Medizin-Netzteile Zum Schutz des Patienten

Zuverlässige Medizinanwendungen, die den Schutz des Patienten gewähren.
Zuverlässige Medizinanwendungen, die den Schutz des Patienten gewähren.

Stromversorgungen für Medizinanwendungen müssen bestimmte Richtlinien und Kriterien erfüllen. Während der Entwicklung gibt es daher einiges zu beachten. Am Ende entstehen zuverlässige Netzgeräte, die den Schutz des Patienten als oberste Priorität haben.

In der Regel werden Schaltnetzteile bis 100 W mit der Flyback-Schaltungstopologie realisiert. Diese Technologie stösst bei Schaltnetzteilen für den Medizinbereich jedoch an ihre Grenzen. Der Aufbau mit wenigen Komponenten für eine hohe Zuverlässigkeit und der geringe Filteraufwand für die Einhaltung der EMV-Richtlinien wären zwar wünschenswert, allerdings spricht die relativ hohe Verlustleistung gegen diese Topologie. Medizinschaltnetzteile zeichnen sich in erster Linie durch ein verstärktes Isolationssystem, einhergehend mit erhöhter Luft- und Kriechstrecke, aus. Diese konstruktive Gegebenheit wirkt sich aber negativ auf den Wirkungsgrad und somit auf die Verlustwärme aus.

Die Entwicklungsingenieure sind also gefordert, bei einer hohen Isolationsstrecke und strengen EMV-Richtlinien einen angemessenen Wirkungsgrad zu erreichen, um die Wärmeentwicklung zugunsten einer hohen Zuverlässigkeit und Lebensdauer gering zu halten. Dabei dürfen die Kosten und die Baugröße nicht außer Acht gelassen werden. Erschwerend kommt hinzu, dass Medizingeräte in der Regel nicht nur in Industriegebieten bis 2000 m ü.M. (über Meeresspiegel), sondern auch in höheren Lagen zum Einsatz kommen. Für den Einsatz bis 5000 m ü.M. muss die Isolationsstrecke zusätzlich um ca. 30 % erhöht werden.

Ableitstrom <100 µA

Mit den Schaltnetzteilen der Serie TPP begegnet Traco Power diesen Anforderungen (Bild 1). Die TPP-Modelle bieten eine Isolationsspannung von 4000 V (AC) und sind für den Betrieb in medizinischen Geräten bis zu einer Einsatzhöhe von 5000 m ü.M. zugelassen. Zwei für Patientenschutz ausgelegte, unabhängige Isolationen bilden das Isolationssystem zwischen Primär- und Sekundärschaltkreis (2× MOPP, Means Of Patient Protection). Durch die hohe Isolationsdistanz resultiert ein Ableitstrom von unter 100 µA, womit die Schaltnetzteile in Applikationen mit Klassifizierung BF (Body Floating) eingesetzt werden können. Als sicherheitskritische Komponenten sind alle Geräte nach dem Medizin-Sicherheitsstandard IEC/EN/ES 60601-2 3rd Edition (inkl. „Risk Analysis Report“) zugelassen und werden unter den Kriterien nach IPC-A-610 Class 3 gefertigt. Mit einem Wirkungsgrad von über 90 % wird die Verlustwärme so weit in Grenzen gehalten, dass die Geräte auch bei einer Umgebungstemperatur von über 50 °C noch zuverlässig bei Volllast betrieben werden können. Die Komponenten wurden so ausgewählt, dass sie dabei unter der Maximaltemperatur betrieben werden können, womit sich die Lebensdauer nicht wesentlich verkürzt. Die kompakte Bauweise wirkt sich auch positiv auf Schock- und Vibrationsfestigkeit aus. Der Eingangsspannungsbereich ist mit 85 bis 264 V (AC) für den weltweiten Einsatz ausgelegt. Die Modelle sind mit Einzel-, Doppel- oder Dreifach-Ausgang verfügbar, wobei die Hauptspannung im Bereich von ±10 % einstellbar ist.