何斌華，廖勇

1.常德市第二中醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 常德 415000;2.常德市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 常德 415000

電源在醫(yī)療器械維修中的重要性

何斌華1，廖勇2

1.常德市第二中醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 常德 415000;
2.常德市第一人民醫(yī)院 設(shè)備科，湖南 常德 415000

本文以GE Pro1000型多參數(shù)監(jiān)護儀開關(guān)電源為例，分析了單端反激式開關(guān)電源的基本工作原理，剖析了主要部件功能，通過幾例電源故障維修，闡述了了解電源工作原理在醫(yī)療器械維修中的重要性。

醫(yī)療器械；開關(guān)電源；PWM控制；故障分析

電源是一切電子儀器設(shè)備的心臟部分，是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。它能將220 V的交流電轉(zhuǎn)換為各種低電壓強電流的直流電，為電氣、電子設(shè)備及控制電路提供能源。是電氣、電子設(shè)備及控制電路工作的基礎(chǔ)，其質(zhì)量的好壞直接影響電氣、電子設(shè)備的可靠性。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高、精、尖醫(yī)療器械被廣泛地應(yīng)用于臨床。但不論新設(shè)備的功能多么先進復(fù)雜，而電源是不可缺少的。同時，盡管各種醫(yī)療器械的原理不盡相同，但其電源的原理卻大同小異。電源常常工作在惡劣的環(huán)境中，尤其是開關(guān)電源，它承受著整機大電流、高電壓的沖擊，故障相對較多。據(jù)不完全統(tǒng)計，電源故障在醫(yī)療器械故障中占有的比例高達50%以上。電源故障不像控制線路或電氣元件損壞所造成的局部故障，它會引起整個設(shè)備的故障；電源故障引起的故障現(xiàn)象復(fù)雜且危害很大。因此，在醫(yī)療器械維修中，電源的維修越來越受到人們的重視。

現(xiàn)代高科技醫(yī)療器械大量使用計算機技術(shù)和高效便攜式而小型化，其功率都比較大，與之配套的供電系統(tǒng)體積更小、重量更輕、效率更高，大多采用高效率的DC/DC開關(guān)電源。由于輸入電壓或輸出端負載可能出現(xiàn)波動，應(yīng)保障平均直流輸出電壓能夠控制在允許幅值偏差范圍內(nèi)。為此，常采用脈寬調(diào)制（PWM）法來控制輸出電壓，即在給定直流輸入電壓下，通過調(diào)節(jié)電路開關(guān)器件的導(dǎo)通時間來控制平均輸出電壓。方法之一是采用某一固定頻率進行開關(guān)切換，并通過調(diào)整導(dǎo)通區(qū)間長度來控制平均輸出電壓。

下面以GE Pro1000型多參數(shù)監(jiān)護儀電源板中單端反激式開關(guān)電源為例說明開關(guān)電源的工作原理。

1 開關(guān)電源工作原理

1.1 開關(guān)電源方框圖

單端即控制芯片TOP227Y，只有1個脈寬調(diào)信號功率輸出端（漏極D）[1]。TOP227Y是美國PI公司推出的TOP Swicth-Ⅱ系列芯片，它集脈沖信號控制電路和功率開關(guān)器件MOSEFT于一體。該開關(guān)電源具有高集成度、最簡外圍電路、最佳性能指標、輸入電壓和頻率范圍寬、功耗低、電源效率高、低電磁干擾（EMI）、無須調(diào)試、無工頻變壓器等特點。其原理方框圖，見圖1。

從原理方框圖可以看出，交流220 V市電電源經(jīng)全橋整流濾波后分兩路輸出，一路經(jīng)高頻變壓器部分變換后，經(jīng)兩個二次整流濾波器分別送到光耦合器隔離部分和輸出直流24 V電壓給負載；另一路送到TOP227Y控制開關(guān)。從直流24 V輸出端運送到TL431構(gòu)成電壓反饋電路，產(chǎn)生控制電壓加到光耦合器隔離部分。光耦合器在上述兩個控制信號作用下，產(chǎn)生控制信號送到TOP227Y控制開關(guān)，進行控制PWM寬度，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

