Использование eGaN-транзисторов в медицинской технике

Нитрид-галлиевые транзисторы позволяют совершать прорывы в самых различных областях электроники, например, в источниках питания и в беспроводных системах связи. Они также обладают огромным потенциалом для медицинских приложений. Их миниатюрность, высокая эффективность и отличные динамические характеристики уже сейчас востребованы в диагностическом оборудовании, имплантатах и в медицинских роботах. В данной статье выполняется краткий обзор eGaN-транзисторов, которые компания epc рекомендует использовать в медицинских приложениях
1315
В избранное

Нитрид-галлиевые транзисторы позволяют совершать прорывы в самых различных областях электроники, например, в источниках питания и в беспроводных системах связи. Они также обладают огромным потенциалом для медицинских приложений. Их миниатюрность, высокая эффективность и отличные динамические характеристики уже сейчас востребованы в диагностическом оборудовании, имплантатах и в медицинских роботах. В данной статье выполняется краткий обзор eGaN-транзисторов, которые компания epc рекомендует использовать в медицинских приложениях.

Совершенствование полупроводниковой элементной базы является одним из основных драйверов развития электронных устройств. Это касается промышленных, автомобильных, медицинских и прочих приложений. В последнее время большие надежды возлагаются на нитрид-галлиевые транзисторы, которые обладают целым рядом преимуществ, в том числе, малыми габаритами, высоким быстродействием и низкими потерями. Эти достоинства в первую очередь востребованы в источниках питания и беспроводных устройствах связи. Вместе с тем нитрид-галлиевые транзисторы обладают огромным потенциалом для медицинских приложений.

Компания epc, являясь лидером в области производства eGaN-транзисторов, определяет следующие наиболее перспективные приложения для нитрид-галлиевых транзисторов:

  • Диагностическое оборудование, например, томографы и другие системы «медицинского зрения»;
  • Имплантаты;
  • Медицинские роботы.

Рассмотрим каждый из пунктов подробнее.

Имплантаты. Создание имплантатов оказывается чрезвычайно сложной задачей, для решения которой необходимо наличие широкого спектра высоких технологий, например, в области материалов и элементов питания (рис. 1). Элемент питания должен обладать отличными характеристиками: высокой удельной емкостью, минимальным саморазрядом, низким собственным сопротивлением и т.д. Однако этого мало – важно обеспечить эффективное расходование энергии аккумулятора. Высокой эффективности можно достичь за счет использования новейших малопотребляющих компонентов и высокоэффективных преобразователей напряжения.

Применение беспроводных технологий в медицине

Рис. 1. Применение беспроводных технологий в медицине

Как показывает практика, построение импульсных преобразователей на базе eGaN-транзисторов дает целый ряд преимуществ:

  • повышение эффективности за счет снижения динамических потерь;
  • уменьшение габаритов, благодаря использованию более высоких рабочих частот и компактных пассивных компонентов (дросселей и конденсаторов);
  • снижение перегрева за счет уменьшения потерь.

Ранее некоторые имплантаты не могли использовать аккумуляторное питание и в обязательном порядке требовали вывода питающих проводников. Однако в последнее время стали появляться надежные и малогабаритные системы беспроводной передачи энергии, в том числе беспроводные зарядные устройства. Их развитие напрямую связано с нитрид-галлиевыми транзисторами, так как использование кремниевых ключей в таких системах практически исключено из-за высоких рабочих частот.

Кроме высокого быстродействия большим плюсом eGaN-транзисторов являются компактные габариты. Например, EPC2107 представляет собой сборку из двух силовых транзисторов и одного бутстрепного ключа, и при этом занимает на плате всего 1,35 х 1,35 мм (рис. 2). Рабочее напряжение для EPC2107 составляет 100 В, а нагрузочный ток 3,8 А для силовых транзисторов и 0,5 А для бутсрепного ключа.

eGaN-транзистор EPC2107

Рис. 2. eGaN-транзистор EPC2107

Отказ от проводов и увеличение длительности работы аккумуляторов существенно упрощает жизнь пациентов.

