Dezvoltatorii de dispozitive medicale trebuie să fie capabili să adapteze cât mai rapid tehnologiile din ce în ce mai complexe pentru producția de serie. Dar acestea trebuie, de asemenea, să îndeplinească cele mai înalte standarde de calitate și siguranță − la urma urmei, capacitatea lor de a funcționa fără cusur poate însemna literalmente diferența dintre viață și moarte, în cel mai rău caz.
Figura 1: Switch-urile cu encoder optic de la C&K permit operarea fiabilă a dispozitivelor medicale datorită unei reacții haptice robuste. (Sursa imaginii: C&K)
Ingineria medicală necesită adesea sisteme terminale compacte, ușor de curățat și sterilizat. Componentele electromecanice ajută la realizarea acestui lucru, oferind protecție împotriva erorilor de utilizare, a supracurenților și supratensiunilor, precum și a supraîncălzirii. Pentru un design intuitiv al dispozitivelor medicale este nevoie de concepte moderne de control, care să minimizeze pe cât posibil erorile de interacțiune om/mașină. Dar acestea trebuie, de asemenea, să asigure un dispozitiv steril și ușor de curățat, cu protecție IP67.
Figura 2: Switch-urile tactice KSC de la C&K sunt rezistente la solicitări chiar mai ridicate. (Sursa imaginii: C&K)
Abilitatea de a opera manual și fără probleme un dispozitiv poate fi asigurată folosind întrerupătoare basculante sau rotative și pushbutoane robuste, fabricate din materiale de înaltă calitate, de exemplu, folosind întrerupătoarele cu codificator optic din seria ENC de la C&K (figura 1). Aceste componente, disponibile cu două canale, cu ieșire pe 2-biți, oferă o reacție haptică robustă cu un răspuns clar de blocare (lock-in). Switch-urile tactile permit o funcționare fiabilă datorită feedback-ului tactil pe care îl oferă. Modelele din seria KSC de la C&K (figura 2) sunt proiectate pentru a fi utilizate mult mai intens, oferind o durată de viață lungă, de până la 10 milioane de cicluri. Actuatoarele lor din silicon și cauciuc oferă o reacție haptică specificată și reacții auditive în funcție de forța și duritatea actuatorului și, de asemenea, permit integrarea ușoară a comutatorului.
Figura 3: Seria G3VM de relee MOSFET de la Omron oferă un număr mare de cicluri de comutare silențioase (fără zgomot). (Sursa imaginii: Omron)
Tastaturile metalice personalizate oferă modalități multiple de operare a dispozitivelor medicale (medtech), adesea echipate special pentru diverse aplicații. Aceste tastaturi, care sunt extrem de rezistente la lichide, pot fi, de asemenea, ușor de curățat și sterilizat.
Dispozitivele complexe și moderne pot fi controlate prin intermediul interfețelor om-mașină. Funcțiile corespunzătoare sunt controlate prin intermediul unității de comandă cu ajutorul unui semnal și/sau al unui releu MOSFET. Releele MOSFET, cum ar fi G3VM de la Omron (figura 3), garantează un număr mare de cicluri de comutare silențioase. Nu se generează niciun arc electric la comutarea contactelor, ceea ce înseamnă că nu va exista nicio defecțiune ca urmare a uzurii contactelor. Prin urmare, aceste componente oferă avantajul unei durate lungi de exploatare.
Sursă de alimentare de înaltă performanță
Așa cum se întâmplă în cazul oricărei tehnologii, noile dezvoltări medicale și îmbunătățirile acestora depind de o sursă de alimentare fiabilă, construită conform standardelor și specificațiilor. Acestea, trebuie să asigure, de asemenea, un mecanism sigur de deconectare care să comute – în cazul unor defecțiuni (cum ar fi scurtcircuitele) – la o sursă de alimentare de rezervă, precum o baterie reîncărcabilă. Diverse mecanisme de siguranțe fuzibile, precum cele cu cartuș, cu fir axial de 5 mm/¼” sau cele de tip SMT (brick), sunt utilizate în acest scop. Siguranțele ‘brick’ se definesc în special prin construcția lor mică și compactă.
Siguranțele din seria 6125 cu montare pe suprafață de la Eaton Bussmann sunt recomandate în special pentru aplicațiile în care este necesar ca funcționarea să continue în cazul unei defecțiuni fără a provoca deteriorarea componentelor. Acestea nu numai că protejează alimentarea cu putere împotriva scurtcircuitelor, dar servesc și ca filtre EMI. Tipurile cu acțiune rapidă (6125FF) sunt special create pentru curenți de conectare mari. Seria 6125TD cu acțiune temporizată (întârziată) corespunde standardului EIA-IS-722 și poate conduce curenții nominali timp de cel puțin patru ore. Modelele 6125FA garantează protecție la supracurent până la 125V AC/DC.
