普家大咖说 | 医疗安全从电源开始

来源:普尔世电源发布时间:2022-11-301459浏览

医疗技术最要紧的是保护患者与医护人员。因此，电源同样必须遵守严格的安全规定。此外，现代化电源有助于营造安全、利于康复的环境。本文中，普尔世揭示了医疗技术能够从机械和设备制造的经验中受益的原因。

作者:Marco Ahrens, Nadine Schinko

电源必须尽可能安全高效地转换电压，并且应长年在极小空间内确保顺利运行。机械和设备制造以及医疗技术行业都必须遵守这项基本原则。但是，满足这些前提条件、库品交货的标准电源在上述前两个工业部门中更为普遍。而医疗技术设备厂商则往往依赖客户定制的推入式或面板安装型电源。

这些电源采用工业高标准且快速可用，尤其有利于医院工程、建筑工程、实验室技术及影像学诊断方面的医疗应用。PULS普尔世推出的医用电源禀承机械制造传统，在这两大应用领域之间架起了桥梁。

提高生命维持类设备的可靠性

在机械和设备制造行业，可靠、寿命长往往对系统组件的选择十分关键。许多机器的设计运

行年限可达数年甚至数十年之久——这与医疗技术行业类似。但是在医疗领域，可靠性还具
有另一项重要性，因为患者的健康和治疗情况与可靠的系统息相关。

普尔世还从这一事实出发研发医用电源。其中的关键在于最大程度增加最短使用寿命和平均故障间隔时间 (MTBF)。普尔世详细规定了这两个值，并在每款电源产品的数据表中公布。

其中，决定可靠性高、寿命长的关键是电源的转换效率。电源转换效率越高，功率损耗越低，因此电源内的发热程度越低。这一点非常重要，因为电源内即使温度仅上升 +10°C，也会使电解电容器的寿命减半。这样的功率损耗尽管不一定会导致电源立即中断，但仍然会影响整个电源的寿命。

普尔世的医用电源根据功率等级不同，能够达到 94.3% 至 95.2% 的转换效率。以下计算示例体现了这一数值的重要性：转换效率为 95.2% 时（例如 CP10.241-M1，24V 10A），功率损耗为 4.8%。因此，输出功率为 240W 时，输入与输出之间的功率损耗为 12.1W。这 12.1W 功率以热能形式散发到环境中。将其与转换效率仅为 91% 的电源相比，就能理解转换效率的每一个百分点都至关重要。两种转换效率的差为 4.2%，似乎并不明显，但会导致功率损耗几乎翻倍，达到 23.7W。

在试验装置中，普尔世将两台设备放在同样的箱子中（容积 = 3.15L），在相同条件下（负载：8A/输入电压：230VAC）运行四小时。这段时间结束后，两者温差已达到 7.8°C。温度升高不仅会影响电源本身，周围的系统组件也会受到波及。

除了寿命减少外，高温也会使平均故障间隔时间 (MTBF) 变短。平均故障间隔时间 (MTBF)
是指将特定数量设备运行特定长的时间时，经统计平均可能发生多少次失灵故障。只需看一
个简单的例子就能明白。例如，MTBF 值为 1000000 小时，表示当安装有 1000 台设备时，经统计每 1000 小时就会有一台设备失灵。由于厂商在质保中排除了早期失灵的情况，因此没有纳入上述计算中。磨损效应对于平均故障间隔时间 (MTBF) 的计算同样不重要，因为在使用阶段不会出现因老化导致的失灵。

对于医用电源及工业电源，普尔世力求实现较长平均故障间隔时间 (MTBF)（例如 CP5.241-M1 在 24V，5A 及 40°C 下，根据 MTBF SN 29500 标准，为 867 000 小时，合约99年）。因此，这些设备非常可靠，故障率极低。

最大程度降低噪音干扰

医用电源效率高，另具有一大优点。它能够使用机械和设备制造领域已作为常规电源冷却方式的被动对流冷却。由于电源内整体产生的热量较少，可通过具有降温作用的气流和铝合金外壳将热量排出设备之外。由此，设备无需风扇即可将热空气排出。整个功率范围内皆是如此。

