เลือกอุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC ที่เหมาะสมเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะทางการแพทย์

การพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ควบคู่ไปกับความก้าวหน้าในวงจรไฟฟ้าพลังงานต่ำทำให้ระบบแบบพกพาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบมากมาย แต่ในการใช้งานต่าง ๆ เช่น ในทางการแพทย์และการดูแลผู้ป่วยที่บ้าน การทำงานที่ไม่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าและใช้แบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวนั้นเป็นไปไม่ได้ ไม่สามารถใช้งานได้จริง หรือไม่เป็นที่ต้องการ นอกจากนั้นอุปกรณ์จะต้องทำงานโดยใช้ไฟ AC โดยตรงหรืออยู่ใกล้เต้ารับ AC เพื่อให้มีการทำงานที่น่าเชื่อถือเมื่อแบตเตอรี่เหลือน้อย ในกรณีดังกล่าวอุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC จะต้องเป็นแหล่งจ่ายไฟทั่วไปที่มีประสิทธิภาพ โดยคำนึงถึงแรงดันและกระแสไฟขาออก การควบคุมแบบสถิตและไดนามิก ตลอดจนคุณลักษณะการป้องกันการลัดวงจรและอื่น ๆ

นอกจากนี้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์จ่ายไฟพื้นฐานไม่ได้เป็นเพียงข้อกังวลเดียวสำหรับนักออกแบบระบบทางการแพทย์ แต่ยังมีมาตรฐานข้อบังคับต่าง ๆ ซึ่งเพิ่งมีการปรับปรุงและเพิ่มข้อบังคับเพิ่มเติมสำหรับปัญหาด้านประสิทธิภาพที่คลุมเครือ เช่น แรงดันการแยกกัลวานิก กระแสไฟรั่ว และวิธีป้องกันผู้ป่วยสองวิธี (2×MOPP) สิ่งเหล่านี้มีไว้เพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์จ่ายไฟไม่ได้ทำให้ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ป่วยตกอยู่ในความเสี่ยง ไม่ว่าจะเกิดจากการจ่ายไฟขัดข้องหรืออุปกรณ์ขัดข้องก็ตาม

การรวมกันระหว่างข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และมาตรฐาน ตลอดจนแรงกดดันด้านต้นทุนและเวลาที่สู่ตลาด อาจทำให้การออกแบบอุปกรณ์จ่ายไฟตั้งแต่ต้นเป็นสิ่งที่ยากลำบาก ไม่เช่นนั้นนักออกแบบจำเป็นต้องเลือกตัวเลือกสำเร็จรูปต่าง ๆ อย่างรอบคอบเพื่อให้ได้โซลูชันที่เหมาะสมที่สุด

บทความนี้กล่าวถึงการใช้งานอุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC ในทางการแพทย์ ทบทวนมาตรฐานการกำกับดูแลที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ จากนั้นจะแนะนำตัวอย่างอุปกรณ์จ่ายไฟจาก CUI Inc. และอภิปรายถึงลักษณะเฉพาะและวิธีที่สามารถช่วยแก้ปัญหาความยากลำบากของการจ่ายไฟในระบบการแพทย์

ใช้ไฟ AC หรือใช้ไฟจากแบตเตอรี่ ?

แม้ว่าอุปกรณ์พกพาที่ไม่มีการเชื่อมต่อไฟฟ้าและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่กลายเป็นสิ่งปกติและเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นที่ต้องการในผู้บริโภคและในเชิงพาณิชย์จำนวนมาก แต่ก็ยังมีสถานการณ์ต่าง ๆ ที่ไม่สามารถใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ได้หรือไม่ต้องการใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรณีสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีความคงที่ เชื่อถือได้ และสามารถใช้งานได้ในทันทีเป็นสิ่งสำคัญ เหตุผลหลายประการที่ระบบการแพทย์อาจต้องการหรือกำหนดให้ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับได้แก่:

• ข้อกำหนดด้านพลังงาน แรงดันไฟฟ้า หรือกระแสไฟสูงที่อาจต้องใช้ระบบแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ หนัก และมีราคาแพง พร้อมด้วยวงจรการจัดการการชาร์จ
• สถานพยาบาลหลายแห่งทำงานเป็นกะ 12, 18 และแม้แต่ 24 ชั่วโมงทุกวันเนื่องจากตารางการจัดการผู้ป่วย
• แม้แต่ในระบบที่สามารถใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟสำหรับพลังงานหลักหรือสำรองฉุกเฉิน แต่ก็ต้องชาร์จแบตเตอรี่เหล่านั้นในขณะที่กำลังใช้งานระบบอยู่ ระหว่างนั้นแหล่งจ่ายไฟ AC/DC จะต้องจ่ายไฟ

