Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 Diseño de una fuente conmutada para uso médico A. L. Fernández, E. Medina, H. Garrido, E. Espinosa Calle 202 # 1704 entre 17 y 19, Playa, Ciudad de la Habana, CP 11600. Instituto Central de Investigación Digital Email: arlem@icid.edu.cu RESUMEN ABSTRACT Se presenta el diseño de una fuente conmutada de uso médico. Los tres bloques fundamentales que la componen se diseñaron teniendo en cuenta la norma general de seguridad de equipos médicos y algunas de las normas de ensayos de compatibilidad electromagnética (EMC). Las pruebas de parámetros técnicos, así como los principales requisitos de seguridad eléctrica y EMC comprobados se corresponden con los requisitos de diseño propuestos inicialmente. Esta fuente puede constituir la fuente principal de cualquier equipo médico con requisitos similares de alimentación. This article deal with the design of a switchmode power supply. Their principal blocks were designed taking into account the security and electromagnetic compatibility (EMC) standards. The tests of the technical, security and EMC parameters satisfied our requirements when we started the design. This block could be power supply of any equipment with similar requirements of power. Key words: Off- line power supply, medical use power supply, AC-DC converter, switchmode power supply. Palabras clave: Fuente de entrada de corriente alterna o tipo OFF-LINE, fuente de uso médico, conversor AC-DC, fuente de alimentación en modo conmutado (SMPS). Bioingeniería y Física Médica Cubana 4 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 1. INTRODUCCIÓN Generalmente el diseño de una fuente conectada a la línea de alimentación de corriente alterna o tipo OFF-LINE para un equipo médico es un proceso bastante complejo, debido fundamentalmente a los diferentes compromisos entre sus parámetros de tensiones y corrientes máximas de salida y los requerimientos de seguridad eléctrica y compatibilidad electromagnética. Normalmente es un proceso que requiere cierta especialización y que usualmente se deja para que otro lo resuelva. Muchos fabricantes de equipos médicos deciden comprar la fuente de alimentación a compañías que se han especializado en este campo, como forma de minimizar los tiempos de desarrollo de sus productos y los posibles efectos indeseables que se pudieran originar en el equipo médico, por un incorrecto diseño electrónico de la fuente de alimentación. Un aspecto secundario es el alto precio que deben pagar usualmente por las fuentes de alimentación. El presente trabajo presenta una solución bastante económica de este dispositivo, sin sacrificar los principales requisitos paramétricos y de seguridad a cumplir. Esto permitirá tener cierta autonomía en el diseño y construcción de un bloque tan neurálgico para los equipos médicos. La selección del tipo de fuente adecuado depende fundamentalmente del análisis de los requerimientos de potencia, eficiencia, volumen y peso, sin descuidar los aspectos relacionados con las interferencias que estas puedan ocasionar al resto de los bloques del equipo médico y a los otros equipos que comparten su entorno. Si el equipo tiene que ser portátil, condición que implica pequeño tamaño y bajo peso, y requiere niveles medios o altos de corrientes de consumo, la elección debe ser una fuente conmutada. Si no se requiere pequeño tamaño, bajo peso y alta eficiencia, y los consumos de potencia son relativamente bajos, la elección puede ser una fuente lineal, que adicionalmente no provocará fenómenos de interferencias electromagnéticas. Bioingeniería y Física Médica Cubana En el presente trabajo se presenta el diseño de una fuente conmutada de uso médico con entrada universal. La fuente de alimentación debe incluir además un cargador para baterías de Níquel-MetalHidruro, en lo adelante (NiMH). La solución para el circuito cargador será objeto de una próxima publicación. 