Ekstern strømforsyning: Problem eller løsning? - Elektronikknett
Figure-01
Veggmontert- og skrivebordsversjon av strømforsyninger.

Ekstern strømforsyning: Problem eller løsning?

Fag_vignett_80x80

Design av medisinske produkter med eksterne strømforsyninger – kan noe så enkelt som en kabel bli et problem?

Nesten alle elektroniske medisinske produkter krever en strømkilde, og mange av dem bruker konvensjonell distribuert vekselstrøm som kraftkilde. Så snart det er bestemt at veggstrøm vil bli brukt, må designingeniøren bestemme om produktet skal ha en intern strømforsyning eller om det skal brukes en ekstern strømforsyning. I mange tilfeller vil den eksterne strømforsyningen være en bedre løsning. Fordelene ved å bruke en ekstern strømforsyning kan dreie seg om kostnader, størrelse, brukervennlighet, utviklingsplan og logistikk i leveringskjeden.

Intern versus ekstern
Interne strømforsyninger til medisinske produkter er karakterisert ved at de er montert inne i produktkapslingen og fysisk isolert fra brukerne. De fleste interne strømforsyninger har terminaler, kontakter, loddeputer eller lignende metoder for å ivareta inngangs- og utgangsforbindelser, men få interne strømforsyningsdesign har integrerte inngangs- eller utgangskabler.

Veggkontakt- og skrivebordsversjoner av eksterne strømforsyninger i medisinsk kvalitet har ofte en kapsling av plast for å gi fysisk beskyttelse av de interne kretsene og isolasjon for å beskytte brukeren mot farlige spenninger som kan være tilstede i disse kretsene. Elektriske tilkoblinger til eksterne strømforsyninger omfatter både AC-inngangsspenningen og DC-utgangsspenningen. Inngangstilkoblingen vil omfatte en strømkontakt, og likestrømsutgangen vil ofte ha en kabel som kan koples fra, eller strømforsyningskunden kan be om å få et likestrømuttak i enden av likestrømskabelen.

Veggkontakt versus bordtopp
Den viktigste forskjellen mellom en skrivebords- og en veggkontaktstrømforsyning er at sistnevnte har pluggene mekanisk koblet til strømforsyningens kapsling, mens en skrivebordsforsyning har en strømledning mellom AC-inngangen og kapslingen. Strømforsyninger til veggkontakt har vanligvis utgangseffekt på 3 ~ 45 W på grunn av begrensninger i den fysiske størrelsen og vekten på forsyningen, mens stasjonære forsyninger er tilgjengelige med utgangseffekt på 10 ~ 300 W.

Internasjonale standarder
På mange skrivebordsforsyninger kan inngangsledningen kobles fra strømforsyningens kapsling. Denne funksjonen er praktisk for medisinske produkter som selges internasjonalt, med forskjellige fysiske pluggkonfigurasjoner. AC-ledninger kan kjøpes med standardkontakter til strømforsyningen og forskjellige AC-plugger som passer for den elektriske veggkontakten i landet der produktet skal brukes. Ettersom AC-pluggene er koblet direkte til en veggkontaktmontert strømforsyning, er det to vanlige metoder for denne typen strømforsyninger å imøtekomme forskjellige internasjonale AC kontaktstandarder.

Figure-02 Figur 2: Eksempler på internasjonale standarder for AC støpsler.

Én metode for veggkontaktkonstruksjon er å ha dedikerte produkter for hver AC-kontaktstandard; disse er kjent som faste pinnekonfigurasjoner. Hvis en fast pinnekonfigurasjon ikke er ønsket, er design tilgjengelig med utskiftbare pinner. I disse konfigurasjonene er det en proprietær mekanisk og elektrisk kontakt integrert i kapslingen til strømforsyningen, og det er gjort tilgjengelig matekontakter som tilbyr de nødvendige AC-pinnene for å matche de internasjonale standardene.

