चिकित्सा उपकरणों और आधुनिक चिकित्सा निदान और उपचार के बीच संबंध तेजी से घनिष्ठ होता जा रहा है। किसी भी चिकित्सा उपकरण को सुरक्षित और स्थिर बिजली आपूर्ति से अलग नहीं किया जा सकता है, और उनमें से अधिकांश स्विचिंग बिजली आपूर्ति हैं। कोई चिकित्सा उपकरण अपनी अधिकतम दक्षता प्रदर्शित कर सकता है या नहीं, यह न केवल सीधे मशीन के तकनीकी प्रदर्शन से संबंधित है, बल्कि बिजली आपूर्ति की गुणवत्ता से भी संबंधित है। बिजली आपूर्ति की गुणवत्ता सीधे चिकित्सा उपकरणों की स्थिरता और विश्वसनीयता को प्रभावित करेगी। घटिया बिजली आपूर्ति वाले उत्पाद बड़ी चिकित्सा उपकरण दुर्घटनाओं और भारी आर्थिक नुकसान का कारण बन सकते हैं।

सामान्य वाणिज्यिक बिजली आपूर्ति और चिकित्सा बिजली आपूर्ति के बीच सुरक्षा-अलगाव एक महत्वपूर्ण अंतर है। सामान्य चिकित्सा उपकरण को बिजली आपूर्ति के आधार पर दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है, जैसा कि चित्र 1 और चित्र 2 में दिखाया गया है। श्रेणी I चिकित्सा उपकरण (धातु केस) और श्रेणी II चिकित्सा उपकरण (प्लास्टिक केस)। कुछ प्रायोगिक और विश्लेषणात्मक उपकरणों को छोड़कर, अधिकांश चिकित्सा उपकरण उपचार बिंदु के पास स्थापित किए जाते हैं, जो लोगों के करीब होता है, और खोल अक्सर छुआ जाता है। चिकित्सा उपकरणों में सभी प्रकार के मजबूत और कमजोर घटक होते हैं। यदि मजबूत और कमजोर घटकों के बीच अलगाव या शेल सामग्री के इन्सुलेशन में कोई समस्या है, तो यह बहुत खतरनाक होगा, इसलिए अलगाव डिजाइन की आवश्यकता है।

चित्र 1 श्रेणी I चिकित्सा उपकरण की विद्युत संरचना चित्र 2 श्रेणी II चिकित्सा उपकरण की विद्युत संरचना

उपकरण में विभिन्न मॉड्यूल को अलगाव के विभिन्न स्तरों की आवश्यकता होती है: कार्यात्मक अलगाव, बुनियादी अलगाव, दोहरा अलगाव और उन्नत अलगाव।

कार्यात्मक अलगाव का तात्पर्य केवल क्रॉस-फ़ंक्शनल मॉड्यूल के लिए वोल्टेज सिस्टम के बीच सिग्नल या बिजली आपूर्ति के कार्यात्मक अनुप्रयोग अलगाव से है;

अलगाव मूल रूप से कार्यात्मक अलगाव + बिजली के झटके से सुरक्षा है;

डबल आइसोलेशन बुनियादी अलगाव (बिजली के झटके के खिलाफ सुरक्षा का बुनियादी स्तर) के साथ एक प्रणाली को अपनाता है, और भौतिक सुरक्षा को मजबूत करने के लिए विद्युत घटकों और अंतिम उपयोगकर्ता के बीच एक सहायक इन्सुलेशन परत जोड़ी जाती है, ताकि बुनियादी अलगाव के दौरान बिजली के झटके की संभावना को कम किया जा सके। विफल रहता है;

बढ़े हुए अलगाव का अलगाव प्रभाव दोहरे अलगाव से संबंधित है, लेकिन केवल एक शेल की आवश्यकता है। यह उन्नत अलगाव विशेषताओं के साथ एक बुनियादी अलगाव सजावट है, जो मुद्रित सर्किट बोर्ड लेआउट, कोर तारों, वाइंडिंग्स और पार्ट्स पिन इत्यादि के बीच भौतिक अलगाव का उपयोग कर सकता है, और साथ ही सुरक्षित क्रीपेज दूरी और विद्युत की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है क्लीयरेंस दूरी (यानी दो वोल्टेज प्रणालियों के बीच भौतिक दूरी)।
इसलिए, उन्नत अलगाव के डिज़ाइन में दोहरा अलगाव है, लेकिन केवल एक परीक्षण बिंदु की आवश्यकता है।डबल आइसोलेशन और बढ़ा हुआ आइसोलेशन आम तौर पर उन उत्पादों पर लागू होता है जो बिजली की आपूर्ति को जोड़ने के लिए ग्राउंडिंग पिन के बिना एसी प्लग का उपयोग करते हैं, जैसे पोर्टेबल चिकित्सा उपकरण (उदाहरण के लिए, चित्र 3 में इन्फ्यूजन पंप और इसका प्लग)।

