Problema de emisiones radiadas de la conexión del paciente

La empresa para la que trabajo está desarrollando un dispositivo conectado al paciente destinado a proporcionar estimulación eléctrica funcional a un usuario conectado. Actualmente estamos luchando para pasar el estándar de emisiones radiadas.

Hemos localizado la fuente de nuestro problema en nuestra fuente de alimentación CC/CC aislada apagando la alimentación aislada

recinto

Recinto

resultados de emisiones DCDC activado

DCDC habilitado

resultados de emisiones DCDC deshabilitado

DCDC deshabilitado

También notamos que cuando desconectamos los cables externos del paciente, nuestras emisiones radiadas se reducen significativamente. Las señales que estamos enviando por el cable son pulsos bifásicos con las siguientes características

  • Ancho de pulso = 500us
  • Amplitud de pulso = 150V
  • Intervalo entre fases = 100us

  • Frecuencia = 60hz pulso bifásicoEstamos en el proceso de diseñar una nueva placa con las siguientes características

  • Deshágase del cable conductor interno del paciente en favor de un conector de ángulo recto

  • Condensadores Y a través de la barrera de aislamiento del convertidor DCDC
  • Filtro Pi y estrangulador de modo común en la entrada del convertidor DCDC
  • Filtro Pi en la salida del convertidor DCDC
  • Filtros LC en el conector del paciente

Sin embargo, todavía me preocupa que los cables externos del paciente irradien un exceso de EMI. Como son cables de pacientes, estamos limitados en el filtrado que podemos hacer y no podemos blindar los cables a la caja porque está hecha de plástico. ¿Alguien tiene alguna sugerencia sobre lo que podemos hacer para que nuestro dispositivo sea más compatible, específicamente en lo que se refiere a los cables del paciente?

Otros, mejor que yo, pueden discutir las ideas de cableado del paciente. Pero me pregunto si ha considerado reemplazar su convertidor DC/DC aislado con una versión de espectro ensanchado. Si también proporciona un reloj a un micro, y si también tiene EMI, también hay chips de espectro ensanchado para eso.
Es posible que desee recortar esa foto del dispositivo un poco más. El nombre de su empresa se muestra en el papeleo debajo.
@jonk Sin duda investigaré eso, sin embargo, ha sido difícil encontrar una variedad de convertidores de CC/CC que cumplan con nuestros requisitos de aislamiento de 4Kv, así como con nuestros requisitos de alimentación de 5W y 12V.
DC/DC: ¿De qué estás sacando eso? (Hubiera esperado una red-> CC, es decir, un convertidor CA/CC)
@MarcusMüller Nuestra red de distribución de energía va de la red a un convertidor de CA/CC de 24 V, luego a un regulador reductor de 24 V-12 V y luego a la fuente de alimentación aislada de CC CC de 12 V-12 V. Todo antes del DCDC estaba funcionando cuando tomamos los datos para el segundo gráfico.
Está bien. Hm. Mi intuición es que 12V->12V es en realidad un diseño relativamente difícil de hacer con bajo nivel de ruido (probablemente sea SEPIC, de todos modos. Aislamiento y esas cosas); ¿Puedes probar con una fuente de alimentación aislada de 24V -> 12V? El voltaje "sobrecarga" permitiría una conmutación menos "agresiva"
Cuando apagó el CC/CC, ¿alimentó el lado del paciente con algo más, como una batería? De lo contrario, es posible que la fuente del ruido no sea la CC/CC, sino la electrónica que no estaba operativa.
No hicimos eso en la cámara de prueba real, pero pudimos confirmar con un analizador de espectro que los procesadores y otras fuentes de alimentación en el lado aislado del DC/DC no contribuyeron al ruido tanto como el DC. /CORRIENTE CONTINUA.

Respuestas (1)

Entonces, la regla es: la corriente seguirá el camino de la impedancia más baja. Hay una fuente de radiación en su placa, ha aislado esa placa de sección y ha creado una buena antena al conectarle el cable. La ruta preferida (y la ruta de menor impedancia) es por el cable y hacia el aire.

Una forma de controlar la corriente sería poner topes y atenuar la señal donde el cable se conecta a la PCB, esto hundiría la corriente en el cable.

