Hallo,
wegen Sicherheitsaspekten muss ich eine galvanische Trennung für ein
Medizingerät hinkriegen.
- Die Isolationsspannung muss mindestens 5000 Volt sein.
- Es sollen analoge Wechselsignale im Bereich von (verstärkt) +/- 5 Volt
getrennt werden.
- Der Signalverlauf ist nur in einer Richtung
Kennt jemand vielleicht einen günstigen Isolationsverstärker der diese
Kriterien erfüllt?
Gibt es vielleicht sonst eine andere Möglichkeit, mit anderen Bauteilen
(z.B. Optokopplern) diese galavnische Trennungen (5000V) für analoge
Wechselsignale zu erreichen?
Ich würde mich freuen falls mir jemand helfen kann.
Danke, EEG ;)
Servus Oli,
danke für deine Hilfe.
Die Module der Fa. Knick bieten wohl keine 5000 V an, und sehr wohl sehr
teuer aus ;)
Ich baue ein EEG-Gerät und dachte da mehr an OP's, Optokoppler ...
Danke dir nochmals.
Burr-Brown ; Analog Devices fallen mir so spontan als 2 Hersteller ein.
In der Zeitschrift elektronik (FranzisVerlag) war Anfang der 80er sogar
mal ein kompletter EEG /ECG Verstärker mit diesen Modulen zur galv.
Trennung beschrieben. Inkl. detailliertem Schaltplan.
hth,
Andrew
Hey Andrew,
danke für deine Mithilfe.
Analog Devices bieten leider keine Isolation Amplifier mit so hohen
Spannungen. BurrBrown/Texas Instruments haben den ISO121, der kostet
aber über 100 Euro, mal sehen ob ich was günstigeres finde.
Es gibt auch den IL300 von Siemens/Infineon, weiss nur nicht ob es auch
für analoge Wechselsignale geignet ist.
Hast du eine Idee wie ich an den Schaltplan aus den 80's rankomme ;)
Thanks
Vielleicht hilft dir das weiter, ist ein EMG-Vorverstärker. Hier werden
die Sensorleitungen bzw. Elektroden über die Dioden gegen Masse und +Ub
abgeleitet, falls die Spannung zu hoch wird.
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffemg.htm
Bei einem EKG Vorverstärker wird das prinzipiell genauso gehandhabt,
hier wird von den Signalleitungen eine Diode in Durchflussrichtung gegen
+5V und eine in Sperrrichtung gegen -5V geschaltet, sodass am Eingang
des Instrumentenverstärkers maximal dir +/- 5V (+ die U_D der Diode)
anliegt
=> "Defibrillator-Festigkeit"
EEG ist nu nicht ganz meine Baustelle, aber müsste genauso gehen vom
Prinzip her.
Hi Arc Net,
weisst du was für eine Isolationsspannung der SLC800 hat? Kann es so auf
die schnelle aus dem Datenblatt nicht entnehmen.
Eine A/D-Wandlung meines EEG-Signals wäre für die galvanische Trennung
natürlich sehr von Vorteil und wäre auch viel einfacher zu realisieren.
Ich muss aber über die analogen Eingänge eines Interfaces von NI
reingehen und eine Software zur Darstellung und Auswertung der Signale
mit LabView programmieren.
Hi Tom,
danke für die interessante Website. Werde mirs mal genauer lesen.
Den ESD/Antistatikschutz habe ich an meinem
Instrumentation-Vorverstärker schon realisiert.
Es geht mir hier mehr um die galvanische Trennung, aber trotzdem vielen
Dank.
Hi ohno,
ich weiss nicht ob der Optokoppler TIL127 analoge Wechselsignale sauber
überträgt, vielleicht überträgt es nur die positive Halbwelle der
EEG-Signale.
Hi Kevin,
der ISO124 schafft leider nicht die 5000V und der ISO 121 kostet über
100 Euro, mal sehen ob es eine günstigere Möglichkeit gibt.
Danke für deine Hilfe.
Hi Matthias,
klingt sehr interessant.
