Dedizierte Stromversorgungslösungen für Anwendungen vom Typ CF

Jeder Herzschlag wird durch ein streng kontrolliertes elektrisches Signal gesteuert. Da immer mehr medizinische Produkte direkt oder auch nur indirekt mit dem Herzen in Verbindung stehen, sinkt die Toleranz gegenüber elektrischen Risiken praktisch auf null. Dies stellt die Entwickler von potentialfreien Geräten für das Herz (Typ CF) vor besondere Herausforderungen.

Allgemeine Medizinprodukte sind mit einer starken elektrischen Isolierung ausgestattet, um Patienten unter normalen Bedingungen und bei Ein-Fehler-Situationen vor Stromschlägen zu schützen; dabei wird jedoch davon ausgegangen, dass das Gerät nur oberflächlich oder am Körperrand mit dem Patienten in Kontakt kommt.

Für Anwendungen des Typs CF gelten strengere Anforderungen, da sie tatsächlich elektrische Pfade bilden, die direkt zum Herzen des Patienten führen können. Dazu gehören unter anderem bestimmte Plattformen für Herzablationen oder -kartierungen, Defibrillatoren, intrakardiale Katheter für elektrophysiologische Eingriffe sowie invasive hämodynamische Überwachungssysteme.

Abgesehen von der Leistung und dem Formfaktor müssen die Entwickler extrem enge Grenzwerte für den Leckstrom und die Isolierung einhalten, da der Patient praktisch Teil der Schaltung wird. Weitere Hürden sind die Miniaturisierung, die Anforderungen an die Biokompatibilität, die Zuverlässigkeit und die elektromagnetische Verträglichkeit. Geräte des Typs CF erfordern extrem niedrige Ableitströme im Mikroampere-Bereich und einen verstärkten Schutz, z. B. zwei unabhängige Maßnahmen zum Schutz des Patienten (MOPP), so dass bei einem Ausfall der einen die zweite immer noch einen Schaden verhindert.

CF-bewertete Leistungsarchitekturen und Systemintegration werden zu zentralen Voraussetzungen für ein sicheres, zuverlässiges Systemdesign. Therapien wie die gepulste Feldablation zum Beispiel erfordern präzise Hochspannungsenergie unter Einhaltung der strengen Sicherheitsnormen IEC 60601-1.

Dedizierte Netzteillösungen

Ohne eine spezielle Stromversorgungslösung für medizinische Geräte müssen die Entwicklungsteams Isolationsarchitekturen aus einzelnen Komponenten und auf Systemebene entwickeln, was die Komplexität, die Kosten und das Zertifizierungsrisiko erhöht. Hier kann Advanced Energy helfen, indem es isolierte Stromversorgungseinheiten (PSUs) in medizinischer Qualität anbietet, die die Typ-CF-Konformität ermöglichen.

Die Netzteile der NCF-Serie von Advanced Energy sind für medizinische Anwendungen des Typs CF ausgelegt und verfügen über einen integrierten Fehlerschutz und strenge Isolationsprüfungen. Sie bieten kompakte, handelsübliche Lösungen, die die strengen Typ-CF-Anforderungen für geringe Patientenleckströme erfüllen. Sie stellen eine sicherere und zuverlässigere Alternative zu kundenspezifischen Lösungen dar und helfen den Entwicklern medizinischer Geräte, die IEC60601-1-Normen zu erfüllen.

Die NCF-Serie bietet einen extrem niedrigen Ableitstrom (<10 µA), 2 MOPP-Isolierung und 5 kV Defibrillator-Impulsschutz sowie einen vollständigen Überlast-, Kurzschluss-, Überspannungs- und Übertemperaturschutz. Die Optionen der NCF-Serie, die sich für die Konsolidierung von Subsystemen eignen, reichen von 150 W bis 425 W, mit verschiedenen Ausgangsoptionen und modernen Schutzfunktionen, um die Sicherheit von Patienten und Systemen zu gewährleisten und gleichzeitig die Komplexität der Architektur zu reduzieren.

