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Circuit d’isolation optique

Il présente une barrière au passage du courant de fuite provenant du réseau vers le patient. Il suffit qu’il soit de l’ordre de quelques µA pour provoquer une défibrillation du cœur. Différents principes sont utilisés pour l’isolation, on peut citer la modulation et la démodulation, le transformateur neutralisant et le photocoupleur. Nous avons opté pour le photocoupleur vu sa disponibilité au laboratoire. C’est un moyen fiable (phototransistors, diodes luminescents) qui garantit une bonne transmission du signal sans courant de fuite. Une attention croissante a été accordée aux risques de choc électrique causés par le réseau électrique. Ce problème est particulièrement important dans une unité moderne de soins intensifs ou lors de cathétérisme cardiaque. Si un très petit courant passe directement à travers le cœur par une électrode ou un cathéter, la fibrillation du cœur pourrait être induite. Un courant à 50 Hz passera directement à travers le cœur, c’est une limite supérieure. Pour protéger le patient de ces risques électriques, l’entrée du circuit devrait être totalement isolée par rapport au réseau électrique.
Le circuit isolé qui est connecté directement au patient est physiquement isolé de la terre et d’autres parties de l’électrocardiographe. La transmission de l’information peut être réalisées avec la télémétrie, des transformateurs d’isolation ou avec des approches optoélectroniques [11;12]. Les piles nécessitent un contrôle de niveau et des remplacements fréquents ce qui représente un grand désavantage. Les ultrasons présentent de nombreux avantages à savoir un haut degré d’isolation électrique, haute tension de claquage, faible capacité entre le patient et Le courant alternatif du réseau électrique et une bonne efficacité du transfert de puissance.
Figure 17 : circuit Opto-isolateur
La diode électroluminescente est une diode émettant de la lumière infrarouge (émission spontanée) lorsqu’elle est soumise à une polarisation directe. Lorsqu’un courant passe dans la DEL, et à partir d’une certaine tension, la DEL s’allume. Le phototransistor est composé de 3 zones l’émetteur, la base et le collecteur. Le phototransistor est une variante du transistor NPN le courant passe du collecteur vers l’émetteur, mais à condition que la base reçoive, non plus du courant, mais de la lumière visible ou infrarouge. Dans la majorité des applications, le phototransistor fonctionne en Commutation. Lorsque la DEL éclaire (traversée par un courant), alors le courant peut traverser le transistor. On peut alors considérer le transistor comme un interrupteur fermé. Sur le schéma de droite, la diode est représentée entre les broches. Tandis que le phototransistor est situé entre les broches (collecteur) et (émetteur). Le phototransistor a un CTR élevé (de 10 % à 150 % ou plus), mais une vitesse de commutation moyenne
La photodiode est, à l’instar du phototransistor, un récepteur de lumière. Comme ce dernier, elle ne laisse passer le courant que si elle est éclairée. Son avantage est d’être beaucoup plus rapide (0,1 microseconde à 1 microseconde) que le phototransistor. En revanche le courant qu’elle commute est plus petit, c’est-à-dire son CTR est plus petit (de 0,1% à 10%). De nombreux phototransistors sont équipés de photodiode suivis par un transistor (ou une électronique plus complexe) qui amplifie le courant fourni par la photodiode, ce qui allie une vitesse de commutation rapide avec un CTR élevé.
Le photo-relais est un photocoupleur dont le récepteur est composé de plusieurs photodiodes en série, qui génèrent une tension lorsqu’elles sont illuminées. Cette tension est appliquée sur la (les) grille(s) de un ou plusieurs transistor(s) à effet de champ intégrés dans l’optocoupleur. Ce composant se comporte ainsi comme un relais à semi-conducteurs. La vitesse de commutation est lente (comparée aux autres opto-coupleurs), mais un peu plus rapide comparée aux relais électromécaniques. (1ms à 10ms).
Le photo-Darlington est composé d’un phototransistor, suivi d’un transistor normal qui amplifie le courant. Ce photocoupleur a un CTR très élevé, mais une vitesse de commutation moyenne.
Le photocoupleur analogique est utilisé pour reproduire un courant précis à travers une isolation galvanique. Il est composé d’un émetteur (une DEL) et de deux récepteurs de caractéristiques aussi identiques que possible. L’un des récepteurs fournit un courant qui est comparé au courant de référence à transmettre. L’autre récepteur se trouve du côté à isoler.
L’isolation : Il s’agit de la tension de mode commun entre l’entrée et la sortie de l’optocoupleur. Le constructeur spécifie en général une tension maximale continue et/ou alternative pour laquelle aucun claquage ne se produit. Cette tension doit pour le test être appliquée durant un temps minimum (1 seconde ou 1 minute). Pour obtenir une bonne isolation, les composants optiques sont séparés par un écran transparent, voire dans certains optocoupleur coulés dans la même résine.