Unterschied zwischen medizinischem AC-Adapter und allgemeinem AC-Adapter

Was ist der Unterschied zwischen medizinischen AC-Adaptern und allgemeinen AC-Adaptern? Aus der Sicht eines Netzteilherstellers werden die Unterschiede bei den angewendeten Sicherheitsnormen, der Klassifizierung der Anwendungsteile, den Isolationsabständen und den zulässigen Ableitströmen erläutert.

"Es gibt medizinische AC-Adapter, aber worin unterscheiden sie sich von normalen AC-Adaptern?" Diese Frage erhalten wir sehr häufig. Sie wird nicht nur von Unternehmen gestellt, die medizinische Geräte entwickeln, sondern auch von Firmen, die Geräte ohne Bezug zur Medizin herstellen.

Um es vorwegzunehmen: Es handelt sich nicht um eine Beziehung wie zwischen einer Premium- und einer Standardversion desselben Produkte. Es gelten unterschiedliche Sicherheitsnormen, und infolgedessen unterscheidet sich auch das grundlegende Design. Im Folgenden erläutern wir dies Schritt für Schritt.

Die anwendbaren Sicherheitsnormen unterscheiden sich

Die auf ein AC-Adapter anzuwendenden Sicherheitsnormen werden durch den Verwendungszweck des Geräts bestimmt, in dem er eingesetzt wird.

Darüber hinaus gelten für Haushaltsgeräte sowie für Mess- und Steuergeräte jeweils entsprechende, ihrem Verwendungszweck angepasste Sicherheitsnormen. Außerdem unterscheiden sich die erforderlichen Normen und Zertifizierungen je nach Land oder Region, in dem das Produkte verkauft wird.

Weitere Informationen zu IEC 60601-1 finden Sie unter Was ist die medizinische Norm IEC 60601-1?.

Warum sind die Anforderungen an medizinische Stromversorgungen so streng

Der Unfall, auf den bei elektrischen Produkte am meisten geachtet werden muss, ist der Stromschlag. Das Ausmaß der Schaeden durch einen Stromschlag haengt vom Verlauf und von der Staerke des Stroms ab, der durch den Koerper fliesst. Selbst wenn nur ein geringer Strom direkt durch das Herz fliesst, kann dies zu einer lebensbedrohlichen Situation fuehren.

Zudem befinden sich Patienten, die an medizinische elektrische Geraete angeschlossen sind, in einer anderen Situation als gewoehnliche Nutzer von Geraeten.

• Aufgrund von gesundheitlichen Problemen oder der Wirkung von Anaesthesie koennen sie Gefahren moeglicherweise nicht wahrnehmen
• Selbst bei einem Stromschlag koennen sie sich unter Umstaenden nicht sofort vom Geraet loesen
• Elektrische Stromkreise koennen durch Hautkontakt oder durch Einfuehren in den Koerper mit dem menschlichen Koerper in Beruehrung kommen
• Mehrere Geraete koennen gleichzeitig an einen einzelnen Patienten angeschlossen sein

Strenge Anforderungen an Stromversorgungen fuer medizinische Geraete bestehen aufgrund dieser Voraussetzungen. Die Normen verlangen nicht lediglich das Erreichen hoher Kennwerte, sondern ein Design, das Situationen beruecksichtigt, in denen Patienten sich nicht selbst schuetzen koennen.

Klassifizierung der Anwendungsteile (Applied Part)

In IEC 60601-1 werden Anwendungsteile danach klassifiziert, wie das Gerät mit dem Patienten in Kontakt kommt. Diese Klassifizierung bildet den Ausgangspunkt für die Festlegung des erforderlichen Schutzniveaus der Stromversorgung.

Auch wenn ein Gerät in der Nähe des Patienten (Patientenumgebung) aufgestellt wird, ergeben sich normative Anforderungen. Selbst Geräte, die nicht direkt mit dem Patienten verbunden sind, müssen überprüft werden.

