Analisis pengasingan kuasa peranti perubatan

Hubungan antara peralatan perubatan dan diagnosis dan rawatan perubatan moden semakin rapat. Sebarang peralatan perubatan tidak boleh dipisahkan daripada bekalan kuasa yang selamat dan stabil, dan kebanyakannya sedang menukar bekalan kuasa. Sama ada peranti perubatan boleh menggunakan kecekapan maksimumnya bukan sahaja berkaitan secara langsung dengan prestasi teknikal mesin itu sendiri, tetapi juga berkaitan dengan kualiti bekalan kuasa. Kualiti bekalan kuasa secara langsung akan menjejaskan kestabilan dan kebolehpercayaan peralatan perubatan. Produk dengan bekalan kuasa substandard mungkin membawa kepada kemalangan peralatan perubatan yang besar dan kerugian ekonomi yang besar.

Pengasingan keselamatan ialah perbezaan penting antara bekalan kuasa komersial biasa dan bekalan kuasa perubatan. Peralatan perubatan am dibahagikan kepada dua kategori berdasarkan bekalan kuasa, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 2. Peralatan perubatan kelas I (kes logam) dan peralatan perubatan Kelas II (kes plastik). Kecuali beberapa instrumen eksperimen dan analisis, kebanyakan peralatan perubatan dipasang berhampiran tempat rawatan, yang berdekatan dengan orang ramai, dan cangkerang sering disentuh. Terdapat semua jenis komponen kuat dan lemah dalam peralatan perubatan. Sekiranya terdapat masalah dalam pengasingan antara komponen yang kuat dan lemah atau penebat bahan shell, ia akan menjadi sangat berbahaya, jadi reka bentuk pengasingan diperlukan.

Rajah 1 Struktur elektrik peralatan perubatan kelas I Rajah 2 Struktur elektrik peralatan perubatan kelas II

Modul yang berbeza dalam peralatan memerlukan tahap pengasingan yang berbeza: pengasingan berfungsi, pengasingan asas, pengasingan berganda dan pengasingan yang dipertingkatkan.

Pengasingan fungsian merujuk kepada pengasingan aplikasi berfungsi bagi isyarat atau bekalan kuasa antara sistem voltan, hanya untuk modul silang fungsi;

Pengasingan pada asasnya adalah pengasingan berfungsi + perlindungan kejutan elektrik;

Pengasingan dua kali menggunakan sistem dengan pengasingan asas (tahap asas perlindungan terhadap kejutan elektrik), dan lapisan penebat tambahan ditambah antara komponen elektrik dan pengguna akhir untuk mengukuhkan perlindungan fizikal, untuk mengurangkan kemungkinan kejutan elektrik apabila pengasingan asas gagal;

Kesan pengasingan pengasingan dipertingkatkan berkaitan dengan pengasingan berganda, tetapi hanya satu cangkang diperlukan. Ia adalah hiasan pengasingan asas dengan ciri pengasingan yang dipertingkatkan, yang boleh menggunakan pengasingan fizikal antara susun atur papan litar bercetak, wayar teras, belitan dan pin bahagian, dsb., dan pada masa yang sama memenuhi keperluan jarak rayapan selamat dan elektrik. jarak kelegaan (iaitu jarak fizikal antara dua sistem voltan).
Oleh itu, reka bentuk pengasingan yang dipertingkatkan mempunyai pengasingan berganda, tetapi hanya satu titik ujian diperlukan.Pengasingan berganda dan pengasingan dipertingkatkan secara amnya digunakan untuk produk yang menggunakan palam AC tanpa pin pembumian untuk menyambungkan bekalan kuasa, seperti peralatan perubatan mudah alih (contohnya, pam infusi dan palamnya dalam Rajah 3).

