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醫療設備行業是關系人民生命健康的新興行業,而開關電源作為醫療設備的重要組成部分,比其他普通電源有著更為嚴格的要求。 這樣的醫用開關電源和我們使用的普通電源有什么區別呢?
目前,大多數醫療設備都使用電源。 截至目前,電源行業也持續快速發展。 電源本身的體積相比以前已經大大縮小,但形狀、體積等也越來越適應當今的需求。
由于醫療設備通常在特殊環境下使用,因此對醫療電源的電氣要求非常嚴格。 例如,必須滿足IEC60601-1安規的絕緣和漏電壓要求,以及電磁兼容YY0505-2012或其相關標準的要求。 普通電源沒有這么嚴格的標準。 事實上,普通電源也有相應的認證要求。 另一方面,醫療設備的電磁輻射和電磁輻射防護是醫療電源的重要參數標準,涉及浪涌和瞬態電壓硬度、靜電放電(ESD)和射頻干擾(RFI)防護能力。 許多醫療應用涉及射頻醫療設備或無創電子放射治療設備,因此電源必須能夠承受干擾且不受影響。 據悉,對電源耐壓、電流、紋波等方面的要求也非常嚴格。
開關電源引起的干擾根據噪聲干擾源的類型可分為兩種:峰值干擾和紋波干擾。 如果按照耦合路徑來劃分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。
1、二極管反向恢復時間引起的干擾
當高頻檢測電路中的檢測晶閘管正向導通時,其上流過很大的正向電壓。 當反向偏壓電流轉為截止時,由于PN結內有更多的自旋積累,在柵極處消失。 之前一段時間,電壓會反向流動,導致柵極反向恢復電壓大大降低,出現較大的電壓變化(di/dt)。
2、開關管工作時形成的紋波干擾
當電源開關打開時,會流過很大的脈沖電壓。 正激、推挽和橋式變換器的輸入電壓波形在阻性負載下近似為方波,富含高階紋波成分。 當使用零電壓、零電流開關時,這些紋波干擾將非常小。 另外,在功率開關管截止期間,高頻變壓器定子漏感引起的電壓突變也會產生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產生的干擾
沒有工頻變壓器的開關電源輸入端的檢波管在反向恢復期間會產生高頻衰減振蕩而產生干擾。 開關電源形成的峰值干擾和紋波干擾能量所引起的干擾,通過開關電源的輸入、輸出線路傳輸,稱為傳導干擾; 當紋波和寄生振蕩的能量通過輸入和輸出線傳輸時,就會在空間中產生電場和磁場。 這些由電磁輻射引起的干擾稱為輻射干擾。
4. 其他獎勵措施
元器件的寄生參數,開關電源的原理圖設計不完善,彩色印刷電路板(PCB)布線一般采用手工排線,隨意性很大,PCB的近場干擾較大,彩色印刷電路板上元件的安裝,放置和方向不當會引起EMI干擾。
改進舉措的建議
目前,根據電磁干擾的傳播路徑來抑制干擾已逐漸成熟。 我們的觀點必須回到開關電源元件本身。 從多年的工作實踐來看,電路方面應注意以下幾點:
(1)印制電路板布局時,模擬電路區和數字電路區應合理分隔。 電源線和相線應分開引出,電源應集中于一處。 PCB布線時,高頻數字信號線應短線,主要信號線較好集中在PCB板的中心,電源線應盡量遠離高頻數字信號線盡可能或由相線分開。 其次,可以根據耦合系數來布置布線,盡可能減少干擾耦合。
(2)印制電路板的電源線和相線印制條應盡可能寬,以減少線路阻抗,從而減少公共阻抗帶來的干擾噪聲。
(3)大部分元件應采用貼片器件,并盡可能縮短器件的引腳寬度,以減少器件分布電感的影響。
(4) 將混合電容連接到盡可能靠近元件的 Vdd 和 Vcc 電源端子,以縮短開關電壓的循環路徑。 例如,使用10μF鋁電解電容和01μF電容,并將它們連接到電源引腳。 對于高速數字IC的電源端,可以用鉭電解電容代替鋁電解電容,因為鉭電解對地的阻抗比鋁電解小得多。