AC/DC-Netzteile für die Medizintechnik: Verschiedene Formfaktoren und Steckeroptionen erleichtern das Design

Bei der Entwicklung von mit Wechselstrom betriebenen Medizinprodukten stehen Sie neben den üblichen technischen Herausforderungen auch vor einem besonderen Problem der Spannungsversorgung. Ihr netzbetriebenes AC/DC-Netzteil (auch Leistungswandler genannt) muss strenge Sicherheitsvorschriften erfüllen, die über die Vorschriften für nichtmedizinische Geräte hinausgehen. Sie müssen auch dafür sorgen, dass es trotz verschiedener Ausfallarten sicher bleibt.

Glücklicherweise hat sich die Auswahl an Versorgungsoptionen erweitert, so dass Sie nun medizinisch qualifizierte Netzteile in einer Vielzahl von Formfaktoren, Netzsteckeroptionen und Leistungsstufen auswählen können.

Die Netzteile unterliegen den Normen ANSI/AAMI ES60601-1 (Vereinigte Staaten) und IEC/BS EN/EN60601-1 (Europäische Union) sowie den üblichen nichtmedizinischen Normen. Sie erfüllen Anforderungen wie zwei Maßnahmen zum Patientenschutz (2×MOPP) und einen Leckstrom in der Größenordnung von 100 Mikroampere (µA). Diese gehören zu den verschiedenen Anforderungen, die über die üblichen Versorgungsstandards für Sicherheit und Effizienz hinausgehen.

In vielen Fällen müssen die Netzteile mit einem Wechselstromstecker der Klasse II ausgestattet sein, um die Sicherheit zu gewährleisten, obwohl ein dritter Kontakt für die Erdung fehlt. Dies steht im Gegensatz zu einem Stecker der Klasse I, der einen Erdungsanschluss hat. Die Klasse II wird benötigt, da noch viele Wechselstromsteckdosen mit zwei Kontakten in Gebrauch sind. Und selbst wenn die Steckdose vom dreipoligen geerdeten Typ ist, kann der eigentliche Erdungsanschluss fehlen oder fehlerhaft sein.

Sie haben die Wahl zwischen einer offenen Bauform, einem internen Netzteil mit Chassis oder einem externen Adapter zur Wandmontage. Manchmal ist die Entscheidung klar, denn die meisten Wandadapter sind für maximal 50 Watt ausgelegt, so dass das Netzteil mit offenem Rahmen die einzige praktikable Wahl bei Hochleistungsdesigns ist. In anderen Fällen ist die Entscheidung ein Kompromiss oder wird durch die Anwendung bestimmt.

Das Netzteil in offener Bauform

Interne Versorgungen eignen sich gut für Produkte, die als Komplettlösungen in einer Box angeboten werden müssen. Die interne Versorgung erhöht die Größe des Geräts, aber das ist oft akzeptabel, wenn Ihre Anwendungen Dialysegeräte, Zahnarztstühle, elektrische Betten oder Flüssigkeitspumpen umfassen.

Interne Stromversorgungen werden auch verwendet, wenn verschiedene, völlig unabhängige Schienen benötigt werden, im Gegensatz zur Verwendung einer einzigen Stromversorgung mit mehreren Ausgängen. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die Stromversorgungen unterschiedliche Ein-/Aus-Szenarien oder eine große Bandbreite an Spannungs- und Stromwerten aufweisen müssen.

Die offenen Wandler der „grünen“ RPS-Serie von MEAN WELL sind für medizinische Anwendungen ausgelegt. Diese Geräte bieten Leistungen von bescheidenen 30 bis zu beachtlichen 500 Watt bei Ausgangsspannungen von 5 bis 48 Volt.

Ein repräsentatives Gerät der Serie ist das RPS-120S-24, ein 24-Volt-Wandler mit einer Leistung von 120 Watt auf einer Leiterplatte und einem kleinen Footprint von 2 × 3 Zoll (Abbildung 1). Es kann mit einer Eingangsspannung von 80 bis 264 Volt Wechselstrom (VAC) betrieben werden, hat einen Wirkungsgrad von 94 % bei Volllast und eine extrem niedrige Leistungsaufnahme von unter 0,3 Watt im Leerlauf. Es kann für Klasse-I- und Klasse-II-Systeme verwendet werden und zeichnet sich durch einen extrem niedrigen Leckstrom von unter 150 Mikroampere (µA) aus.

