一場突如其來、席卷全球的新冠病毒疫情，喚起了人們對于醫療資源的重視，醫療設備這個以往被認為小眾而專業的市場，也被拿到了“放大鏡”下做更加仔細的審視，特別是以呼吸機為代表的緊急醫療設備這個細分市場，更是受到了格外的關注。

緊急醫療設備可以細分為生命支持系統、病人看護系統、體征監測系統和個人防護設備四個大類，我們所熟悉的呼吸機、自動體外除顫器、超聲掃描設備都是其中的重要角色。一直以來這個市場都呈現出一種穩健增長的態勢，全球市場的年復合增長率大約在6%左右（如圖1）。

圖1：全球呼吸機、除顫器和超聲掃描儀市場發展態勢

（資料來源：fortunebusinessinsights.com）

不過，以上這個預測是在新冠病毒疫情爆發前做出的，這樣的突發性公共衛生事件，無疑會極大地改變市場未來的走勢。以呼吸機為例，2019年77，000臺呼吸機已經可以滿足全球市場的需要，而在2020年4月僅美國紐約就需要33，000臺，考慮到新冠疫情的持續影響，未來相當長一段時間內，對呼吸機的需求都會維持在一個高位。

除了這種直接的影響，新冠病毒疫情也強化了全社會的健康意識，推動未來人們在緊急醫療設備領域的投資，讓它們的應用場景從專業醫療機構擴展到人們的日常生活中，更有效地守護更多人的生命健康，比如今天越來越多的體育館、地鐵站等公共場所，都配備了便攜式除顫儀，這就是一個例證。

可見，未來的緊急醫療設備市場將會更加“熱鬧”，也會給市場中的玩家帶來更大的商機，不過與此同時也會給產品的研發和生產帶來更大的挑戰。如何能夠在響應快速增長的市場需求的同時，確保產品的可靠性和品質，應該是諸多挑戰中最重要的一個。畢竟，這類設備關乎生命，如果關鍵時刻出現問題，后果就嚴重了。

想要確保電子設備安全可靠地運行，盡量避免外界環境或內部系統故障的影響，需要在產品設計之初就準備相應的“預案”，在這些“預案”中，防止系統因受到過流或過壓等意外的大能量沖擊而損壞，是必不可少的一條，這就需要開發者在產品設計時將電路保護的功課做足。

關鍵的電路保護，誰來實現？

目前市場上可供使用的電路保護產品有很多類型，它們各具特點，在電路保護中扮演著不同的角色。

過流保護

過流保護的目的就是，當電路中的電流超過預定最大值時，能夠及時切斷電流的通路，避免其對后面的電路和元器件造成沖擊。市面上最常見的過流保護元件有兩種：

保險絲：它是通過讓電流產生的熱量將自身熔斷切斷電流的方式，阻斷瞬變大電流，其電路設計簡單，成本低，特別適合于對安全最為敏感的系統和電路的保護。

PPTC自恢復保險絲：在低溫時，PPTC呈低阻狀態；而遭遇過流時，大電流產生的熱量會改變PPTC內部高分子聚合物材料的狀態，快速轉變為高阻狀態，阻止電流的通過；當斷電排除引起過流的故障后，電路恢復到正常狀態時，PPTC又會重新恢復到低阻狀態，導通電路。這種可以反復使用的特性，使PPTC有別于保險絲這種一次性元件，減少了物料替換和維修的成本，因此它適合于那種會經常性受到過流威脅且需要保持系統運行連續性的應用，或是不方便維修更換零部件的場合。

過壓保護

過壓保護元器件的任務是，當電路中出現一個超過預定的最大值時，可以快速建立一個通道將其能量泄放掉，保護后級的電路和敏感元器件不受傷害。過壓保護的產品更為多樣。

氣體放電管（GDT）：其通常是在一個玻璃或陶瓷封裝的元件內注入氣體，當元件兩端金屬電極間出現一個超出額定值的瞬態高電壓時，會將氣體擊穿形成導電通路，泄放能量。GDT可以耐受20kA的浪涌電流，適用于浪涌能量較高的初級電源防護；由于氣體放電管是一種間隙式的保件器件，其電容值很低（低至1pF），適合于一些高速數據通信線路的保護。

金屬氧化物壓敏電阻（MOV）：它是一種隨電壓而變化的非線性電阻器，電壓升高時快速導通，其結構像一個背對背串連的齊納二極管，可以吸收很大瞬變能量，適合于一些高能量的應用，如次級AC電源線的過壓保護。

多層壓敏電阻（MLV）：和MOV同屬于壓敏電阻，不過MLV可采用表面封裝的緊湊外形，通常為小型化和便攜式的產品提供ESD靜電防護。

瞬變電壓抑制二極管（TVS）：它也是利用一個背對背串連的PN結架構實現電壓的箝位，和常規二極管相比TVS的PN結橫截面要大很多，可以允許更大的能量通過。由于是一個固態半導體器件，TVS箝位響應速度非常快，性能參數也更加穩定。在應用中，除了浪涌能量較高的初級電源線保護外，TVS可用于廣泛的過壓保護場景。

