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医疗保健应用中的电源管理

上网日期: 2014年02月20日 ?? 作者: Frederik Dostal ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:医疗保健? 电源管理? 病人监护? 仪器仪表?

不同的医疗保健应用对电源管理解决方案的要求不尽相同。就电源管理而言,医疗保健是一个十分有意思的市场领域。尽管医疗保健产品的设计周期非常长,高等级的创新还是不断激发了对医疗保健电子产品的需求。这些创新产品不仅代替了旧有设备,还在新的市场和应用中使用,而数年前尚不存在这些应用领域。本文将讨论四个不同的医疗保健应用领域。它们是家庭医疗保健、仪器仪表、病人监护和成像应用。

家庭医疗保健

在家庭医疗保健方面存在大量的设计实践。全球范围内的老龄化压力、经济力量的增长以及技术创新为家庭医疗保健领域带来了许多全新应用。对病人而言,带来的好处包括:更高的灵活性、更好的服务以及与医生见面的次数更少。虽然家庭医疗保健市场早已存在,但最近才涌现出面向消费者且越来越先进的解决方案。这类解决方案的示例有:运动监护仪、血压监护仪以及心率监护仪。另外,便携式血液分析仪和脉搏血氧仪系统也进入了当今家庭医疗保健领域。

从电源管理的角度出发,所有这些系统都由于必要的便携性而对集成度的要求较高。对于真正便携的产品而言,它们将采用电池供电,因此要求系统具有高电源效率。在这类应用中,较低的功耗可延长设备的工作时间而无需充电或更换电池。最后,成本也是个很重要的参数。虽然在某些其它医疗保健应用中,电源管理解决方案的成本可能不是关键参数,但在家庭医疗保健中它十分重要。成本约束对当今的消费电子市场影响深远。

图1显示采用锂离子充电电池系统的电源链。该电源架构确保电路的某些部分可以通过负载开关关闭(如ADP190),而另一部分为实时时钟(RTC)供电的电路则始终开启(如ADP160)。开启时,ADP190具有低于2?A的接地电流,而ADP160在空载时仅消耗大约560nA电源电流。该特性使电池的永久放电保持在最低水平。ADP2140是一款高度集成的降压开关调节器,集成线性调节器。这款电源管理单元可节省空间和成本。

便携式电池供电型家庭医疗保健设备的典型电源链(电子工程专辑)
图1:便携式电池供电型家庭医疗保健设备的典型电源链。

某些仅供短期使用的低成本便携式医疗保健系统可能会围绕不可充电的碱性电池而设计。 相比常见的双电池设计,使用单颗电池将在重量和成本方面更有优势。单颗碱性电池系统面临的难题是电池电压范围仅为0.8 V至1.5 V。为了对电子设备供电,必须采用能以高能效处理低输入电压的升压调节器。图2显示采用ADP1607作为第一步电源转换的这类应用。该电路能产生3.3V电压,满足大部分系统要求。

采用单颗碱性电池为便携式医疗保健系统供电(电子工程专辑)
图2:采用单颗碱性电池为便携式医疗保健系统供电。

仪器仪表

仪器仪表方面的示例应用有:血液分析仪、透析仪和临床诊断设备。仪器仪表设备通常为非便携式。这类应用对电源管理的要求不如“家庭医疗保健”部分讨论的那样受诸多因素限制。在仪器仪表领域,通常能获得更多的电能,因此对电源效率的要求并不严格。虽然高集成度无疑对系统有帮助,但这并非首要考虑因素。大多数情况下,对于仪器仪表应用而言重要的是低噪声性能。 开关调节器和线性调节器必须具有极低的噪声,才能进行精度极高的测量。通常采用银盒型的AC-DC电源产生一个或多个中间电压。随后,这些电轨用于产生更低的电压。

图3显示的是一个微型PMU(电源管理单元)。 它是一款ADP5050器件,采用来自AC-DC电源的12V电轨供电。该PMU集成四个开关调节器以及一个线性调节器。虽然体积紧凑,但它集成了很多必要的功能。 对单个降压调节器的开关频率一并进行同步和相移处理,以便最大程度降低输入线路上的噪声,并支持采用小数值输入电容。一个独特的特性是可以使两个开关调节器以另外两个调节器开关频率的一半运行。这样可以保持一个可预测的低EMI曲线,同时允许低功率电轨以较高的开关频率工作,并在高功率电轨上使用较低的开关频率以获得尽可能高的效率。

最后很重要的一点是,提供I2C接口,可动态改变输出电压、检查芯片温度、设置不同通道的相移、电源良好指示,并使能单个通道。 这些功能有助于智能仪器仪表系统监视和控制电源管理性能。

提供多电压和I2C连接性的微型电源管理单元(电子工程专辑)
图3:提供多电压和I2C连接性的微型电源管理单元。


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