醫(yī)療電源模塊的選擇與應(yīng)用
CF類:要與病人心臟接觸的設(shè)備,如心臟穿刺監(jiān)視器。
人們通常會誤解以為這些設(shè)備類型的漏電流指標(biāo)不同。事實上,這幾類設(shè)備的允許漏電流是相同的。北美的指標(biāo)要求比歐洲EN60601-1規(guī)定的允許漏電流更嚴(yán)格些。例如,歐洲允許0.5mA,而美國和加拿大只允許0.3mA。因此,醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員需注意其產(chǎn)品將會銷售到哪個地區(qū)。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181311.htm
而BF 或CF類設(shè)備(俗稱“接觸人體”的設(shè)備) 還要求采取額外的絕緣措施,使病人與地、信號端口和電源輸出絕緣。這是為了在設(shè)備發(fā)生意外故障時保護(hù)病人,以及使病人身上的漏電流保持在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限度內(nèi)。這種絕緣也可通過最終設(shè)備的其它部分實現(xiàn),如有足夠絕緣性能的塑料探針或套管。但在需要對病人通電的應(yīng)用場合,處理方法之一是采用符合IEC601-1 標(biāo)準(zhǔn)的AC/DC 電源對一個或多個隔離DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電,即又加第二級絕緣保護(hù)。所以必需仔細(xì)選擇DC/DC轉(zhuǎn)換器,以確保能達(dá)到絕緣要求。
由于醫(yī)療設(shè)備經(jīng)常都要直接與病人連接,而且會通過皮膚甚至皮下連接形成導(dǎo)電通路,因此漏電流必須盡可能為零,絕緣必須可靠,且不得有潛行電流。
4:安全與隔離:
安全與隔離同樣是商用電源與醫(yī)用電源的一個重大差別,這對接受治療的病人及使用設(shè)備的醫(yī)務(wù)人員的觸電等安全保證相關(guān)。雖然人的皮膚算是個較好的絕緣體,但一旦有非常小的交流電流施加到心臟上,就可能導(dǎo)致心臟肌肉纖維性顫動和神經(jīng)肌肉損傷。所以涉及到病人的環(huán)境設(shè)備,任何可能與病人接觸的部分其電流必須嚴(yán)格限制在40-70Hz內(nèi)。
醫(yī)療器械應(yīng)用所需的保護(hù)級別與設(shè)備和病人的接近程度相關(guān)。對醫(yī)療系統(tǒng)供電來說,絕緣和保護(hù)指標(biāo)有三個安全級別。首先,所有離線電源都必須滿足EN60950標(biāo)準(zhǔn)中的基本安全要求。此外,要靠近病人的醫(yī)用電源還要符合IEC601-1標(biāo)準(zhǔn)。而接觸病人的設(shè)備除了滿足以上2個要求外,還需要有額外的隔離屏障來保護(hù)。還有在市電中斷時,醫(yī)院的備用發(fā)電機要幾秒或幾分鐘后才能供電。因此,許多醫(yī)用電源和使用這種電源的設(shè)備都通過UPS系統(tǒng)接力供電。從而,電源的輸入波形可能會改變,不再是理想的正弦波。所以,還需要在電源前端外接一個醫(yī)用變壓器來進(jìn)一步提高安全級別。所以,直接用到病人身上的設(shè)備必須滿足所有這些參數(shù)的最高絕緣技術(shù)指標(biāo)。
5. EMI-RFI輻射和防護(hù)
設(shè)備的電磁輻射和電磁輻射防護(hù)也是醫(yī)用電源的一個重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn),涉及到電涌和瞬變電流強度、靜電放電(ESD) 電平,以及射頻干擾(RFI) 防護(hù)能力。對醫(yī)用電源來說,這些電氣指標(biāo)必須是同等級商用產(chǎn)品的三倍。許多醫(yī)療應(yīng)用都涉及RF治療儀或無創(chuàng)電子手術(shù)器械,因此電源必須能抵御干擾,不受影響。