Unterschied zwischen Schutzmaßnahmen (MOPP, MOOP) und Isolierung

MOP ist eine Schutzmaßnahme, um zu verhindern, dass Personen gefährliche Spannungen berühren (mehr als AC 42.4V Spitze, ca. 30V Effektivwert, oder mehr als DC 60V). In der 3. Ausgabe der IEC 60601-1 wurde dies in "Maßnahmen zum Schutz des Patienten (MOPP)" und "Maßnahmen zum Schutz des Bedieners (MOOP)" unterteilt. Da der Bediener als gesunde Person gilt und im Umgang mit dem Gerät geschult ist, sind die Anforderungen zum Schutz des Patienten strenger festgelegt.

Der Hersteller des Geräts entscheidet, welche Maßnahme angewendet wird. Die Entscheidung basiert darauf, ob die Möglichkeit besteht, dass der Patient das Gerät berührt. Bei In-vitro-Diagnostikgeräten, bei denen der Patient das Gerät nicht direkt berührt, wird häufig nur MOOP angewendet.

Die Unterschiede zwischen den Schutzmaßnahmen zeigen sich in der Spannungsfestigkeit und den erforderlichen Abständen der Isolierung. Bei medizinischen elektrischen Geräten werden 2×MOOP oder 2×MOPP durch doppelte oder verstärkte Isolierung gefordert.

*Die oben genannten Werte sind typische Beispiele. Die tatsächlich erforderlichen Abstände sind nicht fest, sondern hängen von Bedingungen wie Betriebsspannung, Isolierstoffgruppe (CTI), Verschmutzungsgrad und Überspannungskategorie ab.

Weitere Informationen zum Konzept des MOP finden Sie unter Zur Unterscheidung zwischen Bediener und Patient in medizinischen Normen und zum Konzept des MOP.

Isolationsabstände verändern das Design des Netzteils grundlegend

Der Luftstreckenabstand ist der kürzeste Abstand durch die Luft zwischen zwei leitfähigen Teilen, der Kriechstreckenabstand ist der kürzeste Abstand entlang der Oberfläche eines Isolierstoffs zwischen zwei leitfähigen Teilen.

Selbst bei derselben "doppelten/verstärkten Isolierung" gibt es zwischen Bedienerschutz (2×MOOP) und Patientenschutz (2×MOPP) Unterschiede von 3,000VAC zu 4,000VAC bei der Prüfspannung und 5.0mm zu 8.0mm bei der Kriechstrecke. Dieser Unterschied bedeutet nicht einfach, dass man nur das Isoliermaterial dicker machen muss.

Je größer die geforderten Abstände werden, desto mehr müssen Leiterführungen in der Nähe der Isolationsgrenze, die Spulenkörperstruktur des Transformators und die Anordnung der Bauteile neu ausgelegt werden. Ziel ist es, die erforderlichen Abstände einzuhalten und das Gerät dennoch in einer als Produkte praktikablen Größe unterzubringen. Dass medizinische Netzteile häufig größer sind als allgemeine Netzteile, liegt daran, dass diese Abstände eingehalten werden müssen.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, einem bestehenden Netzteil nachträglich einen DC/DC-Wandler hinzuzufügen, um eine Isolationsschicht sicherzustellen. Dies ist eine gängige Methode zur Ergänzung von Schutzmaßnahmen, kann jedoch in Bezug auf Wirkungsgrad und Kosten nachteilig sein.

Unterschiede der zulaessigen Werte fuer Leckstrom

Leckstrom ist ein Strom, der ueber die Oberflaeche oder das Innere von Isoliermaterialien fliesst und nicht mit der Funktion des Geraets zusammenhaengt. Bei medizinischen elektrischen Geraeten muessen sie so ausgelegt sein, dass der Leckstrom nicht nur im Normalzustand, sondern auch bei Ausfall eines einzelnen Bauteils (Einzelfehlerzustand) innerhalb der zulaessigen Grenzen bleibt.

