医用治疗仪EMC测试问题探析及总结

温宇标，黄 勇，符吉林，叶 瑀

（广东省医疗器械质量监督检验所，广州 510663）

医用治疗仪EMC测试问题探析及总结

温宇标，黄 勇，符吉林，叶 瑀

（广东省医疗器械质量监督检验所，广州 510663）

通过对医用治疗仪进行分类，针对低压输出和高压输出两类产品的EMC常见不合格项目，挑选典型的产品加以分析，从而总结出不合格项目对应的改善措施，为治疗仪产品的EMC问题提供案例参考。

医用治疗仪；低压输出；高压输出；不合格；改善

引言

医用电气设备的电磁兼容性因其涉及公众的健康和安全，因此日益受到人们的关注。其中医用治疗仪产品也最为人所熟知，其特点是随处可见，普遍适用于医院，大、小诊所以及家庭等各种场所，通过对患者进行辅助治疗，达到止痛、改善血液循环和消炎等作用，因此成为医用电气设备中的一类重要产品。常见的治疗仪种类繁多，其工作频率，使用特性等也各有不同。根据产品的治疗输出端的电压不同，以220 V电压作为一个分界点，大致可以分为以下两种，低压输出类产品和高压输出类产品。以下对这两类产品的EMC测试过程中的不合格情况进行详细探讨和总结。

1 低压输出类产品

1.1 特点分析

此类产品多数是低中频，直流低压输出的各种多功能治疗仪，主要功能包括带加热功能，磁疗功能，激光功能，刺激功能，超声波治疗等，其主要原理就是通过变压器降压至几伏到几十伏的低压，然后供给显示控制端和输出端，大致原理图见图1。

1.2 常见不合格情况

1）辐射发射超标；

2）传导发射超标；

3）静电放电试验失败，现象主要是出现显示屏乱码，黑屏，或者直接被打坏，输出不符合技术要求的误差范围；

4）电快速瞬变脉冲群试验失败，现象主要是出现显示屏乱码，黑屏，输出不符合技术要求的误差范围；

5）电压跌落，现象主要是显示端工作异常，出现复位或者黑屏，停止输出等。

1.3 改善措施

1）对VCC和板上地端并电容，耐压要选大于板上的供电电压。对信号线串联磁珠，前提是不能影响正常的信号通讯。以及对辐射较差的晶振外壳进行就近接地处理。以上措施有利于改善辐射和传导发射；

2）对电源输入端加装滤波防雷一体电路，典型电路如图2所示，以上措施有利于降低传导发射水平，同时提高电快速瞬变脉冲群和浪涌抗扰度水平。实际应用过程根据不同产品所选元器件参数需稍作调整。

3）对治疗输出端接口，显示屏，按键等处进行静电处理。静电的危害体现在以辐射或传导的路径进行干扰，或二者混合作用，因此，对于静电放电的改善措施应对上述影响因素予以考虑，实际改善措施总结如下：

①金属螺丝改为塑料螺丝；

②增加TVS管吸收能量，增加磁环消耗能量；

③结构上实现加大放电距离，绝缘方面的隔离；

④电容改变放电回路，滤波电路等。

4）对于电压跌落。通常电压跌落至40 %和70 %时最容易出现不合格，主要原因是主板电路多由稳压电路来供电，一旦电压变化导致稳压电路不能真正实现的稳压，则后级的显示和控制由于供电不足而出现上述各种问题。

其中，稳压电路最常用的是采用LM7805芯片，输入的220 V通过变压器直接降为不同的低压，然后通过7805芯片进行稳压输出，但由于变压器的线性工作原理，一旦输入端出现较大幅度电压降低，输出端也同时跟随发生降低，因此要解决上述问题就应该设法保证7805正常工作，这样才能令输出端电压可以稳定在正常的误差范围内。

参考7805的典型应用电路如图3所示，改善措施总结如下：

①加大电容C1进行储能。电能持续通过电容的电能储存来达到，而持续时间的长短则由电容的放电时间来决定。由电容的放电特性可知，电容越大，持续时间越长。由于输出端负载各有不同，负载越重，C1的要求越大，一般可选取KuF级别以上的大电容进行试验，耐压值根据不同工作电压进行挑选。

②稳压芯片的前端输入电压Vin适当调高，选取合适值，即主要通过变压器设计阶段让输出电压提高。

在产品检测过程发现，稳压芯片的Vin大部分在7.5~8.5 V之间，估计厂家是出于提高电源效率的考虑。由此带来的试验结果是电压跌落直接不合格，或者重复多次试验时会出现偶尔合格，偶尔不合格这样一种临界状态。通过查阅7805芯片的资料并进行推导可知，稳压器的输入输出电压差Ui-Uo≥2 V，整流桥上的压降为2×0.7 V=1.4 V，故变压器输出端电压U≥5+2+1.4=8.4 V。另外，考虑输出与输入间压差带来的功率损耗，电压过高会发热严重甚至击穿稳压块，电压过低则输出电压达不到稳定的目的，压差越大损耗越大。再结合实际的试验情况下，建议变压器输出端电压设计为9~10 V之间，有利于解决电压跌落的问题。

