Domanda:
Sicurezza dell'utente per il dispositivo alimentato a batteria contro l'uso improprio dell'alimentazione
zud
2014-07-10 16:36:25 UTC
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Desidero progettare un circuito di sicurezza per un dispositivo alimentato a batteria che misuri l'impedenza del corpo umano. È concepito per essere alimentato solo da una batteria esterna (5V) tramite un cavo USB. Ma voglio assicurarmi che anche se il dispositivo è collegato a un'alimentazione sbagliata per errore (ad esempio un caricabatterie USB difettoso che perde 230 V), l'utente è al sicuro. Sono anche limitato nelle dimensioni del PCB. Che tipo di circuito o IC dovrei cercare per questo scopo? Non sono riuscito a trovare regolatori in grado di tollerare tensioni di ingresso così elevate.

misura l'impedenza del corpo umano?Uhh ... lo farebbe un multimetro (sempre a tensioni inferiori)?
Tali dispositivi dovrebbero essere progettati in modo che non sia possibile collegare nulla tranne l'alimentazione prevista, tranne che con un grande sforzo mirato.
@RaghunathV, no, un dispositivo a due derivazioni come un multimetro non ti darebbe una misurazione accurata.
Spero che i tuoi dispositivi medici non siano progettati solo con i consigli di persone a caso su Internet, indipendentemente dalla loro reputazione su questo sito.È necessario ottenere una revisione affidabile e indipendente del progetto per il proprio bene e per quello dei pazienti.
Cinque risposte:
Matt Young
2014-07-10 17:56:59 UTC
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Devi studiare l'isolamento. Se metti un connettore USB sul dispositivo, avrai bisogno di due mezzi di protezione del paziente, 5kV di isolamento e 250V di tensione di lavoro per essere sicuro dal punto di vista medico. Sono disponibili moduli CC-CC isolati. Tutto questo è contenuto nella IEC-60601. Studiatela. Le persone vengono uccise da designer che non seguono le regole.

Penso che zud dovrà trattare la connessione USB esattamente come se fosse una connessione di rete (quindi isolamento, massima corrente di dispersione e così via) per motivi di sicurezza.La maggior parte dei convertitori CC-CC richiede un condensatore dall'ingresso all'uscita .. IEC-60601 distingue tra corrente reattiva (corrente a frequenza di rete attraverso il condensatore) e "corrente di dispersione"?
Trattandolo come se fosse collegato alla rete è da dove proviene la tensione di lavoro.I moduli CC-CC isolati utilizzano un trasformatore come barriera di isolamento.Credo che un limite Y5 sufficientemente valutato conti come mezzo di protezione del paziente.Per quanto riguarda il modo in cui lo standard specifica le correnti di dispersione, non lo so da vicino, questo è tutto da uno dei miei progetti nel dimenticatoio a cui tornerò tra un paio di mesi.
+1 per denominare lo standard applicabile e la tensione di isolamento.
@SpehroPefhany Non ho mai visto un convertitore DC-DC isolato che richiede un limite dall'ingresso all'uscita.Non che non siano là fuori, ma ce ne sono molti che non lo fanno.
@SpehroPefhany Gli ospedali standard degli Stati Uniti generalmente testati è NFPA-99.Non importa da dove viene la corrente.FWIW, ci sono diversi requisiti attuali per diversi tipi di attrezzi.
IEC60601 descrive la tecnica per soddisfare i requisiti o solo i requisiti (che è il più tipico)
@ScottSeidman Solo requisiti, è un tipico documento scritto da burocrate.
@MattYoung Grazie per aver ricordato gli standard.Ma la tensione di lavoro è 250 V se la tensione di ingresso prevista è di soli 5 V?
@zud Sì, come dice Spehro nella sua risposta, devi trattare quella connessione USB come se fosse rete.Gli alimentatori per PC sono isolati solo a 1500 V, e questo è uno standard diverso.Chissà che aspetto avrà un wallwart USB all'interno.Dave Jones di EEVBlog ne ha distrutti un sacco e dentro erano terrificanti.
Sono disponibili convertitori CC-CC isolati di piccole dimensioni.Tutto quello che ho trovato è stato un isolamento fino a 3kVDC come [questo] (http://www.farnell.com/datasheets/1790387.pdf)
Puoi metterli in serie, a patto di avere uno spazio di dispersione sufficiente.
Scott Seidman
2014-07-10 17:56:49 UTC
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Fare in modo che questo resista alla tensione di rete su Vcc sembra un po 'fuorviante (al contrario di assicurarsi che non sia mai collegato alla rete), ma ecco come lo approccerei, come suggerisce @BrianDrummond.

