抑制干扰的技术 - 医疗仪器设备中的EMC解决方案

3抑制干扰的技术

　　3.1专用线路

　　为了抑制仪器设备间的相互干扰，最简单的方法是采用分相供电制。即：在三线供电线路中认定一相作为敏感设备的供电电源;一相作为外部设备的供电电源;再一相作为常用测试仪器或其它辅助设备的供电电源。这种措施常应用在大型的医疗仪器设备供电系统。

　　值得注意的是在现代医用电子仪器设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而叠加，因此过于迁细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。

　　3.2瞬变干扰抑制器

　　3.2.1气体放电管

　　俗称避雷管。优点是绝缘电阻高、寄生电容小、浪涌吸收能力强。缺点是对浪涌电压的响应速度低。

　　3.2.2金属氧化物压敏电阻

　　压敏电阻的主要参数是标称电压和通流容量。在使用时，压敏电阻的电压选择要考虑被保护线路可能有的波动电压，一般取1.2～1.4倍。如果是交流电路，还要注意电压的有效值与峰值间的关系。例如220V时其压敏电阻的标称电压应是220×1.4×1.4=430V。前者因压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能级，引线越长感应电压越大，后者因压敏电阻的固有电容。

　　3.2.3硅瞬变电压吸收二极管

　　TVS管又叫瞬态电压抑制电路。当瞬态电压保护二极管受到反向瞬态高能量冲击时，以1×10-12s的速度，将其两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护了电子线路的敏感元件。具体又分为单向和双向两种。主要参数是击穿电压、漏电流和电容。特点是响应时间快、浪涌吸收能力高、瞬态功率大、漏电流小、箝位电压易控制、没有损伤极限和体积小等。广泛应用于医疗仪器设备的静电，电感性负载切换时产生的瞬变电压，雷击产生的过电压保护。

　　3.2.4固体放电管

　　固体放电管的特点是响应速度快，吸收电流大、动作电压稳定、使用寿命长。其工作原理是：当外界干扰低于触发电压时，放电管处于截止状态;当干扰电压超出触发电压时，放电管工作在负阻区。此时电流极大，使干扰能量转移。随着干扰的减少，通过放电管的电流回落，当干扰电流低于维持电流时，放电管从低阻区回到高阻区，完成～次放电过程。

　　3.3电源线滤波器

　　电源线滤波器安装在电源与电子设备之间，主要起抑制电能传输中寄生的电磁干扰，提高设备工作可靠性的作用。常用的由无源集中参数构成的单级线路。如图1所示。图中Cx为差模电容，起衰减差模干扰的作用。在220V交流电源中取为几十～几百nF，耐压250VAC。Cy为共模电容，起衰减共模干扰的作用。一般取1nf~4.7nf，耐压3~6KVDC。L1、L2为共模电感，其电感量与通过电流的大小有关，对共模电流有很好的滤波效果。多个电感串联起来：对于要求较高的滤波器，可以将一个大电感分解成一个较大的电感和若干电感量不同的小电感，将这些电感串联起来，可以使电感的带宽扩展。但这付出的代价是体积和成本。另外要注意与电容并联同样的问题，即引入了额外的串联谐振点。谐振点上电感的阻抗很小。

　　提高滤波器性能的措施：一是使用带地线电感的滤波器。这样可以抑制地线上的干扰。二是采用多级滤波器。三是滤波器与吸收器件组合使用。四是使用新型软磁材料。五是加接有耗元件。

　　3.4隔离变压器

　　隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1：1的变压器。由于次级不和地相连。次级任一根线与地之间没有电位差。使用安全。常用作维修电源。

　　3.4.1普通隔离变压器

　　普通隔离变压器在初级与次级间不设屏蔽层，它是通过输入与输出间的电隔离，从而解决公共地的问题。优点是对共模干扰有一定的抑制作用，其大小可用初次级间的分布电容和设备对地分布电容的比值来估算。通常初次级间的分布电容为几百Pf，设备对地分布电容为几~几十nF，因此共模干扰的衰减值在 10~20倍左右。缺点是对共模干扰的抑制效果因绕组间的分布电容随频率升高而下降。

