【正文】 的， ；用于醫(yī)療設(shè)備的濾波器，由于醫(yī)療設(shè)備要直接接觸人體，因此對漏電流的要求就更高。對于圖34 所示的電源線EMI 濾波器電路，漏電流主要由L 、N 和地線E 之間的共模電容CZ 和C3 的容抗決定大小。 漏電流的限制，CZ 和C3 值的確定計算方法如下：設(shè)C2 = C3 ，由于總的漏電流等于兩個電容的漏電流之和，因此允許每個電容的漏電流為3 .5mA / 2 = 。 ( 3 . 1 ) ( 3 . 2 )需要注意的是，由于共模濾波電容可能直接接觸人體，因此必須使用可靠性很高的Y 級別的電容（不會發(fā)生擊穿短路）。圖34 中的共模扼流圈的作用主要是濾除低頻共模干擾。應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備的電源線濾波器由于受到漏電流的限制，有時不使用共模濾波電容，這時，則需要提高共模扼流圈的高頻特性。共模扼流圈是指在一個閉合磁環(huán)上對稱繞制方向相同、匝數(shù)相同的線圈1491 ，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。如下圖35 所示。圖3–5 共模扼流圈兩個線圈繞在同一磁芯上（同名端都在線圈左端），這種接線對相線和中線間所形成的差模電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，不會產(chǎn)生磁路飽和。而對相線或中線對地線所形成的共模干擾具有電感抑制作用。濾波器很大程度上是用來抑制共模干擾的，共模鐵芯材料可選取高磁導(dǎo)率的軟鐵磁性材料。一般共模扼流圈電感約為幾十微亨到幾十個毫亨的范圍。由于共模鐵芯是一個封閉的環(huán)形，故其共模電感可用下式計算： ( 3 . 3 ) 其中：A 為鐵芯的橫截面積（cm2 ) 。 D 為磁環(huán)平均直徑（cm ) 。uri為磁環(huán)初始磁導(dǎo)率；N 為線圈匝數(shù)。本系統(tǒng)電源電路設(shè)計中，采用了上圖34 的EMI 電源濾波電路來抑制電源線上的共模和差模的電磁干擾，系統(tǒng)還對電源濾波器加屏蔽外殼，并使其接地良好；進(jìn)線端與出線端要嚴(yán)格分開，以防止感應(yīng)和輻射耦合。經(jīng)過EMC 抗擾度標(biāo)準(zhǔn)測試證實使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，系統(tǒng)的EMI 電源濾波電路設(shè)計是可行的。3 . 3 治療儀的電磁兼容EMC 共性問題電源對任何電子設(shè)備來說都是必要部件，電源部分的可靠性直接關(guān)系到設(shè)備的可靠性，一個抗干擾性能好的電源應(yīng)是在接地、濾波和屏蔽這三方面設(shè)計上作綜合性考慮。接地、濾波和屏蔽在電磁兼容性設(shè)計上有著獨特作用，相互之間又是關(guān)聯(lián)的。例如，良好的接地可以降低設(shè)備對屏蔽和濾波的要求，而良好的屏蔽也可以使濾波的要求低一些。本節(jié)以系統(tǒng)的電源電路設(shè)計為基礎(chǔ)，研究治療儀電磁兼容性設(shè)計中的共性技術(shù)。家用電器比較典型的EMI 干擾來源于電源系統(tǒng)、電動機(jī)及其調(diào)速裝置、晶閘管、可控硅加熱控制器等等。家用電器常采用兩種電源供電：線性電源和開關(guān)電源。開關(guān)電源與線性電源相比較，具有高效率、功耗小、高功率密度、高可靠性以及體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點，從而得到廣泛應(yīng)用。但開關(guān)電源的突出缺點是產(chǎn)生較強的電磁干擾( EMI )。EM 工信號既占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境，對周圍設(shè)備造成干擾?；菊髌鞯恼鬟^程是產(chǎn)生EMI 最常見的原因［50] ，這是因為正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流，而是變成單向脈動電源，此電源波形分解為直流分量和一系列頻率不同的交流分量之和。較高的諧波會沿著輸電線產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾，使接收機(jī)產(chǎn)生噪聲。3 .3 .1 采用濾波、屏蔽和接地技術(shù)的電源電路本系統(tǒng)設(shè)計出一種采用濾波、屏蔽和接地技術(shù)的電源供電電路，如下圖36 所示。