醫療電子領域電感器應用指南

世界衛生組織報告指出，老年人口在全球人口中的占比近 22%。人口老齡化的快速增長和慢性病發病率的增加進一步推動了對醫療電子設備的需求，從而也加速了醫療電源市場的整體增長。市場調查數據顯示，2021 年全球醫療電源市場價值 13.9 億美元，預計到 2029 年將達到 24.7 億美元，在 2022-2029 年的預測期內復合年增長率為 7.4%。

（資料來源：Data Bridge Market Research）

而作為涉及生命安全的產品，醫療設備具有顯著高于消費電子等其他應用領域的特殊要求，從而決定了內部的電子元件必須具有嚴格的質量或設計方法，以確保整個系統符合醫療標準。在功能方面上，內部的電子裝置主要支持電源（如成像機、診斷儀或分析儀）、電機驅動（如呼吸機、牙科或外科工具）；在運動控制應用方面上，患者的生命和健康應受到謹慎且精確的控制，從而避免任何危險的故障或傷害。

具有單極或雙極運行模式的BLDC主要由12V或24V等低壓驅動裝置工作，常常以組合排列的方式共同工作。更精密的應用設備使用步進電機或微型步進電機來精確控制軸角度。在這種類型的機器中，幾個單獨的驅動器需要低紋波和無噪聲電源，這些電源通常跟隨在一個先升壓預整流然后再降壓轉換以達到電機驅動要求的隔離型DC-DC輸入端，并根據預調節先升壓后降壓達到特定的電機需求。

01 生命體征測量用電源

根據IEC 60601-1或ISO 80601-2等醫療標準，多參數患者監護儀的數字數據信號鏈和電源線均應采用隔離配置。通常情況下，無論系統是由電源脫機輸入還是電池供電，一次接地和二次接地（或數字接地到模擬接地）之間的5KV隔離電壓應符合要求，以防止接地回路電流或漏電流流經患者身體。電源也應該是高效的，以避免產生任何明顯的散熱；同時也應該按照醫院環境或ISO4871(規定了<29dBA的聲級)的一般要求保持無噪聲。最后，電源電流紋波應嚴格限制在盡可能低的范圍內，同時也因此LC濾波器始終謹慎地放置在二次側，以便為敏感的模數轉換器（ADC）提供更純凈的直流電源，從而精確地測量患者的生命體征。

02 直流預調節（升壓階段）

為達到5KV隔離電壓或更高的隔離度，用于BLDC控制的醫療電源單元首先必須更進一步實現隔離DC-DC轉換，這種轉換通常采用具有良好的EMI和效率標記的反激拓撲來完成。盡管如此，通常需要直流預調節來更好地控制輸出紋波和噪聲，以及為下游不同降壓單元提供通用高壓導軌。

03 BLDC驅動器（降壓階段）

為實現盡可能低的紋波，這些降壓轉換器需要更高的電感值，通常在22~68