2. METODOLOGÍA Requisitos de diseño de la fuente de alimentación: Tensión de alimentación de entrada: de 100 V a 240 V ( Entrada Universal) Tensiones de corriente directa de salida: Salida 1: + 23 V, ± 0.5 V, Imáx de 1,5 A. Salida 2: + 5 V, ± 0.05 V, Imáx de 1,5 A. Salida 3: + 12 V, ± 0.12 V, Imáx de 0,5 A Eficiencia: Mayor del 75 % Respaldo de batería: Paquete de baterías de Níquel-Metal-Hidruro (NiMH) de 24 V. Requisitos de Seguridad Eléctrica: Fuente para equipo Clase I, Tipo CF, según la Norma IEC 60601-1 [1]. Requisitos de EMC: Cumple con las normas siguientes: CEI/IEC 61000-4-2: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Seccion 2 CEI/IEC 61000-4-4: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 4 CEI/IEC 61000-4-2: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 5 [2], [3] y [4]. Volumen máximo (Anchura x Profundidad x Altura): (160 mm x 100 mm x 40 mm). Para satisfacer los requisitos propuestos se realizaron las siguientes acciones: Selección del tipo de fuente. Definición de los bloques eléctricos principales que conformarán la fuente. Selección del tipo de configuración y dispositivo de control del primario del AC-DC. Diseño del bloque interruptor y selección del tipo de configuración para el DC-DC. Requisitos de seguridad eléctrica y compatibilidad electromagnética. 5 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 2.1 Selección del tipo de fuente Teniendo en cuenta los requisitos de diseño se escogió bloque de entrada o etapa AC-DC en modo conmutado, fundamentalmente por las principales ventajas de este tipo de esquema como son: su alta eficiencia, pequeño tamaño, bajo peso y margen amplio de la tensión de alimentación de AC de entrada, sin descuidar de los posibles problemas de interferencias radiadas y conducidas que pudieran provocar. 2.2 Definición de los bloques eléctricos principales que conformarán la fuente Son necesarios tres bloques fundamentales que se relacionan a continuación: Conversor AC-DC, donde se generan dos tensiones de corriente directa (CD). La primera se alternará con la tensión de CD que ofrecen las baterías y permitirán alimentar a un segundo bloque de conversión DC-DC. Interruptor electrónico, que permita controlar la alimentación de entrada al DC-DC, y por ende el control de encendido y apagado que ejecuta el usuario a través de las teclas ON y OFF en el supuesto teclado del equipo. Conversor DC-DC, que debe convertir la tensión de CD proveniente del AC-DC o del paquete de baterías en condición de operación sin red, en las distintas tensiones (+5 V, + 23 V y + 12 V) necesarias para energizar a los distintos bloques que conforman el equipo. 2.3 Selección del tipo de configuración y dispositivo de control del primario del AC-DC. Considerando que la potencia a la salida es menor que 150 VA se seleccionó la topología flyback para el diseño de la etapa de entrada o AC-DC. Se valoraron diferentes circuitos controladores del primario en modo flyback entre los que se destacan el universalmente conocido UC3842 [5], originalmente de Unitrode; la familia TopSwitch-GX [6] del fabricante Power Integration; y por último la familia de conmutadores de potencia FPS de Fairchild [7]. Los dispositivos que más compitieron en la selección fueron los TopSwitch-GX y los FPS, debido al alto nivel de integración de las funciones básicas de control que se incorporan en los mismos, lo cual implica Bioingeniería y Física Médica Cubana necesariamente una menor cantidad de componentes discretas a utilizar alrededor de los mismos, además de incrementar la fiabilidad y la minimización de posibles interferencias electromagnéticas. Finalmente se escogieron los FPS, fundamentalmente por las ventajas de su esquema de regulación