의료용 등급 AC-DC 공급 장치: 다중 폼 팩터, 플러그 옵션으로 간편하게 설계

AC 전원 의료 제품을 설계할 때는 일반적인 엔지니어링 과제 외에도 고유한 전원 공급 장치 문제에 직면하게 됩니다. 라인으로 작동하는 AC-DC 전원 공급 장치(전원 컨버터라고도 함)는 비의료용 설계 이상의 엄격한 안전 규정을 충족해야 합니다. 또한 다양한 고장 모드에서도 안전성을 유지해야 합니다.

다행히도 이러한 컨버터의 공급 옵션이 많아져 다양한 폼 팩터, 라인 플러그 옵션 및 전력 정격의 의료용 공급 장치를 선택할 수 있습니다.

이들 컨버터는 일반적인 비의료용 표준과 함께 ANSI/AAMI ES60601-1(미국(US)) 및 IEC/BS EN/EN60601-1(유럽 연합(EU)) 표준의 규제를 받습니다. 두 가지 환자 보호 수단(2×MOPP)과 100마이크로암페어(µA) 정도의 누설 전류 등의 요건을 충족합니다. 이는 안전과 효율성을 위해 일반적인 공급 표준을 뛰어넘는 다양한 요구 사항 중 하나입니다.

대부분의 경우, 공급 장치는 접지를 위한 세 번째 핀(블레이드)이 없더라도 안전성을 보장하는 Class II AC 플러그 구성으로 설계되어야 합니다. 이는 접지 연결이 있는 Class I 플러그와 대조적입니다. 여전히 많은 2중 블레이드 AC 리셉터클이 사용되고 있기 때문에 Class II가 필요합니다. 또한 리셉터클이 3구 접지형이라 하더라도 실제 접지 연결이 없거나 결함이 있을 수 있습니다.

선택할 수 있는 옵션으로는 오픈 프레임, 내부 섀시 전원 공급 장치 또는 외부 벽면 장착 어댑터가 있습니다. 대부분의 벽면 어댑터는 최대 50와트까지 정격이 지정되어 있어 고전력 설계에서는 오픈 프레임 공급이 유일한 선택이 될 수 있으므로 이런 경우는 최선의 선택이 분명해집니다. 또한 장단점을 고려하거나 응용 제품에 따라 결정해야 하는 경우도 있습니다.

오픈 프레임 전원 공급 장치

내부 전원 공급 장치는 완전한 단일 박스 솔루션이어야 하는 제품에 적합합니다. 내부에 전원 공급 장치를 추가하면 장치 크기가 커지지만 투석기, 치과용 의자, 전기 침대 또는 수액 펌프가 포함된 응용 제품의 경우 종종 허용되기도 합니다.

내부 공급 장치는 여러 개의 출력을 가진 단일 공급 장치를 사용하는 것과 달리 완전히 독립된 별도의 레일이 필요한 경우에도 사용됩니다. 전원 공급 장치의 on/off 시나리오가 다르거나 전압 및 전류 정격 범위가 넓은 경우가 이에 해당합니다.

MEAN WELL의 '친환경' RPS 계열 오픈 프레임 컨버터는 의료용 응용 제품에 적합합니다. 5볼트 ~ 48볼트의 출력 전압에서 최소 30와트에서 최대 500와트의 전력 레벨을 제공합니다.

이 계열의 대표적인 장치는 2인치 × 3인치(in.)의 작은 실장 면적을 가진 24볼트, 120와트 인쇄 회로 기판(PC 기판) 컨버터인 RPS-120S-24입니다. 이 컨버터는 94%의 최대 부하 효율과 0.3와트 미만의 매우 낮은 무부하 전력 소비로 80볼트 ~ 264볼트 AC(VAC)의 입력에서 작동합니다. Class I 및 Class II 시스템 설치에 사용할 수 있으며 누설 전류가 150µA 미만으로 매우 낮습니다.

그림 1: RPS-120S-24 PC 기판 컨버터는 크기가 2인치 × 3인치에 불과하지만 높은 효율과 낮은 무부하 손실로 최대 120와트를 제공합니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

벽면 장착 어댑터

벽면 장착 전원 장치는 시스템의 부피와 무게를 줄임으로써 패키징과 사용에 유연성을 제공합니다. 대부분의 경우 기본 작동 전원을 제공하지 않고 내부 배터리를 충전하는 데 사용됩니다. 이렇게 하면 내부 AC-DC 전원에 대한 부담 없이 시스템을 현장으로 가져갈 수 있습니다. 또한 휴대용 시스템이 아니더라도 AC 콘센트에 전원 공급 장치를 배치할 수 있기 때문에 데스크톱이나 벤치 공간을 덜 차지합니다.

벽면 어댑터의 또 다른 장점은 AC 라인의 고전압을 시스템 외부에 유지하여 안전한 저전압 DC만 내부에 있기 때문에 인증 절차가 간소화된다는 점입니다. 현재 많은 저가형 비휴대용 배터리가 없는 소비자 제품은 이러한 이유로 외부 어댑터를 사용합니다. 반면 내부 오픈 프레임 공급 장치는 전선과 부품이 노출되어 있기 때문에 차폐 또는 차폐막과 같은 추가적인 물리적 보호가 필요한 경우가 많습니다.

MEAN WELL은 30와트 ~ 60와트 정격, 5볼트 ~ 48볼트 출력, 고정형 플러그를 갖춘 어댑터를 제공합니다. 고정형이란 외부 AC 케이블 없이 AC 플러그가 어댑터 본체에 직접 장착되어 있어 비용을 절감하고 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있다는 의미입니다.

9볼트, 60와트 GEM60I09-P1J(그림 2)와 같은 MEAN WELL의 GEM60I 계열에는 EU, 미국, 영국(UK) 및 호주용 교체 가능한 AC 플러그가 있습니다(플러그 키트는 별도 판매)(그림 3).

그림 2: GEM60I 계열의 벽면 실장형 컨버터에는 다양한 지역의 요구 사항을 지원하기 위해 교체 가능한 본체 장착형 AC 플러그 블레이드가 들어 있습니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

그림 3: GEM60I 어댑터에 제공되는 네 가지 블레이드 구성은 호주, 영국, EU 및 미국 AC 플러그 패턴을 충족합니다. (이미지 출처: MEAN WELL)

반면 MEAN WELL의 GSM60E 계열에는 EU 전용 플러그가 있고 GSM60U 계열에는 미국용 플러그가 있습니다. 이러한 플러그는 제거하거나 교체할 수 있는 것이 아니라 어댑터의 일체형 부품으로 구성되어 있습니다.

이 Class II 장치는 80VAC ~ 264VAC의 범용 입력에서 작동하며 누설 전류가 100µA 미만이고 무부하 전력 소비가 0.15와트 미만인 것이 특징입니다. 모든 의료 및 기타 규제 표준을 충족하며 UL 94V-0 등급의 방염 인클로저를 갖추고 있습니다.

결론

의료 시스템을 설계하는 경우 이제 다양한 폼 팩터를 갖추었고 다양한 규정을 모두 충족하는 많은 AC-DC 컨버터 중에서 선택할 수 있습니다. 필요한 전압, 전류 및 전력 정격과 응용 제품에 최적화된 폼 팩터를 갖춘 MEAN WELL 공급 장치를 선택하면 차별화된 설계 기능을 갖춘 최종 제품을 설계할 수 있습니다.

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