Die zulaessigen Werte variieren je nach Klassifizierung des Anwendungsteils.

※In jeder Spalte sind die zulaessigen Werte fuer "Normalzustand / Einzelfehlerzustand" angegeben. Der Einzelfehlerzustand bezeichnet einen Zustand, in dem ein Bauteil oder eine Leitung an einer Stelle ausgefallen ist, z.B. ein Unterbruch des Schutzleiters.
※Typische Werte gemaess IEC 60601-1 (3. Ausgabe). Die zulaessigen Werte fuer den Erdableitstrom wurden gegenueber der 2. Ausgabe ueberarbeitet und variieren je nach Geraeteklassifizierung und Installationsbedingungen.

Beim Typ CF, der elektrisch mit dem Herzen in Kontakt kommt, betraegt der zulaessige Patientenableitstrom ein Zehntel des Wertes von Typ B und BF. Dieser Unterschied beeinflusst nicht nur die Isolationsstruktur der Stromversorgung, sondern auch die Gesamtkonstruktion des Geraets.

Zum Thema Leckstrom finden Sie auch eine Erklaerung unter Was ist Leckstrom?.

Weitere konstruktive Unterschiede

Bei Netzteilen fuer medizinische Geraete werden neben Isolierung und Ableitstrom auch andere Konstruktionen als bei allgemeinen Anwendungen gefordert. Zum Beispiel wird eine Konfiguration verwendet, bei der sowohl auf der L- als auch auf der N-Seite eine Sicherung installiert ist (Doppelsicherung).

Auch in Bezug auf EMC (Elektromagnetische Vertraeglichkeit) ist eine Konformitaet mit IEC 60601-1-2 fuer medizinische elektrische Geraete erforderlich. Im medizinischen Umfeld besteht die Moeglichkeit elektromagnetischer Stoerungen durch Funkgeraete oder andere medizinische Geraete, und dadurch verfälschte Messwerte stehen in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit der Patienten. In der 4. Ausgabe wurden die Anforderungen an elektromagnetische Stoerungen im Vergleich zur 3. Ausgabe verschaerft.

Nur weil "medizinisch" darauf steht, kann man es nicht beliebig einsetzen

Wie bisher gezeigt, variiert das erforderliche Schutzniveau für medizinische Netzteile je nach Gerät. Abhängig von der Klassifizierung der Anwendungsteile, der Isolationsstruktur des gesamten Geräts, der Einsatzumgebung und den EMC-Anforderungen unterscheiden sich die notwendigen Spezifikationen.

Es ist auch nicht so einfach, dass man auf der sicheren Seite ist, wenn man ein Netzteil wählt, das dem strengsten 2×MOPP entspricht. Erhöht man das Schutzniveau, wird das Netzteil größer, um die erforderlichen Isolationsabstände zu gewährleisten, und die Kosten steigen. Umgekehrt entspricht es nicht den Normen, wenn der notwendige Schutz nicht ausreicht.

Unser Vorschlag: Bei Anfragen zu medizinischen Netzteilen empfehlen wir nicht pauschal dieselbe Konfiguration. Nachdem wir den Geräteaufbau und die Einsatzumgebung erfasst haben, schlagen wir Produkte vor, die das erforderliche Schutzniveau erfüllen. Wir sind der Ansicht, dass es auch Aufgabe des Netzteilherstellers ist, das notwendige Niveau richtig zu bestimmen.

Wenn Sie Schwierigkeiten bei der Auswahl eines medizinischen Netzteils haben, kontaktieren Sie uns gerne. Auch wenn die Spezifikationen noch nicht vollständig festgelegt sind, ist das kein Problem. Unsere Vertriebs- und Technikmitarbeiter prüfen Ihre Anforderungen und schlagen Ihnen realisierbare Lösungen vor, einschließlich Standard-, Semi-Custom- und Full-Custom-Produkten.

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