מאת: מרקו פרטה, RECOM אלקטרוניקה בע”מ. כמו בענפים אחרים באלקטרוניקה גם בהנדסה הרפואית קיים האילוץ למזעור מכשירים רפואיים. אולם בתחום ספקי הזרם מגיעים במהרה לקצה האפשרויות, במיוחד כאשר מדובר במכשירים המיושמים בסביבת חולים. בתחום זה הובילו עד כה הערכים המחייבים המוכתבים על ידי UL לגבי טווחי האוויר והזחילה, לכך שממירי זרם ישר/זרם ישר עם בידוד “מתוגבר” יהיו גדולים יותר מממירים בהספק זהה אך עם בידוד “תפעולי” בלבד. מהנדסי RECOM באוסטריה הצליחו לאחרונה לפרוץ גבולות באמצעות טכניקה חדישה ולשבץ ממיר 2 וואט עם בידוד מתוגבר במארז SIP7.
בהרבה יישומים תעשייתיים מספיק בידוד “תפעולי”. כך שהליפופים הראשוניים והמשניים בשנאים מאפשרים ליפופים חסכניים אחד על השני. מכיוון ששני השדות המגנטיים חופפים באופן מיטבי, ניתן להשיג באמצעות טכניקה זאת את מקדם היעילות הטוב ביותר.
בידוד הליפופים כאן הוא רק בין שכבות הלכה של שני התילים. כל עוד שכבות לכה אלה מבודדות ללא דופי, הן מסוגלות לעמוד במתחי בדיקה של כמה אלפי וולט מתח ישר. במידה שהתגלה בהן נזק עקב תקלה בייצור, או תוך כדי שימוש ממושך, יגרום הדבר לתקלה באופן וודאי. כאשר מתרגמים זאת ביישומים רפואיים, זה שווה ערך למכת חשמל לחולה, או לצוות.
לכן מחייבת (Underwriters Laboratories Inc.) במפורש, להשתמש במוצרי אלקטרוניקה רפואית בתוספת בידוד “מתוגבר” לממירי מתח ישר/מתח ישר, במידה שנעשה בהם שימוש בסביבת החולים. לא מדובר כאן בגובה מתח הבידוד, אלא במיוחד ב”איכות” הבידוד.
בידוד מתוגבר, בהיותו בידוד איכותי גבוה ביותר, מבטיח שלפחות במקרה של תקלה ראשונה תהיה עתודת בטיחות מספקת. התיאור הרשמי מטעם UL מנוסח אמנם באופן די מעורפל, אך מגדיר בדיוק את הדרישות לגבי טווחי אוויר וזחילה. אלה תלויים במתחי הכניסה המסווגים לכמה רמות. לממיר זרם ישר/זרם ישר רגיל עם כניסה 4:1 מ-18 עד 72 וולט יספיק טווח אוויר של 0.7 מ”מ, ולעומת זאת הגרסה בעלת הבידוד המתוגבר עם 2.4 מ”מ מאפשרת טווח גדול פי שלושה מנתון זה. הן הדבר לגבי טווח הזחילה עם 1.3 מ”מ לעומת 4.6 מ”מ, שוב בכפולה של כמעט פי שניים.
איור 1: הטבלה מציגה את טווחי האוויר והזחילה שקבעה UL בהתאם למתח הכניסה. ערכי הבידוד ה"מתוגבר" הם בערך גבוה פי שלוש מאשר אלו של הבידוד ה"תפעולי".
איור 2: השוואה ויזואלית בין ה-REC3.5 החדש עם בידוד עד 10 קילו-וולט מתח ישיר (ימין) לבין דגם REC3 עם בידוד רגיל שאינו מתאים ליישום רפואי (שמאל).
טווחי אוויר גדולים יותר מזיקים למקדם היעילות
לצורך שמירה על הערכים הופרדו עד כה הליפופים הראשוניים מהליפופים המשניים על החצאים הנגדיים של ליבת המגנט. חסרונו של פתרון פשוט זה הוא התלות בשנאי גדול יותר. וגרוע מכך: מכיוון שהשדות המגנטיים אינם יכולים לחפוף יותר באופן מיטבי במרווח ליפופים זה, מקדם היעילות פוחת. דוגמה מעשית: לעומת מקדם יעילות של ממיר עם בידוד רגיל, בו הליפופים הראשוניים חופפים לליפופים המשניים בסביבות 85%, משיג ממיר “מתוגבר” בטכניקה רגילה כמעט 75%. לכך יש תוצאות משמעותיות לגבי הטמפרטורה התפעולית המותרת. היא צונחת, בתנאים של בקרת קירור, מ-ל-, וכך נדיר שיעלה הצורך במאמץ נוסף לצורכי קירור.
