Einbaunetzteil mit hoher Leistungsdichte
07.05.2021
RECOM, bekannter Hersteller von AC/DC- und DC/DC-Wandlern, hat eine AC/DC-Spannungsversorgung mit 1,2kW Leistung auf den Markt gebracht, den RACM1200-V. Der AC/DC-Wandler besitzt alle Freigaben für medizinische Anwendungen. RECOM hat den Wandler in Österreich entwickelt und fertigt ihn in Europa. Der Hersteller leistet so seinen Beitrag zur Nachhaltigkeit, denn es werden somit Transportwege und Lieferketten verkürzt.
Ein Beispiel für den Bedarf einer Spannungsversorgung mit mehr als 1kW sind Roboter. Sie werden in der Industrie, aber zunehmend auch in medizinischen Anwendungen eingesetzt. Wenn ein Roboter den Chirurgen unterstützt, muss er genau und schwingungsfrei die gewünschte Position anfahren. Dafür werden steife Robo-terarme verwendet, die mit drehmomentstarken Schrittmotoren bewegt werden. Die Motoren haben eine dem-entsprechend hohe Leistungsaufnahme. Schon aus hygienischen Gründen sind im OP Lüfter tabu. Die Netzteile müssen grundplattengekühlt sein. Und sie müssen erhöhte Isolationsanforderungen erfüllen wie die IEC/EN bzw. ANSI/AAMI 60601-1 (3. Ausgabe), also höhere Anforderungen erfüllen als für den industriellen Einsatz. Eine für medizinische Einsatzzwecke zertifizierte Spannungsversorgung kann in Industrieanwendungen einge-setzt werden – aber nicht umgekehrt.
Abbildung 1: Cobot für den medizinischen Einsatz
Werden mit dem Netzteil Geräte versorgt, die direkt am Patienten eingesetzt werden, müssen sie die doppelte Isolierung und die doppelten Kriechstrecken aufweisen. Sie müssen die sogenannte 2 MOPP-Isolierung einhal-ten. „Die sichere Option ist die einzige Option“ lautet die Prämisse, die RECOM bei dem RACM1200-V kon-sequent umgesetzt hat. Der RACM1200-V hat bereits alle Freigabeprüfungen, die für den medizinischen Ein-satz nötig sind.
Der RACM1200-V arbeitet in einem weiten Leistungsbereich ohne Lüfter und hat dafür eine bemerkenswert kompakte Bauform, die neue Maßstäbe setzt. Eine spezielle Grundplatte erlaubt die Wärmeabführung bis zu einer Dauerleistung von 1000W. Zwei weitere Ausgänge ersetzen in vielen Anwendungen zusätzliche Netztei-le. Ein Ausgang ist von 5V bis 12V einstellbar und kann beispielsweise einen Lüfter versorgen. Der zweite Ausgang liefert 5V/1A und arbeitet auch im Bereitschaftsmodus des Netzteils.
Die hohe Isolationsfestigkeit von 4kVAC zwischen der Netzspannung und den Ausgangsspannungen erlaubt den Einsatz des RACM1200-V in fast allen Bereichen, in denen ein Netzteil benötigt wird. Das können Ladegeräte sein oder LED-Beleuchtungen, aber auch Lasergeräte, Analysegeräte, Hochfrequenzgeräte, Roboter oder medi-zinische Betten und Stühle bis hin zu Medizingeräten, die direkt am Patienten Anwendung finden. So steht Entwicklern der genannten Geräte ein Netzteil zur Verfügung, das die geforderten Spezifikationen bereits erfüllt.
Zwar garantiert das vollständig nach IEC 60601-1 zertifizierte Netzteil noch nicht die Einhaltung von IEC 60601-1 für das Gesamtgerät, ist aber Voraussetzung dafür. Das ist sehr hilfreich für einen reibungslosen Zerti-fizierungsprozess des Endproduktes und spart Entwicklungskosten.
Die Geräte sind so konstruiert, dass sie die 2MOPPP-Isolierung (MOPP = Means of Patient Protection) ge-währleisten. Diese Maßnahmen zum Patientenschutz zusammen mit den geringen Kriechströmen sind Garan-ten dafür, dass die medizinischen Sicherheitsnormen eingehalten werden können.
