Выбор источников питания для медицины и здравоохранения

11.01.2023

Электрическая безопасность является жизненно важным аспектом любой конструкции, и несколько соответствующих стандартов применяются ко всем видам электрического оборудования. К медицинскому оборудованию применяется стандарт безопасности IEC 60601-1, предназначенный для защиты пациентов и медицинских работников. Это требование особенно актуально, когда к пациенту может быть присоединено диагностическое и медицинское оборудование, а также когда медицинский персонал накладывает электроды или работает с оборудованием. Существенным аспектом IEC 60601 является то, что он применяется не только к самому оборудованию, но и к источнику питания.

Например, в случае портативного монитора, который использует внешний источник питания, подключенный к сетевой розетке, адаптер питания должен соответствовать спецификации. Спецификация охватывает практически любое оборудование для визуализации, диагностики или мониторинга, от крупных установок МРТ до прикроватных мониторов сердечного ритма. Оборудование, включая блоки питания и аксессуары, оценивается как единое целое. Стандарт безопасности IEC 60601 был введен в 1977 году и принят в Великобритании, Европе, США и Канаде.

Понимание IEC 60601 и связанной с ним терминологии

Основные принципы стандарта сосредоточены на изоляции, защите от высоких напряжений и токов утечки. За прошедшие годы стандарт претерпел несколько изменений, в которых были введены улучшенные пределы безопасности, новые технические концепции и расширена сфера применения за счет включения дополнительных факторов безопасности. Текущим базовым стандартом является третье издание IEC 60601-1, в котором сохранены все концепции предыдущих стандартов. Сопутствующий стандарт IEC60601-1-2 «Электромагнитные помехи, требования и испытания» уже обновлен до 4-го издания. Это дополнение было вызвано растущим количеством медицинских устройств с беспроводным подключением, смартфонов и Wi-Fi устройств, которые теперь стали обычным явлением в больницах и медицинских клиниках.

Защита пациентов и медицинского персонала от опасного напряжения является основным элементом IEC 60601. С точки зрения стандартов опасным напряжением является питание выше 42,2 В переменного тока или 60 В постоянного тока. По сути, функция изоляции и защиты состоит в том, чтобы обеспечить один или несколько барьеров между людьми и летальным напряжением. Изоляция обычно использует физическое расстояние для разделения опасного напряжения, а изоляция включает использование непроводящих материалов в качестве барьеров.

Ток утечки

На рис. 1 показана основная концепция тока утечки (зеленая линия) от работающей сети через источник питания и электронику аппарата к пациенту или оператору. Соединение с защитным заземлением (PE) позволяет избежать любых внешних токов утечки, но они все же могут возникать из других частей устройства. Однако инженеры не всегда могут полагаться на надежность PE.

Рис. 1 Простая диаграмма, показывающая прохождение тока утечки

В результате существует две классификации продуктов.

• Изделие класса I: имеет как минимум один уровень основной изоляции и дополнительную форму защиты, обеспечиваемую заземлением.
• Изделие класса II: не имеет защитного заземления и должно иметь два слоя изоляции — двойную или усиленную.

В стандарте IEC 60601 определены пределы для трех различных типов тока утечки:

• Ток утечки на землю: это ток, протекающий от устройства через защитное заземление изделия класса I.
• Ток утечки при прикосновении: это ток, который протекает через пациента или оператора, если они касаются устройства.
• Ток утечки через пациента: это ток, протекающий через пациента через контактную часть, т. е. не через оператора, работающего с медицинским оборудованием. Это имеет несколько классификаций в зависимости от того, как электрическое соединение осуществляется с пациентом.

Рабочие части устройства определяются как:

• B (тело): обычно не проводящий контакт, который может быть высвобожден пациентом; они могут быть связаны с землей. Например, медицинские лазеры и сканеры тела МРТ.
• BF (плавающий): имеет токопроводящий контакт с пациентом. Например, мониторы сердечного ритма ЭКГ и ультразвуковые сканеры.
• CF (сердечный): имеет или может иметь непосредственный контакт с сердцем пациента. Например, аппарат для диализа
• На рис. 2 представлена ​​таблица максимально допустимых токов утечки, определенных в 3-м издании IEC 60601-1, при нормальной работе (RO) и в условиях одиночной неисправности (SFC).

Рис. 2 Таблица максимальных токов утечки

MOOP и MOPP

Стандарт IEC 60601-1 3-го издания ввел средства защиты (MOP) для медицинского оборудования и разделил их на две категории, чтобы различать пациента и оператора оборудования.

Средства защиты оператора (MOOP):

Это может быть либо 1 MOOP, либо 2 MOOP.
1 x MOOP обеспечивает «базовую» электрическую изоляцию в соответствии со стандартом безопасности электрооборудования IEC 62368-1.
2 x MOOP требует усиленной изоляции по тому же стандарту.