चित्रा 3

जैसा कि चित्र 1 और चित्र 2 में दिखाया गया है, चिकित्सा बिजली आपूर्ति के सुरक्षा मानक के अनुसार, रोगी सुरक्षा के लिए उपकरणों की अलगाव आवश्यकताएं इस प्रकार हैं। (1)एल, एन←→ अनुप्रयोग भाग: डबल या प्रबलित इन्सुलेशन, ढांकता हुआ ताकत एसी 4000 वी, विद्युत निकासी 5 मिमी, क्रीपेज दूरी 8 मिमी; (2)एल, एन←→ धातु आवरण: बुनियादी इन्सुलेशन, ढांकता हुआ ताकत एसी 1500 वी, विद्युत निकासी 2.5 मिमी, क्रीपेज दूरी 4 मिमी

संक्षेप में, "कार्यात्मक अलगाव" और "बुनियादी अलगाव" (यानी कक्षा I अलगाव) विद्युत रूप से एक वोल्टेज रेल को दूसरे से अलग करते हैं, जबकि "डबल अलगाव" और "उन्नत अलगाव" एक ही डिजाइन लक्ष्य के लिए विभिन्न स्थितियों में दो समाधान प्रदान करते हैं (यानी) द्वितीय श्रेणी अलगाव)। क्लास I उत्पादों और क्लास II उत्पादों को दो प्रकार के अलगाव तरीकों का चयन करना चाहिए।चिकित्सा स्विचिंग बिजली आपूर्ति की आंतरिक संरचना को मानक के अनुसार विभाजित किया गया है, और विभिन्न भागों की ढांकता हुआ ताकत, विद्युत निकासी और क्रीपेज दूरी को आवश्यकताओं के अनुसार डिजाइन करने की आवश्यकता है।सुरक्षा परीक्षण के संदर्भ में, सामान्य चिकित्सा उपकरणों की बिजली आपूर्ति UL60601-1, C-UL, EN60601-1, आदि द्वारा प्रमाणित होनी चाहिए। इनपुट टर्मिनल में 4,000V से अधिक का आइसोलेशन वोल्टेज होना चाहिए, और फ़्लोर ड्रेन करंट कम होना चाहिए, जो सुरक्षा क्रीपेज दूरी की आवश्यकताओं को पूरा करता है। हालाँकि, उच्च-वोल्टेज वाले हिस्से के लिए दोहरे इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से उपकरण शेल के संपर्क में आने वाले हिस्से के लिए, इन्सुलेशन और आइसोलेशन डिज़ाइन को मजबूत किया जाना चाहिए।

चित्र 4 और चित्र। 5 दो प्रकार की विद्युत आपूर्ति की विद्युत संरचनाएँ दिखाएँ। चिकित्सा बिजली आपूर्ति मानक (जीबी 9706.1-2007 मानक) के अनुसार, अंजीर में दिखाए गए संरचनाओं के साथ चिकित्सा बिजली आपूर्ति के अलगाव पैरामीटर। 4 और अंजीर. 5 ई1-ढांकता हुआ ताकत एसी 1500 वी, विद्युत निकासी 2.5 मिमी और क्रीपेज दूरी 4 मिमी हैं; E3- ढांकता हुआ ताकत AC 4 000 V, विद्युत निकासी 5 मिमी, क्रीपेज दूरी 8 मिमी; E4- ढांकता हुआ ताकत AC 500 V. सापेक्ष: C1-Y2 संधारित्र, C2-X2 संधारित्र, C3-दोगुने Y1 श्रृंखला संधारित्र के बराबर।