Rajah 3

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 2, mengikut piawaian keselamatan bekalan kuasa perubatan, keperluan pengasingan peralatan untuk perlindungan pesakit adalah seperti berikut. (1)L, N←→ bahagian aplikasi: penebat berganda atau bertetulang, kekuatan dielektrik AC 4000 V, kelegaan elektrik 5 mm, jarak rayapan 8mm; (2)L, N←→ cangkang logam: penebat asas, kekuatan dielektrik AC 1500 V, kelegaan elektrik 2.5 mm, jarak rayapan 4 mm

Ringkasnya, "pengasingan fungsian" dan "pengasingan asas" (iaitu pengasingan kelas I) mengasingkan secara elektrik satu rel voltan daripada yang lain, manakala "pengasingan berganda" dan "pengasingan dipertingkatkan" menyediakan dua penyelesaian dalam situasi berbeza untuk matlamat reka bentuk yang sama (iaitu pengasingan kelas II). Produk kelas I dan produk kelas II harus memilih dua jenis kaedah pengasingan.Struktur dalaman bekalan kuasa pensuisan perubatan dibahagikan mengikut piawaian, dan kekuatan dielektrik, pelepasan elektrik dan jarak rayap bahagian yang berbeza perlu direka bentuk mengikut keperluan.Dari segi ujian keselamatan, bekalan kuasa peralatan perubatan am mesti disahkan oleh UL60601-1, C-UL, EN60601-1, dsb. Terminal input mesti mempunyai voltan pengasingan lebih daripada 4,000V, dan arus saliran lantai hendaklah rendah, yang memenuhi keperluan jarak rayapan keselamatan. Walau bagaimanapun, penebat berganda diperlukan untuk bahagian voltan tinggi, terutamanya untuk bahagian yang mungkin bersentuhan dengan cangkerang peralatan, reka bentuk penebat dan pengasingan harus diperkukuhkan.

Rajah 4 dan rajah. 5 menunjukkan struktur elektrik bagi dua jenis bekalan kuasa. Menurut piawaian bekalan kuasa perubatan (standard GB 9706.1-2007), parameter pengasingan bekalan kuasa perubatan dengan struktur yang ditunjukkan dalam rajah. 4 dan rajah. 5 ialah E1-dielektrik kekuatan AC 1500 V, kelegaan elektrik 2.5 mm dan jarak rayapan 4 mm; E3— kekuatan dielektrik AC 4 000 V, kelegaan elektrik 5 mm, jarak rayapan 8 mm；; E4— kekuatan dielektrik AC 500 V. Relatif: Kapasitor C1-Y2, kapasitor C2-X2, C3-setara dengan kapasitor siri Y1 berganda.

Rajah 4 struktur elektrik bekalan kuasa kelas I

Rajah 5 Struktur Elektrik Bekalan Kuasa Kelas II

Parameter keperluan pengasingan ini memerlukan pereka bentuk untuk memastikan peranti dengan margin yang sesuai dipilih dari permulaan pemilihan peranti.Di samping itu, dari segi jenis bekalan kuasa, peralatan perubatan domestik kebanyakannya dikuasakan oleh sesalur 220V. Oleh kerana keperluan bekalan kuasa pelbagai jenis peralatan perubatan, struktur bekalan kuasa terpusat adalah yang paling banyak digunakan pada masa ini. Iaitu, penukar kuasa berpusat menjana voltan keluaran yang diperlukan dari pelbagai tahap voltan.

Oleh kerana kos rendah, kecekapan tinggi, voltan keluaran boleh laras, bunyi keluaran rendah dan tindak balas dinamik yang pantas, ia sangat sesuai untuk peralatan perubatan, dan ia merupakan mod bekalan kuasa yang paling banyak digunakan untuk peralatan perubatan pada masa ini. Iaitu, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. 6, bekalan kuasa pensuisan peralatan perubatan melibatkan AC/DC dan DC/DC.Input penukar AC/DC bekalan kuasa primer ialah 50/60Hz dan arus ulang-alik 220V, yang mesti dibetulkan dan ditapis. Kapasitor elektrolitik penapisan besar sangat diperlukan, dan input AC mesti ditambah dengan penapis EMC dan peranti menggunakan piawaian keselamatan.Penukar DC/DC bekalan kuasa sekunder digunakan untuk penukaran kuasa, yang merupakan bahagian teras bekalan kuasa pensuisan.

