1.引言

隨著高速電路在醫療領域的廣泛應用，結合醫療領域用戶和電磁兼容使用環境的特殊性，醫療電子設備的抗干擾問題引起了越來越多的關注。因此，國家制定了相應的抗干擾等級要求，通過標準的抗干擾測試系統，驗證醫療電子設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。

本文結合電快速瞬變脈沖群抗干擾測試系統和醫療電子設備，根據醫療電子設備的特點建立脈沖群抗干擾測試模型，為電子工程師提供系統設計方法和思路，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.脈沖群產生機制

一旦打開或關閉負載電路的接觸點，接觸點之間可能會發生電擊穿。當接觸點接近且未完全接觸時，開始發生故障。在關閉接觸點的過程中，故障將持續發生，直到接觸點關閉。

存儲在電網感性負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，直到動態和靜態接觸點之間的間隙變大，無法通過。在此過程中，將產生一系列高壓脈沖組，即電動快速瞬態脈沖組。

3.脈沖群抗擾測試系統

為了防止醫療電子設備受到脈沖群干擾的影響，國家規定醫療電子設備需要通過脈沖群抗干擾試驗，醫療電子設備應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生器，干擾通過設備與金屬耦合板之間的等效電容器返回脈沖群干擾發生器。L/N/PE電纜注入干擾的情況就是一個例子。通常，由高壓源產生的直流高壓由脈沖群干擾發生器充電.整形手術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，脈沖群干擾發生器和金屬耦合板可以等同于圖1中的等效模型。

4.醫用電子設備脈沖群抗擾測試模型

4.1醫用電子設備的特點

醫療電子設備通常有患者的電纜長度.產品類型多樣化.敏感電路的抗干擾門限制較低。患者電纜通常是系統中最長的部分。作為等效天線，它可以拾取和輻射噪聲。例如，心電圖機監測器有一較長的患者電纜。此外，根據應用場景的需要，醫療電子設備有多種產品類型，如網絡電源與浮地相結合的設備.干電池供電設備.有保護接地的設備.設備內部鈑金。

4.2脈沖群抗擾測試模型

脈沖群抗干擾試驗模型結合醫用電子設備的特點和脈沖群抗干擾試驗系統的原理，如圖2所示：

C1~C脈沖群發生器耦合電容.L設備接地線等效電感.C4.C5.C6等效電容電容為線路板和設備的內部鈑金.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等效電容設備內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備L可以認為斷路。

當沒有內部鈑金設備使用此模型時，刪除此模型C10.同時減小C4.C5.C6容值。

當使用沒有患者電纜和輸入輸出電纜的設備模型時，C8.C9。

當使用沒有浮地應用的設備模型時，可以認為C7短路。

C1-C3.電容值為脈沖群抗干擾設備的內部電容值已固定，浮地設備可根據變壓器進行固定.確定等效電容和跨接電容的容值C7數值，C8.C等效電容可根據導線與金屬平面之間的電容計算公式計算，其他電容可根據兩個金屬平面之間的電容計算公式計算。

5.醫用電子設備脈沖群抗擾測試模型的應用

脈沖群抗干擾濾波設計的核心思想是控制干擾電流的流向，避免流經意外路徑。根據醫用電子設備脈沖群抗干擾試驗模型的分析，干擾電流的主要回流路徑如圖3所示：

在設計脈沖群抗干擾度時，應盡量引導主要干擾能量。首先，根據紅色路徑返回，然后根據粉紅色路徑返回，以避免根據藍色路徑返回。干擾信號通過粉紅色路徑返回時，應根據敏感設備與回流路徑之間的距離判斷是否有不利影響。根據測試模型，設計思路如下：

1)當設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)如果設備有內部金屬鈑金，C它將存在于金屬鈑金和金屬耦合板之間的等效電容。當等效電容較大時，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)當設備沒有內部金屬鈑金時，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字電路或模擬電路。

4)如果設備有患者電纜，如血氧電纜.心電導電連接電纜。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字電路。如果干擾路徑為圖3中的藍色部分，則會影響設備。

根據醫療電子設備脈沖組抗干擾試驗模型的分析，電子工程師在進行脈沖組抗干擾設計時，應從干擾路徑進行分析，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，串聯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計。

6.結束語

本文結合醫療電子設備的特點和電快速瞬變脈沖群測試環境，提出了醫療電子設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，可以為醫療電子設備提供整體設計理念，降低設計成本和設計時間。