在交流電源進(jìn)線處，設(shè)置一個帶防浪涌波的EMI 電源濾波器，對頻率很高的干擾波和浪涌電壓沖擊具有較強的抑制力。為了減少電源變壓器的初、次級的分布電容，采用電屏蔽體技術(shù)措施，在初、次級繞組分別加屏蔽層，并在兩者間插入電屏蔽體，該電屏蔽體必須與次級屏蔽層相連接至直流地端，切記不能與初級屏蔽層相連到地。這樣可使電源地線上的干擾經(jīng)過初級屏蔽層與屏蔽體之間的雜散電容耦合到屏蔽體，并旁路到直流地端，而不會經(jīng)過屏蔽體與次級屏蔽層耦合到整流器的輸入端，影響后面直流電源。初級屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線，與外殼相連接大地[25]。圖36 系統(tǒng)電源電路圖機(jī)殼接地是為了保證人身安全，任何高壓電氣設(shè)備及電子設(shè)備的機(jī)殼、底座都需要安全接地，以避免高電壓直接接觸外殼或避免由于內(nèi)部絕緣損壞造成漏電打火使機(jī)殼帶電，否則人體觸及機(jī)殼會產(chǎn)生觸電危險。本電源電路設(shè)計結(jié)合利用了電源EMI 濾波器的雙向特性和帶電屏蔽隔離變壓器的屏蔽隔離作用［45] ，使交流電流經(jīng)過濾波、整流電路后的直流電源更加純正，這對后面直流電路中繼電器和單片機(jī)的運行穩(wěn)定有很大作用。并且電源EMI 濾波器還通過安全接地方法，將干擾旁路到電源地線上，使系統(tǒng)進(jìn)一步提高整體抗干擾能力和安全穩(wěn)定性。3 .3 .2 電磁兼容性EMC 的共性問題當(dāng)代用計算機(jī)，微處理機(jī)以及其它復(fù)雜的、由集成電路所組成的設(shè)備來說，與電源干擾有關(guān)的干擾問題正日益嚴(yán)重，因為這些設(shè)備是在低功耗和高速度情況下工作的，導(dǎo)致它們對電源線的干擾特別敏感。電源線上的干擾主要以共模和差模兩種方式存在［48］。差模干擾是指存在相線與中線之間的干擾，共模干擾是指電源相線對大地，或中線對大地之間的干擾。通常，線路上干擾電壓的差模分量和共模分量是同時存在的，而且由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變。干擾在線路上經(jīng)過長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量的大，這是因為線間阻抗和線一地阻抗不同的緣故。另一方面，共模干擾的頻率一般分布在1MHz 以上，因此共模干擾在線路上傳輸?shù)耐瑫r，還會向鄰近空間輻射（這是因為線一地阻抗較大，加上共模干擾的頻率比較高，故容易逸出傳輸線，形成空間感應(yīng)）。電源線的輻射，特別是進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后的電源線輻射，可進(jìn)一步耦合到信號電路去形成干擾，所以很難防范。而差模干擾的頻率相對較低，不易形成輻射。再加上在一般線路中，在對付差模干擾時已經(jīng)有了不少措施（例如，在穩(wěn)壓電路中已經(jīng)用了很大的電容；在印刷板上，電源線與地線之間也普遍使用了去禍電容），故由差模干擾引起設(shè)備誤動作的機(jī)會相對少些。因此，設(shè)備的敏感度問題大部分是由共模干擾引起的。在當(dāng)前共模干擾是電磁兼容性設(shè)計考慮的重點，這從常用的抗擾度試驗內(nèi)容可以得到證實。其中靜電試驗、高頻輻射電磁場試驗、電快速瞬變?nèi)好}沖試驗、線一地間的雷擊浪涌試驗和由射頻場感應(yīng)引起的傳導(dǎo)試驗等，對受試線路來說，它們所感受到的都是共模干擾。3 .4 本章小結(jié)本章對電磁兼容設(shè)計中的重要內(nèi)容各種抑制干擾技術(shù)的設(shè)計，如屏蔽設(shè)計、濾波設(shè)計、接地設(shè)計作詳細(xì)分析說明。雖然每種方法在電路和系統(tǒng)的設(shè)計中有它獨特的作用，但相互之間又是有關(guān)聯(lián)的。以治療儀的電源電路為基礎(chǔ)，重點研究屏蔽、濾波、接地它們之間在治療儀電磁兼容性設(shè)計中的共性技術(shù)。第四章 系統(tǒng)抗電磁干擾的對策研究2005 年，我國醫(yī)療器械管理部門發(fā)布了YY05OS2005 《 醫(yī)用電氣設(shè)備第12 部分：安全通用要求并列標(biāo)準(zhǔn)：電磁兼容要求和試驗》 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。YY0505 標(biāo)準(zhǔn)中對醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容性要求包括兩個方面：發(fā)射和抗擾度。