引言

医疗设备中的 AC/DC 电源,远不止是简单的供电配件。它除了将市电转换为设备可用的直流电压,还要承载电气隔离、漏电流管控、EMC 电磁兼容、散热设计等多项和安全强相关的核心工作。

在病人监护、内窥镜、手术器械等设备中,患者接触应用部分的用电安全,高度依赖电源的隔离性能与漏电流控制能力,而这些设备的小型化趋势正持续挤压电源安装空间,如何平衡安全合规、电磁兼容、体积限制和功率性能,成为方案设计的一大难点。

有芯电子(RightIC)代理的 Traco Power 医疗 AC/DC 系列,正是面向这些医疗设备的设计痛点打造。产品功率从 5W 板载全灌封模块延伸至 850W 机箱电源,支持板载、封闭机箱、开放式裸板三种封装形式;全系列统一按照 IEC/EN/ES 60601-1等规范实现 2×MOPP 隔离保护,可更大程度保证医生与患者安全。

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一、六大医疗应用场景选型指引

不同医疗设备的供电布置、安规约束各不相同,我们先按应用场景为您快速匹配型号:

病人监护与生命体征设备:这类设备的心电电极、血氧探头、体温探头会直接接触患者,应用部分大多采用 BF 浮地架构,整机漏电流余量非常紧张。TPP 40、TPP 65、TPP 100 在 264VAC 输入时接触电流上限仅 75µA,是该系列漏电流指标最优的一档;同档位还有板载型号 TPP 15、TPP 30,同样适合监护类产品。

体外诊断与分析仪器:诊断设备内部的光电检测单元、泵阀、主控板往往需要多组不同电压供电。TPP 40 和 TPP 65 提供丰富的多路输出方案,包含 +12/+5、+15/+5、+24/+5 双路,以及 +12/+5/−12、+15/+5/−15、+24/+5/+12 三路,合计六种组合。主输出电压支持 ±10% 范围内微调,调整时只要总负载功率不超过额定值即可。

影像、内窥与手术设备:影像、手术类设备功率需求普遍落在 100W~450W 区间。如果整机规划为不带保护接地的 Class II 方案,TPP 100、TPP 150、TPP 180-M、TPP 450 都同时兼容 Class I 和 Class II 两种接线方式,方便设计师灵活规划整机接地方案。

便携与家用医疗设备:便携、家用设备对体积和重量敏感,TMF 05~TMF 30 以及 TPP 15、TPP 30 就是为此设计的全灌封板载模块,功率覆盖 5W~30W,最轻型号仅 30g。这类模块可以直接焊接在主控 PCB 上,无需单独为电源设计外壳,有效压缩整机尺寸。

牙科、理疗与美容设备:部分牙科、理疗设备整机不设置保护接地,TMW 24、TMW 36 采用 IP68 全灌封外壳,尺寸适配标准插座盒。直接内置在插座盒内使用,既省去外部电源线,也减少机壳开孔,简化结构设计。

移动与偏远高原场景:TPP 与 TMF 系列额外支持 120~370VDC 直流输入,并且全系列最高可在 5000m 海拔稳定工作。依靠直流母线供电的设备,不用额外增加逆变环节,适配车载、偏远供电等直流输入场景。需要注意:直流输入属于产品电气规格,不纳入安规认证覆盖范围。


二、2×MOPP 的六项关键统一指标

医疗安规认证不仅是一纸证书,背后是一系列可量化、可测试的硬性指标。Traco 2×MOPP 框架核心参数如下:

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其中接触电流对整机设计约束最强。BF 类应用要求应用部分浮地,患者漏电流由电源 Y 电容、整机布线、应用部分杂散电容共同决定,电源本身的接触电流是漏电流预算里最重要的一部分。

75µA 档位包含 TPP 15、TPP 30、TPP 40、TPP 65、TPP 100;100µA 档位包含 TPP 150、TPP 180-M、TPP 300-M、TPP 450 以及 TMF、TMW 全系列。

额定工作电压的三档分配逻辑也很清晰:TPP 15、TPP 30、TPP 40E、TPP 65E、TPP 100、TPP 150、TPP 180-M 为 250VAC;TPP 40、TPP 65 为 258VAC;TPP 300-M、TPP 450 为 312VAC。功率越高,隔离屏障的耐压余量越大。


