聊到血压仪的AC/DC和电池保护,这事儿其实挺头疼的,因为它不像普通消费电子,能凑合就凑合。这东西是贴着人用的,属于BF型应用部分,漏电流要求卡得非常死(IEC 60601-1里直接压到100 µA以下),所以保护方案的核心不是堆器件,而是怎么在“扛得住浪涌”和“不泄露”之间找平衡。
- AC/DC这头:浪涌得硬扛,但漏电必须锁死
外部电源进来,最怕两件事:一是雷击或者电网波动,二是适配器本身出问题把高压串进来。
前级防雷这块,现在主流做法还是GDT(气体放电管)+ MOV(压敏电阻)顶着。GDT扛大电流,MOV负责钳位。但要注意,MOV选型不能只看通流量,得盯着它的压敏电压和漏电流——医疗设备里漏电流是个红线,压敏电阻老化后漏电会增大,所以很多方案会在MOV后面再串一个热保护型压敏电阻(TMOV),防止它失效短路起火。
紧挨着电源管理芯片(PMIC)的地方,TVS管是必须的,但别选太大了,响应速度和钳位电压是矛盾。一般选双向TVS,钳位电压刚好卡在DC-DC芯片的绝对最大值往下一点,比如DC-DC耐压是40V,TVS的钳位电压就选33V左右,留点余量。
另外,很多人会忽略X电容和Y电容的选型。在医疗电源里,Y电容不能随便用,容值大了工频漏电直接超标,所以通常Y电容只能用到nF级(比如2.2nF或4.7nF),然后靠共模电感来补EMI的缺口。
- 电池侧:切换逻辑比保护本身更让人头疼
如果用干电池或者锂电池供电,最大的坑在于AC适配器和电池同时存在时怎么切换。
最简单的做法是用两个二极管“或”一下,但这会有压降(肖特基也有0.3-0.4V),电池电压本来就低,再降一点系统可能就不稳了。所以现在很多方案改用理想二极管(负载开关),比如TI或ADI的某些型号,内阻极低,压降几乎忽略。
但关键不是切换,而是防止适配器向电池倒灌——尤其是用可充电锂电池时,如果MOS管的体二极管没处理好,适配器电压会直接怼到电池上,轻则充坏电池,重则鼓包甚至起火。所以在切换电路里,一定要做背对背MOS管结构,保证两个方向都能关断。
至于电池本身的过放保护,一般电池保护IC都会做,但血压仪有个特殊点:电机启动瞬间电流很大(气泵启动时可能拉到500mA-1A),如果保护IC的过流阈值设得太敏感,会直接触发保护让系统掉电。所以选电池保护IC时,过流阈值至少要比电机堵转电流大30%-50%,并且延时时间要能扛住启动尖峰(通常几十毫秒)。
- 系统内部:真正要命的不是电源,是电机反电动势
这点很多人吃了亏才知道。气泵电机是感性负载,每次启停时都会产生一个反向尖峰,幅度往往能达到电源电压的2-3倍。这个尖峰如果不处理,会通过电源轨耦合到传感器和运放上,导致测量的血压波形飘得没法看。
最直接的办法是在电机两端并联一个TVS管(双向),钳位电压选在电机额定电压的1.5倍左右。但光有TVS不够,最好再串一个小阻值电阻和电容组成RC吸收(snubber),把高频振铃吃掉。
另外,电机驱动和模拟电路的地必须分开,最后在电源入口处单点接地。如果布线时让电机的大电流回路和传感器的地回路有重叠,那再好的保护器件也白搭。
电路保护应用框图

ESD和EMI:接口处不能省
血压仪会频繁插拔USB(充电或数据传输),还有按键、屏幕排线这些地方,人体静电很容易打进去。现在的MCU和蓝牙芯片很多都是纳米工艺,内部ESD防护很弱,所以靠近接口的地方必须放ESD二极管,而且要选电容小的(比如几pF级别),否则会吃掉信号边沿,影响通讯稳定性。
Type-C接口还得注意CC引脚的耐压,有些便宜的ESD管对CC脚保护不够,插拔瞬间容易把PD控制器打坏。
大概就这么个思路。实际做的时候,保护器件的选型不是越大越好,而是要在“扛得住”和“不干扰正常信号”之间反复权衡,尤其是血压仪这种对微弱信号(几十微伏到毫伏级)要求很高的设备,任何保护器件的结电容和漏电流都会直接反映到测量精度上。
针对血压仪应用中的AC/DC、电池保护推出 SMBJ6.0CA、14D561K等系列产品保护组件。产品数据手册如下:
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