โดยหลักการแล้ว แหล่งจ่ายไฟ AC/DC ที่มีขนาดเหมาะสมและเป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่มีจำหน่ายทั่วไป (Off-the-shelf, OTS) ที่มีพิกัดแรงดันและกระแสไฟที่เหมาะสมควรเหมาะกับระบบเหล่านี้ ก็น่าเพียงพอแล้วในการใช้งานพื้นฐาน แต่ก็มักจะไม่ตรงตามมาตรฐานเพิ่มเติมสำหรับเวชภัณฑ์

เหตุผลสำหรับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพเพิ่มเติมเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของการใช้งานทางการแพทย์และความเป็นไปได้ของความผิดพลาดของระบบหรือส่วนประกอบที่อาจเกิดขึ้นจริงที่ก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ป่วยหรือผู้ปฏิบัติงาน เป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างยิ่ง เนื่องจากผู้ป่วยมักจะสัมผัสโดยตรงกับเซ็นเซอร์ หัววัด หรือทรานสดิวเซอร์อื่น ๆ ที่สามารถนำกระแสไฟเข้าสู่ร่างกายได้โดยตรง จึงมีความเสี่ยงมากกว่าการสัมผัสโดยไม่ได้ตั้งใจ

เริ่มต้นจากพื้นฐานความปลอดภัย

แม้ว่าปกติแล้วความเสี่ยงต่อการเกิดไฟฟ้าช็อตจะสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า แต่ก็เป็นความสัมพันธ์ทางอ้อมเท่านั้น ไฟฟ้าช็อตในผู้ป่วยหรือผู้ใช้เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านร่างกายและกลับสู่แหล่งกำเนิด อย่างไรก็ตาม หากกระแสไฟนั้นไม่มีเส้นทางไหลย้อนกลับ ก็ไม่มีความเสี่ยง แม้ว่าบุคคลนั้นจะสัมผัสกับสายไฟฟ้าแรงสูงก็ตาม

ยกเว้นข้อยกเว้นเฉพาะ แหล่งจ่ายไฟ AC/DC แบบ Line-operated มีหม้อแปลงแยกด้านอินพุตซึ่งทำงานสองหน้าที่:

• ให้แรงดันไฟฟ้าขาขึ้น/ขาลงของแรงดันไฟฟ้าในสายตามความจำเป็นก่อนที่จะปรับเป็น DC
• ให้การแยกแรงดันอินพุต/เอาต์พุต เพื่อไม่ให้มีเส้นทางสำหรับการไหลของกระแสผ่านผู้ใช้และกลับไปยังสายนิวทรัล ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดที่อาจทำให้แรงดันและกระแสไฟบนพื้นผิวของตัวเครื่อง และไปยังและผ่านตัวผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ป่วย (รูปที่ 1)

เมื่อติดตั้งหม้อแปลงแบบแยก กระแสไฟฟ้านี้จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากหม้อแปลงแบบแยกไม่มีเส้นทางจากสายนิวทรัลในกระแสสลับไปยังสายกราวด์ ดังนั้นกระแสจะไม่ไหลผ่านผู้ใช้

รูปที่ 1: หม้อแปลงแบบแยกแบ่งเส้นทางกระแสไฟฟ้าจากสายนิวทรัลเป็นยังสายกราวด์ ดังนั้นกระแสจะไม่ไหลผ่านผู้ใช้แม้ว่าอุปกรณ์หรือระบบของผู้ใช้จะเชื่อมต่อกับเคสที่เปิดออกโดยไม่ได้ตั้งใจ (แหล่งที่มาภาพ: Quora)