Диагностическое оборудование. Ранняя диагностика заболеваний является основным фактором успешного лечения. Чем выше разрешение томографов, тем выше вероятность обнаружения аномалий в организме человека. При этом внедрение нитрид-галлиевых транзисторов позволяет не только увеличить точность и скорость измерений, но и снизить уровень потребления (рис. 3).

eGaN-транзисторы позволяют осуществить прорыв в медицинском диагностическом оборудовании

Рис. 3. eGaN-транзисторы позволяют осуществить прорыв в медицинском диагностическом оборудовании

Благодаря eGaN-транзисторам удается увеличить количество катушек, формирующих магнитное поле, и, тем самым, повысить скорость сканирования и уменьшить искажение магнитного поля. В качестве примера практического использования eGaN можно привести приемную катушку МРТ, построенную на базе EPC8004 (рис. 4). EPC8004 представляет собой одиночный транзистор с рабочим напряжением 40 В и импульсным током до 7,5 А.

Использование eGaN-транзистора EPC8004 в магнитно-резистивной томографии

Рис. 4. Использование eGaN-транзистора EPC8004 в магнитно-резистивной томографии

В диагностической медицине до сих пор широко используются эндоскопические методы, подразумевающие ввод в тело пациента эндоскопов (зондов). Эндоскоп может вводиться естественным путем, например, через рот или через специальные хирургические разрезы и проколы, как, например, при лапароскопии. Не нужно объяснять, что такие операции являются чрезвычайно неприятными для пациентов. К счастью миниатюризация электроники делает возможным уход от зондов к зондирующим таблеткам.

Речь идет об исследовательских датчиках, которые благодаря малым размерам, сравнимым с размерами обычных таблеток, могут попадать в организм и успешно диагностировать различные внутренние аномалии без какого-либо существенного дискомфорта для пациентов (рис. 5). Кроме того, стоимость исследования значительно сокращается.

Миниатюризация позволяет создавать диагностические модули размером с таблетку.

Рис. 5. Миниатюризация позволяет создавать диагностические модули размером с таблетку 

Как и в случае с имплантатами, при создании «умных» таблеток ключевое значение имеют габариты и высокая эффективность электронных блоков. Очевидно, что всеми этим преимуществами обладают eGaN-транзисторы. На рис. 6 изображен миниатюрный транзистор EPC2012C, который, несмотря на высокий рейтинг напряжения 200 В и высокую нагрузочную способность 22 А (импульсный ток), отличается весьма скромными габаритами всего 1,7 x 0,9 мм.

eGaN-транзистор EPC21012С

Рис. 6. eGaN-транзистор EPC21012С

Медицинские роботы. Медицинские роботы используются в тех случаях, когда необходима повышенная точность, например, при выполнении хирургических операций. Роботизированная хирургия повышает клиническую эффективность традиционных хирургических методов. eGaN-транзисторы идеально подходит для медицинских роботов благодаря небольшим размерам, высокому КПД и, что наиболее важно, их высокой частоте переключений. Все это позволяет обеспечивать прецизионное управление огромным числом миниатюрных электродвигателей (рис. 7).

eGaN-транзисторы позволяют создавать сложнейших медицинских роботов, содержащих десятки миниатюрных электродвигателей

Рис. 7. eGaN-транзисторы позволяют создавать сложнейших медицинских роботов, содержащих десятки миниатюрных электродвигателей

Управление электромоторами требует также высокой нагрузочной способности. Силовой транзистор EPC2039 обеспечивает импульсный ток до 50 А и имеет габаритные размеры всего 1,35 х 1,35 мм (рис. 8).

eGaN-транзистор EPC2039

Рис. 8. eGaN-транзистор EPC2039

eGaN-транзисторы от epc

В предыдущем разделе были приведены некоторые примеры использования eGaN-транзисторов от компании epc. На сайте компании можно найти полный список силовых ключей и сборок, рекомендуемых для использования в медицинских приложениях.

Таблица 1. Характеристики eGaN-транзисторов, рекомендованных для использования в медицинских приложениях

