Thiết kế một thiết bị y tế phức tạp đòi hỏi tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân có thể không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, ngay cả đối với một kỹ sư am hiểu nguồn điện dày kinh nghiệm. Trong nhiều trường hợp, kỹ sư có thể tận dụng nguồn không chuyên dụng y tế để tối ưu chi phí và hiệu suất, miễn là đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt như MOOP, MOPP và dòng rò.
Thiết bị thường yêu cầu nhiều mức điện áp khác nhau, đồng thời dòng điện rò rỉ thấp và độ cách ly (Isolation) cao là bắt buộc (thường yêu cầu cách ly giữa các kênh để giảm thiểu nhiễu chéo). Nhiều động cơ, máy sưởi, máy làm mát và các bo mạch điện tử khác phải được cấp nguồn cùng lúc, thường yêu cầu các Bộ chuyển đổi Công suất Cao (lên đến vài KW). Do yêu cầu về tiếng ồn âm thanh thấp, các giải pháp Không dùng quạt (Fan-less) cũng thường được yêu cầu.
Mean Well Khuyên Dùng Cách Tiếp Cận Nào?
Các yêu cầu chính đối với một bộ nguồn Meanwell y tế được sử dụng trong ứng dụng y tế là Cách ly và Rò rỉ nối đất (Ground Leakage):
- Yêu cầu về Cách ly giới hạn chúng ta về loại Bộ nguồn có thể sử dụng (thông thường chỉ những bộ nguồn được phê duyệt chuẩn y tế mới có thể vượt qua bài kiểm tra này). Có hai mức yêu cầu Cách ly điển hình là: MOOP (dành cho người vận hành) và MOPP (dành cho bệnh nhân).
- Yêu cầu về Rò rỉ nối đất giới hạn số lượng Bộ nguồn chúng ta có thể lắp ráp trong ứng dụng (vì dòng rò rỉ của các bộ nguồn sẽ cộng dồn lại).
| Phân loại | Đối tượng áp dụng | Cấp độ cách ly | Lớp cách điện |
| 1x MOOP | Người vận hành | 1500Vac | Cơ bản |
| 2x MOOP | Người vận hành | 3000Vac | Kép |
| 1x MOPP | Bệnh nhân | 1500Vac | Cơ bản |
| 2x MOPP | Bệnh nhân | 4000Vac | Kép |
Xem xét các giới hạn về Cách ly và Dòng rò rỉ, trong trường hợp Yêu cầu Hệ thống Phức tạp, số lượng bộ nguồn y tế có thể sử dụng là có hạn.
Tuy nhiên, chúng ta không nên quên rằng Cách ly và Dòng rò rỉ được xác định ở Cấp độ Hệ thống, đây là một cách tốt để vượt qua các giới hạn này.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào 1 trường hợp nghiên cứu cụ thể và sẽ cố gắng phân tích 3 giải pháp khả thi, đồng thời xem xét ưu và nhược điểm của chúng.
Chúng tôi cũng sẽ chỉ ra cách để có thể sử dụng giải pháp chuẩn Công nghiệp nguồn không chuyên dụng y tế trong một số Ứng dụng Y tế cụ thể. Ngay cả khi ứng dụng cuối cùng sẽ yêu cầu các phòng thí nghiệm bên ngoài tiến hành thêm các bài kiểm tra an toàn, thì giải pháp cuối cùng này vẫn thường rất xứng đáng với công sức bỏ ra, cả về mặt hiệu suất lẫn chi phí.
Các giải pháp sẽ phân tích:
- Sử dụng Biến áp Cách ly
- Sử dụng Bộ chuyển đổi AC-DC ở đầu vào + Nhiều bộ chuyển đổi DC-DC
- Sử dụng Bộ nguồn Class II (Cấp II)
Trường Hợp Dùng Nguồn Không Chuyên Dụng Y Tế
Một ứng dụng y tế (Ghế Nha khoa) có các yêu cầu sau:
- 600W @ 24V – đỉnh 1000W trong 10 giây – 2x MOOP
- 60W @ 12V – 2x MOPP
- 60W @ 12V – 2x MOPP
- 60W @ 12V – 2x MOPP
- (tất cả các đầu ra đều được cách ly)
- Dòng rò rỉ < 300uA
- Đầu vào 230Vac
- KHÔNG QUẠT
- Đạt chuẩn UL/CE
Tổng yêu cầu công suất (1180W) lẽ ra sẽ đòi hỏi phải sử dụng nhiều Nguồn điện hoặc một bộ nguồn dạng mô-đun. Nhưng:
- Chúng ta không thể sử dụng Nhiều bộ nguồn (PSU) vì yêu cầu dòng rò rỉ thấp.