ทำไมต้องกังวลเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า

แรงดันไฟมาตรฐาน (110/230 โวลต์ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ (Hz)) ผ่านหน้าอกแม้เพียงเสี้ยววินาทีอาจกระตุ้นให้เกิดภาวะหัวใจห้องล่างสั่นพริ้วที่กระแสต่ำที่ 30 มิลลิแอมแปร์ (mA) หากกระแสไฟมีเส้นทางไปยังหัวใจโดยตรง เช่น ผ่านทางสายสวนหลอดเลือดหัวใจหรืออิเล็กโทรดชนิดอื่น กระแสไฟที่ต่ำกว่ามาก ๆ ที่น้อยกว่า 1 mA (AC หรือ DC) อาจทำให้เกิดภาวะภาวะหัวใจสั่นพริ้วได้

นี่คือเกณฑ์มาตรฐานบางประการซึ่งมักอ้างอิงกระแสที่ไหลผ่านร่างกายผ่านการสัมผัสทางผิวหนัง:

• 1 mA: แทบจะไม่สังเกตเห็น
• 16 mA: กระแสสูงสุดที่บุคคลขนาดปานกลางสามารถจับและ "ปล่อย" ได้
• 20 mA: กล้ามเนื้อทางเดินหายใจเป็นอัมพาต
• 100 mA: หัวใจห้องล่างสั่นพริ้ว
• 2 A: หัวใจหยุดเต้นและอวัยวะภายในเสียหาย

ระดับยังมีความสัมพันธ์กับเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งหมายถึงจุดที่ทั้งสองสัมผัสกับร่างกายตั้งอยู่ เช่น ข้ามหรือผ่านหน้าอก จากแขนลงไปที่เท้า หรือข้ามศีรษะ

การแยกและการรั่วไหลของหม้อแปลงเป็นสิ่งสำคัญ

กระแสไฟรั่วไหลผ่านฉนวนไดอิเล็กทริก ไม่ว่าจะเกิดจาก "การรั่วไหล" จากลักษณะที่ไม่สมบูรณ์ของฉนวน หรือเนื่องจากกระแสประจุไฟฟ้าที่สามารถผ่านได้แม้กระทั่งฉนวนที่ดีเป็นพิเศษ แม้ว่ากระแสไฟรั่วจะเป็๋นแค่สิ่งที่ไม่เป็นที่พึงปรารถนา แต่ก็เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างมากสำหรับการใช้งานทางการแพทย์บางอย่าง

แบบจำลองอย่างง่ายของหม้อแปลงไฟฟ้าแสดงการแยกทางไฟฟ้า (โอห์มมิก) ที่สมบูรณ์แบบระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิในรูปที่ 2

รูปที่ 2: โมเดลพื้นฐานของหม้อแปลงไฟฟ้านี้แสดงให้เห็นว่าไม่มีเส้นทางของกระแสไฟฟ้าจากฝั่งปฐมภูมิไปยังฝั่งทุติยภูมิ (แหล่งที่มาภาพ: Power Sources Manufacturers Association)

ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลจากแหล่งจ่ายไฟหลัก AC ไปยังผลิตภัณฑ์ที่ได้รับพลังงานโดยตรง ดังนั้นจึงสร้างวงจรการไหลของกระแสไฟทั้งหมดกลับไปยังแหล่งจ่ายไฟหลัก AC แม้ว่าส่วนประกอบหรือสายไฟที่ขัดข้องจะทำให้เกิดเส้นทางกระแสใหม่ในฝั่งทุติยภูมิ อย่างไรก็ตาม ไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้าใดที่สมบูรณ์แบบในโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งจะมีความจุระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิอยู่เสมอ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: แบบจำลองที่สมจริงยิ่งขึ้นแสดงค่าความจุภายในขดลวดพื้นฐาน (C_ps1 ) ระหว่างขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ (แหล่งที่มาภาพ: Power Sources Manufacturers Association)

โมเดลที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นจะเพิ่มแหล่งความจุภายในขดลวดเพิ่มเติมดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4: มีความจุของหม้อแปลงอื่นนอกเหนือจาก C_ps1 (แหล่งที่มาภาพ: Power Sources Manufacturers Association)

ความจุที่ไม่เป็นที่ต้องการนี้ช่วยให้กระแสไฟรั่วไหลสัมพันธ์กับตัวแปรหลายอย่าง เช่น ขนาดลวด รูปแบบการขด และรูปทรงของหม้อแปลงไฟฟ้า ค่าผลลัพธ์สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ต่ำถึงหนึ่งพิโกฟารัด (pF) ถึงไม่กี่ไมโครฟารัด (µF) นอกเหนือจากการรั่วไหลของประจุในหม้อแปลงไฟฟ้า แหล่งความจุอื่น ๆ ที่ไม่ตั้งใจคือระยะห่างบนแผงวงจรพิมพ์ ฉนวนระหว่างเซมิคอนดักเตอร์และฮีทซิงค์ที่ต่อลงดิน และแม้แต่โหลดแฝงระหว่างส่วนประกอบอื่น ๆ

