專家總結的醫療設備中10個常見電磁兼容幹擾問題
發布時間:2017-04-24 責任編輯:wenwei
【導讀】以下提到的10個(ge)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)有(you)些(xie)已(yi)經(jing)存(cun)在(zai)了(le)幾(ji)十(shi)年(nian),有(you)些(xie)是(shi)近(jin)期(qi)才(cai)出(chu)現(xian)而(er)且(qie)今(jin)後(hou)更(geng)加(jia)常(chang)見(jian)的(de)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)對(dui)於(yu)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)的(de)設(she)計(ji)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de),設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)如(ru)果(guo)能(neng)在(zai)工(gong)作(zuo)中(zhong)避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti),也(ye)就(jiu)會(hui)避(bi)免(mian)更(geng)多(duo)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)麻(ma)煩(fan)。
1.設備的接地電阻過高問題
醫療設備的接地電阻過高被列為十大問題之首,這是因為這種故障的發生概率最高,一台設備的電磁發射問題、自(zi)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)及(ji)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)問(wen)題(ti),其(qi)根(gen)源(yuan)都(dou)與(yu)設(she)備(bei)的(de)接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)過(guo)高(gao)有(you)關(guan),通(tong)常(chang)這(zhe)不(bu)是(shi)指(zhi)普(pu)通(tong)的(de)低(di)頻(pin)接(jie)地(di)問(wen)題(ti),也(ye)不(bu)是(shi)指(zhi)接(jie)地(di)場(chang)所(suo)問(wen)題(ti),而(er)是(shi)由(you)於(yu)局(ju)部(bu)(如電路板或電纜)的接地阻抗過高而引起的。高阻抗的接地路徑常常會導致電纜屏蔽失效並產共模電流。
在高頻下導線和編織線大都呈現高阻抗性,因此設計人員應當避免應用導線或編織接地。根據經驗,每英寸長導線的感抗為20nH。因此在,100MHz時,1英寸導線的感抗可以達到12Ω。所以,在射頻情況下,應對任何長度導線的采用持慎重態度,采接地片是一個很好的辦法,接地片的長寬比至少要達到5:1。也就是說,對於一個5英寸長的接地片而言,其寬度至少應為1英寸。
2.電纜線的屏蔽不足問題
當設備遇到電磁發射或射頻抗幹擾問題時,一般都會涉及電纜問題,電纜的接地阻抗在這裏起到了很大作用。
“單點接地”的原則適用於低頻,但對射頻沒有多大效果。比較棘手的事情是:由you於yu電dian纜lan不bu能neng終zhong止zhi於yu患huan者zhe的de終zhong端duan,因yin此ci屏ping蔽bi就jiu不bu能neng兩liang端duan接jie地di。此ci外wai,當dang設she備bei不bu能neng有you效xiao接jie地di甚shen至zhi需xu要yao維wei持chi絕jue緣yuan時shi,采cai取qu濾lv波bo有you時shi比bi屏ping蔽bi更geng有you效xiao。
在低頻下,電纜的屏蔽層可以一端接地,但如果電纜的長度超過波長的l/20,電纜屏蔽層就需要兩點或多點接地。這裏特別要指出,當電纜長度是波長的1/4時(shi)情(qing)況(kuang)將(jiang)最(zui)糟(zao)。順(shun)便(bian)提(ti)出(chu),許(xu)多(duo)市(shi)售(shou)的(de)電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)都(dou)是(shi)編(bian)織(zhi)製(zhi)品(pin),這(zhe)對(dui)解(jie)決(jue)射(she)頻(pin)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)不(bu)利(li)。此(ci)外(wai),電(dian)纜(lan)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)也(ye)很(hen)容(rong)易(yi)遭(zao)到(dao)破(po)壞(huai)。例(li)如(ru),有(you)些(xie)電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽(bi)物(wu)是(shi)由(you)聚(ju)酯(zhi)薄(bo)膜(mo)製(zhi)成(cheng)的(de),不(bu)很(hen)結(jie)實(shi),有(you)時(shi)即(ji)使(shi)遭(zao)受(shou)輕(qing)微(wei)觸(chu)碰(peng),也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)屏(ping)蔽(bi)物(wu)的(de)破(po)裂(lie),降(jiang)低(di)了(le)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo),而(er)這(zhe)種(zhong)破(po)裂(lie)很(hen)難(nan)用(yong)肉(rou)眼(yan)發(fa)現(xian)。
3.開關電源的發射問題