טכניקת ה- “Re3-Inforced“ של RECOM הביאה לפריצת דרך
מהנדסי הפיתוח של RECOM באוסטריה הצליחו לארוז את ליפופי השנאי ביעילות, כך שהשדות המגנטיים חופפים היטב, וכמו כן נשמרים טווחי האוויר והזחילה. ליבת שנאי מעוצבת באופן מיוחד בשילוב עם חומרי בידוד חדשים מאפשרים הידוק ליפופים במרווח הנדרש. אמנם שנאים אלו גדולים במקצת משנאים בעלי בידוד רגיל, אך למרות זאת התאפשר לארוז בנקל ממירים אלה במארז של גרסת הבידוד הרגיל. ממירי זרם ישר/זרם ישר המצוידים כך מתאפיינים במתח בידוד גבוה יותר, מקדם יעילות טוב יותר והספק נקוב גבוה יותר מאשר במוצרים דומים. בנוסף למתח הבידוד הגבוה יותר, צומצם קיבול הליפוף לערכים בין 1.5pF לבין 20pF בהתאם לסוגים השונים. הדבר מבטיח זרמי זליגה נמוכים באופן משמעותי, כנדרש בהנדסה הרפואית. הממירים החדשים מוגנים בקביעות נגד קצר ועומס יתר, והם זמינים עם הגנה מפני תת-מתח ועם מספר זיהוי בשלט רחוק. הם עומדים בכל דרישות התקנים התקפים, כגון, 60601 EN, או 60601 UL.
בידוד עד 10 קילו-וולט זרם ישר – 3 שנות אחריות
הממירים בטווח ההספק הנמוך של 1 עד 2 וואט הספק נקוב (סדרת RxxP ו-RxxP2) הם במארז SIP7. הם זמינים, לפי בחירה, במתחי בידוד של 6.4 קילו-וולט זרם ישר, או 8 קילו-וולט זרם ישר. בנוסף לכך, זמינה גרסת ה-2 וואט כסדרת RV במארז סטנדרטי DIP24, בו ניתן לשדרג בנקל את הטכניקה החדשה בדגמים הקיימים. מקדם היעילות מגיע ל-88%, וטמפרטורת התפעול המותרת בקירור טבעי וללא סטיית ערך היא עד 85ºC.
הממירים בתחום ההספק הגבוה יותר בעלי הספק של 3.5 ו-6 וואט (סדרת REC3.5 ו-REC6) מבודדים ב-8 קילו-וולט זרם ישר, או 10 קילו-וולט מתח ישר ובמארז סטנדרטי DIP24. ההספק הנקוב שלהם גדול ב-20% יותר מאשר סוגים דומים עם בידוד רגיל, ומגיעים לערכים חסכניים במיוחד של 86% מקדם יעילות. טמפרטורת הסביבה המרבית, למשל, ב-REC3.5 אמורה להגיע עד ל- בקירור טבעי וללא סטיית ערך. ב-REC6 עם ההספק הגבוה יותר ובאותם תנאים היא מגיעה ל-. טמפרטורת המארז המותרת היא עד .
כנהוג ב-RECOM גם המשפחות החדשות עברו בדיקות HALT בשלבי הפיתוח במעבדה לאיכות הסביבה, כדי לערוב לחיי שרות ארוכים. מסיבה זאת האחריות היא גם למשך 3 שנים. למרות המבנה הטכני המורכב ולמרות הניצול הגדול יותר של ההספק, המחירים אינם גבוהים יותר במידה ניכרת מהטכניקות הזמינות המוכרות עד כה, ובחלקם המחירים נמוכים ממחירי מוצרים מתחרים.
מידע נוסף
“סביבת החולה” מוגדרת בדרך כלל כתחום בו החולים עלולים לגעת באבזור חשמלי, או שבמהלך הבדיקות הם באים מן ההכרח במגע עם המכשירים. למניעת הלם חשמלי מוצגות דרישות גבוהות לגבי הפרדה גלוונית בין אספקת המתח, חלקי מארז נגישים וכלי האבחון.
למכשור רפואי המופעל מהרשת דרושים שני מחסומי בידוד. המחסום הראשון מצוי בחלק של רשת זרם החילופין, המצמידה את האלקטרוניקה לצד האספקה. המחסום השני מיושם על ידי ממירי זרם ישר/זרם ישר עם בידוד “מתוגבר” באמצעות חיישן מדידה, או אלקטרודה.
התרשים מציג את מערך הבידוד במכשיר אבחון המופעל מהרשת והמיועד לשימוש בגוף החולה – במקרה זה, מכשיר א.ק.ג. לבידוד אלקטרודות היניקה ולשמירה על הערכים הגבוליים של זרמי הזליגה, במיוחד במקרה של פגם, משתמשים בממירי זרם ישר/זרם ישר המצוידים בבידוד “מתוגבר”.
