醫用治療儀EMC測試問題探析及總結

溫宇標，黃 勇，符吉林，葉 瑀

（廣東省醫療器械質量監督檢驗所，廣州 510663）

醫用治療儀EMC測試問題探析及總結

溫宇標，黃 勇，符吉林，葉 瑀

（廣東省醫療器械質量監督檢驗所，廣州 510663）

通過對醫用治療儀進行分類，針對低壓輸出和高壓輸出兩類產品的EMC常見不合格項目，挑選典型的產品加以分析，從而總結出不合格項目對應的改善措施，為治療儀產品的EMC問題提供案例參考。

醫用治療儀；低壓輸出；高壓輸出；不合格；改善

引言

醫用電氣設備的電磁兼容性因其涉及公眾的健康和安全，因此日益受到人們的關注。其中醫用治療儀產品也最為人所熟知，其特點是隨處可見，普遍適用于醫院，大、小診所以及家庭等各種場所，通過對患者進行輔助治療，達到止痛、改善血液循環和消炎等作用，因此成為醫用電氣設備中的一類重要產品。常見的治療儀種類繁多，其工作頻率，使用特性等也各有不同。根據產品的治療輸出端的電壓不同，以220 V電壓作為一個分界點，大致可以分為以下兩種，低壓輸出類產品和高壓輸出類產品。以下對這兩類產品的EMC測試過程中的不合格情況進行詳細探討和總結。

1 低壓輸出類產品

1.1 特點分析

此類產品多數是低中頻，直流低壓輸出的各種多功能治療儀，主要功能包括帶加熱功能，磁療功能，激光功能，刺激功能，超聲波治療等，其主要原理就是通過變壓器降壓至幾伏到幾十伏的低壓，然后供給顯示控制端和輸出端，大致原理圖見圖1。

1.2 常見不合格情況

1）輻射發射超標；

2）傳導發射超標；

3）靜電放電試驗失敗，現象主要是出現顯示屏亂碼，黑屏，或者直接被打壞，輸出不符合技術要求的誤差范圍；

4）電快速瞬變脈沖群試驗失敗，現象主要是出現顯示屏亂碼，黑屏，輸出不符合技術要求的誤差范圍；

5）電壓跌落，現象主要是顯示端工作異常，出現復位或者黑屏，停止輸出等。

1.3 改善措施

1）對VCC和板上地端并電容，耐壓要選大于板上的供電電壓。對信號線串聯磁珠，前提是不能影響正常的信號通訊。以及對輻射較差的晶振外殼進行就近接地處理。以上措施有利于改善輻射和傳導發射；

2）對電源輸入端加裝濾波防雷一體電路，典型電路如圖2所示，以上措施有利于降低傳導發射水平，同時提高電快速瞬變脈沖群和浪涌抗擾度水平。實際應用過程根據不同產品所選元器件參數需稍作調整。

3）對治療輸出端接口，顯示屏，按鍵等處進行靜電處理。靜電的危害體現在以輻射或傳導的路徑進行干擾，或二者混合作用，因此，對于靜電放電的改善措施應對上述影響因素予以考慮，實際改善措施總結如下：

①金屬螺絲改為塑料螺絲；

②增加TVS管吸收能量，增加磁環消耗能量；

③結構上實現加大放電距離，絕緣方面的隔離；

④電容改變放電回路，濾波電路等。

4）對于電壓跌落。通常電壓跌落至40 %和70 %時最容易出現不合格，主要原因是主板電路多由穩壓電路來供電，一旦電壓變化導致穩壓電路不能真正實現的穩壓，則后級的顯示和控制由于供電不足而出現上述各種問題。

其中，穩壓電路最常用的是采用LM7805芯片，輸入的220 V通過變壓器直接降為不同的低壓，然后通過7805芯片進行穩壓輸出，但由于變壓器的線性工作原理，一旦輸入端出現較大幅度電壓降低，輸出端也同時跟隨發生降低，因此要解決上述問題就應該設法保證7805正常工作，這樣才能令輸出端電壓可以穩定在正常的誤差范圍內。

參考7805的典型應用電路如圖3所示，改善措施總結如下：

①加大電容C1進行儲能。電能持續通過電容的電能儲存來達到，而持續時間的長短則由電容的放電時間來決定。由電容的放電特性可知，電容越大，持續時間越長。由于輸出端負載各有不同，負載越重，C1的要求越大，一般可選取KuF級別以上的大電容進行試驗，耐壓值根據不同工作電壓進行挑選。

②穩壓芯片的前端輸入電壓Vin適當調高，選取合適值，即主要通過變壓器設計階段讓輸出電壓提高。

在產品檢測過程發現，穩壓芯片的Vin大部分在7.5~8.5 V之間，估計廠家是出于提高電源效率的考慮。由此帶來的試驗結果是電壓跌落直接不合格，或者重復多次試驗時會出現偶爾合格，偶爾不合格這樣一種臨界狀態。通過查閱7805芯片的資料并進行推導可知，穩壓器的輸入輸出電壓差Ui-Uo≥2 V，整流橋上的壓降為2×0.7 V=1.4 V，故變壓器輸出端電壓U≥5+2+1.4=8.4 V。另外，考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，電壓過高會發熱嚴重甚至擊穿穩壓塊，電壓過低則輸出電壓達不到穩定的目的，壓差越大損耗越大。再結合實際的試驗情況下，建議變壓器輸出端電壓設計為9~10 V之間，有利于解決電壓跌落的問題。