La mejor (y más fácil) sería aumentar la impedancia del cable. No puedo hablar por sus señales porque no ha definido cuáles son, si tiene señales de alta frecuencia en su cable, también las atenuará, así que tenga cuidado. Una ferrita es una buena manera de aumentar la impedancia inductiva del cable sin interferir con su PCB. Podría colocarlo en el interior de la caja alrededor del cable que va hacia el exterior de la caja (el cable interno del paciente, espero que no lo coloque en el paciente).

Otra forma de aumentar la inductancia sería filtrar la PCB en el conector para permitir el paso de la frecuencia de interés y atenuar la RF.

Rediseñar la placa y alejar los relojes y convertidores del cable también puede ayudar. Si la fuente principal es ese convertidor de aislamiento de CC a CC, es posible que desee colocar un filtro pesado después del convertidor en el lado V+ y detener el problema antes de que llegue al resto de la PCB/diseño.

Obtener Ingeniería de Compatibilidad Electromagnética por Henry W Ott

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Gracias por tu contribución. He agregado información sobre las señales que esperamos de los cables del paciente. Intentamos solucionarlo agregando perlas de ferrita en serie (1,5 kohm a 100 MHz) y un condensador de derivación a cada línea (10 nF) entre el cable conductor interno del paciente y el cable conductor externo del paciente en la PCB montada en la carcasa. Desafortunadamente, esto no pareció ayudar en absoluto. En nuestro nuevo diseño, planeamos quitar el cable interno del paciente a favor de un conector de ángulo recto y también planeamos agregar filtrado a la entrada y salida del DCDC.
¿Probaste una abrazadera en ferrita?
No lo hicimos, desafortunadamente.
En realidad, mirando su señal que podría interferir demasiado solo en el cable mismo. Otra cosa que sugeriría es proteger de extremo a extremo el cable con ferritas en el blindaje, asegúrese de que su inductancia de blindaje sea baja, ya que cualquier inductancia parásita entre los conectores de su placa creará problemas. La idea con los escudos es que necesita un conductor alrededor de la 'antena' de su cable para desviar capacitivamente las corrientes de regreso a su placa.
¿Tiene alguna sugerencia sobre cómo conectar a tierra el blindaje ya que no tenemos un gabinete conectado a tierra?
Sí, tendría una conexión a tierra sólida directamente a la PCB. El blindaje probablemente cambiará su cableado, puede obtener conectores con blindaje, puede comprar (puede ser difícil de encontrar) cables multiconductores con blindaje. En aras de los experimentos, si tiene una cinta de cobre ancha, puede intentar colocar dos tiras de cinta en la parte exterior del cable (cuidado, si está afilado, también si va alrededor del conector, asegúrese de aislarlo).
Luego conecte a tierra el extremo del escudo a la placa de circuito impreso raspando una sección del plano de tierra si es accesible o puede que tenga que soldarlo a un pin de tierra en el conector. Cuanto menor sea la impedancia/inductancia que pueda mantener con el escudo, mejor.
Realmente depende de si es el convertidor de CC a CC el que está causando el problema o su señal. Intente probar el instrumento con solo DC/DC encendido y vea si obtiene el mismo patrón de RF.
La prueba que hicimos fue solo con el DC/DC encendido. No hay señales bajando por el cable externo.
Olvida la idea del blindaje entonces. Intentaría filtrar la salida de DC / DC entonces, con un circuito RC o LC en la salida. Coloque las tapas del filtro de alimentación más cerca del convertidor CC/CC. Una cosa que podría intentar es poner algunas tapas en paralelo (0,1 uf, 1 uf y 10 uf) entre los terminales positivo y negativo del CC/CC. En este momento, parece que las tapas de su filtro están ubicadas a unas pocas pulgadas de CC/CC y habría demasiada inductancia en serie para que las tapas sean efectivas a frecuencias más altas. A frecuencias más bajas, las corrientes de RF deben desviarse a la fuente (el convertidor CC/CC)
Por cierto, la corriente explora todos los caminos posibles, proporcional a la conductividad. Todo. No solo el camino con la conductividad más alta.
Por lo general, hay una ruta con baja impedancia y esa es la ruta de la que debe preocuparse, ya sea para desviar la corriente o bloquearla.
Problema de emisiones radiadas de la conexión del paciente
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