tipo corriente, sobre el esquema de regulación tipo tensión que usan los TopSwitch-GX. 2.4 Diseño del bloque interruptor y selcción del tipo de configuración para el DC-DC. Para el caso del interruptor electrónico la decisión estuvo a favor de un esquema de probada eficiencia y fiabilidad, que había sido utilizado por loa autores. Se basa en el control de un Mosfet de canal P que actúa como interruptor, a partir del manejo de un transistor bipolar asociado al mismo. Se desechó el esquema tradicional, utilizando biestables y Mosfet, debido fundamentalmente a las tensiones de corriente directa que se manejan, que superan las tensiones máximas de alimentación de las familias lógicas existentes. Teniendo en cuenta que el AC-DC ofrecerá un aislamiento entrada-salida superior a 3000 V, se decidió diseñar el bloque DC-DC con reguladores conmutados tipo reductores o step-down, y en configuración no aislada. En el equipo médico en que usaremos esta fuente existe un DC-DC integrado de la compañía C&D Technologies [8] alimentando el bloque que se conecta directamente al paciente. Este dispositivo ofrece un aislamiento de entradasalida de 6 kV, cumpliéndose de esta forma con los parámetros de tensiones de aislamiento reforzado con respecto a la red de alimentación de corriente alterna especificadas en la norma IEC 60601-1. [1]. 2.5 Requisitos de seguridad eléctrica y compatibilidad electromagnética. Además de la tensión de aislamiento entradasalida analizada en el apartado anterior, se brindó especial cuidado en los límites de las corrientes de fuga a tierra de entrada, determinadas fundamentalmente en el paso AC-DC. Se analizaron además los dispositivos de limitación de sobre tensiones que se deberían colocar en la entrada, sin que la 6 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 capacidad asociada a los mismos alteraran los límites de estas corrientes de fuga. Otros parámetros que se abordan con especial interés en la norma general de seguridad de equipos médicos son la separación de los diferentes circuitos que componen la fuente, el conjunto general y los componentes utilizados, los márgenes de temperatura de operación, almacenamiento y transportación de la misma; fueron también analizados con mucho cuidado en el proceso de diseño. Dentro de los requisitos de EMC que debe satisfacer la fuente está la inmunidad ante sobretensiones, que se pudieran manifestar como transitorios eléctricos, transitorios rápidos en ráfagas y ondas de choque provocadas fundamentalmente por: Descargas electrostáticas. Manejo de grandes cargas inductivas, operación de motores, generadores, máquinas de soldadura por arco, entre otras. Descargas atmosféricas Los métodos de ensayos para probar la inmunidad ante estos fenómenos se encuentran regulados en las normas IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-4 e IEC 61000-4-5. Estas normas también fueron analizadas cuidadosamente para conocer los límites máximos y las duraciones de estas sobre tensiones, para seleccionar dispositivos limitadores que actuaran adecuadamente ante las mismas. Otros aspectos importantes a tener en cuenta son la inmunidad radiada, así como los niveles máximos de emisiones radiadas que nuestra fuente provoca en su entorno. 3.1 CONVERSOR AC-DC En el Anexo1 se muestra el esquema eléctrico del AC-DC diseñado. Este bloque es el encargado de generar las tensiones de corriente directa necesarias para alimentar al bloque DC-DC y al bloque de carga de baterías. Este constituye el primer paso de aislamiento con respecto a la entrada de AC. Este aislamiento está determinado fundamentalmente por las tensiones de aislamiento salida-entrada que soportan el transformador T1 y el optoacoplador IC2. La tensión de entrada de corriente alterna en un rango entre 100 V y 240 V se rectifica y se filtra para obtener