醫療電子設備防雷電及瞬態過電壓淺析
點擊數：94292018-06-08 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系統測試、EMS系統測試、EMC測試附件、EMC測試天線
為預防雷電及瞬態過電壓對電子設備的危害，本文就瞬態過電壓的起因，瞬態過電壓和雷電在電子設備上引發的干擾、衰變、損壞和故障停機，損壞的物理途徑，以及對雷電和瞬態過電壓的防護等問題進行了介紹和分析。最后就瞬態過電壓防護裝置問題進行了討論。
隨著醫療電子設備，特別是微電子設備和計算機設備在臨床中的廣泛應用，雷電及瞬態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）引發的設備故障、停用，甚至造成醫療事故時有發生，已成為醫院和相關的醫務工作者，維護技術人員無可回避的問題。
雷電的活動或大型電器開關的動作都可能干擾電子設備的正常工作，兩者均會在電子系統的電源總線、數據通信、信號等線路上引起電壓瞬間的激增，如果激增的瞬態電壓超過了電子設備中元器件的承受能力，就會造成破壞性的后果。所有的醫療電子設備包括計算機、閉路電視設備、不間斷電源、傳感器和數據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期的目的。
1 瞬態過電壓的原理
所謂“瞬態過電壓”是指兩個或兩個以上的導體間測得的電壓在很短的時間（幾微妙~幾毫秒）內的急劇增加（幾伏到幾千伏）。
1.1 瞬態過電壓的起因 瞬態過電壓最主要的起因有兩個：雷電和電氣開關動作。
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定的方式泄入大地，但它將通過電感、電容和電阻的耦合產生瞬態過電壓。電氣開關動作引起的瞬態過電壓是一種非常普遍的主要干擾源。電流通過導體時在其周圍建立起一個磁場，當開關動作時，磁場的能量將急劇釋放，以轉換或瞬態過電壓的形式達到能量的耗散。導體越長，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備等感性負載的開關動作時通常都會引起瞬態過電壓的原因。
1.2 瞬態過電壓引發的問題
無論是雷電或電氣開關動作引起的瞬態過電壓，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，但會干擾數字或模擬電平，從而引起數據丟失，軟件和數據損壞，電子計算機無法解釋的退出服務、死機，以及過流開關的錯誤跳閘等諸如此類的麻煩情況。
（2）衰變
電子設備和電路系統長期暴露在較低等級的瞬態過電壓下，使其工作壽命減少和發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過電壓才會燒毀電路板。
（4）故障停機
損壞都可能會導致設備或系統的故障。這將意味著：正在進行的檢查或手術無法正常的進行，甚至引發醫療事故。
1.3瞬態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過電壓的損壞方式都是一樣的，即兩種主要的物理途徑，發熱和絕緣破壞；而兩者都是因電源的“續流”所造成。目前醫療儀器設備大量使用集成電路芯片，其內部的正負偏置的半導體結、電阻、電容等在瞬態過電壓的作用下，發熱和絕緣破壞兩種方式造成失效。在整流電源設備中，兩個半導體結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；若瞬態過電壓將其中的一個擊穿，就會引發后果嚴重的電源短路故障。當然，在電子設備和電路系統中發生瞬態過電壓影響極其影響程度主要取決于瞬態過電壓的強度和頻度；設備及其電路對瞬態過電壓的敏感度。
2 對雷電的防護
許多不同的防護技術都可以用來降低雷電對電子系統的威脅，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；
接地和屏蔽接地；
合理選擇設備擺放位置；
合理選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽；
采用電纜。
3 裝設瞬態過電壓防護裝置
瞬態過電壓防護裝置可用于上述防護技術和方法的補充和支持。配置運用瞬態過電壓防護裝置的目的，就是在干擾源與需要防護的設備之間提供適當的瞬態過電壓防護，以保護設備。 重點的防護部位包括：
電源的雷電防護；
電源的開關瞬變防護；
不間斷電源（UPS）的防護；
數據通信、電話線路的防護；
重要儀器、設備的防護。
選擇瞬態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 它應能承受安裝位置預計的最大瞬態過電壓，由于雷電是多脈沖過程，所以它應能承受多次沖擊；
過壓值的控制 防護裝置應能將瞬態過電壓控制在被防護設備的允許承受值一下；
系統兼容性 防護裝置不應妨礙和干擾被防護設備及其系統的正常工作。對具體設備（系統）的防護裝置的選擇應依據相關的標準、規范進行。