Die Umwandlung vom analogen Signal zum Lichtsignal geschiet aber nicht
in dieser "Sende-Buchse" ?!? oder?
Oder müsste das analoge Signal einfach durch einen A/D-Wandler, und dann
durch diese optische Sendebuchse??
"Eine A/D-Wandlung meines EEG-Signals wäre für die galvanische Trennung
natürlich sehr von Vorteil und wäre auch viel einfacher zu realisieren.
Ich muss aber über die analogen Eingänge eines Interfaces von NI
reingehen und eine Software zur Darstellung und Auswertung der Signale
mit LabView programmieren."
>Die Umwandlung vom analogen Signal zum Lichtsignal geschiet aber nicht>in dieser "Sende-Buchse" ?!? oder?
Ich würde die Umwandlung über einen geeignetetn ADC machen. Danach mit
einem kleinen µC als serielles Paket diesen Modulen übergeben. Auf der
anderen Seite wandelt das Modul den "digitalen Lichtstrom" in Spannung
um und der µC macht irgendwas damit..
Welche Signalformen, Frequenzen und Genauigkeiten werden verlöangt?
Hi Anselm,
der HCNR200 sieht sehr interessant aus. Müsste mal schauen wie genau die
Trennung des analogen Signals (positive und negative Halbwelle) geht.
Hi Matthias,
klingt echt sehr interessant. Leider darf ich das nicht, ich muss diese
Trennung analogen hinkriegen. Ist eine Vorgabe.
Der erste Beitrag von mir erklärt was für Signale das sind.
Ich danke dir auf jeden Fall für deine super Hilfe.
Mein Projekt, dieses EEG-System wird benoten werden.
Ich bekomme bestimmte Vorgaben, unteranderem die komplette analoge
Signalverarbeitung. Daran muss ich mich halten.
Sorry wenn ich nochmal mit Knick nerve, aber ich nutze lieber vorhandene
bewährte Bausteine der Industrie weil das für mich billiger ist als es
selbst zu entwickeln(Zeit ist Geld, wahrscheinlich bin ich auch zu blöd
dazu...;-) Da gibts welche die können schon 5KV nach allen Seiten
trennen.
Was ich die aber ans Herz legen will ist ein Prinzipschaltbild, evtl
hilft dir das ja auf deinem Lösungsweg.
Anbei ein paar Daten:
Verstärkungsfehler <0,08 % v. M. (DC)
Grenzfrequenz P 27000 H1/F1: >10 kHz, <10 Hz umschaltbar –3 dB,
festeingestellte Typen >10 kHz –3 dB
Temperaturkoeffizient 3) <0,005 %/K v. E. (Referenztemperatur 23 °C)
Isolation
Galvanische Trennung 3-Port-Trennung zwischen Eingang, Ausgang und
Hilfsenergie
Prüfspannung 5 kV AC Eingang gegen Ausgang und Hilfsenergie; 4 kV AC
Ausgang gegen Hilfsenergie
Arbeitsspannung 1000 V AC/DC bei Überspannungskategorie II und
Verschmutzungsgrad 2 nach DIN EN 61010-1.
mfg Oli
Oli wrote:
> Sorry wenn ich nochmal mit Knick nerve, aber ich nutze lieber vorhandene> bewährte Bausteine der Industrie weil das für mich billiger ist als es> selbst zu entwickeln(Zeit ist Geld, wahrscheinlich bin ich auch zu blöd> dazu...;-) Da gibts welche die können schon 5KV nach allen Seiten> trennen.>...> mfg Oli
Sehe ich auch so das es Sinn macht in sicherheitskritischen Anwendungen
auf bewährte und vor allem getestete Bausteine zu setzen. 5kV sind ein
Kriterium, das man nicht "mal so eben" schnell entwickelt. Und dann
vertraut das es auch sicher funktioniert. Insbesondere unter widrigen
Umständen wie Def-Puls und den gleichtzeitig hohen
Ableitstromforderungen im Medizinbereich.
@EEG: Die Kosten für den ISO von ca. 150 Euro sind ein Problem?
