浅谈医用电气设备电磁干扰的测控技术

贾树苍+杨柳

摘要： 医用电气设备的特点是功率密度非常高、电流/电压变化率比价高且线路集中度高，由于这些特殊因素的限制，使得医用电气设备极易出现复杂严重的电磁干扰问题。因此，针对医用电气设备的电磁兼容技术的研究是当前相关领域研究的热点和重点问题之一。电磁兼容技术是21世纪以来逐渐发展起来的一种綜合电磁波、通信、生物医学等多种学科的一种复杂学科，其技术要点就是要通过相应的技术，实现对“额外”能量的控制，从而保障在一个电磁环境中的所有医疗设备和器件实现“和平共处”。本文基于医疗电气设备中电磁干扰的重要性，分析当前我国医疗领域中电气设备干扰问题的研究现状，结合相关理论分析电磁干扰产生的原因及其传播机制，对相关抗干扰技术做分析研究。

关键词：医用电气设备；传导与辐射；干扰

1引言

随着人们物质生活水准的提升，对于医疗水平及其服务的要求越来越高。在当前医疗领域，电气设备被广泛使用，其抗干扰兼容认证国家层面尚未做强制要求，但其复杂严重的干扰问题也被越来越多的人们重视。基于此，很多企业研发医疗产品都按照医用电气设备的电磁兼容标准（YY0505-2005）考虑电磁兼容的问题，并主动到相关检验机构对产品进行电磁兼容测试。如今，在医疗器械行业中，一个医疗器械产品从设计之初到最后成形上市，每一步都对其抗干扰性严格重视并把控。尽管如此，整体来看，当前我国医疗器械领域中的抗电磁干扰兼容技术尚处于比较初级阶段，尚未得到广泛的重视，相关理论也比较薄弱。

2干扰途径及其治理

2.1传导干扰

1）传播途径及测试方法。就传导干扰而言，一般是指电子设备从电源端口、信号端口向电网或信号网络传输的干扰。引起传导干扰的原因主要是电子设备的电源部分。如某医用电气设备A没有通过在其交流电源端口处进行传导干扰测试，在7.3MHz频率附近，平均值超出限值。根据测试经验可知，在1MHz频率以下出现的干扰主要是差模干扰，在1MHz～5MHz频段之间差模干扰和共模干扰都可能并存，而在5MHz以上多为共模干扰。所以，根据此因初步判断该医疗设备的共模滤波电路可能存在问题，为此出现传到干扰。

2）抑制干扰措施。在电磁兼容系统中，为抑制传导干扰，除了抑制干扰源之外，其最有效的方法就是在开关电源的输入电路中加装滤波器，目的是切断电磁干扰的传播途径。而电源滤波器不仅可以有效滤除设备对电网造成的干扰，它还可以阻断电网中的电磁干扰设备的传播途径，从而起到双向隔离的作用。但是，电源滤波器的安装则有一定的规则，如果安装不当，则可能起不到应有的滤波效果。

3）电源滤波器安装控制及走线布置。电源滤波器的安装位置要靠近电源线的入口出处，且电源滤波器的电源输入线尽量要短；其次是输入输出线尽量分开走线，若捆扎在一起，其高频干扰信号就会通过输入输出线直接发生耦合，而被旁路掉滤波器；再者，电源滤波器的外壳接地要良好，即与金属机箱要有良好的搭接。