Di samping itu, terdapat litar seperti permulaan, perlindungan arus lebih dan voltan lampau, penapisan hingar, dsb. Litar pensampelan mengesan perubahan voltan keluaran dan membandingkannya dengan voltan rujukan. Voltan ralat dikuatkan dan litar termodulat lebar nadi (PWM), dan kemudian kitaran tugas peranti kuasa dikawal oleh litar pemacu, untuk melaraskan voltan keluaran. Struktur asas ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6 Struktur asas suis peralatan perubatan

Litar input biasanya termasuk suis, fius, litar anti-gangguan AC dan litar mula lembut.

Litar mula lembut adalah salah satu litar perlindungan bekalan kuasa pensuisan. Kebanyakan litar input bekalan kuasa pensuisan direka dengan membetulkan dan litar penapisan kapasitor. Oleh kerana voltan awal pada kapasitor ialah 0, arus lonjakan segera yang besar akan terbentuk. Atas sebab ini, bekalan kuasa pensuisan peralatan perubatan biasanya dilengkapi dengan litar mula lembut untuk mengelakkan arus lonjakan dalam litar input.

Litar mula lembut biasa termasuk litar arus anti-lonjakan termistor, litar SCR-R, litar yang terdiri daripada geganti dan perintang, litar menggunakan pencetus pemasaan dan perintang pengehad arus, dan litar yang terdiri daripada thyristor berganding foto dan thyristor dua arah yang dicetuskan oleh lintasan sifar.

Salah satu litar untuk merealisasikan pencetus lintasan sifar ditunjukkan dalam Rajah 7. Dua optocoupler digunakan untuk input AC, dan dua optocoupler disambung secara terbalik secara selari. Dalam separuh kitaran positif dan negatif kuasa komersial, kedua-dua optocoupler dihidupkan secara bergilir. Apabila kuasa komersial tidak berada pada titik persilangan sifar, hanya satu optocoupler dihidupkan, dan tahap rendah adalah output pada masa ini. Apabila kuasa komersial bertukar kepada sifar silang, kedua-dua optocoupler tidak dihidupkan. Pada masa ini, disebabkan oleh tindakan R3, pin mengeluarkan tahap yang tinggi, dengan itu memperoleh isyarat nadi dengan tempoh tetap pada hujung output.

Rajah 7 litar pencetus lintasan sifar dengan optocoupler

Disebabkan oleh penghantaran isyarat satu arah, hujung input dan hujung output diasingkan sepenuhnya secara elektrik, dengan keupayaan anti-gangguan yang kuat, hayat perkhidmatan yang panjang dan kecekapan penghantaran yang tinggi. Optocoupler digunakan secara meluas dalam pengasingan isyarat, litar pensuisan, penguatan nadi, geganti keadaan pepejal (SSR) dan litar lain.Dalam penggunaan beban AC, optocoupler dan thyristor dwiarah membentuk litar pengasingan dengan keupayaan anti-gangguan yang kuat.Optocoupler boleh mengasingkan modul litar yang berbeza dalam bekalan kuasa pensuisan.Untuk penstabilan voltan litar, optocoupler linear boleh digunakan dalam litar modulasi lebar nadi (PWM) untuk membentuk litar maklum balas optocoupler, dan nisbah kewajipan boleh diubah dengan melaraskan arus di terminal kawalan untuk mencapai tujuan penstabilan voltan yang tepat.Kerana aplikasinya yang meluas dalam produk perubatan, kualiti optocoupler mempunyai pengaruh yang besar pada bekalan kuasa pensuisan perubatan. Untuk mengelakkan kegagalan litar yang disebabkan oleh kemerosotan prestasi optocoupler dan memastikan kestabilan dan keselamatan produk perubatan, produk optocoupler yang boleh dipercayai mesti dipilih.Di samping itu, untuk memilih atau membina sistem bekalan kuasa yang baik untuk peralatan perubatan, kita mesti memberi perhatian untuk meningkatkan keserasian elektromagnet dan keupayaan gangguan anti-elektromagnet bekalan kuasa. Terutamanya dari reka bentuk dan susun atur PCB, perisai elektromagnet, ujian dan pensijilan. Untuk reka bentuk PCB, perkara utama ialah pengasingan kuasa, dan teras adalah pilihan optocoupler. Daripada aspek ini, kita boleh mengembangkan dan memilih optocoupler yang sesuai. Lihat artikel ini untuk cara memilihnya.