試析醫(yī)療電子產(chǎn)品的電源系統(tǒng)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)

文基功

目前，隨著醫(yī)療電子行業(yè)的發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的復(fù)雜性提高，應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。醫(yī)療電子產(chǎn)品中應(yīng)用了大量的電子芯片，這些電子芯片的運(yùn)行速度很高，由此帶來(lái)了很多電磁輻射問(wèn)題。另外，為了提高效率，節(jié)省能源，產(chǎn)品中使用了開(kāi)關(guān)電源，這些開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)高速通斷，也會(huì)引入電磁干擾。這些電磁干擾會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境，病人造成傷害。本文討論了解決以上電磁兼容（EMC）問(wèn)題所采取的措施，即對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)療電子 電磁兼容 優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著當(dāng)前醫(yī)療設(shè)備電子化的不斷發(fā)展，電磁輻射和干擾問(wèn)題日益突出，為了給醫(yī)療人員和病人一個(gè)安全可靠的環(huán)境，進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)紛紛討論研究有力方法解決醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題，包括減少電子醫(yī)療設(shè)備對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁影響，即EMI問(wèn)題，和減少周?chē)h(huán)境對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備的電磁干擾。其中EMI問(wèn)題的研究主要包括輻射噪聲源的定位、輻射強(qiáng)度的預(yù)估及輻射噪聲的抑制。

醫(yī)療設(shè)備受到電磁干擾，無(wú)法正常工作，就會(huì)給治病帶來(lái)一定的困擾。輕則產(chǎn)生誤診，重則危及生命。因此我們認(rèn)識(shí)到EMC問(wèn)題，對(duì)保證醫(yī)療設(shè)備的正常工作，減少醫(yī)療事故具有重要意義。EMC己經(jīng)成為檢驗(yàn)醫(yī)療設(shè)備重要性能指標(biāo)之一。所以研究電磁兼容問(wèn)題是醫(yī)療設(shè)備電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)醫(yī)療電子產(chǎn)品的電源系統(tǒng)進(jìn)行電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大增加產(chǎn)品的抗干擾能力，同時(shí)減少產(chǎn)品對(duì)外界的輻射。這樣不僅可以保證產(chǎn)品的安全性，穩(wěn)定性，同時(shí)也保證了產(chǎn)品能順利通過(guò)產(chǎn)品合格測(cè)試，早日投入市場(chǎng)，為醫(yī)療患者服務(wù)，從而推動(dòng)醫(yī)療事業(yè)的健康、快速發(fā)展。

1 電源系統(tǒng)抗干擾器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 壓敏電阻

接入電網(wǎng)的醫(yī)療電子產(chǎn)品的電源端口要能夠承受浪涌干擾。因此要對(duì)電源端口進(jìn)行設(shè)計(jì)以防止浪涌的干擾。在進(jìn)行電源端口的抗浪涌干擾設(shè)計(jì)時(shí)，首先要注意加入耦合網(wǎng)絡(luò)。耦合網(wǎng)絡(luò)的作用是將規(guī)定的浪涌加在測(cè)試電纜上，從而可以有效的測(cè)試該設(shè)備對(duì)浪涌的抗干擾能力。試驗(yàn)時(shí)常用組合波形式（發(fā)生器開(kāi)路時(shí)產(chǎn)生1.2/50us的電壓波，發(fā)生器短路時(shí)產(chǎn)生8/20us的電流波；發(fā)生器的內(nèi)阻為2）的浪涌加到電源線上，且正負(fù)極干擾至少各施加5次且最大重復(fù)頻率為1次/min，試驗(yàn)電壓緩慢增加到規(guī)定電壓。對(duì)于浪涌的控制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，主要是采用抗干擾器件，例如放電管，壓敏電阻，二極管等。壓敏電阻的設(shè)計(jì)主要考慮它的參數(shù)，包括電壓，額定電流等。此外，由于壓敏電阻的電容比加大，所以不適合使用在高頻場(chǎng)合中。

1.2 濾波器

在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)載變化，繼電器通斷切換等問(wèn)題，這種瞬態(tài)變化會(huì)給設(shè)備的正常運(yùn)作帶來(lái)干擾。濾波器主要是根據(jù)EMC設(shè)計(jì)需要而專(zhuān)口制作的，一般使用在設(shè)備電源入口端。設(shè)計(jì)優(yōu)良的濾波器可對(duì)電纜線上的高頻電流起到有效的抑制作用，既可以防止內(nèi)部的電磁波向外擴(kuò)散，又可以防止外部復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)設(shè)備內(nèi)部造成影響。在濾波器的設(shè)計(jì)上，由于電源線上的電阻由于頻段的影響，存在變化性和不確定性，