2 高压输出类产品

2.1 产品特点分析

图1 多功能治疗仪常见原理图

图2 滤波防雷一体电路

图3 7805的典型应用电路

此类产品一般是高压输出，输出电压从几百V到上万V不等，形成高压交变电场。其治疗原理是将人体置于该电场当中，通过电场负荷对人体产生作用，在交变电场的作用下，人体各个部位产生及其细微的振动，各组织器官的不平衡得到充分调整。典型的产品有高电位治疗仪，下面以此为例进行分析，大致工作原理图如图4所示。

2.2 常见不合格情况

1）辐射发射超标，通常是工作在高电位模式状态下。

2）传导发射超标，通常是工作在高周波模式状态下。

3）电压跌落，根据产品的技术要求可知，规定输出的电位误差为±10 %，而通过示波器的即时监控发现，电压跌落时输出端出现不同程度的电压降低，超过正常的误差范围。

2.3 改善措施

1）辐射方面。一是注意输出线缆的接口处的电连接要保证良好，否则容易因为缝隙出现高压打火现象，导致辐射满屏超标的现象。二是在患者坐垫下方加一层绝缘垫层，厚度5 mm。正常测试过程中输出坐垫放在80 cm非金属的木桌面上，可以听到一种滋滋的类似电流声，推测由于不同温湿度状态下的木头并非完全绝缘，况且是在高压状态下，因此输出坐垫很有可能通过桌子产生放电现象，实际的测试波形中可以看到大量的毛刺干扰。通过对坐垫进行上述处理后，类似现象消失，辐射干扰大大降低。

2）传导方面。由于高周波模块的工作频率为几十kHz，超标频点主要是主频的倍频点，主要集中在5 MHz之前的这一段区域。因此考虑加装滤波器，主要通过使用差模电感，滤掉差模部分干扰，注意安装位置越靠近电源入口端效果越好。此外，变压器输入端和输出端的线缆尽量注意分离，避免相互串扰。

3）电压跌落方面。其根本原理就是利用高压变压器进行升压，因此，根据前面分析过的变压器线性原理，在电压跌落试验时容易出现问题。为了实现治疗仪的输出端电压尽可能稳定，正常情况下可以考虑加大电容来进行缓冲，但由于输出电压为高压，同时满足耐高压和大容量的电容几乎是不切实际的。所以换一个思维来考虑，可以在电源输入端增加稳压电路，这样一来，输入端电压稳定，输出端的电压也可以实现稳定。增加稳压电路后的原理图如图5中所示。

其具体的原理就是开关电源+逆变器，首先开关电源AC输入，DC输出，而逆变器是DC输入，AC输出，这样组合之后相当于AC输入，AC输出，电压没有发生任何变化，依旧是交流220 V不变，不会影响整个电路的正常工作。但结合开关电源的特性分析可知，开关电源的控制电路是根据输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。一旦输出电压过高或者过低时，控制电路将会改变电压的波形以适应开关管，从而达到校正输出电压的目的，因此增加一个开关电源就相当于在电路当中加了一个缓冲器，达到了稳压的作用，从而解决电压跌落问题。

以某额定功率为80 VA的高电位治疗仪举例，稳压电路的参数设定如下：

开关电源，输入电压（AC85 V-265 V），输出电压（DC12 V/7 A）；逆变电源，输入DC12 V，输出AC220 V/100 W，通过挑选发

图4 高电位治疗仪产品原理图

图5 高电位治疗仪增加稳压电路后的原理图

射水平较低的开关电压和逆变电源，最后治疗仪顺利通过电压跌落试验。

当然还有一个方法，就是采用UPS电源，但缺点是成本高，而且体积太大，从多方面考虑，均不适宜用于治疗仪产品，因此不予考虑。

3 结语

以上本文通过对医用治疗仪产品的EMC测试情况进行分类，针对具体的不合格项目，分析并总结了一系列的改善措施。当然，由于产品设计和具体用途不同，在实际的测试整改过程中，应具体问题具体分析，真正做到对症下药，确保产品尽快通过EMC测试。

[1] YY0505-2012, 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 要求和试验[S].

[2]朱文立. 电子产品的浪涌（雷击）防护[J].电子产品可靠性与环境试验, 2005,23(b12):118-123.

[3]刘竹林.关于电源电压跌落问题的解决方案[J].十堰职业技术学院学报, 2011,24(2):107-108.

[4]郑军奇. EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京:电子工业出版社, 2010.

Analysis and Summary of EMC Test for Medical Treatment Instruments

WEN Yu-biao, HUANG Yong, FU Ji-lin, YE Yu
(Guangdong Medical Devices Quality Surveillance and Test Institute, Guangzhou 510663)

Through the classification of medical treatment instruments, aiming at the common unqualified items on EMC of two types of products with low-voltage output and high-voltage output respectively, the typical products are selected to analyze, so as to summarize the improvement measures corresponding to the unqualified items, for the reference to solve EMC problems of medical treatment instruments.

medical treatment instrument; low voltage output; high voltage output; unqualified; improvement

R197.39

B

1004-7204（2017）03-0011-04

温宇标（1987-），男，广东籍，学士学位，项目工程师，主要从事医疗器械电磁兼容检测，对策等研究工作。