Question:
Sécurité de l'utilisateur pour les appareils alimentés par batterie contre une mauvaise utilisation de l'alimentation électrique
zud
2014-07-10 16:36:25 UTC
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Je souhaite concevoir un circuit de sécurité pour un appareil alimenté par batterie qui mesure l'impédance du corps humain. Il est destiné à être alimenté uniquement par une batterie externe (5V) via un câble USB. Mais je veux m'assurer que même si l'appareil est connecté à une mauvaise alimentation par erreur (par exemple, un chargeur USB défectueux qui fuit 230V), l'utilisateur est en sécurité. Je suis également limité en taille de PCB. Quel type de circuit ou IC dois-je rechercher à cet effet? Je n'ai trouvé aucun régulateur capable de tolérer une tension d'entrée aussi élevée.

mesure l'impédance du corps humain?Euh ... est-ce qu'un multimètre ferait ça (toujours à des tensions plus basses)?
De tels dispositifs doivent être conçus de manière à ne pas pouvoir connecter autre chose que l'alimentation prévue - sauf avec un effort résolu.
@RaghunathV, non, un appareil à deux dérivations comme un multimètre ne vous donnerait pas une mesure précise.
J'espère que vos dispositifs médicaux ne sont pas conçus uniquement avec les conseils de personnes aléatoires sur Internet, quelle que soit leur réputation sur ce site.Vous devez obtenir un examen indépendant digne de confiance de votre conception pour votre propre bien ainsi que celui des patients.
Cinq réponses:
Matt Young
2014-07-10 17:56:59 UTC
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Vous devez étudier l'isolement. Si vous mettez un connecteur USB sur l'appareil, vous aurez besoin de deux moyens de protection du patient, 5 kV d'isolement et une tension de fonctionnement de 250 V pour être médicalement sûr. Des modules DC-DC isolés sont disponibles. Tout cela est contenu dans la norme CEI-60601. Étudiez-le. Des gens sont tués par des concepteurs qui ne respectent pas les règles.

Je pense que zud devra traiter la connexion USB exactement comme s'il s'agissait d'une connexion secteur (donc isolation, courant de fuite maximal, etc.) pour des raisons de sécurité.La plupart des convertisseurs CC-CC nécessitent un condensateur de l'entrée à la sortie. La norme CEI-60601 fait-elle la distinction entre le courant réactif (courant de fréquence du secteur à travers le condensateur) et le «courant de fuite»?
Le traiter comme s'il était connecté au secteur est la source de la tension de fonctionnement.Les modules DC-DC isolés utilisent un transformateur comme barrière d'isolation.Je pense qu'une casquette Y5 suffisamment cotée compte comme un moyen de protection du patient.Quant à la manière dont la norme spécifie les courants de fuite, je ne sais pas par-dessus tout, tout cela provient d'un de mes projets de back burner sur lequel je reviendrai dans quelques mois.
+1 pour nommer la norme applicable et la tension d'isolement.
@SpehroPefhany Je n'ai jamais vu un convertisseur DC-DC isolé qui nécessite un capuchon d'entrée-sortie.Non pas qu'ils ne soient pas là-bas, mais il y en a beaucoup qui ne le font pas.
@SpehroPefhany Le test standard des hôpitaux américains est généralement le NFPA-99.Peu importe d'où vient le courant.FWIW, il existe différentes exigences de courant pour différents types d'engins.
La norme CEI60601 décrit-elle la technique pour répondre aux exigences, ou simplement les exigences (ce qui est le plus typique)
@ScottSeidman Juste des exigences, c'est un document écrit bureaucratique très typique.
@MattYoung Merci de rappeler les normes.Mais la tension de fonctionnement est-elle de 250 V si la tension d'entrée prévue n'est que de 5 V?
@zud Oui, comme Spehro le dit dans sa réponse, vous devez traiter cette connexion USB comme si elle était sur secteur.Les blocs d'alimentation des PC ne sont isolés qu'à 1500 V, ce qui est une norme différente.Qui sait à quoi peut ressembler un wallwart USB à l'intérieur.Dave Jones de l'EEVBlog en a détruit un tas et ils étaient terrifiants à l'intérieur.
Existe-t-il de tels convertisseurs DC-DC isolés disponibles en petites tailles?Tout ce que j'ai pu trouver était une isolation jusqu'à 3 kVDC comme [ceci] (http://www.farnell.com/datasheets/1790387.pdf)
Vous pouvez les mettre en série, tant que vous disposez d'une ligne de fuite suffisante.
Scott Seidman
2014-07-10 17:56:49 UTC
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Faire en sorte que cela résiste à la tension secteur sur Vcc semble un peu malavisé (au lieu de s'assurer qu'il n'est jamais branché sur le secteur), mais voici comment je l'aborderais - comme le suggère @BrianDrummond.