（1）要求濾波器的頻段要盡可能的寬泛。

（2）濾波器的設(shè)計(jì)遵循阻抗不匹配原則。

由于實(shí)際過(guò)程中阻抗的測(cè)量比較難以實(shí)現(xiàn)，往往需要對(duì)比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，選擇合適的濾波器。

2 電源系統(tǒng)抗干擾器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 鐵氧體磁環(huán)

一般醫(yī)療產(chǎn)品的所應(yīng)用的電源線是不帶屏蔽的，當(dāng)高頻電流流過(guò)時(shí)，很可能通過(guò)電源線向外輻射電波。磁環(huán)作為一種導(dǎo)磁體，在電源線的重要的部位安裝上磁環(huán)，可有效控制輻射。所以應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)磁環(huán)的數(shù)量，形式、規(guī)格、安裝部位等方面。一般在標(biāo)準(zhǔn)暗室測(cè)試時(shí)，如產(chǎn)品的發(fā)射在低頻段處于較高水平時(shí)，此時(shí)在產(chǎn)品的電源線合適的位置夾套上一定數(shù)量的磁環(huán)往往對(duì)產(chǎn)品的輻射抑制效果明濕。但具體還要根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果的前后對(duì)比決定是否要使用磁環(huán)。在磁環(huán)安裝時(shí)首先要估測(cè)輻射的頻率，如果輻射發(fā)生在較低的頻段，則選用優(yōu)質(zhì)的鐵氧體磁環(huán)，如果輻射發(fā)生在較高的頻段，則選用普通的鐵氧體磁環(huán)。如果磁環(huán)對(duì)電磁輻射的控制效果不明顯時(shí)，可采用更厚的磁環(huán)。安裝磁環(huán)需要注意安裝在靠近輻射源的位置，安裝時(shí)需要將磁環(huán)包緊電源線，以免漏磁，影響抗輻射效果。

2.2 導(dǎo)電襯塑

導(dǎo)電襯墊作為一種常用的材料，在醫(yī)療電子產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)電襯墊主要有兩方面的功能。

（1）可以填和金屬外殼之間的間隙，保證導(dǎo)電連續(xù)性，防止內(nèi)部的電磁信號(hào)傳遞到周?chē)沫h(huán)境中去從而對(duì)環(huán)境造成電磁污染。

（2）導(dǎo)電襯墊可以增加兩個(gè)接觸面之間的搭接性，降低接頭處的電阻值。

一般用于醫(yī)療電子產(chǎn)品中的導(dǎo)電襯墊主要考慮材料的導(dǎo)電性、塑性和耐腐蝕性等。根據(jù)以上幾點(diǎn)要求，我們可以選擇導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電布，金屬絲網(wǎng)等做為導(dǎo)電襯墊。在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意正確安裝導(dǎo)電襯墊。在安裝時(shí)首先要用干凈的布將電源、濾波器外殼擦拭干凈，表面不平整的地方要用銼刀或砂紙磨平。如果接觸面噴漆，則需要將漆打磨掉。接著鋪好襯墊材料。材料應(yīng)平整的鋪在兩個(gè)接觸面之間，并用螺絲固定好相關(guān)部件。如使用指型襯墊可將其插入接觸面中，再用螺絲固定。

本文主要討論了醫(yī)療電子產(chǎn)品的電磁兼容性的問(wèn)題，主要包括電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的器件和材料。通過(guò)這些器件和材料的合理使用和設(shè)計(jì)，可以使電源系統(tǒng)的抗干擾性能力增加，而且減少了電磁輻射性，降低了外界環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的電磁影響。

參考文獻(xiàn)

[1]楊繼深.電磁兼容技術(shù)之產(chǎn)品研發(fā)及認(rèn)證[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2]國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局.居用電氣設(shè)備第1-2部化安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)：電磁兼容要求和試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]國(guó)家治理監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（投M）射頻設(shè)備電磁騷擾特性限值和測(cè)量方巧[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[4]趙陽(yáng)，顏偉，趙波等：電路福射電磁干擾機(jī)理快速診斷與特性估計(jì)研究機(jī)[J].電王技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25（10）：6-13.

[5]閥顏偉，趙陽(yáng)，王恩榮等.射頻識(shí)別系統(tǒng)電磁福射干擾特征快速分析與抑制陰[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（9）：161-166.

作者單位

開(kāi)封市兒童醫(yī)院設(shè)備管理科 河南省開(kāi)封市 475000