Recom RACM e REM: la gamma di alimentatori e convertitori per applicazioni medicali

Recom ha recentemente presentato sul mercato due nuove serie di alimentatori e convertitori DC-DC espressamente progettati per soddisfare le esigenze del settore elettro-medicale. La famiglia RACM comprende due alimentatori AC-DC con potenze fino a 150W, mentre la famiglia REM è composta da tre convertitori DC-DC con potenza di uscita compresa tra 3W e 10W. Tutti i dispositivi sono conformi agli standard di sicurezza previsti per le applicazioni elettro-medicali. Scopriamo più in dettaglio in questo articolo le caratteristiche di questi componenti.

La serie RACM

Questa famiglia di alimentatori AC/DC, composta dai modelli RACM100 e RACM150, è particolarmente indicata per applicazioni nel campo medicale. I due modelli sono in grado di fornire una potenza massima in uscita pari a 100 W e 135 W, rispettivamente, senza la necessità di ricorrere a un sistema di raffreddamento forzato. Per le applicazioni con requisiti più stringenti, è comunque disponibile la versione RACM150 /F, che si differenzia rispetto a quella di base (RACM150-S) per l'aggiunta di una ventola di raffreddamento che permette all'alimentatore di erogare una potenza massima in uscita pari a 150 W (la versione /F è visibile nell'immagine sottostante). Entrambi gli alimentatori presentano caratteristiche comuni quali:

  • dimensioni estremamente compatte;
  • elevata efficienza;
  • contenitore semi-chiuso senza raffreddamento forzato (fatta eccezione per il modello RACM150 /F);
  • due misure di protezione indipendenti per la protezione del paziente (2xMOPP, un must per le applicazioni medicali di fascia alta).

RACM-REM_01

La tensione in ingresso, di tipo alternato, può variare nel range compreso tra 85 e 264 VAC, mentre la tensione continua in uscita può assumere, a seconda del modello, uno tra i seguenti valori: 12 VCC, 15 VCC, 24 VCC, e 48 VCC. La tensione in uscita è totalmente stabilizzata, con una tolleranza inferiore a ±0,2% su tutto il range della tensione in ingresso, e inferiore a ±0,5% su tutto il range di oscillazione del carico collegato (gli alimentatori sono comunque in grado di operare anche in assenza di carico, non essendoci un requisito di valore minimo di carico per il corretto funzionamento). Anche l'efficienza è molto elevata, potendo raggiungere il ragguardevole valore massimo pari al 92%, mentre il range di temperatura può variare tra -25°C e +80°C.

I moduli presentano dimensioni estremamente ridotte (3,6" x 2,44" per la versione RACM100, e 4,6" x 2,44" per la versione RACM150), con un grado di isolamento rinforzato tra ingresso e uscita pari a 4 kVAC, e un grado di isolamento pari a 1,5 kVAC tra l'uscita e il contenitore. L'elevato grado di isolamento galvanico consente agli alimentatori, come già accennato, di soddisfare i requisiti relativi alle applicazioni medicali che prevedono un contatto con il paziente (2xMOPP, distanze di creepage e di clearance pari a 8 mm, alla tensione operativa di 250 VAC).

Gli alimentatori della serie RACM sono certificati secondo le norme di sicurezza relative alle applicazioni elettromedicali: IEC/ES/EN60601-1 terza edizione, e hanno uscite classificate B e BF con correnti di dispersione inferiori a 100 µA. Tutti i modelli sono inoltre conformi agli standard EMI Classe B, FCC, EN60601-1-2, e EN55022, e godono di una garanzia pari a 5 anni.

Caratteristiche tecniche

Le principali caratteristiche tecniche degli alimentatori della serie RACM sono indicate nella seguente tabella (i valori indicati sono riferiti alla versione RACM150).

 

Principali caratteristiche tecniche
Parametro Condizioni Minimo Tipico Massimo
Tensione di ingresso 85 VAC
120 VDC
264 VAC
370 VDC
Corrente in ingresso  115 VAC, a pieno carico
230 VAC, a pieno carico
1,7 A
0,8 A
Corrente di spunto  accensione a freddo, 115 VAC
accensione a freddo, 230 VAC
30 A
60 A
 Potenza in assenza di carico  230 VAC, con ventola
230 VAC, senza ventola
 0,6 W
0,25 W
 1 W
0,3 W
 Range frequenza in ingresso  Ingresso AC  47 Hz  63 Hz
 Tempo di start-up  0,7 s  1 s
 Tempo di salita  20 ms
 Tempo di hold up  30 ms
 Carico minimo  0
 Fattore di potenza  0,95
 Frequenza operativa  60 kHz
 Ripple in uscita e rumore  12 VDC, con 1μF/25V MLCC
15 VDC, con 1μF/25V MLCC
24 VDC, con 1μF/50V MLCC
48 VDC, con 0,1μF/100V MLCC
 120 mVp-p
150 mVp-p
220 mVp-p
250 mVp-p

Particolarmente significativi sono anche gli andamenti di alcuni segnali caratteristici relativi al funzionamento del componente, riportati nei datasheet indicati nella sezione Riferimenti in coda all'articolo.

