Pytanie:
Bezpieczeństwo użytkownika urządzenia zasilanego bateryjnie przed niewłaściwym wykorzystaniem zasilania
zud
2014-07-10 16:36:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Chcę zaprojektować obwód bezpieczeństwa dla urządzenia zasilanego baterią, który mierzy impedancję ludzkiego ciała. Jest przeznaczony do zasilania wyłącznie zewnętrznym akumulatorem (5 V) za pośrednictwem kabla USB. Ale chcę mieć pewność, że nawet jeśli urządzenie zostanie przez pomyłkę podłączone do złego źródła zasilania (np. Niesprawna ładowarka USB przecieka 230V), użytkownik jest bezpieczny. Mam również ograniczony rozmiar PCB. Jakiego obwodu lub układu scalonego powinienem szukać w tym celu? Nie mogłem znaleźć żadnego regulatora, który tolerowałby tak wysokie napięcie wejściowe.

mierzy impedancję ciała ludzkiego?Uhh ... czy multimetr mógłby to zrobić (nadal przy niższych napięciach)?
Takie urządzenia powinny być tak zaprojektowane, aby nie było możliwe podłączenie niczego poza przewidzianym zasilaniem - chyba że przy dużym celowym wysiłku.
@RaghunathV, nie, urządzenie dwuprzewodowe, takie jak multimetr, nie zapewniłoby dokładnego pomiaru.
Mam nadzieję, że Wasze urządzenia medyczne nie są projektowane tylko w oparciu o porady przypadkowych ludzi w Internecie, niezależnie od ich reputacji na tej stronie.Musisz uzyskać wiarygodną, niezależną recenzję swojego projektu dla własnego dobra, jak i dla dobra pacjentów.
Pięć odpowiedzi:
Matt Young
2014-07-10 17:56:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Musisz zbadać izolację. Jeśli umieścisz złącze USB w urządzeniu, będziesz potrzebować dwóch środków ochrony pacjenta, izolacji 5 kV i napięcia roboczego 250 V, aby zapewnić bezpieczeństwo medyczne. Dostępne są izolowane moduły DC-DC. Wszystko to jest zawarte w IEC-60601. Przestudiuj to. Ludzie są zabijani przez projektantów, którzy nie przestrzegają zasad.

Myślę, że zud będzie musiał traktować połączenie USB dokładnie tak, jakby było to połączenie sieciowe (a więc izolacja, maksymalny prąd upływu i tak dalej) ze względów bezpieczeństwa.Większość przetwornic DC-DC wymaga kondensatora od wejścia do wyjścia. Czy norma IEC-60601 rozróżnia prąd bierny (prąd częstotliwości sieciowej przepływający przez kondensator) od „prądu upływu”?
Traktowanie go tak, jakby był podłączony do sieci, jest źródłem napięcia roboczego.Izolowane moduły DC-DC wykorzystują transformator jako barierę izolacyjną.Uważam, że dostatecznie oceniana czapka Y5 liczy się jako środek ochrony pacjenta.Jeśli chodzi o to, jak norma określa prądy upływowe, nie wiem od ręki, to wszystko z jednego z moich projektów palnika wstecznego, do którego wrócę za kilka miesięcy.
+1 za nazwanie odpowiedniej normy i napięcia izolacji.
@SpehroPefhany Nigdy nie widziałem izolowanego konwertera DC-DC, który wymaga nakładki od wejścia do wyjścia.Nie żeby ich tam nie było, ale jest wielu, którzy tego nie robią.
@SpehroPefhany Standardowe amerykańskie szpitale, które zazwyczaj przeprowadzają testy, to NFPA-99.Nie obchodzi go, skąd płynie prąd.FWIW, istnieją różne aktualne wymagania dla różnych typów narzędzi.
Czy IEC60601 opisuje technikę spełniającą wymagania, czy tylko wymagania (co jest najbardziej typowe)
@ScottSeidman Tylko wymagania, to bardzo typowy dokument biurokraty.
@MattYoung Dziękuję za przypomnienie o normach.Ale czy napięcie robocze wynosi 250 V, jeśli planowane napięcie wejściowe wynosi tylko 5 V?
@zud Tak, jak mówi Spehro w swojej odpowiedzi, należy traktować to połączenie USB tak, jakby było to zasilanie sieciowe.Zasilacze PC są izolowane tylko do 1500 V, a to jest inny standard.Kto wie, jak może wyglądać ściana USB w środku.Dave Jones z EEVBlog podarł kilka z nich i wewnątrz byli przerażający.
Czy są takie izolowane przetwornice DC-DC dostępne w małych rozmiarach.Wszystko, co udało mi się znaleźć, to izolacja do 3 kVDC, taka jak [ta] (http://www.farnell.com/datasheets/1790387.pdf)
Możesz je łączyć szeregowo, o ile masz wystarczające prześwity na pełzanie.
Scott Seidman
2014-07-10 17:56:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sprawienie, aby to wytrzymało napięcie sieciowe na Vcc, wydaje się nieco błędne (w przeciwieństwie do upewnienia się, że nigdy nie jest podłączone do sieci), ale oto jak podejdę do tego - jak sugeruje @BrianDrummond.

