林聯(lián)君，程云章 浙江省醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院，杭州市，3008 上海理工大學(xué)，上海市，00093

0 引言

醫(yī)用激光設(shè)備的種類(lèi)及其配件、附件雖因不同用途而各不相同，但一般包括激光電源、激光器、冷卻系統(tǒng)、控制與防護(hù)系統(tǒng)和激光傳輸系統(tǒng)。電源與控制系統(tǒng)為激光器的激勵(lì)源提供能量和控制，導(dǎo)光系統(tǒng)為激光提供指定通路，引導(dǎo)激光到達(dá)診治部位。激光器作為醫(yī)用激光設(shè)備的核心部件，應(yīng)用于醫(yī)療的激光器種類(lèi)繁多，主要有二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴激光器、摻鈥激光器、摻鉺激光器、倍頻YAG激光器、

紅寶石激光器、半導(dǎo)體激光器、準(zhǔn)分子激光器等，很多醫(yī)用激光設(shè)備通過(guò)激光器類(lèi)型作為產(chǎn)品名稱(chēng)，由于醫(yī)用激光設(shè)備工作機(jī)理和功率特點(diǎn)，往往在輻射發(fā)射項(xiàng)目比較容易出現(xiàn)問(wèn)題，本文就從針對(duì)檢測(cè)案例中出現(xiàn)的輻射發(fā)射問(wèn)題并對(duì)此問(wèn)題所采取的整改措施展開(kāi)闡述。

1 醫(yī)用激光設(shè)備輻射發(fā)射問(wèn)題與整改措施

根據(jù)YY 0505—2012標(biāo)準(zhǔn)輻射發(fā)射測(cè)試要求[1]，輻射發(fā)射主要考核被測(cè)設(shè)備通過(guò)輻射方式傳播的電磁波能量，通過(guò)對(duì)醫(yī)用激光設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)了各種不合格現(xiàn)象，并對(duì)不合格現(xiàn)象和企業(yè)所采取的臨時(shí)整改措施統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

醫(yī)用激光設(shè)備和其他醫(yī)用電氣設(shè)備的不同之處在于激光類(lèi)產(chǎn)品的導(dǎo)光系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，醫(yī)用激光設(shè)備的導(dǎo)光臂直接放置在機(jī)身上，連接處存在縫隙，使得導(dǎo)光臂可以成為一個(gè)天線系統(tǒng)，也可能導(dǎo)致輻射發(fā)射超標(biāo)。

2 輻射發(fā)射整改措施分析

形成有效的輻射發(fā)射與頻率有關(guān)，通過(guò)一定的傳播途徑，輻射問(wèn)題也可以轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)問(wèn)題，傳導(dǎo)問(wèn)題也可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛鋯?wèn)題，兩者可以共存，需要站在全局看待輻射問(wèn)題。為了使產(chǎn)品注冊(cè)過(guò)程中的輻射發(fā)射整改措施具備可持續(xù)性，比較合適的方案就是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就需要考慮輻射發(fā)射問(wèn)題及其他電磁兼容問(wèn)題，從控制騷擾源的能量、阻斷騷擾傳播途徑、提高敏感設(shè)備的抗干擾能力三方面開(kāi)始（見(jiàn)圖1）。

在產(chǎn)品工程樣機(jī)階段摸底試驗(yàn)如發(fā)現(xiàn)輻射發(fā)射超標(biāo)時(shí)，其定位思路一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品電路圖先進(jìn)行騷擾源的模糊定位，然后利用近場(chǎng)探頭等工具進(jìn)行具體位置確定，確定了騷擾源和大致的傳播路徑來(lái)考慮采取哪些整改措施。如果騷擾源超標(biāo)的頻點(diǎn)比較明確，則可以直接對(duì)騷擾源進(jìn)行定位，可對(duì)騷擾源采取屏蔽、濾波等處理方式，當(dāng)出現(xiàn)騷擾源無(wú)法整改時(shí)，可對(duì)傳播途徑采取措施。根據(jù)上述思路通過(guò)下述對(duì)某激光治療儀的輻射發(fā)射超標(biāo)整改進(jìn)行舉例，用近場(chǎng)探頭發(fā)現(xiàn)激光電源部分的開(kāi)關(guān)電路為主要騷擾源，所采取的整改措施如下：

表1 醫(yī)用激光設(shè)備輻射發(fā)射問(wèn)題與整改措施Tab.1 Radiation emission of medical laser equipment and correction measures

圖1 電磁騷擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備Fig.1 Sources of electromagnetic disturbance, propagation path and sensitive equipment

（1）在PFC、驅(qū)動(dòng)等MOS管漏極各串磁珠一顆（見(jiàn)圖2圓圈標(biāo)注部分），通過(guò)吸收高頻信號(hào)使大部分能量最終消耗在磁珠上，從而抑制輻射騷擾。

圖2 MOS管漏極加磁珠Fig.2 Leakage of MOS transistor increases magnetic beads

（2）改變?cè)赑FC、驅(qū)動(dòng)等MOS管珊極驅(qū)動(dòng)電阻（圖3圓圈標(biāo)注部分），加大MOS管（R1、R4）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電阻，改變MOS管開(kāi)關(guān)速度。

