高效的电源管理系统推动了医疗级器械从设计工程到报废处理或回收的持续创新
图片来源：Intricon
设计、制造和扩展更小巧、更智能的医疗创新器械时，重要考量因素集中在如何为微电子系统提供电力上。

从机械功能到数据操作和无线通信，高效的电源管理推动了器械的持续创新。医疗器械博览会Medtec China 在本文速递了解决五个基本问题可以帮助多学科团队将全新的和下一代医疗器械按时、按预算地推向市场。

为什么：使用情况
显然，起点应该是记录预期用途。为什么要制造一个产品，以及这种产品的使用方式？用于专门临床程序的一次性器械与消费者环境中可重复使用的生物传感器存在不同的电源要求。

此外，器械将使用多长时间（从几分钟到几年）？是重点诊断方案的一部分还是持续性治疗方案？所有这些因素对于高效的电源管理都很重要。

随着市场对在网络环境运行的更小、更智能器械的需求加速增长，现在的工程设计任务是对始终在线、无故障无线通信的需求不断增加，以确保可准确、及时地安全访问数据。在研发的最初阶段明确定义数据操作的使用情况至关重要。

如何：电源和功率预算
随着主要使用情况要求趋于集中，下一步是如何为器械供电。它将是一次性器械，还是可更换电池的多用途器械？抑或是正变得越来越普遍的可充电器械？

几乎总是需要权衡取舍。如果器械是一次性的，则很可能需要充满电后装运。但如果器械是可充电的，则将需要机电充电功能（如引脚）或无线充电功能（如电感式、RF等）。可更换电池需要电池触点、检修门和其他部件。电池处理的化学和环境成本是越来越重要的话题。

功能上，一个关键的考虑因素是了解峰值电流要求以及充电或更换电池之间的预期时间，然后将其与供电能力相匹配。这就是功率预算，通常以瓦特（W）为单位。计算是以电子表格的形式进行的，其中记录了每个功率级和电子负载的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、输入功率和输出功率。典型的电子负载组件包括电源转换/调节、A/D和D/A转换、数字信号处理、存储器、无线电、传感器以及可能的输出换能器或显示器。

如果将功率预算想象成一个带排水口和补水软管的游泳池，那么游泳池就代表了电池，补水软管就代表了充电或更换电池，排水口则代表了所有的电子负载。设计诀窍是使游泳池足够大，使排水时间足以超过预期的使用持续时间，并且使补水软管足够大，从而使游泳池永远不会被清空。就如同“平衡”的概念。

什么：元器件和电路板设计
这个阶段主要关注的是控制。用户是手动将器械置为睡眠模式以节省电力，还是使用计时器？用户如何监控电池寿命？抑或由软件控制？

板载无线技术会影响元器件选择和电路板设计，因为它从启动直到稳态条件，通常是功率预算的最大部分之一。电源和电源调节必须能够提供足够的电流，以满足电路启动时的浪涌电流，而且还要处理使用中的瞬态需求。

从长远来看，电源必须足够大以持续整个预期的使用场景，但又不能过大，以至于造成物理空间限制或过高的成本（前期的材料成本、寿命结束后的环境成本、以及两者之间的所有维护成本）。该使用要求可能从几分钟、几小时到几个月甚至几年不等。

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何时：现在！更多数据，更多方式
数据是驱动力。随着医疗器械市场的不断发展，软件和固件是建立稳定、安全平台的基础。高效的电源管理是确保新产品被接受和长期成功的幕后保障。

这里以心电图（ECG）监护仪为例。历史上，它们是收集和存储数据的离线器械，通常需要几天才能查看结果。即便如此，由于导线连接问题，实验室收到有限数据的情况也并不少见。今天，数据分析是通过无线通信实时进行的。这种加速的时间框架对电源管理提出了新的要求，以适应数据处理、显示和云连接。

何处：材料供应和处理
在可靠性方面，医疗器械没有出错的余地。它必须正常运行，支持大批量制造的供应链也是如此。

新冠对医疗电子供应链的影响仍然存在。从元器件（如电阻器和电感器）到复杂的集成电路，所有的产品都供不应求，价格和交货时间急剧上升。许多制造商不得不采取囤积过量库存的方式。产品重新设计方案需要重新验证流程并向监管机构提交市场许可文件。

在下游端，安全处理至关重要，因为电池可能含有有毒重金属。循环使用是理想情况，但接受程度不一致，正确的处理也难以执行。因此，重要的是，医疗器械的设计应使用尽可能小的电池，以满足使用情况的要求。

医疗器械博览会Medtec China 2022自2016年起布局医疗电子，从最初的电子部件、电机&传动控制展区到2021年首开的高端医疗设备设计与制造专区，目前已经有包括日立金属投资（中国）有限公司 、砷泰中国 、东莞市雨菲电子科技有限公司、上海孚蕊哲静电科技有限公司 、深圳市格兰拓普电子有限公司和杭州通鉴科技有限公司等多家企业入驻参展。

何人：伙伴关系推进剂
当电源管理处于最高效状态时，就像电力本身一样是无形的。高效能研发团队的运作方式也是如此，能够有效且平稳地引导能量的流动，实现最佳效果。

与内部同事以及外部合作伙伴的密切合作，为开发各阶段提供了动力，推动医疗器械的越来越小巧和智能，在性能方面取得新突破。

来源: Medtec医疗器械设计与制造