Die Signalausgänge und der 5V-Ausgang haben eine 1,5kVAC-Isolierung zur Netzspannung.
Die Serie kommt mit eingebauter EMV-Filterung auf den Markt, die genügend Abstand zur Klasse B für die abgestrahlten und die leitungsgebundenen Störungen hat. Sie erfüllt die internationalen Sicherheitsnormen für Industrieanwendungen, für informationstechnische Produkte und für Medizingeräte.
Ein AC/DC-Wandler mit 1200W ist für viele Anwendungen ausreichend und kann mehrere kleinere Wandler vorteilhaft ersetzen. Die Betriebsleistung eines einzelnen Hochleistungs-AC/DC-Wandlers ist höher als die mehrerer kleiner Wandler. Jede Spannungsversorgung hat einen internen Stromverbrauch, den man zwar so gering wie möglich hält, dennoch summiert sich der Eigenverbrauch bei mehreren Netzteilen auf. Wenn bei-spielsweise ein Geräteträger zwölf einzelne 100W-Spannungsversorgungen enthält, die jeweils 2W Eigenver-brauch haben, summieren sich die Gesamtverluste auf 24W. Ein großer Wandler hat im Vergleich dazu nur 2W Verluste. Läuft der Geräteträger kontinuierlich, können rund 200kWh im Jahr eingespart werden. Der RACM1200 hat einen Nulllast-Stromverbrauch von 0,75 Watt (Hauptausgang aus, Hilfsausgang noch aktiv). Er entspricht den Effizienzanforderungen „80 Plus Platinum“ und „Ecodesign Lot 6“.
Der Eingangsspannungsbereich reicht von 85VAC bis 264VAC. Der RACM1200-V liefert die 1000W Ausgangs-leistung in einem Metallgehäuse mit Kontaktkühlung, das lediglich eine Grundfläche von 102mm x 229mm hat und 40mm hoch ist. Über die Dauer von 10s darf die Ausgangsleistung sogar 1200W sein. Für eine konstante Ausgangsleistung von 1200W wird jedoch ein Lüfter benötigt, der die Luft mit 2,5m/s durch das Gehäuse bläst. Dazu steht ein steuerbarer Zusatzausgang zur Verfügung, der eine Anpassung des Temperaturmanagements erlaubt.
Die wichtigsten Daten des RACM1200-V
Ausgangsleistung: 1000W bei 40°C Umgebungstemperatur und 230V-Eingangsspannung, 1200W mit Lüfter oder für kurzzeitige Spitzenlasten.
Abmessungen, inklusive Anschlüsse (LxWxH): 228,0mm x 96,2mm x 40,0mm, bei anderen Herstellern ist der Anschlussbereich mechanisch exponiert.
Leistungsdichte:
Wirkungsgrad: 95% siehe Bild 2.
Leistungsfaktor: Siehe Bild 3.
Abbildung 2: Wirkungsgradverlauf .
Abbildung 3: Leistungsfaktor.
Maximaler Ableitstrom über den Patienten: 100μA bei N.C. (Normalsituation) und 500μA bei S.F.C. (Ein-Fehler-Fall).
Medizinische Schutzklasse: 2 MOPP
Genau eingestellte Ausgangsspannung: Zur Ausregelung der Spannungsabfälle auf den Leitungen wurde das „remote main-output voltage sensing“ implementiert, bei dem über zwei zusätzliche (Sense-)Leitungen die Ausgangsspannung an der gewünschten Stelle gemessen und geregelt wird. So werden die Spannungsabfälle auf den Leitungen eliminiert, wo die großen Ströme (25A/50A) fließen. Die Aktivierung erfolgt über 2 TTL-Eingänge (5V).
Abbildung 4: Remote Sense für die Hauptausgangsspannung.
