電源濾波器在醫(yī)用電氣設(shè)備中的應(yīng)用

1、    電源濾波器在醫(yī)用電氣設(shè)備中的應(yīng)用    電源濾波器在醫(yī)用電氣設(shè)備中的應(yīng)用    類別：電源技術(shù)      摘 要：本文通過分析電磁干擾的主要類型以及其在醫(yī)用電氣設(shè)備中的危害，著重討論將電源濾波器應(yīng)用于醫(yī)用電氣設(shè)備中，以解決醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁干擾現(xiàn)象。 0 引言 生物醫(yī)學(xué)工程在現(xiàn)代化醫(yī)院中所起的作用越來越重要。醫(yī)療設(shè)備的更新?lián)Q代日新月異，高精尖的醫(yī)療設(shè)備更是決定著醫(yī)療服務(wù)水平，醫(yī)療儀器設(shè)備種類、規(guī)模和先進程度成

2、為現(xiàn)代化醫(yī)院的一個重要標(biāo)志。然而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)也悄然將電磁污染的陰影籠罩在醫(yī)院上空。在醫(yī)院門診室、手術(shù)室和病房中，一臺有強電磁輻射的醫(yī)用電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾會破壞或降低其他醫(yī)用電氣設(shè)備的工作性能；并通過對人體組織器官的物理化學(xué)作用產(chǎn)生有害的生理效應(yīng)，對人體組織器官造成傷害，危及人類的身體健康。因此世界上許多國家都開始關(guān)注醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁輻射問題，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準和文件，提出了對醫(yī)用電氣設(shè)備的輻射和抗干擾的強制性要求。歐盟醫(yī)療器械指令93/42/EEC-Medical Device Directive中明確規(guī)定-需要做CE認證出口到歐共體各成員國的醫(yī)用電氣設(shè)備必須通過IEC 60601-1-

3、2標(biāo)準中規(guī)定的電磁兼容性測試。我國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準YY0505-2005對醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容也做了相應(yīng)的要求，并于2007年開始正式執(zhí)行。因此，各醫(yī)療電氣設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)對電磁干擾的關(guān)注日益加強。 1 電磁干擾的類型 電磁兼容指的是一個產(chǎn)品和其它產(chǎn)品共存于特定的電磁環(huán)境中，而不會引起其它產(chǎn)品或者自身性能下降或損壞的能力，它主要包括輻射性和抗擾性兩個領(lǐng)域。電磁干擾主要有兩種類型： 1.1 輻射干擾 輻射干擾是指設(shè)備產(chǎn)生的電磁波通過空間傳播，并對其他設(shè)備電路產(chǎn)生無用電壓/電流的一種干擾方式。當(dāng)兩臺設(shè)備間的距離與波長相比較長時，干擾以電磁波的形式傳播。例如，在醫(yī)生使用手機時，旁邊的醫(yī)用設(shè)備電腦顯示器圖像

4、會出現(xiàn)抖動，這是因為手機工作時發(fā)出的信號通過空間以電磁場的形式傳輸?shù)斤@示器內(nèi)部。 1.2 傳導(dǎo)干擾 傳導(dǎo)干擾是指一臺設(shè)備產(chǎn)生的電壓/電流變化通過電源線、信號線傳導(dǎo)并影響其他設(shè)備的一種干擾方式。當(dāng)設(shè)備與導(dǎo)線的長度比波長短時，傳導(dǎo)干擾主要是通過電源線、控制線、信號線傳輸?shù)墓材８蓴_和差模干擾，還有不同設(shè)備使用公共電源或公共地線所產(chǎn)生的共阻抗干擾?，F(xiàn)代化的醫(yī)院里，由于診斷病情和手術(shù)的需要，門診室和手術(shù)室里往往不再是單一的醫(yī)療設(shè)備，而是多臺設(shè)備集中放置，這就不可避免地使多臺醫(yī)用電氣設(shè)備共用一個電源。 電源線本來一般只是輸送50Hz交流電，但是由于連接設(shè)備的電磁干擾，使電源線上的電流很不純凈。傳導(dǎo)干擾很容

5、易通過電源線進入醫(yī)療設(shè)備中，使得設(shè)備出錯甚至損壞，從而影響診斷結(jié)果的正確性。如果這樣的傳導(dǎo)干擾出現(xiàn)在手術(shù)過程中，嚴重時會危害到患者的生命安全。 因此，在醫(yī)用電氣設(shè)備中抑制電源線的傳導(dǎo)干擾非常重要。通常，我們采用的主要且有效的方法就是在被干擾設(shè)備的電源線上安裝電源濾波器。 2 電源濾波器在醫(yī)用設(shè)備中的具體應(yīng)用 醫(yī)用手術(shù)顯微鏡需出口歐盟，根據(jù)IEC 60601-1-2標(biāo)準規(guī)定，對其進行電磁兼容性測試。發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品交流電源端口的傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果如圖1所示。由圖可見，該產(chǎn)品電源端口的傳導(dǎo)干擾沒有通過Class B限值的要求。經(jīng)分析討論，決定在產(chǎn)品電源輸入端加裝電源濾波器。 圖1 交流電源端口的傳導(dǎo)干擾測

