의료용 전자 장치는 질병의 예방, 진단, 치료 및 모니터링을 지원하며 의료 분야에서 중요한 역할을 합니다. 생명 안전과 직결되기 때문에 의료 기기는 전원 시스템에 극도로 엄격한 요구사항을 적용하며, 엄격한 의료 안전 표준 준수는 물론 뛰어난 신뢰성, 초저잡음, 소형이면서 견고한 구조, 탁월한 환경 적응성을 필요로 합니다.
1- 의료용 전자 전원 설계에서 직면하는 과제
의료 기기는 복잡한 전자 시스템에 크게 의존하고 있기 때문에 전자 회로에서 흔히 발생하는 다양한 문제들, 예를 들어 부품 손실, 전기적 노이즈 간섭 및 환경 스트레스의 영향 등을 동반합니다. 또한 의료 기기는 엄격한 의료 기기 안전 표준 준수, IEC60601 및 기타 의료 안전 표준의 요구사항 충족, 장치의 살균 요구 조건 만족, 생명을 위협하는 중요한 응용 분야에서의 지속적인 신뢰성에 대한 높은 요구와 같은 의료 분야 특유의 도전 과제들을 해결해야 합니다.
1.1 전기적 도전 과제
의료 기기에 전원 시스템을 통합하는 것은 일반 전자 장치에는 존재하지 않는 독특한 전기적 과제를 수반한다. 많은 의료 기기는 24/7 지속적인 작동이 필요하며, 특히 생명 유지 또는 중요한 작업을 수행하는 의료 응용 분야에서는 예기치 않은 다운타임을 허용할 수 없기 때문에 높은 신뢰성과 지속적인 가용성이 매우 중요하다. 생명과 직결되는 응용 분야의 경우, 작동 중단을 방지하기 위해 배터리 또는 무정전 전원 공급 장치(UPS)로 즉시 전환되는 백업 전원이 필수적이다.
1.2 기계적 과제
제한된 내부 공간 안에서도 성능이나 안전성을 저해하지 않으면서 전원 설계를 소형화하고 견고하게 하기 위해 의료 기기 전원 시스템은 기계적 설계 측면의 과제도 직면한다. 휴대용 및 착용형 의료 기기의 경우, 사용성 향상, 피로 감소 및 환자의 이동성을 보장하기 위해 무게를 줄이는 것이 중요하다. 따라서 전원 시스템의 소형화는 피할 수 없는 추세이다.
열 방산 관리는 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 소형 외함은 열이 축적될 수 있으며, 이 열은 소음을 증가시키지 않으면서 안전하게 방출되어야 하며, 부품 고장 위험을 유발하거나 환자에게 불편을 초래해서는 안 됩니다.
1.3 환경적 과제
의료기기의 전원 시스템은 다양한 환경 조건에서 신뢰성 있게 작동해야 합니다. 여기에는 장치 성능과 부품 수명에 영향을 줄 수 있는 온도 및 습도 수준의 차이에 대한 내성이 포함됩니다. 모바일 기기나 현장 배치용, 응급 사용 기기의 경우 진동, 기계적 충격 및 작동 중 충격에 견딜 수 있는 능력 또한 안정적인 전원 공급을 보장하고 내부 손상을 방지하기 위해 동등하게 중요합니다.
1.4 안전 표준
의료용 전원 장치는 의료 전기기기에 대한 일반적인 안전성 및 기본 성능 요구사항을 명시하는 IEC 60601-1과 같은 국제 표준을 준수해야 합니다. 이 표준은 절연, 누설 전류 제한 및 고장 허용 능력과 같은 다양한 전기적 요건뿐만 아니라 기계적 완전성과 환경 내구성도 요구합니다. 보완적인 표준인 IEC 60601-1-2은 전자기 호환성(EMC) 요구사항을 다루며, 전자기 간섭(EMI)을 발생시키거나 그 영향을 받지 않으면서 장비가 신뢰성 있게 작동하도록 보장합니다.