1.2 工作原理分析

開關(guān)電源原理，見圖2。工作原理為[2]：市電220 V交流電壓經(jīng)過電源保險絲S11、S12（T3，15A/250V）、熱敏電阻SCK104后，送至由C21、C19、DR1組成的交流抗干擾電路，濾除交流供電網(wǎng)中的高頻雜波，再進入橋式整流堆BR1整流濾波，經(jīng)C18、C19濾波后，得到約300 V脈動直流電壓。該電壓經(jīng)高頻變壓器T初級繞組加到芯片TC1（TOP227Y）漏極D上。D4、D7、D1組成漏極鉗位保護電路。其作用是，消除IC1從飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)時，在繞組下端產(chǎn)生的瞬間反峰電壓，避免該電壓疊加在直流電壓上，將IC1內(nèi)部的開關(guān)管燒壞。

高頻變壓器具有能量存儲、隔離輸出和電壓變換的作用。高壓變壓器初級繞組的極性（同名端為黑色圓點）與次級繞組、反饋繞組極性相反。當TOP227Y導(dǎo)通時，電能以磁場能量形式存儲在初級繞組中。當TOP227Y截止時，能量傳輸給高頻變壓器次級及反饋繞組。次級繞組N5經(jīng)快速恢復(fù)二極管D3整流后由濾波電容C12、C4、C16濾波后向負載及光耦合器CNY65發(fā)光二極管正極（A）提供24 V直流電源。反饋繞組的電壓經(jīng)D2二次整流后加在光耦合器CNY65的C極。

三端可調(diào)分流基準電壓源TL431（IC2）和線性光耦合器CNY65構(gòu)成反饋回路。電路是利用輸出電壓與IC2（TL431）構(gòu)成誤差比較器，通過光耦合器CNY65線性關(guān)系的電流變化來控制IC1（TOP227Y），從而改變PWM寬度，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。當由于某種原因使輸出電壓+24 V升高時，經(jīng)取樣電阻R1、RP1、R2分壓后得到的取樣電壓增大，使精密取樣集成電路IC2（TL431）的R極電壓升高。與IC2中的帶隙基準電壓進行比較，自動調(diào)低IC2中K點電壓，光耦合器CNY65內(nèi)部發(fā)光管負極（C）電位降低，LED的工作電流增大，亮度增強，導(dǎo)致CNY65內(nèi)部光敏管c-e極間內(nèi)阻減小，控制端電流增大，加到IC1C腳的控制電壓升高。TOP227Y自動降低開關(guān)管的導(dǎo)通量，D腳輸出的脈寬變窄，TOP227Y輸出的脈寬變窄，使輸出電壓下降，從而保持輸出電壓穩(wěn)定。反之，當輸出電壓降低時，該控制過程與輸出電壓升高時正好相反。

2 電源故障及檢修實例

2.1 Eagle4000心電監(jiān)護儀暗屏故障[3]

2.1.1 故障現(xiàn)象

剛開機，電源供電+12 V、+5 V、-12 V均正常，測得液晶屏背光系統(tǒng)升壓板（ERGINCE2064A）開關(guān)信號端電壓約+18 V左右。工作約15 min后，整機不斷重啟，約20 min后暗屏。

2.1.2 故障排查

測得電源供電+12 V降為+1.9 V，+5 V降為0.2 V，-12V降為-2 V，而升壓板開關(guān)信號端電壓降為0 V。且發(fā)現(xiàn)升壓板，溫度很高，仔細檢查主板等電路和元件未發(fā)現(xiàn)明顯損壞現(xiàn)象，據(jù)此判斷是液晶屏背光系統(tǒng)升壓板的問題。此升壓板是一個塑封模塊，維修時，采用國產(chǎn)的SF-02S02雙燈升壓板替換，電路圖，見圖3。把原升壓板拆下，從Q122的集電板取+5 V電壓接至新升壓板的開關(guān)信號端5腳上，然后用絕緣強度較高的材料把接線包扎好，再把升壓板固定在原機直流電池盒里，開機工作正常。

