본 연구에서 전원이 공급되는 의료기기들에서 공통적으로 사용되며, 성능, 안전성과 신뢰성 측면에서 기존 전원모듈보다 우수한 250 W SMPS방식을 적용한 의료용 전원모듈의 개발하였다. SMPS의 특성상 AC전원의 50 ~ 60 Hz 라인 주파수를 DC로 변환하는 회로의 설계와 높은 주파수로 변경하기 위한 전자회로로 구성하였고, 완전한 방사노이즈 흡수회로를 구성하여 의료기기 오동작을 방지하기 하도록 설계하였다. SMPS 전원모듈은 의료기기뿐만 아니라 PC, 가정용 기기 및 전자 교환기 등의 제품에도 확대 적용이 가능하다.
본 연구에서 전원이 공급되는 의료기기들에서 공통적으로 사용되며, 성능, 안전성과 신뢰성 측면에서 기존 전원모듈보다 우수한 250 W SMPS방식을 적용한 의료용 전원모듈의 개발하였다. SMPS의 특성상 AC전원의 50 ~ 60 Hz 라인 주파수를 DC로 변환하는 회로의 설계와 높은 주파수로 변경하기 위한 전자회로로 구성하였고, 완전한 방사노이즈 흡수회로를 구성하여 의료기기 오동작을 방지하기 하도록 설계하였다. SMPS 전원모듈은 의료기기뿐만 아니라 PC, 가정용 기기 및 전자 교환기 등의 제품에도 확대 적용이 가능하다.
In this study, we have developed the SMPS(Switched-mode power supply) power module for the medical kit. It is used the medical kit for improved supplying power better than the existing power module in performance, safety and reliability. The developed SMPS(Switched-mode power supply) is composed of ...
In this study, we have developed the SMPS(Switched-mode power supply) power module for the medical kit. It is used the medical kit for improved supplying power better than the existing power module in performance, safety and reliability. The developed SMPS(Switched-mode power supply) is composed of the three fundamental electronic circuits, first one is for converting AC power to DC power, second one is for converting to high frequency, and the other is for absorbing noise frequency and preventing malfunction. It is possible for developed SMPS module to enlarge applications for PC, home appliances, switchboard as well as medical instruments.
In this study, we have developed the SMPS(Switched-mode power supply) power module for the medical kit. It is used the medical kit for improved supplying power better than the existing power module in performance, safety and reliability. The developed SMPS(Switched-mode power supply) is composed of the three fundamental electronic circuits, first one is for converting AC power to DC power, second one is for converting to high frequency, and the other is for absorbing noise frequency and preventing malfunction. It is possible for developed SMPS module to enlarge applications for PC, home appliances, switchboard as well as medical instruments.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 전원이 공급되는 의료기기들에서 공통적으로 사용되며, 성능, 안전성과 신뢰성 측면에서 기존 전원모듈보다 우수한 250 W 의료용 전원모듈의 개발하고자 한다.
SMPS의 특성상 AC 50 ～ 60 ㎐ 라인 주파수를 DC로 변환하는 회로의 설계와 높은 주파수로 변경 가능한 구조로 개발되었다. 그리고 완전한 방사노이즈 흡수회로를 구성하여 의료기기 오동작 방지를 위한 회로를 개발하였다.
본 연구는 SMPS 방식을 적용한 의료기기용 전원모듈을 개발하기 위해 수행되었으며 주요 연구결과는 다음과 같다.
제안 방법
1. SMPS 방식을 적용한 전원 유지의 안전성 및 신뢰성을 갖는 국산화된 의료용 파워모듈을 설계하였다.
2. SMPS 전원 모듈의 정전압 및 정전류 구동을 위한 펄스전송회로와 하이브리드 회로를 개발하였다.
3. 스위칭 주파수의 고주파 회로부품의 소형화된 회로를 개발하였다.
SMPS의 특성상 AC 50 ～ 60 ㎐ 라인 주파수를 DC로 변환하는 회로의 설계와 높은 주파수로 변경 가능한 구조로 개발되었다. 그리고 완전한 방사노이즈 흡수회로를 구성하여 의료기기 오동작 방지를 위한 회로를 개발하였다.
기존의 전원모듈은 전원트랜스와 회로기판의 전력손실로 인하여 전력소모와 효율이 높은 제품들이 많았다. 그러나 SMPS 방식을 사용함으로서 전력손실이 감소되고, 전기료도 감소시킬 수 있으며, 이런 우수한 방식의 전원모듈을 안전성과 신뢰성이 강조되는 의료기기 등의 의료용 전원모듈을 개발하였다. 전원모듈의 주요 회로 블록은 그림 1과 같으며 주요 사양은 표 1과 같다.