Una prima slide riguarda l'andamento dell'efficienza al variare del carico applicato (entrambi i valori sono espressi in percentuale):

RACM-REM_02

Le due curve visibili in figura, riferite alle tensioni di 115 VAC e 230 VAC, mostrano come l'efficienza si mantenga costante e stabile (con valore prossimo al 90%) su praticamente tutto il range del carico applicato.

Un'altra slide interessante è la seguente, che mostra la curva di derating nel caso di tensione in ingresso pari a 230 VAC:

RACM-REM_03

In questo caso possiamo osservare come il componente sia in grado di erogare in modo stabile la corrente di uscita su tutto il range di temperatura ammissibile (da -25°C a +80°C), e sia in grado di sopportare anche l'erogazione di valori di corrente superiore a quello nominale (in questo caso si ha un leggero degrado delle prestazioni, ma solo in corrispondenza del limite superiore di temperatura).

L'importanza dell'isolamento

Dopo aver presentato in dettaglio le caratteristiche tecniche degli alimentatori della serie RACM, è conveniente spendere qualche parola di più sul tema dell'isolamento galvanico, una caratteristica importante e fondamentale per le applicazioni in ambito elettromedicale.

Un isolamento galvanico pari a 4 KVAC tra ingresso e uscita offerto da questi alimentatori significa che gli stessi sono in grado di resistere a una tensione di test pari a 4kVAC, applicata per 1 minuto tra i pin di ingresso e pin di uscita, senza riportare un cedimento dell'isolamento del trasformatore. Un eccellente grado di isolamento galvanico presenta numerosi vantaggi sul piano della progettazione elettronica, garantendo un buon disaccoppiamento tra il dispositivo e la parte restante del circuito,  e assicurando un funzionamento stabile anche in presenza di più moduli connessi allo stesso bus. Non solo, esso presenta un vantaggio consistente anche sul piano della sicurezza, creando una barriera in grado di prevenire l'insorgenza di scariche elettriche, i picchi eccessivi di corrente, e il conseguente surriscaldamento del componente.

Parlando di isolamento, occorre inevitabilmente introdurre i concetti di creepage e clearance (si veda a questo proposito un precedente articolo, sempre riferito a prodotti Recom, in cui questi concetti sono stati introdotti in modo esauriente). Per creepage si intende la più breve distanza fra due punti misurata seguendo la superficie (distanza minima misurata lungo la superficie), mentre per clearance si intende la più breve distanza fra due punti misurata da punto a punto (distanza minima in aria). Se la distanza minima misurata lungo la superficie è trascurabile, si può utilizzare la distanza minima in aria per entrambe le misure.

Parlando di alimentatori, e più in generale di trasformatori, si possono distinguere tre classi principali di isolamento: base, supplementare, e rinforzato. Tutti gli alimentatori della serie RACM presentano la caratteristica di garantire un isolamento rinforzato, con valori di creepage e clearance (entrambi pari a 8 mm) ben al di sopra dei valori minimi richiesti dagli standard. Siamo quindi in presenza di componenti in grado di garantire un elevato grado di isolamento e la conseguente sicurezza per il paziente, requisiti imprescindibili per tutte le applicazioni elettromedicali.

L'importanza della corrente di dispersione

La terza edizione dello standard IEC/ES/EN/60601-1 impone dei vincoli ai quali le apparecchiature elettroniche devono sottostare affinchè siano soddisfatti particolari requisti "MOP" (Means Of Protection), cioè in sostanza tali apparecchiature devono garantire degli adeguati metodi di protezione sia per il paziente che per l'operatore (nella misura in cui essi siano coinvolti durante l'utilizzo dell'apparecchiatura). Sono stati quindi definiti i concetti espressi tramite gli acronimi "MOOP" (Means Of Protection for Operator, identificano i sistemi di protezione per l'operatore), e "MOPP" (Means Of Protection for Patients, identificano le misure di sicurezza per i pazienti). L'operatore è interessato se l'apparecchiatura elettromedicale, o una sua interfaccia di controllo, è in contatto diretto con l'operatore stesso. Il paziente è invece coinvolto nella misura in cui vengono utilizzati dei sensori o delle sonde collegate tra il paziente e l'apparecchiatura elettromedicale.

