醫用電氣設備中電源線濾波器的使用方法探討

黨琳琳

摘 要：目前醫用電器設備的電磁兼容檢測是電氣安全的強制性檢測項目，電源線濾波器是產品EMC設計中經常用到的電子器件。本文針對在實際應用對電源濾波器的內部電路以及安裝選用進行了詳細的介紹，旨在對電氣工程師使用濾波器時起到一定的指導作用。

關鍵詞：電氣設備；電磁兼容；濾波器

中圖分類號：R197.39 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0199-02

隨著科學技術的發展，醫用電氣設備在患者的診斷、治療、監護中發揮著顯著的作用，大量醫用電氣設備的使用促使對其電氣安全提出了更高的要求。2005年4月5日國家食品藥品監督管理局批準發布了“YY0505-2005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”行業標準，這是與GB9706.1并列的有關電氣設備安全的強制性標準。該標準的實施保證了醫用電器設備和系統在其使用的電磁環境中能夠不受干擾正常運行并且不會對其環境中的其它設備產生無法忍受的電磁干擾[1]。在電磁干擾的傳播過程中，電源線往往是最主要的媒介，因為電源線的長度使其無意的充當了接受和發射電磁波的“被動天線”。電源線濾波器就是目前廣泛使用的專門用來濾除電源線上電磁干擾的電子器件，本文主要研究討論如何正確的使用電源濾波器。

1 電源濾波器的電路

電源線濾波器是一種簡單的二端口的選頻網絡，可以有針對性的讓某些頻率的信號順利通過，而對其他頻段的信號加以濾除。電源濾波器的電路框圖如圖1所示。

其中C1和C2是共模濾波電容，跨接在零線和火線與濾波器的外殼之間，對共模干擾電流起到旁路作用，共模濾波電容受安全標準對地漏電流要求的限制，一般在10nF以下，醫用電氣設備對漏電流的要求更嚴酷，共模電容需要更小甚至不用；C3和C4是差模濾波電容，跨接在零線和火線之間，對差模干擾電流起旁路作用，電容值一般為0.1-1Μf，如果干擾的頻率很低，可以適當的選擇更大的電容。L是共模電感，但是也有一定的差模電感的成分，能對共模干擾電流和差模干擾電流起抑制作用，電感取值范圍1mH至數10mH，主要取決于干擾電流的頻率，頻率越低要求電感量越大[2]。由圖1可知電源線濾波器實際是由共模濾波器和差模濾波器組成而成，等效電路框圖如2和圖3所示，其中圖2是一個π形濾波電路，圖3是一個Γ形濾波電路。

2 電源線濾波器的使用

電源線濾波器從其電路結構看很簡單，但是在實際應用中要獲得預期的濾波效果并不容易，一方面要有正確的安裝方式，很多工程師在使用濾波器時都會因為安裝不規范導致濾波效果不理想；其次還要根據所要濾出的干擾信號選擇適當的元器件和參數，不同型號的濾波器其濾波特性會有很大的差異，以下對濾波器的安裝和選用做進一步探討。