실제 의료기기에서 필요한 용량은 250 W가 가장 많이 사용될 것으로 판단되었다. 그러므로 의료기기들에서 공통적으로 사용할 수 있도록, 성능과 제조단가, 안전성과 신뢰성 및 내구성 측면에서 기존 전원모듈 보다 뛰어난 250 W 의료용 전원모듈을 개발하였다.
본 연구에서 개발한 SMPS 전원모듈의 설계된 회로는 직류 안정화를 위하여 스위칭 손실을 최소화하기 회로로 구성하였다. 그리고 스위칭 손실은 스위칭 주파수에 비례하기 때문에 적정 스위칭 주파수 선택에 대한 기초연구 선행하여 결정하였다.
또한 주파수를 변환 시켜주는 PWM방식을 사용하면 고효율과 경제성면에서 기존의 리니어 방식에 비해 높은 경쟁력을 가지고, 전원의 안정도가 매우 중요한 현 추세에서 SMPS로의 기술의 발달은 필연적이다. 따라서 본 연구에서는 향후 의료기기에도 소형화, 경량화추세에 맞도록 전원부를 SMPS 전원모듈로 구성하였다.
본 연구에서 개발한 SMPS 전원모듈의 설계된 회로는 직류 안정화를 위하여 스위칭 손실을 최소화하기 회로로 구성하였다. 그리고 스위칭 손실은 스위칭 주파수에 비례하기 때문에 적정 스위칭 주파수 선택에 대한 기초연구 선행하여 결정하였다.
전원 이용률을 극대화하기 위해 주파수를 변환시켜주는 PWM방식에 대한 전원의 안정화 회로를 개발하였고, 정전압 및 정전류를 구동하기위한 펄스전송회로와 하이브리드 회로 형태로 구성하였다.
성능/효과
SMPS 전원 방식은 AC 50～60 ㎐ 라인 주파수를 DC로 변환하여 수십 ～ 수백 ㎑의 높은 주파수로 변경하여 사용하기 때문에, 이에 따른 고난도의 기술이 필요하다. 그리고 주파수를 변환 시켜주는 PWM(Pulse width modulation) 방식을 사용하여 전원 이용률을 극대화함으로써 고효율과 경제성면에서 기존의 리니어 방식에 비해 높은 경쟁력을 겸비하고, 전원의 안정도 면에서도 매우 우수하다. 전원의 안정성과 신뢰성이 강조되는 의료기기에 SMPS의 적용은 필수적이며, 이를 위하여 스위칭 손실의 최소화와 AC에서 DC로의 주파수 변경에서 발생되는 문제가 최소화된 의료기기용 파워의 중요성이 대두될 수밖에 없다.
실제 의료기기에서 필요한 용량은 250 W가 가장 많이 사용될 것으로 판단되었다. 그러므로 의료기기들에서 공통적으로 사용할 수 있도록, 성능과 제조단가, 안전성과 신뢰성 및 내구성 측면에서 기존 전원모듈 보다 뛰어난 250 W 의료용 전원모듈을 개발하였다.
최종 출력치는 24 V±1%로 나타났고, 국제규격의 범위 내에 있으므로 의료장비의 전원모듈로 사용가능하다는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전원방식에는 어떠한 방식이 있는가?
전원방식에는 SMPS(Switching mode power supply)방식과 리니어(Linear) 전원방식이 있으며, 기존의 전자장비는 리니어 방식을 많이 사용하여 왔다. 그러나 최근에는 장비의 소형화, 경량화 및 용량의 안정화를 위하여 SMPS 방식으로 변해가는 추세이다.
기존의 리니어 방식의 문제점은 무엇인가?
기존의 리니어 방식은 용량에 한계가 있고 또한 부피나 무게가 상당히 커지게 되므로 사용상 제약이 생기며, 기존 전원 방식은 AC 50～60 ㎐ 라인 주파수를 이용한 방식으로 효율과 무게, 용량 면에서 사용상 제약이 따른다. 이러한 점들을 개선하고 대체하기 위하여 새로운 기술로 발전되어진 것이 SMPS전원 방식이다.
최근 전원방식은 어떻게 변해가는 추세인가?
전원방식에는 SMPS(Switching mode power supply)방식과 리니어(Linear) 전원방식이 있으며, 기존의 전자장비는 리니어 방식을 많이 사용하여 왔다. 그러나 최근에는 장비의 소형화, 경량화 및 용량의 안정화를 위하여 SMPS 방식으로 변해가는 추세이다.
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