Si ce n'est pas réaliste pour votre cas, je recommande d'isoler complètement le stimulus et le récepteur à l'aide de transformateurs, et de bloquer par diode ou zener les entrées et les sorties des transformateurs. Le problème est que si vous avez 230V AC sur ces diodes, elles vont frire et arrêter de faire leur travail. J'essaierais de rechercher des diodes capables de résister à cela, mais je ne suis pas sûr que vous ayez de la chance.

Ainsi, pour être à double sécurité, j'utiliserais probablement un DC-DC isolé convertisseur pour générer Vcc, en faisant attention aux modes de défaillance probables de l'appareil que vous utilisez. Il est peu probable que le réseau passe à travers. J'espère qu'il n'y aura aucun moyen pour le 230V AC de trouver son chemin vers le côté isolé, mais la recherche à ce sujet dépendra de vous. Même si le secteur peut percer pendant un petit moment, l'idée est que les diodes durent assez longtemps pour que le convertisseur tombe en panne.

Franchement, le moyen le plus simple de le faire est d'utiliser simplement un Bloc d'alimentation conforme à la norme CEI 60601 ou installez simplement un support de batterie pour qu'il n'y ait pas d'autre moyen de brancher la mauvaise alimentation.

Brian Drummond
2014-07-10 17:00:24 UTC
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Une approche contre les erreurs de connexion occasionnelles consiste à éliminer le câble USB et à utiliser un autre style de connecteur pour la connexion de la batterie à l'équipement.

Vous pouvez utiliser un connecteur USB séparé sur la batterie à des fins de recharge, et un interrupteur mécanique à 2 pôles «pause avant de faire» réglé sur «charge» ou «utilisation» reliant la batterie au circuit de charge ou à la sortie. Ensuite, l'isolation peut être garantie jusqu'à la tension nominale du commutateur.

Il existe d'autres approches, mais cela présente les avantages de la simplicité et de l'évidence dans son fonctionnement, ce qui vous aidera si vous devez faire un dossier de sécurité pour ça.

Spehro Pefhany
2014-07-10 18:22:01 UTC
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Je pense que j'envisagerais une alimentation par batterie au lithium et la conception d'un verrouillage mécanique de sorte que l'unité ne puisse pas être utilisée lorsqu'elle est attachée au chargeur (peut-être que les connecteurs des sondes couvrent physiquement un port micro-USB).

Aussi mettez un verrouillage électrique là-dedans afin que même si un utilisateur déterminé vainc le verrouillage mécanique, il ne peut pas être utilisé pendant la charge. Et lisez les normes, assurez-vous que vous êtes 100% conforme aux normes de sécurité et aux meilleures pratiques actuelles, puis parlez-en à un avocat de la responsabilité du fait des produits.

Je traiterais certainement le câble USB comme une connexion secteur s'il a un type de connexion à un être humain qui est différent d'un contact occasionnel, et surtout s'il s'agit d'un appareil médical.

TDHofstetter
2014-08-15 16:27:05 UTC
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C'est un endroit où vous pouvez très très facilement tuer un patient. Installez un support de batterie, utilisez la batterie à la tension la plus basse qui peut éventuellement satisfaire le circuit, construisez pour l'impédance d'entrée la plus élevée que vous pouvez tolérer et NE fournissez AUCUN moyen de connecter l'appareil directement à l'USB. Si le transfert de données via USB est obligatoire, utilisez des optoisolateurs.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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