Lékařská elektronická zařízení podporují prevenci, diagnostiku, léčbu a monitorování nemocí a hrají klíčovou roli v oblasti zdravotnictví. Vzhledem k tomu, že se týkají bezpečnosti života, kladou na napájecí systémy mimořádně přísné požadavky, které vyžadují soulad s přísnými bezpečnostními standardy pro lékařská zařízení, stejně jako výjimečnou spolehlivost, ultra nízkou hladinu šumu, kompaktní a robustní konstrukci a vynikající přizpůsobivost prostředí.
1- Výzvy při návrhu napájení pro lékařskou elektroniku
Vzhledem k tomu, že lékařské přístroje silně závisí na složitých elektronických systémech, čelí také různým problémům běžným u elektronických obvodů, jako jsou ztráty součástek, rušení elektrickým šumem a vlivy prostředí. Kromě toho musí lékařské přístroje řešit výzvy specifické pro lékařský obor, jako je dodržování přísných norem bezpečnosti lékařských přístrojů, soulad s normami IEC60601 a dalšími lékařskými bezpečnostními normami, splnění požadavků na sterilizaci přístrojů a zajištění vysokých nároků na nepřetržitou spolehlivost v kritických životně důležitých aplikacích.
1.1 Elektrické výzvy
Integrace napájecích systémů do lékařských přístrojů přináší jedinečné elektrické výzvy, které u běžných elektronických zařízení neexistují. Velmi vysoká spolehlivost a nepřetržitá dostupnost jsou zásadní, protože mnoho lékařských přístrojů vyžaduje nepřetržitý provoz 24/7 a nemůže tolerovat neočekávané výpadky, zejména v aplikacích pro podporu života nebo kritických úloh. U aplikací závislých na životně důležitých funkcích je záložní napájení nezbytné a vyžaduje okamžité přepnutí na baterie nebo zdroje nepřerušeného napájení (UPS), aby nedošlo k přerušení provozu.
1.2 Mechanické výzvy
Aby byl návrh napájecího systému kompaktní a robustní při omezeném vnitřním prostoru, aniž by bylo ohroženo výkonem či bezpečností, musí napájecí systémy lékařských přístrojů řešit i mechanické návrhové výzvy. U přenosných a nositelných lékařských přístrojů je snížení hmotnosti klíčové pro zlepšení použitelnosti, minimalizaci únavy a zajištění pohyblivosti pacienta. Zmenšování napájecího systému je proto nevyhnutelným trendem.
Správa odvodu tepla je dalším kritickým faktorem, který je třeba zvážit, protože malé skříně mohou akumulovat teplo, které musí být bezpečně odvedeno, aniž by docházelo ke zvýšení hladiny hluku, riziku poškození komponent nebo nepohodlí pro pacienta.
1.3 Environmentální výzvy
Napájecí systémy v lékařských zařízeních musí spolehlivě fungovat za různých environmentálních podmínek. To zahrnuje odolnost vůči různým teplotám a úrovním vlhkosti, které mohou ovlivnit výkon zařízení a životnost komponent. U mobilních, terénních nebo nouzově používaných zařízení je stejně důležité odolání vibracím, mechanickému nárazu a provoznímu šoku, aby byl zajištěn stabilní přívod energie a zabráněno vnitřnímu poškození.
1.4 Bezpečnostní normy
Zdravotnické zdroje musí splňovat mezinárodní normy, jako je IEC 60601-1, která stanoví obecné požadavky na bezpečnost a základní výkon zdravotnické elektrické výbavy. Tato norma řeší mnoho elektrických výzev, včetně izolace, omezení unikajícího proudu a odolnosti proti poruchám, a zároveň klade nároky na mechanickou pevnost a odolnost vůči prostředí. Doplňkové normy, jako je IEC 60601-1-2, se zabývají požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC), čímž zajišťují spolehlivý provoz zařízení bez generování elektromagnetické interference (EMI) nebo bez jejího ovlivnění.
