CN107947531A - 一种符合emc和安规标准的医用电源控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，隔离电源采用多级滤波结构，依次通过船型开关、隔离变压器、浪涌保护器，将电网中的高次谐波从电路中滤出，并能雷电情况下可能产生的浪涌电压都限制在设备和系统所能承受的范围内。隔离变压器的使用确保了操作人员的安全。固态继电器控制驱动器的电源输入，输入端加装EMI滤波器、10MH电抗器，降低驱动器和周边设备之间产生的电机干扰，具有良好的电磁兼容性。驱动器输出SPWM调制波通过正弦滤波器，滤成近似正弦波，最终进入电机。本发明结构电源电路符合医用级的EMC和安规标准，能够通过GB9706.1‑2007标准和YY0505‑2012标准及检测，及国家相关产品标准。

Description

一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路
[技术领域]
本发明涉及医用电源领域，具体涉及一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路。
[背景技术]
在医用设备中，涉及到一些特殊的医疗设备时，许多常规的电源并不符合医用级的EMC和安规标准，不能通过GB9706.1-2007标准和YY0505-2012标准及检测，及国家相关产品标准。国家YY0505-2012标准和GB9706.1-2007标准强制实施后，在医疗设备中的EMC和认证难度很大。
现有电源设备不符合要求的原因有许多，例如：①市电干扰是在使用电子设备时常见的一种干扰，由于多种因素可以在交流电网上产生高频噪声干扰信号，这些高频干扰信号将通过电源窜入电子设备，可能导致设备不能正常工作。现有的解决方案是在市电和电子设备之间加入电源噪声滤波器，这能降低市电中的高频干扰。②在对安全有要求的使用场合，如接市电AC-DC、医疗用电源等，为了保护人身安全，需要加装隔离电源。在《医用电器设备安全通用要求》也明确提出在正常状态和单一故障状态下，应用部分应于设备的带电部分隔离到漏电流容许值不被超过的程度。③电源驱动器(变频器)的输出中存在高频谐波，增加了动力电缆及电机的损耗；同时极高的dv/dt会引起数MHz的辐射干扰。谐波电流通常通过改变调制方式，降低谐波分量。射频干扰可以加装dv/dt电磁滤波器，效果随着电缆长度的增加而减小。
电源噪声滤波器不能有效的抑制电网中产生的浪涌。根据中国国家标准GB/T12668.3的要求，电子设备需要符合电磁干扰及抗电磁干扰两方面要求，仅简单的噪声滤波无法确保具备良好的电磁兼容性。根据国家标准YY0505标准和GB9706.1-2007标准的要求，医用电气设备有更高的EMC和安规需求，调制方式和dv/dt电频滤波器对驱动器输出侧的干扰的抑制效果不理想。
[发明内容]
本发明的目的是提供一种成体系的符合EMC和安规标准的电源解决方案，为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，分为供电模块和控制模块两部分，供电模块连接控制模块；
供电模块包括电源开关、一级滤波装置、隔离装置、浪涌保护装置，电源开关供电首先经过一级滤波装置，可以有效抑制高频干扰，一级滤波装置再连接隔离装置完成电气隔离，保护电路和人身安全，隔离装置连接浪涌保护装置，防止电路中的浪涌电压对电路产生干扰和破坏，通过浪涌保护装置连接控制模块，最后通过浪涌保护装置将电输出给系统内部或其他系统使用；
控制模块包括软态开关、第一EMC滤波装置、控制器、通讯端子、第二滤波装置、执行器，软态开关与供电模块的浪涌保护装置连接，软态开关控制整个控制模块的供电，经过软态开关连接第一EMC滤波装置，第一EMC滤波装置连接控制器，控制器同时与通讯端子和第二EMC滤波器装置连接，第二EMC滤波装置与执行器连接，控制器经过第二滤波装置连接执行器。
作为本发明的进一步优化，电源开关为船型开关。
作为本发明的进一步优化，一级滤波装置为电容滤波电路、低通滤波电路或EMC滤波器。
作为本发明的进一步优化，隔离装置为隔离变压器。
作为本发明的进一步优化，浪涌保护装置为浪涌保护电路或浪涌保护器。
作为本发明的进一步优化，通讯端子为RS485或MODBUS。
作为本发明的进一步优化，软态开关包括一个固态继电器。
作为本发明的进一步优化，第一EMC滤波装置包括EMI滤波器和电抗器，提高控制性能。
