医用电气设备传导抗扰度试验及案例分析

温宇标 黄勇 刘海 伍倚明 广东省医疗器械质量监督检验所 （广东 广州 510663）

内容提要：通过对传导抗扰度试验方面的原理简单分析，分析了使用耦合去耦网络和注入钳两种不同方法的布置，进一步探讨了该项目的难点，并例举若干实际案例，加深了对该试验理论方面的应用和认识，也为医用电气设备传导抗扰度方面的问题提供了相关整改思路。

医用电气设备与人们的健康和安全息息相关，因此设备本身在使用过程中的安全也逐渐引起了人们的重视，电磁兼容方面的性能是医用电气安全的重要部分。其中，电磁兼容由发射和抗扰度两部分组成，所有的医用电气设备都应该尽可能地提高抗扰度方面的能力，以确保医生和患者在使用设备过程更安全更有效。本文主要对抗扰度中的一个常见项目传导抗扰度进行分析，结合测试原理和布置，分析其中的难点，同时例举了几个不合格的案例，进一步加深对医用电气设备传导抗扰度这个试验的理解和应用。

1.测试原理及方法

传导抗扰度试验（CS）根据YY0505-2012的要求，医用电气设备的CS测试的范围是150kHz～80MHz[1]。在通常情况下，CS的骚扰源来自射频发射机的电磁场，会作用于和设备有连接的整条电缆。虽然被干扰设备的尺寸要比骚扰信号的波长小很多，相比之下，设备引线（包括电源线，通信线和各种互连线等）的长度则可能达到干扰波的几个波长或以上。当有骚扰电流流经设备，则设备的引线就变成了被动天线接收到射频场的感应，最终以射频电压或电流形成的近场电磁场影响设备的工作[2]。此外，CS试验分为两种，包括电源端口和信号、互连线端口的CS试验，以此来评估相关电气设备对传导骚扰的抗干扰能力。

对医用电气设备进行本试验之前，首先应分析设备的端口以及电缆情况，以便决定使用何种方法进行干扰试验。一般而言，对电源端口可以使用耦合去耦网络的方法，根据供电情况选用，单相带地的设备选择CDN-M3，不带地则选择CDN-M2，如果是三相设备，则选择CDN-M5。对于信号和互连线端口的注入，一般采用钳注入的方法，包括电流钳和电磁钳，需要注意的是，YY 0505标准要求了医用电气设备患者耦合电缆应使用电流钳注入，只有电流钳不适用情况下才使用电磁钳。此外，患者耦合点应端接模拟手，并且用510Ω和220pF电容串联的RC元件连接到参考地平面，作为高阻抗射频路径的模拟。对于患者耦合电缆端，如果无法提供150Ω辅助设备阻抗，则用电流钳注入，而患者耦合端不去耦也符合了实际情况。所有患者耦合电缆应逐个地或成束地进行试验。对于非患者耦合电缆的试验，如EUT互连线，I/O线，适配器输出线等应遵循电磁钳优先原则[3]。

2.测试布置

由GB/T 17626.6-2017标准可知，CS的试验模型模拟了EUT处于实际骚扰源形成的电场和磁场之中，实现的方法就是使EUT尽可能连接到两个150Ω共模阻抗之间，其中一个阻抗提供了射频信号源，而另外一个则提供了电流回路[2]。其中，流经EUT的共模电流产生的电磁场的示意图见图1。

如前面所述，对于使用耦合去耦网络（CDN）的试验布置，标准中有明确的描述，具体包括了EUT的射频信号端与电流回路端的搭接情况，部件之间的距离要求等都做出了规定，测试时应尽量按照进行布置，见图2所示。

CDN的作用主要有两个，一是耦合的功能，主要通过电阻和电容的组合，使干扰信号耦合到EUT的相应线缆上。二是去耦的功能，即通过电感和电容的组合，使辅助测试端产生高阻抗，尽可能地避免干扰信号的流入对非受试设备造成干扰，促使干扰电流尽可能地流向EUT的方向，从而对非受试设备起到保护的作用。

