党琳琳

摘 要：目前医用电器设备的电磁兼容检测是电气安全的强制性检测项目，电源线滤波器是产品EMC设计中经常用到的电子器件。本文针对在实际应用对电源滤波器的内部电路以及安装选用进行了详细的介绍，旨在对电气工程师使用滤波器时起到一定的指导作用。

关键词：电气设备；电磁兼容；滤波器

中图分类号：R197.39 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0199-02

随着科学技术的发展，医用电气设备在患者的诊断、治疗、监护中发挥着显著的作用，大量医用电气设备的使用促使对其电气安全提出了更高的要求。2005年4月5日国家食品药品監督管理局批准发布了“YY0505-2005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”行业标准，这是与GB9706.1并列的有关电气设备安全的强制性标准。该标准的实施保证了医用电器设备和系统在其使用的电磁环境中能够不受干扰正常运行并且不会对其环境中的其它设备产生无法忍受的电磁干扰[1]。在电磁干扰的传播过程中，电源线往往是最主要的媒介，因为电源线的长度使其无意的充当了接受和发射电磁波的“被动天线”。电源线滤波器就是目前广泛使用的专门用来滤除电源线上电磁干扰的电子器件，本文主要研究讨论如何正确的使用电源滤波器。

1 电源滤波器的电路

电源线滤波器是一种简单的二端口的选频网络，可以有针对性的让某些频率的信号顺利通过，而对其他频段的信号加以滤除。电源滤波器的电路框图如图1所示。

其中C1和C2是共模滤波电容，跨接在零线和火线与滤波器的外壳之间，对共模干扰电流起到旁路作用，共模滤波电容受安全标准对地漏电流要求的限制，一般在10nF以下，医用电气设备对漏电流的要求更严酷，共模电容需要更小甚至不用；C3和C4是差模滤波电容，跨接在零线和火线之间，对差模干扰电流起旁路作用，电容值一般为0.1-1Μf，如果干扰的频率很低，可以适当的选择更大的电容。L是共模电感，但是也有一定的差模电感的成分，能对共模干扰电流和差模干扰电流起抑制作用，电感取值范围1mH至数10mH，主要取决于干扰电流的频率，频率越低要求电感量越大[2]。由图1可知电源线滤波器实际是由共模滤波器和差模滤波器组成而成，等效电路框图如2和图3所示，其中图2是一个π形滤波电路，图3是一个Γ形滤波电路。

2 电源线滤波器的使用

电源线滤波器从其电路结构看很简单，但是在实际应用中要获得预期的滤波效果并不容易，一方面要有正确的安装方式，很多工程师在使用滤波器时都会因为安装不规范导致滤波效果不理想；其次还要根据所要滤出的干扰信号选择适当的元器件和参数，不同型号的滤波器其滤波特性会有很大的差异，以下对滤波器的安装和选用做进一步探讨。

2.1 滤波器的安装

滤波器的实际应用中很多人认为直接串联进所要滤波的电路即可，这是一种非常错误的认识，安装方式是决定滤波性能的关键因素，常见的错误安装方式如图4所示。

图4（a）中的错误在于滤波器的输出线缆在机壳内留的太长，机壳内电源线过长的结果就是当外界的电磁干扰沿着电源线进入设备时，未经过滤波器之前就可能已经通过空间耦合的方式进入电路板中，造成抗扰度的问题。同时机箱内的电磁干扰也会感应到滤波器输出端电源线，直接传出机箱造成辐射发射超标。图4（b）的错误在于输入线和输出线靠的太近，有的甚至为了机箱内走线齐整，直接将输入线和输出线扎在一起，这种错误布置的结果就是滤波器输入线上的高频干扰信号直接通过分布电容耦合到输出线上，滤波器失去屏蔽作用。图4（c）的问题在于滤波器的外壳没有与金属机箱接触，而通过一根较长的导线连接，这是因为大部分金属机箱表面会喷涂一层绝缘漆，使滤波器无法与机箱直接接触，由电容的阻抗特性可知，接地引线过长会直接影响共模电容的滤波特性，使滤波器的高频滤波效果变差。正确的滤波器安装方式如图5所示[3]，应将滤波器直接安装在机箱面板上，并且利用机箱面板将滤波器的输入和输出隔离，如果是塑料机箱则在电路板和电源模块下放一块较大金属板，将滤波器安装于金属板上，这样才能使滤波器的共模电容起作用，同时要尽量的隔离开滤波器的输入和输出线。

2.2 滤波器的选用

目前大部分电源滤波器都是封装在金属外壳内的成品滤波器，使用比较方便，但是使用者往往对自己需要什么样的滤波器不是很清楚，在滤波器的选用上常会有以下几种现象[4]：

（1）滤波器的选用时认为电容值和电感值越大越好。而实际电容值和电感值越大滤波器的截止频率越低，高频滤波特性变差。（2）滤波器选择时更多的倾向于体积小的滤波器。实际滤波器体积小是由于所选用的电容和电感元件的体积小以及元器件安装比较紧凑，而电容和电感体积小是以减小电容值和电感值为代价，因此牺牲的是低频滤波性能，而电气元件安装紧凑增加了空间耦合的可能，又会影响高频滤波性能，所以实际体积较小的滤波器反而滤波性能不好。（3）滤波器选用时认为电路结构相同就会认为滤波性能相同。而实际滤波器的滤波性能和内部所用元件有很大的关系，尤其是高频特性，比如滤波器内部用普通电容，三端电容和穿心电容在高频时的滤波性能差异很大，再如电感的构造和电路的布局也会对滤波器的滤波性能产生很大的影响[5]。（4）在直流供电路中选用交流滤波器。直流供电路中用交流滤波器从安全的角度考量是没问题的，但是交流滤波器会因为电气安全因素的限制，比如对地漏电流限值，决定了交流滤波器的体积一般较大，而共模滤波电容较小，所以同样条件下选用交流滤波器的滤波性能会相对较差，而且体积又大价格又高。

所以结合上述常见的认识错误在滤波器的选用上一定要根据实际需要，在清楚了解了干扰信号的特征后再结合电气设备结构选择适用的滤波器。

3 结语

医用电器设备要完成注册检验必须通过EMC的各项试验，而电源线滤波器是针对设备通过EMC实验最常用的电子器件。目前市场上生产电源线滤波器的厂家众多，类型丰富，但是主要的区别还体现在高频的滤波性能上，当滤波器结构和参数确定时，其低频的滤波性能就确定了，而高频特性取决于选用的器件和安装方式，所以电气工程师在实际应用中要达到理想的滤波效果就既要根据实际需要认真筛选还按规范合理布局和安装。

参考文献

[1]刘毅，孟志平，肖潇.医用电器设备电磁兼容试验浅析[J].医疗装备，2007，（07）：1-3.

[2]张文成.电源线滤波器应用分析[J].山西电子技术，2012，（02）：14-16.

[3]聂磊，汪洋，王迎节.电源滤波器对电子设备EMC影响分析[J].无线电工程，2010，（07）：35-39.

[4]和军平，陈为，姜建国.电源线EMI滤波器内部杂散电磁耦合及其作用[J].中国医疗设备， 2006，（10）：12-15.

[5]唐雯，何进.电源滤波器在医用电气设备中的应用[J].电子技术，2010，（11）：21-23.endprint