Weil Du sie selber tragen mußt? Oder weil die Vorgabe in Deinem Projekt
ein Kostenlimit erzwingt?
hth,
Andrew
Hallo,
den Vorschlag mit TOTX/TORX kann ich nur unterstützen. Der Vorteil ist
die Trennung über Lichtwellenleiter, so dass du praktisch beliebige
Trennspannungen ereichen kannst, wenn der Lichtwellenleiter nur lang
genug ist.
Vor einer Weile musste ich ein analoges Signal potentialgetrennt über
eine Isolationsspannung von 5kV übertragen. Ich habe dafür einen VFC32
mit TOTX173 auf der Senderseite benutzt. Auf der Empfängerseite sitzt
ein TORX173. Dessen Ausgangssignal kannst du entweder einem Controller
zuführen, der die Frequenz zählt und somit die A/D-Wandlung praktisch
für geschenkt erledigt oder aber einen zweiten VFC32, der dir die
Frequenz wieder in eine Spannung zurückwandelt. Mit der geforderten
Bandbreite von 70Hz wirst du mit dieser Methode keine Probleme haben.
Wie versorgst du eigentlich deinen islolierten Schaltungsteil mit
Spannung? Bedenke, dass auch dein Netzteil eine entsprechende Isolierung
aufweisen muss.
Gruß,
Alexander
Hi Oli, Andrew, Alexander,
mit eueren Meinungen nervt ihr auf keinen Fall! Ich danke euch für euere
Unterstützung.
Ich MUSS die komplette Signalverarbeitung ANALOG hinkriegen! Es ist
leider eine Vorgabe für mein Projekt und muss mich dran halten.
Analog-Digitalwandler, Lichtwellenübertragung TOTX/TORX ist nicht
erlaubt.
Egal ob es Sinn macht oder nicht ;)
@ Andrew: Die Kosten für dieses Projekt trage ich selber. Ich habe auch
mehrere Eingänge, sodass dann über 500 Euro nur für mehrere ISO121
einfach zu viel ist. (Ich darf keinen Multiplexer verwenden).
Mit den analogen Signalen muss ich dann auf eine Schnittstellenkarte von
NI, National Instruments rein gehen. Die Software LabView kann mit
dieser Karte kommunizieren. Mit LabView werde ich dann die Signale
anzeigen und auswerten.
Meinen Vorverstärker und Hauptverstärker, Filter... werde ich mit
Batterien oder Akkus betreiben.
Mein EEG-System wird nur für Test- und Schulungszwecke verwendet werden.
Es werden niemals irgendwelche sehr hohen Defibrilations-Impulse an den
Patienten angelegt, die Eingangsschaltung hat aber so einen Schutz
dafür.
>Ich MUSS die komplette Signalverarbeitung>eine Vorgabe für mein Projekt>ist nicht erlaubt.
Hm..
>Die Kosten für dieses Projekt trage ich selber
Was soll denn dieser Schwachsinn??
Gib mal paar Hintergrund Informationen dazu raus?
Hi Matthias,
ich kann dir dazu nicht mehr sagen.
Ich muss es komplett analog machen.
Einfach über einen A/D-Wandler und Optokoppler ist wohl zu einfach,
deshalb muss ich es etwas aufwendiger machen, so ist die Bewertung und
die Anforderung an meinem Projekt, ich kanns nicht ändern.
Hallo EEG,
hast du dir schon mal Schaltpläne von Herstellern angeschaut, die so
etwas verkaufen?
Ich kann mich noch an einen Schaltplan von Hellige erinnern, allerdings
ist das schon 15 Jahre her. Dort wurde das Messsignal auf der isolierten
Seite "zerhackt". Dadurch erhält man ein amplitudenmoduliertes Signal.
Dieses Signal geht von der isolierten Seite über einen Übertrager auf
die massebezogene Seite. Dort wird es mit einem Synchrongleichrichter
wieder in das ursprüngliche Signal zurückgewandelt. Der Takt für den
Zerhacker kommt über einen Übertrager von der massebezogenen Seite. Auf
diese Weise wurden mehrere Kanäle über je einen eigenen Übertrager
isoliert übertragen. Alle Kanäle wurden vom gleichen Takt moduliert. Der
Übertrager für den Takt hat gleichzeitig die Versorgungspannung des
isolierten Teils erzeugt.
