চিকিৎসা সরঞ্জামগুলিতে টিভিএস ডায়োডে বজ্রপাত এবং ঢেউ কীভাবে প্রতিরোধ করা যায়?

一, বাজ ধর্মঘট হুমকি এবং চিকিৎসা সরঞ্জাম surges
বজ্রপাত দুটি উপায়ে চিকিৎসা সরঞ্জাম হুমকি:

সরাসরি বজ্রপাত: বজ্রপাত বিল্ডিং বা সরঞ্জামের ঘেরে আঘাত করে, যার ফলে স্থল সম্ভাবনা হঠাৎ বৃদ্ধি পায়, সম্ভাব্য পার্থক্য তৈরি করে এবং সরঞ্জাম নিরোধক ক্ষতি করে;
প্ররোচিত বজ্রপাত: বিদ্যুত ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ডালগুলি পাওয়ার লাইন, সিগন্যাল লাইন বা স্থানিক সংযোগের মাধ্যমে সরঞ্জামগুলিতে আক্রমণ করে, ক্ষণস্থায়ী উচ্চ ভোল্টেজ স্পাইক তৈরি করে এবং সংবেদনশীল ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির ক্ষতি করে।
চিকিৎসা সরঞ্জাম ভোল্টেজের ওঠানামার জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল। উদাহরণস্বরূপ, একটি সিটি স্ক্যানারের এক্স-রে টিউবের জন্য স্থিতিশীল DC উচ্চ ভোল্টেজ প্রয়োজন, যখন একটি ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফের সংকেত অধিগ্রহণ সার্কিট একটি কম-শব্দ ডিসি পাওয়ার সাপ্লাইয়ের উপর নির্ভর করে। ক্ষণস্থায়ী ওভারভোল্টেজ সরঞ্জামের ব্যর্থতা, ডেটা ক্ষতি এবং এমনকি আগুনের মতো গৌণ বিপর্যয়ের কারণ হতে পারে। পরিসংখ্যান অনুসারে, প্রতি বছর বিশ্বব্যাপী বজ্রপাতের কারণে চিকিৎসা সরঞ্জামের ক্ষতির 80% ঘটনা বিদ্যুৎ বা সংকেত লাইনে ঢেউয়ের সাথে সম্পর্কিত।

2, টিভিএস ডায়োডের প্রযুক্তিগত নীতি এবং মূল সুবিধা
টিভিএস ডায়োড হল একটি সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস যা পিএন জংশন অ্যাভালাঞ্চ ব্রেকডাউন প্রভাবের উপর ভিত্তি করে এবং এর মূল কাজ হল:

ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া: যখন ভোল্টেজ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ (VBR) ছাড়িয়ে যায়, তখন TVS 1 ন্যানোসেকেন্ডের মধ্যে একটি উচ্চ প্রতিরোধের অবস্থা থেকে একটি নিম্ন প্রতিরোধের অবস্থায় রূপান্তরিত হয়, একটি পরিবাহী পথ তৈরি করে;
সুনির্দিষ্ট ক্ল্যাম্পিং: পিক পালস কারেন্ট (আইপিপি) এর ক্রিয়ায়, পরবর্তী সার্কিটের ভোল্টেজটি সুরক্ষা থ্রেশহোল্ডের নীচে রয়েছে তা নিশ্চিত করতে সর্বাধিক ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজ (ভিসি) এ ভোল্টেজটি ক্ল্যাম্প করুন;
স্বয়ংক্রিয় পুনরুদ্ধার: ঢেউ অদৃশ্য হয়ে যাওয়ার পরে, TVS স্বয়ংক্রিয়ভাবে ম্যানুয়াল হস্তক্ষেপ ছাড়াই একটি উচ্চ প্রতিবন্ধক অবস্থায় ফিরে আসে এবং পুনরায় ব্যবহার করা যেতে পারে।
MOV এবং GDT-এর মতো ঐতিহ্যবাহী প্রতিরক্ষামূলক ডিভাইসের তুলনায়, TVS-এর নিম্নলিখিত সুবিধা রয়েছে:

অত্যন্ত দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতি: MOV পরিচালনার জন্য তাপীয় সঞ্চয়ের প্রয়োজন, GDT-এর জন্য গ্যাস আয়নকরণের সময় প্রয়োজন, এবং TVS প্রতিক্রিয়া সময় পিকোসেকেন্ড স্তরে পৌঁছায়;
নিম্ন ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজ: TVS-এর গতিশীল রোধ 0.1 Ω হিসাবে কম হতে পারে এবং অবশিষ্ট ভোল্টেজ (Vc) MOV-এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম;
কমপ্যাক্ট আকার: সারফেস মাউন্ট TVS (যেমন SMAJ সিরিজ) এর আয়তন মাত্র 0.1 কিউবিক সেন্টিমিটার, কমপ্যাক্ট মেডিকেল ডিভাইসের জন্য উপযুক্ত;
দীর্ঘ জীবনকাল: এটি শত শত ঊর্ধ্বগতির প্রভাব সহ্য করতে পারে, যখন MOVগুলি একাধিক প্রভাবের পরে উল্লেখযোগ্য কর্মক্ষমতা হ্রাস অনুভব করে।
3, চিকিৎসা সরঞ্জামে টিভিএস ডায়োডের সাধারণ প্রয়োগ
1. পাওয়ার মডিউল সুরক্ষা
মেডিক্যাল ইকুইপমেন্টের পাওয়ার মডিউলকে মেইন পাওয়ার (220V/50Hz) একটি স্থিতিশীল ডিসি ভোল্টেজে রূপান্তর করতে হবে। TVS ডায়োড একটি ব্রিজ রেকটিফায়ার সার্কিট এবং একটি ফিল্টারিং ক্যাপাসিটরের মাধ্যমে AC পাওয়ারকে pulsating DC পাওয়ারে রূপান্তর করে এবং তারপর TVS দ্বারা ক্ল্যাম্প করার পরে একটি মসৃণ ভোল্টেজ আউটপুট করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি নির্দিষ্ট হেমোডায়ালাইসিস মেশিনের পাওয়ার মডিউল একটি রেকটিফায়ার সার্কিট তৈরি করতে চারটি 1N5408 সিলিকন রেকটিফায়ার ডায়োড ব্যবহার করে এবং পিছনের DC/DC রূপান্তরকারীকে সুরক্ষিত করতে SMAJ5.0CA TVS (Vc=6.5V) এর সাথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে। যখন বজ্রপাতের কারণে ইনপুট ভোল্টেজ হঠাৎ করে 300V-এ বেড়ে যায়, তখন TVS 10ns এর মধ্যে সঞ্চালন করে, কনভার্টারের ক্ষতি এড়াতে ভোল্টেজটিকে 6.5V-এ ক্ল্যাম্প করে।

2. সংকেত লাইন সুরক্ষা
চিকিৎসা সরঞ্জামের সিগন্যাল লাইন, যেমন একটি ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফের ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম সিগন্যাল অধিগ্রহণ লাইন এবং একটি আল্ট্রাসাউন্ড ডায়াগনস্টিক ডিভাইসের প্রোব সিগন্যাল লাইন, শব্দের প্রতি সংবেদনশীল। টিভিএস ডায়োডগুলি কম ক্যাপাসিট্যান্সের সাথে ডিজাইন করা হয়েছে (যেমন LCESeries জংশন ক্যাপ্যাসিট্যান্স শুধুমাত্র 0.5pF) সংকেত বিকৃতি হ্রাস করার সময় ঢেউ দমন করতে। উদাহরণস্বরূপ, একটি 12 লিড ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম মেশিন ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম সিগন্যালের ইনপুট শেষ রক্ষা করতে BAS70-04 টাইপ লিমিটিং ডায়োড (Vc=7V) ব্যবহার করে। যখন সিগন্যাল ভোল্টেজ ± 7V অতিক্রম করে, TVS পরিচালনা করে, একটি নিরাপদ সীমার মধ্যে ভোল্টেজকে সীমাবদ্ধ করে এবং নিশ্চিত করে যে ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম তরঙ্গরূপের সংকেত-টু-শব্দ অনুপাত (SNR) 60dB এর চেয়ে বেশি বা সমান।

3. যোগাযোগ ইন্টারফেস সুরক্ষা
চিকিৎসা সরঞ্জামের যোগাযোগ ইন্টারফেস, যেমন RS-485 এবং CAN বাস, অবশ্যই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক সামঞ্জস্য (EMC) প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে। টিভিএস ডায়োড দ্বিমুখী কনফিগারেশনের মাধ্যমে ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল লাইনকে রক্ষা করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি নির্দিষ্ট অপারেটিং রুমে ছায়াহীন আলোর RS-485 যোগাযোগ ইন্টারফেস SR05-4 দ্বিমুখী TVS (Vc=10V) ব্যবহার করে। যখন বিদ্যুত প্ররোচিত ভোল্টেজটি পেঁচানো জোড়া বরাবর প্রেরণ করা হয়, তখন GDT (গ্যাস ডিসচার্জ টিউব) প্রথমে কারেন্ট সঞ্চালন করে এবং প্রশস্ত করে এবং নিরবচ্ছিন্ন যোগাযোগ নিশ্চিত করার জন্য 1ns এর মধ্যে TVS দ্বারা অবশিষ্ট দ্রুত বর্ধিত প্রান্তটি 10V এর নিচে ধারণ করে এবং ক্ল্যাম্প করা হয়।

