Medizinische Netzteile

David gegen Goliat?

20. Mai 2021, 14:30 Uhr | Denny Vogel (Leber)
Auf der embedded world 2020 zeigte Leber unter anderem die Daitron Ultra Low Noise Primärschaltregler.
Ultra Low Noise Schaltnetzteil RFS50 von Daitorn
© Leber

Linear-Netzteil versus Ultra Low Noise Schaltnetzteil

Egal ob bei bildgebenden Systemen in der Medizin, der Spektrometrie oder hochgenauen Messgeräten – für Hersteller solcher Geräte besteht jetzt die Möglichkeit eine alternative, störungsarme Spannungsquelle zu nutzen, die die Entwicklung technologisch auf ein neues Level hebt. 

Zusätzlich ermöglicht der Einsatz von Low-Ripple-Schaltnetzteilen die Realisierung deutlich kleinerer Geräte, die für den Anwender leichter zu handhaben sind. Wer seine Geräte weltweit vermarktet, kann erstmals dank Weitbereichseingang nur eine einzige Spannungsquelle einsetzen – mit dem Vorteil, weniger Komponenten vorhalten zu müssen. Gleichzeitig werden internationale Normen wie UL standardmäßig erfüllt, was wiederum den Zulassungsprozess vereinfacht.

Mehr Platz für andere Komponenten

Im fiktiven Anwendungsfall werden die Sensoren einer Messeinrichtung (zum Beispiel eines Flachbilddetektors in der Röntgentechnik) mit DC Spannung versorgt. Die Systemkomponenten wurden weit entfernt von Netzteilen und Messeinrichtungen eingebaut, sodass DC Leitungen und Datenkabel gemeinsam über ein- und dieselbe Strecke geführt werden. Hierbei kann es jedoch zum Phänomen des »Übersprechen« kommen. Das heißt, es werden Störungen der Versorgungsleitung in die Messleitung eingekoppelt. Die Folge: Für eine optimale Auswertung und Diagnose muss das Messsignal verstärkt werden. Dabei verstärken sich jedoch auch die Störungen der Spannungsversorgung und müssen, zum Teil aufwändig, herausgefiltert werden. Das ist selbst dann der Fall, wenn der Standard-Primärschaltregler über eine medizinische Zulassung verfügt.

Anders, wenn von vornherein ein Ultra Low Noise Schaltnetzteil, zum Beispiel das Daitron RFS50, in das Gerät integriert ist. Sein Ripple liegt wie bereits erwähnt nur noch bei 1mVss und es liefert eine Leistung von 50W. Der Platzbedarf für die zusätzliche Filterstufe entfällt, der dann für andere Komponenten zur Verfügung steht. Dieser Umstand lässt sich auch für eine kompaktere Bauform ausnutzen.

Weniger Störeinflüsse im Endgerät

Das Konzept hinter dieser Schaltnetzteiltopologie ermöglicht es weitgehend auf Entstörkomponenten zu verzichten. Unter andrem führt das weiche Schalten mit flacheren Schaltflanken zu wesentlich weniger Störungen als das üblicherweise harte Schalten mit steilen Flanken bei Standardschaltnetzteilen. 

Das Schalten erfolgt synchron zu den Nulldurchgängen mit einer minimalen Überlappung von Spannung und Strom. So werden Störungen auf ein Minimum reduziert. Je nach Ausgangsspannung erzielen die Netzteile einen Wirkungsgrad zwischen 82 und 90 Prozent im Maximum.

Bei industriellen Netzteilen liegt dieser Wert zwar teilweise nochmal höher, aber bei Linearreglern deutlich darunter, bei gerade mal 50 bis 60 Prozent. Sowohl die leitungsgebundenen als auch die abgestrahlten Störungen liegen weit unterhalb der zulässigen Grenzwerte wie beispielsweise die der EN 55022 Klasse B. Gleiches gilt für den Ableitstrom der unter 0,15mA liegt, was speziell für medizinische Anwendungen wichtig ist, da für sie die Vorgaben der medizinischen Norm EN 60601-1 gelten.

Quellen

[1] D. Leber: Weniger Störeinflüsse im Endgerät. medical design 1/2021 (S. 22. - 24)


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