如何设计具有隔离效果和安全性的医疗设备

使用交流电源的医疗设备可能会由于不正确的接地和电气隔离而导致泄漏,从而使患者和医护人员面临危险。

同时,泄漏也可能影响附近其他医疗设备的性能。

对于医疗设备,EMC是非常重要的条件。

从2005年11月开始,医疗设备必须遵循国际电工委员会(IEC)的IEC 60601-1-2:2001 EMC标准。

医疗设备的数字数据传输部分可以通过光耦合器或变压器将易受影响的电路或人员与高压环境隔离。

过去,光耦合器技术仅支持有限的数据传输速率,这导致了变压器隔离方法的广泛使用。

应用,但是这种方法需要更多的电路板空间,同时增加了设计的复杂性。

目前,这种情况已逐渐改变。

光耦合器的良好协调设计可以为医疗设备提供有效的隔离和防泄漏效果。

增强的电气隔离不同于传统的功能隔离。

加强绝缘不仅可以提供电击保护,还可以确保发生故障时设计的安全性,即当系统停止或出现故障时,它可以自动将系统程序和设备保持在安全状态,此功能对于医疗设备(例如ECG心电图系统(图1)或电击设备(图2)等)非常重要。

光耦合器提供的增强隔离效果已通过国际标准IEC / EN / DIN EN 60747-5 -2认证。

为了符合IEC-60601-1的隔离要求,光耦合器本身必须具有UL 1577或IEC 60747-5-2认证,并且还必须满足设备边缘间距,外部空间间距和测试电压的要求(主要是基于接口的绝缘性(取决于级别)。

这些认证将爬电距离定义为两个电绝缘导体之间物理介质的最短表面距离,而外部空间距离是整个大气或可见范围内两个电绝缘导体之间的最短距离。

在需要加强隔离的应用(例如高于50V rms,71V峰值或DC)中工作时,绝缘穿透距离(DTI,通过IsolaTIon的距离,隔离设备(例如光电耦合器或光隔离器)中导体之间的内部间距) LED和检测器之间的距离,请参见图3)至少应为0.4mm。

为了描述医疗设备的典型规范要求,表1总结了IEC 60601-1的内容,表2是满足IEC 60601隔离要求的光耦合器规范。

Type1仅要求标准隔离要求,并且可在70V以下工作。

第2类设备用于在高于70V的电压下工作的设备,因此它们需要增强的隔离度或类似的保护级别。

为了符合IEC 60601-1-2中的EMC要求(请参阅表3),医疗设备必须不受其他信号源的静电放电(ESD),附近传输的信号和射频干扰(RFI)的影响,和电源干扰。

此外,如果设备操作不当,则设备发出的信号(传导或辐射)也可能会干扰其他符合规格的通信源或设备,因此必须将其保持在最低水平(请参见表4)。

该设备必须具有8 kV空气放电和6 kV接触放电ESD保护,并且必须不受80 MHz至2.5 GHz的干扰以及在非生命支持系统上的3 V / m射频电磁信号干扰,或救生系统设备要求的10V / m干扰,这些测试是最基本的性能要求,因此不会出现设备故障,可编程参数更改,重置为出厂预测值,工作模式更改或诸如此类的情况。

出现错误警告。

正确设计的光耦合器比其他隔离设备(例如,变压器)具有更高的EMI电阻。

原因是光耦合器通过LED光学器件和光电二极管之间的光辐射传输信号。

光耦合器的测试还表明,它们可以承受高达11 kV的ESD电压,并且光耦合器可以有效地传输目标差模信号并屏蔽不想要的共模电流和引起接地电压偏移的接地环路电流。

通常,当前市场上的光耦合器可以满足IEC 60601-1定义的通用医疗安全标准的要求。

此外,光耦合器还可以提供出色的EMI,而不会发出电磁波。

这正是当前医学上重要的