Перейти к содержанию

    

Гальваническая развязка устройства, подключенного к ПК и телу человека

Добрый день, уважаемые коллеги!

Возник вопрос по обеспечению электробезопасности устройства (считыватель ЭКГ), которое через Ардуино подключается к Персональному компьютеру (ПК). Так как ПК подключен к осветительной сети 220В (батарейное питание сделать в рамках этой задачи невозможно), требуется предпринять меры по обеспечению электробезопасности. 

Возможный вариант решения данной задачи - использование модуля гальваноразвязки между Арудино и ПК, который может состоять из: 

1) ADUM4160 - для обеспечения развязки USB-линии. Судя по даташиту, данная микросхема удовлетворяет IEC 60601-1 (усиленная изоляция), изоляция 5 кВ
2) DC-DC-преобразователь. Выбираю из двух: H0505S-1WR2 (6 кВ) или AM1D-0505SH60-NZ (6кВ).

В даташите на AM1D-0505SH60-NZ нету информации о соответствии IEC 60601-1. 
В даташите на H0505S-1WR2 такая информация содержится, однако говорится, что обеспечивается однократная защита пациента 1xMOPP. Если я правильно понимаю IEC 60601-1, все медицинские устройства (и вообще - любые, подключаемые электродами к телу человека) должны обеспечивать 2xMOPP.

Вопросы: 
1) Достаточна ли комбинация ADUM4160 + один из вышеперечисленных DC-DC-преобразователей для создания гальванической развязки от ПК, подключенного к осветительной сети с целью безопасного считывания ЭКГ?  
2) Какой из перечисленных выше DC-DC-преобразователей предпочтительнее? Если ни один из вышеперечисленных, то буду рад, если посоветуете замену. 
3) Можно ли считать, что 1xMOPP обеспечивает изоляция самого ПК (это примерно 1-1.5 кВ), плюс еще один 1xMOPP  дает мне мой модуль гальваноразвязки? Таким образом, я получаю 2xMOPP? 

Заранее спасибо за ответы! 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
57 минут назад, X-Storm сказал:

1) Достаточна ли комбинация ADUM4160 + один из вышеперечисленных DC-DC-преобразователей для создания гальванической развязки от ПК, подключенного к осветительной сети с целью безопасного считывания ЭКГ?

Мы делали свой ЭКГ на ADUM4160 + "THI 2-0511M".

PS: Что-то больно модно стало ЭКГ делать? Прям наблюдаю кучу аналогичных проектов....  :russian_ru:

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
1 hour ago, X-Storm said:

В даташите на AM1D-0505SH60-NZ нету информации о соответствии IEC 60601-1
В даташите на H0505S-1WR2 такая информация содержится, однако говорится, что ...

Заранее спасибо за ответы! 

У них обоих параметр creepage не соответствует требуемым 8 мм для   2xMOPP

Поэтому лучше сделайте сами на базе аккумулятора и беспроводной зарядки. Нынче чипов для этого дела море. 
И связь беспроводную.
Или речь идет об экономии копеек?  

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

А что если ПК питать от сети, ардуину от уже готового медицинского блока питания, а интерфейс развязать, да хоть вообще оптикой пустить?

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
2 hours ago, jcxz said:

Мы делали свой ЭКГ на ADUM4160 + "THI 2-0511M".

PS: Что-то больно модно стало ЭКГ делать? Прям наблюдаю кучу аналогичных проектов....  :russian_ru:

Спасибо большое! H0505S-1WR2, полагаю, не хуже, чем THI 2-0511M, напряжение изоляции у него выше.  Про 2хMOPP информации в даташите на Ваш DC-DC-преобразователь не нашел. 

Ваше устройство планировалось подключать к ПК, верно?

1 hour ago, AlexandrY said:

У них обоих параметр creepage не соответствует требуемым 8 мм для   2xMOPP

Поэтому лучше сделайте сами на базе аккумулятора и беспроводной зарядки. Нынче чипов для этого дела море. 
И связь беспроводную.
Или речь идет об экономии копеек?  

AlexandrY, благодарю за комментарий! На будущее планируем сделать именно так. Однако, сейчас уже сделано определенное число устройств, которые надо "обезопасить". Как до конца все продумаем, вероятно, опишу наше решение с целью получения критики. 

1 hour ago, Pengozoid said:

А что если ПК питать от сети, ардуину от уже готового медицинского блока питания, а интерфейс развязать, да хоть вообще оптикой пустить?

 

Pengozoid, спасибо за ответ!

В настоящий момент подключение такое: между Ардуино и ПК включается гальваноразвязка линии USB (ADUM-4160), а питание Ардуины Уно осуществляется от Кроны, через штатный разъем на Ардуино Уно. 