- Chúng ta không thể sử dụng Bộ nguồn mô-đun do rào cản yêu cầu “KHÔNG QUẠT”.
Phương Án 1: Sử dụng biến áp cách ly
Việc sử dụng Biến áp Cách ly cho phép chúng ta tăng tổng mức độ Cách ly của hệ thống, giảm thiểu nguy cơ điện giật và giảm dòng điện rò rỉ nối đất của Hệ thống xuống gần như bằng Không (đối với các thiết bị được kết nối sau biến áp). Biến áp cách ly cũng có thể cải thiện hiệu suất EMC dẫn (Conducted EMC) của hệ thống.
Tóm lại, khi sử dụng Biến áp Cách ly, chúng ta có thể:
- Sử dụng nhiều PSU (do thực tế dòng rò rỉ gần như bằng không).
- Sử dụng các Bộ nguồn không dành cho y tế (vì Biến áp Cách ly đã cung cấp thêm khả năng cách ly mà chúng ta cần).
- Dễ dàng cải thiện mức độ Cách ly trong hệ thống của chúng ta.
Mặt khác, chúng ta sẽ phải đối mặt với:
- Một thành phần linh kiện bổ sung (rất nặng).
- Cần thêm không gian lắp đặt.
Phương Án 2: Sử dụng bộ chuyển đổi AC-DC đầu vào + nhiều bộ chuyển đổi DC-DC.
Việc tích hợp một biến áp ở đầu vào đã cho phép chúng ta tăng mức độ cách ly và giảm dòng điện rò rỉ xuống gần như bằng không. Một giải pháp khác mà chúng ta có thể áp dụng để tăng cường khả năng cách ly mà không làm tăng dòng rò rỉ là tích hợp thêm một số bộ chuyển đổi DC-DC sau bộ AC-DC đầu tiên.
Tuy nhiên, việc tích hợp các bộ chuyển đổi DC-DC không hề dễ dàng như vẻ ngoài của nó. Đầu tiên và quan trọng nhất, chúng ta phải xem xét kỹ lưỡng các tụ điện Y (Ycaps) để đảm bảo rằng hệ thống có thể vượt qua bài kiểm tra Hi-Pot (Kiểm tra khả năng chịu điện áp cao).
Thứ hai, chúng ta phải chú ý đến dòng điện đỉnh mà các bộ chuyển đổi DC-DC yêu cầu khi khởi động (nếu bộ AC-DC quá nhỏ về mặt dòng điện tối đa, nó có thể kích hoạt chế độ tự bảo vệ và ngắt).
Trong trường hợp cụ thể của chúng ta, một giải pháp tốt có thể là sử dụng một bộ nguồn Meanwell UHP-1500-24 ở đầu vào (1500W – Làm mát bằng đế tản nhiệt – dòng rò rỉ nối đất tối đa 0.75mA).
Nếu bạn tự hỏi tại sao chúng ta lại sử dụng một bộ nguồn (PSU) công nghiệp làm đầu vào, thì lý do là các thông số kỹ thuật cho kênh chính chỉ yêu cầu chuẩn MOOP, do đó, một bộ nguồn công nghiệp với mức cách ly phù hợp giữa sơ cấp và thứ cấp là đã đủ.
Đối với các kênh khác, chúng ta có thể đưa vào 3 bộ chuyển đổi DC-DC như mẫu nguồn Meanwell DDR-60G-12 của chúng tôi (cách ly 4KVdc, Class II, dải đầu vào 4:1). Bằng cách này, chúng ta có thể tăng cường sự cách ly mà không làm tăng dòng rò rỉ (vì chúng thuộc Class II) và nhờ vào mức độ cách ly cao (4KVdc), chúng ta có thể chắc chắn rằng hệ thống sẽ không gặp bất kỳ vấn đề gì với Bài kiểm tra Hi-Pot.
Tóm lại, khi sử dụng nhiều bộ chuyển đổi DC-DC, chúng ta có thể:
- Dễ dàng cải thiện khả năng Cách ly trong hệ thống của mình.
- Giảm độ phức tạp của hệ thống.
- Giảm kích thước tổng thể.
- Giảm tổng dòng rò rỉ.
Mặt khác, chúng ta phải:
- Lựa chọn cẩn thận bộ AC-DC và DC-DC thích hợp để đảm bảo mức Cách ly phù hợp cũng được đáp ứng trong quá trình kiểm tra Hi-Pot. (Vui lòng luôn liên hệ với đội ngũ bán hàng QALED của Meanwell để nhận được tư vấn chuẩn xác về Khối Nguồn – bộ chuyển đổi DC/DC phù hợp).
