I requisiti di un alimentatore medicale

Gli alimentatori medicali devono possedere proprietà per soddisfare gli standard necessari per l’uso medico in ospedale o in una abitazione. Tali standard forniscono diverse linee guida, che sono molto più rigorose rispetto alle linee guida per apparecchi commerciali o industriali. Sono richiesti standard di sicurezza più elevati e minori interferenze elettromagnetiche, che garantiscono la conformità EMC.

Introduzione

Gli alimentatori medicali svolgono un ruolo estremamente importante per i dispositivi utilizzati nelle attività terapeutiche, diagnostiche e di monitoraggio dei pazienti. Essi devono soddisfare le crescenti esigenze dei servizi sanitari avanzati, nonché le norme di sicurezza. I progettisti di alimentatori medicali e gli ingegneri sono consapevoli dell’arduo processo che essi devono affrontare durante la progettazione di questi dispositivi. Devono costantemente tenere d’occhio, anche, le nuove tecnologie assieme alle continue modifiche degli standard medici. In altre parole, un alimentatore medicale deve soddisfare e superare i più severi requisiti. Per l’elevato rischio nell’utilizzo dei dispositivi medicali, le apparecchiature elettroniche e i convertitori di energia corrispondenti devono essere conformi a standard di sicurezza molto elevati e di affidabilità.

L’alimentatore medicale

E’ un dispositivo che ha il compito di fornire energia. Esso deve possedere caratteristiche che devono soddisfare gli standard necessari per un uso medico, in ospedale o in abitazione (vedi in figura 1). Per i relativi utilizzi sono richiesti standard di sicurezza più elevati e minori interferenze elettromagnetiche, che garantiscono una conformità EMC. A seconda se un dispositivo entra in contatto diretto e fisico col paziente o meno, si possono avere diverse classificazioni:

  • se i dispositivi elettronici non entrano in contatto diretto con il paziente e vengono gestiti solo da operatori qualificati, essi sono classificati nella categoria MOOP (means of operator protection). In tal modo devono soddisfare solo gli standard ITE 60950-1 e 62368-1 per la conformità di laboratorio;
  • se esiste, invece, un contatto fisico diretto tra il dispositivo e il paziente, allora il prodotto rientra nella categoria MOPP (means of patient protection). e deve soddisfare standard di sicurezza estremamente rigorosi, soprattutto per quanto riguarda l’isolamento.

Per proteggere i pazienti da scosse elettriche, gli apparecchi devono essere dotati di almeno due barriere isolanti separate. Minore è la distanza tra il dispositivo e il paziente e minore deve essere la corrente di dispersione consentita. I dispositivi vengono, quindi, classificati in base alla tipologia di contatto con il paziente. L’utilizzo dei converter, oggi, è un passo obbligato per la progettazione degli alimentatori medicali. La loro scelta riveste un aspetto estremamente importante. A tale scopo occorre stabilire la tensione di lavoro, per la quale il mercato mette a disposizione tantissimi modelli. Se il converter è collegato alla tensione di rete, ovviamente dovrà essere utilizzato un modello AC-DC. Se, invece, l’esigenza è quella di alzare o abbassare la tensione, in dipendenza del particolare dispositivo utilizzato, allora si deve optare per un modello DC-DC.

alimentatore medicale RECOM
Figura 1: un alimentatore medicale RECOM

Isolamento: una parola d’ordine per gli alimentatori di dispositivi elettromedicali

Sono molti i motivi per cui si dovrebbe utilizzare un convertitore DC/DC. Tuttavia le applicazioni più comuni prevedono i seguenti impieghi:

  • per utilizzare dispositivi con alimentazione diversificata (ad esempio carichi che funzionano a 12 V, a 24 V e 48 V). In questi casi è indispensabile generare uscite con tensione più alta, più bassa o di polarità opposta;
  • per isolare il circuito primario dal secondario. Questa è la motivazione fondamentale, soprattutto per i motivi di sicurezza del paziente o degli operatori al macchinario. L’isolamento elimina o riduce anche le interferenze elettromagnetiche che possono disturbare le apparecchiature e i circuiti;
  • per rendere l’alimentatore medicale molto più semplice da un punto di vista circuitale. Basti pensare che un alimentatore può disporre di diverse tensioni, tutte indipendenti tra di loro ma in un unico circuito elettronico. La semplificazione elettrica porta indubbiamente a svariati vantaggi come, ad esempio, l’ovvia riduzione dei costi complessivi, un minor ingombro dei componenti elettronici, con un peso del sistema dimezzato e una grande affidabilità ed efficienza del dispositivo stesso.

Il rapporto di conversione nei convertitori DC/DC

Il rapporto di trasformazione si riferisce alla tipologia di modifica quantitativa della tensione in ingresso. Ad esempio, un convertitore DC/DC con ingresso di 24 V e con rapporto 1:1 è specifico per una tensione di 24 V +/- 10% (da 21,6 V a 26,4 V). Un convertitore DC/DC con ingresso 24 V con rapporto 2:1 è specifico per un intervallo di tensione di 18 V–36 V e un convertitore DC/DC di 24 V con rapporto 4:1 è specifico per una gamma di tensione di 9 V-36 V. Le soluzioni RECOM prevedono ottimi convertitori per applicazioni medicali. Per esempio, la serie REM30 (vedi in figura 2), in contenitore 2″x1″, offre uscite singole e doppie regolate con precisione, con bassa ondulazione in uscita. Le uscite sono, inoltre, protette da cortocircuito e da sovraccarico. I convertitori sono certificati secondo gli standard CB, IEC/EN e ANSI/AAMI e portano il marchio UL. Ecco alcune caratteristiche salienti:

  • modalità di conversione DC/DC
  • potenza 30 W
  • isolamento 5 kV
  • contenitore THT
  • misure 2″ x 1″
  • lunghezza 50.8 mm
  • larghezza 25.4 mm
  • altezza 10.2 mm
  • certificazioni CB, EN 60601-1-2, UL 60601-1, UL 60950-1, UL 62368-1
  • temperatura minima operativa -40° C
  • temperatura massima operativa 105° C
  • protezioni OLP, OTP, OVP, SCP
  • direttive REACH, RoHS 2+ (10/10)
  • garanzia 5 anni
convertitore RECOM serie REM30-W
Figura 2: il convertitore RECOM serie REM30-W

Conclusioni

Quello dell’alimentatore per i dispositivi elettromedicali è una scelta estremamente importante, probabilmente ancor di più dell’apparecchiatura stessa. La sicurezza del paziente deve essere sempre messa in primo piano, e la RECOM fa di questo fattore il proprio punto di forza.

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Redazione Fare Elettronica