电池医疗设备供电
电池医疗设备供电
Reliably powering on a battery-operated medical device
电池供电、无线连接的设备在当今社会越来越普及。在无线和电池技术进步的推动下，再加上耗电更少的电子元件不断萎缩，以及随时准备收集、分析和传播数据的云端服务，这些设备普遍存在于消费、医疗和可穿戴设备以及商业和工业应用中。
无论该设备是可穿戴式连续血糖监测仪（CGM）、可摄取或植入式医疗设备，还是智能家居设备、资产跟踪器或环境监测器，都具有体积小、寿命长、可靠性高、使用方便等共同要求。这些产品的设计者面临的一个主要问题是在需要时打开设备电源。
只有在需要时才给物联网设备供电（或在部署前保持断电）至关重要，因为设计者希望使用最小、成本最低的电池。因此，延长电池寿命一直是一个设计目标；在使用过程中以及在通电之前，电池的耗电量必须最小化。
一个流行的例子是给1型或2型糖尿病患者开的CGM。该装置附着在患者身体上，持续监测患者的血糖水平。结果数据被无线传输到患者、医生和/或胰岛素泵。CGMs必须非常小，“防水”，易于连接，并且在电池电量耗尽前具有相当长的寿命。
在使用或部署时为这些设备供电有三个基本选项。对于每个选项，需要考虑的基本变量是电池电流消耗、尺寸、入口保护和用户友好性。
图1:TMR磁传感器在超小型封装尺寸中几乎提供零功耗，其非接触式“通电”功能提高了易用性。
第一个“通电”选项是机电式的，或者是普通的“开关”。这个选项是大多数电池供电的电子设备，如笔记本电脑和电话。尽管开关有多种形式（如按钮、滑块或拨动），但工作原理相同，即打开和关闭机械触点，以允许电流流动（闭合时）或完全阻止电流流动（打开时）。
对于电流消耗的首要考虑，机电开关是一种不消耗电力的无源器件，因此效率很高。然而，就尺寸而言，机械开关是一个糟糕的选择，尤其是考虑到许多可穿戴、可摄取和植入式医疗设备以及其小型物联网设备的尺寸限制。
就进入保护而言（或需要一个不透水和防潮的设备），机械开关不是最佳选择，因为设计一个可以由用户机械移动到开/关位置，同时保持不透水性的开关是一个挑战。
最后，出于两个原因，考虑到用户友好性或易用性，机械开关的使用率很低。首先，由于用户必须实际采取这一步骤（而且许多设备需要得到指示才能这样做），因此对许多设备的要求是“开箱即用”即与手动操作的开关明显冲突。其次，一个非常小的机械开关，需要一个非常小的设备，可能会对用户实际将开关移动到打开位置的能力造成问题，从而降低可用性。因此，总的来说，机械开关在电流消耗方面得分很高，但相对于入口保护、尺寸和易用性来说非常低。
无线开机是分析的第二个选项。因为这些设备已经具备了传输数据的无线功能，所以从技术上讲，设计者可以使用同样的无线功能，从移动电话应用程序为设备供电。
从入口保护的角度来看，无线供电的评价非常高。而且从尺寸的角度来看，无线供电也有很高的价格，因为没有更多的东西可以添加到设备中来实现这一功能。
然而，从电流消耗的角度来看，无线开机得分非常低，因为设备内部的无线接收器必须通电才能接收到通电的信号。仅出于这个原因，无线开机很少用于对电池寿命有严格要求的设备。
图2：技术比较
第三种选择是使用设备内部的磁性传感器来启动通电功能。在这种情况下，向传感器施加磁场以触发通电。磁场通常由位于产品包装内或设备的辅助部件（例如CGM的应用程序）中的磁铁产生。用户也可以用手持式磁铁在设备上滑动来施加磁场。
磁感应在入口保护方面得分很高（因为是一种“无接触”的方法）。磁感应在易用性方面得分也非常高，尤其是当磁铁可以嵌入设备包装（实现“开箱即用”电源）或设备的辅助部件（如治疗探头）时。有时，设备本身被设计成两个组件，在部署时必须连接在一起。
从电流消耗和尺寸来看，磁感应的可取性完全取决于磁感应技术。更古老、更传统的磁感应技术类型要么体积小但功耗高（霍尔效应），要么体积大而功耗低（簧片开关）。
然而，许多新器件都采用了一种新的磁感应技术，称为隧道磁阻（TMR），这种技术具有体积非常小（如LGA-4一样小）和极低的功耗，类似于簧片开关。实际上，TMR磁传感器提供了“两个世界中最好的”
随着当前旨在使生活更轻松、更安全、无接触和/或可远程操作的新设备的不断涌现，电子设计人员不得不采用新技术来满足电池驱动的可穿戴设备、植入式设备、可摄取设备和其物联网设备不断发展的需求。在与小尺寸、低功耗、入口保护和易用性相关的最佳性能方面，磁性传感器——尤其是TMR传感器技术——正在帮助实现“不可能”的设计。
