Comprensión de las fuentes de alimentación AC-DC para aplicaciones médicas
Seleccionar la fuente de alimentación adecuada para equipos médicos puede ser desalentador, ya que es fundamental elegir una opción debidamente calificada. Este artículo tiene como objetivo aclarar algunas de las confusiones, ofreciendo una visión general concisa de la terminología clave y los factores importantes a considerar al tratar con fuentes de alimentación médicas.
Productos de Murata para aplicaciones médicas
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¿Qué es una fuente de alimentación AC-DC con clasificación médica?
Una fuente de alimentación AC-DC calificada para uso médico es aquella que ha sido evaluada y certificada según los últimos estándares médicos, como IEC 60601-1. Este estándar incluye requisitos específicos para "Medios de Protección (MOP)," especialmente en cuanto a la seguridad del paciente. Las principales protecciones son:
MOOP (Medios de Protección del Operador)
MOPP (Medios de Protección del Paciente)
Diagrama de aislamiento de una fuente de alimentación con clasificación médica de Murata Power Solutions (MPS)
Figura 1
La Figura 1 ilustra un Diagrama de Aislamiento de una fuente de alimentación con calificación médica de Murata Power Solutions (MPS), destacando los diferentes niveles y tipos de protección en varias áreas:
Área “A” = 1 x MOOP
Área "B" = 1 x MOPP
Área “C” = 2 x MOPP
Área "D" = 1 x MOPP
Área “E” = 1 x MOPP
Área “F” = 1 x MOPP
Esta consideración es crucial en la aplicación final del sistema. Si la salida de la fuente de alimentación se conecta al paciente sin aislamiento de 1MOPP de la fuente de alimentación, puede llevar a una posible no conformidad a nivel del sistema.
Los usuarios finales pueden estar seguros de que el MOP incorporado en cualquier fuente de alimentación aprobada médicamente de Murata Power Solutions (MPS) ha sido evaluado por una agencia de seguridad acreditada independiente. Esto asegura una preocupación menos para el usuario final. Sin embargo, sigue siendo necesario determinar qué nivel de MOP es adecuado para la aplicación prevista.
La Figura 2 (extraída de IEC60601-1 Ed 3) presenta el proceso de toma de decisiones en un formato de diagrama de flujo, guiando la evaluación y determinación del tipo de protección (MOP) requerida para cualquier aplicación de equipo médico:
Diagrama de flujo del proceso de toma de decisiones, guiando el tipo de protección (MOP) requerida para cualquier aplicación de equipo médico
Figura 2
La primera casilla de decisión aborda la "PARTE APLICADA"; ¿qué significa esto exactamente? Una Parte Aplicada es un componente que puede entrar en contacto con el paciente. Esta es una decisión crucial para el usuario final, basada en los siguientes tres Tipos de Partes Aplicadas frente a la aplicación prevista:
Tipo B (Cuerpo): Este tipo puede estar en contacto con el cuerpo del paciente y puede estar conectado a tierra. El riesgo asociado es una corriente de fuga excesiva en el paciente. Ejemplos incluyen iluminación LED, láseres médicos, escáneres corporales de MRI/CT, camas de hospital y equipos de fototerapia.
Tipo BF (Cuerpo Flotante): Este tipo también contacta el cuerpo del paciente, pero el paciente no está directamente conectado a tierra, por lo tanto, se considera "flotante" respecto a la tierra. El riesgo aquí también es un exceso de corriente de fuga en el paciente. Los ejemplos incluyen monitores de presión arterial, incubadoras y equipos de ultrasonido.
Tipo CF (Cardiac Floating): Este tipo es para equipos destinados a aplicaciones cardíacas directas (o en el torrente sanguíneo), que requieren límites extremadamente bajos de corriente de fuga del paciente. Ejemplos incluyen equipos de diálisis y quirúrgicos.
Tenga en cuenta que las fuentes de alimentación no son equipos médicos ni partes aplicadas y no deben conectarse directamente a un paciente. Si ninguno de estos tipos aplica, la aplicación prevista no necesariamente requiere una fuente de alimentación clasificada para partes aplicadas, aunque aún podría necesitarse algún tipo de certificación médica.
Una vez tomada esta decisión, se puede llevar a cabo una investigación sobre productos adecuados para cumplir con los requisitos operativos de la aplicación prevista y el nivel apropiado de MOP.
Corrientes de fuga y cómo influyen en la selección de la fuente de alimentación
Las corrientes de fuga son otro parámetro a menudo confuso. IEC 60601-1 Ed 3 define tres tipos principales de corriente de fuga:
Corriente de fuga a tierra
Corriente de la caja (tacto)
Corriente de fuga del paciente
La corriente de fuga (no deseada) puede ser CA, CC o una combinación de ambas, originándose del lado de entrada (fuente CA) y/o del lado de salida de la fuente de alimentación.
