Alimentatori elettrici per applicazioni medicali – aspetti importanti in fase di progettazione
Fabbricare o acquistare è la prima domanda, quando si tratta di alimentatori elettrici. Nello specifico della tecnologia medica, un campo estremamente sensibile in fatto di sicurezza, ha senso ricorrere ad alimentatori già testati e certificati. La cui scelta richiede però molta prudenza – tanto più se le norme importanti sono state rivedute.
Di seguito un estratto dell’articolo a cura di Rutronik e TDK-Lambda. L’articolo completo sul prossimo numero di A&V Elettronica. Prenota già da ora la tua copia!
La protezione di pazienti e operatori è da sempre un aspetto primario nella realizzazione di attrezzature mediche. Gli standard di sicurezza variano tuttavia in base all’applicazione, la vicinanza al paziente e all’operatore, l’ubicazione e l’ambiente circostante – e sono spesso molto più rigidi che nelle applicazioni industriali. Inoltre, i dispositivi medici funzionano spesso con tensioni di segnale molto basse e sono conseguentemente sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI). Per questo la compatibilità elettromagnetica (EMC) è una tema fondamentale nelle applicazioni medicali.
Modifiche alla normativa sugli standard di sicurezza
I particolari requisiti imposti alle attrezzature mediche si riflettono nella standardizzazione internazionale. Per gran parte del mondo, incluse Europa e Nord America, la norma IEC 60601-1 definisce gli standard di sicurezza per gli alimentatori elettrici utilizzati nella tecnologia medicale. Le norme americane ed europee quali UL, CSA ed EN derivano dagli standard della IEC – l’International Electrotechnical Committee. In Europa è entrata in vigore di recente la terza edizione della norma EN60601-1, portando con sé numerose novità, prima fra tutte la richiesta di stabilire un processo di gestione del rischio nonché proteggere dati e documenti conformemente alla norma ISO 14971. L’implementazione dello standard internazionale nel diritto nazionale ha offerto in questo caso ampio margine d’interpretazione, risultante in regolamenti divergenti in paesi come il Giappone, la Cina, l’India e Singapore. Sebbene questo articolo non possa entrare nei particolari della seconda e terza edizione della IEC 60601-1, è importante osservare come la nuova edizione della norma influenzi la progettazione degli alimentatori elettrici destinati alle applicazioni medicali.
Ottimizzazione degli alimentatori elettrici medicali
I FET (transistor a effetto di campo) impiegati come elementi di commutazione nei moderni alimentatori a commutazione sono di norma progettati per commutare rapidamente, poiché ciò permette di ridurre al minimo le perdite. Sfortunatamente, con l’aumento della velocità di commutazione, l’elemento di commutazione produce anche un’emissione sempre più intensa.
È per questo che i più recenti progetti di alimentatori elettrici rallentano intenzionalmente il processo di commutazione. Circuiti speciali, tramite una commutazione a tensione nulla (Zero Voltage Switching, ZVS), assicurano che ciò non vada a scapito del rendimento. Le commutazioni ZVS consentono ai transistor di commutare rapidamente, allungando però i transitori di tensione (tempi di salita e caduta) dagli originari 20 ns a circa 100 ns, riducendo così le emissioni elettromagnetiche generate. Sarà quindi sufficiente un piccolo filtro EMC con correnti di dispersione a terra minime.
La sfida per i produttori di alimentatori a commutazione consiste quindi nel progettare il compromesso ottimale tra efficienza, EMC e dimensioni. Per gli utilizzatori, soluzioni scalabili e quindi alimentatori elettrici scalabili sono spesso estremamente importanti, vista la necessità di adattarli alle diverse classi di potenza dei dispositivi finali. Ad esempio, mantenendo la stessa forma dell’alimentatore, è possibile aumentarne significativamente la potenza con una funzione di ventilazione. All’utilizzatore vengono così risparmiate costose modifiche al progetto (p.es. supporto meccanico), permettendogli di utilizzare la medesima forma costruttiva con una potenza maggiore.
I nuovi alimentatori di TDK-Lambda sono disponibili presso il distributore Rutronik. Nell’ambito dell’offerta RUTRONIK POWER, i clienti possono inoltre acquistare tutti gli altri componenti necessari per soluzioni scalabili, per convertire o commutare l’energia o per collegare carichi resistivi, capacitivi o induttivi. Fulcro dell’offerta sono le soluzioni di sistema complete, che permettono ai produttori di dispositivi medici di accorciare sensibilmente il loro Time To Market.
Gli esperti di RUTRONIK POWER delle varie aree di prodotto collaborano strettamente con l’intento di semplificare ed accelerare la progettazione di applicazioni anche complesse. Grazie all’ampia gamma di prodotti, che copre praticamente ogni posizione del circuito stampato con una selezione di componenti, i progettisti sono in grado di implementare distintamente svariati requisiti – sempre tenendo conto dei potenziali effetti sugli altri componenti e sui parametri ambientali.
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