In quest'ultimo caso (l'utilizzo dell'apparecchiatura elettromedicale coinvolge direttamente il paziente), assumono un'importanza fondamentale le cosiddette correnti di dispersione ("leakage current"). Nel caso di un soggetto sano, in ottime condizioni di salute, una corrente di dispersione di soli 15 mA può provocare l'irrigidimento del paziente (contrazione dei muscoli), mentre una corrente di dispersione di 30 mA può provocare delle difficoltà respiratorie o addirittura una fibrillazione ventricolare. Questi effetti possono diventare letali se il paziente è affetto da qualche forma di patologia, per cui è di fondamentale importanza limitare il più possibile la corrente di leakage.

Lo standard IEC/ES/EN/60601-1 ha quindi imposto dei valori ben definiti, variabili in genere da paese a paese, per la corrente massima di leakage. I valori più restrittivi, applicati attualmente in Nord America, prevedono una corrente massima di dispersione pari a 0,3 mA (contro i circa 0,5 mA applicati alle altre zone). Anche relativamente a questo importante parametro, gli alimentatori Recom della serie RACM presentano delle caratteristiche tecniche di tutto rispetto, con una corrente di leakage estremamente contenuta (inferiore a 75 μA per il modello RACM100 e inferiore a 100 μA per il modello RACM150).

I convertitori REM

I convertitori DC/DC della serie REM, progettati specificatamente per applicazioni nel campo elettromedicale, sono disponibili in tre versioni con differenti valori di potenza in uscita (3W, 6W, oppure 10W). Tutti i convertitori sono realizzati con un isolamento di tipo rinforzato per tensioni di lavoro fino a 250 VAC, hanno un isolamento galvanico di 5kVDC, protezione 2MOPP, valori di creepage e clearance pari a 8 mm, e corrente  di dispersione di soli 2µA. Le tre versioni della serie REM presentano differenti range della tensione in ingresso: sono infatti disponibili versioni con 2 oppure 4 differenti range della tensione di ingresso, mentre l'uscita può essere singola oppure duale, con valori compresi tra 3,3V e 24V. Le uscite sono protette dai cortocircuiti e dai sovraccarichi, ed è disponibile anhe una versione con un pin di controllo addizionale in grado di contenere l'assorbimento, nella modalità stand-by, a soli 12 mW. I convertitori hanno dimensioni molto compatte, essendo alloggiati in un comodo contenitore di tipo DIP24. L'efficienza è anch'essa molto elevata, con valori prossimi all'89%, mentre il range di temperatura è compreso tra -40°C e 105°C. I convertitori della serie REM sono ceritificati secondo le norme IEC60601-1 e ANSI/AAMI 606061 CB, e godono di una garanzia di 5 anni.

RACM-REM_05

Caratteristiche tecniche

Le principali caratteristiche tecniche dei convertitori della serie REM sono indicate nella seguente tabella.

Principali caratteristiche tecniche
Parametro Condizioni Minimo Tipico Massimo
Tensione massima in ingresso
(applicata per massimo 3 sec.)
2:1
4:1
5 Vin nom.
12 Vin nom.
24 Vin nom.
48 Vin nom.
24 Vin nom.
48 Vin nom
16 VDC
25 VDC
50 VDC
100 VDC
50 VDC
100 VDC
Under Voltage Lock Out (UVLO) 2:1
4:1
5 Vin nom.
12 Vin nom.
24 Vin nom.
48 Vin nom.
24 Vin nom.
48 Vin nom
4 VDC
8 VDC
16 VDC
33 VDC
8 VDC
16 VDC
4.5 VDC
9 VDC
18 VDC
36 VDC
9 VDC
18 VDC
Tempo di start-up carico resistivo costante 30 ms
Range frequenza operativa 270 kHz 300 kHz 330 kHz
Ripple in uscita e rumore  10μF/25V 7XR MLCC per 3,3, 5Vout
10μF/25V 7XR MLCC per 12, 15Vout
4,7μF/50V X7R MLCC per 24Vout
 30mVp-p
40mVp-p
50mVp-p

Anche in questo caso può essere utile riportare un'immagine tratta dai datasheet relativi ai componenti della serie REM, elencati nella sezione Riferimenti.

La slide seguente mostra l'andamento del fattore di efficienza al variare del carico applicato (espresso in valore percentuale):

RACM-REM_04

Anche in questo caso possiamo osservare come tale parametro si attesti su un valore molto prossimo a 1.0 praticamente su tutto il range del valore di carico applicato.

Ulteriori informazioni sugli alimentatori Recom della serie RACM e sui converitori della serie REM possono essere reperiti sui rispettivi datasheet, disponibili per il download ai link indicati nella sezione Riferimenti.

Riferimenti

Sito web Recom

Datasheet alimentatore RACM100

Datasheet alimentatore RACM150

Datasheet convertitori REM10

Datasheet convertitori REM6

Datasheet convertitori REM3

 

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Una risposta

  1. Emanuele 11 Novembre 2015

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