Corriente de fuga a tierra
La Figura 3 ilustra la corriente que fluye desde la fuente de entrada de CA, generalmente a través de la capacitancia dentro de la fuente de alimentación, a través del conductor de tierra (Tierra de Protección). Esta capacitancia puede ser tanto parasitaria (indeseada) como intencionalmente colocada entre las conexiones de la fuente de CA (vivo y neutro) a tierra para reducir las emisiones EMI.
No hay riesgo si la conexión a tierra es sólida, ya que no puede fluir corriente a través del paciente/operador hacia tierra, incluso si están en contacto directo con el recinto. En condiciones normales, la corriente permitida es de 5mA, y para Condiciones de Fallo Único (SFC), se permite que sea de 10mA.
La Figura 3 también muestra la posición de los condensadores EMI "Y" en una fuente de alimentación de marco abierto Murata Power Solutions PQC250.
La corriente que fluye desde la fuente de entrada de CA a través del conductor de tierra
Figura 3
Corriente de fuga del recinto (táctil)
La Figura 4 ilustra la corriente que fluiría si el paciente (o el operador) estuviera conectado a tierra y en contacto directo con la carcasa. En condiciones normales, la corriente permitida es muy baja a 100 μA, y para Condiciones de Fallo Único (SFC), se permite que sea de hasta 500 μA.
La corriente que fluiría si el paciente (o el operador) estuviera conectado a tierra y en contacto directo con la cubierta
Figura 4
Corriente de fuga al paciente
La Figura 5 muestra la corriente que fluye entre un equipo médico y a través del paciente hacia tierra. Bajo condiciones normales (NC), la corriente permitida es 100μA. Bajo condiciones de falla simple (SFC), esta corriente permitida aumenta a 500μA.
La corriente que fluye entre un equipo médico y a través del paciente hacia la tierra
Figura 5
La corriente de fuga también puede fluir desde otra fuente, es decir, otro equipo médico conectado al paciente, hacia tierra (como se muestra en la Figura 6).
La corriente de fuga también puede fluir desde otra fuente conectada al paciente hacia tierra
Figura 6
Hay una cuarta corriente de fuga mencionada en IEC 60601 Ed 3, sin embargo, esto está fuera del alcance de este resumen.
Toma de tierra: Equipos de Clase I y Clase II
En IEC 60601-1 Ed 3, el equipo de Clase I y de Clase II se define en términos de protección contra descargas eléctricas. Clase I: El equipo en esta clase está diseñado para tener una conexión de Tierra de Protección (PE). El sistema de aislamiento entre los componentes primarios y todas las partes metálicas o internas metálicas es básico. Esto significa que debe haber una conexión de PE en la carcasa metálica del equipo. Los dispositivos destinados a la conexión de Clase I a la red eléctrica suelen tener tres terminales de conector, uno de los cuales está designado como el contacto de PE (consulte la Figura 7).
Clase II: El equipo de esta clase no está diseñado para tener una conexión PE. Por lo tanto, el aislamiento entre los componentes primarios y todas las partes metálicas o internas metálicas debe ser doble o reforzado. Los dispositivos destinados a la conexión de Clase II a la red eléctrica generalmente tienen un conector de dos terminales (ver Figura 8). Sin embargo, puede utilizarse un conector de tres terminales para fines de puesta a tierra relacionados con EMI, pero esto no se considera un contacto PE.
El equipo de Clase II generalmente tiene una carcasa no conductiva (plástico). Las carcasas metálicas son permisibles para los productos de Clase II siempre que ofrezcan doble aislamiento (2xMOOP) desde el primario hasta PE/Tierra y al usuario final.
En última instancia, el usuario final debe determinar la clase de aislamiento requerida basándose en:
Si la carcasa es conductiva (metal).
Si una conexión PE está disponible; en tales casos, seleccionar una fuente de alimentación con un conector apropiado es crucial.
Ejemplos de productos de Murata Power Solutions para la implementación de Clase I
PQU650M-xxP: Conector de tres pines con PE integral
Figura 7
Serie PQC250: Conector de dos pines con terminal PE separado
Figura 8
Resumen
Este artículo ha proporcionado una visión general de las consideraciones comunes al seleccionar una fuente de alimentación adecuada para aplicaciones médicas. Comienza con una revisión de los Medios de Protección tanto para pacientes como para operadores, enfatizando su impacto en la selección de la fuente de alimentación para diferentes tipos de equipos médicos.
Después de determinar la clasificación del equipo como una "Parte Aplicada," el artículo destaca que, aunque los suministros de energía en sí mismos no son Partes Aplicadas, influyen significativamente en el despliegue del equipo médico.
La corriente de fuga se destaca como un parámetro crítico que influye en la elección de la fuente de alimentación, con un examen detallado de sus tipos e implicaciones para el equipo médico.
Por último, se exploran las consideraciones de puesta a tierra en relación con la selección de la fuente de alimentación.
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