2- 주요 응용 분야 의료용 전원 장치에서 인덕터의 역할 및 요구사항
인덕터는 의료용 전자기기에서 중요한 역할을 하며, 그 중에서도 전력 관리가 가장 기본적이고 중요한 응용 분야입니다. 주요 응용 분야는 다음을 포함합니다:
2.1 스위칭 전원 장치 및 DC-DC 컨버터: 인덕터는 스위칭 전원 공급 장치의 핵심 구성 요소로, 스위칭 트랜지스터 및 캐패시터와 함께 작동하여 에너지를 저장하고, 신호를 필터링하며, 전압을 변환합니다. CT나 MRI와 같은 대형 영상 장비의 주 전원 공급 장치에서부터 모니터나 주입 펌프와 같은 휴대용 장치의 배터리 관리 회로에 이르기까지 전력 인덕터는 없어서는 안 될 존재입니다. 이들은 장치가 필요로 하는 다양한 직류 전압으로 교류를 효율적으로 변환하거나 직류 전압의 승압 및 강압 변환을 수행합니다.
의료 기기에서 전원 공급 응용 회로도
2.2 노이즈 필터링 및 전자기 호환성: 의료 기기는 전자기 간섭(EMI)에 매우 민감하며, 장치 자체에서 발생하는 노이즈가 다른 장비에 간섭을 주어서는 안 됩니다. 자기적 비드와 공통 모드 인덕터는 전원 입력 단과 핵심 회로 노드에서 고주파 노이즈를 제거하기 위해 널리 사용되며, 이를 통해 장치가 엄격한 전자기 호환성(EMC) 표준(예: IEC 60601-1-2)을 충족하도록 보장합니다.
응용 시나리오의 특수성으로 인해 의료 장비 전원에 사용되는 인덕터는 일반 소비자용 인덕터보다 더 높은 전기적 성능 요구 사항을 갖습니다. 이러한 요구 사항은 주로 다음 측면에서 나타납니다:
◾ 높은 신뢰성: 의료 기기는 생명 안전과 관련되어 있으므로 장치 수명 주기 동안 안정적으로 작동할 수 있도록 보장되어야 하며, 극도로 낮은 고장률이 요구됩니다.
◾ 저소음: 저노이즈 설계를 통해 전원 노이즈가 내부의 민감한 아날로그 회로(예: 심전도, 뇌파 증폭기 등)에 간섭을 주는 것을 방지해야 합니다.
◾ 높은 효율성: 인덕터 손실과 발열을 줄이기 위해 저손실 자기 코어 소재를 사용하면, 특히 이식형 및 휴대용 장치에서 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.
◾ 자기 차폐 구조: 의료 기기 내 다양한 부품들의 자계 누출을 방지하고 주변 회로나 장비와의 간섭을 피하기 위해 자기 차폐 구조를 갖춘 인덕터를 사용하십시오.
◾ 안전 기준 준수: 인덕터(특히 절연 변압기)는 의료 안전 규격을 준수해야 하며, 충분한 크리프리지 거리와 전기적 절연 거리를 확보해야 합니다.
요약하자면, 인덕터는 의료 기기의 전원 공급 시스템에서 '심장'이자 '정화 장치' 역할을 하며, 고효율 에너지 변환은 물론 전원의 순도와 안전성을 보장합니다. 이들은 의료 기기에 요구되는 높은 수준과 엄격한 요건을 충족하는 데 필수적인 핵심 구성 요소입니다.
3- 의료용 전자 전원 공급 장치를 위한 인덕터 솔루션
위에서 언급한 바와 같이, 인덕터는 의료용 전원 공급 시스템에서 중요한 역할을 하며 의료용 전원 장비의 높은 요구 사양을 충족해야 합니다. 따라서 제품을 선택할 때 높은 신뢰성, 낮은 노이즈, 고효율 및 EMI 내성과 같은 요소들을 고려해야 합니다.
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