- Thiết kế dư công suất (Over dimension) cho bộ AC-DC để nó có thể chịu tải được dòng điện đầu vào của các bộ DC-DC.
Phương Án 3: Sử dụng bộ nguồn Class II
Giải pháp sử dụng nhiều bộ chuyển đổi DC-DC rất tiện lợi nhưng lại bắt buộc chúng ta phải sử dụng mẫu UHP-1500-24 thay vì UHP-1000-24. Điều này nhằm mục đích hỗ trợ tải phụ đến từ các bộ chuyển đổi DC-DC. Do chúng ta không có bất kỳ thông tin nào về hệ số đồng thời (tần suất hoạt động cùng lúc), vì vậy chúng ta phải tính đến trường hợp xấu nhất: tất cả các đầu ra đều được sử dụng ở mức công suất tối đa cùng một lúc.
Làm thế nào chúng ta có thể giảm chi phí? Trong trường hợp cụ thể này, xét đến mức công suất thấp của các đầu ra chuẩn MOPP, chúng ta có thể cân nhắc việc sử dụng nhiều bộ chuyển đổi AC-DC y tế CLASS II để đáp ứng các yêu cầu và giảm tổng chi phí của giải pháp. Bộ nguồn Meanwell MPM-65-12ST hoàn toàn phù hợp cho mục đích này.
Đó là một PSU 65W Class II 2xMOPP sẽ cho phép chúng ta tạo ra 3 kênh 12V riêng biệt mà không làm tăng Tổng dòng rò rỉ. Đối với Kênh chính, chúng ta có thể sử dụng bộ nguồn UHP-1000-24 có khả năng hỗ trợ 2x MOOP (sẽ yêu cầu phê duyệt từ phòng thí nghiệm bên ngoài vì đây là PSU cấp công nghiệp).
Tóm lại, khi sử dụng các PSU Class II, chúng ta có thể:
- Giảm độ phức tạp của hệ thống.
- Giảm kích thước tổng thể.
- Giảm tổng dòng rò rỉ.
- Giảm chi phí (áp dụng riêng trong trường hợp nghiên cứu cụ thể này).
Mặt khác, chúng ta phải:
- Lưu ý đến hiệu suất EMC của hệ thống (thường thì các PSU Class II có thể không hoạt động tốt trong các ứng dụng Class I).
- Quan trọng: Vui lòng luôn liên hệ với đội ngũ bán hàng QALED của Meanwell để nhận được tư vấn phù hợp nhất về Bộ nguồn tương ứng.
Nhận Xét Các Giải Pháp Nguồn Không Chuyên Dụng Y Tế
Phương án 1 mang lại tính linh hoạt cao hơn về loại Bộ nguồn có thể được sử dụng. Biến áp nằm ở phần đầu vào đảm nhận vai trò Cách ly chính, vì vậy bạn hoàn toàn có thể sử dụng các nguồn không chuyên dụng y tế ở phía sau nó. Đây là một giải pháp tốt cho các hệ thống cực kỳ phức tạp/công suất cao và yêu cầu dòng rò rỉ ở mức cực thấp. Biến áp ở đầu vào cũng góp phần cải thiện hiệu suất EMC tổng thể.
Phương án 2 là sự lựa chọn hoàn hảo trong mọi trường hợp khi ta không thể lắp đặt nhiều bộ nguồn và cũng không muốn sử dụng một biến áp ở đầu vào. Giải pháp này đòi hỏi sự chú ý kỹ lưỡng hơn trong quá trình lựa chọn các linh kiện (chúng ta phải đảm bảo có thể vượt qua bài kiểm tra hi-pot), nhưng nó khá linh hoạt và cho phép người thiết kế nâng cao mức độ cách ly tổng thể mà không làm tăng dòng rò rỉ.
Liên hệ ngay QALED để được tư vấn giải pháp nguồn Mean Well phù hợp cho thiết bị y tế của bạn. Chúng tôi đại diện Mean Well tại Việt Nam (xem tại meanwell.com), cam kết giúp bạn tìm ra giải pháp nguồn điện hoàn hảo cho ứng dụng đặc thù của bạn.
Meanwell cung cấp bộ nguồn tổ ong, nguồn LED, nguồn công nghiệp đáp ứng hầu hết các nhu cầu cho từng lĩnh vực. QALED là đại lý phân phối chính thức duy nhất Meanwell tại Việt Nam. Khách hàng mua nguồn Meanwell liên lạc với chúng tôi để được hỗ trợ tư vấn.
Name: Meanwell
Địa chỉ: 427/29A Đ. Lê Văn Quới, Bình Trị Đông A, Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh
Phone: 0909791751
Website: https://meanwellvn.vn/