กระแสไฟรั่วไหลของหม้อแปลงเนื่องจากความจุไม่ได้เป็นข้อกังวลเดียวของแหล่งจ่ายไฟมาตรฐานทางการแพทย์ เห็นได้ชัดว่าข้อกังวลด้านความปลอดภัยและฉนวนไฟฟ้ากระแสสลับขั้นพื้นฐานเป็นสิ่งที่น่ากังวล โดยขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟและกำลังไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้อาจต้องมีฉนวนกั้นที่สองที่แยกจากฉนวนหลัก

นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์จำนวนมากยังเกี่ยวข้องกับระดับสัญญาณที่ต่ำมาก (เช่น มิลลิโวลต์หรือไมโครโวลต์สำหรับเซ็นเซอร์ร่างกาย) ดังนั้นการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) หรือการรบกวนความถี่วิทยุ (RFI) (ที่เรียกกันทั่วไปว่าความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือ EMC) ก็เป็นเรื่องที่น่ากังวลเช่นกัน มาตรฐานที่เกี่ยวข้องระบุถึงการสร้าง EMI/RFI ที่อนุญาตสูงสุด รวมถึงค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้

มาตรฐานและวิธีการป้องกัน (MOP)

มาตรฐานหลักที่ควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์และความปลอดภัยคือ IEC 60601-1 - อุปกรณ์ไฟฟ้าทางการแพทย์ - ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับความปลอดภัยขั้นพื้นฐานและประสิทธิภาพที่จำเป็น ควบคู่ไปกับมาตรฐานที่เกี่ยวข้องต่าง ๆ โดย IEC 60601-1 ฉบับที่ 3 จะมุ่งเน้นไปที่ผู้ป่วยเพื่อต้องการ MOP โดยรวมที่รวมวิธีการป้องกันผู้ปฏิบัติงาน (MOOP) อย่างน้อยหนึ่งวิธีกับวิธีการคุ้มครองผู้ป่วย (MOPP)

ดังนั้นในขณะที่มาตรฐานฉบับที่ 2 ที่ป้องกันความล้มเหลวยังคงอยู่ ฉบับที่ 3 ตระหนักดีว่าอันตรายที่อาจเกิดขึ้นที่ผู้ใช้แต่ละคนมองเห็นอาจแตกต่างกันมาก ผู้ปฏิบัติงานสามารถเข้าถึงแผงควบคุมได้ ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ผู้ป่วยอาจถูก "เชื่อมต่อ" ผ่านโพรบ

มาตรฐานฉบับที่ 3 กล่าวถึงกระบวนการจัดการความเสี่ยงที่อธิบายไว้ใน ISO 14971 ซึ่งรวมถึงไฟล์การจัดการความเสี่ยงซึ่งมีการระบุและประเมินเงื่อนไขข้อบกพร่อง ไม่นานมานี้มีการบังคับใช้มาตรฐานฉบับที่ 4 ซึ่งเป็นการก้าวไปอีกขั้น ประการแรก ได้เพิ่มการปรับปรุงที่นำการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีมาพิจารณาด้วย ประการที่สองคือเพิ่มการวิเคราะห์ความเสี่ยงและจัดการกับข้อกังวลที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับ EMC ที่ส่งผลต่อทั้งเครื่องมือแพทย์ที่เป็นปัญหาและอุปกรณ์อื่น ๆ ในบริเวณใกล้เคียง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือมาตรฐานมีมากกว่าการพูดว่า "คุณควรทำเช่นนี้" หรือ "คุณควรทำแบบนี้" แต่จะต้องมีการประเมินและแม้แต่การหาค่าความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องและวิธีบรรเทาความเสี่ยง

ผลิตภัณฑ์และ MOP

มาตรฐานด้านกฎระเบียบได้สร้างคลาสการป้องกันของผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเฉพาะโดยวิธีการป้องกันผู้ปฏิบัติงานจากแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ซึ่งกำหนดเป็น Class I และ Class II

