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医疗器械产品检测

医疗器械EMC项目整改要点、测试案例

作者:admin 来源: 日期:2019-7-7 9:51:47 人气:0 加入收藏 评论:0 标签:

第一部分:电磁兼容EMC整改要点


    系统功能测试,满足现场功能需要后,进行电磁兼容测试,电磁兼容测试容易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导辐射等等测试!


A.静电抗扰度测试


   静电分为接触放电和空气放电,静电是积累的高压,当接触到设备的金属外壳时会瞬间放电,会影响到电子设备的正常工作,可能引起设备故障或复位重启,在安全性要求较好的场合这是不允许的。


   静电会影响显示效果,可能出现显示闪烁或黑屏,影响正常显示和操作。静电还可能引起CPU/MCU工作异常,程序复位&死机或重启。
   如有问题-可以参考《电子产品:静电放电的分析与设计技巧》

   如果在产品详细设计阶段采用电磁兼容系统设计法的相关设计,做ESD测试就不会存在问题!通过设计,对静电积累的电荷进行良好的泄放,不会影响系统的正常工作。


B.电快速瞬变脉冲群抗扰度测试


     电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上,观察设备是否受到其影响。防护群脉冲主要的方法是“疏导”“堵”,“疏导”就是提供泄放回路,是干扰在进入系统之前,泄放至大地,良好的屏蔽层接地,可以泄放大部分动干扰,“堵”是使群脉冲滤除在设备之外,增加磁环,效果明显,封闭磁环的效果好于对扣磁环,也可以将磁环加入到电路板的设计中,固定在印制板中,这样使设备更容易通过测试并且可靠。
      如有问题-可以参考《电子产品:EFT的设计与分析》
      对电源线、信号线、通讯线两端增加磁环,可以对群脉冲干扰进行有效的测试防护!推荐用来进行系统的定位分析和判断!!
C.雷击浪涌的测试
      雷击浪涌主要包含两个方面,一个是电源的防雷设计,一个是信号的防雷设计。电源防雷主要是针对系统级而言的,系统级设计可能需要按照三级防雷设计,总电源进入端设置电源防雷,可以对系统的输入电源进行一级防护,经过电源防雷后,进入隔离变压器(开关电源系统),隔离变压器可以对电磁干扰信号进行较好的防护,抑制其对系统的影响。这样电源再进入系统设备,可以使系统更好、更可靠的工作。
信号防雷是对系统的信号通路进行防护,主要涉及的是电路板的设计,在板级设计中增加防雷器件,如气体放电管,增加TVS泄放回路,当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放,对后级电路起到保护作用。或者信号进行光电隔离后再进入系统;系统可以采集到一个稳定的信号,使系统正常分析判断,正常进行控制,系统正常工作。另一方面就是设计较宽的信号范围,信号正常波动时,系统正常工作。
      如有问题-可以参考《电子产品:雷击浪涌-分析与设计技巧》

D.射频场感应传导的抗扰度测试


     射感试验可能会对显示信号、采集驱动等造成影响,可能使显示闪烁或黑屏,还可能使采集驱动工作异常,采集不到需要的信号,无法驱动应用设备及功能。射频试验是0.15k~80M频率范围内对信号线、电源进行干扰,3级强度是10V/m。射频场感应防护的原则是将电源、信号线的屏蔽做好,屏蔽层良好接地,选择合适频率进行滤波,将干扰滤除。(对通用电子产品的设计一般没有问题!)

E.辐射发射测试、传导发射测试


    该测试主要是测试系统的传导和辐射干扰,对空间无线电干扰的问题;要求满足规定的标准限值!通过相关电磁兼容测试,产品就可以推向市场。
    如有问题-可以参考《电子产品:传导发射干扰的设计与分析》

   《电子产品:辐射发射干扰的设计与分析》

6.通过测试认证的电子产品;并且满足相关的电磁兼容测试标准通过测试,产品就可以推向市场,用户才能安全使用,产品极大地减小因电磁干扰的问题发生状况!对企业的效益和发展、产品的推广起到积极的作用!!

