Bedingungen bei Patientenkontakt
Zwei Leistungsklassen – zwei Ansätze
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Zweite Isolationsstufe bei Leistungen bis 20 W
Eine Lösung für Systeme mit kleinen Leistungen besteht darin, eine zweite Isolationsstufe in Form eines medizinisch zugelassenen DC/DC-Wandlers einzufügen, der über eine Basisisolation (1 MOPP) für die Netzspannung und eine geringe Koppelkapazität (20 – 50 pF) verfügt. Dadurch wird der potenzielle Patientenableitstrom auf einstellige μA-Werte reduziert. Diese Lösung berücksichtigt auch System-Eingangs- und Ausgangssignale, die mit Bezug zur Erde an externen Geräten wie Computer oder Monitore angeschlossen werden können (Bild 1).
Die Firma XP Power hat DC/DC-Wandler im Leistungsbereich von 1 W bis 20 W mit den erforderlichen Isolationen und kleinen Koppelkapazitäten speziell für diese Anwendungen entwickelt. In Verbindung mit einem standardmäßig medizinisch zugelassenen Netzteil kann der Patientenableitstrom auf bis zu 2 μA reduziert werden, wodurch BF- und auch CF-Anwendungen realisierbar werden. Wenn die Versorgung des DC/DC-Wandlers von einer geregelten AC/DC-Stromversorgung erfolgt, kann ein ungeregelter oder semi-geregelter DC/DC-Wandler verwendet werden. Module mit weiten Eingangsspannungs- und Lastbereich, mit bis zu 2 × MOPP-Isolation und niedrigen Koppelkapazitäten, sind für DC-gespeiste Anwendungen oder batteriebetriebene tragbare Geräte verfügbar (Bild 2).
Module bis 250 W
Bei Anwendungen mit höherer Leistung, wie bei chirurgischen Geräten oder motorgetriebenen Vorrichtungen, ist es unerwünscht, eine zusätzliche Isolationsstufe einzusetzen. Das liegt an der schlechten Verfügbarkeit von entsprechend isolierten DC/DC-Wandlern mit hoher Leistung und der Ineffizienz der zweifachen Umsetzung der Leistung. Bei diesen Anwendungen ist eine Stromversorgung mit den notwendigen Isolationen und Abständen sowie auch geringem Patientenableitstrom erforderlich.
Da diese Anwendungen typischerweise BF- statt CF-klassifiziert sind, ist der maximale Patientenableitstrom höher spezifiziert (100 µA statt 10 µA). Es gibt immer mehr Standardprodukte, die den Patientenkontakt in BF-klassifizierten Geräten ermöglichen. XP Powers Serie »CMP250« ist für BF-Anwendungen bis 250 W verwendbar (Bild 3). Die Module sind konvektionsgekühlt und können bis zu einer Minute mit bis zu doppelter Spitzenleistung betrieben werden. Einsatzmöglichkeiten sind motorgetriebene Geräte wie Knochenfräsen, chirurgische Werkzeuge und elektrisch betriebene Tische, Betten und Stühle.
Die Kombination aus hoher Isolation und geringen Ableitströmen repräsentiert die eigentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung in einer medizinischen AC/DC-Stromversorgung. Der Isolationsabstand auf der Sekundärseite wird deutlich erhöht und muss bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Die Anforderungen an niedrige EMV-Störpegel und kleinen Ableitstrom stellen einen Konflikt dar, was eine störarme Topologie und die Minimierung von Differenzial- und Gleichtaktstörungen im gesamten Produkt erfordert. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, die Restwelligkeit in Primärkreisen zu minimieren, um den Patientenableitstrom über die klein gehaltenen Koppelkapazitäten zu reduzieren.
Gary Bocock ist Technische Direktor bei XP Power.
- Zwei Leistungsklassen – zwei Ansätze
- Unabdingbar: Schutz des Patienten
- Zweite Isolationsstufe bei Leistungen bis 20 W
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