Cyfrowa komunikacja i kontrola zapewniają znaczne korzyści i elastyczność
Starzejące się społeczeństwo i świadomość, że wczesne wykrywanie dolegliwości zwiększa oczekiwaną długość życia i zmniejsza koszty, oznaczają, że liczba zastosowań w opiece zdrowotnej szybko rośnie. Podczas gdy zasilanie technologii medycznej może być wyzwaniem, nowe cyfrowe konfigurowalne rozwiązania zasilania oferują szereg korzyści, umożliwiając kontrolę i komunikację z zasilaczami medycznymi "w locie".
W tym blogu rozważamy zaawansowane rozwiązania zasilania i to, w jaki sposób zapewniają one korzyści zarówno podczas projektowania, jak i działania.
Urządzenia medyczne, a w szczególności duże systemy medyczne, często mają złożone wyzwania związane z zasilaniem, wymagające schematów zasilania z wieloma szynami, a czasem niestandardowych napięć w obszarach takich jak specjalistyczne czujniki i sterowanie magnetyczne. Z tego powodu konfigurowalne zasilacze, które oferują znaczną elastyczność projektowania, stały się bardzo popularne w tych zastosowaniach. Jednostki te mają przedni koniec zasilany z sieci i możliwość posiadania wielu modułów wyjściowych zapewniających różne napięcia. Możliwe jest również łączenie modułów szeregowo lub równolegle dla najbardziej wymagających zastosowań.
W przypadku zastosowań w służbie zdrowia, przednia część konfigurowalnego zasilacza zostanie zaprojektowana i certyfikowana zgodnie z odpowiednimi normami medycznymi, takimi jak EN/IEC 60601. Zapewnia to niezbędną izolację bezpieczeństwa dla pacjenta, zapewnia bezpieczeństwo operatora i ogranicza parametry, takie jak prąd upływu w dopuszczalnych zakresach. Daje to projektantom pewność, że po skonfigurowaniu zasilacz nie będzie utrudniał certyfikacji całego systemu.
Cyfrowe zasilanie dla zastosowań medycznych
Coraz częściej konfigurowalne rozwiązania zasilania wykorzystują technologię cyfrową, zarówno do sterowania zasilaniem, jak i do komunikacji z resztą systemu. Może to być nieocenione podczas projektowania schematu zasilania, gdy inżynierowie podejmują decyzje dotyczące kompromisów. Ponieważ zasilacz jest w stanie monitorować kluczowe parametry, takie jak napięcia, prądy i temperatury, zapotrzebowanie na kosztowny sprzęt testowy jest ograniczone, podobnie jak czas konfiguracji.
Po zakończeniu projektowania i wdrożeniu systemu, dalsze monitorowanie tych parametrów może zapewnić wczesne ostrzeganie o problemach w systemie. Przykładowo, wzrost poboru prądu przez konkretny moduł lub gwałtowny wzrost temperatury może być wczesnym ostrzeżeniem o zbliżającej się awarii w innym miejscu, którą można zbadać i rozwiązać, zanim do niej dojdzie.
Oprócz umożliwienia komunikacji, PMBus™ pozwala również na konfigurowanie i kontrolowanie wielu aspektów zasilacza, dostosowując go do konkretnego zastosowania. Dzięki kompensacji w zasilaczu można zredukować lub wyeliminować zewnętrzne komponenty, minimalizując rozmiar i koszt całego rozwiązania.
Na przykład, jeśli wiadomo, że aplikacja ma dużą złożoną impedancję, można spodziewać się wysokiego poziomu prądu rozruchowego. Niewielkie modyfikacje oprogramowania układowego mogą być wykorzystane do skrócenia czasu narastania zasilania; ten prąd rozruchowy może być kontrolowany za pomocą niczego więcej niż modyfikacji oprogramowania.
W wielu zastosowaniach wydajność prądowa modułu wyjściowego może być znacznie większa niż wymaga tego aplikacja. Aby zwiększyć bezpieczeństwo (na przykład, gdy szyna wymagająca 3 A jest zasilana przez moduł obsługujący 20 A), PMBus może być również wykorzystany do zmniejszenia limitu prądu modułu, aby dopasować go do aplikacji / przypadku użycia.
Konfigurowalna technologia
CoolX®1800firmy Advanced Energy(część linii produktów Excelsys) to konfigurowalny zasilacz modułowy o mocy 1800 W do zastosowań medycznych o sprawności sięgającej 91%. Przeznaczone do użytku w szerokiej gamie zastosowań, takich jak kliniczny sprzęt diagnostyczny, lasery medyczne, dializa i radiologia, jednostki medyczne CoolX1800 są zatwierdzone zgodnie z normą IEC60601-13rd Edition oferującą 2 x MOPP (Means of Patient Protection) i IEC60601-1-24th Edition dla EMC.