2 高壓輸出類產品

2.1 產品特點分析

圖1 多功能治療儀常見原理圖

圖2 濾波防雷一體電路

圖3 7805的典型應用電路

此類產品一般是高壓輸出，輸出電壓從幾百V到上萬V不等，形成高壓交變電場。其治療原理是將人體置于該電場當中，通過電場負荷對人體產生作用，在交變電場的作用下，人體各個部位產生及其細微的振動，各組織器官的不平衡得到充分調整。典型的產品有高電位治療儀，下面以此為例進行分析，大致工作原理圖如圖4所示。

2.2 常見不合格情況

1）輻射發射超標，通常是工作在高電位模式狀態下。

2）傳導發射超標，通常是工作在高周波模式狀態下。

3）電壓跌落，根據產品的技術要求可知，規定輸出的電位誤差為±10 %，而通過示波器的即時監控發現，電壓跌落時輸出端出現不同程度的電壓降低，超過正常的誤差范圍。

2.3 改善措施

1）輻射方面。一是注意輸出線纜的接口處的電連接要保證良好，否則容易因為縫隙出現高壓打火現象，導致輻射滿屏超標的現象。二是在患者坐墊下方加一層絕緣墊層，厚度5 mm。正常測試過程中輸出坐墊放在80 cm非金屬的木桌面上，可以聽到一種滋滋的類似電流聲，推測由于不同溫濕度狀態下的木頭并非完全絕緣，況且是在高壓狀態下，因此輸出坐墊很有可能通過桌子產生放電現象，實際的測試波形中可以看到大量的毛刺干擾。通過對坐墊進行上述處理后，類似現象消失，輻射干擾大大降低。

2）傳導方面。由于高周波模塊的工作頻率為幾十kHz，超標頻點主要是主頻的倍頻點，主要集中在5 MHz之前的這一段區域。因此考慮加裝濾波器，主要通過使用差模電感，濾掉差模部分干擾，注意安裝位置越靠近電源入口端效果越好。此外，變壓器輸入端和輸出端的線纜盡量注意分離，避免相互串擾。

3）電壓跌落方面。其根本原理就是利用高壓變壓器進行升壓，因此，根據前面分析過的變壓器線性原理，在電壓跌落試驗時容易出現問題。為了實現治療儀的輸出端電壓盡可能穩定，正常情況下可以考慮加大電容來進行緩沖，但由于輸出電壓為高壓，同時滿足耐高壓和大容量的電容幾乎是不切實際的。所以換一個思維來考慮，可以在電源輸入端增加穩壓電路，這樣一來，輸入端電壓穩定，輸出端的電壓也可以實現穩定。增加穩壓電路后的原理圖如圖5中所示。

其具體的原理就是開關電源+逆變器，首先開關電源AC輸入，DC輸出，而逆變器是DC輸入，AC輸出，這樣組合之后相當于AC輸入，AC輸出，電壓沒有發生任何變化，依舊是交流220 V不變，不會影響整個電路的正常工作。但結合開關電源的特性分析可知，開關電源的控制電路是根據輸出負載情況來控制電源的開關管的閉合的。一旦輸出電壓過高或者過低時，控制電路將會改變電壓的波形以適應開關管，從而達到校正輸出電壓的目的，因此增加一個開關電源就相當于在電路當中加了一個緩沖器，達到了穩壓的作用，從而解決電壓跌落問題。

以某額定功率為80 VA的高電位治療儀舉例，穩壓電路的參數設定如下：

開關電源，輸入電壓（AC85 V-265 V），輸出電壓（DC12 V/7 A）；逆變電源，輸入DC12 V，輸出AC220 V/100 W，通過挑選發

圖4 高電位治療儀產品原理圖

圖5 高電位治療儀增加穩壓電路后的原理圖

射水平較低的開關電壓和逆變電源，最后治療儀順利通過電壓跌落試驗。

當然還有一個方法，就是采用UPS電源，但缺點是成本高，而且體積太大，從多方面考慮，均不適宜用于治療儀產品，因此不予考慮。

3 結語

以上本文通過對醫用治療儀產品的EMC測試情況進行分類，針對具體的不合格項目，分析并總結了一系列的改善措施。當然，由于產品設計和具體用途不同，在實際的測試整改過程中，應具體問題具體分析，真正做到對癥下藥，確保產品盡快通過EMC測試。

[1] YY0505-2012, 醫用電氣設備第1-2部分:安全通用要求 并列標準:電磁兼容 要求和試驗[S].

[2]朱文立. 電子產品的浪涌（雷擊）防護[J].電子產品可靠性與環境試驗, 2005,23(b12):118-123.

[3]劉竹林.關于電源電壓跌落問題的解決方案[J].十堰職業技術學院學報, 2011,24(2):107-108.

[4]鄭軍奇. EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M].北京:電子工業出版社, 2010.

Analysis and Summary of EMC Test for Medical Treatment Instruments

WEN Yu-biao, HUANG Yong, FU Ji-lin, YE Yu
(Guangdong Medical Devices Quality Surveillance and Test Institute, Guangzhou 510663)

Through the classification of medical treatment instruments, aiming at the common unqualified items on EMC of two types of products with low-voltage output and high-voltage output respectively, the typical products are selected to analyze, so as to summarize the improvement measures corresponding to the unqualified items, for the reference to solve EMC problems of medical treatment instruments.

medical treatment instrument; low voltage output; high voltage output; unqualified; improvement

R197.39

B

1004-7204（2017）03-0011-04

溫宇標（1987-），男，廣東籍，學士學位，項目工程師，主要從事醫療器械電磁兼容檢測，對策等研究工作。