una tensión de corriente directa que es aplicada al bloque de regulación conmutada tipo flyback, obteniéndose a la salida dos tensiones de corriente directa que alimentan los dos bloques mencionados anteriormente. El conversor AC-DC está formado por los siguientes bloques: Filtro de línea Rectificador y filtro primario Bloque de control y conmutación Rectificador y filtro de salida Bloque de regulación 3.1.1 Filtro de línea Constituido por el filtro de línea tipo híbrido L1, los capacitores C1 y C2 (tipo “X”), los capacitores C3 y C4 (tipo “Y”), así como la resistencia R1, que ofrecen un camino de descarga a estos capacitores al desconectar la alimentación. Todos estos garantizan un filtraje ante interferencias de modo diferencial y de modo común conducidas por los cables de alimentación hacia la fuente, así como las que pudieran generarse producto del funcionamiento propio de la fuente y conducirse al exterior, y alterar el funcionamiento de otros equipos conectados a la misma red. 3.1.2 Rectificador y filtro primario Se rectifica y se filtra la tensión de corriente alterna de entrada a través del puente rectificador D4 y del filtro C6, obteniéndose una tensión de corriente directa elevada que se aplica al primario del transformador flyback T1. En esta etapa se ofrece además una limitación del pico de corriente que fluye por los 3. DISEÑO DE LA FUENTE La fuente diseñada está formada por: el conversor AC-DC, el interruptor electrónico y el conversor DC-DC. A continuación se explican brevemente cada uno de estos bloques. Bioingeniería y Física Médica Cubana 7 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 terminales de entrada cuando la fuente se energiza por primera vez (limitación de la corriente inrush). Esta limitación se realiza a través del termistor Th, el cual ofrece una resistencia en estado “frío” o sin energizar de unidades de ohm; y en condición “caliente” o energizado de décimas de ohm. Es decir en el momento del arranque de la fuente se inserta en el circuito una resistencia limitadora propia del estado frío del termistor, que posteriormente desciende hasta simular un cortocircuito, equivalente a la resistencia del estado caliente del mismo [9]. Esta limitación de corriente además de garantizar un buen funcionamiento de la fuente, es de vital importancia para proteger la fiabilidad de numerosos componentes que componen las etapas siguientes. 3.1.3 Bloque de control y conmutación Compuesto por el circuito integrado KA1M0565 o el FS7M0680 (IC11), circuito modulador de ancho de pulso en modo corriente, que posee las funciones necesarias para implementar esquemas off-line de control en modo corriente a una frecuencia fija en modo flyback y en modo forward [10]. Dentro de sus principales características se destacan: Optimizado para aplicaciones tipo off-line. Incorpora internamente un transistor SensFet de alta tensión (650 V). Limitación de corriente pulso por pulso. Frecuencia de operación fija a 66 kHz. Protección de sobre tensión. Protección de sobre corriente. Arranque suave. La mayoría de las funciones necesarias en este tipo de fuente se encuentran internamente implementadas en este integrado por lo que necesita una menor circuitería externa con relación a la que utiliza el controlador tradicional UC3842; por otra parte la inclusión del transistor de conmutación lo hace todavía mas compacto y fiable, minimizándose además fenómenos relacionados con las emisiones electromagnéticas, que es un problema típico de las fuentes conmutadas. Bioingeniería y Física Médica Cubana Al energizarse la fuente el capacitor C8 se carga a través del resistor R2 alimentando a IC1. Cuando esta tensión alcanza un valor de 15 V, comienza la conducción del mosfet interno, que actúa como elemento conmutador. Posteriormente la alimentación de IC1 la