医疗设备中的开关电源电磁兼容问题

医疗设备行业是关系人民生命健康的新兴行业，而开关电源作为医疗设备的重要组成部分，比其他普通电源有着更为严格的要求。 这样的医用开关电源和我们使用的普通电源有什么区别呢？

目前，大多数医疗设备都使用电源。 截至目前，电源行业也持续快速发展。 电源本身的体积相比以前已经大大缩小，但形状、体积等也越来越适应当今的需求。

由于医疗设备通常在特殊环境下使用，因此对医疗电源的电气要求非常严格。 例如，必须满足IEC60601-1安规的绝缘和漏电压要求，以及电磁兼容YY0505-2012或其相关标准的要求。 普通电源没有这么严格的标准。 事实上，普通电源也有相应的认证要求。 另一方面，医疗设备的电磁辐射和电磁辐射防护是医疗电源的重要参数标准，涉及浪涌和瞬态电压硬度、静电放电（ESD）和射频干扰（RFI）防护能力。 许多医疗应用涉及射频医疗设备或无创电子放射治疗设备，因此电源必须能够承受干扰且不受影响。 据悉，对电源耐压、电流、纹波等方面的要求也非常严格。

开关电源引起的干扰根据噪声干扰源的类型可分为两种：峰值干扰和纹波干扰。 如果按照耦合路径来划分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。

1、二极管反向恢复时间引起的干扰

当高频检测电路中的检测晶闸管正向导通时，其上流过很大的正向电压。 当反向偏压电流转为截止时，由于PN结内有更多的自旋积累，在栅极处消失。 之前一段时间，电压会反向流动，导致栅极反向恢复电压大大降低，出现较大的电压变化（di/dt）。

2、开关管工作时形成的纹波干扰

当电源开关打开时，会流过很大的脉冲电压。 正激、推挽和桥式变换器的输入电压波形在阻性负载下近似为方波，富含高阶纹波成分。 当使用零电压、零电流开关时，这些纹波干扰将非常小。 另外，在功率开关管截止期间，高频变压器定子漏感引起的电压突变也会产生尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

没有工频变压器的开关电源输入端的检波管在反向恢复期间会产生高频衰减振荡而产生干扰。 开关电源形成的峰值干扰和纹波干扰能量所引起的干扰，通过开关电源的输入、输出线路传输，称为传导干扰； 当纹波和寄生振荡的能量通过输入和输出线传输时，就会在空间中产生电场和磁场。 这些由电磁辐射引起的干扰称为辐射干扰。

4. 其他奖励措施

元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不完善，彩色印刷电路板（PCB）布线一般采用手工排线，随意性很大，PCB的近场干扰较大，彩色印刷电路板上元件的安装，放置和方向不当会引起EMI干扰。

改进举措的建议

目前，根据电磁干扰的传播路径来抑制干扰已逐渐成熟。 我们的观点必须回到开关电源元件本身。 从多年的工作实践来看，电路方面应注意以下几点：

(1)印制电路板布局时，模拟电路区和数字电路区应合理分隔。 电源线和相线应分开引出，电源应集中于一处。 PCB布线时，高频数字信号线应短线，主要信号线最好集中在PCB板的中心，电源线应尽量远离高频数字信号线尽可能或由相线分开。 其次，可以根据耦合系数来布置布线，尽可能减少干扰耦合。

(2)印制电路板的电源线和相线印制条应尽可能宽，以减少线路阻抗，从而减少公共阻抗带来的干扰噪声。

(3)大部分元件应采用贴片器件，并尽可能缩短器件的引脚宽度，以减少器件分布电感的影响。

(4) 将混合电容连接到尽可能靠近元件的 Vdd 和 Vcc 电源端子，以缩短开关电压的循环路径。 例如，使用10μF铝电解电容和01μF电容，并将它们连接到电源引脚。 对于高速数字IC的电源端，可以用钽电解电容代替铝电解电容，因为钽电解对地的阻抗比铝电解小得多。