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Los dispositivos electrónicos médicos apoyan la prevención, el diagnóstico, el tratamiento y el monitoreo de enfermedades, desempeñando un papel crucial en el campo de la salud. Debido a su implicación en la seguridad de la vida, los dispositivos médicos imponen requisitos extremadamente rigurosos sobre los sistemas de alimentación, requiriendo el cumplimiento de estrictas normas de seguridad médica, así como una fiabilidad excepcional, ruido ultra bajo, estructuras compactas y robustas, y una excelente adaptabilidad ambiental.
1- Desafíos en el diseño de alimentación electrónica médica
Dado que los dispositivos médicos dependen en gran medida de sistemas electrónicos complejos, también enfrentan diversos problemas comunes a los circuitos electrónicos, como pérdidas en los componentes, interferencias por ruido eléctrico y efectos del estrés ambiental. Además, los dispositivos médicos deben abordar desafíos específicos del ámbito médico, como cumplir con estrictas normas de seguridad para dispositivos médicos, adherirse a la IEC60601 y otras normas de seguridad médica, satisfacer los requisitos de esterilización de dispositivos y garantizar altas exigencias de fiabilidad continua en aplicaciones críticas que implican riesgo vital.
1.1 Desafíos Eléctricos
La integración de sistemas de alimentación en dispositivos médicos presenta desafíos eléctricos únicos que no existen en dispositivos electrónicos generales. La alta fiabilidad y la disponibilidad continua son cruciales, ya que muchos dispositivos médicos requieren un funcionamiento ininterrumpido las 24/7 y no pueden tolerar paradas inesperadas, especialmente en escenarios de aplicaciones médicas de soporte vital o tareas críticas. Para aplicaciones vitales, es esencial contar con una fuente de alimentación de respaldo, que permita cambiar instantáneamente a baterías o fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) para evitar interrupciones operativas.
1.2 Desafíos mecánicos
Para garantizar que el diseño de alimentación sea compacto y robusto dentro de un espacio interno limitado sin comprometer el rendimiento ni la seguridad, los sistemas de alimentación de dispositivos médicos también enfrentan desafíos de diseño mecánico. En dispositivos médicos portátiles y vestibles, reducir el peso es crucial para mejorar la usabilidad, minimizar la fatiga y asegurar la movilidad del paciente. Por lo tanto, reducir el tamaño del sistema de alimentación es una tendencia inevitable.
La gestión de la disipación de calor es otro factor crítico a considerar, ya que los recintos pequeños pueden acumular calor, que debe disiparse de forma segura sin aumentar el ruido, generar riesgos de fallo de los componentes o causar molestias al paciente.
1.3 Desafíos ambientales
Los sistemas de alimentación en dispositivos médicos deben funcionar de manera confiable bajo diversas condiciones ambientales. Esto incluye tolerancia a diferentes temperaturas y niveles de humedad, que pueden afectar el rendimiento del dispositivo y la vida útil de los componentes. Para dispositivos móviles, desplegados en campo o de uso de emergencia, la capacidad de resistir vibraciones, impactos mecánicos y choques operativos es igualmente esencial para garantizar un suministro de energía estable y prevenir daños internos.
1.4 Normas de seguridad
Las fuentes de alimentación médicas deben cumplir con normas internacionales como la IEC 60601-1, que especifica los requisitos generales de seguridad y rendimiento básico para equipos eléctricos médicos. Esta norma abarca numerosos desafíos eléctricos, incluyendo aislamiento, limitación de corriente de fuga y tolerancia a fallos, además de exigir integridad mecánica y durabilidad ambiental. Normas complementarias como la IEC 60601-1-2 tratan los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC), garantizando el funcionamiento fiable del equipo sin generar interferencias electromagnéticas (EMI) ni verse afectado por ellas.