Die Übertrager sind keine Stangenware, aber bei einem Trafowickler
kannst du dir die nach deinen Angaben wickeln lassen. Für die hohe
Isolationsspannung ist Vakuumverguss nötig. Preislich bleibst du mit der
Lösung auf jeden Fall unter Lösung mit den Iso-Verstärkern von
BurrBrown.
Gruß,
Alexander
kurzer Nachtrag: ich sehe gerade, dass Olli bereits gestern ein
Blockschaltbild der von mir mit Worten beschriebenen Schaltung gesendet
hat.
Was mir besonders gut gefallen hat: die Schaltung in dem EKG-Gerät wurde
mit billigsten Bauteilen realisiert, z. B. CD4066 für den Zerhacker und
Synchrongleichrichter.
Gruß,
Alexander
Arc Net wrote:
> Der IL300 (linearer Optokoppler) sollte reichen.> http://www.vishay.com/docs/83622/83622.pdf
der IL300 hat aber keine ausreichende Kriechstrecke für 5000V. Man
könnte überlegen, einen Servo-Optokoppler mit zwei getrennten
Optokopplern aufzubauen und dabei hoffen, dass die Parameter der
einzelnen Koppler nicht zu stark driften. Dann könnte man z. B. den
OPI110 einsetzen, der für bis zu 10kV zugelassen ist.
Gruß,
ALexander
Hi Alexander,
die Idee mit den Schaltplänen der Hersteller ist gar nicht so schlecht,
mal sehen ob ich an irgendeinen rankommen. In Berlin gibts eine Firma
die Schaltpläne verkauft.
Müsste mal schauen ob es mit dem IL300 oder dem HCNR200 gehen könnte?
EEG wrote:
> Müsste mal schauen ob es mit dem IL300 oder dem HCNR200 gehen könnte?
nein, mit denen geht es definitiv nicht, da das DIL8-Gehäuse keine
ausreichende Kriechstrecke bietet. Welche Luft- und Kriechstrecken
fordert denn die für dich gültige Norm?
Die EN61010, die natürlich nicht für den Medizinbereich gilt, fordert
für 3500V z. B. 13.5mm, die von einem DIL8 nicht erfüllt werden können.
Gruß,
Alexander
Alexander Dörr wrote:
> EEG wrote:>>> Müsste mal schauen ob es mit dem IL300 oder dem HCNR200 gehen könnte?>> nein, mit denen geht es definitiv nicht, da das DIL8-Gehäuse keine> ausreichende Kriechstrecke bietet. Welche Luft- und Kriechstrecken> fordert denn die für dich gültige Norm?> Die EN61010, die natürlich nicht für den Medizinbereich gilt, fordert> für 3500V z. B. 13.5mm, die von einem DIL8 nicht erfüllt werden können.>> Gruß,> Alexander
Dazu nimmt man dann DIL8 mit etwas anders gebogenen PINs. Siemens hatte
da mal nette Optokoppler im Programm, sahen aus wie gequetsche Käfer :)
Machen wir mal ein Resümee des bisher Gesagten:
Zurück zum eigentlichen: Du hast ja die Isolationsverstärker gesehen.
Alle für höhere Isolationsspaunngen (also 5kV und mehr) nutzen in den
Modulen gewickelete Überträger. Wenn Du da Kostenlimitierung hat, mußt
Du diese selber wicheln. Sowas gibt es neu nicht billig (außer d uhast
das Glück das irgendwo gerade was in dem Schrottcontainer liegt, was Du
auslöten kannst).
Ebenso erfordern Trafos eine Signal-Wandlung, d.h Du mußt irgendwo von
analog auf / in Frequenz- oder Pulsmodulation übergehen. Und auf der
gegenseite wieder zurück in Analog.
Lineare Optokoppler mit 5kV Trennfähigkeit wirst Du kaum finden.
