现微芯片封装内的 体系照片。

成像

成像使用汗青长远。这一畛域获得前进使人产物团队包孕超声、CT(计算机断层)、数字X射线、 MRI(磁共振成像)和PET(正电子发射断层扫描)。

电源治理方面有两个趋向。诸如MRI和PET等大型体系极 为耗电需求不少分布式电源。这些电源请求特定程度服从以便散热。

在成像使用中，任何范例体系噪声包孕开关噪声以至 LDO输入电压噪声)都有大概出现在终究图象大概表 现为图象中常偏差偶然也表现为对比度颜色或 灰度等级品质降低。

电源可能会影响图象检测图象表现电路。若在成像体系 中两者都受影响终究图象品质将变得无奈接收。有些 医疗成像设置装备摆设制造商应用电源治理模块终究废弃尽管首要规格保障实践的EMI功能无奈失掉保障。对电源模块出产进程作出细微转变大概图象品质方面题目取得更高程度操纵，完全由 医疗保健成像设想公司开辟分立式电源设想举行出产可 能是更好的做法。

在医疗保健使用分歧使用畛域对电源治理请求大相 径庭咱们接头了各个领域中特定解决计划请求。在家 庭医疗保健畛域不少解决计划基于ASSP公用规范或许基于ASIC公用集成电路大量使用可采用现成 电源治理单位规范。在仪器仪表、病人监护和成像使用领 域，电源治理解决计划将进一步优化合营超高精度门路元件。