这一事实对医疗技术十分重要。风扇一般会产生噪音，距离患者较近时，经常会被视作一
种干扰。此外，风扇作为机械部件，常常免不了会失灵。

相反，采用对流冷却的电源则可以在背景中无声工作。这有助于为患者营造利于康复的环境，此外还使运行免维护。

医疗设计的新思路

医院和实验室对卫生方面提出了相当高的要求。因此在设计医疗设备时，将尽可能摒除边角和边缘。由此，可以更轻松地对设备进行清洁和消毒。但是，圆润的设计大大减少了电子装置的可用空间。尽可能紧凑的电源再适合不过，并且为医疗设计带来了新思路。

由于转换效率高，因此普尔世医用电源的结构十分紧凑，并且仍然遵守患者环境要求的所有防护措施。由于需采用附加绝缘措施（如空气间隙和爬电路径较大），大部分医用电源体积要比工业领域的同类产品更大。但是普尔世研发人员却成功将医用电源装入其在机械和设备制造的标准电源中安装的相同的外壳中。

例如，仅需 39 x 124 x 117mm（宽 x 高 x 深）的外壳即可容纳 240W 功率。由此，医疗技术同样也能从机械和设备制造领域正在推进的系统组件微型化趋势中受益。

工业领域还有一项特殊特性正在越来越多的行业立足，那就是 DIN 导轨——也叫顶帽式导轨。将系统组件安装在 DIN 导轨上的最重要的理由包括：安装迅速，灵活性极高，可实现模块化系统结构。由此，可将不同厂商的单个组件组合为一个在效率、性能和价格方面与应用相匹配的特制系统。DIN 导轨安装的另一个优点是：用户可将各个功率等级的电源固定在一个统一的安装系统上。此外，这样做还便于改装或更换组件。

防止触电

EN 60601-1 标准除了规定基本安全外，还着重涉及医疗设备的功能安全。对于电源而言这意味着：在医院日常工作中，无论是正常模式下还是发生故障时，都必须防止患者与操作人员触电。

其最高防护等级为 2 MOPP（患者防护方法），旨在保障身体可能孱弱的患者的安全。在电源中，这是通过将空气间隙和爬电距离相应设计得较大，在初级和次级电路之间设置较强绝缘层，并遵守规定的漏电流实现的。

普尔世对其 CP 系列工业电源进行了修改，使其同样满足 2 MOPP 的医疗技术规定。这为厂商提供了更大的余地，使其确信能够在患者附近使用电源，并且无后顾之忧。

无需滤波器也能确保电磁兼容

对于医疗设备，在对移动通信信号等外部辐射的电磁抗扰度方面提出了很高的要求。而医疗产品本身也不得对周围装置产生干扰影响。因此，同时还必须遵守对电磁辐射的明确规定。抗扰度与辐射加起来就是电磁兼容，简称 EMC。IEC 60601-1-2（第 4 版）标准规定了医疗技术的极限值。

这些规定不断对医疗电源厂商提出了技术挑战。在高频噪声及输出纹波和噪音电压作用下，许多开关电源都会在导线上及通过辐射导致电磁干扰。

普尔世已经尽可能在电路设计内减轻干扰。由此，工业电源取得了非常优秀的电磁兼容值。
不仅如此，普尔世对其医用电源进行了进一步修改，确保无需采用附加措施（如外部滤波器）即可完全满足 IEC 60601-1-2 标准规定的医疗技术电磁兼容测试（如针对发出干扰辐射的 EN 55011 B 类）。

结论

医疗技术设备厂商大多采用开架式电源。市场上提供的大部分获得医用许可的电源都是以这种结构为基础。而普尔世推出的 CP 系列 M1型设备则采用了另一种方式。PULS普尔世在其久经市场检验的工业电源基础上，建立了一个不断扩大的医疗技术产品系列。目前提供了适合三种不同功率等级 120W (24V, 5A)、240W (24V, 10A) 和 480W (24V, 20A) 的解决方案。普尔世慕尼黑总部的研发人员在工作中的初衷是：将机械和设备制造的效率和可靠性与医疗领域必要的安全要求结合起来。结果是推出了不间断、寿命长的紧凑型医用电源，不仅使系统研发人员受益，还造福了用户和患者。