Langzeitstabilität ist da ebenfalls problematisch.
nicht ohne Grund setzen professionelle Lösungen auf die Trafovariante.
Optokoppler mit mind. 5kV Trennfähigkeit bekommst Du, mußt aber auch
wieder A/D wandeln (z.B. Frequenz- oder Puls oder..), udn dann zurück
weil Dein Interface halt Analogsignal möchte.
Mein Fazit: Du mußt Dich nun entscheiden, wie es gehen soll, d.h. einen
Tod sterben. Entweder linear mit weniger als 5kV. Oder die 5kV einhalten
und irgendwo im Signal-Zweig wandeln.
Dein Gerät wird dann hoffentlich nicht an irgendeinem Lebewesen
ausprobiert?? Denn bei derartigen Selbstbaulösungen wäre mir das Risko
ERHEBLICH zu hoch das (aus Kostengründen) eine nicht sichere Lösung
gewählt wurde. Betrachte also obiges Fazit als lediglich Vorschläge, die
keiensfalls zum Nachbau anregen sollen. Ende des Disclaimers.
hth,
Andrew
Andrew Taylor wrote:
> Dazu nimmt man dann DIL8 mit etwas anders gebogenen PINs. Siemens hatte> da mal nette Optokoppler im Programm, sahen aus wie gequetsche Käfer :)
Agilent bietet manche Optokoppler in DIL8 und DIL8 wide body an. Der
Reihenbstand ist dann 10.16mm und die Kriechstrecke über das
Optokopplergehäuse ist garantiert 10mm.
Ich befürchte aber, dass das für Medizin-Anwendungen trotzdem nicht
reicht. Ich kenne die entsprechende Norm nicht, vielleicht hat hier
jemand Zugriff auf die Tabelle mit den im Med-Bereich geforderten Luft-
und Kriechstrecken.
Gruß,
Alexander
Datenbuch von Temic:
Optoisolators
CNY 21
CNY 64/65
CNY66
Vio=8000V
Die Typen der "K"-Serie haben 6000V
K3051PG ist z.B. wide spaced lead form for 8mm pc board spacing safety
requirements.
Noch mehr:
CNY21Exi
Ex-90.C.21060 mit 10kV
oder
CNY 65Exi
Ex-81/21580 mit 11,6kV
Ob sie noch gebaut werden?
Alexander Dörr wrote:
> EEG wrote:>>> Müsste mal schauen ob es mit dem IL300 oder dem HCNR200 gehen könnte?>> nein, mit denen geht es definitiv nicht, da das DIL8-Gehäuse keine> ausreichende Kriechstrecke bietet. Welche Luft- und Kriechstrecken> fordert denn die für dich gültige Norm?> Die EN61010, die natürlich nicht für den Medizinbereich gilt, fordert> für 3500V z. B. 13.5mm, die von einem DIL8 nicht erfüllt werden können.>> Gruß,> Alexander
Der EDN-Artikel gibt einen kleinen Überblick über die Anforderungen nach
IEC 60601
http://www.edn.com/index.asp?layout=article&articleid=CA6442437
Hier noch eine zur Aufgabe passende AppNote
http://www.vishay.com/docs/83708/appn50.pdf
Wolf, diese sind aber keine linearen Analogwandler, leider.
Zudem die 2 Ex i sicherlich extra teuer sind g
Ich hab mit dem HCNR200 was die Funktion und Stabilität betrifft
keinerlei Probleme gehabt.
Gehäuse ist ein DIL8 wide (ich hab aber die SMD verwendet)
Features
• Low Nonlinearity: 0.01%
• K3 (IPD2/IPD1) Transfer Gain
HCNR200: ± 15%
HCNR201: ± 5%
• Low Gain Temperature
Coefficient: -65 ppm/°C
• Wide Bandwidth – DC to
>1 MHz
• Worldwide Safety Approval
- UL 1577 Recognized
(5 kV rms/1 min Rating)
- CSA Approved
- IEC/EN/DIN EN 60747-5-2
Approved
VIORM = 1414 V peak
Leider haben die in der darauf folgenden Tabelle (Seite 5) recht viele
verschiedene Spannungsangaben, da weiss ich nicht welche nun wirklich
von relevanz sind..