2- Principal Aplicaciones y Requisitos de los Inductores en Fuentes de Alimentación Médicas
Los inductores desempeñan un papel crucial en los dispositivos electrónicos médicos, siendo la gestión de potencia la aplicación más fundamental e importante. Sus aplicaciones incluyen principalmente:
2.1 Fuentes de Alimentación Conmutadas y Convertidores DC-DC: Los inductores son componentes clave de las fuentes de alimentación conmutadas, trabajando junto con transistores conmutadores y condensadores para almacenar energía, filtrar señales y convertir voltaje. Ya sea en la fuente de alimentación principal de equipos de gran tamaño (como tomógrafos CT o resonancias magnéticas) o en los circuitos de gestión de baterías de dispositivos portátiles (como monitores o bombas de infusión), los inductores de potencia son indispensables. Estos convierten eficientemente la corriente alterna en los diversos voltajes de corriente continua requeridos por el dispositivo o realizan conversiones de elevación o reducción de voltaje de corriente continua.
Diagrama esquemático de la aplicación de la fuente de alimentación en dispositivos médicos
2.2 Filtrado de ruido y compatibilidad electromagnética: Los dispositivos médicos son altamente sensibles a las interferencias electromagnéticas (EMI), y el ruido generado por los propios dispositivos no debe interferir con otros equipos. Las perlas magnéticas y los inductores de modo común se utilizan ampliamente en la entrada de alimentación y en nodos clave del circuito para filtrar el ruido de alta frecuencia, asegurando que el dispositivo cumpla con estrictas normas de compatibilidad electromagnética (EMC) (como la IEC 60601-1-2).
Debido a la particularidad del escenario de aplicación, los inductores utilizados en las fuentes de alimentación de equipos médicos tienen requisitos de rendimiento eléctrico más altos que los inductores de consumo ordinarios. Sus exigencias se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
◾ Alta Fiabilidad: Los dispositivos médicos están relacionados con la seguridad de la vida y se debe garantizar que funcionen de manera estable durante todo el ciclo de vida del dispositivo, lo que requiere una tasa de fallos extremadamente baja.
◾ Bajo ruido: Diseño de bajo ruido para evitar que el ruido de la fuente de alimentación interfiera con circuitos analógicos internos sensibles (como amplificadores de ECG, EEG, etc.)
◾ Alta eficiencia: Utilizando materiales de núcleo magnético de baja pérdida para reducir la pérdida del inductor y la generación de calor, especialmente crucial para dispositivos implantables y portátiles, lo que puede extender la vida útil de la batería.
◾ Estructura de apantallamiento magnético: Utilice inductores con estructuras de apantallamiento magnético para evitar fugas del campo magnético de diversos componentes en dispositivos médicos, evitando interferencias con circuitos o equipos circundantes.
◾ Cumplimiento de Normas de Seguridad: Los inductores (especialmente los transformadores de aislamiento) deben cumplir con las normas de seguridad médica, garantizando una distancia de fuga suficiente y un espacio de aislamiento eléctrico adecuado.
En resumen, los inductores son el "corazón" y el "purificador" del sistema de alimentación en dispositivos médicos, encargados de la conversión eficiente de energía mientras aseguran la pureza y seguridad del suministro eléctrico. Son un componente central indispensable que cumple con los altos estándares y requisitos rigurosos de los dispositivos médicos.
3- Soluciones de inductores para fuentes de alimentación electrónicas médicas
Como se mencionó anteriormente, los inductores desempeñan un papel crucial en los sistemas de alimentación médica y deben cumplir con los altos requisitos de los equipos de alimentación médicos. Por lo tanto, al seleccionar productos, es necesario considerar factores como alta confiabilidad, bajo ruido, alta eficiencia y resistencia a la EMI.
Como proveedor líder de componentes magnéticos en la industria, Codaca se ha dedicado durante más de 24 años a la investigación y desarrollo de materiales para núcleos magnéticos, así como al diseño y optimización de bobinas e inductores. Colaborando estrechamente con ingenieros de fuentes de alimentación médicas, Codaca ofrece productos de alto valor para el campo de la electrónica médica y brinda soporte técnico para ayudar a los clientes a seleccionar los componentes magnéticos adecuados. Codaca desarrolla y fabrica independientemente múltiples series de inductores, incluyendo inductores de alta potencia de corriente , inductores moldeados , y acoso de modo común , que han sido ampliamente aplicadas en dispositivos y componentes médicos tales como detectores de ultrasonidos, analizadores de sangre, ventiladores, monitores de presión arterial y robots de rehabilitación.
