在醫(yī)用傳感器電路中DC/DC電源模塊的應(yīng)用

 

目前，隨著現(xiàn)代醫(yī)療器械的不斷發(fā)展，特別是直接與人體相連接的電子儀器，除了對(duì)儀器本身性能的要求越來(lái)越高之外，對(duì)人體安全方面的考慮也越來(lái)越倍受關(guān)注，例如生命監(jiān)護(hù)儀、母嬰監(jiān)護(hù)儀、嬰兒保溫儀等等一些與人體緊密接觸的儀器，也就是說(shuō)病人在使用儀器時(shí)不能因?yàn)槭褂玫膬x器而對(duì)人體造成有觸電或其他方面的危險(xiǎn)。 

 

二、心電檢測(cè)電路的應(yīng)用 

 

以下以普通型的心電檢測(cè)電路為例做一簡(jiǎn)單介紹，如圖1： 

 

 

           圖1：普通型心電檢測(cè)電路。 

 

圖1是INA115在心電檢測(cè)電路中的實(shí)用電路。放大器的正負(fù)輸入通過(guò)心電傳感器分別接到人體的左臂（LA）與右臂（RA）上，與運(yùn)放N和電阻R1~R4組成的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接到人體的右腿（RL）上，構(gòu)成“浮地”。由于生物信號(hào)很弱，加之有極化電位，所以該級(jí)的放大倍數(shù)不宜太高，一般取在10~100之間，并且只能作為前置放大用，為了檢測(cè)安全，后級(jí)一般應(yīng)再采用隔離放大電路進(jìn)行隔離，且該級(jí)的電源電壓最好應(yīng)采用隔離電源模塊進(jìn)行提供，以達(dá)到電源及信號(hào)的完全隔離。如圖2所示， 

 

 

          圖2：隔離型心電檢測(cè)前置放大電路。 

 

以上電路是由漢為公司的T6235D與INA  

115等組成的隔離型心電檢測(cè)前置放大電路，該電路由于其具有輸入阻抗高、漏電流小、檢測(cè)精度高和滿(mǎn)足人體安全等指標(biāo)完全可以達(dá)到醫(yī)療器械使用的要求標(biāo)準(zhǔn)。該電路一般作為前置放大電路，器件直接與人體接觸，并拾取心電信號(hào)后通過(guò)INA115進(jìn)行放大，最后由ISO122隔離傳輸?shù)胶笾梅糯箅娐?，?shí)現(xiàn)人體信號(hào)與輸出及電源的隔離放大。 

 

放大器的工作電源應(yīng)用選擇有足夠的安全爬電距離，較高的隔離電壓特性以及極低的隔離電容值，使到系統(tǒng)的安全性能得到較好的保障，此處推薦采用金升陽(yáng)公司6000VDC隔離G系列（定壓輸入，隔離6000VDC正負(fù)電壓輸出）或H系列產(chǎn)品（定壓輸入，隔離6000VDC單路電壓輸出），該系列產(chǎn)品由于其極高的隔離電壓特性（6000VDC）且其具有極低的隔離電容值（≤10pF）被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療電子器械行業(yè)中。采用G1515S-1W使得INA115與人體相接觸的地線(xiàn)與輸入電源線(xiàn)真正意義上斷開(kāi)了，達(dá)到完全隔離的效果，即電源與信號(hào)的完全隔離。 

 

三、隔離型DC/DC電源模塊的選用： 

 

 

                          圖3：方案。 

 

說(shuō)明：以上方案是以隔離放大器的工作電壓為±15V的條件下作出的，如其工作電壓為±5V、±12或其他電壓只要選擇相應(yīng)輸出電壓的產(chǎn)品即可。 

 

四、使用DC/DC電源模塊過(guò)程中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 

 

1、 DC/DC電源模塊的外接電容C2、C3采用低內(nèi)阻的鉭電容，容值推薦0.47uF，應(yīng)避免容值過(guò)大，以防止由于電容過(guò)大造成啟動(dòng)瞬間過(guò)流而損壞模塊；

 

2、 為保證模塊長(zhǎng)期工作的可靠性應(yīng)使到模塊工作在10%額定功率以上，以防止模塊由于空載或輕載導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)而影響電路工作，如果負(fù)載功耗確實(shí)較小，可以采和外接假負(fù)載的方式在輸出端的+Vo與0V及-Vo與0V之間并上一10%額定功率的假負(fù)載（電阻），以提高產(chǎn)品的可靠性。

 

3、 由于DC/DC電源模塊是采用開(kāi)關(guān)振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其自身也會(huì)產(chǎn)生共模、差模噪聲的干擾，對(duì)于對(duì)紋波噪聲要求較高的場(chǎng)合可在DC/DC電源模塊的輸出端外接無(wú)源LC濾波網(wǎng)絡(luò)或RC（損耗較大），以進(jìn)一步降低電源紋波噪聲，但是要注意L自身諧振頻率要遠(yuǎn)高于模塊的開(kāi)關(guān)頻率，允許通過(guò)的電流值最好在模塊輸入電流的兩倍以上，內(nèi)阻要小，以降低直流損耗。具體可參考下圖： 

 

 

上文主要介紹了DC/DC模塊電源在醫(yī)療電子行業(yè)中，特別是傳感器檢測(cè)電路中的特點(diǎn)、應(yīng)用及選用的DC/DC模塊電源應(yīng)注意的事項(xiàng)，目前市場(chǎng)上DC/DC模塊電源很多，但是由于醫(yī)療電子屬于特殊行業(yè)，對(duì)其電源的要求非常高，為保證人體及設(shè)備的安全性能，選擇的DC/DC模塊電源尤為重要。 

 

 

1）傳感器電路設(shè)計(jì)手冊(cè)，《中國(guó)計(jì)量出版社出版》，2002。

 

2）MORNSUN公司，《技術(shù)手冊(cè)》、《應(yīng)用方案》