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產品電磁兼容整改標準：中華人民共和國醫藥行業標準（YY0505-2012）

1．產品簡介

某型霧化器的外觀是臺式設備，是醫用霧化器，主要用于醫院、診所、家庭等場所，主要功能是治療各種上下呼吸系統疾病。霧化器的使用原理是超聲波霧化片將藥液霧化成微小顆粒，藥物通過呼吸吸入的方式進入呼吸道和肺部沉積，從而達到無痛、迅速有效治療的目的。

該霧化器的電路結構主要由電源、整流、電機、霧化片、傳感器幾部分組成，電源是220v的交流電，整流橋將交流變成直流，給霧化器的霧化片、傳感器、電機幾個模塊供電。霧化片是一個超聲波發生裝置，可以將藥液霧化，而電機則負責將霧化的藥物鼓吹出裝置，送入人體，傳感器是監視藥液水位的，當水位不足時，會反饋給工作電路。

2．問題描述

按中華人民共和國醫藥行業標準（YY-0505-2012）B標，采用江蘇省電氣裝備電磁兼容工程實驗室德國羅德施瓦茨R&S的人工電源網絡（ENV216）和EMI接收機（ESL3）進行測試，測試的頻率范圍為150kHz——30MHz ，在150kHz——5MHz頻段的標準線是47dBμV/m，在5MHz——30MHz頻段的標準線是50 dBμV/m。原始測試結果如圖2所示，沒有通過測試。

圖2 霧化器CE初測未通過，在1.7MHz及其倍頻處超標嚴重

原始測試結果如圖2所示。可以明顯看到峰值和均值都有超標現象，尤其在1.7MHz及其倍頻處超標嚴重，沒有通過測試。

3．問題診斷與分析

霧化器的功能模塊圖如圖3所示:

圖3 霧化器模塊圖

觀察圖2所示的初測結果可知，超標頻段主要在1.7MHZ及其倍頻的頻段上，而該超聲波霧化器的霧化片即以1.7MHz工作，因此，該傳導問題主要是由于PCB線路的特征阻抗失配引起的信號失真。阻抗失配激起霧化片的工作信號在線纜中多次反射、透射，導致信號主頻的高次諧波在電路中形成振鈴，導致大量的失真噪聲。通過含有阻抗匹配網絡的濾波器可以有效的補償失配阻抗，能大幅度減少把1.7MHz工作信號的失真。如果抑制了自霧化片工作信號基頻的噪聲，其倍頻上的噪聲是很容易降低下來的，同時又妨礙超聲波霧化器正常工作。此外，150kHz—500kHz頻段也超標了，該頻段的噪聲可能主要來自電源線和其他高頻器件，可采用電容濾波和磁環濾波。

4. 整改措施及理論分析

（1）變壓器兩側加含阻抗匹配網絡的EMI濾波器

霧化片為主要噪聲源，其問題根源是PCB線纜阻抗失配，導致主頻信號及其高次諧波在電路中震蕩，因此必須補償失配阻抗使得電路平衡，減少信號失真。同時，采用EMI濾波器能夠濾除電路中的EMI噪聲。變壓器是噪聲傳播到LISN的必經通道，于是如圖4所示，在變壓器的初級和次級均加一個EMI濾波器，初級側的濾波器主要由共模電感、安規電容、陶瓷電容組成，次級側的濾波器由共模電感、陶瓷電容組成。

圖4 在變壓器輸出側加EMI濾波器的措施圖

在一個理想的平衡系統中，沒有共模噪聲可耦合進電路。然而實際中，小的不平衡可能限制噪聲抑制；這包括源的不平衡、負載的不平衡和電纜的不平衡以及出現的任何雜散或寄生阻抗的不平衡。當頻率升高時，電抗性不平衡變得更加重要。

圖5 負載阻抗不平衡的等效電路圖

如圖5所示為負載阻抗不平衡的等效電路圖，其中ΔZL表示阻抗不平衡，假設Z_L遠遠大于Z_S，則該電路的共模抑制比將為:

                   (EMI-CE-004-1)

由此可知，無論ΔZ_L多大，越大，噪聲抑制就越強。因此，源阻抗低而負載阻抗高將產生最大的共模抑制比。據此在變壓器次級給設備加EMI濾波器。但是EMI濾波器為什么采用π型濾波器呢？因為對于最大衰減，高阻抗元件（電感）面對低阻抗負載（LISN），而低阻抗濾波器元件（旁路電容）面對高阻抗源（噪聲源）。其一般結構如圖6所示，兩個線對地的電容和共模扼流圈形成了一個L-C低通濾波器的共模部分。

