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3,开关电源设计 1)开关电源的优点:效率高,体积小, 输入宽(90V~250V),具有过流,过 热自动保护电路,输出精度高,稳定性 好,地内阻,大电流. 2)开关电源的缺点:电磁兼容性差, 因其工作的高速开关状态,所以其传导 骚扰,辐射骚扰,输出噪声都比较严 重.
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4,屏蔽设计 1)电场屏蔽 a)屏蔽板材选用导电性能良好的金属, 如铜,铜镀银. b)屏蔽层尽量靠近受保护的部件. c)屏蔽层应尽量密封,少开孔或留缝 隙. d)屏蔽层应良好接地.
9)输出噪声的抑制 差模噪声是由于二极管的反向电流陡变引 起的,建议用软恢复二极管,或在二极管两端 并联一个聚酯膜电容,必要时,在输出回路加 滤波器.共模噪声是由于初级噪声电流通过变 压器线圈绕组的耦合电容注入次级而引起共模 振荡产生发射.解决办法:增加绕组间的屏蔽 层,若有三层,则靠初级绕组的屏蔽层接到一 次电源上,中间屏蔽层接机壳地端,靠次级绕 组的屏蔽层接公共输出地端.
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2)根据频率范围分类: a)工频及音频干扰:50Hz及谐波(电离系 统输电线,有线广播等); b)甚低频干扰:30KHz以下(雷电等); c)载频干扰:10~300KHz(高压直流输电 高次谐波,交流电等); d)射频干扰:300KHz~300MHz(工业科 学,医疗设备等); e)微波干扰:300MHz~300GHz(微波 炉,微波通讯,卫星通讯等).
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2)磁场屏蔽 a)选用高导磁率材料,如坡莫合金. b)尽量缩短屏蔽层的磁路,增加屏蔽层 的厚度. c)被保护的部件不能太靠近屏蔽层. d)若必须在屏蔽体上开孔(如引线孔, 通风孔等),尽量遵循磁场方向.
2,电磁干扰现象:电磁危害产生的结果. 1)功能性干扰:设备正常工作时,产生 有用的电磁能量,其能量影响到其他设备 的正常工作. 2)非功能性干扰:设备正常工作时,产 生无用的电磁能量,其能量影响到其他设 备正常运行.
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5)I/O接口位置的选择 6)印刷板与印刷板之间位置的安排,考 虑加退耦器件. 7)信号线,功能线,电源线,地线合理 安排走向. 8)机箱结构应考虑屏蔽功能,塑料外壳 内侧加电磁屏蔽薄片.
8)辐射骚扰的抑制 尽量减少环路面积:在初级中,输 入电容,开关管,变压器应尽量靠近. 在次级中,二极管,变压器,输出电容 尽量靠近.总之,结构尽量紧凑,可以 选用软恢复二极管代替快速恢复二极 管,因快速恢复二极管因电流突变容易 产生辐射.
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6)用屏蔽来抑制辐射及感应干扰 开关电源干扰频谱集中在30MHz以下的频 段,直径r<λ/2π,主要是近场性质的电磁 场,且属低阻抗场.可用导电良好的材料对电 场屏蔽,而用导磁率高的材料对磁场屏蔽.此 外,还要对变压器,电感器,功率器件等采取 有效的屏蔽措施.屏蔽外壳上的通风孔最好为 圆形,在满足通风的条件下,孔的数量可以 多,每个孔的尺寸要尽可能小.接缝处要焊 接,以保证电磁的连续性.屏蔽外壳的引入, 引出线处要采取滤波措施.对于电场屏蔽,屏 蔽外壳一定要接地.对于磁场屏蔽,屏蔽外壳 不需接地.
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6)印刷板线条宽度不要突然变窄,走向 不要突然90度转弯,以135度为佳. 7)若多层板设计,根据上述原则,不同 电路最好分层分布,一般情况:关键信 号电路安排在顶层,紧接着是地面层, 再是电源层. 8)印刷板上不允许有两个以上的地点与 机壳(或安全地)相连.
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5)切断干扰噪声传播路径的EMI滤波 在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤 波器,是抑制传导发射的一个很有效方法.其 参数主要有:放电电阻,插入损耗,Cx电 容,Cy电容和电感值.其中,插入损耗是滤波 器性能的一个关键参数.在考虑机械性能,环 境,成本等前提下,应该尽量使插入损耗大一 些.用共模,差模干扰的测量结果与标准限 值,加上适当的裕量可得到滤波器的插入损耗 IL.
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医疗器械产品设计 中的电磁兼容
张团刚 2009年9月
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产品设计基本要求
1,布局 1)电源(包括开关电源),高频部分应尽量 远离功能电路,必要时考虑屏蔽. 2)信号电路(包括高增益放大电路)安排要 合理,最好加以屏蔽. 3)模拟电路和数字电路尽量分开布局. 4)时钟与高频振荡电路尽量远离信号电路, 必要时加以屏蔽.
3,电磁干扰的分类: 1)根据耦合途径分: 传导干扰:设备与设备之间,设备内部各 单元电路之间,通过信号线,功能线, 电源线,接地线及设备本身的导电结构 件,公共阻抗,多电路元件等耦合传输 而产生的干扰 2)辐射干扰:设备与设备之间,设备 内部各单元电路之间,通过媒体以电磁 波形式向外发射传播而产生的干扰
电磁骚扰和干扰的介绍
1,电磁骚扰源:环境中任何可能的电磁危 害现象. 1)自然骚扰源:天电噪声,宇宙噪声, 沉积静电噪声,热噪声等; 2)人为骚扰源:电力系统,无线通 讯,广播电视,雷达,导航,工业,科 学,医疗设备,家电等.
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3)降低开关损耗和开关噪声的软开关 技术 软开关是在硬开关基础上发展起来 的一种基于谐振技术或利用控制技术实 现的在零电压/电流状态下的先进开关技 术. 软开关的实现方法是:在原电路中 增加小电感,电容等谐振元件,在开关 过程前后引入谐振,消除电压,电流的 重叠.
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7)合理的PCB布局及布线 敏感线路主要是指控制电路和直接与 干扰测量设备相连的线路.要降低干扰 水平,最简单的方法就是增大干扰源与 敏感线路的间距.但由于受电源尺寸的 限制,单纯的增大间距并非解决问题的 最佳途径,更为合理的方法是根据干扰 电场的分布情况将敏感线路放在干扰较 弱的地方.PCB抗干扰布局设计流程如 图所示.
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4)减小干扰源干扰能量的缓冲电路 在开关控制电源的输入部分加入缓冲 电路,其由线性阻抗稳定网络组成,用 于消除电力线干扰,电快速瞬变,电 涌,电压高低变化和电力线谐波等潜在 的干扰.
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4,电磁骚扰的抑制方法: 1)产品的合理设计,巧妙布局 2)应用多种滤波技术 3)选用有效的屏蔽方法 4)合理安排地线
试验
依据2005年发布的YY0505-2005 《医用电气设备——第1-2部分:安全通 用要求——并列标准:电磁兼容-试验和 要求》中规定,医用电气设备的电磁兼 容试验分为:发射试验和抗干扰度试验
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2,印刷线路板的设计 1)排版时,首先考虑电源线,地线和I/O线 位置. 2)电源线与地线尽量靠近,双面板最好安排 在同一位置的正反面. 3)不同速度的电路要分开布局. 4)数字电路与模拟电路要分开布局 5)尽量避免两条不同功能的线长距离平行靠 近走向.