garantiza un enrrollado auxiliar del transformador T1, a través del terminal 2 del mismo, pasando por el diodo rectificador D6 y el capacitor C8. Durante el tiempo de conducción del mosfet interno la energía se almacena en el núcleo del transformador de ferrita. En este momento la polaridad de los enrrollados secundarios es tal que los rectificadores de salida se encuentran inversamente polarizados, no existiendo transferencia de energía a la salida. La corriente en el circuito primario se cuantifica a través de un resistor interno en U1 (Rsense), y se compara contra un valor de referencia interno en U1. Cuando se alcanza este umbral de comparación se deshabilita el mosfet interno y la polaridad de los enrrollados del transformador cambian, polarizando en directa los rectificadores de salida, transfiriéndose toda la energía almacenada en el núcleo de ferrita a los capacitores de salida. A través del terminal 4 de IC1 se obtiene una muestra de la tensión de salida proveniente del circuito secundario aislada ópticamente a través del optoacoplador IC2, garantizándose de esta forma una regulación de carga. La energía almacenada en la inductancia parásita de T1 origina picos de tensión que se adicionan a la tensión a través de T1 cuando Q1 esta deshabilitado o en estado “off ”, de forma tal que se pudiera exceder los límites de la tensión de ruptura drenaje-fuente del mosfet interno de IC1 (BVDSS). La red formada por R3, C7 y D5 se conecta en paralelo al primario del transformador o terminales 3 y 5, y cumple el objetivo de limitar estas sobretensiones a valores inferiores al VDSS del Mosfet. 8 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 3.1.4 Rectificador y filtro de salida Se rectifica y se filtra la tensión de corriente alterna a la salida de los dos enrollados secundarios del transformador T1. Por un lado se obtiene una tensión de salida de corriente directa ACDCOUT, que va a servir de entrada al paso DC-DC descrito en el Anexo 3. La otra tensión de corriente directa (VCH) se utiliza para alimentar al bloque encargado de cargar la batería. El circuito de control de la carga de la batería no se incluye en este trabajo, sólo en la Fig. 2, Anexo2, se encuentran algunos elementos relacionados con este bloque. El resistor R6 garantiza una corriente de carga mínima para la salida ACDCOUT, de forma tal que se logre una correcta regulación de la misma. 3.1.5 Bloque de regulación Formado por el circuito integrado TL 431 (IC3), que es un regulador de tensión en derivación o tipo shunt. Este tipo de regulador esta diseñado para utilizarse como referencia y control en lazos de realimentación para fuentes conmutadas reguladas. En este se encuentran integrados una referencia tipo bandgap de 2.5V, un amplificador operacional y un transistor, conformando un amplificador de error en el circuito secundario. Se toma una muestra de la tensión de salida ACDCOUT a partir del divisor resistivo formado por R9 y R10 que origina una tensión próxima a 2.5 V en la entrada de IC3. Si la tensión muestreada es inferior a 2.5 V la salida de IC3 no suministra corriente por lo que no se activa el diodo del optoacoplador IC2. Cuando esta tensión muestreada alcanza el valor de 2.5 V hay suministro de corriente a la salida de IC3, y por consiguiente se activa el diodo de IC2, habilitándose de esta forma el fototransistor del mismo, que se conecta al circuito primario, estableciéndose una regulación de carga. 