TVS瞬態(tài)二極管在SPECT探測器系統(tǒng)中運(yùn)用分析

摘要：TVC全稱為TransientVoltageSuppressors，譯為瞬態(tài)抑制電壓器，以瞬態(tài)干擾為切入點(diǎn)分析TVS瞬態(tài)二極管的實(shí)際應(yīng)用，在明確TVS瞬態(tài)二極管主要參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)（SinglePhotonEmissionComputedTomography，SPECT）探測器系統(tǒng)展開應(yīng)用實(shí)踐分析，探索SPECT探測器系統(tǒng)中TVS瞬態(tài)二極管的應(yīng)用場景。在應(yīng)用分析期間，發(fā)現(xiàn)TVS瞬態(tài)二極管在電路保護(hù)方面具有顯著優(yōu)勢，故以TVS瞬態(tài)二極管為支撐設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊，合理選用TVS瞬態(tài)二極管并進(jìn)行保護(hù)電路設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)運(yùn)用后，發(fā)現(xiàn)TVS瞬態(tài)二極管在SPECT探測器系統(tǒng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異性能作用。

關(guān)鍵詞：TVS瞬態(tài)二極管SPECT探測器瞬態(tài)干擾保護(hù)電路

中圖分類號(hào)：TH789

ApplicationAnalysisofTVSTransientDiodeinSPECTDetectorSystem

HUHuiting

Taiyuan CentralHospital（PekingUniversityFirstHospitalTaiyuanHospital），TaiyuanCity，ShanxiProvince，030000China

Abstract：TVC，isalsoknownasTransientVoltageSuppressors.ThhispapertakestransientinterferenceasthestartingpointtoanalyzethepracticalapplicationofTVStransientdiodes.OnthebasisofclarifyingthemainparametersofTVStransientdiodes，combinedwithSinglePhotonEmissionComputedTomography（SPECT）detectorsystem，itconductspracticalapplicationanalysisandexplorestheapplicationscenariosofTVStransientdiodesinSPECTdetectorsystem.Duringtheapplicationanalysis，itisfoundthatTVStransientdiodeshavesignificantadvantagesincircuitprotection.Therefore，theapplicationmoduleisdesignedwithTVStransientdiodesasthesupport，andTVStransientdiodesareselectedreasonablyforprotectioncircuitdesign.Aftercompletingthedesignandapplication，itisfoundthatTVStransientdiodeshaveshownexcellentperformanceinSPECTdetectorsystems.

KeyWords：TVStransientdiode;SPECTdetector;Transientinterference;Protectioncircuit

TVS瞬態(tài)二極管屬于高效能保護(hù)構(gòu)件，若其遭受瞬態(tài)能量沖擊，該構(gòu)件會(huì)調(diào)整兩極電壓箝位，將兩極高阻抗轉(zhuǎn)化為低阻抗，對浪涌功率直接吸收，借助該方式對電子線路中的精密元器件形成保護(hù)，使內(nèi)部元器件不受高能量浪涌脈沖影響而被損壞。與其他保護(hù)構(gòu)件相較，TVS瞬態(tài)二極管具有漏電流低、瞬態(tài)功率大、響應(yīng)速度快的優(yōu)勢，現(xiàn)已在各類儀器儀表、電子鎮(zhèn)流器、交直流電源、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了充分運(yùn)用。因此，可將TVS瞬態(tài)二極管運(yùn)用至SPECT探測器系統(tǒng)中。

1TVS瞬態(tài)二極管主要參數(shù)

1.1額定反向關(guān)斷電壓

額定反向關(guān)斷電壓是指TVS瞬態(tài)二極管在持續(xù)工作狀態(tài)下所表現(xiàn)出的脈沖電壓或直流電壓，若TVS瞬態(tài)二極管兩極間存在反向電壓時(shí)，其將會(huì)進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)所流經(jīng)的電流低于最大反向漏電流。

1.2最小擊穿電壓

最小擊穿電壓是指TVS瞬態(tài)二極管擊穿電壓。通常情況下，TVS瞬態(tài)二極管在25℃狀態(tài)下不會(huì)陷入雪崩，若TVS瞬態(tài)二極管流經(jīng)符合規(guī)定的電流，即1mA電流（IR），此時(shí)該電流與TVS瞬態(tài)二極管兩極電壓相加，則為最小擊穿電壓。按照最小擊穿電壓與TVS瞬態(tài)二極管的離散程度，可將最小擊穿電壓細(xì)致分為5%、10%兩種。

1.3電容量（C）

電容量最終數(shù)值由雪崩結(jié)截面決定，可通過測定1MHz頻率獲得，通常電容量與TVS瞬態(tài)二極管電流承受力之間存在正比關(guān)系，TVS瞬態(tài)二極管電流承受力越高則電容量越大。

