電源管理在不同的醫(yī)療保健領域的應用
不同的醫(yī)療保健應用對電源管理解決方案的要求不盡相同。就電源管理而言，醫(yī)療保健是一個十分有意思的市場領域。盡管醫(yī)療保健產(chǎn)品的設計周期非常長，高等級的創(chuàng)新還是不斷激發(fā)了對醫(yī)療保健電子產(chǎn)品的需求。這些創(chuàng)新產(chǎn)品不僅代替了舊有設備，還在新的市場和應用中使用，而數(shù)年前尚不存在這些應用領域。本文將討論四個不同的醫(yī)療保健應用領域。它們是家庭醫(yī)療保健、儀器儀表、病人監(jiān)護和成像應用。
家庭醫(yī)療保健
在家庭醫(yī)療保健方面存在大量的設計實踐。全球范圍內(nèi)的老齡化壓力、經(jīng)濟力量的增長以及技術創(chuàng)新為家庭醫(yī)療保健領域帶來了許多全新應用。對病人而言，帶來的好處包括：更高的靈活性、更好的服務以及與醫(yī)生見面的次數(shù)更少。雖然家庭醫(yī)療保健市場早已存在，但最近才涌現(xiàn)出面向消費者且越來越先進的解決方案。這類解決方案的示例有：運動監(jiān)護儀、血壓監(jiān)護儀以及心率監(jiān)護儀。另外，便攜式血液分析儀和脈搏血氧儀系統(tǒng)也進入了當今家庭醫(yī)療保健領域。
從電源管理的角度出發(fā)，所有這些系統(tǒng)都由于必要的便攜性而對集成度的要求較高。對于真正便攜的產(chǎn)品而言，它們將采用電池供電，因此要求系統(tǒng)具有高電源效率。在這類應用中，較低的功耗可延長設備的工作時間而無需充電或更換電池。最后，成本也是個很重要的參數(shù)。雖然在某些其它醫(yī)療保健應用中，電源管理解決方案的成本可能不是關鍵參數(shù)，但在家庭醫(yī)療保健中它十分重要。成本約束對當今的消費電子市場影響深遠。
采用鋰離子充電電池系統(tǒng)的電源鏈。該電源架構確保電路的某些部分可以通過負載開關關閉（如ADP190），而另一部分為實時時鐘（RTC）供電的電路則始終開啟（如 ADP160）。開啟時，ADP190具有低于2？A的接地電流，而ADP160在空載時僅消耗大約560nA電源電流。該特性使電池的永久放電保持在最低水平。ADP2140是一款高度集成的降壓開關調(diào)節(jié)器，集成線性調(diào)節(jié)器。這款電源管理單元可節(jié)省空間和成本。
某些僅供短期使用的低成本便攜式醫(yī)療保健系統(tǒng)可能會圍繞不可充電的堿性電池而設計。相比常見的雙電池設計，使用單顆電池將在重量和成本方面更有優(yōu)勢。單顆堿性電池系統(tǒng)面臨的難題是電池電壓范圍僅為0.8 V至1.5 V.為了對電子設備供電，必須采用能以高能效處理低輸入電壓的升壓調(diào)節(jié)器。
儀器儀表
儀器儀表方面的示例應用有：血液分析儀、透析儀和臨床診斷設備。儀器儀表設備通常為非便攜式。這類應用對電源管理的要求不如家庭醫(yī)療保健部分討論的那樣受諸多因素限制。在儀器儀表領域，通常能獲得更多的電能，因此對電源效率的要求并不嚴格。雖然高集成度無疑對系統(tǒng)有幫助，但這并非首要考慮因素。大多數(shù)情況下，對于儀器儀表應用而言重要的是低噪聲性能。 開關調(diào)節(jié)器和線性調(diào)節(jié)器必須具有極低的噪聲，才能進行精度極高的測量。通常采用銀盒型的AC-DC電源產(chǎn)生一個或多個中間電壓。隨后，這些電軌用于產(chǎn)生更低的電壓。
病人監(jiān)護
此類系統(tǒng)都屬于臨床系統(tǒng)。它們用于測量血壓，但也可用在心電圖（ECG）和脈搏血氧儀系統(tǒng)中。這類電源管理通常采用線路供電，因此只要能處理好散熱，能效就不是個大問題。真正重要的是可靠性、出于安全目的的電流隔離以及低噪聲。為了增加可靠性，有時提供備用電池。當病人轉(zhuǎn)移到不同的醫(yī)院時，備用電池有助于提供不間斷的生命體征監(jiān)護。
隔離需要符合最嚴格的醫(yī)療安全標準，即IEC 60601-1.采用iCouplers技術的數(shù)字隔離器正取代光耦合器而不影響隔離完整性。這一趨勢的優(yōu)勢是避免光耦合器的老化效應以獲得長期穩(wěn)定性，同時以單封裝提供不同的半導體功能，如USB、I2C和電源管理開關調(diào)節(jié)器。這些器件提供加強絕緣性能，能夠承受IEC 60747-5-5標準規(guī)定的10kV浪涌。iCoupler產(chǎn)品采用芯片級變壓器，與光耦合器和基于電容的數(shù)字隔離器相比具有非常魯棒的共模瞬變抗擾度。
成像應用
這類應用由來已久。 在成像領域所取得的進步是真正令人嘆為觀止的。 該產(chǎn)品團隊包括超聲、CT（計算機斷層掃描）、數(shù)字X射線、MRI（磁共振成像）和PET（正電子發(fā)射斷層掃描）。在電源管理方面有兩個趨勢。諸如MRI 和PET等大型系統(tǒng)極為耗電，需要用到很多分布式電源。這些電源要求具有一定的效率以便散熱良好。
在成像應用中，極有可能任何類型的系統(tǒng)噪聲（包括開關噪聲甚至LDO輸出電壓噪聲）都會出現(xiàn)在最終圖像中。這可能是圖像中常見的誤差線，但有時也可在對比度、色彩或灰度水平中看到圖像質(zhì)量有所下降。
電源可能會影響圖像檢測或圖像顯示電路。若在成像系統(tǒng)中兩者都受影響，則圖像質(zhì)量將變得無法接受。有些醫(yī)療成像設備制造商以前使用電源管理模塊，但最終放棄了。雖然在原則上這些制造商能獲得參數(shù)規(guī)格有保證的產(chǎn)品，但實際的EMI表現(xiàn)無法得到保證。對電源模塊的生產(chǎn)過程做出最輕微的改變都可能產(chǎn)生圖像質(zhì)量方面的問題。為獲得級別更高的控制，更好的做法可能是完全由醫(yī)療保健成像設計公司開發(fā)分立式電源設計并進行生產(chǎn)。
結(jié)論
在醫(yī)療保健應用中，不同應用領域?qū)﹄娫垂芾淼囊罂赡軜O為不同。我們討論了各個領域中特定解決方案的要求。在家庭醫(yī)療保健領域，很多解決方案基于 ASSP（專用標準產(chǎn)品），甚至基于ASIC（專用集成電路）。少量應用可采用標準現(xiàn)成電源管理單元。在儀器儀表、病人監(jiān)護和成像應用領域，電源管理解決方案將針對超高精度信號路徑元器件進一步優(yōu)化，并擔任重要角色。
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