作为本发明的进一步优化，控制器为同步电机控制器，执行器为电机。
作为本发明的进一步优化，第二EMC滤波装置包括正弦滤波器，抑制高频损耗，保护电机绝缘。
本发明的有益效果为：
1.使用船型开关、隔离变压器、浪涌保护器构造一个隔离电源，同时能抑制交流电网中的高频干扰和浪涌。
2.固态继电器、EMI滤波器、电抗器在驱动器的输入侧构造成进一步的滤波过程，通过两次滤波过程后驱动器得到高品质的电源。将具备良好的电磁兼容性。
3.输出侧接入正弦滤波器，保证了电机的绝缘和平稳运行。
[附图说明]
图1是本发明电源控制电路图。
图2是本发明实施例的电路框图。
图3是本发明实施例驱动器输出的波形。
图4是本发明实施例经过正弦滤波器后的波形。
图5是本发明控制电路的EMC检测报告。
图6是本发明实施例的谐波电流符合GB17625.1中的限值要求。
图7是本发明实施例的偶次谐波测试结果。
图8是本发明实施例的奇次谐波测试结果。
[具体实施方式]
为了使本发明实现的技术手段清晰明了，下面结合附图进一步阐述本发明。
如图2所示，本发明的符合EMC和安规标准的医用电源控制电路框图，分为供电模块和控制模块两部分，供电模块连接控制模块；
供电模块包括电源开关、一级滤波装置、隔离装置、浪涌保护装置，电源开关供电首先经过一级滤波装置，可以有效抑制高频干扰，一级滤波装置再连接隔离装置完成电气隔离，保护电路和人身安全，隔离装置连接浪涌保护装置，防止电路中的浪涌电压对电路产生干扰和破坏，通过浪涌保护装置连接控制模块，使用浪涌保护装置将浪涌控制在一定的范围内，隔离后电源的漏电流基本为零，且能符合隔离的电气标准，最后通过浪涌保护装置将电输出给系统内部或其他系统使用；
控制模块包括软态开关、第一EMC滤波装置、控制器、通讯端子、第二滤波装置、执行器，软态开关与供电模块的浪涌保护装置连接，软态开关控制整个控制模块的供电，经过软态开关连接第一EMC滤波装置，第一EMC滤波装置连接控制器，控制器同时与通讯端子和第二EMC滤波器装置连接，第二EMC滤波装置与执行器连接，控制器经过第二滤波装置连接执行器；隔离后的电通过软态开关，再经过EMC滤波装置之后给控制器供电，通过控制器连接的通讯端子提供了丰富的通讯接口，实现信息交换和多种控制方式的给定，控制器输出经过EMC滤波装置后进入执行器，完成给定控制。
其中，电源开关为船型开关。
其中，一级滤波装置为电容滤波电路、低通滤波电路或EMC滤波器。
其中，隔离装置为隔离变压器。
其中，浪涌保护装置为浪涌保护电路或浪涌保护器。
其中，通讯端子为RS485或MODBUS。
其中，软态开关包括一个固态继电器。
其中，第一EMC滤波装置包括EMI滤波器和电抗器，提高控制性能。
其中，控制器为同步电机控制器，执行器为电机。
其中，第二EMC滤波装置包括正弦滤波器，抑制高频损耗，保护电机绝缘。
实施例：
如图1所示，使用单相220V市电进行供电，通过船型开关来控制电源，船型开关也具有一定的滤波作用。一旦船型开关打开，220V单相电首先通过隔离变压器的初级，根据变压器原理会在隔离变压器的次级形成交流220V电压，隔离变压器使得初级和次级的电气完全隔离，且能够抑制高频杂波传入后续的控制回路。同时为了防止间接雷电和直接雷电影响，在隔离变压器的次级形成的电压需要通过浪涌保护器，把可能窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围，保护设备或系统不受冲击而损坏。最终在隔离变压器的二次侧得到了1：1的隔离电源，通过220V插座引出。隔离电源中220V两根线中的任意一根与大地之间没有电位差，使用人员无论碰到哪一根都不会有触电的危险，保护了使用人员的安全。
控制模块的供电由隔离电源提供，使用固态继电器来控制控制回路的通断。只有在固态继电器中通入24V直流控制电使其吸合后，隔离电源才与控制回路接通，开始供电。隔离电源首先经过EMI滤波器进行滤波，阻碍高频干扰，只允许设备正常工作时的频率信号进入设备，再通过电抗器进行进一步的滤波。最终，通入同步电机控制器中的电在多次滤波后基本能够符合要求。同步电机控制器可以使用485、CANopen、PROFIbus-DP等现场通讯协议进行通讯。根据给定指令和反馈，同步电机控制器将输出SPWM调制波进行电机控制。在控制输出和电机之间接入正弦滤波器，将控制器输出的SPWM调制波滤成近似正弦波，可以保护电机绝缘，抑制高频损耗。
