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Dispositivos eletrônicos médicos apoiam a prevenção, diagnóstico, tratamento e monitoramento de doenças, desempenhando um papel crucial no campo da saúde. Devido ao seu envolvimento com a segurança da vida, os dispositivos médicos impõem requisitos extremamente rigorosos aos sistemas de energia, exigindo conformidade com normas rigorosas de segurança médica, além de confiabilidade excepcional, ruído ultra baixo, estruturas compactas e robustas e notável adaptabilidade ambiental.
1- Desafios Enfrentados no Projeto de Energia Eletrônica Médica
Como os dispositivos médicos dependem fortemente de sistemas eletrônicos complexos, também enfrentam diversos problemas comuns aos circuitos eletrônicos, como perdas de componentes, interferência de ruídos elétricos e efeitos de tensões ambientais. Além disso, os dispositivos médicos devem lidar com desafios específicos da área médica, como a adesão a rigorosas normas de segurança para dispositivos médicos, conformidade com a IEC60601 e outras normas de segurança médica, atendimento aos requisitos de esterilização dos dispositivos e garantia de altas exigências de confiabilidade contínua em aplicações críticas que envolvem risco de vida.
1.1 Desafios Elétricos
Integrar sistemas de energia em dispositivos médicos apresenta desafios elétricos únicos que não existem em dispositivos eletrônicos em geral. A alta confiabilidade e a disponibilidade contínua são cruciais, pois muitos dispositivos médicos exigem operação ininterrupta 24/7 e não podem tolerar paradas inesperadas, especialmente em cenários de aplicação médica de suporte à vida ou tarefas críticas. Para aplicações vitais, a alimentação de backup é essencial, exigindo comutação instantânea para baterias ou fontes ininterruptas de energia (UPS) para evitar interrupções operacionais.
1.2 Desafios Mecânicos
Para garantir que o projeto de energia seja compacto e robusto dentro de um espaço interno limitado, sem comprometer o desempenho ou a segurança, os sistemas de energia de dispositivos médicos também enfrentam desafios de projeto mecânico. Em dispositivos médicos portáteis e vestíveis, reduzir o peso é crucial para melhorar a usabilidade, minimizar a fadiga e garantir a mobilidade do paciente. Portanto, a redução do sistema de energia é uma tendência inevitável.
O gerenciamento da dissipação de calor é outro fator crítico a ser considerado, pois invólucros pequenos podem acumular calor, que deve ser dissipado com segurança sem aumentar o ruído, causar riscos de falha de componentes ou provocar desconforto ao paciente.
1.3 Desafios Ambientais
Os sistemas de alimentação em dispositivos médicos devem operar com confiabilidade sob diversas condições ambientais. Isso inclui tolerância a diferentes temperaturas e níveis de umidade, que podem afetar o desempenho do dispositivo e a vida útil dos componentes. Para dispositivos móveis, destinados a campo ou uso emergencial, a capacidade de resistir a vibrações, choques mecânicos e impactos operacionais é igualmente essencial para garantir um fornecimento estável de energia e prevenir danos internos.
1.4 Normas de Segurança
As fontes de alimentação médicas devem cumprir normas internacionais, como a IEC 60601-1, que especifica os requisitos gerais de segurança e desempenho básico para equipamentos elétricos médicos. Ela abrange diversos desafios elétricos, incluindo isolamento, limitação de corrente de fuga e tolerância a falhas, exigindo também integridade mecânica e durabilidade ambiental. Normas complementares, como a IEC 60601-1-2, tratam dos requisitos de compatibilidade eletromagnética (EMC), garantindo o funcionamento confiável do equipamento sem gerar interferência eletromagnética (EMI) ou ser afetado por ela.
