Alimentatori c.a./c.c. di grado medicale: vari fattori di forma, opzioni di spina e progettazione agevole

Quando si progettano dispositivi medici alimentati in c.a., oltre alle consuete sfide ingegneristiche ci si trova ad affrontare un particolare problema di alimentazione. L'alimentatore c.a./c.c. (chiamato anche convertitore di potenza) deve soddisfare norme di sicurezza molto più severe di quelle previste per i prodotti non medicali. È inoltre obbligatorio garantire che rimanga sicuro a fronte di svariate modalità di guasto.

Fortunatamente, le opzioni per questi convertitori si sono ampliate, consentendo di scegliere tra alimentatori qualificati per l'uso medicale in numerosi fattori di forma, diverse opzioni di connessione alla linea e varie potenze nominali.

I convertitori sono regolamentati dalle norme/standard ANSI/AAMI ES60601-1 (Stati Uniti) e IEC/BS EN/EN60601-1 (Unione Europea), oltre ai consueti standard non medicali. Tra i requisiti soddisfatti: due mezzi di protezione del paziente (2 MOPP) e una corrente di dispersione dell'ordine di 100 µA. Si tratta di caratteristiche che vanno oltre i normali standard per la sicurezza e l'efficienza.

In molti casi, gli alimentatori devono essere progettati con una spina c.a. di Classe II, pur garantendo la sicurezza anche in assenza del polo di terra, a differenza delle spine di Classe I che sono dotate di collegamento a massa. La Classe II si rivela necessaria in quanto sono ancora in uso molte prese c.a. a due contatti. Inoltre, anche se la presa è a tre lamelle con messa a terra, il collegamento a massa effettivo potrebbe essere assente o difettoso.

È possibile scegliere tra un alimentatore interno a telaio aperto e un adattatore esterno con montaggio a parete. A volte la decisione migliore è evidente, poiché la maggior parte degli adattatori a parete ha una potenza massima di 50 W, che fa dell'alimentatore a telaio aperto l'unica scelta possibile nei progetti ad alta potenza. In altri casi, la decisione è un compromesso o è determinata dall'applicazione.

L'alimentatore a telaio aperto

Gli alimentatori interni sono adatti a prodotti che devono essere soluzioni complete, a scatola chiusa. L'inserimento di un alimentatore interno aumenta le dimensioni dell'unità, ma spesso è accettabile se le applicazioni riguardano macchine per la dialisi, poltrone odontoiatriche, letti elettrici o pompe per fluidi.

Gli alimentatori interni vengono utilizzati anche quando sono necessari rail distinti e completamente indipendenti, a differenza dell'utilizzo di un singolo alimentatore multiuscita. In questo caso, gli alimentatori possono avere scenari di accensione e spegnimento diversi o un ampio intervallo di tensioni e correnti nominali.

I convertitori a telaio aperto "green" serie RPS di MEAN WELL sono classificati per applicazioni medicali. Queste unità forniscono livelli di potenza da soli 30 a ben 500 W, con tensioni di uscita da 5 a 48 V.

Un'unità rappresentativa della serie è il convertitore su PCB RPS-120S-24 da 24 V e 120 W con un ingombro minimo di 51 x 76 mm (Figura 1). Funziona con ingressi da 80 a 264 V c.a. con un'efficienza a pieno carico del 94% e un consumo a vuoto estremamente basso, inferiore a 0,3 W. Può essere utilizzato per installazioni di sistemi di Classe I e Classe II e garantisce una corrente di dispersione estremamente bassa, inferiore a 150 µA.

Figura 1: Il convertitore su scheda RPS-120S-24 misura solo 51 x 76 mm ma è in grado di erogare 120 W con efficienza elevata e bassa dissipazione senza carico. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Adattatori per montaggio a parete

Le unità di alimentazione montate a parete offrono flessibilità di involucro e di utilizzo, riducendo il volume e il peso del sistema. In molti casi, non forniscono l'energia operativa primaria, ma servono a caricare le batterie interne. In questo modo, il sistema può essere portato sul campo senza il peso di un'alimentazione interna c.a./c.c. Inoltre, anche se l'unità non è un sistema portatile, occupa comunque meno spazio sulla scrivania o sul banco, poiché l'alimentatore può essere collocato accanto alla presa di corrente.

Un altro vantaggio degli adattatori da parete è che tengono l'alta tensione della linea in c.a. al di fuori del sistema, semplificando il processo di certificazione in quanto all'interno circola solo corrente continua sicura e a bassa tensione. Va notato che molti prodotti di consumo a basso costo, non portatili e senza batteria, utilizzano adattatori esterni proprio per questo motivo. Al contrario, gli alimentatori interni a telaio aperto richiedono spesso una protezione fisica aggiuntiva, come una schermatura o un isolamento, a causa dei fili e dei componenti esposti.

MEAN WELL offre adattatori da 30 a 60 W, con uscite da 5 a 48 V e con spine fisse. Fissa significa che la spina c.a. è montata direttamente sul corpo dell'adattatore senza bisogno di un cavo esterno, con conseguente risparmio di costi e un uso più efficiente dello spazio.

Le unità serie GEM60I di MEAN WELL, come quella a 9 V e 60 W GEM60I09-P1J (Figura 2), hanno spine c.a. intercambiabili per UE, US, UK e Australia (il kit di spine è venduto a parte) (Figura 3).

Figura 2: Questo convertitore a parete della serie GEM60I è dotato di spine c.a. intercambiabili per supportare i requisiti di varie regioni del mondo. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

Figura 3: Le quattro configurazioni di lamelle disponibili per gli adattatori GEM60I sono conformi ai modelli di spina c.a. per Australia, UK, UE e US. (Immagine per gentile concessione di MEAN WELL)

La serie GSM60E di MEAN WELL invece ha una spina dedicata per l'Unione Europea e la serie GSM60U per gli Stati Uniti. Queste spine non sono rimovibili o intercambiabili, ma sono costruite come parti integranti degli adattatori.

Queste unità di Classe II funzionano con un ingresso universale compreso tra 80 e 264 V c.a. e presentano una corrente di dispersione inferiore a 100 µA, con un assorbimento a vuoto inferiore a 0,15 W. Sono conformi a tutti gli standard del settore medicale e ad altre normative e sono dotati di involucri resistenti alle fiamme, di grado UL 94V-0.

Conclusione

Chi progetta sistemi medicali può scegliere tra un'ampia gamma di convertitori c.a./c.c. con diversi fattori di forma, tutti conformi ai numerosi requisiti normativi. Scegliendo un alimentatore di MEAN WELL con la tensione, la corrente e la potenza richieste e con un fattore di forma ottimizzato per l'applicazione, è possibile dedicarsi ad altre caratteristiche di progettazione per differenziare il prodotto finale.

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