遠程病人監(jiān)測器不斷發(fā)展,包括更多的功能,使醫(yī)生能夠對病人的健康有更深入的了解。這些功能對為顯示器供電的單電池電池產生了更大的需求。本文為心電圖遠程患者監(jiān)控該設備提供了一個電源解決方案,該該設備可以保留電池壽命,以利用這些功能。本文還介紹了精確估計RPM電池壽命的策略,以及在RPM啟動前延長電池壽命的方法。

物聯(lián)網(wǎng)革命使得醫(yī)療服務提供者利用技術為患者提供實時護理的模式發(fā)生了轉變。今天,遠程病人監(jiān)測是一個新的醫(yī)療設備正在改變醫(yī)生與病人互動方式的領域。較小的集成電路和無線通信使幾十年前的設備能夠更新,以增強功能形式因素,增加患者堅持和結果?，F(xiàn)在的遠程患者監(jiān)控該設備包括收集心率、溫度和加速度計數(shù)據(jù)的各種傳感器。這些該設備將患者數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?使患者和醫(yī)生能夠實時訪問數(shù)據(jù)。

雖然這些設備提高了醫(yī)生提供更好護理的能力,但它們給電力供應設計者帶來了挑戰(zhàn),他們必須平衡系統(tǒng)性能和電池壽命要求。隨著第二代該設備采用多式聯(lián)運技術來提高精度和效率,挑戰(zhàn)進一步增加,這反過來又增加了對電力供應的需求。

一個235maMCR2032鋰硬幣電池電池提供電源電壓調節(jié)器,微控制器,心電圖前端,帶有一個溫度傳感器和加速度計。在本文中,我們將參考該該設備連續(xù)監(jiān)控心電圖和加速度計,同時每15分鐘檢查一次溫度。數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸 ® 低能量(BLL)每2小時一次,每天總共12BL交易。這個該設備包含三個不同的模式,每個不同的負載剖面:標準監(jiān)測,溫度監(jiān)測和傳輸模式。在標準監(jiān)測模式下,只對心電圖和加速度計進行監(jiān)測。在溫度監(jiān)測模式下,附加溫度傳感器被監(jiān)測.在傳輸模式下,BL無線電通信數(shù)據(jù),同時監(jiān)測心電圖和加速度計數(shù)據(jù)。

電力供應挑戰(zhàn)

設計一個RPM,例如一個心電圖該設備,對電源設計者提出了多種挑戰(zhàn)。設計典型的空間約束和該設備幾個傳感器可能需要多個動力軌。因為RPM該設備通常是一個單用途的項目,硬幣電池電池通常是設計者可用的最具成本效益的電源。只使用一個硬幣電池電池為該設備供電,設計者也必須認識到電源子系統(tǒng)的效率。

對電源設計師來說,一個經(jīng)常被忽視的挑戰(zhàn)是延長產品的保質期。關閉電流和電池自放電可以縮短任何系統(tǒng)的壽命。因此,對于設計者來說,重要的是確定RPM該設備是否能夠在一個典型的保質期之后滿足操作時間要求,如果不能,可以在該設備到達最終用戶之前采取什么步驟來保持電池壽命。

確定電池運行時間

為了準確確定電源解決方案是否滿足電池壽命要求,必須確定負載配置。負載配置文件是系統(tǒng)負載負荷周期的簡單表示.對于我們正在使用的遠程患者監(jiān)控該設備,我們將考慮以前提出的三種不同的操作模式:標準監(jiān)控、溫度監(jiān)控和傳輸模式。

在標準監(jiān)控模式下,該設備的電流消耗量(包括每個LDO變換器330納的靜止電流和單片機的電流提取量)為1.88mA。在溫度監(jiān)控模式下,每15分鐘200毫安的電流為1.95毫安.在傳輸模式下,當該設備正通過BL傳輸數(shù)據(jù)時,當前的拉幅為7.90MA,每兩小時30秒。這些值可以在相應的設備數(shù)據(jù)表中找到,通過查看活動和靜止的電流規(guī)范。

為了開始負荷分布分析,需要使用一天內每個操作模式的時間段來計算任務周期。

從表1中可以看到我們的該設備。

表1該設備操作模式的工作周期

電池容量=235MAH

每日標準監(jiān)測模式電流=44.92mAh/日

每日溫度監(jiān)測模式電流=0.01mAh/日

Battery Life (Days) = 235 mAh/(44.92 mAh/Day + 0.01 mAh/Day + 0.79 mA/Day) = 5.14 Days

這些計算結果表明,該設備將滿足5天運行時的要求,電池壽命超過5.1天。然而,這是欺騙性的,因為這并不考慮系統(tǒng)的保質期。在醫(yī)療設備行業(yè),設計14個月的保質期(在貨架上12個月,廠家2個月)是最佳做法。

