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RECOM 医疗应用的3D电源封装DC/DC转换器

RECOM 医疗应用的3D电源封装DC/DC转换器

2021/3/25 11:49:22

具有医疗级隔离的DC/DC转换器可与AC/DC电源或电池供电设备结合使用,不仅降低医疗应用中的终端产品成本,还能满足最高等级的安全标准。

电子设备正越来越多地被应用在不同的医疗和家庭诊疗环境中,所用设备必须严格符合相关电气安全标准:IEC 60601-1:2005及其附带文件和国家标准,包括欧洲的EN 60601-1:2006。

考虑产品所需的AC/DC电源时可参阅最新版安全标准的应用指南,其中提到了操作者和患者环境应有的「保护措施」(MOPs)。直接指定使用具有最高安全等级,也就是具有双重患者保护措施(MOPPs)的电源似乎是更为明智的做法,最大额定电源电压和漏电流符合接触患者的CF型(心脏浮动)的要求;CF型指的是电会连接到器官以进行监测或刺激。电池供电的设备可能会被视为不适用安全标准,然而在某些情况下仅靠有完整认证的AC/DC是不够的,而在其他情况下是在规格以上,也有一些应用是电池供电的设备需要内部安全隔离。

以交流供电设备为例,从交流线路到输出至少要有2 x MOOP或MOPP隔离,这取决于设备将分别在操作者或患者的环境中使用。然而,患者连接的输出必须与接地至少有1 x MOPP隔离,以避免患者成为其他故障设备的「火线」,让致命的电流经过患者流向大地。在这种情况下,额外的隔离式DC/DC转换器可以为连接患者的电路供电。如果它有合适的医疗级隔离,就可以使用只有1 x MOPP输出隔离的AC/DC转换器。

在另一种未指明信号连接的情况下,例如交流电或电池供电的设备通信端口,患者连接和信号之间必须有2 x MOPP以防外部故障导通信号。同样地,额外的DC/DC转换器可以提供所需的隔离。图1举出一个特殊情况的例子,一个具有未指明信号输入的Class I、2 x MOOP的AC/DC电源,外加一个2 x MOPP的DC/DC转换器,可以为信号输入提供必要的隔离,允许在患者连接的环境中使用较低成本的「操作者等级」的AC/DC电源。

DC/DC转换器通常只需为患者连接接口提供低功率,所以相对较小且成本较低。由于尺寸的关系它的耦合电容通常很低,漏电流也因此非常低,与单独使用AC/DC的情况相比能提供更高的患者连接等级。

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图1:使用经济实惠的器件即可实现最高等级的与患者连接的医疗电源方案

必须谨慎选择医疗应用的DC/DC转换器

DC/DC转换器已经成为商品器件,可以通过许多来源购买各种隔离级别、经过或未经过机构认证的转换器。设计人员应要知道到高耐压等级通常仅代表瞬态抗扰性,若未经过特殊机构的相关标准认证,该产品可能不适合拿来作为任何类型的安全屏障。对医疗应用来说,DC/DC的规格书应标示保护措施的等级,MOOP或指定系统电压的MOPP(通常为250VAC)。DC/DC有可能合法获得2 x MOPP认证,但仅在30VAC才有可能,如果系统电压为 “正常” 交流电源则很危险。医疗级DC/DC转换器并不常见,因为要在器件内部实现高隔离等级并不容易。标准要求使用坚固的固体绝缘材料或在输入与输出之间有较大的间距,例如2 x MOPP/250VAC的认证要求爬电距离要有8mm,这对内部结构设计来说是一大困难。

RECOM最近发布的R05CT05S是一个实现高等医疗级隔离的DC/DC转换器的例子(图2)。这是一款经济型0.5W器件,具有5V的标称输入以及3.3V、5V、3.7V或5.4V的输出,为低压差稳压器(LDO)供电。转换器采用紧凑的10.3mm x 7.7mm SMD封装,高度仅2.65mm,适合空间受限的应用。该产品的医疗应用的亮点规格是2 x MOPP/250VAC连续额定电压,测试电压为5kVAC符合IEC/EN 60601-1标准。它还具有3.5pF的耦合电容,250VAC/50Hz应用的漏电流可忽略不计。它在非医疗应用中的额定电压更加出色 – 800VAC增强型隔离工作电压符合EN 62368-1标准。降额时最高工作温度可达140°C,器件功能包括使能、同步、调整以及欠压锁定。

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图2:2 x MOPP/250VAC额定电压的隔离式DC/DC转换器

先进的电源封装实现医疗级隔离

R05CT05S的设计人员必须对产品包装采取崭新的做法以兼具功能性和高隔离等级。传统的环形变压器不能满足绝缘要求而线轴E型磁芯或类似的则太大,因此开关频率被推升至8MHz,允许更少的绕组匝数和较小的平面变压器磁芯,同时采用坚固的绕组间绝缘以满足医疗级要求。即使在高开关频率下,嵌入式管芯的先进电路设计也能维持良好的效率。芯片引线键合至DVE SOIC-16引线框之后再将整个产品包覆成型。

结论

医疗级认证的高隔离DC/DC转换器是很有价值的器件,可为最敏感的应用实现所需的隔离等级,包括CF型患者连接。通过谨慎应用,设计系统时使用RECOM R05CT05S可以在不影响安全性的情况下最大程度地降低成本。该产品采用的先进电路和3D电源封装技术是RECOM最新产品的必备技术,持续推动公司在医疗等广大应用上朝向更小、更高效、更具成本效益的DC/DC和AC/DC转换器的目标迈进。

审核编辑(
王静
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