Hier noch einige weitere Geräte aus der RACM-Serie:
Abbildung 5: Die RACMxx-Serien medizinisch zertifizierter Stromversorgungen, von links nach rechts: 230W, 550W und 1200W
Abbildung 1: Cobot für den medizinischen Einsatz
Werden mit dem Netzteil Geräte versorgt, die direkt am Patienten eingesetzt werden, müssen sie die doppelte Isolierung und die doppelten Kriechstrecken aufweisen. Sie müssen die sogenannte 2 MOPP-Isolierung einhal-ten. „Die sichere Option ist die einzige Option“ lautet die Prämisse, die RECOM bei dem RACM1200-V kon-sequent umgesetzt hat. Der RACM1200-V hat bereits alle Freigabeprüfungen, die für den medizinischen Ein-satz nötig sind.
Der RACM1200-V arbeitet in einem weiten Leistungsbereich ohne Lüfter und hat dafür eine bemerkenswert kompakte Bauform, die neue Maßstäbe setzt. Eine spezielle Grundplatte erlaubt die Wärmeabführung bis zu einer Dauerleistung von 1000W. Zwei weitere Ausgänge ersetzen in vielen Anwendungen zusätzliche Netztei-le. Ein Ausgang ist von 5V bis 12V einstellbar und kann beispielsweise einen Lüfter versorgen. Der zweite Ausgang liefert 5V/1A und arbeitet auch im Bereitschaftsmodus des Netzteils.
Die hohe Isolationsfestigkeit von 4kVAC zwischen der Netzspannung und den Ausgangsspannungen erlaubt den Einsatz des RACM1200-V in fast allen Bereichen, in denen ein Netzteil benötigt wird. Das können Ladegeräte sein oder LED-Beleuchtungen, aber auch Lasergeräte, Analysegeräte, Hochfrequenzgeräte, Roboter oder medi-zinische Betten und Stühle bis hin zu Medizingeräten, die direkt am Patienten Anwendung finden. So steht Entwicklern der genannten Geräte ein Netzteil zur Verfügung, das die geforderten Spezifikationen bereits erfüllt.
Zwar garantiert das vollständig nach IEC 60601-1 zertifizierte Netzteil noch nicht die Einhaltung von IEC 60601-1 für das Gesamtgerät, ist aber Voraussetzung dafür. Das ist sehr hilfreich für einen reibungslosen Zerti-fizierungsprozess des Endproduktes und spart Entwicklungskosten.
Die Geräte sind so konstruiert, dass sie die 2MOPPP-Isolierung (MOPP = Means of Patient Protection) ge-währleisten. Diese Maßnahmen zum Patientenschutz zusammen mit den geringen Kriechströmen sind Garan-ten dafür, dass die medizinischen Sicherheitsnormen eingehalten werden können.
Die Signalausgänge und der 5V-Ausgang haben eine 1,5kVAC-Isolierung zur Netzspannung.
Die Serie kommt mit eingebauter EMV-Filterung auf den Markt, die genügend Abstand zur Klasse B für die abgestrahlten und die leitungsgebundenen Störungen hat. Sie erfüllt die internationalen Sicherheitsnormen für Industrieanwendungen, für informationstechnische Produkte und für Medizingeräte.
Ein AC/DC-Wandler mit 1200W ist für viele Anwendungen ausreichend und kann mehrere kleinere Wandler vorteilhaft ersetzen. Die Betriebsleistung eines einzelnen Hochleistungs-AC/DC-Wandlers ist höher als die mehrerer kleiner Wandler. Jede Spannungsversorgung hat einen internen Stromverbrauch, den man zwar so gering wie möglich hält, dennoch summiert sich der Eigenverbrauch bei mehreren Netzteilen auf. Wenn bei-spielsweise ein Geräteträger zwölf einzelne 100W-Spannungsversorgungen enthält, die jeweils 2W Eigenver-brauch haben, summieren sich die Gesamtverluste auf 24W. Ein großer Wandler hat im Vergleich dazu nur 2W Verluste. Läuft der Geräteträger kontinuierlich, können rund 200kWh im Jahr eingespart werden. Der RACM1200 hat einen Nulllast-Stromverbrauch von 0,75 Watt (Hauptausgang aus, Hilfsausgang noch aktiv). Er entspricht den Effizienzanforderungen „80 Plus Platinum“ und „Ecodesign Lot 6“.
