EN
Быстрые ссылки
Медицинские электронные устройства способствуют профилактике, диагностике, лечению и мониторингу заболеваний, играя ключевую роль в здравоохранении. Поскольку они связаны с безопасностью жизни, к медицинским устройствам предъявляются чрезвычайно жесткие требования к системам питания, необходимость соответствия строгим стандартам медицинской безопасности, а также исключительной надежности, сверхнизкому уровню шумов, компактной и прочной конструкции и высокой устойчивости к внешним воздействиям.
1- Проблемы, с которыми сталкивается проектирование источников питания для медицинской электроники
Поскольку медицинские устройства в значительной степени зависят от сложных электронных систем, они также сталкиваются с различными проблемами, характерными для электронных схем, такими как потери компонентов, помехи электрических шумов и влияние внешних факторов. Кроме того, медицинские устройства должны решать задачи, специфичные для медицинской сферы, например, соблюдение строгих стандартов безопасности медицинских устройств, соответствие требованиям IEC60601 и другим стандартам медицинской безопасности, выполнение требований к стерилизации устройств и обеспечение высокой надежности в критически важных применениях, связанных с угрозой для жизни.
1.1 Электрические проблемы
Интеграция систем электропитания в медицинские устройства создает уникальные электрические задачи, которые не встречаются в обычных электронных устройствах. Высокая надежность и постоянная доступность имеют решающее значение, поскольку многие медицинские устройства требуют круглосуточной бесперебойной работы и не могут допускать неожиданных простоев, особенно в сценариях применения в медицинских устройствах жизнеобеспечения или критически важных задач. Для приложений, связанных с поддержанием жизни, резервное питание является обязательным и требует мгновенного переключения на аккумуляторы или источники бесперебойного питания (UPS), чтобы предотвратить перерывы в работе.
1.2 Механические задачи
Чтобы обеспечить компактность и надежность конструкции системы питания в ограниченном внутреннем пространстве без ущерба для производительности или безопасности, системы питания медицинских устройств также сталкиваются с механическими конструкторскими задачами. В портативных и носимых медицинских устройствах снижение веса имеет важнейшее значение для повышения удобства использования, минимизации усталости и обеспечения мобильности пациента. Поэтому уменьшение размеров системы питания является неизбежной тенденцией.
Управление теплоотводом является еще одним важным фактором, который необходимо учитывать, поскольку в небольших корпусах может накапливаться тепло, которое должно безопасно рассеиваться без увеличения уровня шума, риска выхода компонентов из строя или дискомфорта для пациента.
1.3 Экологические вызовы
Системы электропитания в медицинских устройствах должны надежно работать в различных условиях окружающей среды. Это включает устойчивость к различным температурам и уровням влажности, которые могут влиять на производительность устройства и срок службы компонентов. Для мобильных устройств, используемых в полевых условиях или в чрезвычайных ситуациях, способность выдерживать вибрации, механические и эксплуатационные удары также имеет важнейшее значение для обеспечения стабильного электропитания и предотвращения внутренних повреждений.
1.4 Стандарты безопасности
Медицинские источники питания должны соответствовать международным стандартам, таким как IEC 60601-1, который устанавливает общие требования к безопасности и основным показателям эффективности медицинского электрического оборудования. Стандарт охватывает множество электрических аспектов, включая изоляцию, ограничение тока утечки и устойчивость к неисправностям, а также предъявляет требования к механической прочности и стойкости к воздействию окружающей среды. Дополнительные стандарты, такие как IEC 60601-1-2, регулируют требования к электромагнитной совместимости (EMC), обеспечивая надежную работу оборудования без создания электромагнитных помех (EMI) и без подверженности таковым.