同样，对于使用注入钳的方式，具体的试验布置示意图如图3所示。

3.难点分析

①对于某些使用特定工作频率的产品，而且探头的频率工作在0.15～80MHz这段范围内，例如超声治疗类的设备，探头在几兆赫兹到几十兆赫兹不等；②交流供电端缺乏相关滤波措施的设备；③信号线缺乏屏蔽和滤波措施，信号处理方面对干扰信号极为敏感的设备；④高等级的干扰电平，对设备的干扰较大。

图1.流经EUT 的共模电流产生的电磁场的示意图

图2.使用CDN 的试验布置示意图

4.整改案例及分析

通常，设备在CS试验中出现的不合格现象和原因不尽相同，但解决的办法一般有以下几种：①完善屏蔽；②良好接地；③加强滤波[4]。

通常屏蔽的方法是最直接有效的，下面举两个案例进行简单分析。

4.1 案例1

设备：某多功能健康检查仪，主要用于体温，血压、脉搏和血氧等参数的测量。

问题描述：对体温探头线进行电流钳的CS测试时，出现体温数据不再变化，采集的数据传输中断的现象。

对策说明：对体温探头线内增加金属屏蔽层以屏蔽外部的电磁干扰，如图4所示，重新测试合格。

图3.使用注入钳的试验布置图

图4.体温探头线增加屏蔽前后对比图

4.2 案例2

设备：某牙科综合治疗机。

问题描述：对脚踏开关线进行电流钳注入的CS测试，出现牙科椅升降卡顿、停止现象。

对策说明：经过分析，发现该脚踏开关线是非屏蔽线，干扰信号可以直接作用到线上，随后进入主板，从而影响牙科椅的正常升降功能。

整改情况：把脚踏开关线换成带屏蔽的脚踏开关线，复测合格。

然而，有些时候看似屏蔽，实际没有达到完全屏蔽，例如“猪尾巴”现象，或者屏蔽层有漏洞和巨大缝隙，对于实际整体的屏蔽效果而言则大打折扣，下面举例分析。

4.3 案例3

设备：某温度和脉搏血氧仪。

问题描述：在传导抗扰度试验中使用钳注入的方法，干扰过程出现脉搏参数异常现象。

对策说明：通过分析样品，发现血氧探头线缆已经是屏蔽线缆，但是转接头处有一小段却没有屏蔽，因此最后决定加强屏蔽措施。

整改情况：如图5整改前后血样探头公插示意图中红色箭头所示，将血氧探头的公插改为增加铁壳屏蔽的公插，不合格问题得到解决。

当然，面对复杂的EMC问题，通常不能只靠单一手段来解决，而应该多管齐下，例如下面这种案例所示。

4.4 案例4

设备：某低频治疗仪。

问题描述：在CS测试过程，对信号线施加干扰，出现信号输出不稳定现象。

对策说明：通过分析，干扰从信号线直接耦合进去主机，因此考虑从源头进行处理。

整改情况：处理方案是把信号线更换为屏蔽线，同时在主机端线缆入口处并联一个103的电容进行滤波，复测结果合格。

屏蔽和滤波虽然效果很好，但是或多或少会涉及到产品成本或者工艺的变化，比较而言，良好的接地有时候可以成为成本最低的EMC设计和整改措施，当然要视具体情况而定，下面举例简要分析。

4.5 案例5

设备：某听力计。

问题描述：对电源端进行CS试验，出现键盘无法操作的现象。

对策说明：分析原因是CS干扰对键盘上的芯片电路造成了干扰，而这块电路板上原有一个接地点，但分析发现该接地线很细，同时螺丝垫片出现松动现象，且垫片接口处喷漆过多，以上种种原因导致板子看似接地，实则悬空，接地阻抗较大，从而导致对地电位发生变化，造成了干扰现象的出现。

图5.整改前后血样探头公插示意图

图6.键盘和金属底架之间加强接地处理

整改情况：更换键盘和金属底架上连接的接地线，对接口处的喷漆进行打磨处理，保证良好接地，如图6所示，最终复测合格。

5.小结

对医用电气设备而言，CS试验也是容易出现不合格的项目之一，整改难度较大。但只要对该试验的测试目的、原理及相关要求充分了解，同时对设备的工作模式、原理、结构等进行深入分析研究，就能找到“准快多省优”的解决方案。