不同的醫(yī)療保健應用對電源管理解決方案的要求不盡相同。就電源管理而言，醫(yī)療保健是一個十分有意思的市場領域。盡管醫(yī)療保健產品的設計周期非常長，高等級的創(chuàng)新還是不斷激發(fā)了對醫(yī)療保健電子產品的需求。這些創(chuàng)新產品不僅代替了舊有設備，還在新的市場和應用中使用，而數(shù)年前尚不存在這些應用領域。本文將討論四個不同的醫(yī)療保健應用領域。它們是家庭醫(yī)療保健、儀器儀表、病人監(jiān)護和成像應用。

家庭醫(yī)療保健

在家庭醫(yī)療保健方面存在大量的設計實踐。全球范圍內的老齡化壓力、經(jīng)濟力量的增長以及技術創(chuàng)新為家庭醫(yī)療保健領域帶來了許多全新應用。對病人而言，帶來的好處包括：更高的靈活性、更好的服務以及與醫(yī)生見面的次數(shù)更少。雖然家庭醫(yī)療保健市場早已存在，但最近才涌現(xiàn)出面向消費者且越來越先進的解決方案。這類解決方案的示例有：運動監(jiān)護儀、血壓監(jiān)護儀以及心率監(jiān)護儀。另外，便攜式血液分析儀和脈搏血氧儀系統(tǒng)也進入了當今家庭醫(yī)療保健領域。

從電源管理的角度出發(fā)，所有這些系統(tǒng)都由于必要的便攜性而對集成度的要求較高。對于真正便攜的產品而言，它們將采用電池供電，因此要求系統(tǒng)具有高電源效率。在這類應用中，較低的功耗可延長設備的工作時間而無需充電或更換電池。最后，成本也是個很重要的參數(shù)。雖然在某些其它醫(yī)療保健應用中，電源管理解決方案的成本可能不是關鍵參數(shù)，但在家庭醫(yī)療保健中它十分重要。成本約束對當今的消費電子市場影響深遠。

圖1顯示采用鋰離子充電電池系統(tǒng)的電源鏈。該電源架構確保電路的某些部分可以通過負載開關關閉（如ADP190），而另一部分為實時時鐘（RTC）供電的電路則始終開啟（如ADP160）。開啟時，ADP190具有低于2uA的接地電流，而ADP160在空載時僅消耗大約560nA電源電流。該特性使電池的永久放電保持在最低水平。ADP2140是一款高度集成的降壓開關調節(jié)器，集成線性調節(jié)器。這款電源管理單元可節(jié)省空間和成本。

圖1：便攜式電池供電型家庭醫(yī)療保健設備的典型電源鏈。

某些僅供短期使用的低成本便攜式醫(yī)療保健系統(tǒng)可能會圍繞不可充電的堿性電池而設計。相比常見的雙電池設計，使用單顆電池將在重量和成本方面更有優(yōu)勢。單顆堿性電池系統(tǒng)面臨的難題是電池電壓范圍僅為0.8 V至1.5 V.為了對電子設備供電，必須采用能以高能效處理低輸入電壓的升壓調節(jié)器。圖2顯示采用ADP1607作為第一步電源轉換的這類應用。該電路能產生3.3V電壓，滿足大部分系統(tǒng)要求。

圖2：采用單顆堿性電池為便攜式醫(yī)療保健系統(tǒng)供電。

儀器儀表

儀器儀表方面的示例應用有：血液分析儀、透析儀和臨床診斷設備。儀器儀表設備通常為非便攜式。這類應用對電源管理的要求不如“家庭醫(yī)療保健”部分討論的那樣受諸多因素限制。在儀器儀表領域，通常能獲得更多的電能，因此對電源效率的要求并不嚴格。雖然高集成度無疑對系統(tǒng)有幫助，但這并非首要考慮因素。大多數(shù)情況下，對于儀器儀表應用而言重要的是低噪聲性能。開關調節(jié)器和線性調節(jié)器必須具有極低的噪聲，才能進行精度極高的測量。通常采用銀盒型的AC-DC電源產生一個或多個中間電壓。隨后，這些電軌用于產生更低的電壓。

圖3顯示的是一個微型PMU（電源管理單元）。它是一款ADP5050器件，采用來自AC-DC電源的12V電軌供電。該PMU集成四個開關調節(jié)器以及一個線性調節(jié)器。雖然體積緊湊，但它集成了很多必要的功能。對單個降壓調節(jié)器的開關頻率一并進行同步和相移處理，以便最大程度降低輸入線路上的噪聲，并支持采用小數(shù)值輸入電容。一個獨特的特性是可以使兩個開關調節(jié)器以另外兩個調節(jié)器開關頻率的一半運行。這樣可以保持一個可預測的低EMI曲線，同時允許低功率電軌以較高的開關頻率工作，并在高功率電軌上使用較低的開關頻率以獲得盡可能高的效率。

最后很重要的一點是，提供I2C接口，可動態(tài)改變輸出電壓、檢查芯片溫度、設置不同通道的相移、電源良好指示，并使能單個通道。這些功能有助于智能儀器儀表系統(tǒng)監(jiān)視和控制電源管理性能。

圖3：提供多電壓和I2C連接性的微型電源管理單元。

病人監(jiān)護

此類系統(tǒng)都屬于臨床系統(tǒng)。它們用于測量血壓，但也可用在心電圖（ECG）和脈搏血氧儀系統(tǒng)中。這類電源管理通常采用線路供電，因此只要能處理好散熱，能效就不是個大問題。真正重要的是可靠性、出于安全目的的電流隔離以及低噪聲。為了增加可靠性，有時提供備用電池。當病人轉移到不同的醫(yī)院時，備用電池有助于提供不間斷的生命體征監(jiān)護。

隔離需要符合最嚴格的醫(yī)療安全標準，即IEC 60601-1.采用iCouplers技術的數(shù)字隔離器正取代光耦合器而不影響隔離完整性。這一趨勢的優(yōu)勢是避免光耦合器的老化效應以獲得長期穩(wěn)定性，同時以單封裝提供不同的半導體功能，如USB、I2C和電源管理開關調節(jié)器。這些器件提供加強絕緣性能，能夠承受IEC 60747-5-5標準規(guī)定的10kV浪涌。iCoupler產品采用芯片級變壓器，與光耦合器和基于電容的數(shù)字隔離器相比具有非常魯棒的共模瞬變抗擾度。

圖4顯示感性隔離概念。隔離柵兩側各有一個電感，由聚酰亞胺、二氧化硅（SiO2）或類似的隔離材料組成。

圖4：跨越隔離柵的感性數(shù)字耦合概念。