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Medizintechnik: AC/DC- und DC/DC-Wandler

Nicht nur leistungsstark, auch geräuscharm

25. September 2020, 10:42 Uhr   |  Engelbert Hopf

Nicht nur leistungsstark, auch geräuscharm
© Cosel

Um 21 Prozent mehr Leistung bei einem um 36 Prozent kompakteren Footprint als bestehende 1-kW-AC/DC-Module liefert dieses 12,7 mm hohe 1,2-kW-Onboard-Leistungsmodul.

Vom Onboard-Modul bis zur Open-Frame-Version reichen die jüngsten Neuvorstellungen im Bereich der Stromversorgungen für Medizintechnikanwendungen.

Neben kompakten Abmessungen, hohen Wirkungsgraden und Leistungsdichten zeichnen sich diese Geräte vor allem auch durch hohe Isolationsspannungen von bis zu 5000 V aus.

In der Medizintechnik sind in den letzten Jahren die Anforderungen an Stromversorgungen nicht nur im Hinblick auf immer höhere Leistungsdichten in immer kompakteren Gebäuden gestiegen, sondern auch im Hinblick auf die Geräuschentwicklung. Wurde in der Vergangenheit in vielen Fällen eine Geräuschentwicklung in Kauf genommen, so nehmen inzwischen die Anwendungsbereiche zu, die eine möglichst geräuscharme Stromversorgungslösung präferieren, so etwa bei Einsätzen in Operationssälen oder beim Einsatz in der Intensivmedizin.

Cosel erfüllt diese Anforderungen mit dem AC/DC-Onboard-Leistungsmodul TUNS1200. Bei einer Bauhöhe von 12,7 mm bietet das Modul eine Ausgangsleistung von 1,2 kW, und damit eine Leistungsdichte von 9,3 W/Inch3. Bei einer um 36 Prozent geringeren Grundfläche als herkömmliche Onboard-Module mit 1 kW liefert das TUNS1200 um 21 Prozent mehr Ausgangsleistung. Einsetzbar ist das Modul bei Grundplattentemperaturen von –40 bis +100 °C; auf der Eingangsseite arbeiten die Module mit 85 bis 305 V AC-Eingangsspannung. Es lassen sich bis zu neun Module parallelschalten. Bei Bedarf ist es auch möglich, die Ausgangsspannung der Module bis auf 0 Volt herunter zu regeln. Je nach Bedarf lassen sich die Module auch leicht auf Konstantspannungs- oder Konstantstrom-Modul umstellen.

TDK-Lambda/Hy-Line Computer Power
© TDK-Lambda/Hy-Line Computer Power

Konvektions- und kontaktgekühlt liefern diese 400-W-Netzteile eine Dauerausgangsleistung von 250 W, bei forcierter Lüftung 400 W. Geräte mit 12- und 24-V-DC-Ausgang sind bereits erhältlich, Versionen mit 15, 19, 28, 36 oder 48 V kommen noch in diesem Jahr auf den Markt.

Die Geräte verfügen über eine Isolationsspannung von 3000 V AC zwischen Ein- und Ausgang (2 MOOP) und 2000 V AC zwischen Eingang und Masse (1 MOOP) sowie 500 V AC zwischen Ausgang und Masse. Zertifiziert nach verschiedenen Sicherheitsstandards, eignen sich die Onboard-Stromversorgungen sowohl für den Einsatz in medizintechnischen Applikationen als auch im Industriebereich. Der typische Wirkungsgrad der Module liegt bei 92 Prozent, der Leistungsfaktor bei 0,98 bei 100 V.

Je nach Applikationsanforderung können die AC/DC-Netzteile der CUS400M-Serie von TDK-Lambda (Vertrieb: Hy-Line Computer Power) konvektions- und kontaktgekühlt eine Dauerleistung von 250 W (mit einer Spitzenleistung bis 400 W) abgeben. Dies ist bis zu 30 Minuten möglich (+40 °C Umgebungstemperatur, 230 V AC-Eingang), bei einer maximalen Einschaltdauer von 50 Prozent. Geräte mit Ausgangsspannungen von 12 und 24 VDC sind bereits erhältlich; im Laufe dieses Jahres werden noch Geräteversionen mit 15, 19, 28, 36 und 48 V DC hinzukommen. Alle Modelle arbeiten mit Eingangsspannungen von 85 bis 264 V AC. Bei abgeschalteter Ausgangsspannung weisen sie eine Leerlauf-Leistungsaufnahme von weniger als 1,3 W auf. Optional stehen Standby-Ausgänge mit 5 V/2 A oder 12 V/1 A, Remote On/Off, Remote Sense, AC Fail und ein Output-Good-Signal zur Verfügung.

Erhältlich ist die Serie in verschiedenen mechanischen Ausführungen: Open Frame, Baseplate, U-Winkel sowie geschlossene Versionen. Noch in diesem Jahr wird auch eine Version mit Lüfter erhältlich sein. Die Sicherheitszertifizierungen für Medizin und Industrie umfassen IEC/EN/ES 60601-1, IEC/EN/UL 62368-1 und IEC/EN/UL 60950 mit CE-Kennzeichnung für die Niederspannungs-, EMV- und RoHS-Richtlinien. Aufgrund dieser Eigenschaften empfehlen sich die AC/DC-Netzteile für den Einsatz in medizintechnischen Geräten mit B- und BF-Einstufung. Der Ableitstrom liegt unter 250 µA, der Berührstrom unter 100 µA.

