與許多其他的應用一樣，低功率高精度組件實(shí)現了便攜式和無(wú)線(xiàn)醫療儀器的快速成長(cháng)。不過(guò)，和很多其他應用不同的是，此類(lèi)醫療產(chǎn)品通常對于可靠性、運行時(shí)間和堅固性有著(zhù)高得多的標準。這個(gè)負擔大部分落在電源系統及其組件的身上。醫療產(chǎn)品必須正確地操作，并在多種電源 (例如：交流電源插座、備份電池、甚至是收集的環(huán)境能量源) 之間無(wú)縫地切換。此外，還必須竭盡全力地提供針對各種不同故障情況的保護及耐受能力，盡量地延長(cháng)依靠電池供電時(shí)的工作時(shí)間，并確保每當接入了某種有效電源時(shí)正常的系統操作是可靠的。

 

 

目前，推動(dòng)便攜式和無(wú)線(xiàn)醫療儀表成長(cháng)的主要趨勢之一是患者護理。具體來(lái)說(shuō)，這就是在病患自己的家中越來(lái)越多地使用遠程監護系統。這一發(fā)展趨勢的起因從本質(zhì)上說(shuō)完全是出于經(jīng)濟的考慮，讓患者住在醫院里觀(guān)察治療所需承擔的費用簡(jiǎn)直讓人望而卻步。因此，許多這樣的便攜式電子監護系統都必須結合 RF 發(fā)送器，以便能夠把從患者身上收集的任何數據直接發(fā)回醫院內的監控系統，以供主管醫師日后復審和分析之用。

 

 

面對上述情形，合理的假設是：為患者提供合適家用醫療儀表的成本遠遠低于讓患者留院觀(guān)察所需支付的費用。然而，頭等重要的一點(diǎn)是：交由患者使用的設備必須具有可靠和簡(jiǎn)單易用的特性。因此，這些產(chǎn)品的制造商和設計師必須確保它們能夠依靠多種電源實(shí)現無(wú)縫運行，并在對從患者身上收集的數據進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸的過(guò)程中提供高可靠性。這就要求設計師確保電源管理架構擁有堅固、靈活、緊湊和高效的特點(diǎn)。

 

 

醫療電子系統中的許多應用即使在交流電源發(fā)生中斷時(shí)也需要連續供電；因此一項關(guān)鍵的要求就是實(shí)現低靜態(tài)電流以延長(cháng)電池壽命。于是，自 2010 年以來(lái)，電源 IC 制造商一直在生產(chǎn)備用靜態(tài)電流小于 30μA 的開(kāi)關(guān)穩壓器。事實(shí)上，我們近期推出的部分產(chǎn)品已經(jīng)把這一數字降低到只有 2.5μA。因此，這些產(chǎn)品已完全具備了在由電池提供備份電源的醫療系統中使用之條件。

 

盡管開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)生的噪聲高于線(xiàn)性穩壓器，但其效率指標則比后者優(yōu)越得多。已經(jīng)證實(shí)：在許多敏感型應用中，只要開(kāi)關(guān)電源以可預知的方式運行，那么噪聲和 EMI 水平是可控的。如果開(kāi)關(guān)穩壓器在正常模式中以恒定頻率執行開(kāi)關(guān)操作，而且開(kāi)關(guān)脈沖邊沿是干凈和可預知的，并沒(méi)有過(guò)沖或高頻振鈴，則可實(shí)現 EMI 的最小化。小封裝尺寸和高工作頻率能提供小巧緊湊的布局，從而最大限度地降低 EMI 輻射。除此之外，假如穩壓器可與低 ESR 陶瓷電容器配合使用，那么就能盡量地減少輸入和輸出電壓紋波，而這些紋波是系統中的額外噪聲源。

 

許多功能豐富的患者監測醫療裝置中電源軌數目有所增加，而工作電壓則持續地下降。雖然如此，許多此類(lèi)系統仍然需要 1.xV 至 8.xV 的寬廣電壓范圍，用于為電機、低功率傳感器、存儲器、微控制器內核、I/O 和邏輯電路供電。

 