2- Hlavní Použití a požadavky na cívky ve zdravotnických zdrojích
Cívky hrají klíčovou roli v zdravotnických elektronických zařízeních, přičemž nejdůležitější a základní aplikací je řízení výkonu. Mezi jejich hlavní aplikace patří:
2.1 Spínané zdroje a DC-DC měniče: Indukční cívky jsou klíčovou součástí spínaných zdrojů, kde spolu se spínanými tranzistory a kondenzátory ukládají energii, filtrovají signály a převádějí napětí. Ať už v hlavním napájení velkých zobrazovacích přístrojů (např. CT, MRI) nebo v obvodech řízení baterií přenosných zařízení (např. monitory, infuzní pumpy), výkonové cívky jsou nepostradatelné. Efektivně převádějí střídavý proud na různá stejnosměrná napětí potřebná pro zařízení nebo provádějí zvyšování a snižování stejnosměrného napětí.
Schématický diagram aplikace zdroje v lékařských přístrojích
2.2 Filtrace rušení a elektromagnetická kompatibilita: Lékařské přístroje jsou velmi citlivé na elektromagnetické rušení (EMI) a rušení generované samotnými přístroji by nemělo ovlivňovat ostatní zařízení. Na vstupu napájení a klíčových uzlech obvodu se běžně používají magnetické kuličky a tlumivky pro potlačení rušivých signálů vyšších frekvencí, čímž se zajišťuje soulad zařízení se striktními normami elektromagnetické kompatibility (EMC) (např. IEC 60601-1-2).
Vzhledem k zvláštnosti aplikačního prostředí mají tlumivky používané v napájecích zdrojích lékařských přístrojů vyšší nároky na elektrický výkon ve srovnání s běžnými spotřebitelskými tlumivkami. Tyto nároky se projevují především v následujících oblastech:
◾ Vysoká spolehlivost: Lékařské přístroje souvisejí se záchrannou činností a bezpečností života, proto musí být zajištěn jejich stabilní provoz po celou dobu životnosti zařízení, což vyžaduje extrémně nízkou míru poruch.
◾ Nízký hluk: Návrh s nízkou úrovní rušení, aby nedocházelo k ovlivňování citlivých vnitřních analogových obvodů (např. zesilovačů EKG, EEG) rušením ze zdroje napájení
◾ Vysoká efektivita: Použití materiálů magnetických jader s nízkými ztrátami ke snížení ztrát a tvorby tepla u cívek, což je obzvláště důležité pro implantovatelná a přenosná zařízení, může prodloužit životnost baterie.
◾ Magnetické stínění: Používejte cívky s magnetickým stíněním, které zabraňuje úniku magnetického pole jednotlivých součástek v lékařských přístrojích a tím vzniku rušení okolních obvodů nebo zařízení.
◾ Dodržování bezpečnostních norem: Cívky (zejména izolační transformátory) musí splňovat lékařské bezpečnostní normy a zajišťovat dostatečnou vzdálenost povrchového přetékání a elektrického izolačního vzdálení.
Shrnutí: Cívky jsou „srdcem“ a „čističem“ napájecího systému lékařských přístrojů, které zajišťují efektivní přeměnu energie a zároveň čistotu a bezpečnost napájení. Jsou nezbytnou jádrovou součástkou, která splňuje vysoké standardy a přísné požadavky lékařských zařízení.
3 – Řešení cívek pro napájení lékařské elektroniky
Jak bylo zmíněno výše, cívky hrají klíčovou roli v lékařských napájecích systémech a musí splňovat vysoké požadavky lékařského napájecího zařízení. Při výběru produktů je proto nutné zohlednit faktory, jako je vysoká spolehlivost, nízká hladina hluku, vysoká účinnost a odolnost proti EMI.
Jako přední dodavatel magnetických komponentů v odvětví Codaca se více než 24 let věnuje vývoji materiálů magnetických jader, návrhu a optimalizaci cívek a tlumivek. Spolupracujíce s inženýry lékařských zdrojů, poskytuje Codaca vysoce hodnotné produkty pro oblast lékařské elektroniky a nabízí technickou podporu, která zákazníkům pomáhá vybrat vhodné magnetické komponenty. Codaca samostatně vyvíjí a vyrábí několik sérií cívek, včetně induktory s vysokým proudem , lité cívky , a vypnuté žlázy , které jsou široce využívány v lékařských přístrojích a komponentech, jako jsou ultrazvukové detektory, analyzátory krve, ventilátory, tlakoměry a rehabilitační roboty.
EN