试析医疗电子产品的电源系统电磁优化设计

文基功

目前，随着医疗电子行业的发展，医疗设备的复杂性提高，应用的范围和领域也越来越广泛。医疗电子产品中应用了大量的电子芯片，这些电子芯片的运行速度很高，由此带来了很多电磁辐射问题。另外，为了提高效率，节省能源，产品中使用了开关电源，这些开关电源在工作时高速通断，也会引入电磁干扰。这些电磁干扰会对周围环境，病人造成伤害。本文讨论了解决以上电磁兼容（EMC）问题所采取的措施，即对电源系统进行优化设计。

【关键词】医疗电子 电磁兼容 优化设计

随着当前医疗设备电子化的不断发展，电磁辐射和干扰问题日益突出，为了给医疗人员和病人一个安全可靠的环境，进入20世纪以来，世界各国纷纷讨论研究有力方法解决医疗设备的电磁兼容问题，包括减少电子医疗设备对周围环境的电磁影响，即EMI问题，和减少周围环境对电子医疗设备的电磁干扰。其中EMI问题的研究主要包括辐射噪声源的定位、辐射强度的预估及辐射噪声的抑制。

医疗设备受到电磁干扰，无法正常工作，就会给治病带来一定的困扰。轻则产生误诊，重则危及生命。因此我们认识到EMC问题，对保证医疗设备的正常工作，减少医疗事故具有重要意义。EMC己经成为检验医疗设备重要性能指标之一。所以研究电磁兼容问题是医疗设备电子产品的发展趋势，通过对医疗电子产品的电源系统进行电磁优化设计，可以大大增加产品的抗干扰能力，同时减少产品对外界的辐射。这样不仅可以保证产品的安全性，稳定性，同时也保证了产品能顺利通过产品合格测试，早日投入市场，为医疗患者服务，从而推动医疗事业的健康、快速发展。

1 电源系统抗干扰器件的优化设计

1.1 压敏电阻

接入电网的医疗电子产品的电源端口要能够承受浪涌干扰。因此要对电源端口进行设计以防止浪涌的干扰。在进行电源端口的抗浪涌干扰设计时，首先要注意加入耦合网络。耦合网络的作用是将规定的浪涌加在测试电缆上，从而可以有效的测试该设备对浪涌的抗干扰能力。试验时常用组合波形式（发生器开路时产生1.2/50us的电压波，发生器短路时产生8/20us的电流波；发生器的内阻为2）的浪涌加到电源线上，且正负极干扰至少各施加5次且最大重复频率为1次/min，试验电压缓慢增加到规定电压。对于浪涌的控制，根据经验，主要是采用抗干扰器件，例如放电管，压敏电阻，二极管等。压敏电阻的设计主要考虑它的参数，包括电压，额定电流等。此外，由于压敏电阻的电容比加大，所以不适合使用在高频场合中。

1.2 滤波器

在网络中经常出现负载变化，继电器通断切换等问题，这种瞬态变化会给设备的正常运作带来干扰。滤波器主要是根据EMC设计需要而专口制作的，一般使用在设备电源入口端。设计优良的滤波器可对电缆线上的高频电流起到有效的抑制作用，既可以防止内部的电磁波向外扩散，又可以防止外部复杂的电磁环境对设备内部造成影响。在滤波器的设计上，由于电源线上的电阻由于频段的影响，存在变化性和不确定性，

（1）要求滤波器的频段要尽可能的宽泛。

（2）滤波器的设计遵循阻抗不匹配原则。

由于实际过程中阻抗的测量比较难以实现，往往需要对比试验，根据试验的结果，选择合适的滤波器。

2 电源系统抗干扰器件的优化设计

2.1 铁氧体磁环

一般医疗产品的所应用的电源线是不带屏蔽的，当高频电流流过时，很可能通过电源线向外辐射电波。磁环作为一种导磁体，在电源线的重要的部位安装上磁环，可有效控制辐射。所以应该考虑设计磁环的数量，形式、规格、安装部位等方面。一般在标准暗室测试时，如产品的发射在低频段处于较高水平时，此时在产品的电源线合适的位置夹套上一定数量的磁环往往对产品的辐射抑制效果明湿。但具体还要根据实际测试结果的前后对比决定是否要使用磁环。在磁环安装时首先要估测辐射的频率，如果辐射发生在较低的频段，则选用优质的铁氧体磁环，如果辐射发生在较高的频段，则选用普通的铁氧体磁环。如果磁环对电磁辐射的控制效果不明显时，可采用更厚的磁环。安装磁环需要注意安装在靠近辐射源的位置，安装时需要将磁环包紧电源线，以免漏磁，影响抗辐射效果。

2.2 导电衬塑

导电衬垫作为一种常用的材料，在医疗电子产品中有广泛的应用。导电衬垫主要有两方面的功能。

（1）可以填和金属外壳之间的间隙，保证导电连续性，防止内部的电磁信号传递到周围的环境中去从而对环境造成电磁污染。

（2）导电衬垫可以增加两个接触面之间的搭接性，降低接头处的电阻值。

一般用于医疗电子产品中的导电衬垫主要考虑材料的导电性、塑性和耐腐蚀性等。根据以上几点要求，我们可以选择导电橡胶，导电布，金属丝网等做为导电衬垫。在设计时，要注意正确安装导电衬垫。在安装时首先要用干净的布将电源、滤波器外壳擦拭干净，表面不平整的地方要用锉刀或砂纸磨平。如果接触面喷漆，则需要将漆打磨掉。接着铺好衬垫材料。材料应平整的铺在两个接触面之间，并用螺丝固定好相关部件。如使用指型衬垫可将其插入接触面中，再用螺丝固定。

本文主要讨论了医疗电子产品的电磁兼容性的问题，主要包括电源系统优化设计的器件和材料。通过这些器件和材料的合理使用和设计，可以使电源系统的抗干扰性能力增加，而且减少了电磁辐射性，降低了外界环境对产品的电磁影响。

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作者单位

开封市儿童医院设备管理科 河南省开封市 475000