3.2 INTERRUPTOR ELECTRÓNICO En el Anexo 2 aparece el esquema eléctrico del mismo. Está formado por el circuito electrónico que gobierna la alimentación de entrada al conversor DC-DC y por el regulador de corriente y otros elementos necesarios para el control de la carga de las baterías. El bloque Bioingeniería y Física Médica Cubana de control de carga del paquete de baterías de NiMH de 24 V no es objetivo de este trabajo. El bloque interruptor está formado por los transistores Q1 y Q4, y por R11, R12, R13, R14, C17 y D9. Entre sus funciones fundamentales se destacan: Permitir el paso de la señal ACDCOUT (salida del bloque AC-DC) para alimentar al DC-DC. Interrumpir la alimentación al bloque DC-DC. La primera función se produce al presionar la parte superior del interruptor tipo push-button CN2, equivalente a accionar la tecla ON en el supuesto teclado del equipo. Con esto se cortocircuitan instantáneamente los terminales colector-emisor de Q1, y a través de las resistencias R11 y R12 se polariza adecuadamente el Mosfet canal P (Transistor Q2), permitiendo pasar la tensión presente en el terminal fuente del mismo (ACDCOUT o BAT+) hacia su terminal de drenaje. Posteriormente el transistor Q1 se encarga de mantener a Q2 activado. La operación de interrupción de la alimentación al bloque DC-DC se logra presionando la parte inferior del interruptor tipo push-button CN2, equivalente a accionar la tecla OFF en el supuesto teclado de nuestro equipo. Esta operación provoca un cortocircuito de los terminales base-emisor de Q1, y por ende un corte del transistor Q2. En la condición de operación a partir de la línea de corriente alterna de entrada la tensión ACDCOUT supera en magnitud a la ofrecida por la batería o BAT+. El circuito integrado IC4 actúa como regulador de corriente para la carga del paquete de batería. El circuito integrado IC5 ofrece una tensión de alimentación de 5 V necesarios para el circuito que controla la carga de estas baterías y para el circuito comparador IC6 que permite la obtención de la señal de batería baja. Los límites de este comparador se establecen a través de los divisores resistivos R16-R17 y R18-R19. La tensión INDCDC se utiliza aquí como tensión de comparación debido a que en el caso de operación con batería esta sería aproximadamente igual a BAT+, solo diferenciándose por la caída en la Rds del 9 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 mosfet Q2. Para el caso de operación con AC, la tensión ACDCOUT siempre sería mayor que BAT+, por lo que no daría nivel de batería baja a la salida de Ic6. 3.3 CONVERSOR DC-DC Decidimos utilizar reguladores conmutados en configuración reductora o step-down para cada una de las tensiones de salidas necesarias. El esquema eléctrico de este bloque aparece en la figura 3 del Anexo. Para el caso de la tensión de salida de + 23 V utilizamos el regulador L4960A (IC9) de la compañía SGS Thomson [10]. Dentro de sus características fundamentales se destacan: Eficiencia de hasta el 90 % Corriente de salida de hasta 2,5 A Tensión de entrada de hasta 46 V Arranque suave Limitación interna de corriente Apagado por excesiva temperatura La tensión de salida de + 12 V se obtiene a partir del regulador LM2676T12 (IC7) de National Semiconductor [11]. Sus características técnicas principales son: Eficiencia de hasta el 94 % Corriente de salida de hasta 3 A Tensión de entrada de hasta 40 V Frecuencia de operación fija de 260 kHz Arranque suave Baja corriente en estado de off En el caso de esta salida se propone opcionalmente el uso del LM2576T12, situado en la parte superior izquierda en la figura 3, pero se aclara que la eficiencia puede disminuir hasta un 88 % debido fundamentalmente a su frecuencia de operación que es de 52 kHz. Adicionalmente, el valor y tamaño de la ferrita va a ser mayor que para el caso del LM2676T12. Por último para el caso de la tensión de salida + 5 V se propone como paso inicial un regulador ajustable LM2676T-ADJ (IC8) también de National Semiconductor. Las características de esta versión ajustable son muy similares a la de la versión fija aunque la eficiencia es ligeramente inferior, con un valor aproximado de 88 %. Se decide utilizar esta versión ajustable para generar una tensión de + 6V y Bioingeniería y Física Médica Cubana luego aplicarla a la entrada de un regulador lineal de baja caída entrada-salida LT1085T5 (IC10), que sirva además para filtrar las posibles ondulaciones y ruido asociados al modo conmutado de trabajo del regulador IC8. A la salida de IC10 obtenemos la tensión de +5V que alimentará a todos los circuitos digitales y otros bloques que requieran esta tensión de alimentación. 