
一般來(lái)說(shuō),對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容性(EMC)整改時(shí),需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況分步診斷。首先,分析干擾源的位置以及它們之間的相互干擾途徑和方式。然后根據(jù)分析結(jié)果,有針對(duì)性地進(jìn)行EMC整改,醫(yī)療器械 EMC 整改需嚴(yán)格遵循 YY 0505-2012(IEC 60601-1-2)醫(yī)用電磁兼容強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),區(qū)別于普通消費(fèi)電子,整改必須同時(shí)滿(mǎn)足電磁兼容性能 + 患者電氣安全(漏電流、接地安全、患者回路防護(hù))雙重要求,嚴(yán)禁為了 EMC 性能犧牲設(shè)備絕緣與安全指標(biāo)。
通常,EMC整改的基本方法有以下幾種:
EMC整改
減弱干擾源:在找到干擾源的基礎(chǔ)上,可以采取以下方法對(duì)其進(jìn)行減弱:
a. 在集成電路(IC)的Vcc和GND之間添加去耦電容。該電容的容量通常在0.01μF到0.1μF之間,并且要注意使電容的引線(xiàn)盡可能短。
b. 在保證靈敏度和信噪比的情況下使用衰減器。例如,在VCD、DVD播放機(jī)中的晶振對(duì)電磁兼容性影響較大,減小其幅度是一種可行的方法,但不是唯一的解決方法。
c. 間接的方法是使信號(hào)線(xiàn)遠(yuǎn)離干擾源。
電線(xiàn)電纜的分類(lèi)整理:在電子設(shè)備中,線(xiàn)間耦合是一種重要的干擾途徑,也是造成干擾的重要原因。根據(jù)耦合方式的不同,其整改方法也不同。
以下是對(duì)低頻耦合和高頻耦合的討論:
(1) 低頻耦合:指導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度等于或小于1/16波長(zhǎng)的情況。
低頻耦合可以分為電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合。電場(chǎng)耦合的物理模型是電容耦合,因此減小分布耦合電容或減小耦合量是主要的整改目標(biāo)??梢圆捎靡韵路椒ǎ?/p>
增大電路間距是減小分布電容的最有效方法。
追加高導(dǎo)電性屏蔽罩,并使屏蔽罩單點(diǎn)接地可以有效抑制低頻電場(chǎng)干擾。
追加濾波器可減小兩電路間的耦合量。
降低輸入阻抗,例如在CMOS電路的輸入端并接一個(gè)電容或阻值較低的電阻。
磁場(chǎng)耦合的整改方法
磁場(chǎng)耦合的物理模型是電感耦合,其耦合主要是通過(guò)線(xiàn)間的分布互感來(lái)耦合的,因此整改的主要方法是破壞或減小其耦合量,可以采用以下方法:
a. 追加濾波器時(shí)要注意濾波器的輸入輸出阻抗及其頻率響應(yīng)。
b. 減小敏感回路與源回路的環(huán)路面積,即盡量使信號(hào)線(xiàn)或載流線(xiàn)與其回線(xiàn)靠近或扭曲在一起。
c. 增大兩電路間距,以便減小線(xiàn)間互感來(lái)降低耦合量。
d. 若有可能,盡量使敏感回路與源回路平面正交或接近正交來(lái)降低兩電路的耦合量。
e. 用高導(dǎo)磁材料來(lái)包裹敏感線(xiàn),可以有效地解決磁場(chǎng)干擾問(wèn)題,要注意構(gòu)成閉合磁路,努力減小磁路的磁阻將會(huì)更加有效。
高頻耦合的整改方法
高頻耦合是指長(zhǎng)于1/4波長(zhǎng)的走線(xiàn)由于電路中出現(xiàn)電壓和電流的駐波,會(huì)使耦合量增強(qiáng),可以采用以下方法加以解決:
a. 盡量縮短接地線(xiàn),與外殼接地盡量采用面接觸的方式
b. 重新整理濾波器的輸入輸出線(xiàn),防止輸入輸出線(xiàn)間耦合,確保濾波器的濾波效果不變差。
