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醫(yī)療設(shè)備中的開關(guān)電源電磁兼容問題
日期：2024-10-19 08:28
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摘要： 醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)業(yè)是關(guān)系人們生命健康的新興產(chǎn)業(yè)，而開關(guān)電源作為醫(yī)療設(shè)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(yī)用的開關(guān)電源和我們所使用的普通電源的區(qū)別到底在哪里呢？
就目前來說，大部分的醫(yī)用設(shè)備都是和搭配使用的，而到現(xiàn)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、體積等方面也越來越適應(yīng)現(xiàn)在的需求。
因為醫(yī)療設(shè)備一般都是在特殊的環(huán)境中使用，所以對于醫(yī)療電源的電性要**非常嚴(yán)格的。例如，必須滿足IEC60601-1安規(guī)的絕緣和漏電...
醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)業(yè)是關(guān)系人們生命健康的新興產(chǎn)業(yè)，而開關(guān)電源作為醫(yī)療設(shè)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(yī)用的開關(guān)電源和我們所使用的普通電源的區(qū)別到底在哪里呢？
就目前來說，大部分的醫(yī)用設(shè)備都是和搭配使用的，而到現(xiàn)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、體積等方面也越來越適應(yīng)現(xiàn)在的需求。
因為醫(yī)療設(shè)備一般都是在特殊的環(huán)境中使用，所以對于醫(yī)療電源的電性要**非常嚴(yán)格的。例如，必須滿足IEC60601-1安規(guī)的絕緣和漏電流要求，以及電磁兼容YY0505-2012或其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而普通的電源是沒有這么嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)然普通的電源也有相對應(yīng)的認(rèn)證要求。另一方面，醫(yī)療設(shè)備的電磁輻射和電磁輻射防護(hù)是醫(yī)用電源的一個重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(hù)能力等。許多醫(yī)療應(yīng)用都涉及RF**儀或無創(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(yán)格的。
開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種，若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。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(fù)載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分 量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠上乘，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，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)來抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點要回到開關(guān)電源器件本身來。從多年的工作實踐來看，在電路方面要注意以下幾點：
(1)印制板布局時,要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開，電源和地線單獨引出，電源供給處匯集到一點;PCB布線時，高頻數(shù)字信號線要用短 線，主要信號線*好集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。
(2)印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，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(shù)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。
就目前來說，大部分的醫(yī)用設(shè)備都是和搭配使用的，而到現(xiàn)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、體積等方面也越來越適應(yīng)現(xiàn)在的需求。
因為醫(yī)療設(shè)備一般都是在特殊的環(huán)境中使用，所以對于醫(yī)療電源的電性要**非常嚴(yán)格的。例如，必須滿足IEC60601-1安規(guī)的絕緣和漏電流要求，以及電磁兼容YY0505-2012或其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而普通的電源是沒有這么嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)然普通的電源也有相對應(yīng)的認(rèn)證要求。另一方面，醫(yī)療設(shè)備的電磁輻射和電磁輻射防護(hù)是醫(yī)用電源的一個重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(hù)能力等。許多醫(yī)療應(yīng)用都涉及RF**儀或無創(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(yán)格的。
開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種，若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。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(fù)載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分 量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠上乘，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，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)來抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點要回到開關(guān)電源器件本身來。從多年的工作實踐來看，在電路方面要注意以下幾點：
(1)印制板布局時,要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開，電源和地線單獨引出，電源供給處匯集到一點;PCB布線時，高頻數(shù)字信號線要用短 線，主要信號線*好集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。
(2)印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，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(shù)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。