चित्र: 4 श्रेणी I बिजली आपूर्ति की विद्युत संरचना

चित्र 5 श्रेणी II विद्युत आपूर्ति की विद्युत संरचना

अलगाव आवश्यकताओं के इन मापदंडों के लिए डिजाइनरों को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता होती है कि डिवाइस चयन की शुरुआत से ही उचित मार्जिन वाले डिवाइस चुने जाएं।इसके अलावा, बिजली आपूर्ति के प्रकारों के संदर्भ में, घरेलू चिकित्सा उपकरण ज्यादातर 220V मेन द्वारा संचालित होते हैं। विभिन्न प्रकार के चिकित्सा उपकरणों की बिजली आपूर्ति आवश्यकताओं के कारण, केंद्रीकृत बिजली आपूर्ति संरचना वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली संरचना है। अर्थात्, एक केंद्रीकृत पावर कनवर्टर विभिन्न वोल्टेज स्तरों के आवश्यक आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करता है।

इसकी कम लागत, उच्च दक्षता, समायोज्य आउटपुट वोल्टेज, कम आउटपुट शोर और तेज़ गतिशील प्रतिक्रिया के कारण, यह चिकित्सा उपकरणों के लिए बहुत उपयुक्त है, और यह वर्तमान में चिकित्सा उपकरणों के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला बिजली आपूर्ति मोड है। यानी, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 6, चिकित्सा उपकरणों की स्विचिंग बिजली आपूर्ति में एसी/डीसी और डीसी/डीसी शामिल हैं।प्राथमिक बिजली आपूर्ति के AC/DC कनवर्टर का इनपुट 50/60Hz और 220V प्रत्यावर्ती धारा है, जिसे ठीक किया जाना चाहिए और फ़िल्टर किया जाना चाहिए। बड़े फ़िल्टरिंग इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर अपरिहार्य हैं, और एसी इनपुट को ईएमसी फ़िल्टर और सुरक्षा मानकों का उपयोग करने वाले उपकरणों के साथ जोड़ा जाना चाहिए।माध्यमिक बिजली आपूर्ति के डीसी/डीसी कनवर्टर का उपयोग बिजली रूपांतरण के लिए किया जाता है, जो स्विचिंग बिजली आपूर्ति का मुख्य हिस्सा है।

इसके अलावा, स्टार्ट-अप, ओवरकरंट और ओवरवॉल्टेज सुरक्षा, शोर फ़िल्टरिंग आदि जैसे सर्किट भी हैं। सैंपलिंग सर्किट आउटपुट वोल्टेज के परिवर्तन का पता लगाता है और इसकी तुलना संदर्भ वोल्टेज से करता है। त्रुटि वोल्टेज को बढ़ाया जाता है और पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेटेड (पीडब्लूएम) सर्किट किया जाता है, और फिर पावर डिवाइस के कर्तव्य चक्र को ड्राइविंग सर्किट द्वारा नियंत्रित किया जाता है, ताकि आउटपुट वोल्टेज को समायोजित किया जा सके। मूल संरचना चित्र 6 में दिखाई गई है।

चित्र 6 चिकित्सा उपकरण स्विच की मूल संरचना

इनपुट सर्किट में आम तौर पर स्विच, फ़्यूज़, एसी एंटी-इंटरफेरेंस सर्किट और सॉफ्ट स्टार्ट सर्किट शामिल होते हैं।

सॉफ्ट स्टार्ट सर्किट स्विचिंग बिजली आपूर्ति के सुरक्षा सर्किट में से एक है। स्विचिंग बिजली आपूर्ति के अधिकांश इनपुट सर्किट रेक्टिफ़ाइंग और कैपेसिटर फ़िल्टरिंग सर्किट द्वारा डिज़ाइन किए गए हैं। क्योंकि संधारित्र पर प्रारंभिक वोल्टेज 0 है, एक बड़ा तात्कालिक सर्ज करंट बनेगा। इस कारण से, चिकित्सा उपकरणों की स्विचिंग बिजली आपूर्ति आम तौर पर इनपुट सर्किट में उछाल को रोकने के लिए एक सॉफ्ट स्टार्ट सर्किट से सुसज्जित होती है।

सामान्य सॉफ्ट-स्टार्ट सर्किट में थर्मिस्टर एंटी-सर्ज करंट सर्किट, एससीआर-आर सर्किट, रिले और रेसिस्टर से बना सर्किट, टाइमिंग ट्रिगर और करंट लिमिटिंग रेसिस्टर का उपयोग करने वाला सर्किट, और जीरो क्रॉसिंग द्वारा ट्रिगर किए गए फोटो-युग्मित थाइरिस्टर और द्विदिशात्मक थाइरिस्टर से बना सर्किट शामिल हैं।

