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醫療設備中的開(kāi)關(guān)電源電磁兼容問(wèn)題

日期：2024-06-26 10:43

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摘要：醫療設備產(chǎn)業(yè)是關(guān)系人們生命健康的新興產(chǎn)業(yè)，而開(kāi)關(guān)電源作為醫療設備必不可少的一部分，相比其他的普通電源有更為苛刻的要求。那么醫用的開(kāi)關(guān)電源和我們所使用的普通電源的區別到底在哪里呢？就目前來(lái)說(shuō)，大部分的醫用設備都是和搭配使用的，而到現在為止，電源行業(yè)也在不斷的快速發(fā)展，電源本身的體積相比以前已經(jīng)大大的縮小了，而且外觀(guān)、體積等方面也越來(lái)越適應現在的需求。因為醫療設備一般都是在特殊的環(huán)境中使用，所以對于醫療電源的電性要**非常嚴格的。例如，必須滿(mǎn)足IEC60601-1安規的絕緣和漏電...

醫療設備產(chǎn)業(yè)是關(guān)系人們生命健康的新興產(chǎn)業(yè)，而開(kāi)關(guān)電源作為醫療設備必不可少的一部分，相比其他的普通電源有更為苛刻的要求。那么醫用的開(kāi)關(guān)電源和我們所使用的普通電源的區別到底在哪里呢？

就目前來(lái)說(shuō)，大部分的醫用設備都是和搭配使用的，而到現在為止，電源行業(yè)也在不斷的快速發(fā)展，電源本身的體積相比以前已經(jīng)大大的縮小了，而且外觀(guān)、體積等方面也越來(lái)越適應現在的需求。
因為醫療設備一般都是在特殊的環(huán)境中使用，所以對于醫療電源的電性要**非常嚴格的。例如，必須滿(mǎn)足IEC60601-1安規的絕緣和漏電流要求，以及電磁兼容YY0505-2012或其相關(guān)標準，而普通的電源是沒(méi)有這么嚴格的標準的，當然普通的電源也有相對應的認證要求。另一方面，醫療設備的電磁輻射和電磁輻射防護是醫用電源的一個(gè)重要參數標準，涉及到電涌和瞬變電流強度、靜電放電(ESD)，以及射頻干擾(RFI)防護能力等。許多醫療應用都涉及RF**儀或無(wú)創(chuàng )電子手術(shù)器械，因此電源必須能抵御干擾，不受影響。此外，對于電源的壓力、電流、紋波等一些方面，要求也是非常嚴格的。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種，若按耦合通路來(lái)分，可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。
1、二極管的反向恢復時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉向截止時(shí)，由于PN結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì )反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì )很小。另外，功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì )產(chǎn)生尖峰干擾。

3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會(huì )引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí)，都會(huì )在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。

4、其他原因
元器件的寄生參數，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設計不夠上乘，印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì )造成EMI干擾。

改進(jìn)措施的建議
目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來(lái)抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點(diǎn)要回到開(kāi)關(guān)電源器件本身來(lái)。從多年的工作實(shí)踐來(lái)看，在電路方面要注意以下幾點(diǎn)：

(1)印制板布局時(shí),要將模擬電路區和數字電路區合理地分開(kāi)，電源和地線(xiàn)單獨引出，電源供給處匯集到一點(diǎn);PCB布線(xiàn)時(shí)，高頻數字信號線(xiàn)要用短線(xiàn)，主要信號線(xiàn)*好集中在PCB板中心，同時(shí)電源線(xiàn)盡可能遠離高頻數字信號線(xiàn)或用地線(xiàn)隔開(kāi)。其次，可以根據耦合系數來(lái)布線(xiàn)，盡量減少干擾耦合。

(2)印制板的電源線(xiàn)和地線(xiàn)印制條盡可能寬，以減小線(xiàn)阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

(3)器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(cháng)度，以減小元件分布電感的影響。

(4)在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開(kāi)關(guān)電流的流通途徑，如用10μF鋁電解和0 1μF電容并聯(lián)接在電源腳上。對于高速數字IC的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容，因為鉭電解的對地阻抗比鋁電解小得多。

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