有源醫(yī)療器械應用廣泛，如各種監(jiān)護設備、磁共振、心電圖機、輸液泵和電動手術床等，都離不開“電源”。 隨著電子技術的快速發(fā)展，開關電源越來越多地應用于醫(yī)療設備中。 除了大大減少產品的體積和重量外，還大大增加了煤耗，提高了工作效率。 合格的醫(yī)療電源不僅應符合GB9706.1-2007和YY0505-2006標準的要求，還應符合GB/T17626.2-1998（靜電防護能力，要求達到3kV）、GB/T17626的要求。 3-1998（射頻幅值輻射防護，要求達到3V/m）、GB/T17626.4-1998（電流瞬變耐受能力，要求達到1kV）、GB/T17626.5-1998（電網浪涌電流能力，要求達到1kV）要求達到1kV和2kV）、GB/T17625.1-2003（網絡電纜線路紋波要求）、GB/T17625.2-1994（電源線閃變要求）以及EN55011等系列電磁兼容標準要求。

目前，大多數(shù)醫(yī)療器械制造商都使用成品開關電源，而大多數(shù)供應商企業(yè)無法提供符合上述系列標準要求的醫(yī)療“開關電源”。 因此，有必要簡單介紹一下醫(yī)用“開關電源”的EMC設計。

1、正確選擇模擬和邏輯有源元件

電磁干擾發(fā)射和電磁敏感性的關鍵是模擬和邏輯有源器件的選擇。

有源元件可分為調諧元件和基頻元件。 調諧元件起到帶通器件的作用，其頻率特性包括中心頻率、帶寬、選擇性和帶外雜散響應； 基本套裝元件起到低通器件的作用，其頻率特性包括截止頻率、通帶特性和帶寬。 外部抑制特性和雜散響應，此外，它們還具有輸入阻抗特性和輸入平衡與不平衡特性。 必須注意有源元件固有的靈敏度和電磁發(fā)射特性。 有源元件有兩個電磁發(fā)射源：傳導干擾通過電源線、地線和互連線傳輸，并隨頻率而降低； 輻射干擾通過元件本身或通過互連線輻射，并隨著頻率的增加而降低。 按頻率的平方減少。 瞬態(tài)接地電壓是傳導干擾和輻射干擾的較初來源。 為了降低瞬態(tài)接地電壓，必須降低接地阻抗并使用去耦電容。

模擬元件的靈敏度特性取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度則基于元件的固有噪聲。 邏輯元件的靈敏度特性取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。 邏輯元件的切換時間越短，其占據的頻譜越寬。 因此，在保證功能實現(xiàn)的情況下，應盡可能減少信號的上升/增長時間。

2、PCB板設計

實踐證明，雖然電路原理圖設計正確，但印刷電路板設計不當也會對電子設備的可靠性產生不利影響。 例如，如果印刷電路板上的兩條細平行線靠得太近，就會造成信號波形的延遲，并在傳輸線的終端產生反射噪聲； 另外，電源、地線考慮不周而產生的干擾也會導致產品發(fā)生故障。 業(yè)績增長。 因此，在設計開關電源的PCB板設計時，要注意正確的方法。

每個開關電源都有四個電壓環(huán)路：功率開關交流環(huán)路、輸出檢測交流環(huán)路、輸入信號源電壓環(huán)路和輸出負載電壓環(huán)路。

電源開關的交流電路和檢測器的交流電路含有高幅值矩形電壓。 該電壓的紋波成分非常高，其頻率遠小于開關噪聲。 峰值幅度可高達連續(xù)輸入/輸出直流電壓幅度的 5 倍。 過渡時間一般為50ns左右。 這兩個回路較有可能引起電磁干擾，因此必須在電源中的其他印刷線布線之前布置該交流回路。 每個環(huán)路的三個主要組件，即混合電容器、電源開關或檢測器以及電感器或變壓器，應彼此相鄰放置，調整器件位置，以使它們之間的電壓路徑盡可能短。