ในผลิตภัณฑ์ Class I จะมีโครงที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์เพื่อความปลอดภัย ดังนั้นจำเป็นต้องใช้สายไฟอินพุตที่มีตัวนำกราวด์เพื่อความปลอดภัยในการป้องกันผลิตภัณฑ์ Class I ในทางตรงกันข้าม ผลิตภัณฑ์ Class II จะไม่มีตัวนำกราวด์เพื่อความปลอดภัยในสายไฟอินพุต แต่จะมีฉนวนชั้นที่สองสำหรับการป้องกันผู้ปฏิบัติงานแทนเนื่องจากไม่มีโครงที่มีการต่อสายดิน (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: อุปกรณ์ Class I ต้องการเพียงฉนวนพื้นฐานและโครงที่มีการต่อสายดิน ในขณะที่อุปกรณ์ Class II ต้องการฉนวนเพิ่มเติม (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

มีข้อกำหนดใน IEC 60601-1 ที่แตกต่างกันสำหรับ MOP เช่น การแยก, ระยะผิวฉนวน และฉนวน รวมถึงข้อกำหนดสำหรับ MOOP หรือ MOPP ที่เข้มงวดกว่า (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: วิธีการป้องกันและระดับต่าง ๆ มีผลบังคับที่แตกต่างกันในพิกัดแรงดันไฟฟ้าแยก ระยะผิวฉนวน และฉนวน (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

มาตรฐานกำหนดประเภทที่จำเป็นในสถานการณ์การใช้งานต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ใช้สัมผัสร่างกายกับผู้ป่วย เช่น เครื่องวัดความดันโลหิต โดยทั่วไปจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนด Two MOOP และ One MOPP

ไม่มีตัวเลขใดที่สามารถวางไว้ข้างหน้าค่าที่ต้องการในแต่ละพารามิเตอร์ได้ เนื่องจากค่าสูงสุดเป็นฟังก์ชันของปัจจัยหลายอย่าง นอกจากนี้ยังกำหนดโดยว่าการออกแบบโดยรวมใช้ MOP เดี่ยวหรือทั้งสองและ MOP นั้นเป็น MOPP หรือ MOOP

คลาสการป้องกันของมาตรฐาน IEC จะควบคุมโครงสร้างและฉนวนของแหล่งจ่ายไฟเพื่อป้องกันผู้ใช้จากไฟฟ้าช็อต อุปกรณ์จ่ายไฟ IEC คลาส II มีสายไฟสองเส้น โดยมีฉนวนสองชั้น (หรือฉนวนเสริมแรงชั้นเดียว) ระหว่างผู้ใช้กับตัวนำกระแสไฟฟ้าภายใน

โดยทั่วไปแล้วชั้นฉนวนชั้นแรกจะเรียกว่า "ฉนวนพื้นฐาน" เช่น ฉนวนที่ใช้กับสายไฟตามปกติ จากนั้น ฉนวนชั้นที่สองมักจะเป็นเคสฉนวนที่หุ้มผลิตภัณฑ์ (และอาจติดป้ายว่า “ฉนวนสองชั้น”) เช่น กล่องพลาสติกที่ใช้กับตัวยึดติดผนังและอุปกรณ์จ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ

ผลิตหรือซื้อ

การออกแบบแหล่งจ่ายไฟเบื้องต้นได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลส่วนประกอบที่มีอยู่ บันทึกการใช้งาน การออกแบบอ้างอิง และอื่น ๆ อีกมากมาย ด้วยเหตุนี้นักออกแบบจึงอาจถูกหลอกล่อให้ออกแบบและสร้างแหล่งจ่ายไฟขึ้นมา โดยปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการใช้งานและลำดับความสำคัญได้อย่างแม่นยำ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าในบางกรณี ข้อกำหนดอุปกรณ์จ่ายไฟนั้นผิดปกติหรือไม่เหมือนใครจนไม่สามารถใช้อุปกรณ์จ่ายไฟในเชิงพาณิชย์ได้ เช่นนั้นแล้ว "การผลิต" จึงเป็นสิ่งจำเป็น