Umieszczona w kompaktowej obudowie o wysokości 1U, każda jednostka ma sześć gniazd dostępnych dla modułów wyjściowych, co daje możliwość skonfigurowania do dwunastu oddzielnych wyjść, z których wszystkie są izolowane od wejścia (1850 VAC). Dodatkowe, zawsze włączone wyjście zasilania pomocniczego o mocy 23,5 W zapewnia funkcje czuwania systemu.
Kompletny zasilacz mierzy zaledwie 262 mm x 127 mm x 41 mm (10,5" x 5" x 1U). Współczynnik MTBF przekracza 200 000 godzin, a pięcioletnia gwarancja jest standardem. Łącznie dostępnych jest 13 różnych modułów wyjściowych oferujących pojedyncze i podwójne wyjścia, wysoką moc, wysokie napięcie i szerokie możliwości trymowania.
Ilustracja 1: Trzynaście modułów dostępnych dla modułowych zasilaczy konfigurowalnych CoolX1800
Elastyczność CoolX1800 jest znacznie zwiększona dzięki włączeniu zarządzania analogowego i cyfrowego za pośrednictwem możliwości monitorowania i sterowania PMBus.
Rozwiązywanie rzeczywistych wyzwań za pomocą zasilania cyfrowego
Rozważmy kilka przykładów wykorzystania konfigurowalnych zasilaczy.
Pierwszym przykładem jest grzejnik w systemie medycznym, który wymaga wielu stałych rezystancji, które mają być napędzane stałym (ale regulowanym) prądem, aby zapewnić utrzymanie wymaganej temperatury. Wyzwaniem w przypadku aplikacji tego klienta było zapotrzebowanie na 180 VDC z możliwością regulacji prądu do zera. Podczas gdy ten wymóg normalnie wymagałby wielu modułów zasilania połączonych szeregowo, jeden moduł CoolX CmK był w stanie zapewnić 180 VDC. Jednak w standardowej formie prąd nie osiągał zera. Aby temu zaradzić, dostosowano wbudowane oprogramowanie układowe. Ponieważ była to aplikacja grzejnika, niewielki wzrost napięcia tętnienia nie był problemem. Oprogramowanie układowe zostało wdrożone i przetestowane u klienta przez inżynierów aplikacji AE, zapewniając szybkie i wygodne rozwiązanie dla klienta.
W innym projekcie, inny klient opracowywał mobilną aplikację do skanowania, w której CoolX1800 był używany do ładowania baterii 250 V. Klient potrzebował możliwości ustawienia niestandardowych limitów prądu, a także możliwości sterowania zmiennym wentylatorem CoolX, aby zapewnić chłodzenie systemu nawet w stanie bezczynności.
Ilustracja 2: CoolX1800 został wykorzystany w mobilnej aplikacji skanującej, w której poprawki oprogramowania układowego zwiększyły użyteczność.
Źródło: Materiał dostarczony przez klienta
Aby umożliwić klientowi przechowywanie własnych domyślnych limitów prądu, do oprogramowania układowego CoolX dodano polecenie "store all". Umożliwiło to również przechowywanie innych ustawionych parametrów PMBus. Dodano dodatkowe polecenie PMBus, aby umożliwić sterowanie prędkością wentylatora, nawet w trybie bezczynności. Zmiany te spełniły potrzeby tej aplikacji klienta, bez żadnych zmian w sprzęcie.
Podsumowanie
Elastyczność modułowych, konfigurowalnych zasilaczy z certyfikatem medycznym sprawia, że są one idealnym wyborem dla złożonych potrzeb zastosowań w służbie zdrowia. Dodanie możliwości cyfrowych dodatkowo zwiększa elastyczność tych rozwiązań.
Podczas fazy rozwoju, komunikacja z zasilaczem może przyspieszyć debugowanie, eliminując jednocześnie skomplikowany sprzęt testowy. Ta sama komunikacja może monitorować zasilanie po wdrożeniu i zapewniać wczesne ostrzeganie o zbliżającej się awarii systemu.
Oprócz komunikacji, cyfrowe sterowanie oparte na magistrali PMBus umożliwia wprowadzanie niestandardowych funkcji za pomocą oprogramowania układowego, modyfikując w ten sposób wydajność, aby spełnić potrzeby konkretnych aplikacji klienta.
źródło: https://www.advancedenergyblog.com/advancedenergy/industry-news/digital-power-for-medical-applications/