6、試結(jié)果。 2.1 電源濾波器的選擇 濾波器是一種二端口網(wǎng)絡(luò)，具有選擇頻率的特性，它可以讓某些頻率順利通過，而對其他頻率則加以阻攔。 電源濾波器屬于抑制干擾濾波器，從頻率選擇的角度來說，也屬于低通濾波器，它能夠毫無衰減地把直流電源和交流電源的功率輸送到設(shè)備上去，同時又能使高頻干擾信號大大地衰減，以保護設(shè)備免受損壞。在選擇具體型號時，要想在抑制的電磁干擾信號頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)最大可能的失配，使需要抑制的電磁干擾信號受到最大可能的衰減，就必須根據(jù)濾波器兩端將要連接的電源阻抗和負載阻抗來選擇電源濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，才能取得滿意的抑制干擾的效果。經(jīng)過選擇，我們選擇內(nèi)部是無源低通網(wǎng)絡(luò)的電源濾波器(TYCO

7、公司生產(chǎn)的6EHG1-2型號)。將該濾波器一端接入干擾源，負載端接被干擾設(shè)備，可以抑制電源線上存在的共模EMI信號，使其受到衰減，并控制到很低的電平上。 2.2 電源濾波器的安裝 在正確選擇濾波器之后，將該電源濾波器加裝在手術(shù)顯微鏡電源輸入端，但產(chǎn)品仍沒有通過傳導(dǎo)干擾測試。 分析其原因：先是懷疑濾波器接地不良導(dǎo)致濾波器效果變差。于是把機箱放在接地平面上，濾波器電源用短線直接接地，結(jié)果仍然沒有改善。經(jīng)過觀察試驗，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的電源濾波器安裝位置不同，傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果有所不同。當(dāng)電源濾波器如圖2(a)所示方式進行安裝時，傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果沒有明顯改善；當(dāng)電源濾波器如圖2(b)所示方式進行安裝并用金屬螺

8、釘與星形彈簧墊圈把濾波器的屏蔽牢牢地固定在設(shè)備電源入口的機器金屬外殼上時，傳導(dǎo)干擾測試數(shù)據(jù)有明顯降低。經(jīng)分析我們發(fā)現(xiàn)，圖2(a)方式安裝會導(dǎo)致濾波器輸入端導(dǎo)線和輸出端導(dǎo)線之間形成電磁耦合路徑，從而在導(dǎo)線中形成串?dāng)_，如果這時再把濾波器輸入端和輸出端的電纜捆扎在一起，更會加劇濾波器輸入輸出端之間的電磁耦合，嚴重破壞濾波器和設(shè)備屏蔽對干擾信號的抑制能力，使得濾波器一端的EMI信號會逃脫濾波器對其的限制，不經(jīng)過濾波器的衰減而直接耦合到濾波器的另一端。圖2(b)方式安裝是通過借助設(shè)備的屏蔽，把電源濾波器的輸入端和輸出端有效地隔離開來，把兩端之間可能存在的電磁耦合(即串?dāng)_)控制到最低程度。并且將濾波器安裝

9、在電源進線入口面的設(shè)備外殼上，濾波器的屏蔽殼與設(shè)備外殼(設(shè)備外殼接地)接觸良好，使得濾波器接地良好。 由此可得，濾波器的正確安裝也是防止電磁干擾十分重要的環(huán)節(jié)。采用電源濾波器的目的是防止來自電源的傳導(dǎo)干擾直接進入醫(yī)用電氣設(shè)備。如果濾波器安裝不當(dāng)，即使在屏蔽柜內(nèi)，電源線的干擾也會通過輻射或感應(yīng)影響醫(yī)用電氣設(shè)備，因此正確的安裝方法非常重要。 圖2 電源濾波器的安裝方式。 2.3 改進措施 根據(jù)以上理論分析，在該手術(shù)顯微鏡電源輸入端加裝電源濾波器，并保證濾波器輸入、輸出之間的良好隔離，同時輔助一些內(nèi)部電路的改動，再次進行測試，測試結(jié)果如圖3所示。該產(chǎn)品電源端口的傳導(dǎo)干擾通過Class B限值的要求。根據(jù)改動的方案對該手術(shù)顯微鏡批量生產(chǎn)，每臺產(chǎn)品電磁兼容性測試結(jié)果全部符合標(biāo)準要求。 圖3 交流電源端口的傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果。 3 結(jié)語 電源濾波器是為了滿足產(chǎn)