　　3.4.2带屏蔽层的隔离变压器

　　在变压器初次级间增设屏蔽层，并将屏蔽层可靠接地，既可获得较好的抑制共模干扰，也可利用屏蔽层抑制差模干扰。具体做法是将变压器屏蔽层接至初级的中线端。例如对50HZ工频来说，由于初级与屏蔽层构成的容抗很高，仍可通过变压器效应传递到次级，而未被衰减。对频率较高的共模干扰，由于初级与屏蔽层间容抗变小，使这部分干扰经由分布电容及屏蔽层与初级中线端的连线直接返回电网，而进入次级回路。

　　3.4.3超级隔离变压器

　　隔离变压器属于安全电源，一般用来机器维修保养用起保护、防雷、滤波作用。 隔离变压器是一种1/1的变压器。初级单相220V，次级也是单相220V。或初级三相380V，次级也是三相380V。首先通常我们用的交流电源电压一根线和大地相连，另一根线与大地之间有220V的电位差。人接触会产生触电。而隔离变压器的次级不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电位差。人接触任意一条线都不会发生触电，这样就比较安全。其次还有隔离变压器的输出端跟输入端是完全“断路”隔离的，这样就有效的对变压器的输入端(电网供给的电源电压)起到了一个良好的过滤的作用。从而给用电设备提供了纯净的电源电压

　　3.5交流稳压器

　　由于市电供电压因各种原因而不稳定，特别是有些供电场所电压波动幅度很大，从而影响用电设备的正常工作，还可能造成用电设备损坏，而交流稳压器是一种能够使用电设备的工作电压基本稳定的稳压设备。

　　交流稳压器的作用是在输入电压和负载电流变化时，把其输出电压稳定在所允许的范围内。常用的有铁磁谐振、参数调整型、伺服型、分级调整宽度、超级隔离、开关型、不间断和净化等交流稳压电源。

　　3.5.1铁磁谐振交流稳压电源

　　能为负载提供稳定交流电源的电子装置。又称交流稳压器。有关交流稳压电源的参数及质量指标可参见直流稳压电源。各种电子设备要求有比较稳定的交流电源供电，特别是当计算机技术应用到各个领域后，采用由交流电网直接供电而不采取任何措施的方式已不能满足需要。

　　工作原理是靠改变电感的饱和程度，而使电感与电容谐振来实现调节的。当输输入电压因某种因素过高或过低时，其输出电压可随输入电压的高低通过自动调节，从而使输出电压保持稳定不变。优点是电路简单、输出阻抗高、过载能力强、可靠性较高。缺点是稳压精度不高、输出电压波形失真大、有相移和噪声。不适宜启动电流大的负载。

　　3.5.2参数调整型交流稳压电源

　　典型的是早年的614系列稳压器。该电源是在614的基础上进行了一定的改进，工作原理是利用可控硅的相位控制来改变电感的参数，实现调节使输出电压稳定不变。优点是稳压精度高，同第一种比较还可以抑制交流输出电压中的部分谐波。缺点是输入侧的电流谐波较大、功率因数较低、有相移。特别是带非线性负载时可能有低频振荡现象。

　　3.5.3伺服型交流稳压电源

　　该电源就是早期的多抽头自耦式调压变压器。工作原理是监视变压器输出电压的高低的办法来驱动伺服电动机改变变压器输出抽头的位置，使输出电压在维持负载所允许的电压范围内。缺点是响应速度低，调节时会出现许多尖峰和振铃干扰。

　　3.5.4分级调整的宽限交流稳压电源

　　该电源和伺服型交流稳压电源类似，所不同的是多抽头自耦变压器的抽头位置是由继电器转换。由于该电源价格低廉，输入电压的适应范围较宽，应用于家用电器的交流稳压。缺点是稳压精度不高，在继电器转换过程中易产生电火花所带来的尖峰干扰。

　　3.5.5超级隔离变压器

　　为了解决了现代电子仪器设备的小型化、数字化和低功耗化，对电网的瞬变干扰尤其敏感的问题，对多抽头的绕组的控制则采用了无触点的双向可控硅，数字电路或单片机。有时也称为数控型净化电源。优点是：稳压电源的电压适应范围宽、对电网或负载变化的响应速度快、对存在于电网中瞬变干扰抑制能力强。

　　3.5.6开关型交流稳压电源

　　开关型交流稳压电源采用了先进的高频开关电源技术。优点：小型、轻量、高效、响应速度快。缺点：复杂、价格昂贵。