طبی پہننے کے قابل آلات ڈائیوڈز کے ذریعے اپنی بیٹریوں کی حفاظت کیسے کر سکتے ہیں؟

1, ڈایڈس کے بنیادی تحفظ کے طریقہ کار
1. ریورس کرنٹ بلاکنگ: بیٹری کے شارٹ سرکٹ اور توانائی کے نقصان کو روکتا ہے۔
میڈیکل پہننے کے قابل آلات کے بیٹری آؤٹ پٹ ٹرمینل (جیسے سمارٹ بریسلیٹ اور مسلسل خون میں گلوکوز مانیٹر) کو کرنٹ کی سمت کو سختی سے محدود کرنا چاہیے۔ اگر سرکٹ کی خرابی کی وجہ سے کرنٹ الٹا بہتا ہے، تو یہ بیٹری شارٹ سرکٹ، ہیٹنگ یا یہاں تک کہ دھماکے کا سبب بن سکتا ہے۔ اس مقام پر، Schottky diodes (جیسے SS14, SS110) اپنے کم فارورڈ وولٹیج ڈراپ (0.2-0.3V) اور تیز سوئچنگ خصوصیات کی وجہ سے ریورس کرنٹ بلاک کرنے کے لیے ترجیحی انتخاب بن جاتے ہیں۔ اس کے کام کرنے کا اصول ہے:

آگے کی ترسیل: جب بیٹری عام طور پر ڈسچارج ہوتی ہے، ڈائیوڈ کم مزاحمتی حالت میں ہوتا ہے اور کرنٹ آسانی سے گزر جاتا ہے۔
ریورس کٹ آف: اگر کرنٹ ریورس میں بہنے کی کوشش کرتا ہے، تو ڈایڈڈ تیزی سے تیز رفتاری کی حالت میں داخل ہوتا ہے، موجودہ راستے کو روکتا ہے۔
مثال کے طور پر، اسمارٹ بریسلیٹ کا ایک مخصوص ماڈل بیٹری آؤٹ پٹ ٹرمینل کے متوازی طور پر SS14 ڈائیوڈ کا استعمال کرتا ہے۔ ریورس کرنٹ ٹیسٹ میں، کرنٹ کامیابی کے ساتھ 0.1 μA سے نیچے تک محدود تھا، بیٹری کی حفاظت کی حد سے بہت نیچے۔

2. اوور وولٹیج پروٹیکشن: چارجنگ سرجز اور ESD اثرات کو دبا دیں۔
طبی آلات میں برقی مقناطیسی مطابقت (EMC) کے لیے سخت تقاضے ہوتے ہیں، اور چارج کرنے والے انٹرفیس یا انسانی جامد بجلی عارضی ہائی وولٹیج (ہزاروں وولٹ تک) پیدا کر سکتی ہے، جو بیٹری مینجمنٹ چپس (BMS) کو گھس سکتی ہے۔ عارضی وولٹیج سپریشن ڈائیوڈس (TVS) جیسے SMBJ5.0CA اور SLESD5V0LED02 Zener بریک ڈاؤن اثر کے ذریعے PS وقت کے اندر وولٹیج کو محفوظ رینج میں بند کر سکتے ہیں۔

کلیمپنگ وولٹیج: جب TVS ڈایڈڈ ریورس بریک ڈاؤن کا تجربہ کرتا ہے، تو یہ وولٹیج کو پہلے سے طے شدہ قدر تک محدود کر دیتا ہے (جیسے کہ 5V سسٹم میں ڈائیوڈ کو 10V تک کلیمپ کرنا)؛
کم متحرک مزاحمت: عام متحرک مزاحمت (RDYN) 0.5 Ω سے نیچے ہے، اعلی کرنٹ کے تحت قابل کنٹرول وولٹیج گرنے کو یقینی بناتا ہے۔
کم جنکشن کیپیسیٹینس: مثال کے طور پر، SLESD5V0LED02 کا جنکشن کیپیسیٹینس صرف 0.28pF ہے تاکہ ہائی-فریکوئنسی سگنل کی بگاڑ سے بچا جا سکے۔
ایک پورٹیبل الیکٹروکارڈیوگراف SMBJ5.0CA ڈایڈڈ پروٹیکشن چارجنگ انٹرفیس کو اپناتا ہے، اور IEC 61000-4-2 ESD ٹیسٹ میں 30A چوٹی موجودہ اضافے کو کامیابی سے بغیر کسی فنکشنل اسامانیتاوں کے برداشت کرتا ہے۔

3. اوور چارج/اوور ڈسچارج پروٹیکشن: بیٹری سائیکل کی زندگی میں اضافہ کریں۔
Overcharging (voltage>4.2V) یا اوور ڈسچارجنگ (وولٹیج<2.5V) of lithium-ion batteries can accelerate electrode material aging and even cause thermal runaway. Zener diodes (such as BZX85C series) can be used in conjunction with MOSFETs to construct precision protection circuits:

زیادہ چارج سے تحفظ: جب بیٹری کا وولٹیج دہلیز تک بڑھ جاتا ہے، تو وولٹیج ریگولیٹر ڈائیوڈ چلاتا ہے، MOSFET کو چارجنگ سرکٹ کو کاٹنے کے لیے متحرک کرتا ہے۔
اوور ڈسچارج پروٹیکشن: وولٹیج کی نگرانی وولٹیج ڈیوائیڈر ریزسٹر کے ذریعے کی جاتی ہے۔ جب وولٹیج محفوظ قدر سے کم ہو تو وولٹیج ریگولیٹر ڈائیوڈ چلاتا ہے اور اوپن سرکٹ منقطع ہو جاتا ہے۔
اس حل کو اپنانے کے بعد، انسولین پمپ کے ایک مخصوص برانڈ کی بیٹری سائیکل کی زندگی کو 500 گنا سے بڑھا کر 2000 گنا سے زیادہ کر دیا گیا، اور ناکامی کی شرح میں 80 فیصد کمی واقع ہوئی۔