2- Основной Применения и требования к дросселям в медицинских источниках питания
Дроссели играют важнейшую роль в медицинских электронных устройствах, наиболее базовым и важным применением которых является управление питанием. Их основные применения включают:
2.1 Импульсные источники питания и DC-DC преобразователи: Индуктивности являются основными компонентами импульсных источников питания и работают совместно с ключевыми транзисторами и конденсаторами, обеспечивая накопление энергии, фильтрацию сигналов и преобразование напряжения. Независимо от того, используется ли это в основном блоке питания крупного оборудования для визуализации (например, КТ, МРТ) или в цепях управления зарядом аккумуляторов портативных устройств (например, мониторов, инфузионных насосов), силовые индуктивности являются незаменимыми. Они эффективно преобразуют переменный ток в различные требуемые устройством значения постоянного напряжения или выполняют повышение и понижение напряжения постоянного тока.
Схематическая диаграмма применения источника питания в медицинских устройствах
2.2 Фильтрация шумов и электромагнитная совместимость: Медицинские устройства крайне чувствительны к электромагнитным помехам (ЭМП), и создаваемые ими шумы не должны мешать работе другого оборудования. Ферритовые бусины и дроссели синфазных помех широко используются на входе питания и ключевых узлах схемы для подавления высокочастотных помех, что обеспечивает соответствие устройства строгим стандартам электромагнитной совместимости (ЭМС) (например, IEC 60601-1-2).
Из-за специфики применения катушки индуктивности, используемые в источниках питания медицинского оборудования, имеют более высокие требования к электрическим характеристикам по сравнению с обычными индукторами потребительского класса. Эти требования в основном проявляются в следующих аспектах:
◾ Высокая надежность: Медицинские устройства связаны с безопасностью жизни и должны гарантированно стабильно работать на протяжении всего жизненного цикла устройства, что требует чрезвычайно низкого уровня отказов.
◾ Низкий уровень шума: Конструкция с низким уровнем шума, предотвращающая влияние помех от источника питания на внутренние чувствительные аналоговые цепи (такие как усилители ЭКГ, ЭЭГ и т.д.)
◾ Высокая эффективность: Использование магнитных материалов сердечников с низкими потерями для снижения потерь в дросселях и выделения тепла, особенно важное для имплантируемых и портативных устройств, позволяет продлить срок службы батареи.
◾ Магнитная экранирующая структура: Используйте дроссели с магнитной экранирующей структурой, чтобы предотвратить утечку магнитного поля различных компонентов в медицинских устройствах и избежать помех для окружающих цепей или оборудования.
◾ Соответствие стандартам безопасности: Дроссели (особенно изолирующие трансформаторы) должны соответствовать стандартам безопасности в медицине, обеспечивая достаточное расстояние утечки и электрический зазор.
В целом, дроссели являются «сердцем» и «очистителем» системы электропитания медицинских устройств, отвечающими за эффективное преобразование энергии, а также за чистоту и безопасность электропитания. Это незаменимый ключевой компонент, отвечающий высоким стандартам и строгим требованиям медицинской техники.
3- Решения дросселей для источников питания медицинской электроники
Как упоминалось выше, дроссели играют ключевую роль в медицинских системах электропитания и должны соответствовать высоким требованиям оборудования медицинского электропитания. Поэтому при выборе продукции необходимо учитывать такие факторы, как высокая надежность, низкий уровень шума, высокая эффективность и устойчивость к ЭМП.
Будучи ведущим поставщиком магнитных компонентов в отрасли, Codaca занимается разработкой магнитных материалов сердечников, проектированием и оптимизацией катушек и дросселей уже более 24 лет. Тесно сотрудничая с инженерами, разрабатывающими источники питания для медицинской техники, Codaca предоставляет высокотехнологичную продукцию для области медицинской электроники и оказывает техническую поддержку, помогая заказчикам подобрать подходящие магнитные компоненты. Компания Codaca самостоятельно разрабатывает и производит несколько серий дросселей, включая индукторы высокой мощности , формованные катушки индуктивности , и удушения общего режима , которые широко применяются в медицинских устройствах и компонентах, таких как ультразвуковые детекторы, анализаторы крови, аппараты ИВЛ, тонометры и реабилитационные роботы.
