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电磁兼容领域医疗设备常见的干扰问题你知道多少

发布时间:2022/4/26 15:06:34 来源:易磁通科技 点击次数:366

国产电磁兼容仪器设备


1.设备接地电阻过高:

医疗设备接地电阻过高被列为十大问题之一,这是因为故障概率最高,设备电磁发射问题、自兼容问题和抗干扰问题,其根源与设备接地阻抗过高有关,通常这不是指普通低频接地问题,也不是指接地问题,而是由于局部(如电路板或电缆)接地阻抗过高。高阻抗接地路径往往导致电缆屏蔽故障和共模电流。

在高频下,导线和编织线大多具有高阻抗性,因此设计师应避免应用导线或编织接地。根据经验,每英寸长导线的感应抗为20nH。因此,在100mHz时,1英寸导线的感应抗可以达到12ω。因此,在射频条件下,采取接地片是处理任何长度导线的良好方法,接地片的长宽比至少应达到5:1。也就是说,对于一个5英寸长的接地片,它的宽度至少应该是1英寸。


2.电缆屏蔽不足:

当设备遇到电磁发射或射频抗干扰时,通常会涉及到电缆问题,电缆的接地阻抗在这里起着很大的作用。

单点接地的原则适用于低频,但对射频效果不大。更棘手的是,由于电缆不能终止到患者的终端,屏蔽不能在两端接地。此外,当设备不能有效接地,甚至需要保持绝缘时,滤波有时比屏蔽更有效。

在低频下,电缆的屏蔽层可以一端接地,但如果电缆的长度超过波长的l/20,则需要两点或两点以上的接地。这里需要指出的是,当电缆的长度是波长的1/4时,情况将是最糟糕的。顺便说一下,市场上很多电缆屏蔽层都是编织产品,不利于解决射频的电磁兼容性。此外,电缆的屏蔽层也容易损坏。例如,有些电缆屏蔽是由聚酯薄膜制成的,不是很结实。有时,即使轻微接触,也会导致屏蔽物破裂,降低屏蔽效果,肉眼很难发现。


3.开关电源发射问题:

开关电源或AC/DC转换器的电磁发射问题由来已久。开关电源的电路组成、布局和结构往往使开关电源的电磁发射成为其推广应用中的一大问题。虽然这个问题很常见,但在医学电子学中尤为重要,所以在医疗设备的电源体积和质量没有问题的情况下,可以考虑采用传统的线性稳压电源。对于电源部分来说,体积和质量已经成为质量和性能的关键因素,因此如何选择具有优异电磁兼容性能的开关电源已经成为医疗设备设计的重要组成部分。


4.电源线滤波器的使用:

由于医疗设备的电磁发射不局限于其内部开关电源,因此电源进线部分的线路滤波器也成为抑制高频干扰的重要环节。一般电源线滤波器中有两个共模干扰抑制电容器(Y电容器),可控制设备的共模电流,但这种小电容器不应用于医疗设备的电源线滤波器,因为它会导致设备泄漏电流过大。医疗设备对电源线滤波器的选择原则使设计人员失去了抑制共模电流的有效手段,其余唯一可用的手段是增加电源线滤波器中串联电感的阻抗。

为了设计一个优秀的电源线滤波器,滤波器的线路设计只是一小部分。滤波器内部元件的选择、滤波器内部布局和结构以及滤波器内部元件的分布参数是决定电源线滤波器性能的真正关键因素。


5.液晶显示器的电磁发射问题:

随着计算技术的发展,医疗设备中使用单片机的情况越来越多,设备面板上使用液晶显示器作为人机对话界面的情况也越来越多,液晶的应用也带来了液晶显示器的电磁发射问题。

液晶显示器通常由电路板上特殊的排线驱动。由于液晶显示器的高阻抗特性,发送到液晶显示器的信号电流不能完全返回到电缆中,其中一小部分将形成电磁辐射进入周围的电磁环境。

为了抑制液晶显示器的电磁发射问题,首先需要使用尽可能短的电路将所有信号电流返回驱动电路板。一个更好的方法是在排线下设置一个接地板,以降低信号电流返回路径中的阻抗。此外,作为液晶显示结构的一部分,液晶显示背面应设置金属外壳的四个角。