2، عام درخواست کے منظرنامے اور سرکٹ ڈیزائن
1. پہننے کے قابل ڈیوائس چارجنگ انٹرفیس تحفظ
میڈیکل پہننے کے قابل آلات (جیسے سمارٹ پیچ) عام طور پر مائیکرو USB یا مقناطیسی چارجنگ انٹرفیس استعمال کرتے ہیں، جو ESD اور سرج وولٹیج کے لیے حساس ہوتے ہیں۔ ڈیزائن کے دوران، TVS ڈایڈس کو ڈیٹا/پاور لائنوں پر متوازی طور پر منسلک کرنے کی ضرورت ہے، مثال کے طور پر:

D1/D2:SMBJ5.0CA، 5V پاور کورڈ کی حفاظت کریں۔
D3/D4:SLESD5V0LED02، ڈیٹا ٹرانسمیشن لائنوں کی حفاظت کریں (جیسے I2C، SPI)۔
اس قسم کا ڈیزائن اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ آلات IEC 60601-1 میڈیکل الیکٹریکل سیفٹی کے معیار کو پورا کرتے ہوئے، مرطوب اور پسینے والے ماحول میں بھی مستحکم طریقے سے کام کر سکتے ہیں۔

2. بیٹری پیک کا تحفظ ریورس کریں۔
ایسے حالات میں جہاں ایک سے زیادہ بیٹریاں سیریز میں جڑی ہوتی ہیں (جیسے ڈیفبریلیٹر)، اگر ایک بیٹری الٹ جاتی ہے، تو یہ پوری بیٹری پیک میں شارٹ سرکٹ کا سبب بن سکتی ہے۔ اس وقت، Schottky diodes (جیسے BAV21W) کو ہر بیٹری کے دونوں سروں پر متوازی طور پر جڑنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں 200V تک کا ریورس اسٹینڈ وولٹیج ہوتا ہے اور فارورڈ وولٹیج کو 0.3V تک کم کیا جاتا ہے، جو نہ صرف توانائی کے نقصان سے بچاتا ہے بلکہ ریورس کنکشن کی وجہ سے تھرمل رن وے کو بھی روکتا ہے۔

3. کم طاقت یوز تحفظ
طبی پہننے کے قابل آلات کو طویل مدتی اسٹینڈ بائی کی ضرورت ہوتی ہے-، اور بیٹری سیلف ڈسچارج اور سرکٹ لیکیج کرنٹ بیٹری کی زندگی کو کم کر سکتا ہے۔ بیٹری آؤٹ پٹ کے ساتھ سیریز میں کم رساو والے کرنٹ ڈائیوڈ (جیسے BAS70) کو جوڑ کر، اسٹینڈ بائی کرنٹ کو 10 μA سے کم کر کے 0.1 μA سے کم کیا جا سکتا ہے، جس سے ڈیوائس کے استعمال کے وقت میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔

3، صنعتی رجحانات اور چیلنجز
1. وسیع بینڈ گیپ مواد کا اطلاق
Gallium nitride (GaN) پر مبنی diodes ان کی اعلی تعدد اور کارکردگی کی خصوصیات کی وجہ سے طبی پہننے کے قابل آلات میں لاگو ہونا شروع ہو گئے ہیں۔ مثال کے طور پر، GaN Schottky diodes میں سلیکون پر مبنی آلات کے مقابلے میں 90% کم ریورس ریکوری ٹائم (trr) ہوتا ہے، جو چارجنگ سرکٹس میں توانائی کے نقصان کو کم کر سکتا ہے اور آلے کی برداشت کو بہتر بنا سکتا ہے۔

2. مربوط ڈیزائن
ڈیوائس کے سائز کو کم کرنے کے لیے، ڈایڈس کو BMS چپس اور پاور مینجمنٹ یونٹس (PMUs) کے ساتھ مربوط کیا جا رہا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک مخصوص -چِپ سلوشن جو ایک مخصوص مینوفیکچرر کی طرف سے لانچ کیا گیا ہے TVS diodes، وولٹیج ریگولیٹر diodes، اور MOSFETs کو 0.8mm × 0.8mm پیکیج میں ضم کرتا ہے تاکہ انتہائی چھوٹے آلات جیسے کہ سمارٹ رِنگس کی ضروریات کو پورا کیا جا سکے۔

3. کم بجلی کی کھپت اور اعلی وشوسنییتا کو متوازن رکھیں
طبی سامان بجلی کی کھپت کے لیے حساس ہے، لیکن ایک ہی وقت میں اعلی وشوسنییتا کی ضروریات کو پورا کرنے کی ضرورت ہے. مستقبل کے ڈایڈس کو مندرجہ ذیل سمتوں میں توڑنے کی ضرورت ہے:

لوئر فارورڈ وولٹیج ڈراپ: جیسے سپر جنکشن ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے Schottky diodes کے وولٹیج ڈراپ کو 0.1V سے کم کرنا؛
زیادہ معکوس وولٹیج کا سامنا کرنا: ہائی-طاقت کے طبی آلات کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے 100V سے زیادہ کے وولٹیج کے ساتھ مائیکرو ڈائیوڈز تیار کریں۔
ذہین تحفظ کا فنکشن: ڈائیوڈ پیرامیٹرز کو متحرک طور پر ایڈجسٹ کرنے اور تحفظ کے اثرات کو بہتر بنانے کے لیے سینسر اور الگورتھم کو یکجا کرنا۔