Innovaciones que dan forma a la próxima generación de dispositivos médicos: equilibrando potencia, eficiencia y fiabilidad con TDK-Lambda

El papel de las fuentes de alimentación en garantizar el funcionamiento seguro y fiable de los dispositivos médicos nunca ha sido tan crítico. Son esenciales para proporcionar energía estable a una amplia variedad de equipos, desde sofisticados sistemas de imagen como escáneres MRI y CT, hasta monitores de pacientes, aparatos de respiración y máquinas de diálisis. Estas fuentes están diseñadas para cumplir los estrictos estándares de seguridad médica que protegen tanto a los pacientes como a los profesionales sanitarios.

Aunque la atención médica distribuida ha sido un componente habitual de los servicios sanitarios, la tendencia se ha desplazado desde instalaciones centralizadas hacia entornos fuera del hospital, como ambulancias, hogares y clínicas comunitarias. La atención sanitaria en el hogar, en particular gracias a los avances recientes en la Internet de las cosas médicas (IoMT), permite que los dispositivos monitoricen signos vitales y otros indicadores en tiempo real y alerten automáticamente al personal médico si se produce alguna anomalía o emergencia. Esta capacidad ayuda a abordar los problemas de salud en etapas más tempranas. Además, estos dispositivos son más rentables, requieren menos mano de obra y resultan más cómodos para el paciente.

Considerar márgenes de diseño más amplios

Los estándares médicos imponen límites estrictos de EMC y de corriente de fuga. Elegir una fuente de alimentación con amplios márgenes de diseño proporciona a los ingenieros un margen de maniobra suficiente, facilitando la integración de la fuente en su diseño y minimizando las pruebas y verificaciones necesarias.

Dado que hay vidas en juego, la tecnología médica no puede fallar y debe ser especialmente fiable, sobre todo en entornos domésticos o remotos donde el mantenimiento o el reemplazo inmediato no son viables. En estos casos, un indicador crítico de la fiabilidad de la fuente es la vida útil del condensador electrolítico (e-cap), que determina cuánto tiempo puede funcionar un dispositivo de forma fiable a temperaturas elevadas. Se recomienda seleccionar fuentes que utilicen condensadores de alta calidad y con márgenes óptimos de diseño para mejorar la robustez, prolongar las implantaciones, reducir necesidades de mantenimiento y garantizar la continuidad asistencial.

Rangos de tensión

Los grandes dispositivos médicos fijos, como los equipos de imagen, suelen requerir tres o cuatro tensiones de alimentación diferentes: para electrónica (monitor, pantalla, interfaz), partes móviles (motores), refrigeración (células Peltier, fluidos) y, si es necesario, las partes aplicadas al paciente.
Aquí pueden utilizarse fuentes modulares, capaces de cubrir hasta cuatro raíles, o arquitecturas distribuidas basadas en un convertidor AC-DC de salida única apoyado por convertidores DC-DC PoL no aislados para cada raíl adicional.

En dispositivos portátiles y equipos domésticos, donde se requieren diseños compactos y ligeros, la tendencia es emplear fuentes de menor potencia y salida única, generando el resto de tensiones directamente en la placa o mediante convertidores PoL no aislados.

Alto rendimiento en amplios rangos de temperatura

Es evidente que una fuente de alta eficiencia disipará menos calor y requerirá menos refrigeración. Las fuentes deben mantener un rendimiento elevado en un amplio rango térmico. Sin embargo, no tiene sentido elegir una fuente muy compacta si necesita un ventilador externo para entregar su potencia nominal por encima de +30 °C. Es esencial seleccionar fuentes que funcionen de forma eficiente y fiable entre +50 °C y +60 °C, e incluso hasta +70 °C.

En los equipos médicos portátiles, más compactos que los fijos, la fuente no es la única fuente de calor: la electrónica circundante —FPGAs, MCUs, pantallas— puede convertirse en el principal foco térmico, y el espacio disponible para disipación es limitado.

Por ello, es necesario elegir una fuente con las especificaciones adecuadas y una gestión térmica fiable. Por ejemplo, una fuente de 200 W de nueva generación, con larga vida del e-cap, capaz de entregar 100 W u 80 W a 70 °C.

¿Ventilador o sin ventilador?

El bajo nivel de ruido audible es crucial en muchos entornos sanitarios. El ruido procedente de dispositivos cercanos a un paciente convaleciente puede retrasar la recuperación; para los operadores, la exposición prolongada genera estrés o fatiga. En el entorno doméstico, donde el cuidado debe ser especialmente humano y cercano, el ruido puede resultar intrusivo.

Para minimizarlo, es recomendable optar por fuentes de funcionamiento silencioso.