Наименование Конфигурация Uси, В Rси(вкл) макс, мОм (Uзи = 5 В) Qз, нКл Qзи, нКл Qзс, нКл Qвых, нКл Iс имп макс, А Корпус, мм Отладочная плата
EPC2015C Одиночный 40 4 8,7 2,7 1,2 19 235 LGA 4,1 x 1,6 EPC9001C
EPC2014C Одиночный 40 16 2 0,7 0,3 4 60 LGA 1,7 x 1,1 EPC9005C
EPC8004 Одиночный 40 110 0,37 0,12 0,047 0,63 7,5 LGA 2,1 x 0,85 EPC9066
EPC2035 Одиночный 60 45 1 0,25 0,16 1 24 BGA 0,9 x 0,9 EPC9049
EPC2108 Сдвоенный 60 240 0,24 0,106 0,047 0,71 / 0,93 5,5 BGA 1,35 x 1,35 EPC9509
бустрепный транзистор 3300 0,44 0,02 0,004 0,134 0,5
EPC8009 Одиночный 65 130 0,37 0,12 0,055 0,94 7,5 LGA 2,1 x 0,85 EPC9067
EPC8002 Одиночный 65 480 0,133 0,057 0,015 0,334 2 LGA 2,1 x 0,85 EPC9022
EPC2039 Одиночный 80 25 2,4 0,76 0,42 7,6 50 BGA 1,35 x 1,35 EPC9057
EPC2045 Одиночный 100 7 5,2 1,7 1,1 21 130 BGA 2,5 x 1,5 EPC9078
EPC2001C Одиночный 100 7 7,5 2,4 1,2 31 150 LGA 4,1 x 1,6 EPC9002C
EPC2016C Одиночный 100 16 3,4 1,1 0,55 16 75 LGA 2,1 x 1,6 EPC9010C
EPC2007C Одиночный 100 30 1,6 0,6 0,3 8,3 40 LGA 1,7 x 1,1 EPC9006C
EPC2036 Одиночный 100 65 0,7 0,17 0,14 3,9 18 BGA 0,9 x 0,9 EPC9050
EPC2106 Полумост 100 70 0,73 0,24 0,14 3,96 18 BGA 1,35 x 1,35 EPC9055
4,68
EPC8010 Одиночный 100 160 0,36 0,13 0,06 2,2 7,5 LGA 2,1 x 0,85 EPC9068
EPC2107 Сдвоенный 100 390 0,19 0,077 0,041 0,9 / 1,25 3,8 BGA 1,35 x 1,35 EPC9510
бустрепный транзистор 3300 0,044 0,02 0,004 0,134 0,5
EPC2037 Одиночный 100 550 0,115 0,032 0,025 0,6 2,4 BGA 0,9 x 0,9 EPC9051
EPC2110 Сдвоенный с общим истоком 120 110 0,8 0,25 0,18 4 20 BGA 1,35 x 1,35 -
EPC2047 Одиночный 200 10 8,2 2,9 1,8 60 160 BGA 4,6 x 1,6 EPC9081
EPC2046 Одиночный 200 25 2,9 1 0,6 22 55 BGA 2,77 x 0,95 EPC9079
EPC2010C Одиночный 200 25 3,7 1,3 0,7 40 90 LGA 3,6 x 1,6 EPC9003C
EPC2012C Одиночный 200 100 1 0,3 0,2 10 22 LGA 1,7 x 0,9 EPC9004C
EPC2050 Одиночный 350 65 3,4 1,4 0,4 33 26 BGA 1,95 x 1,95 EPC9084

Как видно из таблицы 1 диапазон значений различных параметров нитрид галлиевых транзисторов от epc достаточно обширен: рабочие напряжения до 350 В, выходные токи до 160 А, сопротивление открытого канала от 4 мОм.

В качестве заключения можно привести сводную таблицу, в которой для каждого из транзисторов предложена рекомендуемая медицинская «специализация», исходя из его характеристик (таблица 2).

Таблица 2. Рекомендации по использованию eGaN-транзисторов в медицинских приложениях

Наименование Имплантаты Диагностическое оборудование  Роботы
Питание Беспроводное питание
EPC8004        
EPC2014C        
EPC2015C        
EPC2108        
EPC2035        
EPC8002        
EPC8009        
EPC2039        
EPC2107        
EPC2037        
EPC8010        
EPC2106        
EPC2036        
EPC2007С        
EPC2016С        
EPC2110        
EPC2012C        
EPC2010C        

Характеристики транзистора EPC2039:

  • Рейтинг напряжения сток-исток: 80 В;
  • Постоянный ток: 6,8 А;
  • Импульсный ток: 50 А;
  • Пороговое напряжение: 0,8…2,5 В;
  • Сопротивление открытого канала: 20 мОм (типовое);
  • Диапазон рабочих температур: −40…150 °C;
  • Корпусное исполнение: 1,35 x1,35 мм.
Производитель: Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EPC2014C
EPC2014C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 1919165 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 1470 шт. 158,00
eGaN (Нитрид Галлия) FET транзистор
EPC2014C 158,00 от 5 шт. 154,00 от 26 шт. 143,00 от 54 шт. 138,00 от 113 шт. 131,00
99 шт.
(на складе)
1371 шт.
(под заказ)
EPC2015C
EPC2015C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178179 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
eGaN (Нитрид Галлия) FET транзистор
EPC2015C
-
Поиск
предложений
EPC9004C
EPC9004C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2178184 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9004C : 200 V Half-Bridge Development Board
EPC9004C
-
Поиск
предложений
EPC9022
EPC9022
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200550 ИНФО PDF
Поиск
предложений
VDS(max), 65V ID(max RMS), 1.6A Half Bridge Plus Driver
EPC9022
-
Поиск
предложений
EPC9510
EPC9510
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200553 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Оценочные платы EPC9510 - ZVS законченные беспроводные передатчики с усилителем класса D, работающим с частотой коммутаций 6,78 МГц, что соответствует стандарту AirFuel.
EPC9510
-
Поиск
предложений
EPC9051
EPC9051
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200554 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9051 - AirFuel высокочастотные усилители мощности класса E, способные работать на частотах вплоть до 15 МГц.
EPC9051
-
Поиск
предложений
EPC9001C
EPC9001C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200594 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9001C : 40 V Half-Bridge Development Board
EPC9001C
-
Поиск
предложений
EPC9057
EPC9057
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200707 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9057 : 80 V Half Bridge with Gate Drive
EPC9057
-
Поиск
предложений
EPC9050
EPC9050
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200710 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9050 : 100 V Half-Bridge Development Board
EPC9050
-
Поиск
предложений
EPC9068
EPC9068
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200711 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9068 : High Frequency Development Board with Synchronous Bootstrap Gate Drive
EPC9068
-
Поиск
предложений
EPC9055
EPC9055
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200712 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9055 : 100 V Half-Bridge Development Board
EPC9055
-
Поиск
предложений
EPC9006C
EPC9006C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200713 ИНФО PDF
Поиск
предложений
EPC9006C : 100 V Half-Bridge Development Board
EPC9006C
-
Поиск
предложений
EPC9003C
EPC9003C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200716 ИНФО PDF AN
Поиск
предложений
EPC9003C : 200 V Half-Bridge Development Board
EPC9003C
-
Поиск
предложений
EPC2035
EPC2035
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200735 ИНФО PDF RD DT
Доступно: 2362 шт. от 1 шт. от 156,10
Выбрать
условия
поставки
TRANS GAN 60V 1A BUMPED DIE
EPC2035 от 1 шт. от 156,10
2362 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC2036
EPC2036
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200747 ИНФО PDF RD DT
Доступно: 2728 шт. 143,11
Выбрать
условия
поставки
100 В транзистор EPC2036 с сопротивлением открытого канала 65 мОм. 
EPC2036 143,11
2728 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC2007C
EPC2007C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200748 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 1070 шт. от 1 шт. от 344,39
Выбрать
условия
поставки
TRANS GAN 100V 6A BUMPED DIE
EPC2007C от 1 шт. от 344,39
1070 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC2016C
EPC2016C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200749 ИНФО PDF RD DT
Доступно: 2889 шт. от 1 шт. от 394,27
Выбрать
условия
поставки
TRANS GAN 100V 18A BUMPED DIE
EPC2016C от 1 шт. от 394,27
2889 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC2110ENGRT
EPC2110ENGRT
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200753 ИНФО PDF RD
Поиск
предложений
TRANS GAN 2N-CH 120V BUMPED DIE
EPC2110ENGRT
-
Поиск
предложений
EPC2012C
EPC2012C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200754 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 830 шт. от 1 шт. от 444,16
Выбрать
условия
поставки
TRANS GAN 200V 5A BUMPED DIE
EPC2012C от 1 шт. от 444,16
830 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC2010C
EPC2010C
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2200756 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 522 шт. от 1 шт. от 706,00
Выбрать
условия
поставки
TRANS GAN 200V 22A BUMPED DIE
EPC2010C от 1 шт. от 706,00
522 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
EPC9078
EPC9078
Efficient Power Conversion (EPC) Corporation
Арт.: 2286528 ИНФО PDF
17519,50
Поиск
предложений
Отладочный набор включает полумост из пары транзисторов EPC2045, драйвер LM5113 от Texas Instruments и логику управления. Плата EPC9078 работает с напряжениями до 80 В и выходными токами до 20 А. Для питания драйвера используется источник 7,5…12 В.
EPC9078 17519,50
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()