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1.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)域用戶和電磁兼容使用環(huán)境的特殊性，醫(yī)療電子設(shè)備的抗干擾問(wèn)題引起了越來(lái)越多的關(guān)注。因此，國(guó)家制定了相應(yīng)的抗干擾等級(jí)要求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的抗干擾測(cè)試系統(tǒng)，驗(yàn)證醫(yī)療電子設(shè)備的抗干擾等級(jí)是否滿足市場(chǎng)要求，脈沖群抗干擾測(cè)試是最常見(jiàn)、最困難的抗干擾測(cè)試之一。
本文結(jié)合電快速瞬變脈沖群抗干擾測(cè)試系統(tǒng)和醫(yī)療電子設(shè)備，根據(jù)醫(yī)療電子設(shè)備的特點(diǎn)建立脈沖群抗干擾測(cè)試模型，為電子工程師提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和思路，通過(guò)分析測(cè)試模型中干擾電流的路徑，降低脈沖群抗干擾。
2.脈沖群產(chǎn)生機(jī)制
一旦打開(kāi)或關(guān)閉負(fù)載電路的接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)之間可能會(huì)發(fā)生電擊穿。當(dāng)接觸點(diǎn)接近且未接觸時(shí)，開(kāi)始發(fā)生故障。在關(guān)閉接觸點(diǎn)的過(guò)程中，故障將持續(xù)發(fā)生，直到接觸點(diǎn)關(guān)閉。
存儲(chǔ)在電網(wǎng)感性負(fù)載中的能量與分布電容形成共振，峰值高電壓不斷擊穿繼電器.接觸器的接觸間隙形成一個(gè)放電電弧，直到動(dòng)態(tài)和靜態(tài)接觸點(diǎn)之間的間隙變大，無(wú)法通過(guò)。在此過(guò)程中，將產(chǎn)生一系列高壓脈沖組，即電動(dòng)快速瞬態(tài)脈沖組。
3.脈沖群抗擾測(cè)試系統(tǒng)
為了防止醫(yī)療電子設(shè)備受到脈沖群干擾的影響，國(guó)家規(guī)定醫(yī)療電子設(shè)備需要通過(guò)脈沖群抗干擾試驗(yàn)，醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)放置在金屬耦合板上，通過(guò)電源線或一定長(zhǎng)度的輸入輸出電纜干擾發(fā)生器，干擾通過(guò)設(shè)備與金屬耦合板之間的等效電容器返回脈沖群干擾發(fā)生器。L/N/PE電纜注入干擾的情況就是一個(gè)例子。通常，由高壓源產(chǎn)生的直流高壓由脈沖群干擾發(fā)生器充電.整形手術(shù)形成所需的脈沖干擾信號(hào)，脈沖干擾信號(hào)通過(guò)阻抗匹配電阻和直接電容輸出到待測(cè)設(shè)備L/N/PE在電纜上，最后通過(guò)金屬耦合板返回高壓源。因此，脈沖群干擾發(fā)生器和金屬耦合板可以等同于圖1中的等效模型。
4.醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾測(cè)試模型
4.1醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)
醫(yī)療電子設(shè)備通常有患者的電纜長(zhǎng)度.產(chǎn)品類型多樣化.敏感電路的抗干擾門(mén)限制較低。患者電纜通常是系統(tǒng)中最長(zhǎng)的部分。作為等效天線，它可以拾取和輻射噪聲。例如，心電圖機(jī)監(jiān)測(cè)器有一較長(zhǎng)的患者電纜。此外，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的需要，醫(yī)療電子設(shè)備有多種產(chǎn)品類型，如網(wǎng)絡(luò)電源與浮地相結(jié)合的設(shè)備.干電池供電設(shè)備.有保護(hù)接地的設(shè)備.設(shè)備內(nèi)部鈑金。
4.2脈沖群抗擾測(cè)試模型
脈沖群抗干擾試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)和脈沖群抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)的原理，如圖2所示：
C1~C脈沖群發(fā)生器耦合電容.L設(shè)備接地線等效電感.C4.C5.C6等效電容電容為線路板和設(shè)備的內(nèi)部鈑金.C7.浮地電路兩端的等效電容.C8.C9.電纜和金屬耦合板之間的等效電容.C10等效電容設(shè)備內(nèi)部鈑金與金屬耦合板之間。
使用該模型時(shí)沒(méi)有額外的接地線設(shè)備L可以認(rèn)為斷路。
當(dāng)沒(méi)有內(nèi)部鈑金設(shè)備使用此模型時(shí)，刪除此模型C10.同時(shí)減小C4.C5.C6容值。