4. COMPROBACIÓN DE LOS PARÁMETROS TÉCNICOS DE LA FUENTE. DISCUSIÓN Primeramente fueron cuantificados los errores relativos en las tensiones de salida de corriente directa para determinadas corrientes de carga en cada una de estas fuentes. Para ello se conectaron cargas resistivas a cada salida. Se realizaron un total de 3 mediciones por cada salida. Los resultados se relacionan en la Tabla I. Tabla I. Errores en las tensiones de salida. Tensiones de Salida + 23 V / I carga = 1 A + 5 V / I carga = 1 A + 12 V / I carga = 0,4 A Errores Relativos <2 % < 0,2 % <1 % Se hicieron mediciones de la eficiencia del bloque AC-DC y se obtuvieron valores entre el 77 % y el 85 % para una tensión de entrada de CA entre 100 V y 240 V, lo cual demuestra la alta eficiencia del paso diseñado y el margen amplio de alimentación que acepta. Para el caso del DC-DC se obtuvo una eficiencia resultante de 89 %. Esta alta eficiencia es de suma importancia cuando nuestro equipo final tiene que alimentarse con baterías de respaldo. El paso DC-DC obtenido implica que nuestro equipo tenga un mayor tiempo de operación con las mismas. Dentro de los requisitos de seguridad eléctrica se midieron las corrientes de fuga a tierra y se comprobó la tensión de aislamiento salidaentrada de la fuente. Los valores máximos permisibles de la corriente de fuga, así como los niveles de tensión a aplicar para la comprobación de los aislamientos se especifican en la norma IEC60601-1. Los resultados se muestran en la Tabla II. 10 ISSN-1606-0563 Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 Tabla II. Requisitos de seguridad eléctrica comprobados cumplimiento con las otras normas fundamentales de inmunidad y emisión radiada y conducida requieren de un equipamiento especial. Valor máximo Valor medido en permisible (µA) el equipo (µA) Parámetros Corriente de fuga a tierra Aislamiento a ensayar para equipos alimentados hasta 230 V. Aislamiento básico 1. 2 Aislamiento reforzado . CondiCondi- ción de Condición primer ción normal defecto normal 500 1000 60 Condición de primer defecto 5. CONCLUSIONES Los requisitos que sirvieron como punto de partida para el diseño fueron cumplidos. De los resultados obtenidos y discutidos en este trabajo se puede afirmar que la fuente diseñada puede ser utilizada como bloque de alimentación principal de cualquier equipo médico que tenga requisitos de alimentación similares. No obstante en el caso que estos requisitos difieran un poco de los de la fuente presentada, la misma ofrece una gran flexibilidad en el diseño, por lo que se puede adaptar fácilmente a otras tensiones y corrientes de salida. 120 Tensión aplicada (V). Cumplimiento 1500 3000 Cumple Cumple 1) Aislamiento entre parte de entrada de AC cortocircuitada y tierra. 2) Aislamiento entre parte de entrada de AC cortocircuitada y salida de DC cortocircuitada. Si se utiliza la fuente diseñada en un equipo que fuera CF, se deben entonces cuantificar además de estas corrientes de fuga a tierra, las corrientes de fuga de envolvente, de paciente y auxiliar de paciente y sus valores deben estar por debajo de los especificados en la norma general IEC60601-1 [1]. Para el caso de las tensiones de aislamiento se deben comprobar los aislamientos existentes entre otras partes del equipo. Adicionalmente, se debe incorporar algún otro paso de aislamiento superior a 1000 V para alimentar