Comprendre les alimentations AC-DC pour les applications médicales
Choisir la bonne alimentation électrique pour les équipements médicaux peut être intimidant, car il est crucial de choisir une option correctement qualifiée. Cet article vise à dissiper certaines confusions, en offrant un aperçu concis des termes clés et des facteurs importants à considérer lors de l'utilisation d'alimentations électriques médicales.
Produits Murata pour applications médicales
Les changements environnementaux entourant les soins de santé affectent les appareils de santé personnels utilisés pour la gestion quotidienne de la santé, ces produits devenant plus compacts et capables de se connecter au cloud. Découvrez comment les produits Murata contribuent à :
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Qu'est-ce qu'une alimentation AC-DC certifiée pour usage médical ?
Une alimentation électrique AC-DC à usage médical est celle qui a été évaluée et certifiée selon les dernières normes médicales, telles que l'IEC 60601-1. Cette norme inclut des exigences spécifiques pour les "moyens de protection (MOP)," en particulier concernant la sécurité du patient. Les protections clés sont :
- MOOP (Moyens de protection de l'opérateur)
- MOPP (Moyens de protection des patients)
Diagramme d'isolation d'une alimentation électrique homologuée médicale de Murata Power Solutions (MPS)
Figure 1
La figure 1 illustre un schéma d'isolation d'une alimentation électrique à usage médical de Murata Power Solutions (MPS), mettant en évidence les différents niveaux et types de protection dans diverses zones :
- Zone “A” = 1 x MOOP
- Zone « B » = 1 x MOPP
- Zone “C” = 2 x MOPP
- Zone “D” = 1 x MOPP
- Zone “E” = 1 x MOPP
- Zone “F” = 1 x MOPP
Cette considération est cruciale dans l'application finale du système. Si la sortie de l'alimentation électrique est connectée au patient sans isolation 1MOPP de l'alimentation, cela peut entraîner une non-conformité potentielle au niveau du système.
Les utilisateurs finaux peuvent être assurés que le MOP intégré à toute alimentation électrique Murata Power Solutions (MPS) approuvée médicalement a été évalué par un organisme de sécurité tiers accrédité. Cela réduit les préoccupations pour l'utilisateur final. Cependant, il reste nécessaire de déterminer quel niveau de MOP est adapté pour l'application prévue.
La figure 2 (extrait de IEC60601-1 Ed 3) présente le processus de prise de décision sous forme d'organigramme, guidant l'évaluation et la détermination du type de protection (MOP) nécessaire pour toute application d'équipement médical :
Organigramme du processus de prise de décision, guidant le type de protection (MOP) requis pour toute application d'équipement médical
Figure 2
La première case de décision traite de la "PARTIE APPLIQUÉE"; qu'est-ce que cela signifie exactement ? Une Partie Appliquée est un composant qui peut entrer en contact avec le patient. C'est une décision cruciale pour l'utilisateur final, basée sur les trois Types de Parties Appliquées suivants par rapport à l'application prévue :
- Type B (Corps) : Ce type peut être en contact avec le corps du patient et peut être relié à la terre. Le risque associé est un courant de fuite excessif pour le patient. Les exemples incluent l'éclairage LED, les lasers médicaux, les scanners corporels IRM/CT, les lits d'hôpital, et les équipements de photothérapie.
- Type BF (Body Floating) : Ce type entre également en contact avec le corps du patient, mais le patient n'est pas directement connecté à la terre, il est donc considéré comme « flottant » par rapport à la terre. Le risque ici est également un courant de fuite patient excessif. Les exemples incluent les moniteurs de pression artérielle, les incubateurs et les appareils à ultrasons.
- Type CF (Cardiac Floating): Ce type est destiné aux équipements conçus pour une application cardiaque directe (ou dans la circulation sanguine), nécessitant des limites extrêmement basses de courant de fuite pour le patient. Les exemples incluent les équipements de dialyse et de chirurgie.
Notez que les alimentations ne sont pas des équipements médicaux ou des parties appliquées et ne doivent pas être directement connectées à un patient. Si aucun de ces types ne s'applique, l'application prévue ne nécessite pas nécessairement une alimentation avec une évaluation de Partie Appliquée, bien qu'une certaine forme de certification médicale puisse encore être nécessaire.
Une fois cette décision prise, des recherches sur les produits adaptés peuvent être menées pour répondre à la fois aux exigences opérationnelles de l'application prévue et au niveau approprié de MOP.
Courants de fuite et leur influence sur le choix de l'alimentation électrique
Les courants de fuite sont un autre paramètre souvent déroutant. IEC 60601-1 Ed 3 définit trois principaux types de courant de fuite :
- Courant de fuite à la terre
- Courant de l'enceinte (tactile)
- Courant de fuite du patient
Le courant de fuite (indésirable) peut être CA, CC ou une combinaison des deux, provenant de l'entrée (côté source CA) et/ou du côté sortie de l'alimentation.
