1.引言

隨著高速電路在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，結(jié)合醫(yī)療領(lǐng)域用戶和電磁兼容使用環(huán)境的特殊性，醫(yī)療電子設(shè)備的抗干擾問題引起了越來越多的關(guān)注。因此，國家制定了相應(yīng)的抗干擾等級要求，通過標(biāo)準(zhǔn)的抗干擾測試系統(tǒng)，驗證醫(yī)療電子設(shè)備的抗干擾等級是否滿足市場要求，脈沖群抗干擾測試是最常見、最困難的抗干擾測試之一。

本文結(jié)合電快速瞬變脈沖群抗干擾測試系統(tǒng)和醫(yī)療電子設(shè)備，根據(jù)醫(yī)療電子設(shè)備的特點(diǎn)建立脈沖群抗干擾測試模型，為電子工程師提供系統(tǒng)設(shè)計方法和思路，通過分析測試模型中干擾電流的路徑，降低脈沖群抗干擾。

2.脈沖群產(chǎn)生機(jī)制

一旦打開或關(guān)閉負(fù)載電路的接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)之間可能會發(fā)生電擊穿。當(dāng)接觸點(diǎn)接近且未完全接觸時，開始發(fā)生故障。在關(guān)閉接觸點(diǎn)的過程中，故障將持續(xù)發(fā)生，直到接觸點(diǎn)關(guān)閉。

存儲在電網(wǎng)感性負(fù)載中的能量與分布電容形成共振，峰值高電壓不斷擊穿繼電器.接觸器的接觸間隙形成一個放電電弧，直到動態(tài)和靜態(tài)接觸點(diǎn)之間的間隙變大，無法通過。在此過程中，將產(chǎn)生一系列高壓脈沖組，即電動快速瞬態(tài)脈沖組。

3.脈沖群抗擾測試系統(tǒng)

為了防止醫(yī)療電子設(shè)備受到脈沖群干擾的影響，國家規(guī)定醫(yī)療電子設(shè)備需要通過脈沖群抗干擾試驗，醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)放置在金屬耦合板上，通過電源線或一定長度的輸入輸出電纜干擾發(fā)生器，干擾通過設(shè)備與金屬耦合板之間的等效電容器返回脈沖群干擾發(fā)生器。L/N/PE電纜注入干擾的情況就是一個例子。通常，由高壓源產(chǎn)生的直流高壓由脈沖群干擾發(fā)生器充電.整形手術(shù)形成所需的脈沖干擾信號，脈沖干擾信號通過阻抗匹配電阻和直接電容輸出到待測設(shè)備L/N/PE在電纜上，最后通過金屬耦合板返回高壓源。因此，脈沖群干擾發(fā)生器和金屬耦合板可以等同于圖1中的等效模型。

4.醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾測試模型

4.1醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)

醫(yī)療電子設(shè)備通常有患者的電纜長度.產(chǎn)品類型多樣化.敏感電路的抗干擾門限制較低?；颊唠娎|通常是系統(tǒng)中最長的部分。作為等效天線，它可以拾取和輻射噪聲。例如，心電圖機(jī)監(jiān)測器有一較長的患者電纜。此外，根據(jù)應(yīng)用場景的需要，醫(yī)療電子設(shè)備有多種產(chǎn)品類型，如網(wǎng)絡(luò)電源與浮地相結(jié)合的設(shè)備.干電池供電設(shè)備.有保護(hù)接地的設(shè)備.設(shè)備內(nèi)部鈑金。

4.2脈沖群抗擾測試模型

脈沖群抗干擾試驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)合醫(yī)用電子設(shè)備的特點(diǎn)和脈沖群抗干擾試驗系統(tǒng)的原理，如圖2所示：

C1~C脈沖群發(fā)生器耦合電容.L設(shè)備接地線等效電感.C4.C5.C6等效電容電容為線路板和設(shè)備的內(nèi)部鈑金.C7.浮地電路兩端的等效電容.C8.C9.電纜和金屬耦合板之間的等效電容.C10等效電容設(shè)備內(nèi)部鈑金與金屬耦合板之間。