輸入環(huán)路通過近似直流電壓對輸入電容器充電，輸入混合電容器充當寬帶能量存儲——邏輯“地”。 輸出混頻電容用于存儲來自輸出檢測器的高頻能量，同時去除來自輸出負載電路的直流能量。 因此，輸入和輸出混合電容器的端子非常重要，輸入和輸出電壓回路只能從混合電容器的端子連接到電源。 如果不直接連接到電容器的端子，交流能量將通過輸入或輸出混合電容器輻射到環(huán)境中。

構建開關電源 PCB 板布局的較佳設計流程是放置變壓器、設計開關電源電壓環(huán)路、設計輸出檢測器電壓環(huán)路并將控制電路連接到交流電源電路。

3. 打印行的布局

開關電源含有高頻信號，PCB上的任何印制線都可以充當天線。 印刷線的寬度和長度會影響其阻抗和電感，從而影響頻率響應。 雖然印刷線傳遞的是直流信號，但它也會耦合到相鄰印刷線的射頻信號并導致電路問題（甚至重新循環(huán)）。 輻射干擾信號）。 因此，所有承載交流電的印刷線應設計得盡可能短和寬，并且所有連接到印刷線和其他電源線的組件應放置在靠近的位置。 布線時，電源線和地線的方向也應與電壓方向一致，這樣有利于提高抗噪聲能力。

4、地線設計

4.1 選擇單點接地

考慮到電路各部分返回地的電壓不同，地電位的變化會引入干擾，而接地電路產生的環(huán)流對干擾的影響較大。 因此需要采用單點接地的方式來穩(wěn)定電源并減少相移。 。 單點接地是指將功率開關電壓電路的多個元件的相線連接到接地引腳，并且輸出檢測電壓電路的多個元件的相線也連接到對應的混合電容器的接地引腳。 設計時，同級電路的接地點應盡可能靠近，且本級電路的電源混頻電容也應連接到本級的接地點。

4.2 粗接地線

地電位隨電壓的變化而變化。 如果地線太細，電子設備的定時信號電平會不穩(wěn)定，抗噪聲性能也會變差。 因此，各大電壓的接地端應盡量采用短而寬的印制線。 相線、電源線、信號線的粗細關系為：相線>電源線>信號線。 如果可能的話，接地線的長度應小于3mm。

有時，也可以使用大面積的銅層或將印制板未使用的部分作為相線連接到地。 開關電源“DC-DC轉換”的輸入和輸出電路應有一個公共參考地。 兩側相線可分別敷銅，然后連接在一起形成公共地。

5、共模干擾的形成及避免

開關電源中的功率開關管和輸出晶閘管一般功率損耗較大，往往需要加裝散熱器或直接安裝在PCB板上進行散熱。 元件安裝時，需要導熱性能良好的絕緣片進行絕緣，這使得元件、PCB板和散熱器之間形成分布電容。 如果開關電源的基板是交流電源的相線，電磁干擾會通過元件與基板之間的分布電容耦合到交流輸入端，造成串擾干擾。 解決這個問題的方法是使用兩層絕緣片之間夾有屏蔽片，并將屏蔽片連接到直流地，從而中斷射頻干擾向輸入電網的傳播。

6、開關電源屏蔽罩的使用

為了抑制開關電源產生的輻射，去除電磁干擾對其他電子設備的影響，可以將屏蔽罩完全按照屏蔽磁場的方法進行加工，然后將整個屏蔽罩與醫(yī)療器械產品的外殼和地線，可以有效屏蔽電磁場。 將電源的各個部分接地可以抑制干擾。 例如，將靜電屏蔽層接地可以抑制電場變化的干擾； 原則上，用于電磁屏蔽的導體可以不接地，但不接地的屏蔽導體會增加靜電耦合，造成所謂的“負靜電屏蔽”效應，所以還是接地比較好，這樣不僅可以屏蔽電磁同時還起到靜電屏蔽的作用。 電路的公共參考點接地，可以為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。 因此，系統(tǒng)中的安全保護相線、屏蔽地線和公共參考相線在各自產生接地母線后均接地。