2- Principal Aplicações e Requisitos dos Indutores em Fontes de Alimentação Médicas
Os indutores desempenham um papel crucial em dispositivos eletrônicos médicos, sendo o gerenciamento de energia a aplicação mais fundamental e importante. Suas aplicações incluem principalmente:
2.1 Fontes Chaveadas e Conversores DC-DC: Os indutores são componentes essenciais das fontes chaveadas, funcionando em conjunto com transistores de comutação e capacitores para armazenar energia, filtrar sinais e converter tensão. Tanto na fonte principal de equipamentos médicos de grande porte (como TC e RNM) quanto nos circuitos de gerenciamento de bateria de dispositivos portáteis (como monitores e bombas de infusão), os indutores de potência são indispensáveis. Eles convertem eficientemente corrente alternada nas diversas tensões contínuas necessárias ao dispositivo ou realizam a conversão elevadora ou rebaixadora de tensão contínua.
Diagrama Esquemático da Aplicação de Fonte em Dispositivos Médicos
2.2 Filtragem de Ruído e Compatibilidade Eletromagnética: Os dispositivos médicos são altamente sensíveis a interferências eletromagnéticas (EMI), e o ruído gerado pelos próprios dispositivos não deve interferir com outros equipamentos. Contas magnéticas e indutores de modo comum são amplamente utilizados na entrada de alimentação e em nós-chave dos circuitos para filtrar ruídos de alta frequência, garantindo que o dispositivo atenda aos rigorosos padrões de compatibilidade eletromagnética (EMC), como a IEC 60601-1-2.
Devido à particularidade do cenário de aplicação, os indutores utilizados nas fontes de equipamentos médicos possuem requisitos de desempenho elétrico mais elevados do que os indutores comuns de uso doméstico. Suas exigências refletem-se principalmente nos seguintes aspectos:
◾ Alta confiabilidade: Os dispositivos médicos estão relacionados à segurança da vida e devem ter a garantia de operação estável durante todo o ciclo de vida do dispositivo, exigindo uma taxa de falha extremamente baixa.
◾ Baixo ruído: Design de baixo ruído para evitar que o ruído da fonte de alimentação interfira com circuitos analógicos internos sensíveis (como amplificadores de ECG, EEG, etc.)
◾ Alta eficiência: Usando materiais de núcleo magnético de baixa perda para reduzir a perda e a geração de calor no indutor, especialmente crucial para dispositivos implantáveis e portáteis, pode prolongar a vida útil da bateria.
◾ Estrutura de blindagem magnética: Utilize indutores com estruturas de blindagem magnética para evitar vazamentos de campo magnético de diversos componentes em dispositivos médicos, evitando interferência com circuitos ou equipamentos próximos.
◾ Conformidade com as normas de segurança: Os indutores (especialmente transformadores de isolamento) devem cumprir normas de segurança médica, garantindo distância de rastreamento e espaçamento elétrico suficientes.
Em resumo, os indutores são o "coração" e o "purificador" do sistema de alimentação em dispositivos médicos, responsáveis pela conversão eficiente de energia, ao mesmo tempo que garantem a pureza e segurança da alimentação elétrica. São um componente essencial indispensável, que atende aos altos padrões e requisitos rigorosos dos dispositivos médicos.
3- Soluções de Indutores para Fontes de Alimentação Eletrônicas Médicas
Como mencionado acima, os indutores desempenham um papel crucial nos sistemas de alimentação médica e devem atender aos elevados requisitos dos equipamentos de alimentação médica. Portanto, ao selecionar produtos, é necessário considerar fatores como alta confiabilidade, baixo ruído, alta eficiência e resistência a EMI.
Como fornecedor líder de componentes magnéticos na indústria, Codaca dedica-se à pesquisa e desenvolvimento de materiais para núcleos magnéticos, ao projeto e otimização de bobinas e indutores há mais de 24 anos. Trabalhando em estreita colaboração com engenheiros de fontes de alimentação médica, a Codaca fornece produtos de alto valor para o setor de eletrônicos médicos e oferece suporte técnico para ajudar os clientes a selecionar os componentes magnéticos adequados. A Codaca desenvolve e fabrica independentemente diversas séries de indutores, incluindo indutores de potência de alta corrente , indutores moldados , e estrangulação de modo comum , que têm sido amplamente aplicadas em dispositivos e componentes médicos, tais como detectores de ultrassom, analisadores de sangue, ventiladores, monitores de pressão arterial e robôs de reabilitação.
