醫(yī)用電子設(shè)備電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試模型

　　李傳喜，王春龍，吳玉娟（秦皇島市康泰醫(yī)學(xué)系統(tǒng)（秦皇島）股份有限公司，河北?秦皇島?066004?）

　　摘?要：分析電快速瞬變脈沖干擾產(chǎn)生機(jī)理以及電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試系統(tǒng)的原理，結(jié)合醫(yī)用電子設(shè)備的特性，建立醫(yī)用電子設(shè)備電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試模型，便于電子工程師根據(jù)模型有針對(duì)性的進(jìn)行電快速瞬變脈沖群抗擾度設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：電快速瞬變；脈沖群；抗擾度

　　0 引言

　　隨著高速電路在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，結(jié)合醫(yī)療領(lǐng)域使用人員與使用環(huán)境的特殊性，醫(yī)用電子設(shè)備的抗擾度問題越來越引起人們的關(guān)注，因此國家制定相應(yīng)的抗擾度等級(jí)要求，通過標(biāo)準(zhǔn)的抗擾度測(cè)試系統(tǒng)，驗(yàn)證注入干擾的情況下醫(yī)用電子設(shè)備的抗擾度等級(jí)是否滿足市場(chǎng)要求，脈沖群抗擾度測(cè)試是最常見也是比較難通過的幾種抗擾度測(cè)試之一。

　　本文將脈沖群抗擾度測(cè)試系統(tǒng)與醫(yī)用電子設(shè)備結(jié)合，根據(jù)醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)建立脈沖群抗擾度測(cè)試模型，通過分析干擾電流在測(cè)試模型中的路徑為電子工程師提供降低脈沖群抗擾的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與思路。

　　1 脈沖群產(chǎn)生機(jī)理

　　一旦打開或關(guān)閉一個(gè)載流電路的接觸點(diǎn)，在接觸點(diǎn)之間可能發(fā)生電擊穿。當(dāng)接觸點(diǎn)靠近并未完全接觸時(shí)擊穿就已經(jīng)開始，在觸點(diǎn)閉合的過程中，擊穿一直持續(xù)直到接觸點(diǎn)閉合。

　　電網(wǎng)中的感性負(fù)載存儲(chǔ)的能量與分布電容形成諧振，產(chǎn)生的尖峰高電壓不斷擊穿繼電器、接觸器的觸點(diǎn)間隙形成放電電弧，直到動(dòng)靜觸點(diǎn)之間的氣隙被拉大到無法擊穿。這個(gè)過程中就會(huì)產(chǎn)生一系列高壓脈沖群，即電快速瞬變脈沖群。

　　2 脈沖群抗擾度測(cè)試系統(tǒng)

　　為了使醫(yī)用電子設(shè)備不受脈沖群干擾的影響，國家規(guī)定醫(yī)用電子設(shè)備都需要通過脈沖群抗擾度測(cè)試，測(cè)試時(shí)醫(yī)用電子設(shè)備需放置在金屬耦合板上，并由脈沖群干擾發(fā)生器產(chǎn)生干擾通過電源線或一定長度的輸入輸出線纜注入到設(shè)備中，干擾通過設(shè)備與金屬耦合板之間的等效電容回流到脈沖群干擾發(fā)生器。本文以L/N/PE線纜注入干擾的情況為例討論。通常脈沖群干擾發(fā)生器由高壓源產(chǎn)生的直流高壓通過充電、整形形成所需的脈沖干擾信號(hào)，脈沖干擾信號(hào)通過阻抗匹配電阻和隔直電容輸出到待測(cè)設(shè)備的L/N/PE線纜上，最終通過金屬耦合板回流到高壓源。故可以把脈沖群干擾發(fā)生器以及金屬耦合板等效為如圖1的等效模型。

　　3 醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾度測(cè)試模型

　　3.1 醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)

　　醫(yī)用電子設(shè)備通常具有患者電纜長、產(chǎn)品類型多樣化、敏感電路抗擾度門限低等特點(diǎn)?；颊唠娎|通常是一個(gè)系統(tǒng)最長的部分，作為等效天線，會(huì)拾取和輻射噪聲，比如心電圖機(jī)監(jiān)護(hù)儀都有較長的患者電纜。另外醫(yī)用電子設(shè)備根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求，產(chǎn)品類型多樣，比如網(wǎng)電源與浮地結(jié)合的設(shè)備、干電池供電設(shè)備、具有保護(hù)接地的設(shè)備、具有內(nèi)部鈑金的設(shè)備。

　　3.2 脈沖群抗擾度測(cè)試模型

　　結(jié)合醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)與脈沖群抗擾度測(cè)試系統(tǒng)的原理，脈沖群抗擾度測(cè)試模型等效如圖2：

　　C1~C3為脈沖群發(fā)生器耦合電容、L1為設(shè)備接地線等效電感、C4、C5、C6為線路板與設(shè)備內(nèi)部鈑金的等效電容、C7為浮地電路兩端的等效電容、C8、C9為線纜與金屬耦合板之間的等效電容、 C10為設(shè)備內(nèi)部鈑金與金屬耦合板之間的等效電容。