6.设备内部线路的相互联系:

在高频状态下,设备内部线路之间存在联系问题,线路布局不当,特别是患者检测信号输入线路布局不当,往往是医疗设备设计成败的直接原因。

在处理设备的电磁兼容性问题时,电感器或铁氧体磁芯经常放置在线路的输入和输出之间,以抑制设备内外的射频干扰,使朝向噪声源端的电感器具有相当大的高频电压。这种高频电压可以通过电容耦合作用于附近的金属物质,如接地层、电路板、散热器等。因此,在使用这种干扰抑制方案时要非常小心,以避免与一些敏感器件或敏感电路耦合。

此外,当用铁氧体磁芯吸收线路上的干扰时,将铁芯体磁芯放在连接线外比将其放在电路板上更有效。因为这样可以避免连接线与磁芯后面敏感线之间的耦合。


7.元器件的分布参数:

在医疗设备中,所选元件本身的缺陷也会限制其性能。众所周知,所有电容器都有寄生串联电感,构成串联谐振电路:所有绕组匝间和层间分布电容,构成并联谐振电路,远低于想象。例如,许多电容器的谐振频率低于100MNz;许多绕组电感器的谐振频率低于20MHz,变压器的谐振频率低于5MHz。因此,电路设计人员应充分了解这些元件的实际性能,无论是滤波器还是脱耦元件,它们都有在谐振状态下工作的可能性,这将导线与线之间的串扰,这不仅会损坏线路,还会导致信号传输非常糟糕。


8.信号传输中的阻抗不连续:

随着高速数字电路的广泛应用,印刷电路板中的电磁兼容性越来越重要,许多PCB问题可以概括为信号传输过程中的阻抗不连续性。

信号传输中的阻抗不连续问题总是围绕着信号的循环回路。理想情况下,信号沿着一条线流出,然后沿着接地回线快速流回。然而,根据物理学中最小能量消耗定律,电流通常沿着最小能量路径返回。此时,信号返回通道往往存在阻抗不连续的情况。一旦发生这种情况,就会引起信号反射和传输信号畸变。此外,在传输线路的不连续性上,还会导致辐射发射问题。


9.信号及其返回通道问题:

对于设备的布线,人们往往认为即使使用更多的接地返回线路,也会是一种浪费。由于大多数信号线与接地电路之间的距离太远,接地电路应用作多跟信号线,甚至是所有信号线的接地电缆。此时,接地电缆至少有两个问题。首先,由于接地电缆与大多数信号线之间的距离较远,信号线与接地电缆之间的环天线相对较大,外部辐射发射和外部电荷干扰的接收问题不容忽视;其次,信号线共用接地电缆的公共阻抗问题不容忽视,特别是信号线传输速度高,信号边缘陡,公共阻抗相互干扰问题特别严重。

 在实践中,传输线路需要多少根接地返回线路是合适的,这取决于数据的传输速率和传输线路的长度。对于信号超过100mHz的高速传输,建议使用信号对接地返回线,对于低于10mHz的低速传输,可折叠两个(或多个)信号对接地返回线。


10.设备外壳的静电放电问题:

静电放电是一个常见且令人头痛的问题。以塑料外壳医疗设备为例,为了减少塑料外壳设备的电磁发射,提高塑料外壳设备的抗射频干扰能力,设计人员将在塑料外壳上进行导电喷涂。为了使导电喷涂效果明显,通常需要喷涂塑料外壳组合部分的所有间隙,以实现组合产生的传导连续性,但这种做法导致了新的静电放电接触点。换句话说,设计师在解决问题的同时引入了一个新的、非常困难的问题。

为了解决上述问题,设计师可以有三种选择:重新设计线路和内部布局,尽量减少设备对导电喷涂的需求;重新喷涂设备外壳,尽量避免放电,特别小心使用屏蔽,以保护可能的放电间隙。

上述10个电磁兼容问题中有些已经存在了几十年,有些在不久的将来更为常见。所有这些问题对医疗设备的设计都非常重要。如果设计师能在工作中避免这些问题,他们就会避免更多不必要的麻烦。


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