合格的醫(yī)用電源應(yīng)符合與EMC相關(guān)的許多技術(shù)要求相配合的EN60601-1-2標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此,醫(yī)用電源還必須滿足IEC61000-4-2 ((靜電防護(hù)能力,要求達(dá)到3kV)、IEC61000-4-3 (射頻輻射防護(hù)能力,要求達(dá)到3V/m)、IEC61000-4-4 EFT (電壓瞬變承受能力,要求達(dá)到1kV)、IEC61000-4- 5 (市電涌流承受能力,要求達(dá)到1kV和2kV)、IEC61000-3-2 (市電線路諧波要求)、IEC61000-3-3 (電力線閃變要求),以及EN55011 (A類產(chǎn)品或B產(chǎn)品輻射限制)等要求。為此,符合IEC601-1標(biāo)準(zhǔn)的電源一般都遵守EN55022/11A類設(shè)備規(guī)范,而不是更為嚴(yán)格的B類EMC規(guī)范。這些設(shè)備也可以設(shè)計得符合B類EMC規(guī)范,但必需額外采取更復(fù)雜的濾波和屏蔽措施,使得設(shè)備尺寸增大、成本增加。而廣州金升陽公司的醫(yī)療電源模塊則在產(chǎn)品尺寸、成本、性能、安全等方面作了一個很好的平衡作用。
其它還有一些要求,涉及到特定的應(yīng)用場合:如系統(tǒng)可能要在急救車車上使用,會出現(xiàn)電壓沖擊,對此,電源至少應(yīng)符合IEC 68-2-29標(biāo)準(zhǔn);有些設(shè)備是便攜設(shè)備,可能在直升機上使用,會出現(xiàn)隨機性振動,對此,電源應(yīng)符合MIL-STD-810E標(biāo)準(zhǔn)。
案例:曾經(jīng)有客戶采用了低成本的“醫(yī)用電源”,該電源電壓5V、電流200mA,幾百個批量的單價為5美元。采用這種電源的設(shè)備要賣數(shù)萬美元。這個價格低得驚人的電源好象很不錯,如果說它好得讓人懷疑,還真是如此。拆開這種電源后發(fā)現(xiàn),它只有一塊單面印刷電路板,且為節(jié)省成本,電路板沒有金屬化通孔。電路板采用表面安裝結(jié)構(gòu),且元件密度很大。元件間距根本不符合醫(yī)療用電源和相關(guān)安全管理機構(gòu)規(guī)定的爬電距離要求和設(shè)計準(zhǔn)則。漏電流達(dá)900mA,遠(yuǎn)超過規(guī)范限度。爬電距離和電氣間隙電壓指標(biāo)還達(dá)不到通用電源中使用的電壓。高壓區(qū)域間的間距只有0.5 mm,并采用阻焊劑來提高點介質(zhì)抗御能力。功率MOSFET的引腳間距本應(yīng)加大,以增加爬電距離,但這種電源并沒有這樣處理,很可能是因為考慮到制造成本和這樣做會占更多空間。鋁制散熱片通過一些扣爪插入電路板中,然后焊接固定。一但處理不正確,散熱片易發(fā)生松動。反激電路中的MOSFET是無廠家的fullpak封裝器件,有一個聚硅酮外套,并有絕緣帶加在散熱片上,因而阻礙了器件與散熱片的接觸,這樣使用中將有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的熱穩(wěn)定性問題,即當(dāng)MOSFET已經(jīng)過熱時,散熱片還是冷的。這種電源剛好滿足商用EMI-RFI要求,但不符合醫(yī)用電源要求。
這種電源還存在其它一些問題,如整個電源內(nèi)到處都存在虛焊。使用時,即使被正確裝配,也沒準(zhǔn)會在什么時候出故障。這種電源,盡管被當(dāng)作醫(yī)療用電源銷售,但其本身本來就不是按照醫(yī)療用要求設(shè)計的,除了輸入電壓和輸出電壓及電流,就沒有相關(guān)的文件和技術(shù)指標(biāo)了。這種電源除了價格低得驚人外,別的性能要求遠(yuǎn)達(dá)不到醫(yī)療電源的要求。為何有人只希望將電源成本降低到如此水平,而故意冒如此多的風(fēng)險?畢竟,電源是高溫、高壓、噪聲、漏電流、火災(zāi)等風(fēng)險和危險的主要源發(fā)地。
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