1.4箝位時(shí)間（TC）

箝位時(shí)間是指TVS瞬態(tài)二極管從0電壓達(dá)到最小擊穿電壓的事件。

1.5箝位因子

若TVS瞬態(tài)二極管有20ms持續(xù)時(shí)間的脈沖峰值電流流過，將會(huì)在兩極位置出現(xiàn)最大峰值電壓，即最大箝位電壓。

2&nbo+rdrTxqWPsyuwv3qr/HlA==sp;SPECT探測器系統(tǒng)中TVS瞬態(tài)二極管的運(yùn)用策略

2.1確定TVS瞬態(tài)二極管應(yīng)用模塊

SPECT探測器系統(tǒng)屬于核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，可借助探測器來掃描、探測、跟蹤人體內(nèi)放射性核素的發(fā)展與變化情況，并采用計(jì)算機(jī)分析的方式，直觀生成斷層影像圖、平片影像圖，借助SPECT探測器系統(tǒng)影像圖精準(zhǔn)清晰表現(xiàn)人體內(nèi)部臟器的引流、功能、代謝、血流情況，繼而指導(dǎo)臨床治療方案的編制，使治療方案更加符合人體實(shí)際情況。SPECT探測器系統(tǒng)從本質(zhì)上來看屬于一種，其以γ照相機(jī)為基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)機(jī)架、探測器、輔助設(shè)備構(gòu)成，其成像原理可見圖1。

為確保SPECT探測器系統(tǒng)能夠真正在現(xiàn)代化醫(yī)療系統(tǒng)內(nèi)得到推廣應(yīng)用，可引入TVS瞬態(tài)二極管，用于提升SPECT探測器系統(tǒng)運(yùn)行安全性。結(jié)合應(yīng)用來看，SPECT探測器系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，其運(yùn)動(dòng)模塊將會(huì)呈現(xiàn)出“高速開始-驟然中斷”特征，且系統(tǒng)a2427e9aec176e71170d9c9a68fc79bbe73a312b06b4fafd9920bf4f6c8fb633內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行過程中會(huì)引發(fā)諸多安全隱患，此時(shí)需借助TVS瞬態(tài)二極管消除潛在安全隱患，以防產(chǎn)生醫(yī)療事故。在TVS瞬態(tài)二極管應(yīng)用過程中，為確保其能夠充分發(fā)揮作用，可圍繞TVS瞬態(tài)二極管在SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建一個(gè)安全保護(hù)模塊，借助TVS瞬態(tài)二極管的瞬態(tài)抑制功能而對SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部元器件形成保護(hù)，以此化解其運(yùn)行安全問題。

2.2TVS瞬態(tài)二極管選擇運(yùn)用要點(diǎn)

（1）要求所選用的TVS瞬態(tài)二極管額定反向關(guān)斷電壓等于、大于被保護(hù)電路最大工作電壓，若未滿足該條件，則能使SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部元器件提前雪崩或漏電流過多而干擾信息系統(tǒng)電路的正常穩(wěn)定運(yùn)行。（2）要求TVS瞬態(tài)二極管最大反向箝位電壓低于被保護(hù)電路損壞電壓。（3）特定脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，要求TVS瞬態(tài)二極管最大峰值脈沖功率不可低于被保護(hù)電路峰值脈沖功率，在此基礎(chǔ)上明確最大箝位電壓，須使其峰值脈沖電流超過瞬態(tài)浪涌電流。（4）對SPECT探測器系統(tǒng)運(yùn)行過程中所能夠形成的脈沖群沖擊規(guī)律進(jìn)行確認(rèn)，并基于此選擇TVS瞬態(tài)二極管，要求TVS瞬態(tài)二極管具備相對穩(wěn)定的平均穩(wěn)態(tài)功率。（5）要求嵌入SPECT探測器系統(tǒng)安全保護(hù)模塊內(nèi)的TVS瞬態(tài)二極管可對數(shù)據(jù)接口電路形成全方位的保護(hù)，并確保TVS瞬態(tài)二極管具備良好適宜的電容量參數(shù)。（6）以SPECT探測器系統(tǒng)安全保護(hù)模塊設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，選擇TVS瞬態(tài)二極管結(jié)構(gòu)，其在交流電路中的適用性較強(qiáng)，而在多線保護(hù)場景中，需要將TVS瞬態(tài)二極管設(shè)置為陣列結(jié)構(gòu)[1]。

2.3TVS瞬態(tài)二極管保護(hù)電路設(shè)計(jì)