開關電源或AC/DC轉zhuan換huan器qi的de電dian磁ci發fa射she問wen題ti由you來lai已yi久jiu,開kai關guan電dian源yuan的de電dian路lu構gou成cheng及ji開kai關guan電dian源yuan本ben身shen的de布bu局ju和he結jie構gou往wang往wang使shi開kai關guan電dian源yuan的de電dian磁ci發fa射she成cheng為wei其qi推tui廣guang應ying用yong中zhong的de一yi個ge大da問wen題ti。盡jin管guan這zhe個ge問wen題ti非fei常chang普pu遍bian,但dan在zai醫yi療liao電dian子zi學xue中zhong卻que顯xian得de尤you其qi重zhong要yao,所suo以yi在zai醫yi療liao設she備bei的de電dian源yuan體ti積ji和he質zhi量liang不bu成cheng問wen題ti的de場chang合he中zhong,可ke以yi考kao慮lv采cai用yong傳chuan統tong的de線xian性xing穩wen壓ya電dian源yuan。對dui於yu電dian源yuan部bu分fen,體ti積ji與yu質zhi量liang成cheng為wei質zhi量liang性xing能neng的de關guan鍵jian因yin素su,因yin此ci如ru何he選xuan用yong具ju有you優you良liang電dian磁ci兼jian容rong性xing能neng的de開kai關guan電dian源yuan便bian成cheng為wei該gai醫yi療liao設she備bei設she計ji中zhong的de重zhong要yao環huan節jie。
4.電源線濾波器的采用問題
由you於yu醫yi療liao設she備bei的de電dian磁ci發fa射she不bu局ju限xian於yu其qi內nei部bu選xuan用yong的de開kai關guan電dian源yuan,因yin此ci電dian源yuan進jin線xian部bu分fen的de線xian路lu濾lv波bo器qi也ye成cheng為wei抑yi製zhi高gao頻pin幹gan擾rao的de一yi個ge重zhong要yao環huan節jie。在zai一yi般ban的de電dian源yuan線xian濾lv波bo器qi中zhong都dou有you兩liang個ge共gong模mo幹gan擾rao的de抑yi製zhi電dian容rong(Y電容),takeyishishebeidegongmodianliudedaokongzhi,danzaiyiliaoshebeidedianyuanxianlvboqizhongbuyiyongcileixiaodianrong,yinweitahuidaozhishebeidexieloudianliuguoda。yiliaoshebeiduidianyuanxianlvboqidezheyixuanzeyuanzeshishejirenyuanshiquleyigeyizhigongmodianliudeyouxiaoshouduan,shengxialaideweiyikeyongshouduanjiushijiadadianyuanxianlvboqizhongchuanliandiangandezukang。
要想設計一個優良的電源線濾波器,濾波器的線路設計僅僅是很小的一部分,濾波器內部元器件的選型、濾波器內部布局和結構及濾波器內部元件的分布參數,才是決定電源線濾波器性能真正的關鍵因素。
5.液晶顯示器的電磁發射問題
隨(sui)著(zhe)計(ji)算(suan)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan),在(zai)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)中(zhong)采(cai)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo),在(zai)設(she)備(bei)的(de)麵(mian)板(ban)上(shang)采(cai)用(yong)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)作(zuo)為(wei)人(ren)機(ji)對(dui)話(hua)界(jie)麵(mian)的(de)情(qing)況(kuang)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo),液(ye)晶(jing)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)的(de)電(dian)磁(ci)發(fa)射(she)問(wen)題(ti)。
yejingxianshiqitongchangyoudianlubanshangzhuanmenyinchudeyigenpaixiansuoqudong,youyuyejingxianshiqidegaozukangtedian,shisongdaoyejingxianshiqidexinhaodianliubukenengwanquanfanhuidaozhegendianlanzhong,qizhongdeyixiaobufenhuixingchengdiancifushejinruzhouweidediancihuanjing。
為wei了le抑yi製zhi液ye晶jing顯xian示shi器qi的de電dian磁ci發fa射she問wen題ti,首shou先xian需xu要yao利li用yong盡jin可ke能neng短duan的de回hui路lu將jiang信xin號hao電dian流liu全quan部bu返fan回hui到dao驅qu動dong電dian路lu板ban中zhong。一yi個ge比bi較jiao好hao的de方fang法fa是shi通tong過guo在zai排pai線xian下xia麵mian設she置zhi一yi個ge接jie地di片pian,用yong以yi降jiang低di信xin號hao電dian流liu返fan回hui路lu徑jing中zhong的de阻zu抗kang。另ling外wai,作zuo為wei液ye晶jing顯xian示shi器qi結jie構gou的de一yi部bu分fen,在zai液ye晶jing顯xian示shi器qi的de背bei麵mian要yao設she一yi個ge金jin屬shu外wai殼ke的de4個角都要接地。

6.設備內部線路的相互藕合問題