Der Eingangsspannungsbereich reicht von 85VAC bis 264VAC. Der RACM1200-V liefert die 1000W Ausgangs-leistung in einem Metallgehäuse mit Kontaktkühlung, das lediglich eine Grundfläche von 102mm x 229mm hat und 40mm hoch ist. Über die Dauer von 10s darf die Ausgangsleistung sogar 1200W sein. Für eine konstante Ausgangsleistung von 1200W wird jedoch ein Lüfter benötigt, der die Luft mit 2,5m/s durch das Gehäuse bläst. Dazu steht ein steuerbarer Zusatzausgang zur Verfügung, der eine Anpassung des Temperaturmanagements erlaubt.
Die wichtigsten Daten des RACM1200-V
Ausgangsleistung: 1000W bei 40°C Umgebungstemperatur und 230V-Eingangsspannung, 1200W mit Lüfter oder für kurzzeitige Spitzenlasten.
Abmessungen, inklusive Anschlüsse (LxWxH): 228,0mm x 96,2mm x 40,0mm, bei anderen Herstellern ist der Anschlussbereich mechanisch exponiert.
Leistungsdichte:
Wirkungsgrad: 95% siehe Bild 2.
Leistungsfaktor: Siehe Bild 3.
Abbildung 2: Wirkungsgradverlauf .
Abbildung 3: Leistungsfaktor.
- Gewicht: 1kg typ
- Eingangsspannung: 85V bis 264V
- Ausgangsspannung:
- Die 24V-Ausführung kann mit Dip-Schalter in 100mV-Stufen auf maximal 28V eingestellt werden.
- Die 48V-Ausführung kann mit Dip-Schalter in 200mV-Stufen auf maximal 56V eingestellt werden.
- Ausgangsstrom maximal: 50A@24V, 25A@48V
- Schutzfunktionen für Hauptausgang und Hilfsspannungen:
- Überspannung, automatische Rückstellung
- Überstrom und Kurzschluss mit automatischer Rückstellung
- Übertemperatur, automatischer Wideranlauf
- Temperaturbereich: -40°C bis 80°C, Derating ab 50°C, siehe Datenblatt
- Lebensdauer bei 40°C Umgebungstemperatur: 88000 Stunden
- Rippel der Ausgangsspannung, maximal: 1% der Ausgangsspannung
- Toleranz der Ausgangsspannung: 1% typ.@25°C, +- 2% maximal über der Temperatur
- Zertifiziert nach: IEC/EN 62368, UL/IEC/EN 60601
- Konformität nach IEC/EN 61558-2-16, IEC61010-1 und OVC III nach IEC62477-1 bis 2000m
- Kühlung über Aluminium-Grundplatte oder mit Lüfter
- Meereshöhe im Betrieb: maximal 5000m (IEC/EN62368-1), 4000m (IEC/EN60601)
- Zusätzliche Ausgangsspannung: 5V/1A, isoliert
- Standby-Verbrauch: < 1W (Öko-Design)
- LED-Anzeige der Betriebszustände: nicht nur komfortabel, sondern trägt zur Sicherheit bei
- Remote on/off: TTL-Eingang
- AC okay: Open Collector-Ausgang
- PSU-good: open Collector-Ausgang
Maximaler Ableitstrom über den Patienten: 100μA bei N.C. (Normalsituation) und 500μA bei S.F.C. (Ein-Fehler-Fall).
Medizinische Schutzklasse: 2 MOPP
Genau eingestellte Ausgangsspannung: Zur Ausregelung der Spannungsabfälle auf den Leitungen wurde das „remote main-output voltage sensing“ implementiert, bei dem über zwei zusätzliche (Sense-)Leitungen die Ausgangsspannung an der gewünschten Stelle gemessen und geregelt wird. So werden die Spannungsabfälle auf den Leitungen eliminiert, wo die großen Ströme (25A/50A) fließen. Die Aktivierung erfolgt über 2 TTL-Eingänge (5V).
Abbildung 4: Remote Sense für die Hauptausgangsspannung.
Hier noch einige weitere Geräte aus der RACM-Serie:
Abbildung 5: Die RACMxx-Serien medizinisch zertifizierter Stromversorgungen, von links nach rechts: 230W, 550W und 1200W
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