2.3.1運(yùn)動(dòng)模式

SPECT探測器系統(tǒng)在醫(yī)療事業(yè)中的臨床使用時(shí)，主要按照探測器、人體間的距離確認(rèn)系統(tǒng)設(shè)備使用位置，綜合考慮輪廓掃描裝置、病人擺位情況后，將SPECT探測器系統(tǒng)放置在理想位置。SPECT探測器系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，其探測器則會(huì)出現(xiàn)頻繁啟閉現(xiàn)象，引發(fā)反電動(dòng)勢對設(shè)備造成沖擊，具體可見圖2[2]。受到反電動(dòng)勢沖擊影響，SPECT探測器系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)，此時(shí)可結(jié)合楞次定律確認(rèn)電動(dòng)勢旋轉(zhuǎn)反向，并以此為依據(jù)確認(rèn)反電動(dòng)勢方向。在反電動(dòng)勢沖擊作用下，SPECT探測器系統(tǒng)電源陷入過壓保護(hù)狀態(tài)，電壓不穩(wěn)，繼而影響設(shè)備構(gòu)件運(yùn)行，引發(fā)電機(jī)故障，必須對該問題進(jìn)行解決。現(xiàn)階段SPECT探測器系統(tǒng)中基本已配備輪廓掃描裝置，該裝置在使用時(shí)，要求裝置表面貼近人體表面，同時(shí)繪制人體曲線。此外，旋轉(zhuǎn)主機(jī)架、病人前期擺位情況在運(yùn)行過程中均會(huì)出現(xiàn)較大速度變化，反電動(dòng)勢形成。針對該問題，則可按照圖2所示結(jié)構(gòu)增設(shè)保護(hù)電路，以此實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢保護(hù)，對瞬態(tài)干擾問題進(jìn)行抑制。

2.3.2保護(hù)電路設(shè)計(jì)

在該次研究中，經(jīng)綜合比選后，最終選用SM15TY瞬態(tài)抑制二極管，其耐高溫性能強(qiáng)、漏電流低，且具備高功率、響應(yīng)快、箝位電壓準(zhǔn)確的優(yōu)勢，將其運(yùn)用至SPECT探測器系統(tǒng)保護(hù)電路中能夠發(fā)揮出良好價(jià)值。該保護(hù)電路由單相、雙相二極管構(gòu)成，同時(shí)配備相應(yīng)的輔助性元器件。待SPECT探測器系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，驅(qū)動(dòng)器可對電機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行抑制，電機(jī)電源與驅(qū)動(dòng)器電源相分離，以此極大規(guī)避了反電動(dòng)勢等瞬態(tài)干擾問題。但該電源結(jié)構(gòu)無法滿足SPECT探測器系統(tǒng)電機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行需求，需優(yōu)化電機(jī)供電電源。應(yīng)用SM15TY瞬態(tài)抑制二極管保護(hù)電路后，電機(jī)供電電源在電路運(yùn)行期間不會(huì)形成特殊衰減，可滿足電源供給需求[3]。若SPECT探測器系統(tǒng)電機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)驟然停止現(xiàn)象，將會(huì)形成反電動(dòng)勢，其方向與電機(jī)電源供給電動(dòng)勢方向相反，二極管結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)的方式設(shè)置在電源兩側(cè)，當(dāng)反電動(dòng)勢出現(xiàn)后，TVS瞬態(tài)二極管保護(hù)電路則會(huì)根據(jù)瞬態(tài)干擾現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)對，并快速轉(zhuǎn)入反向?qū)顟B(tài)，使SPECT探測器系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到安全區(qū)間，繼而實(shí)現(xiàn)對瞬態(tài)干擾問題的抑制，對SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部元器件形成保護(hù)[4]。

2.4保護(hù)電路實(shí)際使用與效果分析

TVS瞬態(tài)二極管可對SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)形成保護(hù)，且圍繞TVS瞬態(tài)二極管所構(gòu)建的保護(hù)電路具有安裝簡單、體積較小的優(yōu)勢，將其運(yùn)用至SPECT探測器系統(tǒng)可對電路形成保護(hù)。為了解該保護(hù)電路的實(shí)際運(yùn)用效果，采用運(yùn)行實(shí)踐的方式加以檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TVS瞬態(tài)二極管保護(hù)電路運(yùn)行后，SPECT探測器系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)改善現(xiàn)象，波動(dòng)變小，電源穩(wěn)定，且電源與電壓不受SPECT探測器系統(tǒng)頻繁啟閉狀態(tài)影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行穩(wěn)定性分析，設(shè)置三種運(yùn)動(dòng)需求，即0.1s提升至660mm/min后降低為0、0.5s內(nèi)提升至3000mm/min后降低為0、0.5s內(nèi)提升至660mm/min后降低為0，最終發(fā)現(xiàn)配備TVS瞬態(tài)二極管保護(hù)電路的SPECT探測器系統(tǒng)能夠在上述運(yùn)動(dòng)需求狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)電源穩(wěn)定輸出和安全運(yùn)行[5]。

3結(jié)語

綜上所述，SPECT探測器系統(tǒng)中TVS瞬態(tài)二極管具有較高應(yīng)用價(jià)值，可對SPECT探測器系統(tǒng)內(nèi)部精密元器件形成保護(hù)，降低外部干擾因素對電子線路及元器件結(jié)構(gòu)的影響。應(yīng)科學(xué)確定TVS瞬態(tài)二極管應(yīng)用模塊，精準(zhǔn)把握TVS瞬態(tài)二極管選擇運(yùn)用要點(diǎn)，結(jié)合SPECT探測器系統(tǒng)實(shí)際情況做好TVS瞬態(tài)二極管保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

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