淺談不同電容器在醫(yī)療電子中的選型及應(yīng)用

　　電子醫(yī)療器械中，需要對(duì)電源進(jìn)行高精度的控制和調(diào)節(jié)，才能支持設(shè)備執(zhí)行每一功能。交、直流電源均被廣泛應(yīng)用于這些場(chǎng)合。開關(guān)電源用于對(duì)這些電源進(jìn)行控制，由于具有顯著優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源已成為大部分電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)電源。

　　電容可用來(lái)減少紋波并吸收開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的噪聲，它還可以用于后級(jí)穩(wěn)壓，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)能力。電源輸出中不應(yīng)出現(xiàn)任何紋波噪聲或殘留抖動(dòng)。這些電路常采用鉭電容來(lái)降低紋波，但鉭電容有可能受到開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲影響而產(chǎn)生不安全的瞬變現(xiàn)象。

　　為保證可靠工作，必須降低鉭電容的額定電壓。例如，額定值為10uF/35V的D型鉭電容，工作電壓應(yīng)降低到17V，如果用在電源輸入端過(guò)濾紋波，額定35V鉭電容可在高達(dá)17V的電壓導(dǎo)軌上可靠地工作。

　　高壓電源總線系統(tǒng)一般很難達(dá)到額定電壓降低50%的指標(biāo)。這種情況限制了鉭電容用于電壓導(dǎo)軌大于28V的應(yīng)用。目前，由于鉭電容需要被降額使用，高壓濾波應(yīng)用唯一可行的辦法是采用體積較大且?guī)б€的電解電容，而不是鉭電容。

　　新型鉭電容

　　為解決降低額定電壓的問(wèn)題，Vishay研發(fā)部門開發(fā)出了具有更高額定電壓等級(jí)的新系列SMD固體鉭電容器，額定電壓高達(dá)75WVDC.50V額定電壓電容在28V以及更高電壓導(dǎo)軌中的應(yīng)用引起了設(shè)計(jì)人員的擔(dān)心，而采用Vishay新型的63V和75V鉭電容，可達(dá)到額定電壓降低50%的行業(yè)認(rèn)可安全指標(biāo)。電介質(zhì)成形更薄、更一致，使SMD固體鉭電容的額定電壓能夠達(dá)到75V，從而實(shí)現(xiàn)了提高額定電壓的技術(shù)突破。成形工藝中對(duì)多道工序進(jìn)行了改進(jìn)：降低了成形加工過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力集中，降低了電容成形過(guò)程中電解液的局部過(guò)熱，提高了電介質(zhì)成形過(guò)程中電解液濃度和純度的一致性。新型電容T97系列的額定電壓達(dá)75V，83系列達(dá)63V.

　　無(wú)線感應(yīng)耦合充電

　　大量的感應(yīng)充電器采用返馳式轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)充電為醫(yī)療設(shè)備電池提供充電電能，同時(shí)，感應(yīng)充電器也被用于大量的便攜式設(shè)備(如牙刷)中。

　　縮小充電電池尺寸有助于減小采用無(wú)線感應(yīng)充電電路的植入式醫(yī)療設(shè)備的體積。無(wú)線感應(yīng)充電器可為設(shè)備上安裝的微小薄膜(如Cymbet EnerChip)充電式儲(chǔ)能器件安全地充電。感應(yīng)充電器采用了并聯(lián)LC(電感、電容)諧振儲(chǔ)能電路的工作原理。圖1所示為Cymbet公司的CBC- EVAL-11 RF感應(yīng)充電器評(píng)估套件。

　　Vishay 595D系列1000uF鉭電容被用作Cymbet接收電路板的C5電容，為無(wú)線電發(fā)射等負(fù)載提供脈沖電流。此款感應(yīng)充電器的輸入與輸出之間具有良好的隔離，這是醫(yī)用設(shè)備的重要要求。

　　在一些電壓較高的感應(yīng)充電器應(yīng)用中，需要采用高壓穩(wěn)定的電容作為諧振電容。由于感應(yīng)充電器的初級(jí)線圈需要采用交流電壓驅(qū)動(dòng)，因此必須對(duì)電容進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。感應(yīng)充電器需要具備高擊穿電壓(VBD)性能，同時(shí)，某些應(yīng)用中還需要防護(hù)高壓電弧放電。為避免電弧放電，電路板一般敷有保護(hù)涂層，或者通過(guò)合理安排元器件布局達(dá)到高壓側(cè)與電路板其他部分隔離的效果，等。但這種方法往往需要很大的電路板空間，因?yàn)楦邏弘娐吠ǔ２捎皿w積較大的引線型通孔插裝電容。

　　高壓電弧防護(hù)電容解決方案

　　為解決這一問(wèn)題，Vishay推出了一系列的HVArc(高壓電弧)防護(hù)MLCC(多層貼片陶瓷電容)，可防止電弧放電，同時(shí)節(jié)省空間。這些新器件在較高的電壓定額內(nèi)具有最大容量，并且提高了電壓擊穿的耐受能力。高壓電弧放電會(huì)造成斷路，并有可能損壞其他元器件。標(biāo)準(zhǔn)的高壓SMD電容最終將會(huì)失效短路，這取決于電弧放電的次數(shù)和存在問(wèn)題的部分。Vishay HVArc防護(hù)電容可以吸收所有的能量，因此，此電容能夠在高壓下進(jìn)行正常工作，至少在達(dá)到高壓擊穿極限之前，不會(huì)產(chǎn)生破壞性電弧放電。

　　HVArc防護(hù)電容的VBD分布由器件采用的獨(dú)特設(shè)計(jì)來(lái)控制，VBD可達(dá)3kV或以上。本產(chǎn)品采用了NPO和X7R電介質(zhì)。

　　用于MRI的新型無(wú)磁電容

　　磁共振成像(MRI)設(shè)備內(nèi)部或周邊電路中所使用的電容及其他電子元器件需要屏蔽或封裝在MRI室外。電容的電介質(zhì)、電極材料或端接材料中可能含有鐵質(zhì)或磁性材料。為提高圖像分辨率，MRI系統(tǒng)的磁場(chǎng)水平不斷提高，而MRI室內(nèi)使用的電容會(huì)造成磁場(chǎng)畸變。因此，需要減少或完全消除大部分電容中的磁性材料。

　　最新推出的系列MLCC在電極和端接結(jié)構(gòu)中采用非鐵材料，來(lái)滿足消除磁化的要求。無(wú)磁結(jié)構(gòu)可以采用X7R和NPO電介質(zhì)。外形尺寸為0402至1812，符合EIA規(guī)格。Vishay還在最終測(cè)試時(shí)采用了專用電容分選設(shè)備，以確保所有無(wú)磁電容均能符合技術(shù)要求。