2.1 濾波器的安裝

濾波器的實際應用中很多人認為直接串聯進所要濾波的電路即可，這是一種非常錯誤的認識，安裝方式是決定濾波性能的關鍵因素，常見的錯誤安裝方式如圖4所示。

圖4（a）中的錯誤在于濾波器的輸出線纜在機殼內留的太長，機殼內電源線過長的結果就是當外界的電磁干擾沿著電源線進入設備時，未經過濾波器之前就可能已經通過空間耦合的方式進入電路板中，造成抗擾度的問題。同時機箱內的電磁干擾也會感應到濾波器輸出端電源線，直接傳出機箱造成輻射發射超標。圖4（b）的錯誤在于輸入線和輸出線靠的太近，有的甚至為了機箱內走線齊整，直接將輸入線和輸出線扎在一起，這種錯誤布置的結果就是濾波器輸入線上的高頻干擾信號直接通過分布電容耦合到輸出線上，濾波器失去屏蔽作用。圖4（c）的問題在于濾波器的外殼沒有與金屬機箱接觸，而通過一根較長的導線連接，這是因為大部分金屬機箱表面會噴涂一層絕緣漆，使濾波器無法與機箱直接接觸，由電容的阻抗特性可知，接地引線過長會直接影響共模電容的濾波特性，使濾波器的高頻濾波效果變差。正確的濾波器安裝方式如圖5所示[3]，應將濾波器直接安裝在機箱面板上，并且利用機箱面板將濾波器的輸入和輸出隔離，如果是塑料機箱則在電路板和電源模塊下放一塊較大金屬板，將濾波器安裝于金屬板上，這樣才能使濾波器的共模電容起作用，同時要盡量的隔離開濾波器的輸入和輸出線。

2.2 濾波器的選用

目前大部分電源濾波器都是封裝在金屬外殼內的成品濾波器，使用比較方便，但是使用者往往對自己需要什么樣的濾波器不是很清楚，在濾波器的選用上常會有以下幾種現象[4]：

（1）濾波器的選用時認為電容值和電感值越大越好。而實際電容值和電感值越大濾波器的截止頻率越低，高頻濾波特性變差。（2）濾波器選擇時更多的傾向于體積小的濾波器。實際濾波器體積小是由于所選用的電容和電感元件的體積小以及元器件安裝比較緊湊，而電容和電感體積小是以減小電容值和電感值為代價，因此犧牲的是低頻濾波性能，而電氣元件安裝緊湊增加了空間耦合的可能，又會影響高頻濾波性能，所以實際體積較小的濾波器反而濾波性能不好。（3）濾波器選用時認為電路結構相同就會認為濾波性能相同。而實際濾波器的濾波性能和內部所用元件有很大的關系，尤其是高頻特性，比如濾波器內部用普通電容，三端電容和穿心電容在高頻時的濾波性能差異很大，再如電感的構造和電路的布局也會對濾波器的濾波性能產生很大的影響[5]。（4）在直流供電路中選用交流濾波器。直流供電路中用交流濾波器從安全的角度考量是沒問題的，但是交流濾波器會因為電氣安全因素的限制，比如對地漏電流限值，決定了交流濾波器的體積一般較大，而共模濾波電容較小，所以同樣條件下選用交流濾波器的濾波性能會相對較差，而且體積又大價格又高。

所以結合上述常見的認識錯誤在濾波器的選用上一定要根據實際需要，在清楚了解了干擾信號的特征后再結合電氣設備結構選擇適用的濾波器。

3 結語

醫用電器設備要完成注冊檢驗必須通過EMC的各項試驗，而電源線濾波器是針對設備通過EMC實驗最常用的電子器件。目前市場上生產電源線濾波器的廠家眾多，類型豐富，但是主要的區別還體現在高頻的濾波性能上，當濾波器結構和參數確定時，其低頻的濾波性能就確定了，而高頻特性取決于選用的器件和安裝方式，所以電氣工程師在實際應用中要達到理想的濾波效果就既要根據實際需要認真篩選還按規范合理布局和安裝。

參考文獻

[1]劉毅，孟志平，肖瀟.醫用電器設備電磁兼容試驗淺析[J].醫療裝備，2007，（07）：1-3.

[2]張文成.電源線濾波器應用分析[J].山西電子技術，2012，（02）：14-16.

[3]聶磊，汪洋，王迎節.電源濾波器對電子設備EMC影響分析[J].無線電工程，2010，（07）：35-39.

[4]和軍平，陳為，姜建國.電源線EMI濾波器內部雜散電磁耦合及其作用[J].中國醫療設備， 2006，（10）：12-15.

[5]唐雯，何進.電源濾波器在醫用電氣設備中的應用[J].電子技術，2010，（11）：21-23.endprint