AC-DC醫療電源的選用標準

　　醫療設備產業是關系到人類生命健康的新興產業，近十余年來，在世界發達國家一直保持著很高的市場年增長率，因而被譽為朝陽產業。隨著醫療水平的提高，越來越多先進的醫療設備廣泛運用在了各種醫療場合。電源作為醫療設備的重要組成部分，它相對于其他種類的電源產品有更為嚴苛的要求。本文重點介紹醫療用電源的特殊要求以及金升陽公司高品質醫療用AC-DC產品的技術特性。

　　醫療電源的特殊要求

　　目前，醫療設備大多采用開關電源。隨著電子技術的發展，開關電源不僅體積大大縮小，重量減輕，而且能耗大幅降低，并提高了可靠性。使用交流供電的醫療診斷、測量和治療設備，可能會由于不合適的接地和電絕緣產生漏電流，而使患者以及醫療人員暴露在電擊、燒傷、內臟器官損傷和心律不齊等潛在危險之中。

　　鑒于醫療設備的特殊使用環境，醫療電源產品在安全性和可靠性方面有著更為嚴苛的要求。例如，必須滿足IEC60601-1安規的絕緣和漏電流要求，或其相關標準，諸如：EN60601-1、UL60601-1和CSA22.2第601.1 M90標準。表1總結了IEC 60601-1醫療設備的安規要求。

　　表1 IEC60601-1安全標準要求

　　另一方面，醫療設備的電磁輻射和電磁輻射防護是醫用電源的一個重要參數標準，涉及到電涌和瞬變電流強度、靜電放電（ESD）電平，以及射頻干擾（RFI）防護能力。許多醫療應用都涉及RF治療儀或無創電子手術器械，因此電源必須能抵御干擾，不受影響。

　　合格的醫療電源應符合與EMC相關技術要求相配合的EN60601-1-2標準。不僅如此，醫用電源還必須滿足IEC61000-4-2（靜電防護能力，要求達到3kV）、IEC61000-4-3 （射頻輻射防護能力，要求達到3V/m）、IEC61000-4-4 EFT（電壓瞬變承受能力，要求達到1kV）、IEC61000-4-5（市電涌流承受能力，要求達到1kV和2kV）、IEC61000-3-2 （市電線路諧波要求）、IEC61000-3-3（電力線閃變要求），以及EN55011（A類產品或B產品輻射限制）等要求。

　　此外，涉及到特定應用場合還有一些特殊要求，例如，系統可能要在急救車上使用，可能會出現電壓沖擊情況，這種電源至少應符合IEC 68-2-29標準；有些設備是便攜設備，可能在直升機上使用，因而會出現隨機性振動，此種電源應符合MIL-STD-810E標準。

　　金升陽LD系列產品特性

　　金升陽公司致力于醫療用AC-DC電源的開發，目前擁有LD05，LD10系列產品，產品的原理框圖如圖1所示。產品在設計過程中始終以高的可靠性為目標，在設計中的每一個環節都體現了這一點。

　　圖1 LD系列產品原理框圖

　　首先，產品控制芯片的可靠性對產品可靠性起著至關重要的作用。我們的產品選用安森美半導體公司的PWM控制芯片，由于芯片功能十分強大，只需要外接少數元件就能構成完整的開關電源，因此大大簡化了產品的設計，從某種意義上講也大大提高了產品的可靠性。另外，芯片的待機功耗很低，能夠提供符合美國能源之星和歐洲藍天使標準的解決方案，空載狀態下同時能達到國際能源機構（IEA）最新建議的要求。芯片的短路保護功能還能通過持續監視反饋線的狀況，檢測到出現短路的情況，并立即減小輸出功率，從而對整個電源及后級電路實現保護。一旦短路情況消失，控制器便恢復正常工作。這一功能也極大提高了產品在異常條件下的可靠性。

　　其次，在模塊電源的熱設計方面我們也做了很多有益的研究。MTBF是電源可靠性的計量指標，而影響MTBF的最重要因素是部件的溫度。因此要提高電源的可靠性，如何保持較低溫度至關重要。模擬的方法有助于把一些抽象變得比較直觀，因此我們引進了電熱模型。所謂電熱模擬就是用導熱電回路來模擬電子器件的散熱回路，用電參數模擬熱量的傳遞。具體地講，即用電路中的電流來模擬熱路中的熱量（計算中，常用半導體器件的耗散功率PD來代替熱量Q），用電流的流動來表示熱流的傳遞。電壓U相當于器件溫度到環境溫度之溫差△T，電阻R相當于熱阻Rth。當然，除了模擬的熱能傳遞，在設計及驗證過程中，大量的高低溫可靠性試驗也用來驗證、完善產品的熱設計。

　　第三，對產品EMC特性的嚴格要求，保障自身及系統可靠工作。人們對電子產品的EMC越來越關注，世界各國和組織對電子產品的相關限制也做出了相應規定。比較典型的標準包括：美國聯邦通信委員會（FCC）規則及條例第15部分；國際電工委員會中TC77的IEC61000部分；國際無線電干擾特別委員會（CISPR）的CISPR22（信息技術設備）；歐盟的EN55022（信息技術設備）；中國的 GB9254-1998（信息技術設備）是從CISPR的CISPR22轉換而來的。

　　通常，形成電磁干擾的條件有三個：向外發送電磁干擾的源（噪聲源）、傳遞電磁干擾的途徑（噪聲耦合和輻射）、承受電磁干擾的客體（受擾設備）。因此，抑制電源產品的電磁干擾也要從這三個方面著手。采用以下幾個手段來解決產品的EMC問題：1. EMI濾波器的選擇選用；2. 輸入與輸出濾波網絡設計的優化；3. 緩沖電路的應用；4. 盡量縮小高頻環路面積；5. 優化地線設計；6. 屏蔽的應用。

　　除了在設計中保證的高可靠性，LD系列模塊電源產品還具有以下特點：

　　體積小、功率密度高。金升陽的LD系列電源體積很小，其中：LD05系列電源的輸出額定功率為5W，全球通用電壓輸入，體積為50.08*25.4*15.16mm。LD10系列電源的輸出額定功率為10W，全球通用電壓輸入，體積為53*28*19mm，如圖2所示。這類小體積電源，為小型醫療設備節省了大量的元器件空間，因而為設備的小型化提供了可能。

　　圖2 LD10系列產品外形尺寸

　　安全性能好。該系產品嚴格按醫療電源的要求設計。在安規設計上，輸入和輸出之間的距離均達到8mm以上，輸入和輸出之間耐壓達到4000VAC/1min。輸入對輸出的漏電流也很小，其中LD05系列內部無安規電容設計，使得漏電流幾乎為零；LD10系列也僅為100μA以下。LD05、LD10系列電源已通過EN60601醫療認證（證書號分別是：E/CE2995090218023、E/CE3180090723209）和UL60950的安全認證（證書號分別是：E235235-A17-UL-1和E235235-A18-UL-1）。

　　EMC性能好。產品通過了中國第五電子研究所賽寶實驗室的全面EMC測試并取得證書。詳見表2。

　　表2 產品EMC測試標準及結果