AC-DC医疗电源的选用标准与典型应用方案

2010-06-01 18:59:50来源: 电子系统设计

  医疗设备产业是关系到人类生命健康的新兴产业,近十余年来,在世界发达国家一直保持着很高的市场年增长率,因而被誉为朝阳产业。随着医疗水平的提高,越来越多先进的医疗设备广泛运用在了各种医疗场合。电源作为医疗设备的重要组成部分,它相对于其他种类的电源产品有更为严苛的要求。本文重点介绍医疗用电源的特殊要求以及金升阳公司高品质医疗用AC-DC产品的技术特性。

医疗电源的特殊要求

  目前,医疗设备大多采用开关电源。随着电子技术的发展,开关电源不仅体积大大缩小,重量减轻,而且能耗大幅降低,并提高了可靠性。使用交流供电的医疗诊断、测量和治疗设备,可能会由于不合适的接地和电绝缘产生漏电流,而使患者以及医疗人员暴露在电击、烧伤、内脏器官损伤和心律不齐等潜在危险之中。

  鉴于医疗设备的特殊使用环境,医疗用电源产品在安全性和可靠性方面有着更为严苛的要求。例如,必须满足IEC60601-1安规的绝缘和漏电流要求,或其相关标准,诸如:EN60601-1、UL60601-1和CSA22.2第601.1 M90标准。表1总结了IEC 60601-1医疗设备的安规要求。

表1 IEC60601-1安全标准要求

  另一方面,医疗设备的电磁辐射和电磁辐射防护是医用电源的一个重要参数标准,涉及到电涌和瞬变电流强度、静电放电(ESD)电平,以及射频干扰(RFI)防护能力。许多医疗应用都涉及RF治疗仪或无创电子手术器械,因此电源必须能抵御干扰,不受影响。

  合格的医用电源应符合与EMC相关技术要求相配合的EN60601-1-2标准。不仅如此,医用电源还必须满足IEC61000-4-2(静电防护能力,要求达到3kV)、IEC61000-4-3 (射频辐射防护能力,要求达到3V/m)、IEC61000-4-4 EFT(电压瞬变承受能力,要求达到1kV)、IEC61000-4-5(市电涌流承受能力,要求达到1kV和2kV)、IEC61000-3-2 (市电线路谐波要求)、IEC61000-3-3(电力线闪变要求),以及EN55011(A类产品或B产品辐射限制)等要求。

  此外,涉及到特定应用场合还有一些特殊要求,例如,系统可能要在急救车上使用,可能会出现电压冲击情况,这种电源至少应符合IEC 68-2-29标准;有些设备是便携设备,可能在直升机上使用,因而会出现随机性振动,此种电源应符合MIL-STD-810E标准。

金升阳LD系列产品特性

  金升阳公司致力于医疗用ACDC电源的开发,目前拥有LD05,LD10系列产品,产品的原理框图如图1所示。产品在设计过程中始终以高的可靠性为目标,在设计中的每一个环节都体现了这一点。

图1 LD系列产品原理框图

  首先,产品控制芯片的可靠性对产品可靠性起着至关重要的作用。我们的产品选用安森美半导体公司的PWM控制芯片,由于芯片功能十分强大,只需要外接少数元件就能构成完整的开关电源,因此大大简化了产品的设计,从某种意义上讲也大大提高了产品的可靠性。另外,芯片的待机功耗很低,能够提供符合美国能源之星和欧洲蓝天使标准的解决方案,空载状态下同时能达到国际能源机构(IEA)最新建议的要求。芯片的短路保护功能还能通过持续监视反馈线的状况,检测到出现短路的情况,并立即减小输出功率,从而对整个电源及后级电路实现保护。一旦短路情况消失,控制器便恢复正常工作。这一功能也极大提高了产品在异常条件下的可靠性。

  其次,在模块电源的热设计方面我们也做了很多有益的研究。MTBF是电源可靠性的计量指标,而影响MTBF的最重要因素是部件的温度。因此要提高电源的可靠性,如何保持较低温度至关重要。模拟的方法有助于把一些抽象变得比较直观,因此我们引进了电热模型。所谓电热模拟就是用导热电回路来模拟电子器件的散热回路,用电参数模拟热量的传递。具体地讲,即用电路中的电流来模拟热路中的热量(计算中,常用半导体器件的耗散功率PD来代替热量Q),用电流的流动来表示热流的传递。电压U相当于器件温度到环境温度之温差△T,电阻R相当于热阻Rth。当然,除了模拟的热能传递,在设计及验证过程中,大量的高低温可靠性试验也用来验证、完善产品的热设计。

  

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关键字:AC-DC电源  医疗设备  金升阳

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0601/article_1237.html
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