EMI 滤波器在某红外光医疗设备传导发射试验上的应用

2023-07-25刘艳灵高之鹏何浩星徐默达曹相军

科技与创新 2023年11期

刘艳灵，高之鹏，何浩星，徐默达，张伟，曹相军

（河南省药品医疗器械检验院，河南郑州 450000）

随着人们生活质量的提升，人们越来越关注身体的健康和护理，而红外光医疗设备是护理工作中不可缺少的重要工具。红外光医疗设备根据人体正常组织与病变组织对特定波长的光能照射具有选择吸收的特性，促使黏膜产生热固化效应和生物共振吸收效应，使病变组织凝固、变性、结痂、脱落，以达到组织修复、再生、改善循环、增加新陈代谢等功能。

近年来，红外光医疗设备发展迅猛，在有源医疗设备中占有一定的比例，而该类设备在电磁兼容性上出现的问题也比较明显，经常出现发射超标或者抗干扰能力不足的现象。

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是指设备或系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力[1]。当前有源医疗器械正处于蓬勃发展的时期，医用电气设备的EMC 问题备受关注。红外光医疗设备作为有源医疗设备的一类，其电磁兼容性同样受到人们的关注。

要用标签注明废液的种类，根据废液的不同性质在阴凉处分类、密闭存放。常用的废液处理方法有酸碱中和法、化学沉淀法、氧化还原法和萃取法。例如，含银的废液可以加入过量饱和NaCl溶液进行沉淀处理；含汞、铅、锰等重金属离子的废液，可在碱性条件下加入Na2S，形成沉淀分离后将溶液调节至中性再进行排放。

传导发射（Conducted Emission，CE），也被称为传导骚扰，是指系统自身的电压、电流信号通过信号线、电源线或信号地线等线缆被设备传输出去并对其他系统、组件的正常运行产生干扰的电磁现象[2]。测试频率主要集中在150 kHz～30 MHz 范围内，将试验测量值与标准值进行对比，以此判断受试设备是否通过传导发射测试。

1 某红外光医疗设备的测试背景

1.1 测试方法

该红外光医疗设备按照I组A 类设备进行测试。GB 4824—2019/CISPR 11：2016 对I组A 类设备在试验场地测量时的传导发射试验的限值规定如表1 所示[3]。

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图1 传导发射连接图

1.2 测试结果

传导发射（CE）试验连接图如图1 所示，包括接收机、人工电源网络（Line Impedance Stabilization Network，LISN）和受试设备（Enterprise Unified Talker ，EUT），其中接收机是电磁骚扰试验中最常用的测试仪器，人工电源网络是一种耦合去耦电路，提供规定的50 Ω阻抗，将受试设备与电网隔离开来，为受试设备提供干净的交流/直流电源，把受试设备的骚扰信号耦合到接收机进行测量。

表1 Ⅰ组A 类传导发射试验限值

按照I组A 类设备进行传导发射试验，按照图1 的试验布置，连接电源后，开启设备的所有功能，并调至最大强度，测试结果如图2 所示。由图可知，该受试设备的准峰值、平均值在某些频率段超出了限值。

图2 传导发射结果图

2 原因分析

安装EMI 滤波器时，应尽量靠近设备的入口处，连线要尽量短，将地线连接好，输入和输出线需分开走线，避免平行走线，且不能捆扎在一起，以防止线路之间的耦合，降低滤波特性。

上述接地和安装磁环无效果后，采用在电源输入端安装EMI 滤波器的方法。EMI 滤波器由电感、电容构成，其电路图如图3 所示。

在选择滤波器时，需要注意额定的电压及电流值、插入损耗、负载电容、漏电流等技术指标，在保证电压/电流的基础上，插入损耗是滤波器最重要的技术指标[6-8]。

3 整改措施

电磁兼容干扰的3 大基本控制技术包括接地、滤波和屏蔽，结合上述对干扰来源的分析，首先采取了接地和安装磁环比较简单的措施，经测试，整改后效果不明显。

3.1 EMI 滤波器的工作原理

由图2 呈现出来的试验结果可以看出，超标的频率段集中在150 kHz～20 MHz 内。传导骚扰分为2 种，即差模干扰和共模干扰[5]。通常情况下，在低频段内，开关电源在“打开—关闭”的动作过程中形成的不连续电流所造成的纹波电压会造成差模传导骚扰。而在高频段，由于电压的高频谐波分量通过电源与地之间存在的分布电容传入大地，与电源线构成回路从而造成传导骚扰，主要以共模的形式呈现。

图3 EMI 滤波器电路图

其中，Cx为差模电容，Cy为共模电容，滤波器的一端接入电源，另一端连接负载。EMI 滤波器多为低通滤波器，用于切断沿导线传播的传导骚扰。

3.2.2 插入损耗

3.2 EMI 滤波器的选型

另有数据显示，与使用前比较，使用智能药柜后各病区的基数药品种类数由65.8增至157.7，调剂临时医嘱药品的平均时间由24.5分钟降至5.8分钟，护士药师频繁往返于药房-病区之间取药的时间大幅减少，护士和药师都有了更多的时间专注于患者的护理和药学服务。与此同时，各个病区临时医嘱平均退药次数也由200次下降到20次，呈大幅下降趋势。

3.2.1 电压/电流值

由于当EMI 滤波器的工作电流超过额定电流时，在造成滤波器发热严重的同时也会造成低频滤波器性能降低，所以在选择EMI 滤波器时，额定电流要留有一定的余量。

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插入损耗是指在传输系统的某处插入EMI 滤波器前后，由噪声源产生的干扰消耗在同一负载上的功率的比值[9]。插入损耗值是在EMI 滤波器两端阻抗为50 Ω的条件下测得的，因此在实际应用中，应在理论值的基础上加一定的余量。

3.3 EMI 滤波器的安装

该红外光医疗设备由开关电源、DC 电压转化电路、触摸屏等电路构成。通常，开关电源对电磁兼容中的EMI 影响较大，是设备的主要骚扰源。开关电源中采用的开关管、整流二极管或续流二极管及变压器在大电流、高电压条件下工作时，由于高频开通关断会导致电流和电压的快速变化，因此产生的EMI 会通过电源线向外界传播很强的电磁干扰[4]，从而造成电磁骚扰的增强。

许多人错误地认为，传导发射的最高频率是30 MHz，那么就可以忽视EMI 滤波器对高频的衰减影响。因为线缆是个高效的辐射天线，当线缆上存在高频的传导电流时，会产生大量的电磁辐射，从而可能会造成设备的辐射发射超标的现象。因此，在选择EMI滤波器时，既要保证传导发射顺利通过，也要满足辐射发射的要求。

3.4 安装EMI 滤波器后的测试结果

按照上述描述在电源输入端安装合适的EMI 滤波器后，再次对该台设备进行传导发射试验，试验结果图如图4 所示。

（1）《中国矫形外科杂志》网址：ZJXS.chinajournal.net.cn；Http://jxwk.ijournal.cn为本刊唯一在线投稿系统，其他均为冒充者，稿件上传后自动生成编号，稿号为：2018-xxxx。其他冒充者的稿件编号五花八门，多为：YZ2018xxxxxxxx或ZGJXWKZZ-180528-L0413D35F1807-KS等，多很繁琐，请广大作者注意辨别。

图4 安装EMI 滤波器后的传导发射结果图

由图可知，传导发射试验合格，同时再次测试辐射发射试验也是合格的。

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