梁 珺

（國(guó)家家用電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（安徽）/合肥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 合肥 230088）

引言

近年來(lái)，隨著醫(yī)療設(shè)備技術(shù)不斷發(fā)展，各種新型醫(yī)療設(shè)備層出不窮，在對(duì)病情的診斷和治療方面起到重要的作用。隨著醫(yī)療設(shè)備的靈敏度和智能化水平不斷提高，同時(shí)其診療系統(tǒng)使用了各種高頻、射頻發(fā)射元件和部件，工作時(shí)可能受到電磁干擾，或作為干擾源傳播電磁波，影響環(huán)境中其它設(shè)備的工作[1]。從而影響醫(yī)療設(shè)備診斷的準(zhǔn)確性，甚至危及病人的生命安全。醫(yī)療器械電磁兼容符合YY 0505-2012、GB 4824-2013標(biāo)準(zhǔn)要求是迫切需要解決的問(wèn)題。

醫(yī)療設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往在電磁兼容性能中輻射騷擾（RE）問(wèn)題突出且較難整改，本文通過(guò)對(duì)輻射騷擾超限值案例的整改分析，為醫(yī)療設(shè)備廠商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)對(duì)輻射騷擾問(wèn)題的抑制帶來(lái)幫助。

1 輻射騷擾超限值案例分析

輻射騷擾測(cè)量是檢測(cè)設(shè)備通過(guò)空間傳播的騷擾輻射場(chǎng)強(qiáng)[2]。輻射現(xiàn)象的產(chǎn)生必然存在著天線與源，其測(cè)試實(shí)質(zhì)就是測(cè)試產(chǎn)品中兩種等效天線所產(chǎn)生的輻射信號(hào)[3]。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 4824-2013的測(cè)試要求，某臺(tái)醫(yī)療設(shè)備正常工作時(shí)的輻射騷擾存在包絡(luò)式超標(biāo)，如圖1所示。為了分析超限值原因，在設(shè)備待機(jī)狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)試，如圖2所示，包絡(luò)式超標(biāo)消失。由于設(shè)備待機(jī)狀態(tài)下，逆變控制模塊還未啟動(dòng)，根據(jù)排除法可初步確定該包絡(luò)式超標(biāo)是由于逆變控制電路的工作產(chǎn)生的。為了對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效整改，首先需要確定引起超標(biāo)的具體位置，然后根據(jù)超標(biāo)位置及原因進(jìn)行整改設(shè)計(jì)。

逆變控制電路工作時(shí)，電路中處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功率模塊及連接線纜容易導(dǎo)致輻射超標(biāo)。該樣品中的逆變控制電路模塊通過(guò)多根線纜（逆變輸出線、加熱控制線、220 V供電線、信號(hào)反饋線）與其他模塊相連，所以需要確定騷擾源為具體哪一根或哪幾根線纜。同時(shí)，原電路板安裝盒為不銹鋼殼體，存在較多的孔縫，沒(méi)有考慮屏蔽性能，進(jìn)出安裝盒的線纜只有部分為屏蔽線纜，且屏蔽層在殼體處沒(méi)有進(jìn)行360 °環(huán)接處理。高頻干擾噪聲有可能通過(guò)其他非屏蔽線纜或自身屏蔽不良處輻射出去，因此還需要對(duì)該模塊做有效的屏蔽處理。綜上所述，需對(duì)逆變控制電路和內(nèi)部模塊布局兩個(gè)方面進(jìn)行整改優(yōu)化。

2 逆變控制電路優(yōu)化

為了定位騷擾源，從而有針對(duì)性的進(jìn)行電路優(yōu)化，在設(shè)備正常工作狀態(tài)下，我們借助頻譜儀和近場(chǎng)探頭對(duì)該電路模塊及相關(guān)連接線纜的輻射情況進(jìn)行分別測(cè)試，了解各部分輻射頻譜分布及強(qiáng)度。圖3～圖6為使用頻譜儀和近場(chǎng)探頭測(cè)得的各線束輻射情況。

圖1 正常工作狀態(tài)輻射騷擾曲線

圖2 待機(jī)狀態(tài)輻射騷擾曲線

圖3 逆變輸出線

圖4 加熱控制線

圖5 220 V供電線

由圖3～圖6可發(fā)現(xiàn)，逆變輸出線的電磁輻射最強(qiáng)。該設(shè)備逆變輸出線連接的是工作于快速開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功率電路單元，屬于交變的高電壓、大電流信號(hào)，其輸出信號(hào)的特性決定了該線纜具有很強(qiáng)的電磁輻射能力，因此可以確定該部分是引起輻射超標(biāo)的主要原因。