c. 屏蔽電纜屏蔽層采用多點(diǎn)接地。
d. 將連接器的懸空插針接到地電位,防止其產(chǎn)生天線(xiàn)效應(yīng)。
改善地線(xiàn)系統(tǒng)
理想的地線(xiàn)是一個(gè)零阻抗、零電位的物理實(shí)體,但在實(shí)際中不存在完美的地線(xiàn)。改善地線(xiàn)系統(tǒng)可通過(guò)以下方法:
1. 減小低阻抗和電源饋線(xiàn)阻抗。
2. 正確選擇接地方式和阻隔地環(huán)路,可采用懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地等方式。具體選擇取決于干擾源和敏感線(xiàn)之間的干擾路徑。
3. 對(duì)于來(lái)自外部空間或系統(tǒng)外殼的干擾,可采用懸浮地的方式,但要注意靜電積累和靜電放電問(wèn)題。
4.單點(diǎn)接地適用于3MHz 以下低頻電路,可有效避免地環(huán)路電位差,杜絕工頻雜散電流干擾信號(hào)地,是醫(yī)療低頻監(jiān)護(hù)設(shè)備、模擬信號(hào)設(shè)備的優(yōu)選接地方案。
5.多點(diǎn)接地適用于30MHz 以上高頻電路,通過(guò)低阻抗地平面就近接地,抑制高頻引線(xiàn)電感干擾,適配高頻射頻類(lèi)醫(yī)療設(shè)備。
6.混合接地適配高低頻混合電路,兼顧低頻地環(huán)路抑制與高頻低阻抗接地需求。
醫(yī)療器械特殊約束:醫(yī)用設(shè)備嚴(yán)禁隨意使用純懸浮地設(shè)計(jì)。普通電子浮地可防外部干擾,但醫(yī)療器械浮地易積累靜電、引發(fā)患者漏電流超標(biāo)、電極電位漂移,生命支持類(lèi)設(shè)備必須保留可靠保護(hù)接地(PE),信號(hào)地、屏蔽地需與保護(hù)地規(guī)范匯流,保障診療安全。
屏蔽
屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性能的重要措施之一,能有效抑制通過(guò)空間傳播的各種電磁干擾。在屏蔽中,電場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽起著重要作用。要注意以下幾點(diǎn):
1. 選擇高導(dǎo)電性能的材料,并且要有良好的接地。
2. 正確選擇接地點(diǎn)及合理的形狀,最好是屏蔽體直接接地。
3. 磁場(chǎng)屏蔽時(shí),要選用鐵磁性材料,遠(yuǎn)離有磁性的元件,可采用雙層屏蔽或三層屏蔽。
4. 屏蔽體上的開(kāi)孔要注意開(kāi)孔的方向,盡可能使縫的長(zhǎng)邊平行于磁通流向,使磁路長(zhǎng)度增加最少。
5. 電磁屏蔽的選擇和設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體需求確定,包括屏蔽體的形狀、大小和接地方式等。
改變電路板的布線(xiàn)結(jié)構(gòu)
有些干擾是通過(guò)電路板上走線(xiàn)的分布參數(shù)所決定的,通過(guò)在走線(xiàn)中增加小的電感、電容、磁珠等元件來(lái)改變電路參數(shù)結(jié)構(gòu),可以使其移動(dòng)到限值要求較高的頻率點(diǎn)上。對(duì)于這類(lèi)干擾,需要重新布線(xiàn)來(lái)從根本上解決其影響。
綜上所述,改變地線(xiàn)結(jié)構(gòu)、電線(xiàn)電纜的分類(lèi)整理、屏蔽以及重新布線(xiàn)是提高電磁兼容性的有效方法。
針對(duì)醫(yī)療器械場(chǎng)景,所有 EMC 屏蔽、濾波、接地、布線(xiàn)整改,均需在不破壞絕緣安全、不增大患者漏電流的前提下實(shí)施,最終滿(mǎn)足 YY 0505 醫(yī)用電磁兼容全套限值與抗擾要求,實(shí)現(xiàn)電磁兼容與醫(yī)療設(shè)備安全雙向合規(guī)。