Se questo non è realistico per il tuo caso, ti consiglio di isolare completamente lo stimolo e il ricevitore utilizzando trasformatori e diodo o zener bloccando sia gli ingressi che le uscite ai trasformatori. La preoccupazione è che se hai 230 V CA su questi diodi, friggeranno e smetteranno di fare il loro lavoro. Proverei a cercare diodi in grado di resistere a questo, ma non sono sicuro che avrai fortuna.

Quindi, per essere doppiamente sicuro, probabilmente userei un DC-DC isolato convertitore per generare Vcc, prestando attenzione alle probabili modalità di guasto del dispositivo che utilizzi. È improbabile che la rete arrivi. Si spera che non ci sarebbe modo per la 230V AC di trovare la sua strada verso il lato isolato, ma la ricerca su questo dipenderà da te. Anche se la rete può penetrare per un po ', l'idea è di fare in modo che i diodi durino abbastanza a lungo da far guastare il convertitore.

Francamente, il modo più semplice per farlo è usare solo un Alimentatore conforme a IEC 60601 o semplicemente integrato in un portabatteria in modo che non ci sia altro modo per collegare l'alimentatore sbagliato.

Brian Drummond
2014-07-10 17:00:24 UTC
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Un approccio contro un collegamento errato casuale consiste nell'eliminare il cavo USB e utilizzare un altro tipo di connettore come collegamento dalla batteria all'apparecchiatura.

È possibile utilizzare un connettore USB separato sulla batteria pacco per scopi di ricarica e un interruttore meccanico a 2 poli di "interruzione prima della chiusura" impostato su "carica" ​​o "uso" collegando la batteria al circuito di carica o all'uscita. Quindi l'isolamento può essere garantito fino alla tensione nominale dell'interruttore.

Esistono altri approcci, ma questo ha i vantaggi della semplicità e dell'ovvietà nel suo funzionamento, il che aiuterà se è necessario creare un caso di sicurezza per it.

Spehro Pefhany
2014-07-10 18:22:01 UTC
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Penso che prenderei in considerazione un alimentatore con batteria al litio e la progettazione di un interblocco meccanico di qualche tipo in modo che l'unità non possa essere utilizzata mentre è collegata al caricabatterie (forse i connettori per le sonde coprono fisicamente una porta micro-USB).

Inoltre inserisci un interblocco elettrico in modo che anche se un determinato utente annulla l'interblocco meccanico, non può essere utilizzato mentre è in carica. E leggi gli standard, assicurati di essere conforme al 100% con gli standard di sicurezza e le migliori pratiche attuali, e magari poi parla con un avvocato della responsabilità del prodotto.

Tratterei sicuramente il cavo USB come una connessione di rete se ha un qualsiasi tipo di connessione con un essere umano diverso dal contatto casuale, e soprattutto se è un dispositivo medico.

TDHofstetter
2014-08-15 16:27:05 UTC
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Questo è un posto dove potresti uccidere molto facilmente un paziente. Installare un portabatteria, utilizzare la batteria con il voltaggio più basso che possa eventualmente soddisfare il circuito, costruire per la massima impedenza di ingresso tollerabile e NON fornire alcun mezzo per collegare il dispositivo direttamente all'USB. Se il trasferimento dei dati tramite USB è un requisito, utilizzare optoisolatori.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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