醫(yī)療電子設(shè)備防雷電及瞬態(tài)過電壓淺析

點擊數(shù)：79332018-06-08 08:48:58　來源: 重慶哥爾摩科技有限公司、電波暗室、電磁兼容暗室、汽車電子暗室、EMI系統(tǒng)測試、EMS系統(tǒng)測試、EMC測試附件、EMC測試天線

為預(yù)防雷電及瞬態(tài)過電壓對電子設(shè)備的危害，本文就瞬態(tài)過電壓的起因，瞬態(tài)過電壓和雷電在電子設(shè)備上引發(fā)的干擾、衰變、損壞和故障停機，損壞的物理途徑，以及對雷電和瞬態(tài)過電壓的防護等問題進行了介紹和分析。最后就瞬態(tài)過電壓防護裝置問題進行了討論。

隨著醫(yī)療電子設(shè)備，特別是微電子設(shè)備和計算機設(shè)備在臨床中的廣泛應(yīng)用，雷電及瞬態(tài)過電壓的危害問題日益突出地擺在了人們的面前。因雷電（包括過電壓）引發(fā)的設(shè)備故障、停用，甚至造成醫(yī)療事故時有發(fā)生，已成為醫(yī)院和相關(guān)的醫(yī)務(wù)工作者，維護技術(shù)人員無可回避的問題。

雷電的活動或大型電器開關(guān)的動作都可能干擾電子設(shè)備的正常工作，兩者均會在電子系統(tǒng)的電源總線、數(shù)據(jù)通信、信號等線路上引起電壓瞬間的激增，如果激增的瞬態(tài)電壓超過了電子設(shè)備中元器件的承受能力，就會造成破壞性的后果。所有的醫(yī)療電子設(shè)備包括計算機、閉路電視設(shè)備、不間斷電源、傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置等都存在著這種危險。

人們往往對雷電防護工作不夠重視，或者簡單地認(rèn)為防雷無非是安裝防雷器件和降低地線接地電阻即萬事大吉，而事實又往往無情地證明，這樣的防護并不能達到預(yù)期的目的。

1 瞬態(tài)過電壓的原理

所謂“瞬態(tài)過電壓”是指兩個或兩個以上的導(dǎo)體間測得的電壓在很短的時間（幾微妙~幾毫秒）內(nèi)的急劇增加（幾伏到幾千伏）。

1.1 瞬態(tài)過電壓的起因 瞬態(tài)過電壓最主要的起因有兩個：雷電和電氣開關(guān)動作。

雷電實際的放電電流可達幾百kA的量級。對于裝有防雷裝置的建筑物，盡管雷擊電流可按預(yù)定的方式泄入大地，但它將通過電感、電容和電阻的耦合產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。電氣開關(guān)動作引起的瞬態(tài)過電壓是一種非常普遍的主要干擾源。電流通過導(dǎo)體時在其周圍建立起一個磁場，當(dāng)開關(guān)動作時，磁場的能量將急劇釋放，以轉(zhuǎn)換或瞬態(tài)過電壓的形式達到能量的耗散。導(dǎo)體越長，就越將加劇能量的儲存和釋放。這就是電機、變壓器及其他大型電氣設(shè)備等感性負(fù)載的開關(guān)動作時通常都會引起瞬態(tài)過電壓的原因。

1.2 瞬態(tài)過電壓引發(fā)的問題

無論是雷電或電氣開關(guān)動作引起的瞬態(tài)過電壓，都具有類似的作用效果：干擾、衰變、損壞和故障停機。

（1）干擾

 盡管這種情況一般不會造成物理性的損壞，但會干擾數(shù)字或模擬電平，從而引起數(shù)據(jù)丟失，軟件和數(shù)據(jù)損壞，電子計算機無法解釋的退出服務(wù)、死機，以及過流開關(guān)的錯誤跳閘等諸如此類的麻煩情況。

（2）衰變

電子設(shè)備和電路系統(tǒng)長期暴露在較低等級的瞬態(tài)過電壓下，使其工作壽命減少和發(fā)生故障的可能性增大。在用戶不知曉的情況下，這種情況實際上更為糟糕。

（3）損壞

瞬態(tài)過電壓過高將會造成部分電路板的損壞。而一般的損壞從外表不易看出來，只有特別強烈的瞬態(tài)過電壓才會燒毀電路板。

（4）故障停機

 損壞都可能會導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的故障。這將意味著：正在進行的檢查或手術(shù)無法正常的進行，甚至引發(fā)醫(yī)療事故。

1.3瞬態(tài)過電壓損壞的物理途徑

 幾乎所有的電子器件和電路遭瞬態(tài)過電壓的損壞方式都是一樣的，即兩種主要的物理途徑，發(fā)熱和絕緣破壞；而兩者都是因電源的“續(xù)流”所造成。目前醫(yī)療儀器設(shè)備大量使用集成電路芯片，其內(nèi)部的正負(fù)偏置的半導(dǎo)體結(jié)、電阻、電容等在瞬態(tài)過電壓的作用下，發(fā)熱和絕緣破壞兩種方式造成失效。在整流電源設(shè)備中，兩個半導(dǎo)體結(jié)總是以橋臂的形式接在電源的兩條線上，兩個元件必須成對同時使用；若瞬態(tài)過電壓將其中的一個擊穿，就會引發(fā)后果嚴(yán)重的電源短路故障。當(dāng)然，在電子設(shè)備和電路系統(tǒng)中發(fā)生瞬態(tài)過電壓影響極其影響程度主要取決于瞬態(tài)過電壓的強度和頻度；設(shè)備及其電路對瞬態(tài)過電壓的敏感度。

2 對雷電的防護

 許多不同的防護技術(shù)都可以用來降低雷電對電子系統(tǒng)的威脅，但和所有的可靠性措施一樣，其潛在的效果是需要通過長時間的觀察來評估的。

這些防雷措施包括：

加強建筑物防雷系統(tǒng)；

接地和屏蔽接地；

合理選擇設(shè)備擺放位置；

合理選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽；

采用電纜。

3 裝設(shè)瞬態(tài)過電壓防護裝置

 瞬態(tài)過電壓防護裝置可用于上述防護技術(shù)和方法的補充和支持。配置運用瞬態(tài)過電壓防護裝置的目的，就是在干擾源與需要防護的設(shè)備之間提供適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)過電壓防護，以保護設(shè)備。 重點的防護部位包括：

電源的雷電防護；

電源的開關(guān)瞬變防護；

不間斷電源（UPS）的防護；

數(shù)據(jù)通信、電話線路的防護；

重要儀器、設(shè)備的防護。

選擇瞬態(tài)過電壓防護裝置最重要的是所選擇的期間必須滿足以下要求：

承受能力 它應(yīng)能承受安裝位置預(yù)計的最大瞬態(tài)過電壓，由于雷電是多脈沖過程，所以它應(yīng)能承受多次沖擊；

過壓值的控制 防護裝置應(yīng)能將瞬態(tài)過電壓控制在被防護設(shè)備的允許承受值一下；

系統(tǒng)兼容性 防護裝置不應(yīng)妨礙和干擾被防護設(shè)備及其系統(tǒng)的正常工作。對具體設(shè)備（系統(tǒng)）的防護裝置的選擇應(yīng)依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進行。