DC-Ausgangsspannungen von 12, 15, 14, 28, 36 oder 48 V sowie einen 5-V-Standby-Ausgang stellen die AC/DC-Netzteile der Serie ACuQor von SynQor (Vertrieb: Hyline Power Components) zur Verfügung. Auf der Eingangsseite arbeiten die Geräte mit durchgehenden Eingangsspannungen von 85 bis 264 V. Erhältlich sind die kompakten Netzteile für die Medizintechnik für die Spezifikationen B, BF, CF sowie CFD (Defibrillator). Während die E-Serie (8,89 × 13,34 × 4,134 mm3) 300 bis 500 W Ausgangsleistung und Spitzenleistung bis zu 700 W bietet, liefert die G-Serie (12,07 × 17,78 × 4,14 mm3) Ausgangsleistungen von 800 bis 1400 W und Spitzenleistungen bis zu 1800 W.

CUI
© CUI

Dauerausgangsleistungen bis 450 W bieten die Einbaunetzteile der VMS-450B-Familie. Neben einer Open-Frame-Version stehen drei weitere mit verschiedenen Lüfterkonfigurationen zur Auswahl.

Alle Modelle der ACuQor-Stromversorgungslinie von SynQor entsprechen den medizinischen Sicherheitsspezifikationen UL 60601-1 für Herzkontakt, ohne dass ein externer Isolationstransformator erforderlich ist. Einsetzbar sind die Netzteile im Arbeitstemperaturbereich von 0 bis 70 °C. Zu den Ausstattungs-Features der Geräte zählen zudem Überspannungs-, Übertemperatur- und Überstromschutz sowie Power-Good-Signale für AC und DC sowie Remote Ein/Aus. Bei Volllast erreichen die Medizintechnik-Stromversorgungen Wirkungsgrade bis zu 93 Prozent.

Bis zu 450 W Dauerleistung im kompakten Chassis-Mount-Gehäuse stellen die vier AC/DC-Netzteile VMS-450B, VMS-450B-CF, VMS450B-CFS und VMS-450B-CNF von CUI zur Verfügung. Sie eignen sich sowohl für den Einsatz in der Medizintechnik als auch für zahnmedizinische Applikationen. Die Netzteile entsprechen den Sicherheitsstandards 60601-1 (Ausgabe 3.1) für 2×MOPP-Anwendungen und den EMV-Anforderungen der 4. Ausgabe. Zu den Ausstattungsdetails zählen ein zusätzlicher 5-V-Aux-Ausgang, Leistungsfaktor-Korrektur sowie Schutz vor Übertemperatur, Überspannung, Überstrom und Kurzschluss.

SynQor/Hy-Line Computer Power
© SynQor/Hy-Line Computer Power

Für die Spezifikationen B, BF, CF sowie CFD (Defibrillator) sind die AC/DC-Netzteile der Serie ACUQor erhältlich. Während die E-Serie Ausgangsleistungen von 300 bis 500 W bietet, reicht das Spektrum bei der baulich größeren G-Serie von 800 bis 1400 W.

Mit einer Standard-Grundfläche von 7,6 × 12,7 mm2 und einem Open-Frame-Gehäuse eignet sich das VMS-450B für Anwendungen mit beschränktem Einbauvolumen und Wärmemanagement außerhalb des Gerätes. Im Gegensatz dazu werden die drei anderen Gerätevarianten in Metallgehäusen mit verschiedenen Lüfterkonfigurationen ausgeliefert. Bei Auftragsgrößen ab zehn Geräten sind die Einbaunetzteile zum Nettopreis von 150,98 Dollar über die Distribution erhältlich.

Nicht für die AC/DC-, sondern für die DC/DC-Versorgung in medizinischen Applikationen zuständig sind die kompakten, hochisolierten 1-W-DC/DC-Wandler der Serie TRV 1M von Traco Power. Realisiert in SIL-9-Bauform, weisen diese Wandler eine verstärkte AC-Isolation von 5000 V auf. Zu dieser Serie gehören Modelle mit verschiedenen Eingangsspannungen von 5 bis 24 V (±10 Prozent). Mit dauerhaftem Kurzschlussschutz ausgestattet und einem geringen Ableitstrom von weniger als 2 µA eignen sich die kompakten Wandler besonders für den Schutz verbundener Schnittstellen oder von Komponenten mit Patientenkontakt.

Einsetzbar sind die DC/DC-Wandler ohne Lastreduktion im Arbeitstemperaturbereich von –40 bis +80 °C. Ihr Wirkungsgrad erreicht bis zu 85 Prozent. Zertifiziert sind die Wandler nach IEC/EN/ES 60601-1 3rd Ed. für 2 × MOPP und nach IEC/EN/UL 62368-1. Damit empfiehlt sich diese Wandlerserie vor allem für Anwendungen, bei denen medizinische Isolation und Kurzschlussschutz erforderlich sind.

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