本文分析了电快速瞬变脉冲群作用机理，基于GB/T 17626.4这一电磁兼容基础标准和医疗行业标准YY 0505-2012，对脉冲群主要提出了减小PCB接地线上的公共阻抗与在电源线和信号线上卡磁环的方法。并运用上述方法对某型血管显像仪作了整改和案例分析。理论与实验结果相符。 引言：医疗电子是以现代电子技术、半导体技术等为基础，同时将医学机械、生物医学，新材料等多学科交错应用于医疗研究临床诊断、治疗、深化分析、分析保健、康复等领域的设备及系统。本文就电快速瞬变脉冲的形成机理及存在危害、医疗产品的EFT执行标准与测试方法以及应对策略等方面进行深入探讨。 1 EFT干扰机理 EFT（Electrical Fast Transient/Burst）的全称是电快速瞬变脉冲群，是指数量有限且清晰可辨的脉冲序列或持续时间有限的振荡，脉冲群中的单个脉冲有特定的重复周期、电压幅值、上升时间和脉宽。其代表的是电感性负载在断开或接通时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在开关处产生的一连串的暂态脉冲（脉冲群）骚扰（王玉峰，邹积岩，廖敏夫，一次回路形成电快速瞬变脉冲群骚扰的研究及防护：电力自动化设备，2007）。电快速瞬变脉冲群是由继电器、马达、变压器等电感器件产生的。通常，这些元器件构成系统的一部分，因此干扰往往在系统内部产生。 当电感性负载多次重复开关时，脉冲群会以相应的时间间隙多次重复出现。产生此类脉冲包括小型感性负载的切换产生的脉冲；继电器触电跳动产生的脉冲；高压开关装置的切换产生的脉冲。 图1 电快速瞬变脉冲形成的原理电路 图1 所示为电快速瞬变脉冲形成的原理电路，其中L0、R0、C0分别为回路的杂散电感、导线电阻和杂散电容。在开关断开电感性负载电路的过程中，由于电感电流不能突变，此电流流向杂散电容C0，对其反向充电，形成反向电动势。 2 EFT的防护方法 2.1 在电源线以及信号线上卡磁环 磁环是铁氧体材料，在电源线或信号线上卡磁环，在高频情况下，如图2所示，磁环对线缆有互感的作用，等效于给该线缆串联一个电感。但铁氧体磁环相比于普通电感来说对高频信号有更好的抑制作用，在高频时呈现电阻性，适用频率相当宽，且适用于电压等级比较高的电源处。而在低频段由于磁环的品质因数很低，相当于很小的电感线损小（邵志和，电源输入滤波器的设计及应用：电力机车与城轨车辆，2009）。在工作时，磁环使进入电源线的高频脉冲电流产生的脉冲磁场在磁环上形成涡流，将高频能量以热能的形式消耗掉。在安装磁环的时候直接卡上不一定能获得最佳的屏蔽效果，因此可以考虑将电源线以及信号线在磁环中绕两圈，这样可以改变磁环对与信号线通路的阻抗特性，从而调整磁环的高频滤波特性，起到更好的滤波效果。 图2 在电源线以及信号线入口处卡上磁环等效模型 2.2 在电源入口处加EFT滤波器 EFT专用滤波器能够为设备在高频噪声中提供一个精确可靠的衰减，电源线滤波器实际上是一个低通L-C结构。因为滤波器的衰减是阻抗失配的函数，所以电源线滤波器的主要作用为使源和负载之间的阻抗失配最大化，从而提供共模和差模噪声的双重衰减。在产生最大衰减时，低阻抗滤波元件应当对应于高阻抗电源，同时高阻抗滤波元件对应于低阻抗负载。两个线对地电容（C1和C2）和共模扼流圈L1形成了一个低通L-C滤波器的共模部分，如下图。EFT滤波器一般使用的是较大的电容以及手工铜线绕制的大电感（这样的电感一般绕制在铁氧体磁环上，可以起到高频滤波的作用）（肖家旺，赵阳，等.称重控制器群脉冲案例分析：南京师范大学学报(工程技术版)，2011）。图3所示是电快速脉冲群L-C低通滤波器原理等效示意图。图4所示是滤波器对电源线中的噪声的滤除示意图。 图3 电快速脉冲群L-C低通滤波器原理等效示意图 图4 脉冲群干扰通路及滤波器滤除电源线噪声示意图 鉴于EFT形成过程中形成短时间高幅值的脉冲电压，会对PCB版芯片产生短时间的冲击，轻则导致信号传输中断，严重可造成硬件损毁，同时脉冲电流在进入系统内部后会发生传导耦合，影响更多的系统元件。一般电源滤波器中，电容C3提供初次的差模衰减，有时也会为C3并联一个大功率电阻提高差模衰减。C1、C2提供共模衰减，C1、C2一般选用2.2nF/2000V的高压瓷片电容，C3选用100nF/1000V的瓷片电容。 