【導讀】專zhuan業ye和he家jia庭ting醫yi療liao保bao健jian是shi一yi個ge快kuai速su發fa展zhan的de市shi場chang，從cong生sheng命ming體ti征zheng指zhi示shi設she備bei到dao無wu線xian充chong電dian植zhi入ru物wu，越yue來lai越yue多duo與yu患huan者zhe接jie觸chu的de醫yi療liao設she備bei被bei廣guang泛fan使shi用yong。無wu論lun是shi電dian池chi供gong電dian還hai是shi交jiao流liu供gong電dian，每mei個ge連lian接jie的de設she備bei都dou需xu要yao直zhi流liu電dian源yuan
，而er低di功gong率lv的de模mo塊kuai化huaDC/DC轉換器通常用作安全隔離係統的一部分。本文介紹了DC/DC轉換器在這一領域的應用，解釋了所需的相關安全認證
，並且推出專為該應用設計的商用轉換器係列。

在專業和家庭醫療保健中
，有越來越多的醫療設備直接接觸到人體以測量各項健康指標，包括體表參數，例如皮膚電阻率、體溫和血氧飽和度水平
，以及使用心電圖（ECG）設備監測心跳（圖1）。 

圖1：ECG監護儀的典型傳感器電路

有(you)時(shi)，例(li)如(ru)在(zai)手(shou)術(shu)中(zhong)，需(xu)要(yao)把(ba)傳(chuan)感(gan)器(qi)放(fang)置(zhi)在(zai)體(ti)內(nei)。大(da)多(duo)數(shu)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)是(shi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)在(zai)設(she)計(ji)上(shang)需(xu)要(yao)確(que)保(bao)足(zu)夠(gou)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)，以(yi)避(bi)免(mian)對(dui)患(huan)者(zhe)造(zao)成(cheng)電(dian)擊(ji)傷(shang)害(hai)。還(hai)有(you)一(yi)項(xiang)要(yao)求(qiu)，即(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)絕(jue)不(bu)提(ti)供(gong)一(yi)條(tiao)回(hui)路(lu)，使(shi)得(de)故(gu)障(zhang)設(she)備(bei)中(zhong)破(po)壞(huai)性(xing)的(de)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)患(huan)者(zhe)回(hui)流(liu)至(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)其(qi)電(dian)源(yuan)不(bu)僅(jin)必(bi)須(xu)與(yu)危(wei)險(xian)高(gao)壓(ya)充(chong)分(fen)隔(ge)離(li)，還(hai)必(bi)須(xu)與(yu)“地”隔離。即使是電池供電的手持設備也可能會通過連接的打印機、USB端口或筆記本電腦接地。 

在醫療電子產品中，相關的安全標準是“醫療電氣設備”IEC 60601-1以及各國家標準：例如歐洲的EN 60601-1和美國的ANSI/AAMI ES 60601-1。在標準中，“隔離”具有非常特殊的涵義，即需要在危險電壓或高能量來源與患者之間進行有效的雙重電氣隔離。因此醫療設備必須具有雙重“保護措施”（MOPs），以防其中一項失敗

，另一項仍可以提供足夠的保護。MOP要求有兩個級別：操作者的MOOP和更高級別的患者MOPP。 

zaijueyuangelitiaojianxia，weilegeichuanganqigongdianhuoduqushuju
，juyouzengqiangxingjueyuanjiegoudeweixinganquanbianyaqihuoguangouheqishiyizhongshiyongdejiejuefangan。zhexiefangshitigonggaonaiyageli
，danzaigeliliangduanrengyououhedianrong，cunzailoudianliu
，yincibixujinkenengdejiangdiouhedianrong。 

如果傳感器電源來自AC/DC轉換器，則安全的隔離輸出是所有電源的標準配置。但是，商用或IT用AC/DC的de隔ge離li等deng級ji不bu足zu以yi滿man足zu醫yi療liao標biao準zhun。許xu多duo設she備bei隻zhi有you一yi項xiang保bao護hu措cuo施shi
，並bing且qie隔ge離li耦ou合he電dian容rong通tong常chang太tai高gao而er無wu法fa滿man足zu低di漏lou電dian流liu的de要yao求qiu。此ci外wai，輸shu出chu可ke能neng是shi“浮動的”，但是與“地”的隔離並不充分。一些“醫療級”AC/DC具有操作者保護措施（MOOP），但由於輸入/輸出和輸出/接地的隔離不足，而且AC/DC隔離耦合電容也不夠低，所以不適合直接與患者連接。雖然也有具備雙重患者保護（2MOPP）的AC/DC可以使用，但功率範圍有限而且價格昂貴。多通道傳感器通常需要多個相互隔離的電源軌，但可以肯定的是，隻有完全定製的2MOPP AC/DC才會具備全部所需的電源軌。 

