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医療特有の要件を満たすのに最適なAC/DC電源の選択 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

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No.1607 2022. 8. 30
 
     
◇医療特有の要件を満たすのに最適なAC/DC電源の選択
 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)


◇マルツの技術
 16ch映像信号処理回路の製作


◇Hubing先生の電子回路とプリント基板のノイズ解決 即答200
 【問39】ソリッド抵抗器は電圧サージに強い
 ~今日ではほとんどの抵抗器が「金属皮膜」~
医療特有の要件を満たすのに最適なAC/DC電源の選択
(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
 
 「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

 今回は、医療用機器を開発する際、患者や操作者を感電の危険から防ぐ電源の開発方法について解説した記事をご紹介します。

医療特有の要件を満たすのに最適なAC/DC電源の選択

 最近はバッテリーの性能が向上してきたため、医療用機器をバッテリーで運用することも十分考えられますが、毎日12時間や18時間、24時間の連続運転が求められる医療機器ではACラインで運用せざるを得ません。そのため、電源や装置が故障した場合でも、操作者や患者を危険にさらさないことを保証する必要があります。

 医療用スイッチング電源の安全性を規定する規格としてIEC60601-1があり、その第3版では操作者保護手段(MOOP)患者保護手段(MOPP)を組み合わせた総合的なMOP(Means of Protection)が要求されています。これは患者を保護する対策と操作者を保護する対策を分けて考えるということで、当然、患者を保護する方が重要になります。

 IEC60601-1第3版に対応するには、トランスの1次回路と2次回路間の絶縁にはMOPを2つ以上、1次回路と接地間の絶縁にはMOPを1つ以上備える必要があります。

 【アプリケーションラボ】では、操作者や患者を医療機器の故障による感電から防ぐために、電源装置に求められる対策について詳しく解説しています。

 一般に、人体を通過する電流値は、
 ・1mAでは、ほとんど気がつきません。
 ・16mAは、平均的な体格の人が我慢できる最大電流です。
 ・20mAになると、呼吸筋が麻痺します。
 ・100mAは、心室細動が発生する閾値と言われています。
 ・2Aになると、心臓が停止し内臓が損傷します。

 心室細動は心臓の下側にある心室が非常に速くふるえて収縮しなくなる現象で、心室細動を起こすと意識を失い、迅速に治療しないと死に至ることがあります。

 胸部付近にライン電圧(110/230V、50/60Hz)が1秒かかるだけで、最小30mAの電流が流れます。心臓カテーテルなどから心臓へ電流が直接流れると、1mA(ACまたはDC)以下の低い電流でも心室細動を誘発します。



トランスの1次側と2次側の間には巻線間容量(Cps1)が存在する

 機器が故障しても人体に影響が出ないようにするには、トランスの絶縁とリーク電流が重要になります。トランスは1次側と2次側でガルバニック絶縁されていて安全に思えますが、巻線間容量が存在するため交流に対しては電流の帰還ループが形成されます。これがリーク電流の原因になります。

 医療用機器の電源は特殊なので市販品はほとんどありませんが、市販の汎用AC/DC電源を利用することは可能です。例えば、CUI社のVMS-550シリーズは、12V/42A~58V/9.5Aの出力範囲で、最大550Wの連続電力を供給できます。

 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。


VMS-550シリーズAC/DC電源(48V出力)
【VMS-550-48】
医療用 AC/DC変換モジュール
入力電圧:90~264VAC
出力電圧:48V
出力電流:11.46A
電力:150W
寸法:127×76.2×38.1mm
単価:¥42,113 (税込¥46,324)
 
     
【マルツの技術情報】
マルツエレックは回路設計のご要望にお応えします
     
16ch映像信号処理回路の製作

 FPGA で映像信号処理を行い、16ch に対応しています。この事例は、回路設計、基板設計、基板製造、部品調達、部品実装、ハーネス加工ケース加工、組立作業まで一貫して、ご対応致しました。資料のダウンロードはこちらから。
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Hubing先生の電子回路とプリント基板のノイズ解決 即答200
~Yes or No ! 電磁気学の先生“マクスウェル”が教えてくれる~
[原著] EMC Question of the Week 2017-2020
[著] Todd Hubing (LearnEMC社代表,米クレムソン大学名誉教授)
[訳] 櫻井 秋久
[企画・制作] ZEPエンジニアリング
     
ソリッド抵抗器は電圧サージに強い
~今日ではほとんどの抵抗器が「金属皮膜」~
 
     
  [今週の問題 問39]
     
炭素組成抵抗器(ソリッド抵抗器)が金属皮膜抵抗器より優れている点は次のどれでしょうか?
(a) 安い
(b) 公差が厳しい
(c) 電圧サージに対してより耐性がある
(d) 上記のすべて
 
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