Flytende- eller jordet utgang
Strømforsyninger av medisinsk kvalitet er ofte tilgjengelige med valg av to eller tre ledere på inngangskabelen. Selv om det kanskje ikke er åpenbart, påvirker antall strømledere på inngangen også DC-utgangskonfigurasjonen. Med to-leder veggkontakt- og bordforsyninger, føres ikke sikkerhetsjordingen fra vekselstrømmen inn i strømforsyningen, og dermed kan ingen av lederne i strømforsyningen kobles til denne jordingen. DC-utgangen som ikke er koblet til AC-inngangssikkerhetsjord blir referert til som 'flytende'. De fleste veggmonterte strømforsyninger har bare to vekselstrømsledere, slik at strømforsyningen kan settes inn i strømkontakten i en av to retninger.

Figure-03B Figur 3: Flytende- og jordingsbaserte DC-utganger.

Skrivebordsforsyninger med tre ledere på inngangskablene bringer derimot vekselstrøminngangens sikkerhetsjord inn i strømforsyningen. I de fleste av disse designene er DC-utgangens negative terminal koblet til jordingen fra AC-inngangen, og utgangsspenningen har dermed referanse til jord. Det skal bemerkes at med både «flytende» og «jordingsrefererte» DC-utganger er DC-utgangsspenningen isolert fra AC-inngangsspenningen.

DC utgangskabler
De fleste veggmonterte og løse strømforsyninger for medisinske applikasjoner er designet med integrerte DC-utgangskabler. Størrelsen på lederne i DC-utgangskabelen og lengden på kabelen er ofte indirekte begrenset av regulatoriske spesifikasjoner. I de fleste av verdensmarkedene krever disse spesifikasjonene en minimum kraftomformingseffekt for strømforsyningen. Effektivitetsmålingene for å karakterisere strømforsyningen må inkludere tap i DC-utgangskabelen. Både tynnere og lengre kabler bidrar til større tap, og derfor er likestrømskabler ofte kortere og tykkere enn hva kundene ellers foretrekker.

Figure-04 Figur 4: «Barrel» type jackplugg.

DC utgangskontakter
Medisinske produkter med ekstern strømforsyning vil kreve en eller annen metode for å koble strømforsyningen til produktet. Kanskje den vanligste DC-kontakten er en rund jackplugg. Denne konfigurasjonen er populær fordi det ikke er nødvendig retning for å passe pluggen i kontakten, og løse mekaniske toleranser kan innpasses. Det er mange «litt standardiserte» størrelser på runde plugger og -kontakter, og derfor bør designingeniøren sørge for at de mekaniske dimensjonene blir forstått klart.

USB-plugger brukes iblant som en kontakt for DC-utgangsspenningen på grunn av den mekaniske standardiseringen av kontaktene. Hvis USB-plugger brukes til utgangskontaktene på strømforsyningene, vil det være hensiktsmessig at utgangsspenningen samsvarer med USB-standardene, slik at tredjepartsutstyr ikke blir skadet av en ikke-standard spenning fra USB-kontakten. DIN- kraftkontakter brukes ofte i applikasjoner med høy strøm, ettersom flere pinner gjør det mulig for kontakten å lede store belastningsstrømmer.

DC-kontakter med magneter er tilgjengelig, og som gjør det enklere å koble strømkabelen fra utstyret.

Disse kontaktene er fordelaktige i situasjoner der DC-utgangskabelen kan utgjøre en snublefare eller det medisinske utstyret kan bli skadet hvis det kan falle på gulvet ved drag i DC-strømkabelen. På den annen side er likestrømskontakter også tilgjengelige med låseforbindelser slik at likestrømskabelen ikke lett kan fjernes fra lasten. Denne brukes når utilsiktet strømbrudd skal forhindres.

Figure-05 Figur 5: USB-kontakter.

