【導(dǎo)讀】具有醫(yī)療級隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換器可與AC/DC電源或電池供電設(shè)備結(jié)合使用，不僅降低醫(yī)療應(yīng)用中的終端產(chǎn)品成本，還能滿足最高等級的安全標(biāo)準(zhǔn)。
電子設(shè)備正越來越多地被應(yīng)用在不同的醫(yī)療和家庭診療環(huán)境中，所用設(shè)備必須嚴(yán)格符合相關(guān)電氣安全標(biāo)準(zhǔn)：IEC 60601-1:2005及其附帶文件和國家標(biāo)準(zhǔn)，包括歐洲的EN 60601-1:2006。
考慮產(chǎn)品所需的AC/DC電源時(shí)可參閱最新版安全標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用指南，其中提到了操作者和患者環(huán)境應(yīng)有的「保護(hù)措施」（MOPs）。直接指定使用具有最高安全等級，也就是具有雙重患者保護(hù)措施（MOPPs）的電源似乎是更為明智的做法，最大額定電源電壓和漏電流符合接觸患者的CF型（心臟浮動）的要求；CF型指的是電會連接到器官以進(jìn)行監(jiān)測或刺激。電池供電的設(shè)備可能會被視為不適用安全標(biāo)準(zhǔn)，然而在某些情況下僅靠有完整認(rèn)證的AC/DC是不夠的，而在其他情況下是在規(guī)格以上，也有一些應(yīng)用是電池供電的設(shè)備需要內(nèi)部安全隔離。
以交流供電設(shè)備為例，從交流線路到輸出至少要有2 x MOOP或MOPP隔離，這取決于設(shè)備將分別在操作者或患者的環(huán)境中使用。然而，患者連接的輸出必須與接地至少有1 x MOPP隔離，以避免患者成為其他故障設(shè)備的「火線」，讓致命的電流經(jīng)過患者流向大地。在這種情況下，額外的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器可以為連接患者的電路供電。如果它有合適的醫(yī)療級隔離，就可以使用只有1 x MOPP輸出隔離的AC/DC轉(zhuǎn)換器。
在另一種未指明信號連接的情況下，例如交流電或電池供電的設(shè)備通信端口，患者連接和信號之間必須有2 x MOPP以防外部故障導(dǎo)通信號。同樣地，額外的DC/DC轉(zhuǎn)換器可以提供所需的隔離。圖1舉出一個(gè)特殊情況的例子，一個(gè)具有未指明信號輸入的Class I、2 x MOOP的AC/DC電源，外加一個(gè)2 x MOPP的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以為信號輸入提供必要的隔離，允許在患者連接的環(huán)境中使用較低成本的「操作者等級」的AC/DC電源。
DC/DC轉(zhuǎn)換器通常只需為患者連接接口提供低功率，所以相對較小且成本較低。由于尺寸的關(guān)系它的耦合電容通常很低，漏電流也因此非常低，與單獨(dú)使用AC/DC的情況相比能提供更高的患者連接等級。
圖1：使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的器件即可實(shí)現(xiàn)最高等級的與患者連接的醫(yī)療電源方案
必須謹(jǐn)慎選擇醫(yī)療應(yīng)用的DC/DC轉(zhuǎn)換器
DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為商品器件，可以通過許多來源購買各種隔離級別、經(jīng)過或未經(jīng)過機(jī)構(gòu)認(rèn)證的轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)人員應(yīng)要知道到高耐壓等級通常僅代表瞬態(tài)抗擾性，若未經(jīng)過特殊機(jī)構(gòu)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，該產(chǎn)品可能不適合拿來作為任何類型的安全屏障。對醫(yī)療應(yīng)用來說，DC/DC的規(guī)格書應(yīng)標(biāo)示保護(hù)措施的等級，MOOP或指定系統(tǒng)電壓的MOPP（通常為250VAC）。DC/DC有可能合法獲得2 x MOPP認(rèn)證，但僅在30VAC才有可能，如果系統(tǒng)電壓為 “正常” 交流電源則很危險(xiǎn)。醫(yī)療級DC/DC轉(zhuǎn)換器并不常見，因?yàn)橐谄骷?nèi)部實(shí)現(xiàn)高隔離等級并不容易。標(biāo)準(zhǔn)要求使用堅(jiān)固的固體絕緣材料或在輸入與輸出之間有較大的間距，例如2 x MOPP/250VAC的認(rèn)證要求爬電距離要有8mm，這對內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說是一大困難。
RECOM最近發(fā)布的R05CT05S是一個(gè)實(shí)現(xiàn)高等醫(yī)療級隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換器的例子（圖2）。這是一款經(jīng)濟(jì)型0.5W器件，具有5V的標(biāo)稱輸入以及3.3V、5V、3.7V或5.4V的輸出，為低壓差穩(wěn)壓器（LDO）供電。轉(zhuǎn)換器采用緊湊的10.3mm x 7.7mm SMD封裝，高度僅2.65mm，適合空間受限的應(yīng)用。該產(chǎn)品的醫(yī)療應(yīng)用的亮點(diǎn)規(guī)格是2 x MOPP/250VAC連續(xù)額定電壓，測試電壓為5kVAC符合IEC/EN 60601-1標(biāo)準(zhǔn)。它還具有3.5pF的耦合電容，250VAC/50Hz應(yīng)用的漏電流可忽略不計(jì)。它在非醫(yī)療應(yīng)用中的額定電壓更加出色 – 800VAC增強(qiáng)型隔離工作電壓符合EN 62368-1標(biāo)準(zhǔn)。降額時(shí)最高工作溫度可達(dá)140°C，器件功能包括使能、同步、調(diào)整以及欠壓鎖定。
圖2：2 x MOPP/250VAC額定電壓的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器
先進(jìn)的電源封裝實(shí)現(xiàn)醫(yī)療級隔離
R05CT05S的設(shè)計(jì)人員必須對產(chǎn)品包裝采取嶄新的做法以兼具功能性和高隔離等級。傳統(tǒng)的環(huán)形變壓器不能滿足絕緣要求而線軸E型磁芯或類似的則太大，因此開關(guān)頻率被推升至8MHz，允許更少的繞組匝數(shù)和較小的平面變壓器磁芯，同時(shí)采用堅(jiān)固的繞組間絕緣以滿足醫(yī)療級要求。即使在高開關(guān)頻率下，嵌入式管芯的先進(jìn)電路設(shè)計(jì)也能維持良好的效率。芯片引線鍵合至DVE SOIC-16引線框之后再將整個(gè)產(chǎn)品包覆成型。
結(jié)論
醫(yī)療級認(rèn)證的高隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器是很有價(jià)值的器件，可為最敏感的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)所需的隔離等級，包括CF型患者連接。通過謹(jǐn)慎應(yīng)用，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)使用RECOM R05CT05S可以在不影響安全性的情況下最大程度地降低成本。該產(chǎn)品采用的先進(jìn)電路和3D電源封裝技術(shù)是RECOM最新產(chǎn)品的必備技術(shù)，持續(xù)推動公司在醫(yī)療等廣大應(yīng)用上朝向更小、更高效、更具成本效益的DC/DC和AC/DC轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)邁進(jìn)。
來源：RECOM
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