शून्य-क्रॉसिंग ट्रिगर का एहसास करने वाले सर्किट में से एक को चित्र 7 में दिखाया गया है। एसी इनपुट के लिए दो ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग किया जाता है, और दो ऑप्टोकॉप्लर समानांतर में विपरीत रूप से जुड़े होते हैं। वाणिज्यिक शक्ति के सकारात्मक और नकारात्मक आधे चक्रों में, दो ऑप्टोकॉप्लर बारी-बारी से चालू होते हैं। जब वाणिज्यिक बिजली शून्य-क्रॉसिंग बिंदु पर नहीं होती है, तो केवल एक ऑप्टोकॉप्लर चालू होता है, और इस समय निम्न स्तर का आउटपुट होता है। जब वाणिज्यिक शक्ति शून्य-क्रॉसिंग में बदल जाती है, तो दोनों ऑप्टोकॉप्लर चालू नहीं होते हैं। इस समय, R3 की क्रिया के कारण, पिन उच्च स्तर का आउटपुट देता है, इस प्रकार आउटपुट अंत में एक निश्चित अवधि के साथ एक पल्स सिग्नल प्राप्त होता है।

चित्र 7 ऑप्टोकॉप्लर के साथ शून्य-क्रॉसिंग ट्रिगर का सर्किट

यूनिडायरेक्शनल सिग्नल ट्रांसमिशन के कारण, इनपुट अंत और आउटपुट अंत पूरी तरह से विद्युत रूप से पृथक होते हैं, जिसमें मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता, लंबी सेवा जीवन और उच्च ट्रांसमिशन दक्षता होती है। ऑप्टोकपलर्स का उपयोग सिग्नल आइसोलेशन, स्विचिंग सर्किट, पल्स एम्प्लीफिकेशन, सॉलिड स्टेट रिले (एसएसआर) और अन्य सर्किटों में व्यापक रूप से किया जाता है।एसी लोड के अनुप्रयोग में, ऑप्टोकॉप्लर और द्विदिशात्मक थाइरिस्टर मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता के साथ एक आइसोलेशन सर्किट बनाते हैं।ऑप्टोकपलर्स स्विचिंग पावर सप्लाई में विभिन्न सर्किट मॉड्यूल को अलग कर सकते हैं।सर्किट वोल्टेज स्थिरीकरण के लिए, रैखिक ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग ऑप्टोकॉप्लर फीडबैक सर्किट बनाने के लिए पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) सर्किट में किया जा सकता है, और सटीक वोल्टेज स्थिरीकरण के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए नियंत्रण टर्मिनल पर वर्तमान को समायोजित करके कर्तव्य अनुपात को बदला जा सकता है।चिकित्सा उत्पादों में इसके व्यापक अनुप्रयोग के कारण, ऑप्टोकॉप्लर की गुणवत्ता का चिकित्सा स्विचिंग बिजली आपूर्ति पर बहुत प्रभाव पड़ता है। ऑप्टोकॉप्लर प्रदर्शन में गिरावट के कारण होने वाली सर्किट विफलता से बचने और चिकित्सा उत्पादों की स्थिरता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, विश्वसनीय ऑप्टोकॉप्लर उत्पादों का चयन किया जाना चाहिए।इसके अलावा, चिकित्सा उपकरणों के लिए एक अच्छी बिजली आपूर्ति प्रणाली चुनने या बनाने के लिए, हमें बिजली आपूर्ति की विद्युत चुम्बकीय संगतता और विद्युत-चुंबकीय हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता में सुधार पर ध्यान देना चाहिए। मुख्य रूप से पीसीबी डिजाइन और लेआउट, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण, परीक्षण और प्रमाणन से। पीसीबी डिज़ाइन के लिए, मुख्य बिंदु पावर आइसोलेशन है, और कोर ऑप्टोकॉप्लर का विकल्प है। इन पहलुओं से, हम विस्तार कर सकते हैं और उपयुक्त ऑप्टोकॉप्लर चुन सकते हैं। इसे कैसे चुनें, इसके लिए यह लेख देखें.