为了产生图像,许多直接X射线摄影系统采用了全帧平板探测器,这种探测器由覆盖了一个闪烁层的CMOS传感器构成。这个闪烁层将入射的X射线的波长转变成硅材料能更好地吸收的波长。CMOS传感器由于制造工艺的原因而常常受到青睐,这类传感器与混合信号及逻辑架构是兼容的,因而有助于形成集成度更高的解决方案。200mm和300mm硅晶片制造技术的改进进一步促进了向直接X射线摄影转变的趋势。较大的晶片使更少的CMOS传感器模块能结合在一起,从而使得所形成的X射线平板传感器与35cm x 43cm(14英寸x17英寸)1.5cm厚ISO标准X射线胶片暗匣的尺寸相一致,而世界各地的医院都使用这类胶片暗匣。毫不奇怪,系统的硬件设计对这类产品的图像质量、外形尺寸、人员安全和工作寿命产生了直接影响,起到了重要的作用。不过,这种起到重要作用的硬件设计中包括电源管理组件吗?
从外科手术系统附件到手持式检查工具,新一代医疗设备的复杂性越来越高,而装入这么多组件以支持更多功能的可用空间却没有相应增大。就平板X射线探测器而言,现有的医院基础设施已经配置了一个被称为“滤线栅插槽”的固定尺寸插槽,而原先这个地方是用来摆放模拟X射线胶片暗匣的。这些胶片暗匣一般遵循ISO4090指导原则,可以有46cm x 38.6cm x 1.5cm的外部尺寸,所允许的X射线图像尺寸为43cm x 35cm(14英寸x17英寸)。电源管理解决方案必须紧凑和高效,才能符合这么受限的尺寸要求,并最大限度地减少工作温度的上升。
监管法规
作为美国和欧洲监管要求的一部分,医疗设备必须证明符合CISPR11(又称为EN55011)法规。因为开关稳压器辐射电磁场,所以设计师必须全面了解开关稳压器对EMI兼容性的影响,或者必须选择一种经过测试、满足制造商EMI辐射限制的电源解决方案。否则,为了实现与相关标准的符合性,有可能需要进行量大费时的产品迭代设计工作。对打算用于办公楼的医疗设备规定了最为严格的辐射EMI限值,Group 1–Class B设备的辐射限值等同于针对办公楼及家庭用信息技术设备所规定的EN55022 Class B (CISPR22 Class B)限值。
为了帮助设计工程师应对医疗应用中的电子噪声、热量和尺寸挑战,凌力尔特提供了超过50种不同的微型模块(μModule)电源产品,为客户提供了广泛选择。这些产品每一种都是高效率、全面集成的DC/DC开关电源管理解决方案,采用紧凑的表面贴装封装(图1)。这些开关模式稳压器经过仔细设计,在负输出电压和正输出电压电路配置中,以低输出纹波工作,如图2和3所示。微型模块电源产品的一个子类是通过了EN55022 Class B认证的微型模块稳压器,是克服医疗应用中发现EMI挑战之理想解决方案。这类开关稳压器经过TUV等独立实验室的认证,以在输出电流高达8A时,满足行业标准EN55022 Class B(相当于CISPR11/EN55011 Group 1–Class B)对辐射EMI的要求。用各自的标准演示电路板进行测试所得的结果已公开在线提供。部分测试情况如图4所示。选择一个兼容和全面集成的降压型解决方案,例如微型模块稳压器,可在满足这类要求时,节省设计时间,并降低与常见开关稳压器或控制器相关的风险。
微型模块电源产品是效率非常高的开关稳压器,采用由导热塑料构成的表面贴装LGA或BGA封装,封装顶部是平坦的。一整块平坦的封装顶部覆盖整个电源管理解决方案,有利于采取散热措施,以最大限度地减少医疗设备外部任何一点的温度上升(图5)。正如之前提到的那样,保持较低的工作温度可提高对患者的安全性、信噪比以及设备的工作寿命。最大的微型模块电源产品的尺寸为15mm x 15mm x 5mm,最小的则为6.25mm x 6.25mm x 2.3mm,因此采用微型模块电源产品有助于为实现更重要的功能释放空间,例如增大电池尺寸以在两次充电之间工作更长时间。