Тут тоже возникает вопрос: является ли такой вариант более безопасным? (Весь риск тут ложится только на ADUM-4160, которая используется для аналогичных задач в ЭКГ и соответствует IEC60601 (но с MOPP не разбирался)). 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
1 hour ago, X-Storm said:

В настоящий момент подключение такое: между Ардуино и ПК включается гальваноразвязка линии USB (ADUM-4160), а питание Ардуины Уно осуществляется от Кроны, через штатный разъем на Ардуино Уно. 

Сопротивление изоляции у ADUM-4160 больше 10e9 Ом.
Это значит, что если человек со статическим зарядом 50 кВ 400 пФ оденет ваше устройство, то  ADUM-4160 будет находится под напряжение выше 10 кВ более 10 сек.
Т.е. многократно превышаются предельные нормы изолятора.
По идее его должно пробить если вы не организуете на плате утечку с сопротивлением меньше 10e9. Оценочно нужно поставить 100 МОм.
Также отсутствие обходных путей  для слива статики может привести к частым сбоям микроконтроллера.  

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
4 часа назад, X-Storm сказал:

Ваше устройство планировалось подключать к ПК, верно?

И планировалось и подключается (устройство уже несколько лет как в серии). И к ПК и к планшету.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Не об этом была речь в https://habr.com/post/427195/ ? Я бы подумал или об оптике (если не оптокабель, то излучатель-приемник, не связанные  общим корпусом, такое решение попадалось в каких-то старых модемах, дискретные светодиод и фототранзистор, объединенные пластиковой трубочкой), или радиоканал. Тема довольно скользкая, лучше бы "перебдеть" (IMHO)...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Про перебдеть: у моих коллег изоляторы серии ADUM несколько раз  дохли «на столе». Причина осталась невыясненной, что лично меня сильно напрягает. Опторазвязки жили, трансформаторы всякие для MIL-1553 и подобного тоже жили.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
On 11/30/2018 at 6:15 PM, AlexandrY said:

Сопротивление изоляции у ADUM-4160 больше 10e9 Ом.
Это значит, что если человек со статическим зарядом 50 кВ 400 пФ оденет ваше устройство, то  ADUM-4160 будет находится под напряжение выше 10 кВ более 10 сек.
Т.е. многократно превышаются предельные нормы изолятора.
По идее его должно пробить если вы не организуете на плате утечку с сопротивлением меньше 10e9. Оценочно нужно поставить 100 МОм.
Также отсутствие обходных путей  для слива статики может привести к частым сбоям микроконтроллера.  

AlexandrY, спасибо за информацию! 

Предполагалось поставить 1 ГОм между развязанной и неразвязаной  "землями". Пока что я не стал его ставить.  

On 11/30/2018 at 9:00 PM, jcxz said:

И планировалось и подключается (устройство уже несколько лет как в серии). И к ПК и к планшету.

jcxz, очень интересно! Если не секрет, как позиционируется данное устройство (мед, не-мед)? Если мед, то проходило ли оно соответствующую сертификацию, в т.ч. по IEC 60601? Если нет - то какими нормативными документами-рекомендациями Вы обосновываете его электрическую безопасность?

16 hours ago, rx3apf said:

Не об этом была речь в https://habr.com/post/427195/ ? Я бы подумал или об оптике (если не оптокабель, то излучатель-приемник, не связанные  общим корпусом, такое решение попадалось в каких-то старых модемах, дискретные светодиод и фототранзистор, объединенные пластиковой трубочкой), или радиоканал. Тема довольно скользкая, лучше бы "перебдеть" (IMHO)...

rx3apf, да, эта задача. Аюсолютно согласен с Вами, что лучше перестраховаться. Но делать самостоятельные решения "светоизлучатель + фотоприемник", думаю, совсем тяжеловесно, т.к. будет необходимо обосновывать напряжение изоляции и этой кастомной опто-развязки (а это проведение самостоятельных испытаний, сертификаций...). В конце-концов, они и так готовые продаются уже с указанием напряжения изоляции и сертифицированные (поправьте меня, плз, если я не прав). 

1 hour ago, Pengozoid said:

Про перебдеть: у моих коллег изоляторы серии ADUM несколько раз  дохли «на столе». Причина осталась невыясненной, что лично меня сильно напрягает. Опторазвязки жили, трансформаторы всякие для MIL-1553 и подобного тоже жили.