在(zai)高(gao)頻(pin)狀(zhuang)態(tai)下(xia),設(she)備(bei)內(nei)部(bu)線(xian)路(lu)之(zhi)間(jian)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)相(xiang)互(hu)藕(ou)合(he)的(de)問(wen)題(ti),因(yin)此(ci)線(xian)路(lu)的(de)布(bu)局(ju)不(bu)當(dang),特(te)別(bie)是(shi)對(dui)患(huan)者(zhe)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)輸(shu)入(ru)線(xian)路(lu)的(de)布(bu)局(ju)不(bu)當(dang),常(chang)常(chang)是(shi)導(dao)致(zhi)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)設(she)計(ji)成(cheng)敗(bai)的(de)兩(liang)種(zhong)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)的(de)結(jie)果(guo)的(de)直(zhi)接(jie)原(yuan)因(yin)。
在zai處chu理li設she備bei的de電dian磁ci兼jian容rong上shang出chu現xian的de問wen題ti時shi,常chang常chang會hui將jiang電dian感gan器qi或huo鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin置zhi於yu線xian路lu的de輸shu入ru與yu輸shu出chu之zhi間jian,用yong以yi抑yi製zhi設she備bei內nei部bu和he外wai部bu的de射she頻pin幹gan擾rao,這zhe樣yang一yi來lai就jiu使shi朝chao向xiang噪zao聲sheng源yuan這zhe一yi端duan的de電dian感gan器qi帶dai有you相xiang當dang大da的de高gao頻pin電dian壓ya。這zhe種zhong高gao頻pin電dian壓ya可ke通tong過guo電dian容rong性xing的de耦ou合he而er作zuo用yong到dao附fu近jin的de金jin屬shu性xing物wu質zhi上shang,如ru接jie地di層ceng、電路板、散熱器等。因此,在采用這種處理幹擾的抑製方案時要十分小心,要避免與一些敏感器件或敏感電路產生耦合。
另ling外wai,在zai用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin吸xi收shou線xian路lu上shang的de幹gan擾rao時shi,將jiang鐵tie芯xin體ti磁ci芯xin放fang在zai連lian接jie線xian路lu的de外wai部bu要yao比bi把ba它ta布bu放fang在zai電dian路lu板ban的de效xiao果guo會hui明ming顯xian一yi些xie。因yin為wei這zhe種zhong方fang式shi可ke避bi免mian幹gan擾rao在zai磁ci芯xin後hou麵mian的de連lian接jie線xian路lu與yu敏min感gan線xian路lu的de耦ou合he問wen題ti。
7.元器件的分布參數問題
在zai醫yi用yong設she備bei中zhong,所suo選xuan用yong的de元yuan器qi件jian本ben身shen的de缺que陷xian也ye會hui限xian製zhi其qi性xing能neng的de發fa揮hui。我wo們men知zhi道dao,所suo有you的de電dian容rong器qi都dou存cun在zai寄ji生sheng的de串chuan聯lian電dian感gan,兩liang者zhe構gou成cheng了le一yi個ge串chuan聯lian諧xie振zhen電dian路lu:ersuoyoudexianraodianganqidoucunzairaozuzajianhecengjiandefenbudianrong,liangzhegouchengleyigebinglianxiezhendianlu,zhezhongdianludexiezhenpinlvbixiangxiangzhongdepinlvyaodideduo。liru,xuduodianrongqidexiezhenpinlvdiyu100MNz;許多線繞電感器的諧振頻率低於20MHz,至於變壓器的諧振頻率更有低於5MHz以(yi)下(xia)者(zhe)。因(yin)此(ci),電(dian)路(lu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)要(yao)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)這(zhe)些(xie)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)實(shi)際(ji)性(xing)能(neng),無(wu)論(lun)濾(lv)波(bo)器(qi)還(hai)是(shi)退(tui)耦(ou)元(yuan)件(jian),它(ta)們(men)都(dou)具(ju)有(you)在(zai)諧(xie)振(zhen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)可(ke)能(neng)性(xing),這(zhe)將(jiang)導(dao)線(xian)線(xian)路(lu)與(yu)線(xian)路(lu)之(zhi)間(jian)的(de)串(chuan)擾(rao)問(wen)題(ti),這(zhe)種(zhong)串(chuan)擾(rao)不(bu)但(dan)能(neng)對(dui)線(xian)路(lu)造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai),還(hai)能(neng)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)情(qing)況(kuang)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)糟(zao)糕(gao)。
8.信號傳輸中的阻抗不連續問題
隨著高速數字電路的廣泛應用,印製電路板中的電磁兼容問題顯得越來越重要,而許多PCB問題可歸納為信號傳輸過程中的阻抗不連續問題。
