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便携式医疗应用的电源管理解决方案

产品时间:2022-11-05 01:16

简要描述:

在医师办公室或医院内外临床身体健康问题的便携式医疗设备很快激增。在将病人送到医院之前,便携式医疗保健设备可协助医疗专业人士监控生命体征、完全恢复心脏跳动、利用成像检查体内状况。 便携式医疗的目标是获取更容易用于、可互操作并具备临床价值的家庭医疗保健设备,以便将涉及费用划入医疗保险范围。这样就防止了医院出诊,减少了医疗成本。病人在家也可以用于便携式医疗设备来监控血压、肺活量、血糖水平,以及记录心脏事件。...

详细介绍
本文摘要:在医师办公室或医院内外临床身体健康问题的便携式医疗设备很快激增。在将病人送到医院之前,便携式医疗保健设备可协助医疗专业人士监控生命体征、完全恢复心脏跳动、利用成像检查体内状况。 便携式医疗的目标是获取更容易用于、可互操作并具备临床价值的家庭医疗保健设备,以便将涉及费用划入医疗保险范围。这样就防止了医院出诊,减少了医疗成本。病人在家也可以用于便携式医疗设备来监控血压、肺活量、血糖水平,以及记录心脏事件。

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在医师办公室或医院内外临床身体健康问题的便携式医疗设备很快激增。在将病人送到医院之前,便携式医疗保健设备可协助医疗专业人士监控生命体征、完全恢复心脏跳动、利用成像检查体内状况。

便携式医疗的目标是获取更容易用于、可互操作并具备临床价值的家庭医疗保健设备,以便将涉及费用划入医疗保险范围。这样就防止了医院出诊,减少了医疗成本。病人在家也可以用于便携式医疗设备来监控血压、肺活量、血糖水平,以及记录心脏事件。

许多此类便携式医疗设备都具有USB或无线数据相连,容许医疗专业人员在医院和在家不间断地监控病人状况。同时,ContinuaAlliance正在制订基于USB、Zigbee和蓝牙标准的互通协议,这将加快上述通信接口的使用。对于使用电池供电的便携式医疗设备,提升计算能力、增大尺寸和缩短运行时间的拒绝使得电源系统设计极具挑战性。

电源系统对电池大小、运行时间、待机时间、物料(BOM)成本和可靠性皆有影响。  便携式医疗系统所涵括的应用于极为普遍,还包括血压监控、血糖仪、脉搏血氧仪和成像应用于等。

一些应用于拒绝硬件长时间工作,而另一些应用于则拒绝较短的工作时间和较长的待机时间。虽然终端应用于千差万别,但大多数便携式系统都可以修改为一系列核心功能:传感器收集数据,微处理器(带上专用软件)分析数据,存储器存储软件和数据,以及数据相连用作采访结果。

图1表明了一个带上键盘和显示器的典型手持式便携系统。当相连市电时,便携式系统必需需要充分发挥仅次于处置能力,同时会产生过多热量;当维持便携状态时,电池用于时间必需最大化。电池最久用于时间,即便携式设备在必须电池或替换电池前所能工作的时间,各不相同电源系统因素,如电池容量、电源系统效率和电源管理软件。只有充分利用所有这些因素减少电池消耗,才能使电池寿命超过最久。

大多数高性能便携式系统使用3.6V标称输入的锂离子充电电池供电。  便携式系统包括多个集成电路,各集成电路都有自己的优化半导体工艺和工作电压拒绝。

便携式应用于的IC使用比电池更加较低的工作电压,因此必须用于升压调节器。当今最常用的调节器是高压劣(LDO)和升压型电源调节器,如图2右图。

LDO由基准电压源、误差放大器、分压器和传输管(passtransistor)构成。高压劣调节器只需用于两个外部电容就能用较高直流电力产生较低直流电力,十分简单。不过,当Vin远高于Vout时,LDO效率低落,这是因为并未输送到阻抗的功率不会以热量形式损失。LDO效率大约为(Vo/Vin)100%。

LDO无法储存大量并未用于的能量,因此并未输送到阻抗的功率以热量形式在LDO内部力学系统。例如,相连到3.6V电池的2.6VLDO的效率为72%。

此外,当拒绝LDO仅次于程度地省电时,必需检查其静态电流和使能功能。当系统正处于长时间工作模式与休眠状态模式之间的空闲模式时,较低静态电流(Iq)可以增加系统的功耗,从而提升系统的自主性。

使能输出插槽容许LDO变频器,使休眠状态模式下的功耗将近1A,从而缩短电池用于时间。例如,ADP150就是一款出众的较低静态电流LDO。

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  图1.标准化手执便携式系统  当电源电压比工作电压低得多时,电源DC/DC转换器是更佳的自由选择,它需要构建更高的效率,因为在将一个直流电力切换为另一个直流电压时,它需要将能量临时储存在电感的磁场中,然后获释给阻抗。便携式电源调节器以500kHz到3MHz的频率工作。DC/DC电源转换器有多种流形结构。

内置电源元件的实时升压型调节器用作输入电压近高于输出电压的场合,在便携式系统中尤为常用。用升压调节器更换LDO可以提升系统效率。例如,当利用LDO将系统电压从3.6V降到1.2V,为阻抗电流为300mA的微处理器内核供电时,LDO效率大约为1.2V/3.6V100%=33%,67%的输出功率以热量形式损失。为了提高效率并减少工作温度,应该用ADP2108等升压转换器代替LDO。

升压转换器能将能量储存在电感的磁场中,因而效率更高。用于ADIsimPower?由此可知,在完全相同条件下ADP2108的效率为80%,比LDO提升47%。

设计工程师不会找到,ADP2108尺寸较小,仅有用于两个去耦电容和一个1H芯片电感,完全可以必要代替LDO。自由选择升压转换器时必须考虑到的其它省电特性还包括:较低静态电流、使能功能以及阻抗电流较小情况下的省电模式。  图2.LDO和升压转换器的功能框图  为使电池用于时间超过最久,除了优化便携式系统硬件效率以外,还必需优化电源管理软件。

运营简单的专用软件对计算能力明确提出了更高拒绝,必须用于低耗电量的高速微处理器。减少处理器速度可以降低功耗,缩短电池运行时间,但软件性能不会上升。系统架构师可以通过自由选择最合适应用于的处理器速度来提升系统效率。

便携式系统的另一种省电方法是变频器不必的子系统,如微处理器、显示器背光、数据端口和正处于测量间隙的传感器,用于调节器的使能输出或ADP190/ADP195等阻抗电源来隔绝电池,如图1右图。  设计便携式电源系统时,并不不存在万用的解决方案。

缩短电池用于时间的方法有许多种,某种方法有可能高于其它方法。本文所述的技术同时限于于便携式和市电供电的医疗设备,需要提升系统效率,减少内部温度和运营成本。  作者简介  KenMarasco是ADI公司电源管理部便携式电源系统应用于经理,负责管理便携式电源产品的技术支持工作。他毕业于纽约理工学院(NYIT),取得应用于物理学学位,享有35年的系统和器件设计经验。


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