의료 응용 분야를 위한 AC-DC 전원 공급 장치 이해

의료 기기를 위한 적절한 전원 공급 장치를 선택하는 것은 어려운 일일 수 있으며, 적합하게 인증된 옵션을 선택하는 것이 중요합니다. 이 기사에서는 의료용 전원 공급 장치를 다룰 때 고려해야 할 주요 용어와 중요한 요소들에 대한 간결한 개요를 제공하여 혼란을 해소하는 데 목적이 있습니다.

의료 등급 AC-DC 전원 공급 장치는 IEC 60601-1과 같은 최신 의료 표준에 따라 평가 및 인증된 전원 공급 장치를 말합니다. 이 표준은 특히 환자의 안전과 관련하여 "보호 수단(MOP)"에 대한 특정 요구 사항을 포함합니다. 주요 보호 수단은 다음과 같습니다:

그림 1은 Murata Power Solutions(MPS) 의료용 전원 공급 장치의 절연 다이어그램을 보여주며, 다양한 영역에서의 보호 수준과 유형을 강조합니다:

이 고려 사항은 최종 시스템 응용에서 중요합니다. 전원 공급 장치 출력이 전원 공급 장치에서 1MOPP 격리가 없이 환자와 연결되는 경우, 잠재적인 시스템 수준 비준수로 이어질 수 있습니다.

최종 사용자는 의료용으로 승인된 Murata Power Solutions (MPS) 전원 공급 장치에 내장된 MOP이 제3자 공인 안전 기관에 의해 평가되었음을 확신할 수 있습니다. 이는 최종 사용자로 하여금 걱정을 한 가지 덜 수 있게 합니다. 그러나 의도된 적용에 적합한 MOP 수준을 결정하는 것은 여전히 필요합니다.

그림 2(IEC60601-1 Ed 3에서 발췌)은 흐름도 형식으로 의사 결정 과정을 제시하며, 의료 장비 애플리케이션에 필요한 보호 유형(MOP)을 평가하고 결정하는 데 도움을 줍니다:

첫 번째 결정 상자는 "APPLIED PART"를 다룹니다; 이것은 정확히 무엇을 의미하나요? Applied Part는 환자와 접촉할 수 있는 구성 요소를 말합니다. 이것은 최종 사용자가 아래의 세 가지 Applied Part 유형과 의도된 애플리케이션에 따라 결정해야 하는 중요한 사항입니다:

전원 공급 장치는 의료 장비나 적용 부품이 아니며 환자에게 직접 연결해서는 안 됩니다. 이러한 유형 중 어떤 것도 적용되지 않는 경우, 의도된 응용 프로그램이 반드시 적용 부품 등급 전원 공급 장치를 요구하지는 않지만, 일부 형태의 의료 인증이 여전히 필요할 수 있습니다.

결정이 내려지면, 의도된 애플리케이션의 운영 요구 사항과 적절한 MOP 수준을 모두 충족하기 위해 적합한 제품에 대한 연구를 진행할 수 있습니다.

누설 전류는 또 다른 종종 혼동을 일으키는 매개변수입니다. IEC 60601-1 Ed 3은 세 가지 주요 유형의 누설 전류를 정의합니다:

누설(원하지 않는) 전류는 입력(AC 소스 측) 및/또는 전원 공급 장치의 출력 측에서 발생하는 AC, DC 또는 두 가지의 조합일 수 있습니다.

그림 3은 전원 공급 장치 내의 커패시턴스를 통해 AC 입력 소스에서 지구 도체(보호 접지)를 통과하여 흐르는 전류를 보여줍니다. 이 커패시턴스는 기생(불요) 커패시턴스일 수도 있고, EMI 방출을 줄이기 위해 AC 원천 연결(라이브 및 뉴트럴)과 접지 사이에 의도적으로 배치된 것일 수도 있습니다.