แม้จะมีความเป็นไปได้ในการ "การผลิต" แต่ก็มีข้อโต้แย้งที่แข็งแกร่ง: "การผลิต" มาพร้อมกับความเสี่ยงสูงด้านการออกแบบและการรับรอง บวกกับเวลาที่ออกสู่ตลาดที่ยาวนาน นอกจากนี้ปริมาณผู้จำหน่ายที่สูงขึ้น เมื่อเทียบกับความพยายามในการ "การผลิต" ส่งผลให้ค่าวัสดุ (BOM) และต้นทุนการประกอบลดลง ดังนั้น "การผลิต" จึงไม่สามารถช่วยประหยัดต้นทุนได้ ยกเว้นในบางกรณีที่ระดับพลังงานที่ต่ำมาก (ต่ำกว่าประมาณสิบวัตต์) ที่ประเด็นด้านกฎระเบียบมีความเข้มงวดน้อยกว่า

หน่วย OTS: ช่วงของระดับพลังงาน ฟอร์มแฟคเตอร์

อีกหนึ่งเรื่องที่จะพูดถึงอุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC ที่ผ่านการรับรองและได้รับการอนุมัติตามกฎระเบียบสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ แต่การดูอุปกรณ์บางรุ่นที่มีอยู่แสดงให้เห็นว่าการปฏิบัติตามข้อบังคับเหล่านี้ไม่ได้จำกัดความยืดหยุ่นในการใช้งาน ผู้จำหน่ายนำเสนออุปกรณ์ในตระกูลต่าง ๆ ที่มีช่วงพิกัดแรงดัน/กระแสไฟภายในแตกต่างกัน และสามารถตอบสนองข้อกำหนดได้เกือบทั้งหมด ตัวอย่างบางส่วนแสดงความกว้างของสิ่งที่มีอยู่ในอะแดปเตอร์ภายนอก โมดูลโอเพนเฟรม และยูนิตแบบปิด

ตัวอย่าง #1: อะแดปเตอร์เดสก์ท็อปภายนอก เช่น SDM65-UD ชุดรวม 24 โวลต์ 2.7 A SDM65-24-UD-P5 (รูปที่ 7) อุปกรณ์ในตระกูล Class II นี้มักใช้สำหรับจ่ายไฟ/ชาร์จแล็ปท็อปและอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกัน และมีช่วงอินพุตทั่วไปตั้งแต่ 90 ถึง 264 โวลต์และ 47 ถึง 63 Hz

อุปกรณ์ขนาด 65 วัตต์ที่ระบุเหล่านี้มีเอาต์พุตที่ครอบคลุม 12 โวลต์ที่ 5 A ถึง 5 โวลต์ที่ 1.36 A ซึ่งบรรจุอยู่ในกล่องที่เป็นฉนวนปิดสนิทขนาดประมาณ 120 × 60 × 36 มิลลิเมตร (มม.) และรวมถึงไฟ LED แสดงสถานะ "Power-on" เพื่อความสะดวกของผู้ใช้

รูปที่ 7: SDM65-24-UD-P5 เป็นแหล่งจ่ายไฟ AC/DC 24 V, 2.7 A, Class II สำหรับใช้ภายนอกโดยคำนึงถึงอุปกรณ์ที่จ่ายไฟ (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

อุปกรณ์จ่ายไฟในตระกูลนี้ทำงานจากสายไฟ AC แบบสองสายมาตรฐาน IEC320/C8 ที่ผู้ใช้จัดหา เอาต์พุต DC มาพร้อมกับสายไฟขนาด 150 ซม. (ซม.) (16 หรือ 18 เกจ ขึ้นอยู่กับกระแสไฟขาออกของแหล่งจ่ายไฟ) สามารถสั่งซื้อได้ด้วยการวางแนวขั้วแบบใดแบบหนึ่ง และแบบใดแบบหนึ่งจากปลายปลั๊ก "บาร์เรล" ทั่วไปหรือสายไฟเปลือย/เคลือบดีบุก (รูปที่ 8)

รูปที่ 8: อุปกรณ์จ่ายไฟในซีรีส์ SDM65-UD มีตัวเลือกตัวเชื่อมต่อแบบบาร์เรลมาตรฐานมากมายสำหรับขั้วต่อเอาท์พุต DC รวมถึงสายไฟเปลือยและแบบเคลือบดีบุก (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