圖3 MOS管珊極驅(qū)動(dòng)電阻Fig.3 Core drive resistance of MOS transistor

（3）在整流二極管兩級(jí)串磁珠各一顆（見(jiàn)圖4圓圈標(biāo)注部分），來(lái)控制二極管尖峰干擾，將峰值降低以達(dá)到有效抑制輻射干擾。

圖4 整流二極管串磁珠Fig.4 Rectifier diode string beads

（4）VCC輸入端增加磁珠一顆（見(jiàn)圖5圓圈標(biāo)注部分），用來(lái)濾除VCC電源帶來(lái)干擾信號(hào)，從而使信號(hào)更穩(wěn)定，不影響MCU的正常工作。

圖5 VCC電源輸入端加磁珠Fig.5 VCC power input foot plus magnetic beads

（5）DC5V/GND電源加共模電感（見(jiàn)圖6圓圈標(biāo)注部分），在穩(wěn)壓管后面增加一個(gè)小電感，濾除電源中的共模干擾信號(hào)，共模電感也是起到濾波作用，用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。

圖6 DC5V/GND電源加共模電感Fig.6 DC5V/GND power supply plus common-mode inductor

（6）在開(kāi)關(guān)變壓器上增加屏蔽層，加入屏蔽層后等于在一個(gè)電容的兩個(gè)極板之間再加入一個(gè)極板，這個(gè)極板引出電極后就變成兩個(gè)電容的串聯(lián)，中間用電容接地，就可以將前級(jí)來(lái)的干擾信號(hào)對(duì)地短路，優(yōu)化了電源的干擾，對(duì)輻射也有一定好處。

（7）在電源線、信號(hào)線等多股線纜上加磁環(huán)和磁珠來(lái)降低噪聲和尖峰干擾，同時(shí)可將一根多芯電纜或一束多股電纜穿于磁環(huán)中，多穿一次可增加其效果。

通過(guò)上述整改措施后，再次進(jìn)行輻射發(fā)射項(xiàng)目測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7所示，上述整改措施有效地控制了輻射源能量和阻斷了傳播途徑。

圖7 整改后的輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果Fig.7 Test results of radiation emission after modification

通過(guò)表1企業(yè)所采取的整改措施發(fā)現(xiàn)，這些措施只是對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的表象進(jìn)行臨時(shí)性堵漏和疏導(dǎo)，以達(dá)到本次試驗(yàn)快速通過(guò)目的。如圖8所示產(chǎn)品輻射發(fā)射不合格所采取的整改措施是把整個(gè)散熱孔用屏蔽材料覆蓋，意味著產(chǎn)品注冊(cè)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的整改措施即使通過(guò)了本次試驗(yàn)要求，但在上市后生產(chǎn)的產(chǎn)品又怎么能夠持續(xù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求呢？解決輻射發(fā)射問(wèn)題整改，常見(jiàn)的解決思路就是從接地、濾波、屏蔽和PCB設(shè)計(jì)等措施來(lái)解決電磁兼容問(wèn)題，但往往會(huì)出現(xiàn)電磁兼容問(wèn)題是解決了，電氣安全又會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如圖9所示整改措施中常見(jiàn)加了磁環(huán)就可能出現(xiàn)不符合GB 9706.1—2007標(biāo)準(zhǔn)中57.4a）條要求。保護(hù)接地導(dǎo)線后由于載流導(dǎo)線被繃緊，因此需要跳出電磁兼容看電磁兼容問(wèn)題，可利用電磁兼容設(shè)計(jì)法則（經(jīng)驗(yàn)）和電磁兼容規(guī)律，如利用電磁兼容設(shè)計(jì)檢查表等工具來(lái)盡量規(guī)避產(chǎn)品成型后出現(xiàn)不合格而進(jìn)行大整改。

圖8 輻射發(fā)射不合格采取的整改措施Fig.8 Rectification measures for unqualified radiation emission

圖9 電源軟電線的導(dǎo)線在固定用零件失效試驗(yàn)中被磁環(huán)卡住Fig.9 The conductor of soft wire of power supply is stuck by magnetic ring in failure test of fixed parts

3 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)用激光類(lèi)設(shè)備的輻射發(fā)射從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就需要考慮，掌握電磁兼容設(shè)計(jì)法則，堅(jiān)持利用電磁兼容規(guī)律，電磁兼容試驗(yàn)只是最終驗(yàn)證產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)需求的手段，要開(kāi)發(fā)一個(gè)可以滿足電磁兼容要求的醫(yī)用激光設(shè)備，可以通過(guò)布局、布線、濾波、接地等方法，但這些只是手段，最終仍需要在設(shè)備整個(gè)開(kāi)發(fā)流程中的管控來(lái)避免不必要的電磁兼容問(wèn)題的發(fā)生，以達(dá)到低成本地解決諸多電磁兼容問(wèn)題。