Regulatoriske begrensninger
Reguleringskrav til eksterne strømforsyninger i medisinske applikasjoner er ofte forskjellige fra interne forsyninger ved at det kan være minimumskrav til effektomforming og maksimalkrav til elektrisk støyutstråling for eksterne forsyninger. Minimumskravene for omformingseffektivitet vil begrense lengden og ledningsstørrelsen som er tilgjengelig for DC-utgangskabelen. Lange kabler og tynne ledere bidrar begge til større effekttap som er inkludert når man karakteriserer den minimale effektomformingseffektiviteten til forsyningen. Det kan være nødvendig å spesifisere en ekstern strømforsyning med en kort utgangskabel for å oppnå ønsket effektomformingseffektivitet.

Kunden kan legge til sin egen DC-kabelforlenger for å oppnå ønsket total kabellengde.

Mens de fleste elektronikkprodukter for medisinske applikasjoner vil være pålagt å overholde forskriftene som regulerer maksimalt elektrisk støyutstråling, må eksterne strømforsyninger i seg selv også oppfylle utslippsbestemmelsene. Leverandørens utviklingsteam må derfor sørge for at frittstående strømforsyninger oppfyller myndighetskravene.

Utseende
Eksterne forsyninger for medisinske produkter kan bygges med egendefinerte farger for å enten smelte inn eller skille seg ut fra de andre tingene der de brukes. I noen applikasjoner kan det være ønskelig å ha et produkt som går i ett med omgivelsene, for å gi et behagelig miljø for pasienten. I andre bruksområder kan produktet være utformet for å skille seg ut visuelt av hensyn til sikkerhet eller merkegjenkjenning. Mange egenskaper ved kablene på AC-inngang og DC-utgang kan tilpasses. Alternativer for tilpasning av kablene inkluderer farge, lengde, fleksibilitet og struktur. Dessuten kan egendefinerte etiketter spesifiseres for eksterne strømforsyninger, enten for å knytte forsyningen til riktig utstyr eller for å understreke merket til det medisinske produktet.

Designprosess
Bruk av eksterne strømforsyninger i medisinske produkter kan åpne for effektivitet i systemdesignet. En fordel er at strømforsyningsspesifikasjonene kan sluttføres så snart produktdesignet er fullført. Dette alternativet kan muliggjøre en forkortelse av designplanen eller redusere systemkostnadene. Bruk av eksterne strømforsyninger muliggjør design av mindre og lettere produkter ved å skille forsyningen fra produktet. Å ha tilførselen utenfor det medisinske produktet kan også gi fordeler med hensyn til termisk avledning eller elektrisk støy. Produktene er noen ganger designet med en ekstern strømforsyning for å fremskynde designprosessen, og deretter er strømforsyningen plassert i produktchassiset for å muliggjøre et monolittisk sluttprodukt.

Administrasjon av leveringskjeden
Bruk av eksterne strømforsyninger i medisinsk utstyr kan gi fordeler med hensyn til styring av forsyningskjeden. Strømforsyningen kan spesifiseres av de fysiske egenskapene til inngangs- og utgangskabler og -plugger og de elektriske egenskapene til selve strømforsyningen. Dette fjerner begrensninger på grunn av formen og tilpasningen til strømforsyningskapslingen eller chassiset, og gir flere alternativer under utvalg- og anskaffelsesprosess. Fraværet av spesifikasjoner for form og tilpasning gjør det også lettere å skaffe erstatningsutstyr hvis det opprinnelige produktet ikke lenger er tilgjengelig.

Oppsummering
Det er mulig å oppnå mange ytelses-, pris- og visuelle fordeler ved bruk av ekstern strømforsyning i medisinsk utstyr. Ofte kan eksterne forsyninger gi flere alternativer enn de som er tilgjengelige fra interne forsyninger. Strømforsyningsleverandører, som CUI, er klar til å gi støtte og veiledning når du utvikler produktene dine.

Kommentarer