當(dāng)使用沒(méi)有患者電纜和輸入輸出電纜的設(shè)備模型時(shí)，C8.C9。
當(dāng)使用沒(méi)有浮地應(yīng)用的設(shè)備模型時(shí)，可以認(rèn)為C7短路。
C1-C3.電容值為脈沖群抗干擾設(shè)備的內(nèi)部電容值已固定，浮地設(shè)備可根據(jù)變壓器進(jìn)行固定.確定等效電容和跨接電容的容值C7數(shù)值，C8.C等效電容可根據(jù)導(dǎo)線與金屬平面之間的電容計(jì)算公式計(jì)算，其他電容可根據(jù)兩個(gè)金屬平面之間的電容計(jì)算公式計(jì)算。
5.醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾測(cè)試模型的應(yīng)用
脈沖群抗干擾濾波設(shè)計(jì)的核心思想是控制干擾電流的流向，避免流經(jīng)意外路徑。根據(jù)醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗干擾試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治觯蓴_電流的主要回流路徑如圖3所示：
在設(shè)計(jì)脈沖群抗干擾度時(shí)，應(yīng)盡量引導(dǎo)主要干擾能量。首先，根據(jù)紅色路徑返回，然后根據(jù)粉紅色路徑返回，以避免根據(jù)藍(lán)色路徑返回。干擾信號(hào)通過(guò)粉紅色路徑返回時(shí)，應(yīng)根據(jù)敏感設(shè)備與回流路徑之間的距離判斷是否有不利影響。根據(jù)測(cè)試模型，設(shè)計(jì)思路如下：
1)當(dāng)設(shè)備接地良好且與金屬耦合板直接連接時(shí)，盡量通過(guò)接地線過(guò)濾干擾，以減少等效電感L1，L根據(jù)公式降低R=2πfL可以看出，高頻下的感覺(jué)電阻值將變小，接地線為干擾電流提供了一個(gè)低電阻回路，從而在開(kāi)始過(guò)濾掉接地線，即圖3中的紅線部分，不會(huì)通過(guò)后電路，減少對(duì)敏感電路的干擾。
2)如果設(shè)備有內(nèi)部金屬鈑金，C它將存在于金屬鈑金和金屬耦合板之間的等效電容。當(dāng)?shù)刃щ娙葺^大時(shí)，由公式組成R=1/(2πfC)由此可見(jiàn)，容抗會(huì)變小，那么干擾就會(huì)從這個(gè)通路流向金屬耦合板，回到干擾源，避免通過(guò)敏感電路。
3)當(dāng)設(shè)備沒(méi)有內(nèi)部金屬鈑金時(shí)，圖3中C10不存在，C4.C5.C6與金屬耦合板直接連接，此時(shí)可以在AC/DC之后C7前一個(gè)電路串聯(lián)成共模電感，增加線路上的阻抗，使干擾盡可能在紅色路徑上衰減，使干擾盡可能少地通過(guò)數(shù)字電路或模擬電路。
4)如果設(shè)備有患者電纜，如血氧電纜.心電導(dǎo)電連接電纜。它從空間中拾取輻射干擾電流，與金屬耦合板之間存在較大的等效電容，如圖所示C8.C9.特別是當(dāng)電纜較長(zhǎng)時(shí)，C8.C9的等效電容值將增加，因此容抗R將非常小，成為干擾電流的低阻抗回路，因此干擾必須通過(guò)中間模擬或數(shù)字電路。如果干擾路徑為圖3中的藍(lán)色部分，則會(huì)影響設(shè)備。
根據(jù)醫(yī)療電子設(shè)備脈沖組抗干擾試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治觯娮庸こ處熢谶M(jìn)行脈沖組抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從干擾路徑進(jìn)行分析，并在敏感電路前盡可能過(guò)濾干擾。干擾電流的回流可以通過(guò)電容過(guò)濾來(lái)引導(dǎo)，串聯(lián)電感增加了干擾電流的衰減。如果不能避免其通過(guò)中間敏感電路的流動(dòng)，設(shè)計(jì)人員需要增加敏感電流的抗干擾門(mén)限制，并做好敏感電路的接地設(shè)計(jì)。
6.結(jié)束語(yǔ)
本文結(jié)合醫(yī)療電子設(shè)備的特點(diǎn)和電快速瞬變脈沖群測(cè)試環(huán)境，提出了醫(yī)療電子設(shè)備電子快速瞬變脈沖群抗干擾測(cè)試模型，該模型是一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的整體測(cè)試模型，可以為醫(yī)療電子設(shè)備提供整體設(shè)計(jì)理念，降低設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)時(shí)間。
推薦型號(hào)：
電快速瞬變脈沖群發(fā)生器
SFT 1400-1: 125kHz / 5.0kV
SFT 1420-1: 2MHz / 4.8kV
SFT 2400: 125kHz / 5.0kV / 觸摸屏
SFT 2420: 2MHz / 4.8kV / 觸摸屏
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