三、TPP 机箱电源:40W~450W

TPP 机箱式电源功率从 40W 延伸到 450W,全系列隔离等级保持一致,型号差异主要体现在散热能力和输出通道配置上。

40W、65W:多路输出优选型号

TPP 65 的 15V、24V 单路版本最高效率可达 94%,在 −40℃~+60℃ 范围内可以满功率运行;当负载降到 50% 时,工作温度上限还能拓展至 +85℃。它的 5V 型号电流先触达上限,实际可用功率为 50W、10A,选型时需要按 50W 评估。TPP 40 和它结构相近,满功率运行温度上限可达 +70℃。

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100W、150W:5000VAC 高隔离,可选内置风扇

这两款的 I/O 隔离测试电压提升至 5000VAC,是整条产品线里隔离耐压最高的一档。TPP 100 接触电流 75µA,−25℃~+60℃ 区间满功率输出,依靠自然对流即可跑满额定 100W。TPP 150 接触电流 100µA,−25℃~+70℃ 满功率,内置风扇由独立 12V/500mA 输出供电;负载降到 40% 时,最高可支持 +80℃ 环境。

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180W:自然对流 150W,支持短时峰值 220W

这款电源封装尺寸仅 76.2 × 50.8mm(3.6" × 2.44"),需要区分三组功率指标,对应不同散热条件:自然对流下持续输出 150W,强制风冷可输出额定 180W,同时支持 220W 峰值输出(持续 5s,占空比 ≤20%)。工作温度区间 −40℃~+85℃,50℃ 以上开始降额;24V 版本最高效率 94%。

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TPP 180-M,180W 紧凑型机箱电源

300W、450W:重点关注无风扇输出能力

TPP 450 带风扇时,65℃ 环境可以稳定输出满额 450W;撤去风扇、纯自然散热的条件下,50℃ 仍可输出 320W。这个特性对医疗整机非常友好,设计师不用专门设计风道,也不用担心灰尘堆积影响设备清洁。它标配 5V 待机输出、12V 风扇供电、遥控开关 Remote On/Off 以及 Power Good 信号,48V 版本最高效率 94%,MTBF 可达 410000 小时。TPP 300-M 采用相同的隔离方案,在 4.6" × 2.44" 机箱内实现 300W 输出。

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四、效率、散热与空载损耗

单独看效率数值意义有限,必须结合负载率、环境温度一起评估。

TPP 65 的 94% 效率对应 15V/24V 型号,代价是满功率温度上限只有 +60℃;TPP 100 效率 92%,满功率区间 −25℃~+60℃;TPP 180-M 94% 效率对应的是自然对流 150W 工况;TPP 450 的 94% 效率则是带风扇满功率 450W 的状态。同样是 94% 的效率,可输出功率跨度从 150W 到 450W,选型不能只对比效率参数。

很多医疗整机要求无风扇结构,一方面方便酒精擦拭消毒,另一方面规避积尘风险。在这类项目里,无风扇可持续输出功率,比铭牌额定功率更有参考价值:TPP 100 自然对流满功率 100W,TPP 180-M 无风扇 150W,TPP 450 无风扇 320W。

空载功耗也需要提前核算,满足待机相关规范。TPP 65 空载损耗 150mW,TPP 180-M 为 200mW,TPP 100 为 300mW,均符合 ErP 待机要求。TPP 450 空载功耗 1.05W,原因是待机状态下 5V 辅助输出持续工作;如果整机对空载功耗有严格上限,使用该型号时需要额外增加辅助输出切断电路。


五、环境适应性与安规认证

全系列的低温启动能力分为两档:TPP 15、TPP 30、TPP 40E、TPP 65E、TPP 40、TPP 65、TPP 180-M、TPP 300-M、TPP 450 支持 −40℃ 启动;TPP 100、TPP 150 最低启动温度为 −25℃。如果设备要用于北方户外机柜、冬季运输、低温仓储等场景,低温启动指标需要优先确认。

整套产品线的认证清单统一,包含:IEC/EN/ES 60601-1 第 3.2 版 2×MOPP、IEC 60601-1-2 第 4 版 EMC、EN 62368-1、配套 ISO 14971 风险管理文件、符合 ISO 13485 体系;组装验收按照 IPC-A-610 Class 3 标准执行,全系提供 5 年质保。

