試析醫療電子產品的電源系統電磁優化設計

文基功

目前，隨著醫療電子行業的發展，醫療設備的復雜性提高，應用的范圍和領域也越來越廣泛。醫療電子產品中應用了大量的電子芯片，這些電子芯片的運行速度很高，由此帶來了很多電磁輻射問題。另外，為了提高效率，節省能源，產品中使用了開關電源，這些開關電源在工作時高速通斷，也會引入電磁干擾。這些電磁干擾會對周圍環境，病人造成傷害。本文討論了解決以上電磁兼容（EMC）問題所采取的措施，即對電源系統進行優化設計。

【關鍵詞】醫療電子 電磁兼容 優化設計

隨著當前醫療設備電子化的不斷發展，電磁輻射和干擾問題日益突出，為了給醫療人員和病人一個安全可靠的環境，進入20世紀以來，世界各國紛紛討論研究有力方法解決醫療設備的電磁兼容問題，包括減少電子醫療設備對周圍環境的電磁影響，即EMI問題，和減少周圍環境對電子醫療設備的電磁干擾。其中EMI問題的研究主要包括輻射噪聲源的定位、輻射強度的預估及輻射噪聲的抑制。

醫療設備受到電磁干擾，無法正常工作，就會給治病帶來一定的困擾。輕則產生誤診，重則危及生命。因此我們認識到EMC問題，對保證醫療設備的正常工作，減少醫療事故具有重要意義。EMC己經成為檢驗醫療設備重要性能指標之一。所以研究電磁兼容問題是醫療設備電子產品的發展趨勢，通過對醫療電子產品的電源系統進行電磁優化設計，可以大大增加產品的抗干擾能力，同時減少產品對外界的輻射。這樣不僅可以保證產品的安全性，穩定性，同時也保證了產品能順利通過產品合格測試，早日投入市場，為醫療患者服務，從而推動醫療事業的健康、快速發展。

1 電源系統抗干擾器件的優化設計

1.1 壓敏電阻

接入電網的醫療電子產品的電源端口要能夠承受浪涌干擾。因此要對電源端口進行設計以防止浪涌的干擾。在進行電源端口的抗浪涌干擾設計時，首先要注意加入耦合網絡。耦合網絡的作用是將規定的浪涌加在測試電纜上，從而可以有效的測試該設備對浪涌的抗干擾能力。試驗時常用組合波形式（發生器開路時產生1.2/50us的電壓波，發生器短路時產生8/20us的電流波；發生器的內阻為2）的浪涌加到電源線上，且正負極干擾至少各施加5次且最大重復頻率為1次/min，試驗電壓緩慢增加到規定電壓。對于浪涌的控制，根據經驗，主要是采用抗干擾器件，例如放電管，壓敏電阻，二極管等。壓敏電阻的設計主要考慮它的參數，包括電壓，額定電流等。此外，由于壓敏電阻的電容比加大，所以不適合使用在高頻場合中。

1.2 濾波器

在網絡中經常出現負載變化，繼電器通斷切換等問題，這種瞬態變化會給設備的正常運作帶來干擾。濾波器主要是根據EMC設計需要而專口制作的，一般使用在設備電源入口端。設計優良的濾波器可對電纜線上的高頻電流起到有效的抑制作用，既可以防止內部的電磁波向外擴散，又可以防止外部復雜的電磁環境對設備內部造成影響。在濾波器的設計上，由于電源線上的電阻由于頻段的影響，存在變化性和不確定性，

（1）要求濾波器的頻段要盡可能的寬泛。

（2）濾波器的設計遵循阻抗不匹配原則。

由于實際過程中阻抗的測量比較難以實現，往往需要對比試驗，根據試驗的結果，選擇合適的濾波器。

2 電源系統抗干擾器件的優化設計

2.1 鐵氧體磁環

一般醫療產品的所應用的電源線是不帶屏蔽的，當高頻電流流過時，很可能通過電源線向外輻射電波。磁環作為一種導磁體，在電源線的重要的部位安裝上磁環，可有效控制輻射。所以應該考慮設計磁環的數量，形式、規格、安裝部位等方面。一般在標準暗室測試時，如產品的發射在低頻段處于較高水平時，此時在產品的電源線合適的位置夾套上一定數量的磁環往往對產品的輻射抑制效果明濕。但具體還要根據實際測試結果的前后對比決定是否要使用磁環。在磁環安裝時首先要估測輻射的頻率，如果輻射發生在較低的頻段，則選用優質的鐵氧體磁環，如果輻射發生在較高的頻段，則選用普通的鐵氧體磁環。如果磁環對電磁輻射的控制效果不明顯時，可采用更厚的磁環。安裝磁環需要注意安裝在靠近輻射源的位置，安裝時需要將磁環包緊電源線，以免漏磁，影響抗輻射效果。

2.2 導電襯塑

導電襯墊作為一種常用的材料，在醫療電子產品中有廣泛的應用。導電襯墊主要有兩方面的功能。

（1）可以填和金屬外殼之間的間隙，保證導電連續性，防止內部的電磁信號傳遞到周圍的環境中去從而對環境造成電磁污染。

（2）導電襯墊可以增加兩個接觸面之間的搭接性，降低接頭處的電阻值。

一般用于醫療電子產品中的導電襯墊主要考慮材料的導電性、塑性和耐腐蝕性等。根據以上幾點要求，我們可以選擇導電橡膠，導電布，金屬絲網等做為導電襯墊。在設計時，要注意正確安裝導電襯墊。在安裝時首先要用干凈的布將電源、濾波器外殼擦拭干凈，表面不平整的地方要用銼刀或砂紙磨平。如果接觸面噴漆，則需要將漆打磨掉。接著鋪好襯墊材料。材料應平整的鋪在兩個接觸面之間，并用螺絲固定好相關部件。如使用指型襯墊可將其插入接觸面中，再用螺絲固定。

本文主要討論了醫療電子產品的電磁兼容性的問題，主要包括電源系統優化設計的器件和材料。通過這些器件和材料的合理使用和設計，可以使電源系統的抗干擾性能力增加，而且減少了電磁輻射性，降低了外界環境對產品的電磁影響。

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作者單位

開封市兒童醫院設備管理科 河南省開封市 475000