Problem mit abgestrahlten Emissionen der Patientenverbindung

Das Unternehmen, für das ich arbeite, entwickelt ein an den Patienten angeschlossenes Gerät, das einem angeschlossenen Benutzer eine funktionelle elektrische Stimulation liefern soll. Wir kämpfen derzeit darum, die Strahlungsemissionsnorm zu erfüllen.

Wir haben die Ursache unseres Problems in unserer isolierten DC/DC-Stromversorgung lokalisiert, indem wir die isolierte Stromversorgung abgeschaltet haben

Gehege

Gehege

Emissionsergebnisse DCDC aktiviert

DCDC aktiviert

Emissionsergebnisse DCDC deaktiviert

DCDC deaktiviert

Wir stellen auch fest, dass unsere Strahlungsemissionen erheblich reduziert werden, wenn wir die externen Patientenkabel trennen. Die Signale, die wir über das Kabel senden, sind zweiphasige Impulse mit den folgenden Eigenschaften

  • Impulsbreite = 500 us
  • Impulsamplitude = 150 V
  • InterPhase-Intervall = 100 us

  • Frequenz = 60 Hz zweiphasiger PulsWir sind dabei, ein neues Board mit den folgenden Merkmalen zu entwerfen

  • Befreien Sie sich von internen Patientenkabeln zugunsten eines rechtwinkligen Steckers

  • Y-Kondensatoren über der Isolationsbarriere des DCDC-Wandlers
  • Pi-Filter und Gleichtaktdrossel am Eingang des DCDC-Wandlers
  • Pi-Filter am Ausgang des DCDC-Wandlers
  • LC-Filter am Patientenanschluss

Ich bin jedoch immer noch besorgt, dass die externen Patientenkabel übermäßige EMI abstrahlen. Da es sich um Patientenkabel handelt, können wir nur begrenzt filtern, und wir können die Kabel zum Gehäuse nicht abschirmen, da es aus Kunststoff besteht. Hat jemand Vorschläge, was wir tun können, um unser Gerät konformer zu machen, insbesondere in Bezug auf die Patientenkabel?

Andere als ich können die Ideen zur Patientenverkabelung besser diskutieren. Aber ich frage mich, ob Sie darüber nachgedacht haben, Ihren isolierten DC / DC-Wandler durch eine Spread-Spectrum-Version zu ersetzen. Wenn Sie einem Mikro auch einen Takt geben und es auch EMI hat, gibt es auch dafür Spreizspektrum-Chips.
Vielleicht möchten Sie das Foto des Geräts noch etwas zuschneiden. Der Name Ihres Unternehmens wird in den Unterlagen darunter angezeigt.
@jonk Ich werde das auf jeden Fall untersuchen, aber es war schwierig, eine Vielzahl von DC / DC-Wandlern zu finden, die unsere 4-kV-Isolationsanforderungen sowie unsere 5-W-, 12-V-Leistungsanforderungen erfüllen.
DC/DC: wovon treibst du das? (Ich hätte ein Netz -> DC erwartet, dh AC / DC-Wandler)
@MarcusMüller Unser Stromverteilungsnetz geht vom Netz zu einem 24-V-AC / DC-Wandler, dann zu einem 24-V-12-V-Abwärtsregler und dann zur isolierten 12-V-12-V-DCDC-Stromversorgung. Alles vor dem DCDC lief, als wir die Daten für den zweiten Plot nahmen.
Ah, okay. Hm. Mein Bauchgefühl ist, dass 12 V -> 12 V tatsächlich ein relativ schwer zu handhabendes rauscharmes Design ist (wahrscheinlich sowieso SEPIC. Isolierung und so). Können Sie es mit einer isolierten Stromversorgung von 24 V -> 12 V versuchen? Die "Overhead"-Spannung würde ein weniger "aggressives" Schalten ermöglichen
Haben Sie beim Abschalten des DC/DC die Patientenseite mit etwas anderem wie einer Batterie versorgt? Wenn nein, ist die Quelle des Rauschens möglicherweise nicht der DC/DC, sondern die Elektronik, die nicht funktioniert hat?
Wir haben das in der eigentlichen Testkammer nicht gemacht, aber wir konnten mit einem Spektrumanalysator bestätigen, dass die Prozessoren und andere Netzteile auf der isolierten Seite des DC/DC nicht annähernd so viel zum Rauschen beigetragen haben wie der DC /DC.

Antworten (1)

Die Regel lautet also: Der Strom folgt dem Weg der niedrigsten Impedanz . Auf Ihrer Platine befindet sich eine Strahlungsquelle. Sie haben diese Abschnittsplatine isoliert und eine schöne Antenne erstellt, indem Sie das Kabel daran anschließen. Der bevorzugte Weg (und der Weg mit der niedrigsten Impedanz) führt aus dem Kabel heraus und in die Luft.

Eine Möglichkeit, den Strom zu steuern, besteht darin, Kappen anzubringen und das Signal dort zu dämpfen, wo das Kabel mit der Leiterplatte verbunden ist. Dies würde den Strom am Kabel absenken.

