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电磁兼容在医疗器械中的应用


  来源: 网络整理 时间:2020-05-19 编辑:仪器仪商WXF
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1.1静电放电对被测设备的影响

根据静电放电对设备造成后果的严重程度,一般可分为两种情况 :一是永久性损坏,通过直接放电,引起设备中半导体器件的损坏,造成设备的永久性失效,例如由于静电放电电流产生热量导致设备的热失效,或者由于静电放电感应出高的电压导致绝缘击穿;二是由于直接放电或间接放电而引起电磁场变化,造成设备某一模块被干扰,设备发生误动作,不能保持基本性能,例如仪器表面按键失灵等。


为了找到整改思路,需要从原理角度分析静电放电对设备的干扰。一般来说,这种干扰分为传导和辐射两种途径。


(1)传导方式是一种直接的电荷泄放方式。出现这种情况时,设备外壳放电点与设备内部形成一条完整的放电路径,电流流入设备内部信号端,造成电路功能异常。由于产品内部本身存在设计缺陷,恰好为静电放电产生的电荷提供了一条泄放至内部电路的路径,并且这条路径的阻抗较小。当上述情况同时存在时,通过泄放路径进入内部电路和关键元器件的电流很大,有可能会造成元器件损坏。


(2)辐射方式是一种较为间接的干扰方式。由于静电放电本身包含高频成分的尖峰电流,在很短时间内发生较大的电流变化,能够在附近电路的各个信号环路中感应出干扰电动势。当被测设备存在设计缺陷时,在某个环路中产生的干扰电动势很可能超过了逻辑电路的阈值电平,引起误触发,导致电路误动作。由于辐射的大小取决于与放电点的距离,如果放电点离被测设备核心元器件较近,电场强度会很大,可能对设备造成影响。一般情况下,传导方式的静电干扰对设备的影响更猛烈,容易造成设备损坏,而辐射方式的静电干扰容易造成设备误动作。


1.2静电放电的整改方向

从静电电荷产生和对设备造成影响的角度考虑,必须从源头入手,控制电荷积聚,一旦有过量电荷就及时泄放,防止危险静电源的形成,另外对于无法泄放的静电电荷,要将其隔离,阻止干扰到关键电路。根据实际测试中设备整改的情况,将整改分为外部防护和内部电路防护两个方向。


1.2.1外部防护

从 GB/T 17626.2-2018 标准中规定的放电点进行考虑,一般设备外部防护的范围包括外壳、面板、显示屏、外部电缆等。


1.2.2外壳

外壳分为金属材质和非金属材质两种,对于静电防护不同材质有着不同的处理思路。


(1)非金属外壳:优点是外壳绝缘,一般情况下不会有电荷透过。缺点是如果设备内部电路与外壳距离过近,或者外壳太薄,静电都有可能透过外壳对内部电路造成影响。对于此类设备,着重考虑电荷通过孔隙来流入设备内部,所以可以对孔隙部分加强绝缘,也可将外壳喷涂导电漆等材料,然后再将裸露的金属端子等可直接接触到的金属部位接地。或者在外壳中放置一个金属的屏蔽体,这种设计的好处是可以屏蔽来自外界的静电干扰,同时在操作者对外壳的孔隙放电时,给静电电荷提供一个泄放通道,防止对内部电路造成损坏。


(2)金属外壳:优点是对表面进行接触放电时,大部分电荷可以直接由接地端子流走。但由于金属外壳在静电放电时可能对内部电路产生传导耦合,从而影响设备正常工作。对金属外壳而言,外壳各部分之间的搭接非常重要。若机箱两部分之间的搭接阻抗较高,当静电放电流过搭接点时会产生电压降,这个电压降会驱动干扰电流流向内部电路,影响电路的正常工作。为避免这个电压降或者减小其产生的危害,一般尽量使外壳保持完整和导电连续,尽量减少搭接阻抗。


1.2.3面板、显示屏

针对面板,主要考虑的是将电荷隔离在外部。面板尽量采用耐高压的薄膜绝缘材料制作,同时注意避免缝隙,就可有效防止静电电荷通过面板或按键进入内部电路产生干扰。显示屏应考虑采用透明屏蔽材料进行保护,同时确保屏蔽材料与设备外壳接地点之间有良好的电接触,可以及时泄放静电电荷。


1.2.4外部电缆

外部电缆主要包括电源线、信号线等操作者可触摸到的线缆。整改思路是更换屏蔽性能更好的线缆,或者采用铁氧体磁环缠绕的方式,对静电放电的感应电流进行屏蔽和消耗。最理想的方式是,电缆采用屏蔽线,并且屏蔽层与外壳的大地连接,建立电荷对地泄放路径。


1.2.5内部电路防护

对于内部电路,防护的主要思路如下 :首先确定电流泄放路径,检查此条路径是否通畅,确保积聚电荷及时泄放。其次确定泄放途径附近是否有重要的信号线,若有可改变走线方式,远离放电路径,或者在信号线上增加磁环,尽量屏蔽静电泄放电流对信号线的影响。然后确定泄放途径附近是否有敏感电路,如复位电路、控制电路、音视频电路等,尽量用屏蔽材料加以隔离。


除此之外,可以直接选用一些典型的抗静电干扰元器件,对电路进行防护。对于直接传导的静电放电干扰,可以尝试在 I/O 接口处串联电阻或并联二极管至正负电源端。另外,在I/O 信号线进入设备外壳处安装一个对地的电容,能够将接口电缆上感应的静电放电电流分流到机箱上,避免流入电路,造成干扰。后文整改实例中采用的就是这种方式。


关键词:电磁兼容 医疗器械 应用    浏览量:407

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