【導讀】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準。
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)備必須嚴格符合相關(guān)電氣安全標準：IEC 60601-1:2005及其附帶文件和國家標準，包括歐洲的EN 60601-1:2006。
考慮產(chǎn)品所需的AC/DC電源時可參閱最新版安全標準的應(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準，然而在某些情況下僅靠有完整認證的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舉出一個特殊情況的例子，一個具有未指明信號輸入的Class I、2 x MOOP的AC/DC電源，外加一個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)濟實惠的器件即可實現(xiàn)最高等級的與患者連接的醫(yī)療電源方案
必須謹慎選擇醫(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)過機構(gòu)認證的轉(zhuǎn)換器。設(shè)計人員應(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)過特殊機構(gòu)的相關(guān)標準認證，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)標示保護措施的等級，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。醫(yī)療級DC/DC轉(zhuǎn)換器并不常見，因為要在器件內(nèi)部實現(xiàn)高隔離等級并不容易。標準要求使用堅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的認證要求爬電距離要有8mm，這對內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計來說是一大困難。
RECOM最近發(fā)布的R05CT05S是一個實現(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)濟型0.5W器件，具有5V的標稱輸入以及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標準。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。它在非醫(yī)療應(yīng)用中的額定電壓更加出色 – 800VAC增強型隔離工作電壓符合EN 62368-1標準。降額時最高工作溫度可達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
先進的電源封裝實現(xiàn)醫(yī)療級隔離
R05CT05S的設(shè)計人員必須對產(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，同時采用堅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，嵌入式管芯的先進電路設(shè)計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產(chǎn)品包覆成型。
結(jié)論
醫(yī)療級認證的高隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器是很有價值的器件，可為最敏感的應(yīng)用實現(xiàn)所需的隔離等級，包括CF型患者連接。通過謹慎應(yīng)用，設(shè)計系統(tǒng)時使用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)換器的目標邁進。
來源：RECOM
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