EN
SZYBKI DOSTĘP
Urządzenia elektroniczne medyczne wspierają zapobieganie, diagnozowanie, leczenie i monitorowanie chorób, odgrywając kluczową rolę w opiece zdrowotnej. Ze względu na ich związek z bezpieczeństwem życia, urządzenia medyczne stawiają systemom zasilania bardzo rygorystyczne wymagania, wymagając zgodności ze ścisłymi standardami bezpieczeństwa medycznego, a także wyjątkowej niezawodności, ultra niskiego poziomu zakłóceń, kompaktowej i solidnej konstrukcji oraz doskonałej adaptowalności środowiskowej.
1- Wyzwania w projektowaniu zasilania elektronicznego dla urządzeń medycznych
Ponieważ urządzenia medyczne w dużej mierze polegają na złożonych systemach elektronicznych, napotykają również różne problemy charakterystyczne dla obwodów elektronicznych, takie jak straty elementów, zakłócenia spowodowane hałasem elektrycznym oraz wpływ naprężeń środowiskowych. Dodatkowo, urządzenia medyczne muszą radzić sobie z wyzwaniami specyficznymi dla branży medycznej, takimi jak przestrzeganie rygorystycznych norm bezpieczeństwa urządzeń medycznych, zgodność z normami IEC60601 i innymi standardami bezpieczeństwa medycznego, spełnianie wymagań dotyczących sterylizacji urządzeń oraz zapewnienie wysokich wymagań co do ciągłej niezawodności w krytycznych zastosowaniach zagrażających życiu.
1.1 Wyzwania elektryczne
Integrowanie systemów zasilania w urządzenia medyczne stwarza unikalne wyzwania elektryczne, które nie występują w ogólnych urządzeniach elektronicznych. Wysoka niezawodność i ciągła dostępność są kluczowe, ponieważ wiele urządzeń medycznych wymaga nieprzerwanej pracy 24/7 i nie może dopuścić do nieoczekiwanych przestojów, szczególnie w przypadkach zastosowań medycznych związanych z utrzymaniem życia lub krytycznych zadań. W zastosowaniach krytycznych dla życia zasilanie rezerwowe jest niezbędne i wymaga natychmiastowego przełączenia na baterie lub bezprzerwowe źródła zasilania (UPS), aby zapobiec przerwaniu działania.
1.2 Wyzywania mechaniczne
Aby zapewnić kompaktowy i solidny projekt zasilania w ograniczonej przestrzeni wewnętrznej bez kompromitowania wydajności czy bezpieczeństwa, systemy zasilania urządzeń medycznych napotykają również wyzwania związane z projektem mechanicznym. W przenośnych i noszonych urządzeniach medycznych zmniejszenie wagi ma kluczowe znaczenie dla poprawy użyteczności, minimalizacji zmęczenia oraz zapewnienia mobilności pacjenta. Dlatego miniaturyzacja systemu zasilania jest nieuniknionym trendem.
Zarządzanie odprowadzaniem ciepła to kolejny kluczowy aspekt, który należy wziąć pod uwagę, ponieważ małe obudowy mogą gromadzić ciepło, które musi być bezpiecznie odprowadzane bez zwiększania poziomu hałasu, powodowania ryzyka uszkodzenia komponentów lub dyskomfortu dla pacjenta.
1.3 Wyzwania środowiskowe
Systemy zasilania w urządzeniach medycznych muszą działać niezawodnie w różnych warunkach środowiskowych. Obejmuje to odporność na różne temperatury i poziomy wilgotności, które mogą wpływać na wydajność urządzenia oraz żywotność komponentów. W przypadku urządzeń mobilnych, używanych w terenie lub w sytuacjach awaryjnych, równie istotna jest odporność na wibracje, wstrząsy mechaniczne i udary eksploatacyjne, aby zapewnić stabilne zasilanie i zapobiec uszkodzeniom wewnętrznym.
1.4 Normy bezpieczeństwa
Zasilacze medyczne muszą spełniać międzynarodowe normy, takie jak IEC 60601-1, która określa ogólne wymagania dotyczące bezpieczeństwa i podstawowych parametrów urządzeń elektrycznych stosowanych w medycynie. Norma ta obejmuje wiele wyzwań elektrycznych, w tym izolację, ograniczenie prądu upływu oraz odporność na uszkodzenia, a także wymaga integralności mechanicznej i trwałości środowiskowej. Uzupełniające normy, takie jak IEC 60601-1-2, dotyczą wymagań dotyczących zgodności elektromagnetycznej (EMC), zapewniając niezawodne działanie sprzętu bez generowania zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) ani bycia przez nie wpływane.