TVS二極管陣列：顧名思義，這是將多個TVS封裝在一個器件中，很適合高密度、小型化的電路系統。與其他過壓保護方案相比，它的箝位電壓低一些，但是漏電流也更低。TVS陣列具有可以低至0.1pF的電容，所以可用于高速信號線路的保護。

ESD抑制器：快速的響應速度、超低的電容和緊湊的外形是ESD抑制器的三個主要特點，由此也可以看出它是高速數據電路系統ESD靜電防護的理想之選。

表1：各種過壓保護技術的特性比較

（資料來源：Littelfuse）

之所以會有這么多類型的電路保護產品，主要是因為一個電子系統中，需要電路保護的地方有很多，不同的應用場合面臨的過流或過壓威脅也不同，所以為一個應用場景選擇最合適的電路保護方案尤為關鍵。在表2中，列舉了一些主要的過流和過壓威脅產生的原因，以及相應的電路保護產品選型的一般原則。

表2：常見過流和過壓威脅及對應電路保護方案

（資料來源：Littelfuse）

緊急醫療設備電路保護方案，哪里找？

上面我們討論了電路保護的常用技術方案，以及應用選型的一般原則。可以看出，這實際上就是對浪涌能量等級、響應時間、線路數據傳輸速率、系統外形尺寸等因素綜合考慮的結果。

但是在實際的產品開發過程中，工程師面對的情況會更為復雜，這主要表現在：

市場上電路保護技術供應商和產品繁多，增加了選型的工作量；

需要對目標應用要求的技術規格有深刻的了解，再和電路保護產品特性相匹配，才能選擇出最適合的方案，這需要深厚的行業經驗；

除了滿足技術規格要求，不可避免地要受到成本、外形等其他因素的制約，想實現最優方案，也有難度。

想要解決上述難題，一條捷徑就是找到一個電路保護的“完整解決方案”。這其中有兩層含義：所謂“完整”，是指這個供應商需要有完整的電路保護產品，可以覆蓋產品電路保護的所有場景；所謂“解決方案”，意味著這應該是建立在對自身產品特性和設計規格深刻理解的基礎上，能夠滿足商用要求的、經過優化的成果。

具體到本文所關心的緊急醫療設備，這樣一類對安全可靠性要求非常嚴苛的產品，想為其找到一個完整、可靠的電路保護方案，應該如何做？這一定是大家所關心的問題。

好在，這個難題Littelfuse幫大家解決了！針對緊急醫療設備中呼吸機、除顫器和超聲掃描儀三個熱門產品，Littelfuse給出了真正的完整解決方案。下面我們以呼吸機為例，做進一步的展示和介紹。

圖2展示了一個呼吸機產品中，需要特別考慮電路保護的幾個功能模塊及對應的過流、過壓、ESD保護產品。主要的應用包括兩大類：一個是對于電源、電池等能源供應系統的保護，其中難免會受到浪涌能量的沖擊；二是對于數據通信（包括有線和無線）以及人機交互接口的保護，比如醫護人員和患者使用設備時可能產生的靜電放電，就需要給予認真的考慮，找到相應的防護對策。

圖2：呼吸機主要功能模塊的電路保護方案

（圖片來源：Littelfuse）

從圖3的系統框圖中，我們可以更好地理解呼吸機的整體系統架構，以及需要在哪些電源線路和信號線路上提供電路保護。

圖3：呼吸機的系統框圖

（圖片來源：Littelfuse）

接下來的圖4就是重點了——在以上對終端應用需求理解的基礎上，Littelfuse給出了一份完整的參考物料清單，開發者按照這個清單就可以鎖定合適的電路保護元器件，當然這些物料的確定，都是Littelfuse在電路保護領域多年專業經驗的結晶！

圖4：呼吸機電路保護方案及其參考物料清單

（圖片來源：Littelfuse）

同樣地，Littelfuse針對除顫器和超聲掃描儀也給出了這樣完整的方案。在這兩個便攜式的產品中，由于有無線通信功能，所以專門考慮了無線通信接口的ESD防護。

圖5：除顫器主要功能模塊的電路保護方案

（圖片來源：Littelfuse）

圖6：超聲掃描儀主要功能模塊的電路保護方案

（圖片來源：Littelfuse）

在上述的緊急醫療設備方案中，細心的小伙伴可能會發現，除了電路保護產品，還有不少傳感器和電源控制類的產品，這也是Littelfuse這些年不斷擴展自身產品線的成果。更全面的產品組合，對于用戶產品研發和生產過程中的物料選型和供應鏈管理，都是很有幫助的。

本文篇幅所限，無法對Littelfuse所提供的緊急醫療設備解決方案的內容做完整的呈現，如果你對此有興趣——

請掃描以下圖片上的二維碼獲取解決方案的完整版

最后總結一下——我們人類的健康，需要越來越多、越來越高能的醫療設備來守護；而這些醫療設備安全可靠的運行，則需要電路保護以及其他相關技術來守護。我們在產品設計上多費的一點小“心思”，多斟酌的幾顆料，最終都會成為未來更可托付的醫療健康體系的一部分，這是一件很有意義的事。而Littelfuse提供的技術和方案，會讓我們事半功倍！