對生活的考慮

在總結系統(tǒng)中設備的關閉電流時,使用RR2032電池每年1%至2%的自放電率,可以看到,14個月后,電池沒有足夠的能力支持5天的運行時間和電池密封是必要的。

表2 14個月后的電池容量

儲存14個月后的電池容量將會嚴重降低。大約40%的CR2032的能量將消耗于關閉電流和電池自泄漏,而坐在架子上閑置。將該電池容量插入方程3,可以確定更精確的運行時間:

電池壽命(天)=146.66馬赫/(標準監(jiān)測模式+溫度監(jiān)測模式+傳輸模式)

Battery Life (Days) = 146.66 mAh/(44.92 mAh/Day + 0.01 mAh/Day + 0.79 mA/Day) = 3.21 Days

當電池放在架子上超過一年時,電池的容量受到電池自放電和系統(tǒng)關閉電流的影響。電池自放電是電池化學和環(huán)境的一個功能。KR2032電池具有鋰錳化學和1%-2%的自放電率。在一年結束時,硬幣電池電池在休眠時會損失2%的容量。與此同時,一個Br2032電池具有鋰碳一氟化物化學和每年0.3%的自放電率?？梢院苋菀椎丶僭O,應用中最好的電池化學是放電率最低的電池,但情況未必如此。雖然BR2032電池的放電率較低,但它的電池容量也低于RR2032電池的200MA。使用以前的公式重新計算,人們可以確定這樣一個低容量的電池是否足夠。

在這個心電圖該設備中,當系統(tǒng)關閉時,IC關閉電流是降低電池壽命的最大貢獻。當一個IC被禁用并且沒有活動負載時,就會拉出關閉電流.這些電流通常是由于集成電路和集成電路內的ESD保護裝置的泄漏造成的,即使在沒有負載的情況下也會吸引少量的電流。這些電流通常很小(低于1倍a),但會對電池壽命產生巨大影響。在這個RPM該設備中,關閉電流可以在一年中減少40%的電池容量。一個電池密封可以用來限制系統(tǒng)在關閉時從電池拉出太多的電流。

電池密封的兩種常見選擇是以Mylar拉卡形式的機械電池密封和以負載開關形式的電池密封。Mylar/塑料拉桿提供一個機械電池密封,塑料拉桿位于電池和系統(tǒng)之間。當設備準備好使用時,用戶只需提取塑料標簽,電池就可以啟動系統(tǒng)。這是一個簡單的,廉價的,并已被證明的機械電池密封使用多年。然而,對于醫(yī)療設備而言,這種解決辦法并不總是可行的。對于需要防水的心電圖貼片,Mylar突出的槽可以使貼片容易受到水的損害。此外,小型塑料標簽可能難以使用的最終用戶的低靈活性。

一個簡單的負載開關,如VISHYSIP32341,將是一個很好的選擇,電電池密封。該設備是一種FET,當打開時,它會將電池與系統(tǒng)的其他部分隔離開,使SIP32341關閉電流成為電池上唯一的吸引力。負載開關有一個邏輯控制線,可以在設備準備使用時通過按鈕打開。SIP32341有一個14帕典型的關閉電流,這是一個戲劇性的改進,比目前整個系統(tǒng)的吸引,如果沒有電池密封。當SIP32341被用作電池密封時,在14個月的時間里,CR2032原電池保持了99.97%的容量。當沒有使用電池密封來保護電池不受心電圖該設備關閉電流時,CR2032原電池僅保留其原來電荷的62.39%。這37%的容量差異是使心電圖貼片在14個月的保質期后滿足5天的要求。

表3電池密封14個月后的電池容量

電池密封通過防止系統(tǒng)中的所有設備從電池中提取關閉電流來保持電池的容量。超過99.9%的電池容量是剩余后,RPM該設備閑置14個月。

將電池容量插入方程3,可以確定更精確的運行時間:

電池壽命(天)=230.25MAH/(標準監(jiān)測模式+溫度監(jiān)測模式+傳輸模式)

Battery Life (Days) = 230.25 mAh/(44.92 mAh/Day + 0.01 mAh/Day + 0.79 mA/Day) = 5.04 Days

結論

對一個系統(tǒng)進行電池分析時,它是活動的,當它處于關閉/低功率模式,是關鍵的電源設計,將滿足所有醫(yī)療設備的要求。雖然本文專門討論了一個心電圖貼片,它收集了心率、溫度和加速度數(shù)據(jù),但是本文中的分析和原理可以應用于由原電池驅動的任何數(shù)量的醫(yī)療設備系統(tǒng)。