醫(yī)療電子領(lǐng)域電感器應(yīng)用指南

世界衛(wèi)生組織報(bào)告指出，老年人口在全球人口中的占比近 22%。人口老齡化的快速增長和慢性病發(fā)病率的增加進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)醫(yī)療電子設(shè)備的需求，從而也加速了醫(yī)療電源市場的整體增長。市場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2021 年全球醫(yī)療電源市場價(jià)值 13.9 億美元，預(yù)計(jì)到 2029 年將達(dá)到 24.7 億美元，在 2022-2029 年的預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為 7.4%。

（資料來源：Data Bridge Market Research）

而作為涉及生命安全的產(chǎn)品，醫(yī)療設(shè)備具有顯著高于消費(fèi)電子等其他應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求，從而決定了內(nèi)部的電子元件必須具有嚴(yán)格的質(zhì)量或設(shè)計(jì)方法，以確保整個(gè)系統(tǒng)符合醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)。在功能方面上，內(nèi)部的電子裝置主要支持電源（如成像機(jī)、診斷儀或分析儀）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)（如呼吸機(jī)、牙科或外科工具）；在運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用方面上，患者的生命和健康應(yīng)受到謹(jǐn)慎且精確的控制，從而避免任何危險(xiǎn)的故障或傷害。

具有單極或雙極運(yùn)行模式的BLDC主要由12V或24V等低壓驅(qū)動(dòng)裝置工作，常常以組合排列的方式共同工作。更精密的應(yīng)用設(shè)備使用步進(jìn)電機(jī)或微型步進(jìn)電機(jī)來精確控制軸角度。在這種類型的機(jī)器中，幾個(gè)單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器需要低紋波和無噪聲電源，這些電源通常跟隨在一個(gè)先升壓預(yù)整流然后再降壓轉(zhuǎn)換以達(dá)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求的隔離型DC-DC輸入端，并根據(jù)預(yù)調(diào)節(jié)先升壓后降壓達(dá)到特定的電機(jī)需求。

01 生命體征測量用電源

根據(jù)IEC 60601-1或ISO 80601-2等醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)，多參數(shù)患者監(jiān)護(hù)儀的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)鏈和電源線均應(yīng)采用隔離配置。通常情況下，無論系統(tǒng)是由電源脫機(jī)輸入還是電池供電，一次接地和二次接地（或數(shù)字接地到模擬接地）之間的5KV隔離電壓應(yīng)符合要求，以防止接地回路電流或漏電流流經(jīng)患者身體。電源也應(yīng)該是高效的，以避免產(chǎn)生任何明顯的散熱；同時(shí)也應(yīng)該按照醫(yī)院環(huán)境或ISO4871(規(guī)定了<29dBA的聲級(jí))的一般要求保持無噪聲。最后，電源電流紋波應(yīng)嚴(yán)格限制在盡可能低的范圍內(nèi)，同時(shí)也因此LC濾波器始終謹(jǐn)慎地放置在二次側(cè)，以便為敏感的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）提供更純凈的直流電源，從而精確地測量患者的生命體征。

02 直流預(yù)調(diào)節(jié)（升壓階段）

為達(dá)到5KV隔離電壓或更高的隔離度，用于BLDC控制的醫(yī)療電源單元首先必須更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)隔離DC-DC轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換通常采用具有良好的EMI和效率標(biāo)記的反激拓?fù)鋪硗瓿?。盡管如此，通常需要直流預(yù)調(diào)節(jié)來更好地控制輸出紋波和噪聲，以及為下游不同降壓單元提供通用高壓導(dǎo)軌。

03 BLDC驅(qū)動(dòng)器（降壓階段）

為實(shí)現(xiàn)盡可能低的紋波，這些降壓轉(zhuǎn)換器需要更高的電感值，通常在22~68