一、醫(yī)療電子電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

由于醫(yī)療設(shè)備高度依賴復(fù)雜的電子系統(tǒng)，因此也面臨著電子電路普遍存在的各類問題，例如元件損耗、電氣噪音干擾以及環(huán)境應(yīng)力影響等。此外，醫(yī)療設(shè)備還需應(yīng)對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域特有的挑戰(zhàn)，如遵守嚴(yán)格的醫(yī)療設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，符合 IEC60601及其他醫(yī)療安全標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備滅菌需求，以及在關(guān)乎生命的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)設(shè)備持續(xù)可靠性的高要求。

1、電氣挑戰(zhàn)

將電源系統(tǒng)集成到醫(yī)療設(shè)備中，會(huì)帶來通用電子設(shè)備中不存在的獨(dú)特電氣挑戰(zhàn)。高可靠性與持續(xù)可用性至關(guān)重要，許多醫(yī)療設(shè)備需 24 小時(shí)不間斷運(yùn)行，無法承受意外停機(jī)，尤其是在一些生命支持類或關(guān)鍵任務(wù)型醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景中。對(duì)于生命關(guān)鍵型應(yīng)用，備用電源至關(guān)重要，這需要瞬時(shí)切換到電池或不間斷電源(UPS)以防止運(yùn)行中斷。

此外，電源系統(tǒng)必須產(chǎn)生極低的噪音并將電磁干擾(EMI)降至最低，以確保精密的監(jiān)護(hù)設(shè)備能正常工作。醫(yī)療設(shè)備電源必須符合全球安全、電磁兼容性(EMC)和性能要求，能適應(yīng)各種輸入電壓。

2、機(jī)械挑戰(zhàn)

為了在有限的內(nèi)部空間確保電源設(shè)計(jì)緊湊且堅(jiān)固，同時(shí)不能影響性能或安全性，醫(yī)療設(shè)備電源系統(tǒng)還要面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)。在便攜式和可穿戴醫(yī)療設(shè)備中，減輕重量對(duì)于提高可用性、減少疲勞以及保障患者的行動(dòng)能力至關(guān)重要。因此電源系統(tǒng)小型化是必然趨勢(shì)。

而散熱管理是另一個(gè)需要關(guān)鍵考量的因素，因?yàn)樾⌒屯鈿た赡軙?huì)積聚熱量，這些熱量必須安全散發(fā)，同時(shí)不能增加噪音、導(dǎo)致組件故障的風(fēng)險(xiǎn)或?qū)е禄颊卟贿m。

3、環(huán)境挑戰(zhàn)

醫(yī)療設(shè)備中的電源系統(tǒng)必須能在各種環(huán)境條件下可靠運(yùn)行。包括對(duì)不同溫度和濕度的耐受性，這些因素會(huì)影響設(shè)備的性能和組件的使用壽命。對(duì)于移動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)部署或應(yīng)急使用的設(shè)備，抗振動(dòng)、抗機(jī)械沖擊以及抗操作沖擊的能力同樣必不可少，這樣才能保證穩(wěn)定的電力供應(yīng)并防止內(nèi)部損壞。

4、安全標(biāo)準(zhǔn)

醫(yī)療電源必須符合IEC 60601-1等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了醫(yī)用電氣設(shè)備的一般安全和基本性能要求，涵蓋了許多電氣方面的挑戰(zhàn)，包括隔離、漏電流限制和容錯(cuò)能力，同時(shí)也對(duì)機(jī)械完整性和環(huán)境耐久性提出了要求。諸如IEC 60601-1-2之類的配套標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)電磁兼容性(EMC)做了相關(guān)要求，確保設(shè)備能可靠運(yùn)行，既不產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，也不受其影響。

二、電感器在醫(yī)療電源中的主要應(yīng)用及需求

電感器在醫(yī)療電子設(shè)備中發(fā)揮著至關(guān)重要的角色，其中，電源管理是電感器最基礎(chǔ)也最重要的應(yīng)用。其應(yīng)用主要如下：

1、開關(guān)電源和DC-DC轉(zhuǎn)換器：電感是開關(guān)電源的核心元件，與開關(guān)管和電容配合，用于儲(chǔ)能、濾波和電壓轉(zhuǎn)換。無論是大型成像設(shè)備（如CT、MRI）的主電源，還是便攜式設(shè)備（如監(jiān)護(hù)儀、輸液泵）的電池管理電路，都離不開功率電感。它們能高效地將交流電轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的各類直流電壓，或進(jìn)行直流電壓的升降壓轉(zhuǎn)換。

醫(yī)療設(shè)備電源應(yīng)用原理圖

2、噪聲濾波與電磁兼容：醫(yī)療設(shè)備對(duì)電磁干擾（EMI）非常敏感，同時(shí)設(shè)備自身產(chǎn)生的噪聲也不能干擾其他設(shè)備。磁珠和共模電感被廣泛用于電源輸入端和關(guān)鍵電路節(jié)點(diǎn)，濾除高頻噪聲，確保設(shè)備符合嚴(yán)格的電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 60601-1-2）。

由于應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性，應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備電源中的電感器比普通消費(fèi)級(jí)電感有更高電氣性能要求，其需求主要體現(xiàn)在以下方面：

? 高可靠性：醫(yī)療設(shè)備關(guān)乎生命安全，必須確保在設(shè)備壽命期內(nèi)穩(wěn)定工作，要求故障率極低。

? 低噪聲：低噪音設(shè)計(jì)，防止電源噪聲干擾內(nèi)部敏感的模擬電路（如心電圖、腦電圖放大器等）

? 高效率：采用低損耗磁芯材料，減少電感損耗和發(fā)熱，尤其對(duì)植入式和便攜式設(shè)備至關(guān)重要，可延長(zhǎng)電池續(xù)航。

? 磁屏蔽結(jié)構(gòu)：使用磁屏蔽結(jié)構(gòu)電感，防止醫(yī)療設(shè)備中各類元器件磁場(chǎng)泄露，避免干擾周邊電路或設(shè)備。

? 符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)：電感器（尤其是隔離變壓器）需要符合醫(yī)療安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，確保足夠的爬電距離和電氣間隙。

總而言之，電感器是醫(yī)療設(shè)備電源系統(tǒng)的“心臟”和“凈化器”，既負(fù)責(zé)高效的能量轉(zhuǎn)換，又確保電源的純凈和安全，是滿足醫(yī)療設(shè)備高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求不可或缺的核心元件。

三、醫(yī)療電子電源電感解決方案

如上所述，電感器在醫(yī)療電源系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，需滿足醫(yī)療電源設(shè)備的高要求，因此在進(jìn)行產(chǎn)品選型的時(shí)候，需要考慮其高可靠性、低噪聲、高效率及抗EMI性能等。

科達(dá)嘉電子作為行業(yè)領(lǐng)先的磁性元件技術(shù)供應(yīng)商，20多年專注于磁芯材料的研發(fā)、線圈和電感的設(shè)計(jì)優(yōu)化，并與醫(yī)療電源工程師緊密合作，為醫(yī)療電子領(lǐng)域提供高價(jià)值的產(chǎn)品，為客戶選擇正確的磁性元件提供技術(shù)支持。科達(dá)嘉自主研發(fā)制造了大電流電感、一體成型電感、共模電感多個(gè)系列的電感產(chǎn)品，且已被廣泛應(yīng)用于超聲波檢測(cè)儀、血液分析儀、呼吸機(jī)、血壓儀、康復(fù)機(jī)器人等醫(yī)療設(shè)備及部件中。