a aquellos bloques que van directamente conectados al paciente, y de esta forma se logra un aislamiento reforzado resultante superior a 4000 V, que es el límite del aislamiento reforzado para una alimentación de AC que puede llegar hasta 230 V. En el caso de los requisitos de compatibilidad electromagnética se asegura que cumple con las normas IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-4 e IEC 61000-4-5 debido a que la solución electrónica del bloque de entrada de AC fue diseñado por los mismos autores, y comprobado con anterioridad en otra fuente utilizada en un electrocardiógrafo portátil que pasó las rigurosas pruebas de EMC con vistas a la obtención del marcado CE en un laboratorio en Europa acreditado para estos propósitos. Los ensayos para la comprobación del Bioingeniería y Física Médica Cubana BIBLIOGRAFÍA [1] Norma Europea, EN 60601-1: Equipos electromédicos. Requisitos generales para la seguridad, 1993. [2] Comité Electrotécnico Internacional, CEI/IEC 61000-4-2: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 2: Ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas, 1995. [3] Comité Electrotécnico Internacional, CEI/IEC 61000-4-4: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 4: Ensayos de inmunidad a los transitorios eléctricos rápidos en ráfagas, 1995. [4] Comité Electrotécnico Internacional, CEI/IEC 61000-4-2: Compatibilidad electromagnética. Parte 4: Técnicas de ensayo y de medida. Sección 5: Ensayos de inmunidad a las ondas de choque, 1995. [5] Motorola, UC3842B datasheet. High performance current mode controllers, 1996. [6] Power Integrations, TOP 242-250-GX datasheet. 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GLOSARIO DE TERMINOS: Equipo tipo CF: Clasificación según el grado de protección contra descargas eléctricas EMC: Compatibilidad Electromagnética AC-DC: Alterna-Directa DC-DC: Directa-Directa Bioingeniería y Física Médica Cubana 12 ISSN-1606-0563 CON3 3 2 1 CN1 SW2 SW1 CN3 RV2 CN2 RV1 Li Ni RV3 Ni R1 C1 1A 3A 2 1 Li + Lo C3 No C2 C11 5A 2A Lo 4A No 3 4 PGND FILTROLINEA1 L1 SS C4 D1 PGND TH 1A D-PS D3 FB-PS FS7M0680 DRAIN Vcc-PS D2 VCC 3A GND 2A FB 4A 1 PGND C5 D4 GND 3 VCC FB 13 C10 2 PGND FB-PS KA1M0565 DRAIN IC1 Vcc-PS PGND C6 + R2 C8 D-PS PGND + D6 D5 C7 R4 3 C9 T1 IC2 PGND 1 2 5 SNC 4 SN2 R3 SN1 R7 11 9 13 D7 C16 IC3 D8 R8 14 Vo2 12 10 Vo1 + Bioingeniería y Física Médica Cubana 4 C12 + R5 C13 R10 R9 ACDCOUT C15 VCH + VCH ACDCOUT FGND GND. COMUN VCH R6 SALIDAS C14 ACDCOUT + ACDCOUT Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 ANEXO 1 ISSN-1606-0563 t Vol 6 Enero - Abril / 2005 Núm1 ANEXO 2 CN3 IC4 ACDCOUT 1 ON 2 VIN ADJ VCH C18 Q1 R15 3 VOUT LM317T CN2 1 2 3 4 5 6 7 2 3 4 INDCDC 5 6 BATlow 7 FteCorr Indicadores R14 D10 OFF R13 IC5 INDCDC GND VIN Q2 C20 BAT+ 1 TH 2 3 VOUT + L7805CV 2 C19 + R12 CN4 VCC INDCDC R11 3 C21 C22 1 2 3 Entrada de BaterÝa C17 ACDCOUT VCC BAT+ CN5 VCC D9 R18 R16 1 2 3 FteCorr 4 5 6 7 8 9 10 BAT+ 11 TH 12 13 8 VCC 3 ENTRADAS BATlow 1 2 VCH ACDCOUT OFF VCH IC6A LM393N 4 VCH ACDCOUT OFF VCH R17 R19 SALIDAS INDCDC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Conexi¾n Cargador INDCDC GND. COMUN FGND 6 ANEXO 3 FB IC7 2 C24 C23 NC GND + 3 Boost On/OFF Vin L12 1 Vsw +12 L2 C25 D11 7 5 4 + LM2676T12 FB6 FB OUT 4A R21 2A L12 R20 6 FB 2 Vin GND + C26 Boost On/OFF INDCDC +23V D13 C27 NC 5A 3A IC8 LM2576T12 Vsw IC10 3 L6 1 L3 6V 3 VIN ADJ GND Vin ON_ OFF +12 INDCDC 1A C28 1 D12 7 5 4 + VOUT +12 2 5V + LT1085CT C29 CN6 LM2676T-ADJ IC9 SS 6 C31 INDCDC + OFF OUT C32 Comp + C30 ENTRADAS L4960A Vin FB 1 LM2576T-ADJ +23V L4 7 + D14 C34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Salidas R24 + C35 2 L6 GND 2A 3 FB6 4 OUT 4A Osc FB 5 5A 3A GND Vin ON_ OFF 5V INDCDC 1A CN6 R23 R22 INDCDC R25 C33 GND. COMUN FGND Bioingeniería y Física Médica Cubana 14 ISSN-1606-0563