淺談醫用電氣設備電磁干擾的測控技術

賈樹蒼+楊柳

摘要： 醫用電氣設備的特點是功率密度非常高、電流/電壓變化率比價高且線路集中度高，由于這些特殊因素的限制，使得醫用電氣設備極易出現復雜嚴重的電磁干擾問題。因此，針對醫用電氣設備的電磁兼容技術的研究是當前相關領域研究的熱點和重點問題之一。電磁兼容技術是21世紀以來逐漸發展起來的一種綜合電磁波、通信、生物醫學等多種學科的一種復雜學科，其技術要點就是要通過相應的技術，實現對“額外”能量的控制，從而保障在一個電磁環境中的所有醫療設備和器件實現“和平共處”。本文基于醫療電氣設備中電磁干擾的重要性，分析當前我國醫療領域中電氣設備干擾問題的研究現狀，結合相關理論分析電磁干擾產生的原因及其傳播機制，對相關抗干擾技術做分析研究。

關鍵詞：醫用電氣設備；傳導與輻射；干擾

1引言

隨著人們物質生活水準的提升，對于醫療水平及其服務的要求越來越高。在當前醫療領域，電氣設備被廣泛使用，其抗干擾兼容認證國家層面尚未做強制要求，但其復雜嚴重的干擾問題也被越來越多的人們重視。基于此，很多企業研發醫療產品都按照醫用電氣設備的電磁兼容標準（YY0505-2005）考慮電磁兼容的問題，并主動到相關檢驗機構對產品進行電磁兼容測試。如今，在醫療器械行業中，一個醫療器械產品從設計之初到最后成形上市，每一步都對其抗干擾性嚴格重視并把控。盡管如此，整體來看，當前我國醫療器械領域中的抗電磁干擾兼容技術尚處于比較初級階段，尚未得到廣泛的重視，相關理論也比較薄弱。

2干擾途徑及其治理

2.1傳導干擾

1）傳播途徑及測試方法。就傳導干擾而言，一般是指電子設備從電源端口、信號端口向電網或信號網絡傳輸的干擾。引起傳導干擾的原因主要是電子設備的電源部分。如某醫用電氣設備A沒有通過在其交流電源端口處進行傳導干擾測試，在7.3MHz頻率附近，平均值超出限值。根據測試經驗可知，在1MHz頻率以下出現的干擾主要是差模干擾，在1MHz～5MHz頻段之間差模干擾和共模干擾都可能并存，而在5MHz以上多為共模干擾。所以，根據此因初步判斷該醫療設備的共模濾波電路可能存在問題，為此出現傳到干擾。

2）抑制干擾措施。在電磁兼容系統中，為抑制傳導干擾，除了抑制干擾源之外，其最有效的方法就是在開關電源的輸入電路中加裝濾波器，目的是切斷電磁干擾的傳播途徑。而電源濾波器不僅可以有效濾除設備對電網造成的干擾，它還可以阻斷電網中的電磁干擾設備的傳播途徑，從而起到雙向隔離的作用。但是，電源濾波器的安裝則有一定的規則，如果安裝不當，則可能起不到應有的濾波效果。

3）電源濾波器安裝控制及走線布置。電源濾波器的安裝位置要靠近電源線的入口出處，且電源濾波器的電源輸入線盡量要短；其次是輸入輸出線盡量分開走線，若捆扎在一起，其高頻干擾信號就會通過輸入輸出線直接發生耦合，而被旁路掉濾波器；再者，電源濾波器的外殼接地要良好，即與金屬機箱要有良好的搭接。