第二部分:EMC测试解读

   电磁兼容测试的条件与方法:测量依赖3个方面因素:方法、技术、设备。方法由测量原理和测量设备的使用方法两者来确定,技术是为了得到正确的测量结果(较高的准确度)而采取的一切测量手段,设备则是体现上述两个因素为测量服务的一切技术装置。这些都必须标准化,以保证测量具有重现性和真实性。

  EMC测量条件由测量方法决定。必须指出,把环境作为抗扰度测量的相关条件是抗扰度测量的重要特点。因为如果忽视这些相关,不考虑装置的应用工作环境条件,而认为装置应该“独立”,应该适合于插入任何说说组合装置(或系统)中,就会由此产生所有被测装置都必须接受全部项目的干扰实验,并且要达到最高严酷度等级的错误结论。这不仅对要用的装置造成过高的不合理的严格限制,而且还会因需要进行大量实验而不得不承担很大的经济负担。

  另外,抗扰度测量涉及到高压信号,除了应严格遵守有关安全规定外,还有必要在抗扰度实验后再对设备进行安全测量。

  对于交流稳压电源这类大功率电工产品,选取从市电导入的以高频、高能为特征的抗扰度项目,并且选购较其它电工、电子产品要高的严酷度等级,是必要的。

  抗扰度测量的另一重要特点是对实验发生器技术参数作出严格而明确的规定。为了对设备的抗扰度性能进行比较,就要有说说能产生比较一致并可重复再现的实验装置,这就是干扰模拟发生器。显然必须规定发生器的输出内阻、输出波形规则、开路电压幅度和误差;以保证实验结果的一致,重复性好。否则,因不同被测设备源端阻抗不同,对发生器的阻抗匹配不同而无法使发生器在带载下输出波形或幅度相同。实际上,阻抗不匹配就是抑制电磁骚扰的一个有效手段。

  交流稳压电源对外界(通过市电网络)的电磁骚扰测量项目有:谐波传导干扰测量、高频传导干扰测量。

  谐波传导干扰测量是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测量;测出40次以下各次电流谐波最大值,对三相电源还应测量中线的电流谐波。在交流稳压电源性能项目中以源电流相对谐波含量来考核此项目。

  射频辐射干扰测量较复杂,涉及到测量场地、天线、测量线路连接等测量技术。测量场地为野外开阔、背景电磁噪声电平至少比允许极限值小6dB。这种规则很难实现,标准还推荐可以用电磁屏蔽室(还有如电波暗室等)作为替换。测量辐射场强时被测设备应严格按实际工作方式接线,电源线、信号线都不允许特意卷曲、收缩,以反映真实性。

  EMC测量条件由测量方法决定。具体测量方法分为在实验室条件下进行的实验台法和在实际使用条件下进行的现场法。要模拟现场可能碰到的所有干扰现象是不可能的,特别是现场法具有无法克服的局限性。但通过标准化的测量可以较全面地获取被测设备EMC性能怎么的信息。为此,国际上推荐首先采用实验台法,除非无法在实验室进行,一般不用现场法。

  抗扰度测量主要方法是按照设备所处的电磁环境条件,结合用户对设备采取的方法,选购合适的严酷度等级,依照有关测量方法进行测量,最后根据产品标准提出的合格判决条件评定测量结果是否合格。这是抗扰度测量和其它测量主要差异之处。

  电磁环境中的电磁骚扰源、电磁骚扰源对设备的耦合方式、设备对电磁骚扰的敏感度以及用户对工作现场的防护方法直接和严酷度等级相关。即使用环境决定了干扰的形式,安装防护条件决定了干扰的严酷度等级。GB/T13926.4具体规定了在电磁环境中和严酷度等级相对应的设备工作下的电气环境条件:

  1级,具有良好保护的环境,如计算机房;

  2级,受保护的环境,如工厂和电厂的控制室或终端室;

  3级,典型的工业环境,如工业过程装置、电厂和露天高压变电所的继电器房等场所;

  4级,严酷的工业环境,如电站、未采取特殊安装方法的工业过程设备、室外区域等。

  IEC801-5中针对电涌的源为电力切换瞬变或间接雷击的闪电瞬变,对设备的安装条件和防护设施作如下分类(适用电涌):

  0类:保护良好的、有一次和二次过压保护的电气环境,通常处于特殊的房间内,电涌电压不会超过25V;

  1类:局部保护的、有一次过压保护的电气环境,电涌电压不超过500V;

  2类:电源线和其它线路分离开,电缆隔离良好的电气环境,电涌电压不超过1kV;

  3类:电源电缆和信号电缆并行敷设的电气环境,电涌电压不超过2kV;

  4类:互连线象室外一样沿着电源电缆敷设,且电子电路和电气线路均使用电缆的电气环境,电涌电压不超过4kV;

  5类:非人口稠密区内电子装置联接电讯电缆和架空电源线的电气环境。

  对0类不做电涌测量。一般电源产品处于1类或2类电气环境,可选购严酷度等级为1级或2级。

  必须指出,把环境作为抗扰度测量的相关条件是抗扰度测量的重要特点。因为如果忽视这些相关,不考虑装置的应用工作环境条件,而认为装置应该“独立”,应该适合于插入任何说说组合装置(或系统)中,就会由此产生所有被测装置都必须接受全部项目的干扰实验,并且要达到最高严酷度等级的错误结论。这不仅对要用的装置造成过高的不合理的严格限制,而且还会因需要进行大量实验而不得不承担很大的经济负担。