圖6 EMI濾波器的結構

在變壓器兩側加EMI濾波器，對設備再次進行測量。測試結果如圖7所示。

（a）初測結果

（b）加濾波器后的結果

圖7加濾波器的測量結果對比圖

由圖7可知，150kHz—500kHz頻段的噪聲得到了很好的抑制，雖然1.7MHz及其一倍頻段上的的噪聲還沒有抑制在標準線以下，但是其高倍頻段上的高頻噪聲已經得到很好的抑制。如表1所示，是加濾波器前后的數據對比。

表1整改前后結果對比表

（2）在PCB板上的電源端口及高頻器件端口處加電容

為了更好地抑制1.7MHz頻段上的噪聲，需要在傳導噪聲傳播的路徑上加更多措施，于是，如圖8所示，在PCB板上的芯片時鐘信號管腳、整流橋、開關器件等處對地并接陶瓷電容，有104、102、101等，這是因為開關的高頻地動作會產生大量諧波，而電容可以吸收部分諧波。

不可控整流橋屬于高頻開關電路，產生的諧波量大，噪聲通過寄生電容耦合到地和其他線路，主要屬于共模干擾，噪聲電壓與噪聲電流、頻率、線纜長度之間有如下關系::

          （EMI-CE-004-2）

本文在在整流橋的輸入和輸出兩端均并聯1nF的電容進行濾波，其示意圖如圖9所示。電容值的選定視超標噪聲頻段而定，一般有噪聲頻率越高選用的濾波電容越小的關系，反之，噪聲頻段越低則選用的濾波電容越大。

PCB上有集成運算放大器等芯片，連接其信號輸入輸出、時鐘信號的線纜上均有噪聲產生，本文通過在這些端口對地并聯1nF的貼片電容或陶瓷電容噪聲進行抑制。

圖8 PCB上的端口及開關器件上并電容

圖9 在整流橋直流輸出的地方加電容的示意

圖10在前面措施基礎上，于 PCB上的端口及開關器件端口處并電容后的測試結果

表2在前面措施的基礎上，于 PCB上的端口及開關器件端口處并電容前后的測試數據對比表

由表2可知，在 PCB上的端口及開關器件端口處并電容后1.7MHz及其一次倍頻上的噪聲都大幅度降低，150k——30M全頻段的幅值都在標準線以下，但是在1.7MHz處的裕量比較小，需要繼續優化。

（3）在電源線及信號線纜上卡磁環

如果電源線與信號線離得太近甚至交叉的話，根據麥克斯韋方程，線纜周圍會產生射頻電磁場，從而將高頻噪聲耦合至其他線路，即由于串擾而引起傳導噪聲。如圖11所示，在電源線、信號線上卡磁環，并注意把線縷好，讓變壓器的初級與次級的線纜要保持一定距離，不允許交叉，并將兩級上所帶的EMI濾波器隔開。磁環的作用等效于一個耦合電感，能夠吸收高頻噪聲。

圖11 在電源線及信號線纜上卡磁環

磁環是鐵氧體材料，在電源線或信號線上卡磁環，在高頻情況下，如圖12所示，磁環對線纜有互感的作用，等效于給該線纜串聯一個電感。如果同時卡住火線和零線，則等效于給該線纜串聯一個共模電感，增大線纜的共模源阻抗，以抑制噪聲電流。另外根據電磁感應原理可知，當線纜（電源線）不間斷地向外輻射高頻電磁波時，磁環中的磁場強度會發生變化，因而產生感應電流。此時若磁環選用高磁滯系數和低電阻率的磁材磁質，則使產生的高頻能量轉換成熱能，從而消耗掉。即可有效地抑制低頻段存在的噪聲。

圖12 在電源線或信號線纜上卡磁環的等效電路模型，V_CM為傳導噪聲源，磁環等效成一個互感為M的共模電感，Z_L是負載

在前面措施的基礎上，給霧化器的電源線及信號線上卡磁環后，繼續測量，測量結果如圖11所示

圖13 在前面措施的基礎上，給霧化器的電源線及信號線上卡磁環的測試結果，通過測試

表3在前面措施的基礎上，給霧化器的電源線及信號線上卡磁環的測試數據對比表

由如13可知，在前面措施的基礎上，給霧化器的電源線及信號線上卡磁環的測試結果，150k——30M全頻段的幅值都在標準線以下，且有10dBμV/m以上的安全裕量，通過了CE測試。

5.最終整改結果

綜合采取上述措施后，采用江蘇省電氣裝備電磁兼容工程實驗室德國羅德施瓦茨R&S的人工電源網絡（ENV216）和EMI接收機（ESL3）進行測試結果如圖11所示，150k——30M全頻段的幅值都在標準線以下，且有10dBμV/m以上的安全裕量，通過了CE測試。對比分析圖2和圖13，可歸納出被測設備整改前后的測試對比，如表4所示。

表4 整改前后對比及結論