發(fā)射要求是為了保護(hù)周圍的電磁環(huán)境，也就是被測設(shè)備不得對其它設(shè)備產(chǎn)生不能接受的干擾；抗擾度則要求在一定電磁環(huán)境下，被測設(shè)備具有起碼的抗干擾能力，以保證醫(yī)用電氣設(shè)備運行的安全、有效。GB4343 .21999 《 電磁兼容家用電器、電動工具和類似器具的要求第2 部分：抗擾度》 該標(biāo)準(zhǔn)適用于家用和類似用途電器、類似器具、電動玩具以及電動工具的電磁抗擾度。實驗是檢驗電氣和電子設(shè)備是否符合電磁兼容性要求的最好方法。本章結(jié)合家用電器設(shè)備電磁兼容認(rèn)證的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、檢驗項目和電磁兼容性試驗的方法和步驟以及試驗的具體要求，從抗干擾抑制電路的具體實驗數(shù)據(jù)，證實系統(tǒng)所采用的抗干擾電路設(shè)計是可行的。實驗采用的抗擾度測試儀是TRASINET2000 。4 . 1 系統(tǒng)的電磁兼容性試驗設(shè)計大多數(shù)電子產(chǎn)品都在環(huán)境以及安全規(guī)范的控制范圍之內(nèi)工作。這些規(guī)范中，部分由法規(guī)固定下來，部分是保證產(chǎn)品“適合使用”。一個電子產(chǎn)品必須在它有意的應(yīng)用環(huán)境中可靠地運轉(zhuǎn)，如果在這個環(huán)境中有電磁干擾，則必須將這些包括在對產(chǎn)品的環(huán)境要求之中。EMC 抗擾度標(biāo)準(zhǔn)的功能之一就是在定義這個運行環(huán)境方面提供一個準(zhǔn)則[27]。電磁兼容性試驗的目的是確認(rèn)電子產(chǎn)品能否在實際環(huán)境中正常地工作，包括不干擾其它設(shè)備，也不被其它設(shè)備所干擾，在試驗中，必須注意的事項如下[25] : ，這包括：所連接的外部設(shè)備、電纜的種類、電纜的長度、接地狀態(tài)、安裝狀態(tài)；在對干擾最敏感的工作模式下進(jìn)行試驗，應(yīng)使設(shè)備處于最敏感狀態(tài)，在做干擾發(fā)射試驗時，設(shè)備處于發(fā)射最強狀態(tài)，并且試驗中還要適當(dāng)改變布局來求達(dá)到最大敏感度。、試品的工作方式及試驗的布局等情況明確記錄在案，以便必要時試驗可以重現(xiàn)及對比試驗結(jié)果。，規(guī)定了試品所需的外部保護(hù)裝置（或保護(hù)措施），那么試品就應(yīng)當(dāng)在有保護(hù)的情況下進(jìn)行試驗。，試驗應(yīng)在額定電壓和規(guī)定的工作條件下進(jìn)行。在進(jìn)行各個試驗時，必須了解各試驗等級所代表的典型工作環(huán)境，分別如下所示：1 級，具有良好保護(hù)環(huán)境下（如計算機(jī)環(huán)境）。2 級，應(yīng)用于安裝在一般保護(hù)的環(huán)境中的設(shè)備（如電廠的控制室）。3 級，應(yīng)用于安裝在無保護(hù)的環(huán)境中的設(shè)備（如公用配電網(wǎng)路、生產(chǎn)過程區(qū)域、變電站區(qū)域等）。4 級，應(yīng)用于被嚴(yán)重擾動的環(huán)境（如未采用特別安裝措施的電站、室外工業(yè)過程控制設(shè)備的安裝區(qū)域、露天的高壓變電站的配電和工作電壓高達(dá)500kV 開關(guān)設(shè)備）。4 . 2 家用和類似用途設(shè)備的電磁兼容認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及檢驗項目家用和類似用途設(shè)備是我國第一批實施強制性產(chǎn)品認(rèn)證（3C )測試項目，根據(jù)家用電器EMC 的國際標(biāo)準(zhǔn)（I EC610004 )以及相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)( GB4343 . 1 , GB4343 . 2 ) ，它討論了在電磁環(huán)境中的電氣和電子設(shè)備的抗干擾性能的測試。GB 4343 . 21999 《 電磁兼容家用電器、電動工具和類似器具的要求第2 部分：抗擾度》 抗擾度試驗包括低頻干擾、傳導(dǎo)性質(zhì)的瞬變和高頻干擾、靜電干擾、電磁場干擾等幾大類，每一類包括幾種不同的試驗和嚴(yán)酷度?？