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Convertitore DC-DC per applicazioni mediche

La Recom ha presentato il suo ultimo convertitore DC-DC con certificazione medicale per applicazioni nei più svariati campi dell'industria. Il nuovo dispositivo rappresenta il primo della sua classe a fornire 1 MoPP con una tensione di lavoro pari a 250 VAC in un package SIP7.

Introduzione

"Convertitori DC / DC di grado medico" è una descrizione spesso utilizzata per una classe di convertitori sempre più richiesti. Quali sono in realtà i requisiti particolari che le applicazioni mediche collocano sui convertitori DC / DC? Questo sembra una semplice domanda che dovrebbe avere di conseguenza una semplice risposta, ma purtroppo non è così. Il requisito principale che quasi tutte le specifiche per i convertitori appropriati in applicazioni mediche hanno in comune è la ricerca di una separazione galvanica sicura tra l'ingresso e l'uscita, solitamente espressa come una tensione di isolamento. La capacità di un convertitore isolato di sopportare elevate tensioni attraverso la sua barriera di isolamento dipende dai materiali utilizzati per la costruzione del convertitore, dalla separazione fisica tra le tracce di ingresso e uscita sul PCB interno e dalla capacità di isolamento del trasformatore di sopportare lo stress elettrico tra gli avvolgimenti di ingresso e di uscita. Al seguente link una panoramica di articoli sul concetto di Isolamento per ulteriori approfondimenti. Di conseguenza, i due punti essenziali che decidono l'idoneità di un convertitore DC / DC per applicazioni mediche sono la costruzione del trasformatore e la struttura interna del convertitore stesso.

La soluzione più semplice per la costruzione del trasformatore è quella di utilizzare avvolgimenti con uno spessore di rivestimento o con rivestimenti multipli di lacca per garantire un adeguato isolamento. Tuttavia, come la tendenza verso la miniaturizzazione progredisce, questa soluzione sta raggiungendo i suoi limiti. Inoltre, i trasformatori toroidali a piccolo diametro, come quelli utilizzati di solito nei convertitori DC / DC di piccole dimensioni, hanno un raggio di curvatura molto stretto che potrebbe portare ad un tonificamento del rivestimento della vernice a causa dello stress meccanico posto sui fili durante l'avvolgimento compromettendo così l'isolamento elettrico.

Oltre alla resistenza di isolamento, l'altra specifica più critica per i convertitori DC / DC è la gamma di temperatura operativa. Un efficiente convertitore con bassa dissipazione di potenza interna può funzionare a temperature elevate senza surriscaldamento. L'esigenza di un adeguato raffreddamento può influenzare la spaziatura del pannello per i convertitori di potenza, e quindi è necessario controllare con maggior precisione le distanze tra i convertitori montati sulla scheda per lasciare spazio libero per l'aria a circolare liberamente. Anche se la maggior parte delle applicazioni mediche non prevede il tipo di estrema necessità ambientale per i convertitori DC / DC come, ad esempio, l'industria automobilistica, i limiti di temperatura di esercizio sono ancora un indicatore importante in fase di design.

Il nuovo DC-DC

Il REM1 integra la serie REM3, REM6 e REM10, offrendo un convertitore DC / DC non regolato grade medical di 1W in un package SIP7 più compatto. Il REM1 ha un isolamento di 5.2 kVAC / 1 minuto e una tensione di funzionamento 2MOPP / 250VAC. Il REM1 è disponibile con ingressi da 3.3, 5, 12, 15 o 24V e offre uscite da 3.3, 5 o 12V con un'efficienza fino all'85% (figura 1). La temperatura di funzionamento va da -40 ° C fino a +90 ° C. Il convertitore è Class B EMC e 60601-1-2 (4th Ed.) medical EMC usando un semplice filtro LC esterno (figura 2). I convertitori sono pienamente conformi alle norme di sicurezza CB, IEC / EN e ANSI / AAMI 60601 terza edizione, RoHS2 + (10/10) e REACH e sono dotati di una garanzia di 5 anni. Le principali caratteristiche sono riassunte in tabella 1.

 

Figura 1: efficienza operativa dei nuovi convertitori RECOM di grade medical

 

Parametri Condizione Valore
Maximum Case Temperature 105 °C
Temperature Coefficient 0.02%/°C typ.
MTBF according to MIL-HDBK-217F, G.B. 18200 x 103 hours (+25 °C), 7500 x 103 hours (+85 °C)
Isolation Resistance 10GΩ min.
Output Ripple and Noise 20MHz BW 75mVp-p (max)
Isolation Capacitance 25pF typ.

Tabella 1: principali caratteristiche dei convertitori RECOM dc-dc

Il nuovo layout e design offerto da RECOM offre più libertà di progettazione in accordo alle severe regolamentazioni mediche. L'uso di moduli pre-certificati riduce il time-to-market del prodotto evitando problemi costosi di progettazione.

Figura 2: EMC Filtering in accordo alle normative EN55011

Conclusioni

Qualsiasi convertitore DC / DC utilizzato in applicazioni mediche non deve solo soddisfare i requisiti di sicurezza richiesti, ma deve anche essere documentato e certificato in accordo alle normative vigenti (per approfondimenti sui convertitori DC-DC consulare la seguente categoria di articoli ). In particolare, qualsiasi apparecchio elettromedicale destinato all'uso nel settore medico deve essere conforme a determinati standard basati su IEC60601-1. Il livello di supporto tecnico che il fornitore può offrire al cliente è altrettanto cruciale. L'intero pacchetto fornito da RECOM (al seguente link una panoramica di articoli sull'azienda RECOM e sui relativi prodotti), dalla specifica del prodotto alla documentazione e know-how più appropriato, permette di soddisfare molte richieste di design con l'impiego di convertitori DC / DC sia per l'area della tecnologia medica che per le aree più tradizionali come le applicazioni industriali o la conversione di alimentazione. Il MOOP (Means of operator protection) e il MOPP (Means of patient protection) sono due parametri specifici con i requisiti chiave di ridurre il rischio di una corrente accidentale che possa attraversare il corpo umano e quindi provocare danni irreparabili. In tutto questo l'isolamento affidabile è un approccio di design ottimale per non incorrere in malfunzionamenti. In tutto questo sono sono necessarie due misure di protezione indipendenti sotto forma di una singola misura di isolamento fisico.

 

3 Commenti

  1. Davide Di Gesualdo 15 settembre 2017
  2. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 15 settembre 2017
  3. Roberta Fiorucci Roberta Fiorucci 18 settembre 2017

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