使用該模型時沒有額外的接地線設(shè)備L可以認(rèn)為斷路。

當(dāng)沒有內(nèi)部鈑金設(shè)備使用此模型時，刪除此模型C10.同時減小C4.C5.C6容值。

當(dāng)使用沒有患者電纜和輸入輸出電纜的設(shè)備模型時，C8.C9。

當(dāng)使用沒有浮地應(yīng)用的設(shè)備模型時，可以認(rèn)為C7短路。

C1-C3.電容值為脈沖群抗干擾設(shè)備的內(nèi)部電容值已固定，浮地設(shè)備可根據(jù)變壓器進(jìn)行固定.確定等效電容和跨接電容的容值C7數(shù)值，C8.C等效電容可根據(jù)導(dǎo)線與金屬平面之間的電容計算公式計算，其他電容可根據(jù)兩個金屬平面之間的電容計算公式計算。

5.醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗擾測試模型的應(yīng)用

脈沖群抗干擾濾波設(shè)計的核心思想是控制干擾電流的流向，避免流經(jīng)意外路徑。根據(jù)醫(yī)用電子設(shè)備脈沖群抗干擾試驗?zāi)Ｐ偷姆治?，干擾電流的主要回流路徑如圖3所示：

在設(shè)計脈沖群抗干擾度時，應(yīng)盡量引導(dǎo)主要干擾能量。首先，根據(jù)紅色路徑返回，然后根據(jù)粉紅色路徑返回，以避免根據(jù)藍(lán)色路徑返回。干擾信號通過粉紅色路徑返回時，應(yīng)根據(jù)敏感設(shè)備與回流路徑之間的距離判斷是否有不利影響。根據(jù)測試模型，設(shè)計思路如下：

1)當(dāng)設(shè)備接地良好且與金屬耦合板直接連接時，盡量通過接地線過濾干擾，以減少等效電感L1，L根據(jù)公式降低R=2πfL可以看出，高頻下的感覺電阻值將變小，接地線為干擾電流提供了一個低電阻回路，從而在開始過濾掉接地線，即圖3中的紅線部分，不會通過后電路，減少對敏感電路的干擾。

2)如果設(shè)備有內(nèi)部金屬鈑金，C它將存在于金屬鈑金和金屬耦合板之間的等效電容。當(dāng)?shù)刃щ娙葺^大時，由公式組成R=1/(2πfC)由此可見，容抗會變小，那么干擾就會從這個通路流向金屬耦合板，回到干擾源，避免通過敏感電路。

3)當(dāng)設(shè)備沒有內(nèi)部金屬鈑金時，圖3中C10不存在，C4.C5.C6與金屬耦合板直接連接，此時可以在AC/DC之后C7前一個電路串聯(lián)成共模電感，增加線路上的阻抗，使干擾盡可能在紅色路徑上衰減，使干擾盡可能少地通過數(shù)字電路或模擬電路。

4)如果設(shè)備有患者電纜，如血氧電纜.心電導(dǎo)電連接電纜。它從空間中拾取輻射干擾電流，與金屬耦合板之間存在較大的等效電容，如圖所示C8.C9.特別是當(dāng)電纜較長時，C8.C9的等效電容值將增加，因此容抗R將非常小，成為干擾電流的低阻抗回路，因此干擾必須通過中間模擬或數(shù)字電路。如果干擾路徑為圖3中的藍(lán)色部分，則會影響設(shè)備。

根據(jù)醫(yī)療電子設(shè)備脈沖組抗干擾試驗?zāi)Ｐ偷姆治?，電子工程師在進(jìn)行脈沖組抗干擾設(shè)計時，應(yīng)從干擾路徑進(jìn)行分析，并在敏感電路前盡可能過濾干擾。干擾電流的回流可以通過電容過濾來引導(dǎo)，串聯(lián)電感增加了干擾電流的衰減。如果不能避免其通過中間敏感電路的流動，設(shè)計人員需要增加敏感電流的抗干擾門限制，并做好敏感電路的接地設(shè)計。

6.結(jié)束語

本文結(jié)合醫(yī)療電子設(shè)備的特點(diǎn)和電快速瞬變脈沖群測試環(huán)境，提出了醫(yī)療電子設(shè)備電子快速瞬變脈沖群抗干擾測試模型，該模型是一個簡單直觀的整體測試模型，可以為醫(yī)療電子設(shè)備提供整體設(shè)計理念，降低設(shè)計成本和設(shè)計時間。