Safety First

Wie man ambitionierte Ziele für
geringe Ableitströme im Netzteil erreicht

Das 250-W-Netzteil CUS250M von TDK-Lambda wurde für medizinische Anwendungen optimiert und ist auch eine gute Wahl für industrielle Anwendungen, bei denen es auf sehr niedrige Werte für Erdableitstrom, Berührungsstrom und ein exzellentes EMV-Verhalten ankommt. Das Netzteil entspricht der IEC 60601-1, einer internationalen Normenreihe für die grundlegende Sicherheit und die wesentlichen Leistungsmerkmale von medizinischen elektrischen Geräten. Sie ist in vielen Ländern weit verbreitet und gilt inzwischen als Voraussetzung für die meisten im Handel erhältlichen Produkte. Ein wichtiger Aspekt der Norm ist die Vermeidung eines elektrischen Schlags, der zu Verletzungen oder sogar zum Tod führen kann, insbesondere durch übermäßige Ableitströme.
Power

Ableitstrom

Ein Ableitstrom ist zuerst einmal der messbare Strom, der über den Schutzleiter zur Erde fließt. Wenn keine Erdverbindung vorhanden ist, handelt es sich um den Strom, der zur Erde fließen könnte, sobald eine leitfähige Verbindung hergestellt ist. Dieser Strom könnte durch Berühren auch über einen menschlichen Körper fließen.
Wenn dieser Strom gefährliche Grenzwerte überschreitet, löst in modernen Wohn- und Bürogebäuden ein Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) aus und trennt das Gerät von der Wechselstromversorgung. Viele Menschen haben diese Erfahrung schon einmal gemacht, wenn sie zum Beispiel bei Arbeiten mit einer Garten-Heckenschere das Netzkabel versehentlich durchtrennt haben.
In Medizinbereichen werden für Ableitströme je nach Art des verwendeten medizinischen Geräts sehr geringe tolerierbare Höchstwerte angesetzt. Medizinische Ableitströme dürfen unter normalen Bedingungen niemals über einen Patienten abfließen.

Wie erzeugt ein
AC/DC-Netzteil Ableitströme?

Ein zertifiziertes medizinisches Netzteil muss neben den Grenzwerten für Ableitströme noch viele weitere Vorgaben einhalten. Dazu gehören EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) für leitungsgebundene und abgestrahlte Emissionen sowie Immunität gegen Spannungseinbrüche, elektrostatische Entladungen (ESD), Eingangstransienten, Hochfrequenz (HF) und sogar Magnetfelder. Die Einhaltung dieser EMV-Normen ist in vielen Ländern eine gesetzliche Verpflichtung. Sie stellt sicher, dass elektrische und elektronische Geräte in ihrer Umgebung korrekt funktionieren und keine unzulässigen Störungen erzeugen, die andere Geräte beeinträchtigen könnten.
In Stromversorgungen kommen Hochfrequenz- und Hochspannungsschaltkreise zum Einsatz, die in der Regel zwischen 40 kHz und über 500 kHz arbeiten. Diese Schaltungen erzeugen hochfrequente elektrische Störungen.
Um die Grenzwerte für leitungsgebundene und abgestrahlte Emissionen einzuhalten, sind Filterschaltungen erforderlich. Keramische Filterkondensatoren werden zur Reduzierung der elektromagnetischen Störungen eingesetzt (Abbildung 1).
Die Kondensatoren CY1 und CY2 werden in Verbindung mit Filterdrosseln (nicht abgebildet) eingesetzt. Hochfrequente Störungen werden von der Wechselstromseite über die Kondensatoren zum Erdungsanschluss (Schutzerde) abgeleitet. Auf diese Weise werden Interferenzen mit anderen Geräten, welche die gleiche Wechselstromquelle nutzen, vermieden.
Abbildung 1: Anordnung von
Entstörkondensatoren (Keramik) in einem AC-DC-Netzteil
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