4）送檢設備測試案例。某廠家同時送檢兩臺設備A和B，其結構設計類似（A為臺式設備，B為落地式設備）。當B設備在添加電源濾波器后，順利通過了傳導干擾測試。那么在測試A設備時，部分頻點就發現超標。經調查了解，其實是在A設備的金屬機箱內殼上涂了一層絕緣漆，從而導致了濾波器的外殼沒有良好的接地；其次是濾波器的安裝位置沒有靠近電源線的入口處（怕濾波器的安裝會加大漏電流，以致于超過醫用電氣設備的要求，其實這也不是降低漏電流的最合理有效的方法）。電源線進入產品的屏蔽體后，傳送到電源濾波器還會有一段較長的距離。來自PCB或開關電源中的高頻信號會通過空間傳輸耦合（容性耦合和感性耦合）到這段線上，使得電源濾波器無法達到預期的效果。但是，擔心濾波器的安裝可能會導致漏電流的增加也有一定的道理。如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的，則漏電流的值主要取決于Y電容（火線和地線之間、零線和地線之間并接的電容，Y電容抑制共模干擾）的漏電流，即主要取決于Y電容的容量（當Y電容越大時，則漏電流也就越大）。為妥善的解決濾波器與漏電流之間的矛盾，則應該選用市場上專為醫用電氣設備制造的低漏電流濾波器，這也是妥善解決該矛盾的有效方法。去除內殼的絕緣漆后，正確的安裝醫用電氣設備專用的低漏電流濾波器，就順利通過了傳導干擾的測試。

2.2輻射干擾

1）輻射干擾的傳播途徑及測試方法。對于輻射干擾，它是指受試設備通過空間傳播的干擾輻射場強引起的輻射干擾。而引起輻射干擾的原因也很多，需要具體分析、分別對待。在上例醫用電氣設備A和B中測試，進行輻射干擾測試時，A設備順利通過了輻射干擾的測試，而B設備就沒有。發現在頻點55MHz和100MHz左右超標。將設備A和B進行對比：則B設備相對于A設備來說，它多了一個電子秤。因此初步判斷，其超標的原因可能是電子秤的關系。當關閉電子秤時重新進行測試，結果超標頻點消失了。對此，我們認定超標的問題就在電子秤上。

2）輻射干擾的判定。屏蔽系統設備的輻射問題，一般與電源線、信號線和結構屏蔽泄漏三個方面都有關。由于超標頻點在55MHz和100MHz左右，因此超標問題不大可能是由于結構屏蔽泄漏所產生的。因為根據經驗公式也可知，一般情況下縫隙長度滿足如下公式（1）的條件，則就不會產生嚴重的電磁波泄漏。

τ<λ/10～λ/100（1）

其中：τ—縫隙長度，如果是圓孔τ代表直徑；λ—波長。

根據公式（1），要在上述頻點產生結構屏蔽泄漏，則縫隙的尺寸一般應大于3cm為宜，而實際上電子秤并不存在3cm的縫隙。所以可將解決問題的思路定位在電源線和信號線上。而電子秤與主機相連的電纜共有兩條：電源線和信號線，信號線連接主機和電子秤。據此初步判斷是由于電子秤的電源線或信號線產生的單導線輻射引起的測試結果超標。根據電磁兼容理論，當導線的長度l≤1/4λ波長時，一般會產生單導線輻射。測試中超標的頻點在55MHz和99MHz左右，對應的1/4波長為1.4m和0.76m左右，所以恰好與電子秤的電源線和信號線之間的距離吻合。

3）輻射干擾的處理措施。基于所測試超標頻點的超標幅度較小，因此就沒有必要在信號線和電源線上均加入了磁環，而只要在電子秤的信號線上加上磁環即可。如此處理后，再重新進行測試，結果就順利通過，沒有電磁輻射干擾了。

3結束語

醫療電氣設備出現電磁干擾，經過EMI專用測試設備測試后確定在某個頻點存在干擾，再經分析判斷確定某種干擾源，然后便可做出正確的處理。如此處理后，即可從根本上避免和消除該類干擾問題的發生。但是站在設計的角度，一定要將電磁兼容設計理念融入到產品開發中去；站在維修的角度，需要了解設備被電磁干擾的基本理論依據，并能采取簡捷有效的治理干擾方法。

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