医疗设备辐射骚扰的整改措施研究

梁 珺

（国家家用电器产品质量监督检验中心（安徽）/合肥产品质量监督检验研究院 合肥 230088）

引言

近年来，随着医疗设备技术不断发展，各种新型医疗设备层出不穷，在对病情的诊断和治疗方面起到重要的作用。随着医疗设备的灵敏度和智能化水平不断提高，同时其诊疗系统使用了各种高频、射频发射元件和部件，工作时可能受到电磁干扰，或作为干扰源传播电磁波，影响环境中其它设备的工作[1]。从而影响医疗设备诊断的准确性，甚至危及病人的生命安全。医疗器械电磁兼容符合YY 0505-2012、GB 4824-2013标准要求是迫切需要解决的问题。

医疗设备结构复杂，往往在电磁兼容性能中辐射骚扰（RE）问题突出且较难整改，本文通过对辐射骚扰超限值案例的整改分析，为医疗设备厂商设计产品时对辐射骚扰问题的抑制带来帮助。

1 辐射骚扰超限值案例分析

辐射骚扰测量是检测设备通过空间传播的骚扰辐射场强[2]。辐射现象的产生必然存在着天线与源，其测试实质就是测试产品中两种等效天线所产生的辐射信号[3]。

依据标准GB 4824-2013的测试要求，某台医疗设备正常工作时的辐射骚扰存在包络式超标，如图1所示。为了分析超限值原因，在设备待机状态进行了测试，如图2所示，包络式超标消失。由于设备待机状态下，逆变控制模块还未启动，根据排除法可初步确定该包络式超标是由于逆变控制电路的工作产生的。为了对设备进行有效整改，首先需要确定引起超标的具体位置，然后根据超标位置及原因进行整改设计。

逆变控制电路工作时，电路中处于开关状态的功率模块及连接线缆容易导致辐射超标。该样品中的逆变控制电路模块通过多根线缆（逆变输出线、加热控制线、220 V供电线、信号反馈线）与其他模块相连，所以需要确定骚扰源为具体哪一根或哪几根线缆。同时，原电路板安装盒为不锈钢壳体，存在较多的孔缝，没有考虑屏蔽性能，进出安装盒的线缆只有部分为屏蔽线缆，且屏蔽层在壳体处没有进行360 °环接处理。高频干扰噪声有可能通过其他非屏蔽线缆或自身屏蔽不良处辐射出去，因此还需要对该模块做有效的屏蔽处理。综上所述，需对逆变控制电路和内部模块布局两个方面进行整改优化。

2 逆变控制电路优化

为了定位骚扰源，从而有针对性的进行电路优化，在设备正常工作状态下，我们借助频谱仪和近场探头对该电路模块及相关连接线缆的辐射情况进行分别测试，了解各部分辐射频谱分布及强度。图3～图6为使用频谱仪和近场探头测得的各线束辐射情况。

图1 正常工作状态辐射骚扰曲线

图2 待机状态辐射骚扰曲线

图3 逆变输出线

图4 加热控制线

图5 220 V供电线

由图3～图6可发现，逆变输出线的电磁辐射最强。该设备逆变输出线连接的是工作于快速开关状态的功率电路单元，属于交变的高电压、大电流信号，其输出信号的特性决定了该线缆具有很强的电磁辐射能力，因此可以确定该部分是引起辐射超标的主要原因。

为了降低逆变输出线的辐射骚扰，可以在逆变控制电路板上对该电路做一定的滤波处理，从源头抑制高次谐波，降低输出线缆上的高频成分。因此在输出端增加滤波电路模块如图7所示，使得该电路对信号做共模差模滤波。输出增加该滤波电路模块后，采用相同的输出功率测试逆变线频谱强度，如图8所示可以看到辐射强度明显降低。

3 内部模块布局优化

对于原电路安装盒屏蔽不良问题，具体方法是电路板安装盒采用屏蔽效果良好的金属壳体设计，所有进出安装盒的线缆屏蔽层通过穿墙板与外壳做到360 °环接。穿墙板的框架为镀有金属导电层的塑料构件，中间穿有导电胶。线缆屏蔽层可以与导电橡胶做到360 °良好环接，并最终实现与壳体相连。线缆屏蔽层的另一端通过接地尼龙夹与机架相连，由于接地尼龙夹表面为金属导电材料，因此可以做到屏蔽层360 °环接接地。屏蔽盒壳体与整机机架良好搭接，这样屏蔽盒与线缆屏蔽层就可以实现良好的屏蔽性能。为了进一步抑制线缆对外辐射强度，在屏蔽盒外侧线缆和控制电机的驱动线上再分别套上EMC磁环，抑制共模骚扰。

4 优化结果验证

通过对电路板增加滤波模块、对电路及线缆做良好屏蔽处理，达到抑制高频噪声辐射的目的。图11是增加滤波及屏蔽措施后的辐射骚扰实测情况，从图中可以看到，所采用的优化方案效果显著，逆变控制电路正常工作后辐射强度大幅降低，基本满足要求。原先的低频段包络式超标整体下降。再经过多次测量，测量结果基本一致，这样确保测量结果有6 dB以上的余量就可以保证最终测试结果通过。

5 总结

图6 信号反馈线

图7 滤波电路模块

图8 滤波电路效果对比

图9 穿墙板

图10 接地尼龙夹

医疗设备出现辐射骚扰超限值情况时，困难和重点往往在于寻找和定位骚扰源，根据上述案例分析可知，通过分析测试曲线，利用近场探头和频谱仪、或者通过排除法逐个插拔线缆测试，基本都可以找到骚扰源。查找骚扰源时，应重点关注电源线、信号线等易产生辐射骚扰的线缆。

图11 整改后辐射骚扰复测曲线

针对骚扰源进行整改设计时，一般可以根据不同医疗设备的特性，从屏蔽、滤波、接地三个方面考虑。对于医疗设备来说，往往内部存在多个功能模块电路，用来连接各模块的线缆也很多，但设备外壳多为塑料材质，这就要求加强设备内部模块的屏蔽效果。内部模块电路安装盒可以采用屏蔽效果良好的金属壳体，通过反射、吸收、抵消等抑制内部干扰不外流，并尽可能减少缝隙，根据经验公式，一般情况下缝隙长度满足公式（1），则不会产生严重的电磁波泄露[4]。同时，连接线缆采用屏蔽线缆，将金属外壳和屏蔽线缆良好接地，使能量得到释放，也可降低电磁骚扰。对于设备内的单独功能模块，若存在晶振电路或大功率输出信号，需考虑对其高次谐波分量和信号输出端的滤波措施，例如利用电容、电感、电阻或共模电感等配置滤波电路。

式中：L为缝隙长度；如果是圆孔，L代表直径。

同时，如果在医疗设备的设计阶段没有很好的考虑到电磁兼容问题，医疗设备进行注册检验时，若出现辐射骚扰超限值情况，对于整机来说，内部电路已经模块化且较难整改。建议企业可在设备设计初期在电路设计和模块布局上考虑电磁兼容问题，避免电磁兼容超标风险，不仅可以降低成本，还能加快产品注册效率。