Jeśli nie jest to realistyczne w twoim przypadku, zalecam całkowite odizolowanie bodźca i odbiornika za pomocą transformatorów i mocowania diodowego lub Zenera zarówno wejść, jak i wyjść do transformatorów. Problem polega na tym, że jeśli masz na tych diodach 230 V AC, to się usmażą i przestaną wykonywać swoją pracę. Spróbowałbym poszukać diod, które mogą to wytrzymać, ale nie jestem pewien, czy będziesz mieć szczęście.

Dlatego, aby być podwójnie bezpiecznym, prawdopodobnie użyłbym izolowanego DC-DC konwerter do generowania Vcc, zwracając uwagę na prawdopodobne tryby awarii używanego urządzenia. Sieć prawdopodobnie nie przebiłaby się. Miejmy nadzieję, że 230 V AC nie znajdzie drogi do odizolowanej strony, ale badania na ten temat należałyby do ciebie. Nawet jeśli sieć może przez chwilę się przebić, chodzi o to, aby diody działały wystarczająco długo, aby konwerter zawiódł.

Szczerze mówiąc, łatwiejszym sposobem na to jest użycie Zasilacz zgodny z IEC 60601 lub po prostu wbuduj uchwyt baterii, aby nie było innego sposobu na podłączenie niewłaściwego zasilacza.

Brian Drummond
2014-07-10 17:00:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jednym ze sposobów na uniknięcie przypadkowego błędnego połączenia jest wyeliminowanie kabla USB i zastosowanie innego rodzaju złącza, jak połączenie akumulatora z urządzeniem.

Możesz użyć oddzielnego złącza USB na akumulatorze do ładowania oraz 2-biegunową mechaniczną „przerwę przed” ustawieniem przełącznika na „ładowanie” lub „używanie”, podłączenie akumulatora do obwodu ładowania lub wyjścia. Wtedy można zagwarantować izolację aż do napięcia znamionowego przełącznika.

Istnieją inne podejścia, ale ma to zalety prostoty i oczywistości działania, co pomoże, jeśli musisz stworzyć argument bezpieczeństwa dla to.

Spehro Pefhany
2014-07-10 18:22:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Myślę, że wziąłbym pod uwagę zasilanie z baterii litowej i zaprojektowanie pewnego rodzaju mechanicznej blokady, aby urządzenie nie mogło być używane, gdy jest podłączone do ładowarki (być może złącza sond fizycznie zakrywają port micro-USB).

Ponadto umieść tam blokadę elektryczną, więc nawet jeśli zdeterminowany użytkownik pokona blokadę mechaniczną, nie może być używany podczas ładowania. Przeczytaj normy, upewnij się, że w 100% przestrzegasz standardów bezpieczeństwa i najlepszych praktyk, a następnie porozmawiaj z prawnikiem na temat odpowiedzialności za produkt.

Zdecydowanie potraktowałbym kabel USB jako połączenie sieciowe, jeśli ma jakiekolwiek połączenie z człowiekiem, które różni się od zwykłego kontaktu, a zwłaszcza jeśli jest to urządzenie medyczne.

TDHofstetter
2014-08-15 16:27:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jest to miejsce, w którym bardzo łatwo można zabić pacjenta. Zainstaluj uchwyt baterii, użyj baterii o najniższym napięciu, która może zaspokoić obwód, zbuduj dla najwyższej impedancji wejściowej, jaką możesz tolerować, i NIE WOLNO podłączać urządzenia bezpośrednio do USB. Jeśli przesyłanie danych przez USB jest wymagane, użyj optoizolatorów.



ⓘ
To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...