【導讀】電容器被廣泛應用于電子醫療設備來過濾高、低頻噪聲，用作大容量的儲能器件，以及用于諧振電路和定時電路。本文分享針對醫療電子中電容的應用與選型，涵蓋開關電源中的電容、新型鉭電容、無線感應耦合充電、高壓電弧防護電容、用于MRI的新型無磁電容…
開關電源中的電容
電子醫療器械中，需要對電源進行高精度的控制和調節，才能支持設備執行每一功能。交、直流電源均被廣泛應用于這些場合。開關電源用于對這些電源進行控制，由于具有顯著優點，開關電源已成為大部分電子產品的標準電源。
電容可用來減少紋波并吸收開關穩壓器產生的噪聲，它還可以用于后級穩壓，提高設備的穩定性和瞬態響應能力。電源輸出中不應出現任何紋波噪聲或殘留抖動。這些電路常采用鉭電容來降低紋波，但鉭電容有可能受到開關穩壓器的噪聲影響而產生不安全的瞬變現象。
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，工作電壓應降低到17V，如果用在電源輸入端過濾紋波，額定35V鉭電容可在高達17V的電壓導軌上可靠地工作。
高壓電源總線系統一般很難達到額定電壓降低50%的指標。這種情況限制了鉭電容用于電壓導軌大于28V的應用。目前，由于鉭電容需要被降額使用，高壓濾波應用唯一可行的辦法是采用體積較大且帶引線的電解電容，而不是鉭電容。
新型鉭電容
為解決降低額定電壓的問題，Vishay研發部門開發出了具有更高額定電壓等級的新系列SMD固體鉭電容器，額定電壓高達75WVDC。50V額定電壓電容在28V以及更高電壓導軌中的應用引起了設計人員的擔心，而采用Vishay新型的63V和75V鉭電容，可達到額定電壓降低50%的行業認可安全指標。電介質成形更薄、更一致，使SMD固體鉭電容的額定電壓能夠達到75V，從而實現了提高額定電壓的技術突破。成形工藝中對多道工序進行了改進：降低了成形加工過程中產生的機械應力集中，降低了電容成形過程中電解液的局部過熱，提高了電介質成形過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75V，83系列達63V。
無線感應耦合充電
大量的感應充電器采用返馳式轉換器。感應充電為醫療設備電池提供充電電能，同時，感應充電器也被用于大量的便攜式設備(如牙刷)中。
縮小充電電池尺寸有助于減小采用無線感應充電電路的植入式醫療設備的體積。無線感應充電器可為設備上安裝的微小薄膜(如Cymbet EnerChip)充電式儲能器件安全地充電。感應充電器采用了并聯LC(電感、電容)諧振儲能電路的工作原理。圖1所示為Cymbet公司的CBC- EVAL-11 RF感應充電器評估套件。
Vishay 595D系列1000uF鉭電容被用作Cymbet接收電路板的C5電容，為無線電發射等負載提供脈沖電流。此款感應充電器的輸入與輸出之間具有良好的隔離，這是醫用設備的重要要求。
在一些電壓較高的感應充電器應用中，需要采用高壓穩定的電容作為諧振電容。由于感應充電器的初級線圈需要采用交流電壓驅動，因此必須對電容進行相應的調整。感應充電器需要具備高擊穿電壓(VBD)性能，同時，某些應用中還需要防護高壓電弧放電。為避免電弧放電，電路板一般敷有保護涂層，或者通過合理安排元器件布局達到高壓側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，因為高壓電路通常采用體積較大的引線型通孔插裝電容。
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高壓電弧防護電容解決方案
為解決這一問題，Vishay推出了一系列的HVArc(高壓電弧)防護MLCC(多層貼片陶瓷電容)，可防止電弧放電，同時節省空間。這些新器件在較高的電壓定額內具有最大容量，并且提高了電壓擊穿的耐受能力。高壓電弧放電會造成斷路，并有可能損壞其他元器件。標準的高壓SMD電容最終將會失效短路，這取決于電弧放電的次數和存在問題的部分。Vishay HVArc防護電容可以吸收所有的能量，因此，此電容能夠在高壓下進行正常工作，至少在達到高壓擊穿極限之前，不會產生破壞性電弧放電。
HVArc防護電容的VBD分布由器件采用的獨特設計來控制，VBD可達3kV或以上。本產品采用了NPO和X7R電介質。
用于MRI的新型無磁電容
磁共振成像(MRI)設備內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、電極材料或端接材料中可能含有鐵質或磁性材料。為提高圖像分辨率，MRI系統的磁場水平不斷提高，而MRI室內使用的電容會造成磁場畸變。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在電極和端接結構中采用非鐵材料，來滿足消除磁化的要求。無磁結構可以采用X7R和NPO電介質。外形尺寸為0402至 1812，符合EIA規格。Vishay還在最終測試時采用了專用電容分選設備，以確保所有無磁電容均能符合技術要求。