图5 血管显像仪故障图 3 实验结果与分析 3.1 问题叙述 由于射频器件或开关器件以及数字电路控制模块在系统中的应用，血管显像仪在其正常工作的时候不仅会产生大量的电磁干扰，同时也会受到来自外界电磁环境噪声的影响，按中华人民共和国医药行业标准（YY 0505-2012），使用电快速脉冲群发生器在供电电源端口分别进行实验电压峰值为正负1KV和2KV，重复频率为5kHz，测试时长为60s。在设备的电源端施加电快速脉冲群后，该血管显像仪未通过EFT抗扰度测试。它的具体现象为在测试的过程中出现显示屏闪屏的现象。并且只有断电重启才能恢复正常，自身不能够恢复正常。图5所示为血管显像仪受到EFT干扰信号时故障图。 3.2 整改措施与结果 措施：信号线上安装铁氧体磁环。 铁氧体磁环对脉冲群干扰有很好的抑制作用，首先它在直流（DC）当中没有能量损失，不影响低频信号，根据实际情况安装在通信线的两端或一端。磁环有不同的阻抗特性，磁环在高频时呈现电阻性，电阻性源于铁氧体材料的高频磁滞损耗，相当于品质因数很低的电感器，与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性，适用于抑制高频振荡、共模、差模滤波，同时减少电缆发射。图6铁氧体在不同频率的阻抗特性曲线。 图6 铁氧体阻抗特性 由于功率电路各电路板间联系密切，信号线缆很多，在这些线缆上卡磁环可以有效的抑制EFT干扰。卡在各线缆上的磁环的规格应与线缆大小相匹配，要求磁环卡上去恰好紧紧地“吃”住线缆，没有多余的空隙。 磁环安装后测试结果如表1所示： 表1 安装磁环前后测试结果未加铁氧体磁环 卡扣磁环后1KV电压峰值时会设备通信暂时性异1KV电压峰值时设备不再出现通信异常与常，显示器出现闪屏。 闪屏现象。2KV时被测设备会死机需要人工重启，2KV设备直到测试完成也没有死机偶尔会指示灯不停闪动。 有指示灯闪亮。 3.3 总结 该设备通过在信号线上安装铁氧体磁环，通过了EFT测试，达到了YY 0505-2012标准的要求，实验结果与理论分析一致，方法有效。 4 结语 本文对医疗电子产品的电瞬变快速脉冲群问题作了详细的理论研究和案例分析，包括电瞬变快速脉冲群产生的原理及其危害。基于EFT的干扰机理，提出了EFT的防护方法，并且将这些原理和方法运用于实践，对某型血管显像仪进行整改，有效增强了设备的抗EFT性能。 本文分析了电快速瞬变脉冲群作用机理，基于GB/T 17626.4这一电磁兼容基础标准和医疗行业标准YY 0505-2012，对脉冲群主要提出了减小PCB接地线上的公共阻抗与在电源线和信号线上卡磁环的方法。并运用上述方法对某型血管显像仪作了整改和案例分析。理论与实验结果相符。引言：医疗电子是以现代电子技术、半导体技术等为基础，同时将医学机械、生物医学，新材料等多学科交错应用于医疗研究临床诊断、治疗、深化分析、分析保健、康复等领域的设备及系统。本文就电快速瞬变脉冲的形成机理及存在危害、医疗产品的EFT执行标准与测试方法以及应对策略等方面进行深入探讨。1 EFT干扰机理EFT（Electrical Fast Transient/Burst）的全称是电快速瞬变脉冲群，是指数量有限且清晰可辨的脉冲序列或持续时间有限的振荡，脉冲群中的单个脉冲有特定的重复周期、电压幅值、上升时间和脉宽。其代表的是电感性负载在断开或接通时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在开关处产生的一连串的暂态脉冲（脉冲群）骚扰（王玉峰，邹积岩，廖敏夫，一次回路形成电快速瞬变脉冲群骚扰的研究及防护：电力自动化设备，2007）。电快速瞬变脉冲群是由继电器、马达、变压器等电感器件产生的。通常，这些元器件构成系统的一部分，因此干扰往往在系统内部产生。当电感性负载多次重复开关时，脉冲群会以相应的时间间隙多次重复出现。产生此类脉冲包括小型感性负载的切换产生的脉冲；继电器触电跳动产生的脉冲；高压开关装置的切换产生的脉冲。图1 电快速瞬变脉冲形成的原理电路图1 所示为电快速瞬变脉冲形成的原理电路，其中L0、R0、C0分别为回路的杂散电感、导线电阻和杂散电容。在开关断开电感性负载电路的过程中，由于电感电流不能突变，此电流流向杂散电容C0，对其反向充电，形成反向电动势。2 EFT的防护方法2.1 在电源线以及信号线上卡磁环磁环是铁氧体材料，在电源线或信号线上卡磁环，在高频情况下，如图2所示，磁环对线缆有互感的作用，等效于给该线缆串联一个电感。但铁氧体磁环相比于普通电感来说对高频信号有更好的抑制作用，在高频时呈现电阻性，适用频率相当宽，且适用于电压等级比较高的电源处。