배터리로 작동되는 의료 기기의 안정적인 전원 켜기

배터리로 작동되는 무선 연결 장치는 오늘날 사회에서 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 무선 및 배터리 기술의 발전과 함께 전력을 덜 소모하는 전자 부품의 축소와 데이터를 수집, 분석 및 배포할 준비가 된 클라우드 기반 서비스와 함께 이러한 장치는 소비자, 의료 및 웨어러블 장치에서 흔히 볼 수 있습니다. 상업 및 산업 응용 분야에서.

장치가 웨어러블 연속 혈당 측정기(CGM), 섭취 또는 이식 가능한 의료 장치, 스마트 홈 장치, 자산 추적기 또는 환경 모니터인지 여부에 관계없이 모두 작은 크기, 긴 수명, 신뢰성 및 용이성이라는 공통 요구 사항을 공유합니다. 사용. 이러한 제품의 설계자가 직면하는 주요 문제 중 하나는 필요할 때 장치의 전원을 켜는 것입니다.

필요할 때만 IoT 장치의 전원을 켜거나 배포하기 전에 전원을 끈 상태로 유지하는 것은 설계자가 가능한 가장 작고 저렴한 배터리를 사용하기를 원하기 때문에 매우 중요합니다. 이러한 이유로 배터리 수명 연장은 항상 설계 목표입니다. 배터리 소모는 사용 중과 전원을 켜기 전에 최소화해야 합니다.

한 가지 인기 있는 예는 제1형 또는 제2형 당뇨병 환자에게 처방된 CGM입니다. 이 장치는 환자의 몸에 밀착되어 혈당 수치를 지속적으로 모니터링합니다. 결과 데이터는 환자, 의사 및/또는 인슐린 펌프에 무선으로 전송됩니다. CGM은 매우 작고 "방수"되고 부착하기 쉬워야 하며 배터리 전원이 다 떨어지기 전에 상당히 긴 수명을 가져야 합니다.

사용 또는 배포 시점에서 이러한 장치의 전원을 켜기 위한 세 가지 기본 옵션이 있습니다. 이러한 각 옵션에 대해 고려해야 할 필수 변수는 배터리 전류 소모, 크기, 침투 방지 및 사용자 친화성입니다.

그림 1:TMR 자기 센서는 초소형 패키지 크기로 전력 소비가 거의 없으며 비접촉식 "전원 켜기" 기능으로 사용이 간편합니다.

첫 번째 "전원 켜기" 옵션은 전기 기계 또는 일반적인 "스위치"입니다. 이 옵션은 랩톱 및 전화와 같은 대부분의 배터리로 작동되는 전자 장치의 전원을 켜는 수단입니다. 스위치는 다양한 형태(예:푸시버튼, 슬라이더 또는 토글)로 제공되지만 기계적 접점을 열고 닫는 동일한 원리로 작동하여 전류가 흐르도록 하거나(닫힌 경우) 전류가 흐르지 않도록 완전히 방지합니다(열린 경우).

전류 드레인의 첫 번째 고려 사항과 관련하여 , 전기 기계 스위치는 전력을 소비하지 않는 수동 장치이기 때문에 매우 효율적입니다. 그러나 크기 면에서 기계적 스위치는 좋지 않은 선택입니다. 특히 웨어러블, 섭취 및 이식 가능한 많은 의료 기기와 기타 소형 IoT 기기의 크기 제약을 고려할 때 그렇습니다.

침투 방지(또는 물과 습기에 불투과성인 장치가 있어야 함) 측면에서 기계식 스위치는 최상의 선택이 아닙니다. 사용자가 기계적으로 스위치를 켜기/끄기 위치로 이동하면서 불침투성을 유지할 수 있기 때문입니다. 도전적입니다.

