醫療器材與現代醫學診療的關係日益密切。任何醫療設備都離不開安全穩定的電源，而大多數醫療設備都是開關電源。 醫療設備能否發揮它的最大效能，不僅與機器本身的技術性能有直接關係，還與電源的品質有關。 電源的品質將直接影響醫療設備的穩定性和可靠性。使用不合格電源的產品，可能引發重大醫療設備事故，造成巨大的經濟損失。

安全隔離是普通商用電源與醫療電源的一個重要區別。 一般醫療設備依電源不同分為兩大類，如圖1、圖2所示，I類醫療設備（金屬外殼）及II類醫療設備（塑膠外殼）。 除一些實驗、分析儀器外，大多數醫療器材都安裝在治療點附近，距離人較近，外殼經常被觸摸。 醫療設備中有各種強電和弱電元件。如果強弱電元件之間的隔離或外殼材料的絕緣出現問題，將是非常危險的，所以需要進行隔離設計。

圖1 I類醫用設備電氣結構圖 圖2 II類醫用設備電氣結構圖

設備中不同的模組需要不同程度的隔離：功能隔離、基本隔離、雙重隔離和增強隔離。

功能隔離是指電壓系統間訊號或電源的功能應用隔離，僅適用於跨功能模組；

隔離基本是功能隔離+觸電防護；

雙重隔離採用具有基本隔離（基本防觸電保護等級）的系統，在電氣元件與最終用戶之間增加輔助絕緣層，加強物理防護，降低基本隔離失效時發生觸電的可能性；

增強隔震的隔震效果與雙隔震相似，但只需要單層殼體。 它是具有增強隔離特性的基礎隔離裝飾，可利用印刷電路板佈局、芯線、繞組及零件引腳等之間的物理隔離，同時滿足安全爬電距離和電氣間隙距離（即兩個電壓系統之間的物理距離）的要求。
因此，增強隔離的設計具有雙重隔離，但只需要一個測試點。雙重隔離和增強隔離一般適用於使用不含接地插腳的AC插頭連接電源的產品，例如可攜式醫療設備（例如圖3的輸液幫浦及其插頭）。

圖3

如圖1、圖2所示，根據醫療電源安全標準，對病患保護的設備隔離要求如下。 （1）L、N←→應用部份：雙重絕緣或加強絕緣，介電強度AC4000V，電氣間隙5mm，爬電距離8mm； （2）L、N←→金屬外殼：基本絕緣，介電強度AC1500V，電氣間隙2.5mm，爬電距離4mm

綜上所述，「功能隔離」和「基本隔離」（即I類隔離）將一個電壓軌與另一個電壓軌電氣隔離，而「雙重隔離」和「增強隔離」則為同一設計目標（即II類隔離）在不同情況下提供了兩種解決方案。 I類產品和II類產品應選擇兩種隔離方式。醫用開關電源的內部結構是按照標準進行劃分的，不同部分的介電強度、電氣間隙、爬電距離等需要根據要求進行設計。在安全測試方面，一般醫療設備的電源需通過UL60601-1、C-UL、EN60601-1等認證。 輸入端隔離電壓需達到4,000V以上，地漏電流較小，符合安全爬電距離的要求。 但高壓部分需採用雙重絕緣，特別是可能與設備外殼接觸的部分，應加強絕緣隔離設計。

圖4和圖。 5 顯示了兩種電源的電氣結構。依據醫用電源標準（GB 9706.1-2007標準），圖4所示結構的醫用電源的隔離參數如下： 5 和圖。 1為E1500-介電強度AC 2.5V、電氣間隙4mm、爬電距離XNUMXmm；; E3—介電強度交流4 000V，電氣間隙5mm，爬電距離8mm；; E4—介電強度交流500V。 相對：C1-Y2電容，C2-X2電容，C3-相當於雙Y1串聯電容。

圖4 I類電源電氣結構

圖5 II類電源電氣結構

這些隔離要求的參數要求設計人員從裝置選擇開始就確保選擇具有適當裕度的裝置。另外，在電源類型方面，國內醫療設備多採用220V市電供電。 由於各類醫療設備的供電需求，集中供電結構是目前應用最廣泛的結構。 即由一個集中式的電源轉換器產生所需的各種電壓等級的輸出電壓。

由於其成本低、效率高、輸出電壓可調、輸出噪音小、動態響應快等特點，非常適合醫療設備使用，是目前醫療設備應用最廣泛的供電方式。 也就是如圖所示。 6.醫療設備的開關電源涉及AC/DC、DC/DC。一次電源AC/DC變換器輸入為50/60Hz、220V交流電，必須經過整流、濾波。大型濾波電解電容不可缺少，交流輸入必須加EMC濾波器及採用安規標準的裝置。二次電源DC/DC變換器用於功率變換，是開關電源的核心部分。

此外還有啟動、過流過壓保護、雜訊濾波等電路。 取樣電路偵測輸出電壓的變化並與參考電壓進行比較。此誤差電壓經放大及脈衝寬度調變(PWM)電路驅動，再由驅動電路控制功率元件的佔空比，進而調整輸出電壓。基本結構如圖6所示。

圖6 醫療設備開關基本結構

輸入電路一般包括開關、保險絲、交流抗干擾電路、軟啟動電路等。

軟啟動電路是開關電源的保護電路之一。開關電源的輸入電路大部分都是採用整流+電容濾波電路設計的。 由於電容上的初始電壓為0，所以會形成很大的瞬時突波電流。 為此，醫療設備的開關電源一般都設有軟啟動電路，以防止輸入電路中出現突波電流。

常見的軟啟動電路有熱敏電阻抗突波電流電路、SCR-R電路、繼電器和電阻組成的電路、採用定時觸發器和限流電阻組成的電路、光耦合閘流管和雙向閘流管組成的過零觸發電路等。

實現過零觸發的電路之一如圖7所示，交流輸入採用兩個光耦，兩個光耦反向並聯。在市電的正、負半週，兩隻光耦輪流導通。當市電未過零時，只有一個光耦導通，此時輸出低電平。當市電轉過零點時，兩個光耦合器皆不導通。此時由於R3的作用，使該腳輸出高電平，從而在輸出端得到一個週期固定的脈衝訊號。

圖7 光耦過零觸發電路

由於單向訊號傳輸，輸入端與輸出端完全電氣隔離，抗干擾能力強、使用壽命長、傳輸效率高。 光耦合器廣泛應用於訊號隔離、開關電路、脈衝放大、固態繼電器（SSR）等電路。在交流負載應用中，光耦合器與雙向可控矽組成隔離電路，抗干擾能力強。光耦合器可以起到隔離開關電源中不同電路模組的作用。對於電路穩壓，可將線性光耦合器應用於脈衝寬度調變（PWM）電路，組成光耦合器回授電路，透過調節控制端電流的大小來改變佔空比，達到精確穩壓的目的。由於光耦在醫療產品中的應用十分廣泛，因此光耦的品質對醫療開關電源影響很大。 為了避免因光耦性能下降而引起的電路故障，確保醫療產品的穩定性和安全性，必須選用質量可靠的光耦產品。另外，為了選擇或組成良好的醫療設備電源系統，也必須注意提高電源的電磁相容性和抗電磁幹擾能力。 主要從PCB設計與佈局、電磁屏蔽、測試與認證等。 對於PCB設計來說，重點是電源隔離，核心是光耦的選擇。從這些方面我們可以拓展並選擇合適的光耦合器。請參閱本文以了解如何選擇。