而在低频段由于磁环的品质因数很低，相当于很小的电感线损小（邵志和，电源输入滤波器的设计及应用：电力机车与城轨车辆，2009）。在工作时，磁环使进入电源线的高频脉冲电流产生的脉冲磁场在磁环上形成涡流，将高频能量以热能的形式消耗掉。在安装磁环的时候直接卡上不一定能获得最佳的屏蔽效果，因此可以考虑将电源线以及信号线在磁环中绕两圈，这样可以改变磁环对与信号线通路的阻抗特性，从而调整磁环的高频滤波特性，起到更好的滤波效果。图2 在电源线以及信号线入口处卡上磁环等效模型2.2 在电源入口处加EFT滤波器EFT专用滤波器能够为设备在高频噪声中提供一个精确可靠的衰减，电源线滤波器实际上是一个低通L-C结构。因为滤波器的衰减是阻抗失配的函数，所以电源线滤波器的主要作用为使源和负载之间的阻抗失配最大化，从而提供共模和差模噪声的双重衰减。在产生最大衰减时，低阻抗滤波元件应当对应于高阻抗电源，同时高阻抗滤波元件对应于低阻抗负载。两个线对地电容（C1和C2）和共模扼流圈L1形成了一个低通L-C滤波器的共模部分，如下图。EFT滤波器一般使用的是较大的电容以及手工铜线绕制的大电感（这样的电感一般绕制在铁氧体磁环上，可以起到高频滤波的作用）（肖家旺，赵阳，等.称重控制器群脉冲案例分析：南京师范大学学报(工程技术版)，2011）。图3所示是电快速脉冲群L-C低通滤波器原理等效示意图。图4所示是滤波器对电源线中的噪声的滤除示意图。图3 电快速脉冲群L-C低通滤波器原理等效示意图图4 脉冲群干扰通路及滤波器滤除电源线噪声示意图鉴于EFT形成过程中形成短时间高幅值的脉冲电压，会对PCB版芯片产生短时间的冲击，轻则导致信号传输中断，严重可造成硬件损毁，同时脉冲电流在进入系统内部后会发生传导耦合，影响更多的系统元件。一般电源滤波器中，电容C3提供初次的差模衰减，有时也会为C3并联一个大功率电阻提高差模衰减。C1、C2提供共模衰减，C1、C2一般选用2.2nF/2000V的高压瓷片电容，C3选用100nF/1000V的瓷片电容。图5 血管显像仪故障图3 实验结果与分析3.1 问题叙述由于射频器件或开关器件以及数字电路控制模块在系统中的应用，血管显像仪在其正常工作的时候不仅会产生大量的电磁干扰，同时也会受到来自外界电磁环境噪声的影响，按中华人民共和国医药行业标准（YY 0505-2012），使用电快速脉冲群发生器在供电电源端口分别进行实验电压峰值为正负1KV和2KV，重复频率为5kHz，测试时长为60s。在设备的电源端施加电快速脉冲群后，该血管显像仪未通过EFT抗扰度测试。它的具体现象为在测试的过程中出现显示屏闪屏的现象。并且只有断电重启才能恢复正常，自身不能够恢复正常。图5所示为血管显像仪受到EFT干扰信号时故障图。3.2 整改措施与结果措施：信号线上安装铁氧体磁环。铁氧体磁环对脉冲群干扰有很好的抑制作用，首先它在直流（DC）当中没有能量损失，不影响低频信号，根据实际情况安装在通信线的两端或一端。磁环有不同的阻抗特性，磁环在高频时呈现电阻性，电阻性源于铁氧体材料的高频磁滞损耗，相当于品质因数很低的电感器，与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性，适用于抑制高频振荡、共模、差模滤波，同时减少电缆发射。图6铁氧体在不同频率的阻抗特性曲线。图6 铁氧体阻抗特性由于功率电路各电路板间联系密切，信号线缆很多，在这些线缆上卡磁环可以有效的抑制EFT干扰。卡在各线缆上的磁环的规格应与线缆大小相匹配，要求磁环卡上去恰好紧紧地“吃”住线缆，没有多余的空隙。磁环安装后测试结果如表1所示：表1 安装磁环前后测试结果未加铁氧体磁环 卡扣磁环后1KV电压峰值时会设备通信暂时性异1KV电压峰值时设备不再出现通信异常与常，显示器出现闪屏。 闪屏现象。2KV时被测设备会死机需要人工重启，2KV设备直到测试完成也没有死机偶尔会指示灯不停闪动。 有指示灯闪亮。3.3 总结该设备通过在信号线上安装铁氧体磁环，通过了EFT测试，达到了YY 0505-2012标准的要求，实验结果与理论分析一致，方法有效。4 结语本文对医疗电子产品的电瞬变快速脉冲群问题作了详细的理论研究和案例分析，包括电瞬变快速脉冲群产生的原理及其危害。基于EFT的干扰机理，提出了EFT的防护方法，并且将这些原理和方法运用于实践，对某型血管显像仪进行整改，有效增强了设备的抗EFT性能。

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