마지막으로, 사용자 친화성 또는 사용 용이성에 대한 고려는 두 가지 이유로 기계식 스위치에 대해 낮은 평가를 받았습니다. 첫째, 사용자가 실제로 이 단계를 수행해야 하기 때문에(많은 사람들에게 그렇게 하도록 지시해야 함) 많은 장치에 대한 요구 사항은 수동으로 작동되는 스위치와 명백한 충돌인 "즉시 켜기"입니다. 둘째, 매우 작은 장치에 필요한 매우 작은 기계적 스위치는 사용자가 실제로 스위치를 켜짐 위치로 이동하는 능력에 문제를 일으켜 사용성을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 요약하자면 기계식 스위치는 전류 소비 측면에서 높은 점수를 받지만 침입 방지, 크기 및 사용 편의성에 비해 매우 낮은 점수를 받았습니다.

무선 전원 켜기는 분석할 두 번째 옵션입니다. 장치에는 이미 데이터를 전송할 수 있는 무선 기능이 있으므로 설계자는 기술적으로 동일한 무선 기능을 사용하여 휴대폰 앱에서 장치의 전원을 켤 수 있습니다.

침입 방지 측면에서 무선으로 전원을 켜는 것은 매우 높은 평가를 받았습니다. 이 기능을 위해 장치에 더 이상 추가할 것이 없기 때문에 크기 면에서 무선으로 전원을 켜는 것도 높은 평가를 받습니다.

그러나 전류 소모 관점에서 무선 전원 켜기는 전원을 켜기 위해 신호를 수신하기 위해 장치 내부의 무선 수신기의 전원을 켜야 하기 때문에 매우 낮은 점수를 받습니다. 이러한 이유로 무선 전원 켜기는 배터리 수명 요구 사항이 엄격한 장치에 거의 사용되지 않습니다.

그림 2:기술 비교

세 번째 옵션은 장치 내부의 자기 센서를 사용하여 전원 켜기 기능을 시작하는 것입니다. 이 경우 자기장이 센서에 적용되어 전원이 켜집니다. 자기장은 일반적으로 제품의 포장 또는 장치의 보조 구성요소(예:CGM용 애플리케이터)에 있는 자석에 의해 생성됩니다. 자기장은 사용자가 휴대용 자석으로 장치를 스와이프하여 적용할 수도 있습니다.

자기 감지는 침입 보호에 대해 매우 높은 점수를 받았습니다("비접촉" 방법이기 때문에). 자기 감지는 또한 사용 편의성에서 매우 높은 점수를 받았습니다. 특히 자석이 장치 패키지에 내장될 수 있거나("즉시 전원 켜기" 가능) 장치의 보조 구성요소(예:애플리케이터)에 포함될 수 있습니다. ). 때로는 장치 자체가 배포 시 함께 연결되어야 하는 두 개의 구성 요소로 설계됩니다.

전류 드레인 및 크기 측면에서 자기 감지의 적합성은 전적으로 자기 감지 기술에 달려 있습니다. 더 오래되고 보다 전통적인 자기 감지 기술 유형은 크기는 작지만 전력 소비가 높거나(홀 효과) 전력 소비가 0인 큰 크기(리드 스위치)입니다.

그러나 많은 새로운 장치는 TMR(Tunneling Magnetoresistive)이라는 최신 자기 감지 기술로 설계되어 리드 스위치와 유사한 매우 작은 크기(LGA-4만큼 작음)와 극도로 낮은 전력 소비를 모두 제공합니다. 실제로 TMR 자기 센서는 "두 가지 장점 모두"를 제공합니다.

삶을 더 쉽고, 더 안전하고, 비접촉식으로, 그리고/또는 원격으로 작동할 수 있도록 설계된 새로운 장치의 맹공격으로 인해 전자 설계자는 배터리로 작동되는 웨어러블, 이식형, 섭취형, 및 기타 IoT 장치. 작은 크기, 낮은 전력 소비, 침투 방지 및 사용 용이성 측면에서 최고의 기능 면에서 자기 센서, 특히 TMR 센서 기술은 "불가능한" 설계를 가능하게 하는 데 도움이 됩니다.