Abbildung 1: Der platinenmontierbare Wandler RPS-120S-24 misst nur 2 × 3 Zoll und liefert dennoch bis zu 120 Watt bei hohem Wirkungsgrad und geringer Leerlaufverlustleistung. (Bildquelle: MEAN WELL)

Wandmontierbare Adapter

Wandmontierte Netzteile bieten Flexibilität bei der Verpackung und Verwendung, da sie das Volumen und Gewicht des Systems reduzieren. In vielen Fällen liefern sie keine primäre Betriebsenergie, sondern werden zum Aufladen interner Batterien verwendet. Auf diese Weise kann das System ohne die Belastung durch eine interne AC/DC-Versorgung mit ins Feld genommen werden. Auch wenn es sich nicht um ein tragbares System handelt, nimmt es dennoch weniger Platz auf dem Schreibtisch oder auf dem Arbeitstisch ein, da das Netzteil direkt an der Steckdose angebracht werden kann.

Ein weiterer Vorteil von Wandadaptern besteht darin, dass sie die hohe Spannung der Wechselstromleitung außerhalb des Systems halten, was den Zertifizierungsprozess vereinfacht, da sich nur sicherer Gleichstrom mit niedriger Spannung im System befindet. Beachten Sie, dass viele preisgünstige, nicht tragbare, batterielose Verbraucherprodukte aus diesem Grund inzwischen externe Adapter verwenden. Im Gegensatz dazu erfordern interne offene Netzteile aufgrund der freiliegenden Drähte und Komponenten oft einen zusätzlichen physischen Schutz, wie z. B. eine Abschirmung.

MEAN WELL bietet Adapter mit einer Leistung von 30 bis 60 Watt, mit einer Ausgangsspannung von 5 bis 48 Volt und mit festen Steckern an. Fest bedeutet, dass der Netzstecker direkt am Adaptergehäuse angebracht ist und kein externes Netzkabel benötigt wird, was zu Kosteneinsparungen und einer effizienteren Nutzung des Platzes führt.

Die Geräte der Serie GEM60I von MEAN WELL, wie z. B. das GEM60I09-P1J für 9 Volt und 60 Watt (Abbildung 2), verfügen über austauschbare Netzstecker für die EU, die USA, das Vereinigte Königreich (UK) und Australien (der Steckersatz ist separat erhältlich) (Abbildung 3).

Abbildung 2: Dieser wandmontierte Konverter der Serie GEM60I verfügt über austauschbare, am Gehäusekörper befestigte AC-Stecker, um die Anforderungen verschiedener Regionen zu erfüllen. (Bildquelle: MEAN WELL)

Abbildung 3: Die vier verfügbaren Steckerkonfigurationen für die GEM60I-Adapter entsprechen den Steckermustern für Australien, Großbritannien, die EU und die USA. (Bildquelle: MEAN WELL)

Im Gegensatz dazu verfügt die Serie GSM60E von MEAN WELL über einen speziellen Stecker für die EU und die Serie GSM60U über einen Stecker für die USA. Diese Stecker sind nicht abnehmbar oder austauschbar, sondern als integraler Bestandteil des Adapters konstruiert.

Diese Geräte der Klasse II werden mit einem Universaleingang zwischen 80 und 264 VAC betrieben und weisen einen Leckstrom von weniger als 100 µA auf, wobei die Leistungsaufnahme bei Leerlauf unter 0,15 Watt liegt. Sie erfüllen alle medizinischen und anderen behördlichen Normen und verfügen über flammhemmende Gehäuse der Klasse UL 94V-0.

Fazit

Wenn Sie medizinische Systeme entwickeln, können Sie jetzt aus einer Vielzahl von AC/DC-Wandlern mit unterschiedlichen Formfaktoren wählen, die alle die zahlreichen gesetzlichen Anforderungen erfüllen. Wenn Sie sich für ein Netzteil von MEAN WELL mit der erforderlichen Spannung, Stromstärke und Leistung und mit einem für die Anwendung optimierten Formfaktor entscheiden, können Sie zu anderen Designmerkmalen übergehen, um Ihr Endprodukt zu differenzieren.

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