접지가 확실히 연결되어 있다면, enclosure와 직접 접촉하고 있더라도 환자/작업자에게 전류가 흐를 수 없으므로 위험이 없습니다. 정상 조건에서 허용되는 전류는 5mA이며, 단일 고장 조건(Single Fault Conditions, SFC)에서는 10mA까지 허용됩니다.

그림 3은 Murata Power Solutions PQC250 오픈 프레임 전원 공급 장치에서 EMI "Y" 커패시터의 위치도 표시하고 있습니다.

그림 4는 환자(또는 운영자)가 접지되었고 인클로저와 직접 접촉했을 경우 흐를 전류를 보여줍니다. 정상 조건에서는 허용 전류가 100μA로 매우 낮으며, 단일 고장 상태(Single Fault Conditions, SFC)에서는 최대 500μA까지 허용됩니다.

그림 5는 의료 장비와 환자를 거쳐 대지로 흐르는 전류를 나타냅니다. 정상 조건(NC)에서는 허용 전류가 100μA입니다. 단일 고장 조건(SFC)에서는 이 허용 전류가 500μA로 증가합니다.

누설 전류는 환자에게 연결된 다른 의료 기기, 즉 다른 소스에서 지면으로도 흐를 수 있습니다 (그림 6에 표시됨).

IEC 60601 Ed 3에서 언급된 네 번째 누설 전류가 있지만, 이는 이 요약의 범위를 벗어납니다.

IEC 60601-1 Ed 3에서 Class I 및 Class II 장비는 감전 방지 측면에서 정의됩니다.
Class I: 이 클래스의 장비는 보호 접지(PE) 연결을 갖도록 설계되었습니다. 기본 구성 요소와 모든 금속 또는 내부 금속 부품 간의 절연 시스템은 기본적입니다. 이는 장비의 금속 외장에 PE 연결이 있어야 함을 의미합니다. Class I 연결을 위해 설계된 장치는 일반적으로 3개의 커넥터 단자를 포함하며, 그중 하나는 PE 접점으로 지정됩니다(그림 7 참조).

Class II: 이 클래스의 장비는 PE 연결을 의도하지 않습니다. 따라서 주요 구성 요소와 모든 금속 또는 내부 금속 부분 사이의 절연은 이중 또는 보강되어야 합니다. 유틸리티에 Class II 연결을 의도한 장치에는 일반적으로 두 개의 단자 커넥터가 있습니다(그림 8 참조). 그러나 EMI와 관련된 접지를 위한 목적으로 세 개의 단자 커넥터가 사용될 수 있지만, 이는 PE 접촉으로 간주되지 않습니다.

Class II 장비는 일반적으로 비전도성 외함(플라스틱)을 가지고 있습니다. Class II 제품의 경우 금속 외함이 허용되지만, 1차에서 PE/접지 및 최종 사용자까지 이중 절연(2xMOOP)을 제공해야 합니다.

궁극적으로 최종 사용자가 다음을 기반으로 필요한 절연 등급을 결정해야 합니다:

이 글은 의료용 애플리케이션에 적합한 전원 공급 장치를 선택할 때 일반적으로 고려해야 할 사항에 대한 개요를 제공합니다. 이는 환자와 운영자를 위한 보호 수단에 대한 검토로 시작하며, 다양한 유형의 의료 장비에 대한 전원 공급 장치 선택에 미치는 영향을 강조합니다.

장비가 "적용부"로 분류된 후, 이 기사에서는 전원 공급 장치 자체는 적용부가 아니지만 의료 장비 배치에 크게 영향을 미친다는 점을 강조합니다.

누설 전류는 전원 공급 장치 선택에 영향을 미치는 중요한 매개변수로 강조되며, 의료 기기에 대한 유형 및 그 함축에 대해 자세히 검토합니다.

마지막으로, 접지 고려 사항이 전원 공급 장치 선택과 관련하여 탐구됩니다.