ダイオードはバイタルサインモニターの電流サージをどのように防ぐのでしょうか?

一、バイタルサイン監視装置における電流サージのリスク
バイタルサイン監視装置のコアモジュールには、光電センサー、生体電位取得回路、電源管理ユニットが含まれます。現在のサージリスクは主に次のシナリオから生じます。

電源入力端子: 商用波の動作中またはバッテリの充放電中に、過渡的な電圧スパイクが機器の耐電圧値を超え、回路の故障につながる可能性があります。
センサー インターフェイス: フォトダイオード (PPG センサー) は、反射光信号を受信する際に環境光の干渉や静電放電の影響を受けやすく、信号の過負荷を引き起こします。
生体電位の取得: ECG 電極が皮膚に接触すると、人体の静電気や筋電図の干渉によって一時的な高電圧が発生し、プリアンプが損傷する可能性があります。
高周波スイッチング電源: 内部 DC- DC コンバータは、スイッチング中のダイオードの逆回復特性が不十分なため、電圧リンギングや電磁妨害 (EMI) を引き起こす可能性があります。
2、電流サージを防止するダイオードの核心技術原理
1. 過渡電圧抑制 (TVS): ナノ秒レベルの応答を備えた「安全弁」
TVS ダイオードは、電圧がブレークダウン電圧 (Vbr) を超えると非線形ボルトアンペア特性によって急速に導通し、過電圧を安全な範囲にクランプします。応答速度はわずか 1 ps で、落雷や ESD などの過渡エネルギーを効果的に吸収します。たとえば、パルスオキシメータの LED ドライバ回路では、双方向 TVS ダイオード (SMAJ5.0A など) が正と負の電圧スパイクを同時に抑制し、フォトダイオードを静電ショックから保護します。

2. 逆回復機能の最適化: スイッチノイズを排除
ファスト リカバリ ダイオード（FRD）とショットキー ダイオードは、逆回復時間（TRR）を短縮することで、高周波スイッチング電源の電圧リンギングを低減します。{0}たとえば、ECG 取得回路の DC- DC コンバータでは、MBR30200PT ショットキー ダイオード (trr)<5ns) is used to avoid the superposition of reverse current and MOSFET turn off process, reduce EMI interference, and ensure the purity of ECG signal.

3. 電流制限保護: ソフトスタートと熱管理
NTC サーミスタを電源入力端子と直列に接続し、その低温高抵抗値 (5D-9 モデルでは 25 度で 5 Ω など) を使用して、電源投入時のサージ電流を制限します。電流が加熱されると、抵抗値は まで低下します。<1 Ω, achieving soft start. For example, a certain model of portable monitor adopts an NTC+relay combination scheme to suppress the impulse current of 220V AC input from 300A to 60A, with a reduction of over 80%.

4. クランプと電圧安定化: 敏感な回路を保護
ツェナー ダイオードは、逆降伏領域の電圧一定により、生体電位増幅器に安定した基準電圧を提供します。たとえば、AD8233チップシリーズは内部に電圧レギュレータダイオードを統合しており、ECG信号増幅回路の入力電圧変動範囲を±20%から±1%に圧縮することができ、心拍数検出の精度を確保します。

3、典型的なアプリケーションシナリオとソリューション
1. 光電容積脈波計 (PPG) センサーの保護
オキシメーターでは赤色LED（660nm）と赤外線LED（940nm）が交互に発光し、その反射光をフォトダイオードが受光して電気信号に変換します。 ESD の影響を防ぐには、± 8kV の静電放電エネルギーを吸収できる双方向 TVS ダイオード (P6SMB15CA など) をクランプ電圧 15V でセンサー インターフェイスに並列に接続する必要があります。同時に、LED駆動回路にショットキーダイオード（BAT54Sなど）を直列接続し、順方向電圧降下が低い（0.15V）ことで消費電力を低減し、過電流によるLED寿命の低下を防ぎます。

2. ECG生体電位取得回路の保護
ECG 電極が皮膚に接触すると、人間の静電気によって数千ボルトの過渡電圧が発生する可能性があります。電極入力に TVS ダイオード (SMAJ12CA など) を並列接続することで、電圧を 12V 未満にクランプでき、プリアンプ (AD8221 など) を損傷から保護します。また、電源入力端にブリッジ整流回路+NTCサーミスタの組み合わせを採用することで、電源波の変動によるサージ電流を抑制し、心電図信号取得の安定性を確保しています。

3. ポータブルデバイスの電源管理
スマート ブレスレットなどのポータブル モニターでは、バッテリーの充放電回路が一時的な高電流サージに対処する必要があります。従来のシリコン ダイオードの代わりに SiC ショットキー ダイオード (C6D10065A など) を使用することで、逆回復時間がゼロに近くなり、スイッチング損失が 60% 削減され、100A の過渡電流に耐えることができ、バッテリの過充電や短絡によるハードウェアの損傷を回避できます。さらに、ESD 保護ダイオード (ESD5D150TA など) が USB 充電インターフェースに統合されており、± 15kV の静電気を放電し、内部充電チップを保護します。