便携式医疗设备自动电压转换单元设计(2)

2.1.3 变压器设计

变压器的外形尺寸如图8所示，电气原理如图9所示。

图8 变压器外形尺寸图

图9 变压器原理图

变压器初级输入电压为0～110 V的单相AC，频率为50/60±3 Hz。

（1）当初级并联输入时，1、3和2、4端输入110 V，输出端5、7和6、8端并联输出110 V/750 VA。

（2）当初级并联输入时，1、3和2、4端输入100 V，输出端5、7和6、8端并联输出100 V/750 VA。

（3）当初级并联输入时，1、3和2、4端输入120 V，输出端5、7和6、8端并联输出120 V/750 VA。

（4）当初级串联输入时，2和3短接，1和4端输入220 V，输出端6和7短接，5和8输出220 V/750 VA。

（5）当初级串联输入时，2和3短接，1和4端输入230 V，输出端6和7短接，5和8输出230 V/750 VA。

（6）当初级串联输入时，2和3短接，1和4端输入240 V，输出端6和7短接，5和8输出240 V/750 VA。

2.2 结构设计

结构布局满足高集成化紧凑型设计理念，在满足功能、安全以及相关医疗设备强制性标准的前提下尽可能集成化和轻量化。外壳采用SGCC钣材，外表面塑粉喷涂，设计美观及轻量耐腐蚀。网电源输入输出接口采用美标IEC插头，并伴有输入输出指示灯。外壳侧面设有防误入散热孔供给发热元件散发热量，整机尺寸300 mm×175 mm×115 mm（W×D×H），外观模型如图10所示。

图10 便携式医疗设备自动电压转换单元模型

2.2.1 热学分析

为满足IEC -1医用电气设备关于ME设备正常使用时容许的最高温度的要求，ME设备可能被触及部件容许的最高温度为48 ℃，如表1所示。与皮肤接触的ME设备的应用部分容许的最高温度为43 ℃，如表2所示。

表1 ME设备可能被触及部件容许的最高温度ME设备外表面可能接触的时间t金属和液体容许最高温度/℃玻璃、瓷器、玻璃质材料容许最高温度/℃模制材料、塑料、橡胶、木材容许最高温度/℃t＜1 s 74 80 86 1 s≤ t＜ 10 s 56 66 71 10 s≤ t＜ 1 min 51 56 60 1 min≤t 48 48 48

表2 与皮肤接触的ME设备的应用部分容许的最高温度金属和液体容许最高温度/℃ME设备外表面可能接触的时间t玻璃、瓷器、玻璃质材料容许最高温度/℃模制材料、塑料、橡胶、木材容许最高温度/℃t＜1 min 51 56 60 1 min≤t＜10 min 48 48 48 10 min≤t 43 43 43

（1）热学仿真分析。已知条件为环境温度20 ℃，散热孔开孔率设置为0.6，采用自然冷却的散热方式。各部件导热率及损耗设置如表3所示。去掉不影响散热的零件以及倒角、圆角、紧固件等，简化后的模型如图11所示。

表3 仿真参数设置部件材料 导热率/（W/m·K） 损耗/W FR4 0.3 0铁芯 36 铁芯损耗15线包 387.6 线包损耗31

（2）仿真实验散热方案设计。根据项目实际情况，两侧面及机箱的右端面都开上下两排散热孔形成对流，开孔率设置为0.6。输入各部件损耗，设置仿真参数后进行计算，得到的仿真截面温度云图和机壳温度云图分别如图12和图13所示。从温度云图中可以看出，最高温度在变压器铁芯处，为93 ℃，温升为73 ℃。从机壳温度云图可知，最高温度出现在机壳底部，温度为35 ℃，满足通用标准要求。

图11 模型简化

图12 温度云图

图13 机壳温度云图

3 结 论

医疗科技不断发展，推动着配套设备不断更新。便携式医疗设备自动电压转换单元的面世，在医疗领域将发挥至关重要的作用，对其保护功能、智能原理以及自动控制等方面也将不断提出新的需求和设计理念。特殊的应用环境使得便携式医疗设备具有更大的潜在需求，提出的自动电压转换单元可以根据网电源电压的大小自动切换变压器绕组的连接方式，从而达到输出电压保持220 V的目的。经过反复实验，产品满足通用标准要求，损耗小、噪声低以及效率高，与传统的医疗配电单元相比具有明显优势。

[1] 李宝华.D公司医疗电源产品开发流程改进[D].上海：华东理工大学，2016.

[2] 陈明阳.用于便携式医疗电子设备的低压低功耗电源管理关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2013.

文章来源：《中国医疗美容》 网址: http://www.zgylmrzz.cn/qikandaodu/2021/0708/980.html