Figura 4: Seria 1025 de la Eaton Bussmann poate rezista chiar și la curenți foarte mari. (Sursa imaginii: Eaton Bussmann)
Seria 1025 de la Eaton Bussmann (figura 4) intră în joc atunci când sunt implicați curenți și mai mari. Aceste siguranțe convenționale montate pe suprafață oferă protecție de la cel mai înalt nivel de curent. Indicele lor de topire mai ridicat permite, de asemenea, curenți de pornire mai mari. Grație unei temperaturi de operare de la -55 la +125°C, acestea sunt potrivite și pentru utilizarea în medii dificile.
Eaton Bussmann oferă, de asemenea, socluri pentru siguranțe fuzibile cu montare pe panou sau pe PCB, multe fiind potrivite pentru 5 mm și ¼”. Acestea sunt disponibile într-o varietate de clase de protecție IP.
Figura 5: Deși sunt subțiri, foliile termoconductoare sunt, totuși, foarte eficiente împotriva căldurii. (Sursa imaginii: Panasonic)
Siguranțele resetabile sunt ideale pentru circuitele greu accesibile, în special în aplicațiile care trebuie să fie permanent disponibile sau în cazul în care se produc frecvent supracurenți. Aceste componente PTC (coeficient pozitiv de temperatură) măresc rezistența atunci când temperatura crește, ca urmare a unui curent excesiv. Odată ce problema a fost rezolvată și temperatura scade din nou, rezistența este “resetată” automat. Cea mai mare selecție de componente PTC este disponibilă la Littelfuse, de exemplu seriile PolySwitch și Poly-Fuse. Seria nano SMD de la Littelfuse are, de asemenea, dimensiuni deosebit de mici care ajută la economisirea spațiului și la reducerea costurilor. Datorită selecției mari de modele diferite, aceasta oferă, în plus, versatilitate în proiectare. Datorită gamelor lor de tensiune înaltă, acestea pot fi integrate și în cele mai noi aplicații.
Soluții împotriva căldurii
Căldura emisă de componente în timpul funcționării prezintă un anumit risc pentru o funcționare fără cusur și pentru durata de viață a componentelor, motiv pentru care managementul termic adaptat la aplicație și la condițiile specifice de instalare este esențial. Radiatoarele la nivel de placă (pin heatsinks) reprezintă o metodă consacrată de răcire a PCB-urilor care găzduiesc nu numai semiconductoare de putere, ci și controlere și procesoare de semnal. Deoarece sunt montate direct pe componenta în cauză, acestea pot fi utilizate pentru a le răci în mod specific și eficient. Companiile Fischer Elektronik și Assmann WSW se numără printre furnizorii cu cea mai mare gamă de radiatoare din aluminiu sau cupru la nivel de placă, cu diferite dimensiuni, factori de formă și mecanisme de instalare.
Figura 6: Seria de ventilatoare AD12032 de la ADDA (Sursa imaginii: ADDA)
Figura 7: Seria de ventilatoare JV0620-00 de la Jamicon – silențioase și de lungă durată grație utilizării rulmenților flotanți. (Sursa imaginii: Jamicon)
Foliile termoconductoare cu o grosime de la 10 µm până la 100 µm ajută la o economie și mai mare de spațiu (figura 5) și oferă, de asemenea, o conductivitate termică ridicată de până la 1.950W/mK. Acestea sunt simplu de utilizat, deoarece sunt ușor de tăiat la dimensiunea dorită. Foliile termoconductoare sunt disponibile pe piață de la furnizori precum 3M și Panasonic.
În cazul în care se generează o cantitate foarte mare de căldură, ventilatoarele reprezintă o metodă extrem de potrivită. Acestea sunt superioare răcirii pasive atât din punct de vedere al performanțelor, cât și din punct de vedere al costurilor. Dacă accentul se pune pe maximizarea fluxului de aer, se recomandă modelul AD12032 de la ADDA (figura 6). Pe de altă parte, dacă nivelul de zgomot este un factor important, de exemplu în cazul dispozitivelor utilizate în camerele pacienților, se recomandă modelele cu rulmenți flotanți, cum ar fi seria AD12032 de la ADDA sau JV0620-00 de la Jamicon (Figura 7). Modelele de rulmenți cu bile pe două rânduri de la Jamicon au o durată de viață deosebit de lungă.
Autori:
Burak Duman,
Suport tehnic − domeniul mecanic și
Martin Unsöld,
Manager senior, marketing de produs − domeniul mecanic la Rutronik
Rutronik | https://www.rutronik.com