4）送检设备测试案例。某厂家同时送检两台设备A和B，其结构设计类似（A为台式设备，B为落地式设备）。当B设备在添加电源滤波器后，顺利通过了传导干扰测试。那么在测试A设备时，部分频点就发现超标。经调查了解，其实是在A设备的金属机箱内壳上涂了一层绝缘漆，从而导致了滤波器的外壳没有良好的接地；其次是滤波器的安装位置没有靠近电源线的入口处（怕滤波器的安装会加大漏电流，以致于超过医用电气设备的要求，其实这也不是降低漏电流的最合理有效的方法）。电源线进入产品的屏蔽体后，传送到电源滤波器还会有一段较长的距离。来自PCB或开关电源中的高频信号会通过空间传输耦合（容性耦合和感性耦合）到这段线上，使得电源滤波器无法达到预期的效果。但是，担心滤波器的安装可能会导致漏电流的增加也有一定的道理。如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的，则漏电流的值主要取决于Y电容（火线和地线之间、零线和地线之间并接的电容，Y电容抑制共模干扰）的漏电流，即主要取决于Y电容的容量（当Y电容越大时，则漏电流也就越大）。为妥善的解决滤波器与漏电流之间的矛盾，则应该选用市场上专为医用电气设备制造的低漏电流滤波器，这也是妥善解决该矛盾的有效方法。去除内壳的绝缘漆后，正确的安装医用电气设备专用的低漏电流滤波器，就顺利通过了传导干扰的测试。

2.2辐射干扰

1）辐射干扰的传播途径及测试方法。对于辐射干扰，它是指受试设备通过空间传播的干扰辐射场强引起的辐射干扰。而引起辐射干扰的原因也很多，需要具体分析、分别对待。在上例医用电气设备A和B中测试，进行辐射干扰测试时，A设备顺利通过了辐射干扰的测试，而B设备就没有。发现在频点55MHz和100MHz左右超标。将设备A和B进行对比：则B设备相对于A设备来说，它多了一个电子秤。因此初步判断，其超标的原因可能是电子秤的关系。当关闭电子秤时重新进行测试，结果超标频点消失了。对此，我们认定超标的问题就在电子秤上。

2）辐射干扰的判定。屏蔽系统设备的辐射问题，一般与电源线、信号线和结构屏蔽泄漏三个方面都有关。由于超标频点在55MHz和100MHz左右，因此超标问题不大可能是由于结构屏蔽泄漏所产生的。因为根据经验公式也可知，一般情况下缝隙长度满足如下公式（1）的条件，则就不会产生严重的电磁波泄漏。

τ<λ/10～λ/100（1）

其中：τ—缝隙长度，如果是圆孔τ代表直径；λ—波长。

根据公式（1），要在上述频点产生结构屏蔽泄漏，则缝隙的尺寸一般应大于3cm为宜，而实际上电子秤并不存在3cm的缝隙。所以可将解决问题的思路定位在电源线和信号线上。而电子秤与主机相连的电缆共有两条：电源线和信号线，信号线连接主机和电子秤。据此初步判断是由于电子秤的电源线或信号线产生的单导线辐射引起的测试结果超标。根据电磁兼容理论，当导线的长度l≤1/4λ波长时，一般会产生单导线辐射。测试中超标的频点在55MHz和99MHz左右，对应的1/4波长为1.4m和0.76m左右，所以恰好与电子秤的电源线和信号线之间的距离吻合。

3）辐射干扰的处理措施。基于所测试超标频点的超标幅度较小，因此就没有必要在信号线和电源线上均加入了磁环，而只要在电子秤的信号线上加上磁环即可。如此处理后，再重新进行测试，结果就顺利通过，没有电磁辐射干扰了。

3结束语

医疗电气设备出现电磁干扰，经过EMI专用测试设备测试后确定在某个频点存在干扰，再经分析判断确定某种干扰源，然后便可做出正确的处理。如此处理后，即可从根本上避免和消除该类干扰问题的发生。但是站在设计的角度，一定要将电磁兼容设计理念融入到产品开发中去；站在维修的角度，需要了解设备被电磁干扰的基本理论依据，并能采取简捷有效的治理干扰方法。

参考文献：

[1]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].中国电力出版社，1999，73-74.

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[4]医用电气设备的安全设计安全与电磁兼容[J].医疗装备，2006（5）.

[5]郑军奇.EMC（电磁兼容）设计与测试案例分析[M].电子工业出版社，2006，45、117-121.