Una aplicación típica sin ventilador sería un monitor de paciente. Las nuevas generaciones de fuentes de 250 W o 400 W pueden funcionar sin ventilador, disipando el calor por convección natural o refrigeración por conducción.

Para aplicaciones que permiten bajo ruido pero no silencio absoluto —por ejemplo, cargas pulsantes como camas hospitalarias, sillones dentales o equipos estéticos— existen fuentes con ventiladores de baja sonoridad y velocidad controlada por temperatura.

Gestión de requisitos de potencia pico

La nueva generación de fuentes debe gestionar potencia pico en dos escenarios de aplicación:

1. Picos cortos de segundos o pocos minutos, como en camas hospitalarias, sillones dentales o equipos estéticos. Aquí se recomienda una fuente con capacidad de pico bajo un ciclo de trabajo específico.

2. Picos prolongados pero no continuos, por ejemplo cuando un dispositivo opera a plena carga durante 1–2 horas y luego 10 horas con carga reducida. En este caso, es esencial elegir fuentes que mantengan una eficiencia elevada tanto en cargas altas como bajas.

Consideraciones adicionales de seguridad en el hogar

Aunque la atención domiciliaria aporta ventajas sanitarias y de costes, introduce riesgos ausentes en entornos clínicos: usuarios no formados, mala calidad de red eléctrica y ambientes menos controlados. Para ello, la norma IEC 60601-1-11 añade requisitos adicionales para dispositivos de uso doméstico.

El principal riesgo en el hogar es la falta de una infraestructura eléctrica fiable, lo que puede afectar al rendimiento del equipo médico. Por ello, la norma exige rangos de entrada más amplios para asegurar el funcionamiento incluso cuando la tensión de red cae.

Gestión de fluctuaciones de la red

Si un dispositivo debe seguir funcionando cuando la tensión cae por debajo del 85% (o 80% en vida crítica), la fuente debe estar diseñada para ello. Se recomienda elegir fuentes con rango de entrada de al menos 85–264 Vac y consultar directamente al fabricante para dispositivos de soporte vital.

Construcción Clase II

Las infraestructuras eléctricas varían enormemente entre países. No siempre se garantiza la disponibilidad o correcta instalación del conductor de tierra.
La construcción Clase II permite el uso doméstico al proteger contra descargas mediante doble o reforzado aislamiento, sin necesidad de conexión a tierra. Esto es fundamental en fuentes médicas destinadas a entornos domésticos.

Requisitos EMC más estrictos

El hogar es un entorno mucho menos controlado, con interferencias procedentes de smartphones, portátiles y otros dispositivos. Por ello, los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) son más estrictos. La categoría Clase B, más rigurosa que la Clase A, es obligatoria para dispositivos domésticos. Elegir una fuente que cumpla Clase B —en emisiones conducidas y radiadas— facilitará las pruebas de certificación del equipo final.

Extensión del tiempo de retención (hold-up time)

Los nuevos requisitos de inmunidad de la IEC 60601-1-11 exigen resistencia frente a caídas de tensión y microcortes de entre 20 ms y 5 segundos. Estas interrupciones pueden causar reinicios, pérdida de datos o problemas de funcionamiento.

Las innovaciones en tecnología de hold-up garantizan que la fuente siga suministrando energía durante la ausencia temporal de red. Es esencial que el dispositivo médico pueda completar procesos críticos —volver a una posición segura o guardar datos del paciente— antes de perder la salida DC.

El hold-up depende de la energía almacenada en los condensadores. Para ampliarlo, existen dos opciones:

• usar una fuente modificada,

• o elegir una fuente de mayor potencia y operarla a menor carga.

Ambas opciones requieren una evaluación técnica conjunta con el fabricante.

Perspectivas futuras para la atención sanitaria

La elección de la fuente de alimentación es una decisión crucial que impacta el diseño, la seguridad y la funcionalidad del equipo médico. Los ingenieros deben navegar por un entorno complejo de requisitos: estándares estrictos de seguridad, límites de EMC y corriente de fuga, y demandas de alto rendimiento en condiciones diversas.

La tendencia hacia la atención domiciliaria y los dispositivos portátiles aumenta la necesidad de fuentes compactas, ligeras, eficientes y fiables en entornos menos controlados. Asimismo, la operación silenciosa se convierte en un requisito clave, impulsando la adopción de fuentes sin ventilador o con ventiladores de baja sonoridad.

A medida que la industria sanitaria evoluciona hacia modelos distribuidos, el papel de las fuentes de alimentación será aún más central. El desarrollo continuo de TDK-Lambda en fuentes AC-DC, junto con su sólido soporte técnico y capacidades de fabricación local, la posiciona como un actor clave en el futuro de la tecnología médica.

Por Giulio Bocciolini, Senior Product Marketing Manager EMEA, TDK-Lambda

Fuente: New Electronics : October 2025