电源内置 EMI 滤波器,传导发射直接满足 EN 55011 Class B,前端一般不需要额外再加滤波电路,对空间紧张的便携设备来说,可以省下大量板上面积。


六、保护功能与系统接口

短路保护采用自动连续恢复设计,过流、过压、过温保护则按型号配置。TPP 40、TPP 65、TPP 100 可通过板载电位器,把输出电压在 ±10% 范围内微调;TPP 180-M、TPP 450 的可调范围为 ±8%,调节后总功率不能超过额定值。

系统接口的丰富度随功率提升,TPP 450 的配套信号最齐全:Remote On/Off 用来实现整机软启停;Power Good 为开集输出,可以直连 MCU,管控上电时序;5V 待机输出给主控提供常电;12V 风扇输出支持温控调速。TPP 150 的风扇输出是固定 12V/500mA,不支持调速。


七、板载模块:5W~65W 小功率方案

小功率型号的设计思路,是把电源做成可以直接贴焊在 PCB 上的器件,简化供电布局。

TMF 05/10/20/30 为全灌封塑料外壳模块,功率 5W~30W,输出 5/12/15/24V,工作温度 −25℃~+70℃,接触电流 100µA,其中 TMF 05 无需最小负载。最小款 TMF 05 仅 30g,效率 77%~82%,230VAC 输入下保持时间 90ms。

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TMF 05,5W 板载全灌封模块

TPP 15、TPP 30 进一步放宽温度范围至 −40℃~+85℃,同时把接触电流降到 75µA,输出电压覆盖 3.3V 到 48V,尺寸分别为 42.0 × 28.9 × 25.3mm、73.3 × 38.1 × 29.2mm。TPP 40E、TPP 65E 是同隔离体系下的灌封板载型号,功率 40W、65W,外形 3.2" × 2.2",直接焊接在功率板上使用。

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TPP 15-D系列,15W 板载灌封模块

TMW 24、TMW 36 是另一条差异化路线:IP68 全灌封外壳,出线方式支持飞线或者 THT 引脚,适合直接装入墙内插座盒;工作温度 −20℃~+80℃,输出 5.1/12/24V。当设备外壳可以兼任电源外壳时,这类方案可以省去单独的电源仓。

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TMW 24,24W IP68 插座盒模块


八、系列型号参数

下表汇总各系列核心参数,方便大家优先根据功率、结构、隔离、温度快速筛选:

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九、选型要点

选型建议优先确认四项核心条件:整机峰值功率以及峰值持续时间、是否必须无风扇方案、应用部分是否和患者接触、电源可用安装尺寸。这四项确定之后,可选型号范围就能快速收敛。

第一,选型以峰值功率为准,额定功率仅作为辅助参考。泵阀、电机、充电回路启动时,瞬时电流很容易超过额定值,不能只用铭牌额定功率选型。TPP 180-M 支持 220W 峰值,持续 5s、占空比 20%;TPP 450 带风扇可在 65℃ 满功率,无风扇也有 320W 持续能力,这两款的功率余量更充足。

第二,接触电流由患者应用部分的类型决定。只要电路会接触人体,整机就要按 BF 架构设计。想要守住 75µA 的低接触电流,机箱电源优先选 TPP 40、TPP 65、TPP 100;板载方案选 TPP 15、TPP 30。如果项目需要更大功率,同时仍要维持 75µA 指标,就要在方案早期做好整机漏电流分配,或者在应用侧额外增加隔离电路。

第三,密封、需要频繁消毒的设备,一定要按无风扇输出能力核算。TPP 100 自然对流即可满功率;TPP 180-M 无风扇持续 150W;TPP 450 无风扇持续 320W。这类场景严禁直接按带风扇额定功率做负载预留。

第四,先确定安装形式,再挑选功率档位。

  • PCB 直焊:TMF 05~TMF 30、TPP 15、TPP 30、TPP 40E、TPP 65E;

  • 机箱螺钉固定封闭式电源:TPP 40~TPP 450;

  • 墙盒内置方案:TMW 24、TMW 36;

  • 空间紧张,可自己做外壳散热:选用TPP A系列裸板。

第五,低温启动和高海拔指标一起评估。需要 −40℃ 冷启动的项目,可以选择 TPP 15、TPP 30、TPP 40E、TPP 65E、TPP 40、TPP 65、TPP 180-M、TPP 300-M、TPP 450。全系列最高支持 5000m 海拔,高原项目不需要额外筛选。

*资料及图片来源:Traco Power官网