己穗姶趴箶_度（E Ms )的檢驗項目有：① 靜電放電抗擾度GB / T1726 . 2 ；② 輻射電磁場（80MHzl000MHz ) GB / T1726 . 6 ；③ 電快速瞬變脈沖群抗擾度GB / T1726 . 4 ；④ 浪涌（雷擊）抗擾度GB / T1726 . 5 。 ⑤ 電壓暫降和短時中斷抗擾度GB / 。根據(jù)電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)CISPR14 : 1993 的GB 4343 ～1995 “家用和類似用途的電動、電熱器具，電動工具以及類似電器無線電干擾特性測量方法和允許值”，考核干擾特性（EMI )的檢驗項目有：① 連續(xù)干擾電壓( 15oKHz ～ 30MHz ) ；② 斷續(xù)干擾電壓（喀嚦聲）( 150kHz 、500kHz 、 和3oMHz ) ；③ 干擾功率（30MHz ～ 300MHz ) ：④ 諧波電流（2～ 40 次諧波）。4 . 3 抗擾度測試儀介紹TRASINET2000 是一臺多功能機(jī)型，模擬不同的瞬時干擾源，如電快速瞬變?nèi)好}沖EFT ，靜電放電ESD ，浪涌（沖擊）SURGE ，電源中斷和變化DIPS ，增加MF1000 磁場線圈后，可以模擬工頻磁場（50 / 60Hz )和脈沖磁場。實物圖如下圖4—1所示。圖 41 TRASINET2000 全功能抗干擾測試儀TRASINET2000 全功能抗擾度測試儀能完全符合以下電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的最高等級。—靜電放電ESD 抗擾度試驗IEC610004 2 .—電快速瞬變脈沖群EFT 抗擾度試驗IEC6100044 . 一浪涌SURGE 抗擾度試驗IEC6100045 . —工頻磁場抗擾度試驗IEC6100048 . —脈沖磁場抗擾度試驗IEC6 100049 . —電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗IEC61o0O411 . TRASINET2000 主要特性如下：／去耦合網(wǎng)絡(luò)，允許可控制的干擾波形疊加到單相電源線上，所有產(chǎn)生的干擾都有相同的電源輸出端口，使一個真正的單端試驗成為可能。，可以編輯一個復(fù)雜的試驗順序程序。，儀內(nèi)已預(yù)存有標(biāo)準(zhǔn)測試參數(shù)，使用起來很方便。 軟件通過計算機(jī)控制來執(zhí)行各種EMC 的自動測試，也可以編制自己的測試序列，進(jìn)行測試結(jié)果分析以及生成測試報告。4 . 4 靜電設(shè)計及其抑制對策靜電放電是物體（人體、飛機(jī)、車輛、設(shè)備等）上所積累的靜電荷以電暈電流（約I00uA )或火花形式的放電，所產(chǎn)生的電壓可達(dá)401000kV ，電荷量0 .041mc 。靜電放電的起因是兩種介電常數(shù)不同的材料發(fā)生直接的接觸，特別發(fā)生彼此摩擦，會發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移而各自帶有不同的電荷，即靜電充電，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時就會產(chǎn)生電暈放電或火花放電[51]。當(dāng)帶電的物體相互碰在一起時會產(chǎn)生電弧。電弧引起的放電電流會產(chǎn)生短暫的、強度很大的電磁場，造成靜電放電騷擾，相應(yīng)的電磁場可能引起電氣、電子設(shè)備中的電路設(shè)備的誤動作或發(fā)生故障，甚至損壞。靜電效應(yīng)會導(dǎo)致物體表面電荷對空氣中帶異性電荷的微粒塵埃吸引，造成電子敏感元件絕緣性能下降，構(gòu)成腐蝕或被破壞。靜電放電試驗的目的就是檢驗電氣、電子設(shè)備在遭受這類靜電放電騷擾時的性能。靜電放電造成的設(shè)備故障主要是有放電電流脈沖的di / di 及其間接影響引起的。當(dāng)局部靜態(tài)充電電壓過高而產(chǎn)生放電時，電場的變化率de / di 能夠以容性方式耦合進(jìn)高阻抗電路中。4 .4 .1 靜電放電模擬器對靜電放電抗擾度試驗是按國家標(biāo)準(zhǔn)GB / T （等同于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC6100O42 )。靜電放電發(fā)生器的基本線路如下圖42 所示。靜電放電模擬器由高壓產(chǎn)生器和放電頭組成。線路中的150pF 電容代表人體的儲能電容，300Q 電阻代表人體在手握鑰匙和其它金屬工具時的人體電阻[52]