אתגרים בעיצוב מוצרי חשמל רפואיים ודרישות מוצרים של סליל

התקני רפואה אלקטרוניים תומכים במניעת מחלות, אבחון, טיפול ובמעקב אחר מחלות, ובכך ממלאים תפקיד חשוב בתחום הבריאות. מאחר והם קשורים לחיי אדם, התקני הרפואה מציבים דרישות חמורות ביותר על מערכות הזנה, ודורשים עמידות בסטנדרטים רפואיים קפדניים, אמינות גבוהה במיוחד, רעש אולטרה נמוך, מבנה קטן וחסון, וכמו גם התאמה מעולה לסביבה.

1- אתגרים העומדים בפני עיצוב מזין אלקטרוני רפואי

מכיוון שמכשירים רפואיים מסתמכים במידה רבה על מערכות אלקטרוניות מורכבות, הם גם נתקלים במגוון בעיות הנפוצות במעגלים אלקטרוניים, כגון איבוד רכיבים, הפרעות של רעש חשמלי, ותנאי 스טרס סביבתיים. בנוסף, על מכשירים רפואיים להתמודד עם אתגרים הקשורים במיוחד לתחום הרפואי, כגון התיישבות עם תקנים מחמירים של ביטחון מכשירים רפואיים, עמידה ב-IEC60601 ותקנים רפואיים אחרים, התאמת דרישות סטריליזציה של המכשיר, ושמירה על דרישות גבוהות של אמינות מתמשכת ביישומים קריטיים שקשורים לסיכון לחיים.

1.1 אתגרים חשמליים

שלב שילוב מערכות כח בהתקני רפואה יוצר אתגרים חשמליים ייחודיים שלא קיימים בהתקנים אלקטרוניים כלליים. אמינות גבוהה וזמינות מתמשכת הן קריטיות, שכן רבים מההתקנים הרפואיים דורשים פעילות ללא הפסקה 24/7 ולא יכולים לסבול עיכובים בלתי צפויים, במיוחד בסצנריות של טיפול תומך חיים או יישומים רפואיים קריטיים. ליישומים חיוניים להצלת חיים, צריכת חשמל גיבוי היא הכרחית, ודורשת מעבר מיידי לסוללות או למקורות כח לא מופרשים (UPS) כדי למנוע הפרעות בפעילות.

1.2 אתגרים מכניים

כדי להבטיח שתכנון המערכת החשמלית יהיה דחוס וחזק בתוך שטח פנימי מוגבל מבלי להקריב ביצועים או בטיחות, מערכות כח להתקנים רפואיים גם מתמודדות עם אתגרים בתכנון המנגני. בהתקנים רפואיים ניידים וניתנים לשימוש על הגוף, הפחתת המשקל היא קריטית לשיפור השימושיות, הפחתת עייפות והבטחת ניידות המטופל. לכן, הקטנת גודל מערכת הכח היא מגמה בלתי נמנעת.

ניהול פיזור חום הוא גורם חשוב נוסף שחשוב לקחת בחשבון, שכן תאי שילוח קטנים עלולים לאגור חום, אשר יש לפזרו בבטחה מבלי להגביר את הרעש, לגרום לסיכון לכישלון רכיבים או לגרום לאי נוחות למטופל.

1.3 אתגרים סביבתיים

מערכות כוח במכשירים רפואיים חייבות לפעול באופן מהימן תחת מגוון תנאים סביבתיים. זה כולל סיבולת לטווחים שונים של טמפרטורה ורطיבות, שיכולים להשפיע על ביצועי המכשיר ותקופת חיי הרכיבים. עבור מכשירים ניידים, לשימוש בשטח או לשימוש במצבי חירום, היכולת לעמוד בה rung, הלם מכני ורעידות תפעול היא חשובה באותה מידה כדי להבטיח אספקת כוח יציבה ולמנוע נזק פנימי.

1.4 תקנים לבטיחות

ספקי כוח רפואיים חייבים לעמוד בתקנים בינלאומיים כגון IEC 60601-1, המגדיר דרישות כלליות לבטיחות וביצועים בסיסיים של ציוד חשמלי רפואי. התקן מכסה מגוון של אתגרים חשמליים, כולל בידוד, הגבלת זרם דלף וסיבולת לכשלים, וכן דורש שלמות מכנית ועמידות סביבתית. תקנים משלימים כגון IEC 60601-1-2 עוסקים בדרישות תאימות אלקטרומגנטית (EMC), ומבטיחים פעילות אמינה של הציוד ללא ייצור הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) או היותו רגיש להן.

