探讨医用激光设备辐射发射问题检测与整改

林联君，程云章 浙江省医疗器械检验研究院，杭州市，3008 上海理工大学，上海市，00093

0 引言

医用激光设备的种类及其配件、附件虽因不同用途而各不相同，但一般包括激光电源、激光器、冷却系统、控制与防护系统和激光传输系统。电源与控制系统为激光器的激励源提供能量和控制，导光系统为激光提供指定通路，引导激光到达诊治部位。激光器作为医用激光设备的核心部件，应用于医疗的激光器种类繁多，主要有二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴激光器、掺钬激光器、掺铒激光器、倍频YAG激光器、

红宝石激光器、半导体激光器、准分子激光器等，很多医用激光设备通过激光器类型作为产品名称，由于医用激光设备工作机理和功率特点，往往在辐射发射项目比较容易出现问题，本文就从针对检测案例中出现的辐射发射问题并对此问题所采取的整改措施展开阐述。

1 医用激光设备辐射发射问题与整改措施

根据YY 0505—2012标准辐射发射测试要求[1]，辐射发射主要考核被测设备通过辐射方式传播的电磁波能量，通过对医用激光设备进行检测，出现了各种不合格现象，并对不合格现象和企业所采取的临时整改措施统计见表1。

医用激光设备和其他医用电气设备的不同之处在于激光类产品的导光系统经常会带来问题，医用激光设备的导光臂直接放置在机身上，连接处存在缝隙，使得导光臂可以成为一个天线系统，也可能导致辐射发射超标。

2 辐射发射整改措施分析

形成有效的辐射发射与频率有关，通过一定的传播途径，辐射问题也可以转变为传导问题，传导问题也可以转变为辐射问题，两者可以共存，需要站在全局看待辐射问题。为了使产品注册过程中的辐射发射整改措施具备可持续性，比较合适的方案就是从产品设计阶段就需要考虑辐射发射问题及其他电磁兼容问题，从控制骚扰源的能量、阻断骚扰传播途径、提高敏感设备的抗干扰能力三方面开始（见图1）。

在产品工程样机阶段摸底试验如发现辐射发射超标时，其定位思路一般是根据经验和产品电路图先进行骚扰源的模糊定位，然后利用近场探头等工具进行具体位置确定，确定了骚扰源和大致的传播路径来考虑采取哪些整改措施。如果骚扰源超标的频点比较明确，则可以直接对骚扰源进行定位，可对骚扰源采取屏蔽、滤波等处理方式，当出现骚扰源无法整改时，可对传播途径采取措施。根据上述思路通过下述对某激光治疗仪的辐射发射超标整改进行举例，用近场探头发现激光电源部分的开关电路为主要骚扰源，所采取的整改措施如下：

表1 医用激光设备辐射发射问题与整改措施Tab.1 Radiation emission of medical laser equipment and correction measures

图1 电磁骚扰源、传播途径和敏感设备Fig.1 Sources of electromagnetic disturbance, propagation path and sensitive equipment

（1）在PFC、驱动等MOS管漏极各串磁珠一颗（见图2圆圈标注部分），通过吸收高频信号使大部分能量最终消耗在磁珠上，从而抑制辐射骚扰。

图2 MOS管漏极加磁珠Fig.2 Leakage of MOS transistor increases magnetic beads

（2）改变在PFC、驱动等MOS管珊极驱动电阻（图3圆圈标注部分），加大MOS管（R1、R4）两个驱动电阻，改变MOS管开关速度。

图3 MOS管珊极驱动电阻Fig.3 Core drive resistance of MOS transistor

（3）在整流二极管两级串磁珠各一颗（见图4圆圈标注部分），来控制二极管尖峰干扰，将峰值降低以达到有效抑制辐射干扰。

图4 整流二极管串磁珠Fig.4 Rectifier diode string beads

（4）VCC输入端增加磁珠一颗（见图5圆圈标注部分），用来滤除VCC电源带来干扰信号，从而使信号更稳定，不影响MCU的正常工作。

图5 VCC电源输入端加磁珠Fig.5 VCC power input foot plus magnetic beads

（5）DC5V/GND电源加共模电感（见图6圆圈标注部分），在稳压管后面增加一个小电感，滤除电源中的共模干扰信号，共模电感也是起到滤波作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

图6 DC5V/GND电源加共模电感Fig.6 DC5V/GND power supply plus common-mode inductor

（6）在开关变压器上增加屏蔽层，加入屏蔽层后等于在一个电容的两个极板之间再加入一个极板，这个极板引出电极后就变成两个电容的串联，中间用电容接地，就可以将前级来的干扰信号对地短路，优化了电源的干扰，对辐射也有一定好处。

（7）在电源线、信号线等多股线缆上加磁环和磁珠来降低噪声和尖峰干扰，同时可将一根多芯电缆或一束多股电缆穿于磁环中，多穿一次可增加其效果。

通过上述整改措施后，再次进行辐射发射项目测试，测试结果见图7所示，上述整改措施有效地控制了辐射源能量和阻断了传播途径。

图7 整改后的辐射发射测试结果Fig.7 Test results of radiation emission after modification

通过表1企业所采取的整改措施发现，这些措施只是对出现问题的表象进行临时性堵漏和疏导，以达到本次试验快速通过目的。如图8所示产品辐射发射不合格所采取的整改措施是把整个散热孔用屏蔽材料覆盖，意味着产品注册检测过程中出现的整改措施即使通过了本次试验要求，但在上市后生产的产品又怎么能够持续符合标准要求呢？解决辐射发射问题整改，常见的解决思路就是从接地、滤波、屏蔽和PCB设计等措施来解决电磁兼容问题，但往往会出现电磁兼容问题是解决了，电气安全又会出现问题。如图9所示整改措施中常见加了磁环就可能出现不符合GB 9706.1—2007标准中57.4a）条要求。保护接地导线后由于载流导线被绷紧，因此需要跳出电磁兼容看电磁兼容问题，可利用电磁兼容设计法则（经验）和电磁兼容规律，如利用电磁兼容设计检查表等工具来尽量规避产品成型后出现不合格而进行大整改。

图8 辐射发射不合格采取的整改措施Fig.8 Rectification measures for unqualified radiation emission

图9 电源软电线的导线在固定用零件失效试验中被磁环卡住Fig.9 The conductor of soft wire of power supply is stuck by magnetic ring in failure test of fixed parts

3 结语

医用激光类设备的辐射发射从产品设计阶段就需要考虑，掌握电磁兼容设计法则，坚持利用电磁兼容规律，电磁兼容试验只是最终验证产品是否满足设计需求的手段，要开发一个可以满足电磁兼容要求的医用激光设备，可以通过布局、布线、滤波、接地等方法，但这些只是手段，最终仍需要在设备整个开发流程中的管控来避免不必要的电磁兼容问题的发生，以达到低成本地解决诸多电磁兼容问题。