Средства защиты пациента (MOPP):

Аналогичны MOOP, но с повышенными требованиями к напряжению изоляции и воздушному зазору/утечке, параметр, определяемый в IEC 60601-1, для 1 x MOPP требуется только базовая изоляция, а для 2 x MOPP требуется усиленная изоляция.

Рис. 3 Требования к изоляции и току утечки оборудования

Стандарт IEC 60601-1 устанавливает требования к изоляции и току утечки — см. рис. 3. Утечка — это кратчайшее расстояние вдоль поверхности изоляционного материала между двумя токопроводящими частями. Зазор – это кратчайший воздушный зазор между токопроводящими частями. На рис. 4 показано упрощенное представление MOPP на практике с электрической изоляцией, обеспечиваемой трансформатором и изоляцией проводов.

Рис. 4 Представление MOPP на примере трансформатора

Выбор блоков питания, соответствующих стандарту IEC 60601 для применения в медицине и здравоохранении

TDK-Lambda является ведущим в отрасли поставщиком импульсных источников питания AC/DC и DC/DC преобразователей для медицины и здравоохранения. Источники питания можно найти по всему миру в различном оборудовании, от портативных ПЭТ-сканеров, мониторов пациентов и стоматологических аппаратов до крупных установок МРТ, рентгена и компьютерной томографии.

Блоки питания доступны в различных форм-факторах, включая БП на открытой раме, герметизированные на печатную плату, закрытые и настенные адаптеры. Все БП соответствуют последним стандартам IEC 60601. Они также соответствуют стандарту EN55011 класса B по кондуктивным и излучаемым электромагнитным помехам.

Серия TDK-Lambda WMM30

Серия вставных AC/DC источников тока мощностью от 25 Вт до 30 Вт класса II с изоляцией 2 x MOPP, подходящих для использования с рабочими частями B и BF. Шесть вариантов обеспечивают все популярные номинальные выходные напряжения от + 5 В до + 24 В через цилиндрический разъем и обеспечивают рейтинг энергоэффективности при нагрузке 75 %, обычно 88 %. WMM30 соответствует законодательству США и Европы по энергосбережению, а также соответствует рейтингам энергоэффективности DoE Level VI и EU Tier 2 в режиме холостого хода.

TDK-Lambda серии КМ

Серия KM мощностью от 15 Вт до 40 Вт класса II упакована в полностью закрытый корпус из пластмассы, а ее компактные размеры делают ее пригодной для монтажа на печатной плате. Серия доступна в различных версиях с одним, двумя и тремя выходами, охватывающих популярные номиналы от + 3 В до + 24 В, + 5 В / - 5 В до + 15 В / - 15 В и + 5 В / + 12 В / – 12 В до + 5 В / + 15 В / – 15 В. Подходит для широкого диапазона входного напряжения от 90 В до 264 В AC или от + 100 В до + 375 В DC.

Серия TDK-Lambda CUS100ME

Серия CUS100ME с конвекционным охлаждением мощностью 100 Вт имеет стандартную конструкцию с открытой печатной платой размером 2” на 4” и может использоваться для приложений класса I или класса II. Серия обеспечивает 2 x MOPP. Подходящий для использования с оборудованием класса B и BF, источник питания с одним выходом охватывает все популярные номиналы от + 12 В до + 48 В и имеет типичный рейтинг энергоэффективности до 94 %.

Другие варианты монтажа включают U-образный канал, U-образный канал с крышкой и охлаждаемую опорную плиту.

TDK-Lambda серии CUS30M и CUS60M

Блоки питания AC/DC мощностью 30 Вт CUS30M и 60 Вт CUS30M с одним выходом и номинальным выходным напряжением в диапазоне от 5 В до 48 В, выполненные в компактном форм-факторе 2’ x 3”, соответствуют промышленному стандарту, используются в установках класса I или класса II и подходят для рабочих частей B или BF. Эти источники питания с конвекционным охлаждением также соответствуют требованиям EMI редакции IEC 60601-1-2.

Серия TDK-Lambda CUS150M

Для медицинских приложений с более высокой мощностью подходит серия CUS150M мощностью 150 Вт. Она имеет 2 x MOPP и сконструирована в соответствии с отраслевым стандартом компактного размера 2” на 4”. Одиночный выход с конвекционным охлаждением также может быть оснащен кожухом вентилятора с верхним креплением. Другие варианты монтажа включают U-образный профиль, опорную плиту и закрытый корпус.

Указанные продукты являются лишь частью широкого ассортимента блоков питания TDK-Lambda, доступных для заказа. Нажмите на данную ссылку, чтобы узнать больше.

Если вы не нашли необходимый БЛОК ПИТАНИЯ, пишите на электронную почту info@west-l.ru,  наши специалисты помогут подобрать подходящий продукт и сориентируют по срокам и стоимости.