2- עיקרי יישומים והדרישות של סלילים בספקי כוח רפואיים

סלילים ממלאים תפקיד מרכזי במכשירים אלקטרוניים רפואיים, וניהול הכוח הוא היישום הבסיסי והחשוב ביותר. היישומים שלהם כוללים בעיקר:

2.1 ספקי כוח ממתגים והמרות DC-DC: סלילים הם רכיבי היסוד של ספקי כוח מתחלפים, הפועלים בשילוב עם טרנזיסטורים מתחלפים וקבלים לאחסון אנרגיה, סינון אותות והמרת מתח. בין אם בספק הכוח המרכזי של ציוד דימות גדול (כגון CT, MRI) או במעגלי ניהול הסוללות של התקנים ניידים (כגון מוניטורים, משאבות תזונה), סלילי כוח הם אינדיספנסבילים. הם ממירים ביעילות זרם חילופין למתחי ה-DC השונים הנדרשים על ידי ההתקן או מבצעים המרת מתח-מעלה ומתח-יורד של מתח DC.

תרשים של יישום ספק כוח במכשירים רפואיים

2.2 סינון רעשים ותאימות אלקטרומגנטית: התקני רפואה רגישים במיוחד להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI), והרעש שמייצרים המכשירים עצמם אינו אמור להפריע לציוד אחר. חרוזים מגנטיים וסלילים של מעבר משותף משמשים בצורה נרחבת בכניסת החשמל ובצמתים מרכזיים של המעגל כדי לסנן רעשי תדר גבוה, ומבטיחים שהמכשיר עונה לתקני תאימות אלקטרומגנטית (EMC) מחמירים (כגון IEC 60601-1-2).

בשל התכונות המיוחדות של תרחיש היישום, לסלילים המשמשים בספקי כוח בציוד רפואי יש דרישות ביצועים חשמליים גבוהות יותר מאשר לסלילים לשימוש צרכני רגיל. הדרישות שלהן מתבטאות בעיקר בתחומים הבאים:

◾ אמינות גבוהה: התקני רפואה קשורים לבטיחות חיים, ולכן יש להבטיח פעילות יציבה לאורך כל מחזור החיים של המכשיר, עם שיעור כשלים נמוך ביותר.

◾ רעש נמוך: עיצוב נמוך רעש כדי למנוע מהספק כוח ליצור הפרעות במעגלים אנלוגיים רגישים פנימיים (כגון מגברי ECG, EEG, וכו').

◾ יעילות גבוהה: שימוש בחומרי ליבה מגנטיים עם איבודים נמוכים לצמצום איבודים וחימום בסליל, במיוחד חשוב להתקנים ניתנים שתילה וניידים, יכול להאריך את חיי הסוללה.

◾ מבנה שזירה מגנטית: יש להשתמש בסלילים עם מבנה שזירה מגנטית כדי למנוע דליפת שדה מגנטי של רכיבים שונים בהתקנים רפואיים, ולמנוע הפרעות במעגלים או ציוד סמוך.

◾ הסכמה עם תקנים לבטיחות: סלילים (ובמיוחד טרנספורמטורים מבודדים) חייבים לעמוד בתקני בטיחות רפואיים, ולהבטיח מרחק זריחה ומרווח חשמלי מספיק.

לסיכום, סלילים הם ה"לב" וה"מ purifier" של מערכת האספקה החשמלית בהתקנים רפואיים, אחראים להמרת אנרגיה יעילה, ובמקביל מבטיחים טוהר ובטיחות של האספקה החשמלית. הם רכיב מרכזי חיוני המקיים את התקנים הגבוהים והדרישות המחמירות של התקנים רפואיים.

3- פתרונות סלילים לאספקת חשמל באלקטרוניקה רפואית

כאמור לעיל, סלילים ממלאים תפקיד חשוב במערכות אספקת חשמל רפואיות וחייבים לעמוד בדרישות הגבוהות של ציוד אספקת חשמל רפואי. לכן, בבחירת המוצרים יש לקחת בחשבון גורמים כגון אמינות גבוהה, רעש נמוך, יעילות גבוהה ועמידות בפני הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI).

בתור ספק מוביל של רכיבי מגנטים בתעשייה, Codaca מתמחה במחקר ופיתוח של חומרי ליבה מגנטית, בעיצוב ובאופטימיזציה של סלילים וסלילים במשך יותר מ-24 שנים. בשיתוף פעולה צמוד עם מהנדסי אספקת חשמל רפואי, Codaca מספקת מוצרים בעלי ערך גבוה בתחום האלקטרוניקה הרפואית ונותנת תמיכה טכנית כדי לעזור ללקוחות לבחור את הרכיבים המגנטיים המתאימים. Codaca פותחת ויוצרת באופן עצמאי מספר סדרות של סלילים, כולל מנגנים של כוח זרם גבוה , סלילי חציבה , ו חנקנים במצב משותף , שהושמו בצורה רחבה במכשירים וברכיבים רפואיים כגון מכשירי אולטראסאונד, ניתוחי דם, שותלים, מדדי לחץ דם ורובוטי שיקום.