Не по причине ли, описанной выше AlexandrY?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
On 11/30/2018 at 2:51 PM, AlexandrY said:

У них обоих параметр creepage не соответствует требуемым 8 мм для   2xMOPP

Поэтому лучше сделайте сами на базе аккумулятора и беспроводной зарядки. Нынче чипов для этого дела море. 
И связь беспроводную.
Или речь идет об экономии копеек?  

AlexandrY, попутно хотел уточнить (если имели дело): не посоветуете ли к-либо чипы для беспроводной зарядки, которые себя хорошо зарекомендовали? Задача: заряжать Li-Po емкостью около 650 ma*h. Оптимизируемые параметры: цена, доступность в России, желательно корпус - не bga. 

Пока что смотрю на приемник зарядки LTC4120-4.2, но у TI тоже есть из чего выбрать (может, еще у кого-то).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
27 минут назад, X-Storm сказал:

Не по причине ли, описанной выше AlexandrY?

Не уверен.. У нас некоторые грешат на то, что, может, он "принял" радио (~10 ватт мощности), довольно широкий диапазон около 300—400 МГц и около 1200, и внутри что-то сдохло. В общем, повнимательнее с этими изоляторами.

Изменено пользователем Pengozoid

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
26 минут назад, X-Storm сказал:

будет необходимо обосновывать напряжение изоляции и этой кастомной опто-развязки (а это проведение самостоятельных испытаний, сертификаций...). В конце-концов, они и так готовые продаются уже с указанием напряжения изоляции и сертифицированные (поправьте меня, плз, если я не прав). 

 

Вот только у "готовых сертифицированных" обычно в конце даташита есть всякие оговорки на предмет запрета использования в системах жизнеобеспечения и аналогичных (дословно формулировку не приведу, но смысл понятен). И там конструктивно затруднительно обеспечить по-настоящему серьезную изоляцию. Плюс к тому специфические требования на конструкцию печатной платы - расстояние между рядами выводов (у стандартного DIP-корпуса приходится растопыривать ноги), пропилы. А если взять друг на друга смотрящие фототранзистор и светодиод, и разнести их миллиметров на 20..30, уверенность в электробезопасности такой конструкции как-то больше. Ну, я никогда не занимался сертификацией медтехники, так что все это мои домыслы, чисто интуитивные.

 

Ну, или радиоканал (BT или что-то самодельное на ширпотребе). Если подключаемое к пациенту устройство будет с батарейным питанием и радиоканалом, и никакой физической связи с другим оборудованием - вряд ли возникнут вопросы к безопасности.

28 минут назад, X-Storm сказал:

Задача: заряжать Li-Po емкостью около 650 ma*h. Оптимизируемые параметры: цена, доступность в России, желательно корпус - не bga. 

Пока что смотрю на приемник зарядки LTC4120-4.2, но у TI тоже есть из чего выбрать (может, еще у кого-то).

На ebay/ali продаются готовые приемники Qi, предназначенные для установки в телефоны, оной не имеющие. Тонкий плоский конверт с ленточным выводом и разъемом microUSB (в разных вариантах, в зависимости от ориентации разъема). Там внутри все - катушка с экраном, собственно приемник и контроллер заряда (и схемка такая "развесистая", надобно отметить). И все это удовольствие около полутора баксов в розницу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
1 час назад, X-Storm сказал:

jcxz, очень интересно! Если не секрет, как позиционируется данное устройство (мед, не-мед)? Если мед, то проходило ли оно соответствующую сертификацию, в т.ч. по IEC 60601? Если нет - то какими нормативными документами-рекомендациями Вы обосновываете его электрическую безопасность?

в смысле - а как ещё может позиционироваться если это э.кардиограф?

Я ничем не обосновывал, потому что я в проектах был - программист. Для сертификации были другие люди - без понятия. Но я сделал два проекта по ЭКГ - один для РФ, другой для Канады (первый - продаётся и развивается (поставляется в частности в комплекте оборудования для экипажей скорой помощи в каких-то регионах РФ); про судьбу 2-го - не в курсе, но какие-то испытания или сертификацию он точно проходил, потому что по результатам была доработка схемы и замена части комплектации (но не ADUM4160)). И везде был ADUM4160. И вопросов по нему не возникало. Всякие фантазии и досужие домыслы по ADUM4160 - не вижу смысла тут обсуждать. Я рассказал только о том, как было сделано у нас.

PS: В канадском варианте, в качестве главного DC-DC был REC3.5. Но там питание было не от USB.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

 

On 11/30/2018 at 2:51 PM, AlexandrY said:

У них обоих параметр creepage не соответствует требуемым 8 мм для   2xMOPP

Ну Вы ж вроде специалист опытный, и знаете что такое препятствие легко обходится пропилом на плате, зачем вводить автора в заблуждение...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти
Авторизация