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醫(yī)療設(shè)備行業(yè)是關(guān)系人民生命健康的新興行業(yè),而開(kāi)關(guān)電源作為醫(yī)療設(shè)備的重要組成部分,比其他普通電源有著更為嚴(yán)格的要求。 這樣的醫(yī)用開(kāi)關(guān)電源和我們使用的普通電源有什么區(qū)別呢?
目前,大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備都使用電源。 截至目前,電源行業(yè)也持續(xù)快速發(fā)展。 電源本身的體積相比以前已經(jīng)大大縮小,但形狀、體積等也越來(lái)越適應(yīng)當(dāng)今的需求。
由于醫(yī)療設(shè)備通常在特殊環(huán)境下使用,因此對(duì)醫(yī)療電源的電氣要求非常嚴(yán)格。 例如,必須滿足IEC60601-1安規(guī)的絕緣和漏電壓要求,以及電磁兼容YY0505-2012或其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 普通電源沒(méi)有這么嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。 事實(shí)上,普通電源也有相應(yīng)的認(rèn)證要求。 另一方面,醫(yī)療設(shè)備的電磁輻射和電磁輻射防護(hù)是醫(yī)療電源的重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn),涉及浪涌和瞬態(tài)電壓硬度、靜電放電(ESD)和射頻干擾(RFI)防護(hù)能力。 許多醫(yī)療應(yīng)用涉及射頻醫(yī)療設(shè)備或無(wú)創(chuàng)電子放射治療設(shè)備,因此電源必須能夠承受干擾且不受影響。 據(jù)悉,對(duì)電源耐壓、電流、紋波等方面的要求也非常嚴(yán)格。
開(kāi)關(guān)電源引起的干擾根據(jù)噪聲干擾源的類型可分為兩種:峰值干擾和紋波干擾。 如果按照耦合路徑來(lái)劃分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
1、二極管反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
當(dāng)高頻檢測(cè)電路中的檢測(cè)晶閘管正向?qū)〞r(shí),其上流過(guò)很大的正向電壓。 當(dāng)反向偏壓電流轉(zhuǎn)為截止時(shí),由于PN結(jié)內(nèi)有更多的自旋積累,在柵極處消失。 之前一段時(shí)間,電壓會(huì)反向流動(dòng),導(dǎo)致柵極反向恢復(fù)電壓大大降低,出現(xiàn)較大的電壓變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)形成的紋波干擾
當(dāng)電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí),會(huì)流過(guò)很大的脈沖電壓。 正激、推挽和橋式變換器的輸入電壓波形在阻性負(fù)載下近似為方波,富含高階紋波成分。 當(dāng)使用零電壓、零電流開(kāi)關(guān)時(shí),這些紋波干擾將非常小。 另外,在功率開(kāi)關(guān)管截止期間,高頻變壓器定子漏感引起的電壓突變也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
沒(méi)有工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端的檢波管在反向恢復(fù)期間會(huì)產(chǎn)生高頻衰減振蕩而產(chǎn)生干擾。 開(kāi)關(guān)電源形成的峰值干擾和紋波干擾能量所引起的干擾,通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入、輸出線路傳輸,稱為傳導(dǎo)干擾; 當(dāng)紋波和寄生振蕩的能量通過(guò)輸入和輸出線傳輸時(shí),就會(huì)在空間中產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。 這些由電磁輻射引起的干擾稱為輻射干擾。
4. 其他獎(jiǎng)勵(lì)措施
元器件的寄生參數(shù),開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不完善,彩色印刷電路板(PCB)布線一般采用手工排線,隨意性很大,PCB的近場(chǎng)干擾較大,彩色印刷電路板上元件的安裝,放置和方向不當(dāng)會(huì)引起EMI干擾。
改進(jìn)舉措的建議
目前,根據(jù)電磁干擾的傳播路徑來(lái)抑制干擾已逐漸成熟。 我們的觀點(diǎn)必須回到開(kāi)關(guān)電源元件本身。 從多年的工作實(shí)踐來(lái)看,電路方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)印制電路板布局時(shí),模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)應(yīng)合理分隔。 電源線和相線應(yīng)分開(kāi)引出,電源應(yīng)集中于一處。 PCB布線時(shí),高頻數(shù)字信號(hào)線應(yīng)短線,主要信號(hào)線較好集中在PCB板的中心,電源線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線盡可能或由相線分開(kāi)。 其次,可以根據(jù)耦合系數(shù)來(lái)布置布線,盡可能減少干擾耦合。
(2)印制電路板的電源線和相線印制條應(yīng)盡可能寬,以減少線路阻抗,從而減少公共阻抗帶來(lái)的干擾噪聲。
(3)大部分元件應(yīng)采用貼片器件,并盡可能縮短器件的引腳寬度,以減少器件分布電感的影響。
(4) 將混合電容連接到盡可能靠近元件的 Vdd 和 Vcc 電源端子,以縮短開(kāi)關(guān)電壓的循環(huán)路徑。 例如,使用10μF鋁電解電容和01μF電容,并將它們連接到電源引腳。 對(duì)于高速數(shù)字IC的電源端,可以用鉭電解電容代替鋁電解電容,因?yàn)殂g電解對(duì)地的阻抗比鋁電解小得多。