Gruß Anselm
Zum Thema Kriechstrecken: wenn die Vorgaben am IC erfüllt sind, sprich
die Kriechstrecke am IC-Gehäuse genügt, sollte es ja ausreichen entweder
die Beinchen auseinander zu ziehen, oder die Leiterplatte zu schlitzen.
Für die Luftstrecke bringt das leider nichts.
Wie sieht es diesbezügl. eigentlich mit Isolationslack und
Vergussmaterial aus? Damit sollten sich doch auch höhere Kriech- und
Luftstrecken realisieren lassen?
Hallo Leute,
leider ging das Forum gestern nicht, werde auch die nächsten Tage nicht
online sein können. Vielen Dank für euere Einträge.
An eine Kriechstrecke habe ich bis jetzt gar nicht gedacht, müsste das
auch berücksichtigen, da dieses Gerät doch an Menschen ausprobiert wird.
Das aktuelle MedizinProdukteGesetz und die aktuellen Normen sind
bestellt, müssten in zwei Wochen da sein. Ohne die genauen Infos kann
ich jetzt über Abstände, ... nichts sagen, leider.
Hallo EEG-Bauer,
wenn Dir ein ungeeigneter Bauplan vorgelegt wird, der ein unsicheres
Ergebnis liefert und Du nicht abweichen darfst, gibt es nur eins:
Ablehnen.
In diesem Bereich ist man Ratzfatz im Bereich von Straftaten, und da
sollte man ablehnen statt mitzumachen, finde ich.
§4, §7 Medizinproduktegesetz sind denke ich die ersten, die Du dir
ansehen solltest, wenn es ankommt.
Grüße,
Hendrik
Moduliere das Analogsignal doch auf einem FM-Träger und Übermittle es
dann über einen Digitalen Optokopler. Dieses Verfahren ist rein Analog
und kann sehr genau und günstig sein.
Mfg Michael
Hi Leute,
danke für all Euere Meinungen.
Ich denke der Alexander und Andrew haben Recht, deshalb werde ich meine
Kommision überzeugen, dass ich eine Umwandlung des Signals vornehme.
Die beste Variante erscheint mir bis jetzt die
Spannungs-Frequenz-Spannungs-Umwandlung, z.B. mit dem VFC320, AD650,
TC9400 ...
und dann die galvanische Trennung über TOTX13, Lichtwellenleiter und
TORX13 und erneuter Umwandlung von Frequenz zu analoger Spannung mit
VFC320, AD650, TC9400.
Dadurch hätte ich keine Probleme mit Kriechstrecken.
Wie groß sollte der Abstand mindestens sein um 5000 Volt
Spannungsfestigkeit in der Luft zu erreichen?
Kennt jemand von euch sonst noch günstige und geeignete
Spannungs-Frequenz-Wandler?
EEG wrote:
> Wie groß sollte der Abstand mindestens sein um 5000 Volt> Spannungsfestigkeit in der Luft zu erreichen?>> Kennt jemand von euch sonst noch günstige und geeignete> Spannungs-Frequenz-Wandler?
Die Luft- und Kriechstrecken richten sich nach der für dich gültigen
Norm.
Andere VFCs sind der VFC32, ADVCF32, LM331 und der XR4151, wobei
letzterer abgekündigt zu sein scheint.
Gruß,
Alexander
EEG wrote:
> Ich danke auch dir Matthias ;)> Ich danke euch allen.
Lass uns einfach den fertigen Plan zukommen, wenn Du Dein Muster
aufgebaut hast.
Wenn das nicht öffentlich sein darf/soll/kann: Dann per PM/PN.
cu,
Andrew
Also bei alten Philips-Patientenmonitoren findet man galvanisch voll
getrennte Module: Über "offene" Trafos mit Ferrit-Halbschalen wird die
Stromversorgung hergestellt, Daten gehen über IR-Strecke mit Fenstern in
der Modulrückwand. Da kannst du recht gut abgucken.
Gruß Hendi