傳統上，這些電壓軌一直是由降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器或低壓差穩壓器提供。然而，對于那些還在系統中納入了一個(gè)備份電池以應對主電源故障情況的配置，此類(lèi) IC 并未進(jìn)行相應的優(yōu)化。于是，當采用降壓-升壓型轉換器 (其能提升電壓或降低電壓) 時(shí)，它將使電池的全工作范圍能得到利用。這增加了操作裕量，并延長(cháng)了電池運行時(shí)間，因為更多的電池壽命是可用的，尤其當它接近其放電曲線(xiàn)的較低端時(shí)。

 

 

相應地，在可能也配有一個(gè)主電池的便攜式醫療儀表中使用的 DC/DC 轉換器解決方案應具有以下特性：

 

一種具有寬輸入電壓范圍的降壓-升壓型 DC/DC 架構，以在采用多種電池供電型電源及其相關(guān)電壓范圍時(shí)調節 VOUT

 

 

 

可滿(mǎn)足上述要求的一款新型電源 IC 是—— LTC3119，它是一款同步電流模式單片降壓-升壓型轉換器，在降壓模式中，可從多種輸入源提供高達 5A 的連續輸出電流，輸入源包括單節或多節電池、未穩壓交流適配器、以及太陽(yáng)能電池板和超級電容器。一旦啟動(dòng)，該器件 2.5V 至 18V 的輸入電壓范圍就可擴展至 250mV。輸入高于、低于或等于輸出時(shí)，輸出電壓都是穩定的，且輸出電壓在 0.8V 至 18V 范圍內是可編程的。用戶(hù)可選的突發(fā)模式 (Burst Mode?) 操作將靜態(tài)電流降至僅為 31μA，從而提高了輕負載效率，同時(shí)延長(cháng)了電池運行時(shí)間。

 

LTC3119 采用的專(zhuān)有 4 開(kāi)關(guān) PWM 降壓-升壓型拓撲在所有工作模式時(shí)均提供低噪聲、無(wú)抖動(dòng)切換，因而非常適合對電源噪聲敏感的 RF 應用和精確的模擬應用。另外，該器件還包含可編程最大功率點(diǎn)控制 (MPPC) 功能，以確保從光伏電池等具較高輸出阻抗的電源提供最大功率。參見(jiàn)圖 1 以了解該器件的簡(jiǎn)化原理圖。

 

圖 1：高集成度和高性能 LTC3119 的原理圖

 

LTC3119 包含 4 個(gè)內部低 RDSON N 溝道 MOSFET，提供高達 95% 的效率。突發(fā)模式操作可停用，以提供低噪聲連續切換。外部頻率編程或采用內部 PLL 實(shí)現同步使得可以在很寬的 400kHz 至 2MHz 開(kāi)關(guān)頻率范圍內運行，這就允許在轉換效率和解決方案尺寸之間做出權衡。其他特點(diǎn)包括短路保護、熱過(guò)載保護、低于 3μA 的停機電流和一個(gè)電源良好指示器。該器件采用纖巧的外部組件，工作電壓范圍很寬，擁有緊湊的封裝，靜態(tài)電流也很低，因此非常適合 RF 電源、大電流脈沖負載應用、系統備份電源、以及甚至連接 12V 轉換系統的鉛酸電池。

 

很多便攜式醫療系統都需要用多個(gè)輸入源供電，包括單節或多節電池配置、交流適配器和超級電容器組。

 

 

就設計眾多電池供電和 / 或由電池提供備份電源的醫療系統而言，已經(jīng)呈現出巨大的機會(huì )。與此同時(shí)，在選擇合適的電源轉換解決方案以滿(mǎn)足關(guān)鍵設計目標方面，系統設計師面臨一些艱難的挑戰，這些設計目標包括在不損害效率、運行時(shí)間，并且可滿(mǎn)足輻射規范要求和解決方案尺寸的情況下，符合輸入至輸出電壓涵蓋限制、提供合適的功率水平和易設計性。

 

設計一個(gè)滿(mǎn)足系統目標又不影響性能的解決方案是個(gè)艱巨的任務(wù)。幸運的是，我們提供了越來(lái)越多的降壓-升壓型轉換器解決方案，這些解決方案由于能夠跨很寬的負載范圍高效率運行，所以可簡(jiǎn)化設計，提供同類(lèi)最佳性能，并能在電池充電周期之間最大限度地延長(cháng)運行時(shí)間。