7、電磁屏蔽材料的選擇

選擇具有高導電性和磁性的材料作為屏蔽材料也是減少電磁干擾的一種方法。

7.1 電磁密封襯套

電磁密封套管的特點

1）電磁密封套管是彈性好、導電率高的材料。 在間隙中填充這些材料可以保持導電連續(xù)性，是解決間隙電磁泄漏的好方法。 選擇電磁密封襯套時，需要熟悉以下特性參數(shù)：

①傳輸阻抗 傳輸阻抗越低，兩側屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加套管后間隙的屏蔽效能越高；

②硬度襯套的強度要適中。 如果強度太低，容易導致接觸不良，屏蔽效率低； 如果強度太高，則需要更大的壓力，給結構設計帶來困難； ③壓縮永久變形壓縮永久變形越小越好； ④ 襯套長度 套管的長度應能滿足接觸面不平整的要求，并利用其彈性填充間隙，以達到電氣連續(xù)的目的。

2）電磁密封套管的常見類型

①絲網套管僅適用于lGHz以下的頻率范圍。 金屬絲編織的彈性網套，觸點純銀，內接觸電阻低； 然而，金屬線在高頻下會表現(xiàn)出更大的電感，從而提高屏蔽效果。 ②膠芯編織網套：將金屬絲編織的網套置于泡沫膠芯或硅橡膠芯上，具有良好的彈性和導電性。 ③導電橡膠套管是在硅橡膠內填充金屬顆?；驅Ь€，形成導電彈性材料。 由于導電橡膠中導電顆粒之間的容抗在高頻時會增大，因此，填充的金屬顆粒在高頻時的屏蔽效果更高。 如果沿同一方向填充金屬線，也可以實現(xiàn)純銀接觸。 但由于金屬線在高頻時表現(xiàn)出較大的電感，從而增加屏蔽效果，因此填充金屬線僅適用于低頻。 ④鈹青銅指簧鈹青銅具有良好的導電性和彈性，可制成各種指簧。 ⑤螺旋管套管：由鍍銅銅或碳鋼制成的螺旋管具有良好的彈性和導電性，是目前屏蔽效果較高的套管。

7.2 導電化合物

導電化合物包括各種類型的導電粘合劑和導電填料。 醇酸導電膠可用于金屬之間、金屬與非金屬之間、各種硬質表面之間的導電粘接； 可代替焊料完成微波元件的引線連接； 可修復印刷電路板，用于導電陶瓷、天線元件等波導元件、玻璃磨砂、電/熱傳導、微波等的粘接。

硅膠導電膠用于將彈性導電橡膠粘接到金屬表面。 導電填料是一種高導電膏狀條帶材料，用于屏蔽套管改裝困難的空隙，并且在固化后保持彈性。

7.3 鐵氧體電磁干擾抑制裝置

鐵氧體是一種具有立方晶格結構的亞鐵磁性材料。 其制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為黃色。 不同的鐵氧體電磁干擾抑制器件其較佳抑制頻率范圍不同，磁導率越高，抑制頻率越低。 據悉，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。 當體積一定時，長而細的形狀優(yōu)于短而粗的形狀，且外徑越小，抑制效果越好。 然而，在直流或交流偏置電流的情況下，仍然存在鐵氧體飽和的問題。 抑制器件的截面越大，其飽和的可能性越小，能夠承受的偏置電流也越大。

鐵氧體器件廣泛應用于印刷電路板、電源線和數(shù)據線。 鐵氧體磁環(huán)或磁珠專門用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，并具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。 印制板電源線入口處加有鐵氧體抑制裝置，可以濾除高頻干擾。