Der bessere (und einfachere) Weg wäre, die Impedanz des Kabels zu erhöhen. Ich kann nicht für Ihre Signale sprechen, weil Sie nicht definiert haben, was sie sind. Wenn Sie Hochfrequenzsignale in Ihrem Kabel haben, werden Sie diese auch dämpfen, seien Sie also vorsichtig. Ein Ferrit ist eine gute Möglichkeit, die induktive Impedanz des Kabels zu erhöhen, ohne Ihre Leiterplatte zu stören. Sie könnten es auf der Innenseite der Box um das Kabel herum anbringen, das zur Außenseite der Box führt (die interne Patientenleitung, ich hoffe, Sie legen das nicht in den Patienten).

Eine andere Möglichkeit, die Induktivität zu erhöhen, besteht darin, die Leiterplatte am Anschluss zu filtern, damit Ihre interessierende Frequenz durchgelassen und die HF gedämpft wird.

Es kann auch hilfreich sein, die Platine neu zu gestalten und Uhren und Konverter vom Kabel zu entfernen. Wenn die Hauptquelle dieser DC-zu-DC-Isolationswandler ist, sollten Sie nach dem Wandler auf der V+-Seite einen starken Filter einbauen und das Problem stoppen, bevor es den Rest der Leiterplatte/das Design erreicht.

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schematisch

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Danke für deinen Beitrag. Ich habe Informationen zu den Signalen hinzugefügt, die wir von den Patientenkabeln erwarten. Wir versuchten eine Lösung, indem wir Ferritperlen in Reihe (1,5 kOhm bei 100 MHz) und einen Nebenschlusskondensator zu jeder Leitung (10 nF) zwischen dem internen Patientenkabel und dem externen Patientenkabel auf der am Gehäuse montierten Leiterplatte hinzufügten. Leider schien dies überhaupt nicht zu helfen. In unserem neuen Design planen wir, das interne Patientenkabel zugunsten eines rechtwinkligen Steckers zu entfernen, und planen auch, den Ein- und Ausgang des DCDC mit Filtern zu versehen.
Hast du es mal mit einer Klemme auf Ferrit versucht?
Wir leider nicht.
Wenn Sie sich Ihr Signal ansehen, könnte das nur auf dem Kabel selbst zu stark stören. Eine andere Sache, die ich vorschlagen würde, ist die Abschirmung von Ende zu Ende des Kabels mit Ferriten auf der Abschirmung. Stellen Sie sicher, dass Ihre Abschirminduktivität niedrig ist, da jede parasitäre Induktivität zwischen den Anschlüssen zurück zu Ihrer Platine Probleme verursachen wird. Die Idee mit Abschirmungen ist, dass Sie einen Leiter um Ihre Kabelantenne benötigen, um die Ströme kapazitiv zurück zu Ihrer Platine zu leiten.
Haben Sie Vorschläge zur Erdung der Abschirmung, da wir kein geerdetes Gehäuse haben?
Ja, ich hätte eine solide Masseverbindung direkt an der Platine. Die Abschirmung wird wahrscheinlich Ihre Verkabelung verändern, Sie können Stecker mit einer Abschirmung erhalten, Sie können (es kann schwer zu finden sein) mehradrige Kabel mit einer Abschirmung kaufen. Wenn Sie ein breites Kupferband haben, können Sie zu Versuchszwecken versuchen, zwei Streifen Klebeband an der Außenseite des Kabels anzubringen (vorsichtig, es ist scharf, auch wenn Sie um den Stecker herumgehen, stellen Sie sicher, dass Sie es isolieren).
Erden Sie dann das Ende der Abschirmung an der Leiterplatte, indem Sie einen Abschnitt der Erdungsebene abkratzen, falls dieser zugänglich ist, oder Sie müssen ihn möglicherweise an einen Erdungsstift am Steckverbinder löten. Je niedriger die Impedanz/Induktivität, die Sie mit der Abschirmung aufrechterhalten können, desto besser.
Es hängt wirklich davon ab, ob es der DC-DC-Wandler ist, der das Problem oder Ihr Signal verursacht. Versuchen Sie, das Instrument nur mit eingeschaltetem DC\DC zu testen, und prüfen Sie, ob Sie das gleiche HF-Muster erhalten.
Der Test, den wir durchführten, war nur mit eingeschaltetem DC/DC. Keine Signale gehen über das externe Kabel.
Vergiss dann die Abschirmidee. Ich würde dann versuchen, den Ausgang des DC / DC mit einer RC- oder LC-Schaltung am Ausgang zu filtern. Platzieren Sie die Netzfilterkappen näher am DC/DC-Wandler. Eine Sache, die Sie versuchen könnten, ist, ein paar Kappen parallel (0,1 uf, 1 uf und 10 uf) zwischen den positiven und negativen Anschlüssen des DC / DC zu platzieren. Im Moment sieht es so aus, als ob sich Ihre Filterkappen einige Zentimeter vom DC / DC entfernt befinden und die Serieninduktivität zu groß wäre, als dass die Kappen bei höheren Frequenzen wirksam wären. Bei niedrigeren Frequenzen müssen die HF-Ströme zur Quelle (dem DC/DC-Wandler) zurückgeleitet werden.
Übrigens erkundet der Strom alle möglichen Wege, proportional zur Leitfähigkeit. Alle. Nicht nur der Weg mit der höchsten Leitfähigkeit.
Normalerweise gibt es einen Pfad mit niedriger Impedanz, und das ist der Pfad, um den Sie sich kümmern müssen, entweder um den Strom zu leiten oder zu blockieren.
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