4, TVS ডায়োডের নির্বাচন এবং ডিজাইন পয়েন্ট
1. মূল পরামিতি নির্বাচন
রিভার্স কাট অফ ভোল্টেজ (VRMM): এটি সুরক্ষিত সার্কিটের স্বাভাবিক অপারেটিং ভোল্টেজের চেয়ে সামান্য বেশি হওয়া উচিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি 12V পাওয়ার সাপ্লাই সার্কিটকে VRMM=14V সহ একটি TVS বেছে নেওয়া উচিত;
ব্রেকডাউন ভোল্টেজ (VBR): সাধারণত VRMM এর 1.1-1.2 গুণ, স্বাভাবিক ভোল্টেজ ওঠানামার সময় কোন ভুল কাজ না হয় তা নিশ্চিত করে;
সর্বোচ্চ ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজ (Vc): পরবর্তী সার্কিটের পরম সর্বোচ্চ সহ্য ভোল্টেজের চেয়ে কম হতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, IO পোর্ট একটি 3.3V MCU এর ভোল্টেজ সহ্য করে 5.5V, এবং একটি TVS-এর Vc 4.5V এর থেকে কম বা সমান হওয়া উচিত;
পিক পালস কারেন্ট (IPP): এটিকে সার্জ টেস্টিং স্ট্যান্ডার্ড (যেমন IEC 61000-4-5 লেভেল 4) অনুযায়ী নির্বাচন করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, ± 4kV সার্জ পরীক্ষার মুখে, 1500W এর চেয়ে বড় বা সমান IPP সহ একটি TVS নির্বাচন করতে হবে;
জংশন ক্যাপাসিট্যান্স (Cj): কম ক্যাপাসিট্যান্স TVS (যেমন SACSeries জংশন ক্যাপাসিট্যান্স 0.3pF এর চেয়ে কম বা সমান) সিগন্যাল বিকৃতি এড়াতে উচ্চ গতির সিগন্যাল লাইনের জন্য নির্বাচন করা উচিত।
2. মাল্টি স্তর সুরক্ষা নকশা
চিকিৎসা সরঞ্জাম সাধারণত "GDT+TVS+filtering"-এর একটি তিন-স্তরের সুরক্ষা স্কিম গ্রহণ করে:

প্রথম স্তর (GDT): উচ্চ চাপ প্রতিরোধের এবং বৃহৎ কারেন্ট প্রবাহ সহ 90% এর বেশি শক্তি মুক্তির জন্য দায়ী, কিন্তু ধীর প্রতিক্রিয়া;
লেভেল 2 (TVS): অবশিষ্ট স্পাইকের দ্রুত প্রতিক্রিয়া, IC গ্রহণযোগ্য পরিসরে সুনির্দিষ্ট ক্ল্যাম্পিং;
তৃতীয় স্তর (ফিল্টারিং): চৌম্বক পুঁতি এবং সিরামিক ক্যাপাসিটর দ্বারা গঠিত একটি π - ধরনের ফিল্টার উচ্চ- ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ দমন করতে ব্যবহৃত হয়।
PCB পৃষ্ঠের উচ্চ ভোল্টেজ ভাঙ্গন এড়াতে বিভিন্ন স্তরের মধ্যে পর্যাপ্ত ক্রিপেজ দূরত্ব (2 মিমি এর বেশি বা সমান) বজায় রাখা উচিত।

3. লেআউট এবং তাপ অপচয় অপ্টিমাইজেশান
সংযোগকারী প্রবেশদ্বারের কাছাকাছি ব্যবস্থা করুন: তারের পরজীবী আবেশ কমিয়ে দিন। প্রতি 1nH ইনডাক্ট্যান্স বৃদ্ধির জন্য, উচ্চ di/dt সার্জেসের অধীনে অতিরিক্ত ভোল্টেজ ড্রপ তৈরি হবে;
লার্জ এরিয়া কপার কানেকশন প্রোটেকশন গ্রাউন্ড (PGND): ডিজিটাল গ্রাউন্ড প্লেনের মধ্য দিয়ে যাওয়া ঢেউয়ের স্রোত এড়াতে তারের প্রস্থ 20mil এর বেশি বা সমান রাখার সুপারিশ করা হয়;
তাপ অপচয় নকশা: অ্যারের মাধ্যমে একটি তাপ অপচয় উচ্চ-শক্তির টিভিএসের নিচে যোগ করা উচিত (যেমন SMC, DO-201 প্যাকেজিং), এবং প্রয়োজনে তাপ পরিবাহী সিলিকন গ্রীস ব্যবহার করা উচিত।