医療機器のセキュリティを解除：内視鏡技術を向上させるAC/DC電源とDC/DCパワーコンバータ

内視鏡技術の複雑さを克服するには、大きな課題が伴います。 侵襲的器具である内視鏡は、照明からモーターやカメラへの電力供給に至るまで、さまざまな電気的ニーズを満たしながら、厳しい漏れ電流要件を満たさなければなりません。 これらの複雑さに対処するために、P-DUKE は Type CF の要件を満たすようにカスタマイズされた包括的な DC/DC パワーコンバータ製品を提供し、漏れ電流が 10μA 未満に抑えられるようにします。

医療機器の電気的安全性は、基本的に次の 2 つの保護手段によって保証されます:

1. 高く危険な AC または DC 電圧と、患者に接続されている電子機器の低供給電圧との間の絶縁バリア。 このトピックは、患者モニターのケーススタディで取り上げられています。
2. 患者の体内を流れる可能性のある漏れ電流は制限されています。 産業用および家庭用アプリケーションでは最大 30mA の漏れ電流が許可されていますが、医療用アプリケーションの制限は大幅に低くなります。 医療基準では 3 つのカテゴリが定義されています。

Type B (body) – 患者との接続がない装着部分
Type BF (body floating) – 患者接続部を備えた装着部
Type CF (cardiac floating) – 患者接続部を備えた適用部分であり、心臓用途に適しています

通常の動作条件では、漏れ電流は次の制限を超えてはなりません。

漏れ電流の主な原因は、AC/DC 電源の一次側で使用される EMI フィルタです。 P-DUKE には、タイプ BF アプリケーション (患者との接触) の 100μA 漏れ電流要件を満たす EMI クラス B フィルタを内蔵した AC/DC 電源が多数あります (図 1 を参照)。 ただし、AC/DC電源だけでCFアプリケーションの10µA制限を満たすには、非常に大きなEMIフィルタが必要になります。

Figure 1: potential applications for AC/DC and DC/DC converters.

したがって、AC/DC 電源とダウンストリームの CF 準拠 DC/DC コンバータの組み合わせが使用されます。 実際の例を見てみましょう。

現在、医療用内視鏡は診断だけでなく、微小侵襲手術にも使用されており、最新の光学、モーター、ソフトウェア技術、高精度機構が組み込まれています。 これらの機器は人体内で使用されるため、心臓に接近して血流と接触する可能性があります。 したがって、CF タイプのアプリケーションの漏れ電流制限 10µA を満たす必要があります。

この顧客は、LED 光源、内視鏡ヘッドに組み込まれたカメラ、および小型モーターによってヘッドの動きが制御される、小型のビデオ内視鏡を設計したいと考えていました。

P-DUKE の包括的な電源ソリューションは、医療用内視鏡用の効率的な電源ソリューションの作成をどのように促進しますか?

このシステムは、マイクロプロセッサを備えた中央処理装置、外部ビデオ処理装置へのインターフェース、病院情報システム、およびオプションの外部記憶装置で構成されます。 総消費電力は約26Wです。

内視鏡には、LED とカメラ用に 5V/20W の電源が必要で、ボーデン ケーブルを介してヘッドを動かす小型モーター用に 12V/5W の電源が必要です。

システムの総消費電力は 44W の範囲内です。 P-DUKE の包括的なコンバーター セットを使用すると、非常に柔軟なソリューションを簡単に作成できます (図 2 を参照)

Figure 2: Block diagram endoscope power solution

AC 主電源から 65W MAD65 医療用 AC/DC 電源が 12V バス電圧を生成します。 EMIクラスBフィルタが内蔵されており、4000Vac強化絶縁および2xMOPPの医療要件を満たしているため、プラグアンドプレイのソリューションです。

P-DUKE には、15W から最大 450W までの非常に包括的な AC/DC 電源セットが用意されています。 すべての製品は 2xMOPP に準拠しており、最新の医療安全承認 EN60601-1 ED3.2 に更新されています。

電子機器用のさまざまな供給電圧は、P-DUKE の下流の医療用 DC/DC コンバータによって生成されました。 漏れ電流は10µA制限をはるかに下回っており、すべてCFに準拠しています。

マイクロプロセッサには 5V/20W モジュールが使用され、追加の 5/10W コンバータによってすべてのインターフェイスが内部システムから分離されます。

マイクロプロセッサーと同じ 5V/20W モジュールを使用して内視鏡の LED とカメラに電力を供給し、12V/5W コンバーターがモーターを駆動します。 3.3V 電源が必要な場合は、小型の追加コンバータで簡単に生成できます。

P-DUKE の医療用コンバータの包括的なセットにより、必要な安全要件をすべて満たす非常に柔軟なソリューションの設計が容易になりました。

再設計のため、お客様は MAD65 AC/DC 電源を新しい MAD50 50W シリーズに置き換えることを検討しています。 設置面積 (3 インチ x 1.5 インチ) は MAD65 (3 インチ x 2 インチ) よりも 25% 小さく、追加機能のためのスペースを確保できます。