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作者:Jing Zou

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隨著超音波影像技術進步,且最少侵入式診斷與治療的需求漸增,超音波在醫學領域的應用日益普及。舉例而言,使用超音波進行遠距監測不只有助醫師快速診斷,更兼顧安全與成本效益,因此越來越普遍。為了克服地理限制,將優質健康照護從醫療院所帶到個人住家與偏鄉地區,市場對可攜式超音波裝置的需求也水漲船高。

接下來,我將針對醫護人員用於診斷的定點照護超音波設備,分析其精巧型電池充電器積體電路(IC)以及解決方案。

 

定點照護超音波設備種類與充電需求

超音波設備主要分為三類:推車式、筆電式與手持式。各類設備的系統功耗不同,需要的電池配置也有所差異。

如圖 1 所示,推車式超音波機台的功能最為強大,在 12 V 電壓下,系統電流最高可達 20 A。為充分供應系統負載,此類超音波設備一般包含四個並聯的獨立電池組,每一電池組的配置為四個以上的電池彼此串連。

依照鋰離子電池的航空運輸規範,每一電池組的電容不得超過 100 瓦特小時。因此,四個電池組無法直接串接,必須各自有獨立的充放電路徑,如圖 2 所示。

  

1:定點照護超音波設備(筆電式、推車式與手持式)

  

2:多電池組電池管理系統簡圖

筆電式超音波設備也有電池容量 100 瓦特小時的上限,系統功耗在 12 V 下可高達 10 A,因此這類裝置通常包含兩個獨立的電池組,充放電路徑各自分開。

手持式智慧探針則更為輕巧,僅用於蒐集與傳輸資料,因此只要單一電池組(由一至兩個串聯的鋰離子或鋰聚合物電池組成)便能操作。在推車式或筆電式超音波設備中,電池主要作為備援電源,但智慧探針則以電池為主要電源,因此必須具備支援 USB Type-C® 電力傳輸規格的快充功能,才能滿足日常使用的需求。

 

電池充電器設計建議

前面提到,就推車式與筆電式設備而言,電池是備援電力,電力線路才是主要電源。由於這類應用的系統電流極高,你可以採用直接電源路徑,由輸入源直接為系統供電。輸入源被移除時,直接電源路徑管理會自動以電池為系統負載供電。

TI 的 BQ24610 是獨立的電池充電控制器,可透過直接電源路徑為多達六個串聯鋰離子或鋰聚合物電池充電,且透過電阻便能輕鬆調整充電參數。

筆電式超音波設備具有多個輸入源,電壓介於 12 V 至 24 V,對於此類應用,BQ25713 升降壓充電器能自不同輸入源進行充電,也不需要在充電器輸入端前外加 DC/DC 轉換器。

在最精巧的超音波智慧探針上,BQ25790 這類的整合式升降壓充電器不只體積輕巧、整合多種功能,並採用晶片級封裝。這項元件的快充功能可支援一到四個串聯電池,以及高達 5 A 的電池電流。輸入電壓範圍為 3.6 V 至 24 V,可全方位支援 USB Type-C® 電力傳輸規格。BQ25790 也具有雙輸入控制,可在兩個電源(例如無線電源或 USB)之間轉換。同屬此電池充電 IC 系列的還有 BQ25792,採用四方扁平無引線(QFN)封裝,散熱性能更為優越。

對於只採用單電池配置的設備,BQ25892 或 BQ25895 降壓充電器具有高達 5 A 的高充電電流,也是不錯的選擇。D+/D- 功能可偵測標準 USB 埠以及可調式高壓轉接器作為輸入電源。

為了打造更輕巧便攜的超音波裝置,提供優質定點照護與醫療診斷,電池設計必須進一步優化。不同電源功率級所需的電池設計配置也不同,因此務必了解您的系統與充電需求,才能選擇最適合的電池充電 IC。

 

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