xinhaochuanshuzhongdezukangbulianxuwentishizhongweiraozhexinhaodeliutonghuilu,lixiangzhongshixinhaoyanzheyitiaoxianluliuchu,ranhouxunsuyanzhejiedihuixianliuhui。ranergenjuwulixuezhongzuixiaonengliangdexiaohaodinglv,dianliutongchangshiyanzhezuixiaonenglianglujingfanhui,zheshixinhaodefanhuitongluchangchanghuichuxianzukangbulianxudeqingkuang,yidanzhezhongqingkuangfasheng,jiuhuiyinqixinhaodefanshe,zaochengchuanshuxinhaodejibian。lingwai,zaichuanshuxianludebulianxuchu,haihuidaozhifushefashewenti。
9.信號及其返回通路問題
duiyushebeidebuxian,renmenwangwangrenweijishiduoyongyigenjiedifanhuixianluyehuishiyizhonglangfei。youyuduoshuxinhaoxianyujiedihuiluzhijianjuliguoyuan,yinciyigenjiedihuixianyaozuoweiduogenxinhaoxian,shenzhisuoyouxinhaoxiandejiediwenxian。zheshi,zhegenjiedihuixianzhishaocunzailianggewenti。shouxian,youyuzhegenjiedihuixianyudabufenxinhaoxianzhijiandejulidoubijiaoyuan,xinhaoxianyujiedihuixianzhijiangouchengdehuantianxianjiubijiaoda,huantianxianduiwaidefushefashejihuantianxianduiwaijiedianheganraodejieshouwentidouburonghushi;qici,zhegenxinhaoxiangongyongjiedihuixiandegonggongzukangwentiburonghushi,tebieshizaixinhaoxianshangchuanshudexinhaosudujiaogao,xinhaodebianyanbijiaodoushi,gonggongzukangdexianghuganraowentiyouqiyanzhong。
實用中傳輸線路究竟需要多少根接地返回線路才算適當,這要由數據的傳輸速率及傳輸線路的長度來決定。對於信號一超過100MHz的高速傳輸,建議采用一根信號對一根接地的返回線路,而對於小於10MHz的低速傳輸,可以折中采用兩根(或多根)信號對一根接地的返回線路。
10.設備外殼的靜電放電問題
靜jing電dian放fang電dian是shi一yi個ge經jing常chang發fa生sheng而er且qie讓rang人ren感gan到dao頭tou痛tong的de問wen題ti。以yi塑su料liao外wai殼ke的de醫yi療liao設she備bei為wei例li,為wei了le降jiang低di塑su殼ke設she備bei的de電dian磁ci發fa射she和he提ti高gao塑su殼ke設she備bei的de抗kang射she頻pin幹gan擾rao能neng力li,設she計ji人ren員yuan會hui在zai塑su料liao外wai殼ke上shang進jin行xing導dao電dian噴pen塗tu。為wei了le使shi導dao電dian噴pen塗tu的de效xiao果guo明ming顯xian,通tong常chang要yao求qiu對dui塑su殼ke結jie合he部bu位wei的de縫feng隙xi全quan部bu進jin行xing噴pen塗tu,以yi求qiu達da到dao結jie合he而er生sheng幾ji的de傳chuan導dao連lian續xu性xing,但dan是shi這zhe種zhong做zuo法fa又you造zao成cheng了le新xin的de靜jing電dian放fang電dian接jie觸chu點dian。也ye就jiu是shi說shuo,設she計ji者zhe在zai解jie決jue一yi個ge問wen題ti的de同tong時shi卻que又you引yin進jin了le一yi個ge新xin的de、非常棘手的問題。
為了解決上述問題,設計人員可以有三種選擇:重新設計線路及內部布局,盡量降低設備對導電噴塗的需要;重新對設備外殼進行噴塗,盡量避免產生放電,特別仔細地使用遮蔽物,使可能產生放電的縫隙得到保護。
上麵提到的10個(ge)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)問(wen)題(ti)有(you)些(xie)已(yi)經(jing)存(cun)在(zai)了(le)幾(ji)十(shi)年(nian),有(you)些(xie)是(shi)近(jin)期(qi)才(cai)出(chu)現(xian)而(er)且(qie)今(jin)後(hou)更(geng)加(jia)常(chang)見(jian)的(de)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)對(dui)於(yu)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)的(de)設(she)計(ji)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de),設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)如(ru)果(guo)能(neng)在(zai)工(gong)作(zuo)中(zhong)避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti),也(ye)就(jiu)會(hui)避(bi)免(mian)更(geng)多(duo)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)麻(ma)煩(fan)。
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