适用于医疗工程的机电元件 ——实现多功能保护和最大可靠性

12/21/2021 Asia Knowledge cn

医疗设备的研发人员必须能够将越来越复杂的技术尽快应用于批量生产。 然而,这些技术也需要满足最高的质量和安全标准——毕竟,在最坏的情境中,这些技术是否能够完美运作实际上意味着生与死的区别。

医疗工程通常需要易于清洁和消毒的紧凑型终端系统。机电组件通过提供防止使用错误、过流和过压以及过热的保护有助于实现这一目标。对用户友好的医疗设备设计要求现代化的控制理念,以便尽可能地减少人机交互错误。但他们还需要提供具有 IP67 防护等级的无菌且易于清洁的设备。

通过使用由高级材料制成的坚固摇臂开关、旋转开关和按钮,例如使用 C&K 的 ENC 系列光学编码器开关,可以确保轻松实现手动操作设备(图 1)。这些组件拥有两通道、2 位输出,提供具有清晰锁定反馈的稳健触觉反馈。

轻触开关通过其提供的触觉反馈来实现可靠操作。 C&K 的 KSC 系列型号(图 2)专为大量使用而设计,使用寿命长达 1000 万次循环。他们的硅胶和橡胶致动器根据力度和致动器硬度提供指定的触觉反馈和听觉反应,并且还能够将开关轻松进行集成。

定制的金属键盘提供了多种方式来操作通常配备各种应用程序的医疗技术设备。这些键盘高度耐受液体,因此可以轻松对其进行清洁和消毒。

复杂的现代设备可以利用人机界面来实现控制。相应的功能可由控制单元通过信号和/或 MOSFET 继电器来控制。如 Omron G3VM 等 MOSFET 继电器(图 3)可保证较高的无声开关次数。触头切换时不会产生电弧,这意味着不会因触头磨损而导致故障。因此,这些组件具有使用寿命长的优点。

高性能电源供应

与任何技术一样,新医疗技术的发展和增强有赖于可靠的、定制的电源供应,通常由电源供应单元提供。然而,还必须确保安全停用机制可以切换到备用电源(例如可充电电池),以防出现短路等故障。各种熔断机制,例如筒式熔断器、5mm/¼" 轴向引线式熔断器和砖式熔断器都适用于此目的。尤其是砖式熔断器以其小巧紧凑的结构而著称。

来自Eaton Bussmann 的可表面安装 6125 系列砖式保险丝特别推荐用于在发生故障时需要继续工作而不会对组件造成损坏的应用。它们不仅可以防止电源短路,还可以用作 EMI 滤波器。快速响应型 (6125FF) 专为高接通电流而设计。带延时响应的6125TD系列符合EIA-IS-722标准,至少可导通额定电流4小时。 6125FA 型号则可保证高达 125V AC/DC 的过流保护。

Eaton Bussmann 1025 系列(图 4)在涉及更高电流时发挥作用。这些传统的表面贴装保险丝提供最高电流级别的保护。它们较高的熔断积分也允许更高的接通电流。它们的工作温度范围为 -55 至 +125°C,因而适用于恶劣环境。

Eaton Bussmann 还提供用于面板或 PCB 安装的保险丝支架,其中许多适用于 5mm 和 ¼"。它们具有多种 IP 保护等级。

自恢复保险丝非常适用于不便于接触的电路,特别是在需要持续可用或过电流常见的应用中。当过电流导致温度升高时,这些 PTC 元件(正温度系数)会增加电阻。一旦问题得到解决并且温度再次下降时,电阻就会自动“重置”。 Littelfuse 提供了最多的 PTC 组件选择,例如 PolySwitch 和 Poly-Fuse 系列。 Littelfuse 的纳米 SMD 系列还具有特别小的尺寸,有助于节省空间和降低成本。凭借大量不同型号的选择,它还提供了设计的多功能性。由于其高电压范围,它们还可以集成到新一代应用中。

不能受热

运行期间组件的热量排放对完美实现功能和其使用寿命构成了一定风险,这就是针对应用和特定安装条件必须量身定制热管理至关重要的原因。板级散热器(引脚散热器)是一种既定的冷却 PCB 的方法,不仅承载功率半导体,而且承载控制器和信号处理器。由于它们直接安装在相关组件上,因此可用于专门并有效地进行冷却。 Fischer Elektronik 和 Assmann WSW 都是供应范围最广​​的铝或铜板级散热器的供应商,可提供具有各种尺寸、外形和安装机制的散热器。

薄至 10µm 至 100µm 的导热箔有助于节省更多空间(图 5),并且还提供高达 1,950W/mK 的高导热率。它们很容易切割成所需的尺寸,因而便于处理。市面上可供选择的导热箔通常来自 3M 和松下等供应商。

在产生大量热量的地方,风扇是首选的冷却方法。它们在性能和成本方面都优于被动冷却。如果着重于最大限度地提高气流,则推荐使用 ADDA 的 AD12032(图 6)。另一方面,如果噪声水平是一个需要考虑的因素,例如在病房中使用的设备,则建议使用带有浮动轴承的型号,例如 ADDA 的 AD12032 系列或 Jamicon 的 JV0620-00(图 7)。 Jamicon 的双滚珠轴承型号具有特别长的使用寿命。

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