  另外,抗扰度测量涉及到高压信号,除了应严格遵守有关安全规定外,还有必要在抗扰度实验后再对设备进行安全测量。

  对于交流稳压电源这类大功率电工产品,选取从市电导入的以高频、高能为特征的抗扰度项目,并且选较其它电工、电子产品要高的严酷度等级,是必要的。

  抗扰度测量的另一重要特点是对实验发生器技术参数作出严格而明确的规定。为了对设备的抗扰度性能进行比较,就要有说说能产生比较一致并可重复再现的实验装置,这就是干扰模拟发生器。显然必须规定发生器的输出内阻、输出波形规则、开路电压幅度和误差;以保证实验结果的一致,重复性好。否则,因不同被测设备源端阻抗不同,对发生器的阻抗匹配不同而无法使发生器在带载下输出波形或幅度相同。实际上,阻抗不匹配就是抑制电磁骚扰的一个有效手段。

  交流稳压电源对外界(通过市电网络)的电磁骚扰测量项目有:谐波传导干扰测量、高频传导干扰测量。

  谐波传导干扰测量是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测量;测出40次以下各次电流谐波最大值,对三相电源还应测量中线的电流谐波。在交流稳压电源性能项目中以源电流相对谐波含量来考核此项目。

  交流稳压电源的传导干扰实验同其它电子产品一样,可采用GB6833-86电子测量仪器EMC性实验规范(参照采用HP公司标准或GB9254-88信息技术设备的无线电干扰极限值和测量方法(等效采用CISPR?22?1985)。高频传导干扰测量中一个重要测量装置是要用人工电源网络(ArTIficialMainNetwork),在美国标准中则称为电源阻抗稳定网络(LineImpedanceStabilizaTIonNetwork,LISN)。这是由于不同电力条件下,市电在不同设备电源输入端呈现的高频阻抗也不相同,为使测量结果反映真实情况,必须在受试设备和其电源端子间接入合乎规则的网络,该网络既能使设备和电网间实现射频隔离,又能为设备提供稳定的高频阻抗。人工电源网络的支路数和供电系统的线路数相同,网络和干扰测量仪之间的连接应保证阻抗匹配(50Ω/50μH),对每根电源线分别进行测量,测量的是干扰电压值。GJB152-86则推荐采用电流探头法测量传导干扰电流;其中在电源线和地之间并接10μF穿心电容器,作用和LISN相同。电流探头法使用简便,测量迅速,便于现场测量,较接近实际情况,可能今后测量以其为主。此外,军标采用峰值检波器,GB/T 9254采用准峰值检波器。

  射频辐射干扰测量较复杂,涉及到测量场地、天线、测量线路连接等测量技术。测量场地为野外开阔、背景电磁噪声电平至少比允许极限值小6dB。这种规则很难实现,标准还推荐可以用电磁屏蔽室(还有如电波暗室等)作为替换。测量辐射场强时被测设备应严格按实际工作方式接线,电源线、信号线都不允许特意卷曲、收缩,以反映真实性。

  总之,采用交流稳压电源使用价值规则,其EMC性能应当是:除了本身能达到较高严酷度等级的抗扰度指标、合格的电磁干扰限制以及提供合适的交流电压条件外,更重要的是要为其负载(对电磁干扰敏感的电子仪器设备特别是信息技术设备),在较严酷电磁环境条件下工作,提供充足的EMC安全裕度。这不但是交流稳压电源的基本功能,而且也是对其的EMC规则及对其进行EMC测量的依据。

  如果你在进行电磁兼容的设计或分析,了解电磁兼容测试的条件与方法及要素至关重要,只有熟练掌握电磁兼容测试的条件与方法及要素,在设计上才能得心应手!

第三部分:案例解析

空调整机系统,传导干扰方面,电路中已有2级滤波器,但是扫描的干扰峰值还是无法降到标准限值以下,因此想问一下传导干扰有没有可能通过空间耦合的形式绕过了二级滤波器?注:干扰源为变频器功率输出部分,因此干扰峰值是一连串的频段超过限值而不是某一个点。另外,在整改过程中,通过整理线束、完善接地平面、变频器输出三相线套磁环(共模)等方式,有一定效果,平均降了15dB到20dB,但是也还是超过限值10dB左右。

因为二级滤波器参数也改了几次,但对这最后10dB没有明显效果,所以就怀疑传导有没有可能不通过二级滤波器,直接到了LISN?(开发设计者的问题及困惑!)对问题进行原始测试数据及设计资料分析:


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