DC/DC可以構成隔離係統的一部分 

一種解決方案是使用標準的2MOOP醫療級隔離的AC/DC轉換器

，然後以一個或多個醫療級DC/DC轉zhuan換huan器qi來lai為wei傳chuan感gan器qi增zeng加jia另ling一yi級ji的de隔ge離li。這zhe些xie轉zhuan換huan器qi提ti供gong所suo需xu的de傳chuan感gan器qi電dian壓ya軌gui，如ru果guo它ta們men具ju有you高gao隔ge離li和he低di耦ou合he電dian容rong就jiu可ke以yi進jin一yi步bu成cheng為wei隔ge離li係xi統tong的de一yi部bu分fen，來lai滿man足zu最zui嚴yan格ge的de“心髒漂浮”（CF）類設備的應用。圖2顯示了具有接地外殼或 “Class I” 電氣配置係統的典型連接 

圖2：使用DC/DC轉換器滿足醫療級 CF應用

在圖2的示例中
，即使AC/DC具有2MOOP，DC/DC轉換器也需要2MOPP
，因為有未指定的設備（SIP/SOP）連接到DC/DC輸入端，這可能在故障的情況下產生危險電壓。如果設備是“Class II”電氣設備
，即沒有接地連接，並使用未指定外部連接的塑料外殼
，但如果AC/DC至少具有2MOOP的隔離，那麼DC/DC轉換器可以隻需要1MOPP等級的隔離（D），用於直接與患者連接的應用。DC/DC通常隻需提供低功率電源
，不僅體積小成本也低。 

DC/DC轉換器的典型應用如圖3所示。這裏使用一個儀表放大器作為ECG傳感器
，為分析提供數字數據。另一個DC/DC為驅動器供電
，驅動器為患者進行某種刺激，並且與傳感器隔離。數據則用光偶進行隔離。儀表放大器通常需要+/-5V的電壓，驅動器則需要+12V的電壓。由穩壓係統電壓供電的兩個2W板載DC/DC轉換器提供隔離的電壓軌。由於是穩壓輸入且負載恒定
，因此DC/DC可以是簡單、低成本的 “非穩壓” 轉換器，隻需百分之幾的負載調節率，即可獲得足夠的性能。 

圖3：DC/DC轉換器為傳感器和驅動器提供隔離的電源軌

DC/DC轉換器可以為其他測量或刺激通道提供更多隔離的電源軌。DC/DC轉換器的小尺寸和設計使其具有極低的耦合電容
，因此漏電流極小。 

DC/DC轉換器會產生噪聲 

所有高效率的DC/DC轉換器都是“開關式”電源，因此會產生傳導和輻射電磁噪聲。在實際電路中，這種噪聲會幹擾其他測量，特別是當信號在mV範圍內的時候，例如ECG設備中。醫療標準60601-1-2也對噪聲有所限製，因此必須盡可能抑製DC/DC內部的噪聲水平，或進行外部濾波。不過
，外部濾波器通常必須橋接隔離柵以減小由於漏電流導致的 “共模” 噪聲。由此可見，應該首選固有噪聲水平較低的DC/DC轉換器。 

如圖2所示，具有2MOPP隔離等級的DC/DC轉換器需要滿足設備“係統”電壓標準中規定的爬電距離和電氣間隙。實際上，如果部件可以在海拔2000米以上的地方使用，對於240VAC供電係統來說，爬電距離和電氣間隙需要大於8mm。連接的醫療設備必須很小

，因此低功率DC/DC的(de)電(dian)路(lu)板(ban)通(tong)常(chang)隻(zhi)有(you)幾(ji)平(ping)方(fang)厘(li)米(mi)的(de)空(kong)間(jian)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)複(fu)雜(za)的(de)設(she)計(ji)
，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)三(san)層(ceng)增(zeng)強(qiang)絕(jue)緣(yuan)線(xian)，並(bing)增(zeng)加(jia)絕(jue)緣(yuan)和(he)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)封(feng)裝(zhuang)以(yi)降(jiang)低(di)局(ju)部(bu)環(huan)境(jing)的(de)“汙染度”。因此要實現分立式DC/DC的解決方案並不容易，而且在許多應用中都需要采購昂貴的定製變壓器。 

模塊化DC/DC轉換器是一種經濟高效的解決方案 

模塊化DC/DC轉換器是一種簡單的解決方案，例如RECOM[1]新型、高性價比的2W REM2係列（圖4）
，采用緊湊的SIP8封裝，提供2MOPP隔離等級和250VAC額定工作電壓。該轉換器已通過IEC/EN/ES 60601-1的認證，讓最終EMC測(ce)試(shi)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)簡(jian)單(dan)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)以(yi)單(dan)路(lu)或(huo)雙(shuang)路(lu)輸(shu)出(chu)

，為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)或(huo)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)供(gong)電(dian)，並(bing)具(ju)有(you)五(wu)種(zhong)不(bu)同(tong)標(biao)稱(cheng)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)供(gong)選(xuan)擇(ze)。模(mo)塊(kuai)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)為(wei)-40°C至+95°C，從80°C開始降額，可適用海拔高達5000m。轉換器的效率高達85%、低噪聲
、符合IEC/EN 60601-1-2和EN 55011對EMC的要求。隔離電容僅為25pF。 

圖4：RECOM的2W DC/DC轉換器，具有2MOPP/250VAC 額定電壓

隔離式DC/DC轉換器是符合醫療隔離級別要求、應用在連接患者設備上的重要組件。經過認證
，微型封裝的現成模塊解決了所有應用問題。 

參考文獻 

[1] RECOM: www.recom-power.com/medical 

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