　　無額外接地線設(shè)備使用該模型時(shí)L1可認(rèn)為斷路。

　　無內(nèi)部鈑金設(shè)備使用該模型時(shí)，去掉C10、同時(shí)減小C4、C5、C6容值。

　　不具有患者電纜及輸入輸出線纜的設(shè)備使用模型時(shí)，去掉C8、C9。

　　不具有浮地應(yīng)用的設(shè)備使用模型時(shí)，可認(rèn)為C7短路。

　　C1-C3電容容值為脈沖群抗擾度設(shè)備內(nèi)部電容容值已固定，浮地設(shè)備可根據(jù)變壓器、光耦的等效電容及跨接電容的容值確定C7數(shù)值，C8、C9可按照導(dǎo)線與金屬平面之間的電容計(jì)算公式計(jì)算等效電容，其他電容可根據(jù)兩金屬平面之間的電容計(jì)算公式計(jì)算等效電容。

　　4 醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾度測(cè)試模型的應(yīng)用

　　控制干擾電流流向，避免流經(jīng)不可預(yù)期的路徑，這是脈沖群抗擾度濾波設(shè)計(jì)的核心思想。根據(jù)醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾度測(cè)試模型分析可知干擾電流主要回流路徑如圖3所示：

　　脈沖群抗擾度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量引導(dǎo)主要干擾能量首先按照紅色路徑回流，其次按照粉色路徑回流，避免按照藍(lán)色路徑回流，干擾信號(hào)通過粉色路徑回流時(shí)，要根據(jù)敏感設(shè)備與回流路徑的距離判斷是否有不利影響根據(jù)測(cè)試模型可得設(shè)計(jì)思路如下：

　　1）當(dāng)設(shè)備具有良好接地且直接與金屬耦合板連接時(shí)，盡量使干擾通過地線濾除，這時(shí)應(yīng)該讓地線盡可能短一些，目的是降低等效電感L1，L1降低根據(jù)公式R=2πfL 可知高頻下感抗值就會(huì)變小，接地線為干擾電流提供低阻通路，這樣干擾就在一開始從地線濾除掉，即圖3紅色線路部分，不會(huì)經(jīng)過后邊的電路，降低了對(duì)敏感電路的干擾。

　　2）如果設(shè)備有內(nèi)部金屬鈑金，則C10就會(huì)存在，它屬于金屬鈑金與金屬耦合板之間的等效電容，當(dāng)?shù)刃щ娙葺^大時(shí)，由公式 R=1/(2πfC)可知，容抗會(huì)變小，那么干擾就會(huì)從這條通路流向金屬耦合板，返回到干擾源頭，避免經(jīng)過敏感電路。

　　3）當(dāng)設(shè)備沒有內(nèi)部金屬鈑金時(shí)，圖3中的C10就不存在了，C4、C5、C6直接與金屬耦合板相連，此時(shí)可以在AC/DC之后C7之前的電路上串入共模電感，增大線路上的阻抗，使干擾盡量在紅色路徑上衰減，使干擾盡量少的通過數(shù)字電路或模擬電路。

　　4）若設(shè)備有患者電纜，比如血氧線纜、心電導(dǎo)聯(lián)線電纜。它會(huì)拾取空間的輻射干擾電流，同時(shí)與金屬耦合板之間會(huì)有較大的等效電容存在，如圖中的C8、C9。尤其當(dāng)電纜較長時(shí)，C8、C9的等效電容值就會(huì)增大，那么容抗R就會(huì)很小，成為干擾電流的低阻抗回路，那么干擾必定經(jīng)過了中間的模擬或數(shù)字電路，干擾路徑為圖3中藍(lán)色部分，設(shè)備就會(huì)受到影響。

　　根據(jù)醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾度測(cè)試模型分析，電子工程師進(jìn)行脈沖群抗擾度設(shè)計(jì)時(shí)，需從干擾路徑分析，盡量在敏感電路之前濾除干擾?？赏ㄟ^電容濾波引導(dǎo)干擾電流的回流，串聯(lián)電感加大干擾電流的衰減，如無法避免其流過中間敏感電路，則需要設(shè)計(jì)人員增加敏感電流的自身抗擾度門限，做好敏感電路的接地設(shè)計(jì)。

　　5 結(jié)束語

　　本文結(jié)合醫(yī)用電子設(shè)備的自身特點(diǎn)與電快速瞬變脈沖群測(cè)試環(huán)境，提出了醫(yī)用電子設(shè)備電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試模型，該模型是一個(gè)整體的測(cè)試模型，簡單直觀，可為醫(yī)用電子設(shè)備的電快速瞬變脈沖群抗擾度設(shè)計(jì)提供整體設(shè)計(jì)思路，降低設(shè)計(jì)成本與設(shè)計(jì)時(shí)間。

　　參考文獻(xiàn)

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　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第78頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。