鐵氧體抑制裝置應安裝在靠近干擾源的位置，對于輸入/輸出電路，應盡可能靠近屏蔽罩的入口和出口。 安裝時還應注意，鐵氧體器件易碎，應采取可靠的固定措施。

以上就如何提高醫(yī)用開關電源的電磁兼容設計提出了自己的看法。 如果有什么不舒服的地方，希望與大家分享。 無論如何，開發(fā)者必須熟悉自己產品的特點，掌握正確的EMC設計方法，并在產品設計初期按照標準要求考慮各項EMC指標，才能保證醫(yī)療器械的正常使用并成功通過電磁兼容檢查。

差模干擾的糾正措施：

1.減小X電容值

2、減小串擾電感的電感，利用其漏感來抑制差模噪聲（由于串擾電感有幾種繞制形式，有兩根線并聯(lián)繞制，也有兩根線分開繞制，無論哪種繞制方式使用時，由于繞制不緊、導線長度差異等原因，肯定會出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，即一個線圈形成的磁力線不能完全穿過另一個線圈，從而產生感應電流。 LN導線之間的電動勢，相當于LN之間串聯(lián)一個電感）

右圖為串擾干擾測試FALL數(shù)據：

電源線與地之間的寄生電容導致串擾干擾產生環(huán)路。 干擾噪聲通過電容流到地，在LISN-電纜-寄生電容-地之間產生紋波干擾電壓，被接收器檢測到。 導致導通超標（這也可以解釋為什么有些顯卡在不接地的情況下通過導通測試，一夾相線就超標。在USB模式下不接地時，電壓回路只能通過L-晶閘管-負載-熱地-晶閘管-N，串擾電壓無法返回LISN，LISN檢測到的噪聲較小，顯卡冷地直接接地時，電纜之間存在回路和地。串擾噪聲如果沒有被后端LC混合電路吸收的話，也會造成導通超標）

串擾干擾的整改措施：

1.增強串擾電感

2. 調整L-GND、N-GND上的LC混頻器以濾除串擾噪聲

3、顯卡應盡可能接地，以減少對地阻抗，從而減少電纜與地之間的寄生電容。

2）產品電磁兼容性威脅來源包括：

1、設備開關電源的開關電路：威脅源的內存為幾十kHz到一百多kHz，高階紋波可擴展到幾十MHz。

2、設備直流電源的檢測電路：工頻線性電源的頻率檢測噪聲頻率上限可擴展至數(shù)百kHz； 開關電源的高頻檢測噪聲頻率上限可擴展至數(shù)十MHz。

3、用電設備直流電機導輪的噪聲：噪聲頻率上限可擴展至數(shù)百MHz。

4、電氣設備中交流電機的運行噪聲：高階紋波可達數(shù)十MHz。

5、變頻調速電路的威脅發(fā)射：開關調速電路的威脅源頻率為幾十kHz到幾十MHz。

6、設備運行狀態(tài)切換引起的開關噪聲：機械或電子開關動作引起的噪聲頻率上限可擴展至數(shù)百MHz。

7、智能控制設備晶振和數(shù)字電路的電磁威脅：威脅源內存范圍為數(shù)十kHz至數(shù)十MHz，高階紋波可延伸至數(shù)百MHz。

8.微波設備的微波泄漏：威脅源是幾GHz的顯存。

9、電磁感應加熱設備電磁威脅發(fā)射：威脅源內存為數(shù)十kHz，高階紋波可延伸至數(shù)十MHz。

10、電視電聲接收設備高頻調諧電路的本振及其紋波：源存儲器范圍為數(shù)十至數(shù)百MHz，高階紋波可延伸至數(shù)GHz。

11、信息技術設備及各種手動控制設備的數(shù)字處理電路：威脅源顯存數(shù)十MHz至數(shù)百MHz（通過內部外頻顯存可達數(shù)GHz），高階紋波可擴展到十余種兆赫。