Courant de fuite à la terre
La figure 3 illustre le courant qui circule depuis la source d'entrée AC, généralement via la capacité à l'intérieur de l'alimentation électrique, à travers le conducteur de terre (Terre de protection). Cette capacité peut être à la fois parasite (indésirable) et intentionnelle, placée entre les connexions de la source AC (phase et neutre) et la terre pour réduire les émissions EMI.
Il n'y a aucun risque si la connexion à la terre est solide, car aucun courant ne peut circuler à travers le patient/opérateur vers la terre, même s'ils sont directement en contact avec le boîtier. Dans des conditions normales, le courant autorisé est de 5 mA, et pour les conditions de défaut unique (SFC), il est autorisé à être de 10 mA.
La figure 3 montre également la position des condensateurs EMI "Y" sur une alimentation à cadre ouvert Murata Power Solutions PQC250.
Le courant qui circule de la source d'entrée CA à travers le conducteur de terre
Figure 3
Courant de fuite de l'enceinte (tactile)
La Figure 4 illustre le courant qui circulerait si le patient (ou l'opérateur) était relié à la terre et en contact direct avec l'enveloppe. Dans des conditions normales, le courant autorisé est très faible, à 100μA, et pour les conditions de défaut unique (SFC), il est autorisé à atteindre jusqu'à 500μA.
Le courant qui circulerait si le patient (ou l'opérateur) était connecté à la terre et en contact direct avec le boîtier
Figure 4
Courant de fuite patient
La Figure 5 illustre le courant circulant entre un équipement médical et à travers le patient vers la terre. Dans des conditions normales (NC), le courant admissible est de 100 μA. En conditions de premier défaut (SFC), ce courant admissible augmente à 500 μA.
Le courant circulant entre un appareil médical et traversant le patient jusqu'à la terre
Figure 5
Un courant de fuite peut également provenir d'une autre source, c'est-à-dire d'un autre appareil médical, connecté au patient, vers la terre (comme indiqué dans la figure 6).
Le courant de fuite peut également provenir d'une autre source connectée au patient vers la terre
Figure 6
Il existe un quatrième courant de fuite mentionné dans la norme IEC 60601 Ed 3, cependant, cela ne relève pas du cadre de ce bref.
Mise à la terre : Équipements de classe I et de classe II
Dans IEC 60601-1 Ed 3, les équipements de Classe I et de Classe II sont définis en termes de protection contre les chocs électriques. Classe I : Les équipements de cette classe sont conçus pour avoir une connexion à la Terre de Protection (PE). Le système d'isolation entre les composants primaires et toutes les pièces métalliques ou internes est basique. Cela signifie qu'il doit y avoir une connexion PE sur l'enceinte métallique de l'équipement. Les dispositifs destinés à une connexion de Classe I aux services publics comportent généralement trois bornes de connecteur, dont une est désignée comme contact PE (voir la Figure 7).
Classe II : L'équipement de cette classe n'est pas conçu pour avoir une connexion PE. Par conséquent, l'isolation entre les composants primaires et toutes les parties métalliques ou internes doit être double ou renforcée. Les dispositifs destinés à une connexion de classe II au réseau électrique possèdent généralement un connecteur à deux bornes (voir Figure 8). Cependant, un connecteur à trois bornes peut être utilisé à des fins de mise à la terre liées aux EMI, mais cela n'est pas considéré comme un contact PE.
Les équipements de Classe II ont généralement une enceinte non conductrice (plastique). Les boîtiers en métal sont autorisés pour les produits de Classe II à condition qu'ils offrent une double isolation (2xMOOP) entre la partie primaire et le PE/Terre et pour l'utilisateur final.
En fin de compte, l'utilisateur final doit déterminer la classe d'isolation requise en fonction de :
- Que le boîtier soit conducteur (métal).
- S'il y a une connexion PE disponible ; dans de tels cas, il est crucial de sélectionner une alimentation avec un connecteur approprié.
Exemples de produits Murata Power Solutions pour une mise en œuvre de classe I
PQU650M-xxP : Connecteur à trois broches avec PE intégré
Figure 7
PQC250 Series : Connecteur à deux broches avec borne PE séparée
Figure 8
Résumé
Cet article a fourni un aperçu des considérations courantes lors de la sélection d'une alimentation électrique appropriée pour les applications médicales. Il commence par une revue des Moyens de Protection pour les patients et les opérateurs, en mettant l'accent sur leur impact sur la sélection des alimentations pour différents types d'équipements médicaux.
Après avoir déterminé la classification de l'équipement en tant que "pièce appliquée", l'article souligne que bien que les alimentations électriques ne soient pas elles-mêmes des pièces appliquées, elles influencent de manière significative le déploiement des équipements médicaux.
Le courant de fuite est souligné comme un paramètre critique influençant le choix de l'alimentation électrique, avec un examen détaillé de ses types et de ses implications pour l'équipement médical.
Enfin, les considérations de mise à la terre sont explorées en relation avec le choix de l'alimentation électrique.
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