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谐波测试不合格,是什么原因,如何整改?

2025-5-11 11:00| 发布者: 曾工| 查看: 18| 评论: 0|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: 医疗器械在进行 IEC 60601-1-2 标准下的 谐波测试(Harmonics Test) 不合格,通常是由于设备在特定条件下对电网造成了过高的谐波电流,这会干扰其他设备或违反电磁兼容性(EMC)要求。以下是可能原因及整改建议: ...
医疗器械在进行 IEC 60601-1-2 标准下的 谐波测试(Harmonics Test) 不合格,通常是由于设备在特定条件下对电网造成了过高的谐波电流,这会干扰其他设备或违反电磁兼容性(EMC)要求。以下是可能原因及整改建议:

🔍 一、常见不合格原因
电源设计问题
  • 开关电源(SMPS)设计不良,整流桥后滤波不充分。
  • 无功补偿或功率因数校正(PFC)电路缺失或失效。

功率因数过低
  • 低功率因数会导致大量非正弦电流进入电网,从而产生高次谐波。

输入浪涌电流过大
  • 开机瞬间输入电流过大,超出限值。

谐波滤波器设计不良或缺失
  • 滤波器参数不匹配,未能有效抑制高次谐波。

测试条件不一致
  • 仪器未在额定电压、电流、负载或环境条件下测试,导致异常。

🔧 二、整改方向建议
✅ 电路设计优化
加入/优化 PFC 电路
  • 若未使用主动式 PFC,建议加入主动 PFC(Active PFC)以提升功率因数,降低谐波。
  • 若已使用,被动 PFC效果差,可更换为主动式设计。

谐波滤波器设计
  • 加入或优化EMI滤波器(如L-C滤波网络),特别是抑制3次、5次、7次谐波。

控制器选择
  • 更换更适配的PFC控制芯片,如TI、ST、Infineon等厂家的产品,有助于控制输入电流波形。

✅ 软件控制策略
  • 控制开机电流上升斜率,避免大浪涌电流。
  • 若带有智能电源控制,可以分阶段加载负载,减少高次谐波。

✅ 测试策略和准备
  • 检查测试设置(测试仪器校准、电源网模拟器等)是否符合IEC 61000-3-2(谐波标准的基础)。
  • 在不同输入电压(如230V、115V)和不同负载下重复测试,查找问题点。

📘 附:相关标准知识
  • IEC 60601-1-2 是医疗设备电磁兼容(EMC)的标准,其中包括对 谐波电流 的限制,通常依据 IEC 61000-3-2
  • 谐波等级通常针对 Class A(一般医疗设备)或 Class B(信息技术设备),具体分类决定谐波限值。


扩展阅读:
例如,通常3次谐波、5次谐波不合格,其它高次谐波合格 的情况,说明设备对电网造成了显著的低阶奇次谐波干扰,这通常与整流方式、电源前端滤波设计、以及功率因数校正有关。

🎯 一、问题分析
谐波常见来源问题指示
3次谐波不对称整流、非线性负载,如不对称电流或负载失衡PFC电路失效/未优化,或整流不均衡
5次谐波无PFC或PFC失调、滤波器缺陷PFC控制器响应不佳,滤波器参数不匹配

🔧 二、整改建议
✅ 1. 检查并优化 功率因数校正(PFC) 电路
是否使用主动式PFC?
  • 如果未使用:应考虑采用主动式PFC(如Boost PFC),主动控制输入电流接近正弦波。
  • 如果已使用:检查PFC控制芯片是否工作正常,例如TI的 UCC28019A、Infineon的 ICE2PCS02G 等。

PFC参数优化建议
  • 检查电感、电容等器件值是否设计合理。
  • 提高开关频率(适当范围内)可改善控制精度,但需注意EMI问题。

✅ 2. 增加或调整输入侧 谐波滤波器(EMI/LC滤波器)

加入专门抑制低阶谐波的滤波元件
  • 例如:增加针对3次、5次谐波的 L-C 滤波支路。
  • 高频有效滤波器未必对低频(如150Hz/250Hz)有效,需针对低频设计。

共模/差模滤波器设计优化
  • 加强差模抑制滤波结构,可降低由整流产生的谐波。
  • 尝试配置π型滤波器或分布电感的二级滤波。

✅ 3. 分析整流器对称性问题
  • 如果采用桥式整流,应确保桥臂导通对称、无失衡,避免3次谐波激增。
  • 若整流+PFC组合存在滞后相位,也会加重3次、5次谐波成分。

✅ 4. 降低设备开机浪涌和突变负载
  • 软启动电路可缓和谐波激发。
  • 可设置阶梯式负载接入方式,让电源在轻负载下启动,避免PFC调节困难。

🧪 三、调试建议
  • 使用示波器+电流探头查看输入电流波形,确认是否严重畸变(如尖峰或缺口波形)。
  • 建议使用谐波分析仪(如LUTRON、Yokogawa等)实时监测 3次、5次分量。
  • 分别测试空载、轻载、满载状态,确认是哪个负载区段触发不合格。

✅ 四、额外提示
  • 设备分类影响限值:确认该设备属于IEC 61000-3-2中的 Class A、B、C 或 D,不同分类对应不同谐波限值要求。
  • 建议与PFC芯片厂商沟通应用参数优化方案(如增益设置、环路补偿、软启动时间等)。


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握手

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