2- Główne Zastosowania i wymagania dotyczące dławików w zasilaczach medycznych
Dławiki odgrywają kluczową rolę w urządzeniach elektronicznych stosowanych w medycynie, a najważniejszym i podstawowym zastosowaniem jest zarządzanie energią elektryczną. Ich główne zastosowania obejmują:
2.1 Zasilacze impulsowe i przetwornice DC-DC: Induktory są podstawowymi elementami zasilaczy impulsowych, współpracując z tranzystorami przełączającymi i kondensatorami w celu magazynowania energii, filtrowania sygnałów oraz konwersji napięcia. Niezależnie od tego, czy chodzi o główne zasilanie dużego sprzętu diagnostycznego (takiego jak CT, MRI), czy o obwody zarządzania baterią w urządzeniach przenośnych (takich jak monitory, pompy wlewu), induktory zasilające są niezastąpione. Skutecznie konwertują prąd przemienny na różne napięcia stałe potrzebne urządzeniu lub wykonują konwersję podwyższania i obniżania napięcia stałego.
Schematyczny diagram zastosowania zasilania w urządzeniach medycznych
2.2 Filtracja zakłóceń i zgodność elektromagnetyczna: Urządzenia medyczne są bardzo wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), a szum generowany przez same urządzenia nie powinien zakłócać pracy innych urządzeń. Krople magnetyczne i dławiki przeciwzakłóceniowe są powszechnie stosowane na końcach wejścia zasilania i kluczowych węzłach obwodów w celu filtrowania zakłóceń wysokiej częstotliwości, zapewniając zgodność urządzenia ze ścisłymi normami kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), takimi jak IEC 60601-1-2.
Ze względu na specyfikę scenariusza użycia, cewki stosowane w zasilaczach urządzeń medycznych mają wyższe wymagania dotyczące parametrów elektrycznych niż standardowe cewki konsumenckie. Ich wymagania odzwierciedlają się głównie w następujących aspektach:
◾ Wysoka niezawodność: Urządzenia medyczne wiążą się z bezpieczeństwem życia i muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić stabilną pracę przez cały cykl życia urządzenia, wymagając przy tym ekstremalnie niskiego współczynnika awaryjności.
◾ Niski hałas: Projektowanie o niskim poziomie hałasu, aby zapobiec zakłóceniom zasilania, które mogłyby wpływać na czułe wewnętrzne układy analogowe (takie jak wzmacniacze EKG, EEG itp.)
◾ Wysoka wydajność: Stosowanie materiałów magnetycznych o niskich stratach w celu zmniejszenia strat i wydzielania ciepła w dławikach, szczególnie ważne w przypadku urządzeń implantowanych i przenośnych, może przedłużyć żywotność baterii.
◾ Struktura ekranowania magnetycznego: Należy stosować dławiki z ekranowaną strukturą magnetyczną, aby zapobiec wyciekowi pola magnetycznego poszczególnych komponentów w urządzeniach medycznych oraz uniknąć zakłóceń obwodów lub urządzeń otaczających.
◾ Zgodność z normami bezpieczeństwa: Dławiki (szczególnie transformatory separacyjne) muszą spełniać normy bezpieczeństwa medycznego, zapewniając odpowiednią odległość upływu i izolacji elektrycznej.
Podsumowując, dławiki są "sercem" i "oczyszczaczem" systemu zasilania w urządzeniach medycznych, odpowiadającymi za wydajną konwersję energii, a jednocześnie gwarantującymi czystość i bezpieczeństwo zasilania. Są niezwykle ważnym, niezbędnym komponentem, spełniającym wysokie standardy i rygorystyczne wymagania stawiane urządzeniom medycznym.
3- Rozwiązania dławikowe dla zasilaczy elektronicznych w medycynie
Jak wspomniano powyżej, dławiki odgrywają kluczową rolę w systemach zasilania medycznego i muszą spełniać wysokie wymagania stawiane przez urządzenia medyczne. Dlatego przy doborze produktów należy uwzględnić takie czynniki, jak wysoka niezawodność, niski poziom hałasu, wysoka sprawność oraz odporność na zakłócenia EMI.
Jako wiodący dostawca komponentów magnetycznych w branży, Codaca poświęca się od ponad 24 lat badaniom i rozwojowi materiałów rdzeni magnetycznych, projektowaniu i optymalizacji cewek oraz dławików. W ścisłej współpracy z inżynierami specjalizującymi się w zasilaniu medycznym, Codaca dostarcza wartościowe produkty dla branży elektroniki medycznej oraz oferuje wsparcie techniczne, aby pomóc klientom w doborze odpowiednich komponentów magnetycznych. Codaca samodzielnie rozwija i produkuje wiele serii dławików, w tym induktory mocy wysokiego prądu , indukcyjności formowane , oraz wstrzykiwania w trybie powszechnym , które znalazły szerokie zastosowanie w urządzeniach i komponentach medycznych, takich jak detektory ultradźwiękowe, analizatory krwi, respiratory, tensometry oraz roboty rehabilitacyjne.