图3是本发明实施例驱动器输出的波形，图4是本发明实施例经过正弦滤波器后的波形。从图3和图4中可以看出正弦滤波器能将输出的PWM波形滤成近似正弦波，有益于电机绝缘和平稳运行，还能减小损耗
图5是本发明实施例控制电路的EMC检测报告。1、传导测试和辐射测试是使用测试波形和标准波形进行对比，因为各个实验室之间的不同，不能保证实验条件完全相同，所以在测试结果上通常要求最小余量在5～6dB之间。本机器在传导测试中最小余量为5.6dB满足EMC要求。2、电压闪烁测试主要测试的是电压的短期闪烁值和长期闪烁值，测试标准为GB17625.2，限值要求为短期闪烁值Pst值不大于1.0；长期闪烁值Plt值不大于0.65；本机器测试结果为0.521，满足限值要求。符合医用级的EMC和安规标准，通过GB9706.1-2007标准和YY0505-2012标准及检测，及国家相关产品标准。
图6测试时输入电流谐波不超过GB17625.1中的限值要求，符合标准。
图7是本发明实施例的偶次谐波测试结果。取二次谐波测试数据进行分析，在二次谐波的测试中，最大允许谐波电流为1.08A，本机器测试时的平均谐波电流为109.9mA，最大谐波电流为115.7mA，不超过限值，满足测试限值要求。
图8是本发明实施例的奇次谐波测试结果。取三次谐波测试数据进行分析，在三次谐波的测试中，最大允许谐波电流为2.3A，本机器测试时的平均谐波电流为1.5034A，最大谐波电流为1.5177A，不超过限值，满足测试限值要求。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，分为供电模块和控制模块两部分，供电模块连接控制模块；
供电模块包括电源开关、一级滤波装置、隔离装置、浪涌保护装置，电源开关供电首先经过一级滤波装置，可以有效抑制高频干扰，一级滤波装置再连接隔离装置完成电气隔离，保护电路和人身安全，隔离装置连接浪涌保护装置，防止电路中的浪涌电压对电路产生干扰和破坏，通过浪涌保护装置连接控制模块，最后通过浪涌保护装置将电输出给系统内部或其他系统使用；
控制模块包括软态开关、第一EMC滤波装置、控制器、通讯端子、第二滤波装置、执行器，软态开关与供电模块的浪涌保护装置连接，软态开关控制整个控制模块的供电，经过软态开关连接第一EMC滤波装置，第一EMC滤波装置连接控制器，控制器同时与通讯端子和第二EMC滤波器装置连接，第二EMC滤波装置与执行器连接，控制器经过第二滤波装置连接执行器。
2.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，电源开关为船型开关。
3.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，一级滤波装置为电容滤波电路、低通滤波电路或EMC滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，隔离装置为隔离变压器。
5.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，浪涌保护装置为浪涌保护电路或浪涌保护器。
6.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，通讯端子为RS485或MODBUS。
7.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，软态开关包括一个固态继电器。
8.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，第一EMC滤波装置包括EMI滤波器和电抗器，提高控制性能。
9.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，控制器为同步电机控制器，执行器为电机。
10.根据权利要求1所述的一种符合EMC和安规标准的医用电源控制电路，其特征在于，第二EMC滤波装置包括正弦滤波器，抑制高频损耗，保护电机绝缘。
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Applicant before: Shenzhen Cumark New Technology Co.,Ltd.

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