為了降低逆變輸出線的輻射騷擾，可以在逆變控制電路板上對(duì)該電路做一定的濾波處理，從源頭抑制高次諧波，降低輸出線纜上的高頻成分。因此在輸出端增加濾波電路模塊如圖7所示，使得該電路對(duì)信號(hào)做共模差模濾波。輸出增加該濾波電路模塊后，采用相同的輸出功率測(cè)試逆變線頻譜強(qiáng)度，如圖8所示可以看到輻射強(qiáng)度明顯降低。

3 內(nèi)部模塊布局優(yōu)化

對(duì)于原電路安裝盒屏蔽不良問(wèn)題，具體方法是電路板安裝盒采用屏蔽效果良好的金屬殼體設(shè)計(jì)，所有進(jìn)出安裝盒的線纜屏蔽層通過(guò)穿墻板與外殼做到360 °環(huán)接。穿墻板的框架為鍍有金屬導(dǎo)電層的塑料構(gòu)件，中間穿有導(dǎo)電膠。線纜屏蔽層可以與導(dǎo)電橡膠做到360 °良好環(huán)接，并最終實(shí)現(xiàn)與殼體相連。線纜屏蔽層的另一端通過(guò)接地尼龍夾與機(jī)架相連，由于接地尼龍夾表面為金屬導(dǎo)電材料，因此可以做到屏蔽層360 °環(huán)接接地。屏蔽盒殼體與整機(jī)機(jī)架良好搭接，這樣屏蔽盒與線纜屏蔽層就可以實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽性能。為了進(jìn)一步抑制線纜對(duì)外輻射強(qiáng)度，在屏蔽盒外側(cè)線纜和控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線上再分別套上EMC磁環(huán)，抑制共模騷擾。

4 優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)電路板增加濾波模塊、對(duì)電路及線纜做良好屏蔽處理，達(dá)到抑制高頻噪聲輻射的目的。圖11是增加濾波及屏蔽措施后的輻射騷擾實(shí)測(cè)情況，從圖中可以看到，所采用的優(yōu)化方案效果顯著，逆變控制電路正常工作后輻射強(qiáng)度大幅降低，基本滿足要求。原先的低頻段包絡(luò)式超標(biāo)整體下降。再經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果基本一致，這樣確保測(cè)量結(jié)果有6 dB以上的余量就可以保證最終測(cè)試結(jié)果通過(guò)。

5 總結(jié)

圖6 信號(hào)反饋線

圖7 濾波電路模塊

圖8 濾波電路效果對(duì)比

圖9 穿墻板

圖10 接地尼龍夾

醫(yī)療設(shè)備出現(xiàn)輻射騷擾超限值情況時(shí)，困難和重點(diǎn)往往在于尋找和定位騷擾源，根據(jù)上述案例分析可知，通過(guò)分析測(cè)試曲線，利用近場(chǎng)探頭和頻譜儀、或者通過(guò)排除法逐個(gè)插拔線纜測(cè)試，基本都可以找到騷擾源。查找騷擾源時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注電源線、信號(hào)線等易產(chǎn)生輻射騷擾的線纜。

圖11 整改后輻射騷擾復(fù)測(cè)曲線

針對(duì)騷擾源進(jìn)行整改設(shè)計(jì)時(shí)，一般可以根據(jù)不同醫(yī)療設(shè)備的特性，從屏蔽、濾波、接地三個(gè)方面考慮。對(duì)于醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，往往內(nèi)部存在多個(gè)功能模塊電路，用來(lái)連接各模塊的線纜也很多，但設(shè)備外殼多為塑料材質(zhì)，這就要求加強(qiáng)設(shè)備內(nèi)部模塊的屏蔽效果。內(nèi)部模塊電路安裝盒可以采用屏蔽效果良好的金屬殼體，通過(guò)反射、吸收、抵消等抑制內(nèi)部干擾不外流，并盡可能減少縫隙，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，一般情況下縫隙長(zhǎng)度滿足公式（1），則不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁波泄露[4]。同時(shí)，連接線纜采用屏蔽線纜，將金屬外殼和屏蔽線纜良好接地，使能量得到釋放，也可降低電磁騷擾。對(duì)于設(shè)備內(nèi)的單獨(dú)功能模塊，若存在晶振電路或大功率輸出信號(hào)，需考慮對(duì)其高次諧波分量和信號(hào)輸出端的濾波措施，例如利用電容、電感、電阻或共模電感等配置濾波電路。

式中：L為縫隙長(zhǎng)度；如果是圓孔，L代表直徑。

同時(shí)，如果在醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)階段沒(méi)有很好的考慮到電磁兼容問(wèn)題，醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)檢驗(yàn)時(shí)，若出現(xiàn)輻射騷擾超限值情況，對(duì)于整機(jī)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部電路已經(jīng)模塊化且較難整改。建議企業(yè)可在設(shè)備設(shè)計(jì)初期在電路設(shè)計(jì)和模塊布局上考慮電磁兼容問(wèn)題，避免電磁兼容超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，不僅可以降低成本，還能加快產(chǎn)品注冊(cè)效率。