ตัวอย่าง #2 : โมดูลโอเพนเฟรม (หรือถาด) เช่น ซีรีส์ VMS-550 รวมถึงVMS-550-48, ไฟ 48 โวลท์ 11.5 A อุปกรณ์จ่ายไฟในตระกูลนี้มีกำลังไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด 550 วัตต์ โดยมีเอาต์พุตครอบคลุม 12 โวลต์/42 A ถึง 58 โวลต์/9.5 A โดยมีขนาดมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ 3 × 5 นิ้ว และสูง 1.5 นิ้ว (รูปที่ 9)

รูปที่ 9: VMS-550-48 แบบโอเพนเฟรมให้ไฟ 48 โวลต์ที่ 11.5 A และมีขนาดมาตรฐาน 3 × 5 นิ้ว (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึงการแก้ไขตัวประกอบกำลัง (PFC) ซึ่งเป็นข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่ระดับพลังงานนี้ และมีการกระจายพลังงานขณะสแตนด์บายน้อยกว่า 0.5 วัตต์ และมีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 92% ทำงานในช่วงอุณหภูมิ -40°C ถึง 70°C และมีเอาต์พุต 12 โวลต์/0.5 A แยกต่างหากสำหรับพัดลมระบายความร้อนในตัว การเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับอุปกรณ์ Class II นี้ใช้ขั้วต่อตัวผู้บนแผงวงจรของแหล่งจ่ายไฟโดยใช้สายไฟสองเส้นที่ต่อเข้ากับขั้วต่อตัวเมียที่เข้ากัน

เอกสารข้อมูลจะมีกราฟตัวคูณลดพิกัดทางความร้อนพร้อมกับภาพแผนผังทางกลที่มีประโยชน์ ซึ่งแสดงการจัดเรียงสำหรับแผ่นฐานระบายความร้อนพร้อมฐานรองและสกรูยึด (รูปที่ 10)

รูปที่ 10: ภาพแผนผังทางกลแสดงขนาดและการจัดวางแผ่นระบายความร้อนที่เหมาะสมสำหรับแหล่งจ่ายไฟ VMS-550-48 (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

ตัวอย่าง #3 : ยูนิตแบบปิด เช่น ซีรีส์ VMS-450B ได้แก่VMS-450B-24-CNF, แหล่งจ่ายไฟ 450 วัตต์ที่ให้ 24 โวลต์ที่ 18.8 A จากอินพุต 100 ถึง 240 VAC อุปกรณ์จ่ายไฟมีขนาด 127 × 86.6 × 50 มม. (ประมาณ 5 × 3.4 × 2 นิ้ว) มาพร้อมกับแผงโลหะซึ่งช่วยให้อากาศไหลเวียนได้ในขณะที่ลด EMI/RFI และให้การป้องกันทางกายภาพแก่ทั้งอุปกรณ์จ่ายไฟและผู้ใช้ (ภาพที่ 11)

รูปที่ 11: ชุดจ่ายไฟ AC/DC รุ่น VMS-450B-24-CNF 450 วัตต์ให้แรงดันไฟฟ้า 24 โวลต์ที่ 18.8 A และมาพร้อมกับกล่องหุ้มป้องกัน (แหล่งที่มาภาพ: CUI Inc.)

อุปกรณ์จ่ายไฟในซีรีส์นี้สามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 12 โวลต์ที่ 37.5 A จนถึง 56 โวลต์ที่ 8 A นอกจากนี้ยังรวม PFC และไดรฟ์ 12 V, 600 mA สำหรับพัดลม รวมถึงเอาต์พุตเสริม DC 5 V, 1 A เพิ่มเติมที่ตอบสนองความต้องการชุดจ่ายไฟแยกขนาดเล็กในการใช้งานมากมาย

สรุป

อุปกรณ์ AC/DC สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ต้องเป็นไปตามมาตรฐานและข้อบังคับที่ซับซ้อนและเข้มงวดมากมาย ซึ่งครอบคลุมข้อกำหนดด้านความปลอดภัยขั้นพื้นฐานและเพิ่มเติม อุปกรณ์จ่ายไฟที่ตรงตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องทั้งหมดนั้นมีระดับพลังงานที่หลากหลายและมาในฟอร์มแฟคเตอร์ต่าง ๆ รวมถึงรูปแบบ "เดสก์ท็อป" ภายนอก และแบบ "ดรอปอิน" เพื่อรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เมื่อเลือกหนึ่งในอุปกรณ์มาตรฐานเหล่านี้ ผู้ออกแบบระบบจะสามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ การรับรอง การอนุมัติขั้นสุดท้าย และการผลิต