Die Geräte sind in einem kompakten, offenen Gehäuse untergebracht, das für eine externe Luftzirkulation ausgelegt ist, und werden mit einem universellen Eingang der Klasse I für 85 bis 264 VAC und Einzelausgängen von 12, 24 oder 48 V betrieben. Trotz dieses Schwerpunkts auf Sicherheit und Isolierung bietet die Plattform einen hohen Wirkungsgrad von über 90% und unterstützt thermisch eingeschränkte medizinische Systemdesigns.

Die folgenden Modelle der NCF-Serie sind nicht eigenständig CF-zertifiziert, erfüllen jedoch die Anforderungen an CF-Geräte, wenn sie als Komponenten in einem vollständig zertifizierten medizinischen System nach IEC 60601 vom Typ CF verwendet werden:

• Das NCF150 (Abbildung 1) misst 4,0 Zoll x 2,0 Zoll x 1,26 Zoll, und bietet eine kompakte Lösung für CF-Anwendungen mit begrenztem Platzangebot. Es liefert bis zu 120 Watt konvektionsgekühlte Leistung und 150 Watt mit erzwungenem Luftstrom und unterstützt Einzelausgangsspannungen von 12 V bis 48 V, einschließlich eines optionalen 5V-Standby- und eines 12V-Lüfterausgangs. Es garantiert extrem niedrige Patientenleckströme von weniger als 10 µA und eine robuste 5kV-Defibrillatorimpulsfestigkeit.

Abbildung 1: Das NCF150 ist ein kompaktes medizinisches Netzgerät für 150 W, das für platzbeschränkte CF-Anwendungen mit geringer bis mittlerer Leistung optimiert ist. (Bildquelle: Advanced Energy)

• Das NCF250 (Abbildung 2) liefert bis zu 250 Watt mit Luftstrom oder 175 Watt mit Konvektionskühlung in einem kompakten Formfaktor von 5,0 Zoll x 2,4 Zoll x 1,6 Zoll. Es verfügt über 12, 15, 24 oder 48 V Hauptausgänge und integrierte Steuersignale, einschließlich eines dedizierten 5V-Standby-Ausgangs, eines „DC OK“-Signals und einer Sperrfunktion. Es gewährleistet einen Leckstrom von weniger als 10 µA und verfügt über einen Defibrillatorschutz.

Abbildung 2: Das NCF250 mit mittlerer Leistung vereint kompakte Größe mit erweiterten Steuerungs- und Leistungsoptionen. (Bildquelle: Advanced Energy)

• Das NCF425 (Abbildung 3) liefert 425 W mit 300 LFM Luftstrom oder bis zu 270 Watt mit Konvektionskühlung in einem 3,5 Zoll x 6,0 Zoll x 1,5 Zoll großen Gehäuse. Es verfügt über 12V-, 24V- und 48V-Ausgänge und einen integrierten 5V-Standby-Ausgang. Entwickler können die Remote-Sense-Funktion (Fernabtastung) zur Regulierung der Ausgangsspannung und die Inhibit-Logikfunktion zur Deaktivierung des Hauptausgangs im Standby-Modus nutzen. Es verfügt über die gleichen Leckstrom- und Defibrillator-Widerstandseigenschaften wie das NCF150 und das NCF250.

Abbildung 3: Mit einer Leistung von bis zu 425 W unterstützt das NCF425 anspruchsvollere, funktionsreiche CF-Anwendungen. (Bildquelle: Advanced Energy)

Advanced Energy bietet auch Netzteile auf CF-Ebene mit geringerem Stromverbrauch an, die typischerweise zur Unterstützung einzelner Funktionen oder eng umrissener Subsysteme verwendet werden, sowie High-End-Optionen, die eine einzige isolierte Stromversorgung für mehrere Module, Funktionen und Verarbeitungsaufgaben innerhalb einer einheitlichen Architektur bieten können.

Fazit

Die Netzteile der NCF-Serie von Advanced Energy vereinfachen das Systemdesign, indem sie eine Isolierung in medizinischer Qualität, mehrere geregelte Ausgänge und die Unterstützung der CF-Konformität in einem einzigen, kompakten Modul vereinen. Entwickler können sie nutzen, um Stromversorgungsarchitekturen zu vereinfachen, ohne die Sicherheitsleistung auf CF-Ebene zu beeinträchtigen.