2.2 CMS病人監(jiān)護系統(tǒng)（中央監(jiān)護儀）暗屏故障

2.2.1 故障現(xiàn)象

聯(lián)機工作時，液晶屏顯示閃爍不停，閃爍間隔只有零點幾秒，最后暗屏。

2.2.2 故障排查

檢修時把液晶屏顯示系統(tǒng)從主機上拆下來，接通電源，液晶屏不亮，電源指示燈不停地閃爍，而且不能關(guān)斷電源。拆開機殼后，通電測量工作電壓如下：+5 V和+3.3 V正常，而+12 V測量值偏高，約為+15 V。仔細觀察發(fā)現(xiàn)，有幾只470 uF/25 V電解電容器頂部有凸起。把+12 V頂部有凸起的電解電容Co17、Co21焊實，測量其電容量，都嚴重減小，分別為：200 uF和120 uF。換上同規(guī)格同型號電容通電試機，測量+12 V電源仍為+15 V左右。把+5 V電源頂部有凸起的電解電容Co12、Co13、Co14焊實，測量電容量，發(fā)現(xiàn)電容量都減小到：194～206 uF。換上同型號同規(guī)格新品，接通電源試機，液晶屏顯示“檢查電纜接口”。此時，測量+12 V、+5 V和+3.3 V電壓均正常。把液晶屏顯示系統(tǒng)和主機聯(lián)好開機，工作正常。通過故障排除處理，分析原因是+5 V電源濾波電容Co12、Co13、Co14電容量嚴重減小，濾波效果不好，引起CPU誤工作，致使液晶屏背光系統(tǒng)工作不正常。

2.3 AU4型B超儀無光柵故障[4]

2.3.1 故障現(xiàn)象

按正確步驟開機后，顯示器無光柵。

2.3.2 故障排查

關(guān)斷電源，打開機殼，發(fā)現(xiàn)電源板上電流采樣電阻R20、R12有明顯燒黑跡象，測量后證明已經(jīng)燒斷。R20和R12并聯(lián)后接入開關(guān)管Q3發(fā)射極電路中，R20燒斷，說明開關(guān)管集電極電流過大，經(jīng)測量開關(guān)管已擊穿。用萬能表（200 K檔）測量ICI（TEA2261）14、15、16腳對地電阻，阻值明顯變小，說明TEA2261已損壞。但新?lián)Q該元件后，機器仍不能正常工作。進一步檢查電源整流部分，測量交流整流輸出+297 V直流電壓，正常。繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)接在開關(guān)管Q3基極的穩(wěn)壓二極管D11（3V3）擊穿，更換新元件后，開機工作正常。

2.4 ViVid7BT02彩色B超控制系統(tǒng)電源故障[5-6]

2.4.1 故障現(xiàn)象

不能開機。用操作面板上的“Power Switch”按鈕開機時，聽到一聲很細小的報警聲，指示燈不變色（本應(yīng)變成綠色），顯示屏不亮。或開機中偶爾能啟動，但只能運行到提示輸入“Iicence”時就不再進行。

2.4.2 故障排查

更換機內(nèi)保存數(shù)據(jù)的電池，故障依舊。仔細觀察機內(nèi)電路的大體分布，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部不僅有超聲振蕩、信號采集與處理等前端電路及電源，還有一個小機箱，里面有接口板、圖像采集卡、主控制板、存儲板和超聲波前級信號處理電路，由單獨的電源箱供電。電源箱由兩塊電路板組成，一塊和后背電池相連，是對電池進行充電和當停電時，轉(zhuǎn)換為電池供電的轉(zhuǎn)換電路；另一塊是開關(guān)電源。由于機器不能正常開機，檢測開關(guān)電源電路發(fā)現(xiàn)，+5 V和+12 V電源不正常，只有+2 V左右。由于沒有同型號開關(guān)電源可換，查證該電源的功能參數(shù)后，采用普通電腦的開關(guān)電源進行改裝，具體做法：先切斷原機上開關(guān)電源+5V和+12 V電源的輸出線，再把普通電腦的開關(guān)電源+5 V和+12 V電源輸出接到相對應(yīng)的接頭上；并把B超機上開關(guān)電源地線（負極）和普通電腦開關(guān)電源的地線（負極）連接好，構(gòu)成回路，最后，在適當位置固定好普通電腦開關(guān)電源，效果非常理想，恢復(fù)了彩超系統(tǒng)的正常工作。

2.5 PX-100CLK型移動式中頻X光機電源故障

2.5.1 故障現(xiàn)象

開機工作中充電顯示:已充滿電，但機器不能進行曝光。

2.5.2 故障排查

拆開機器檢查發(fā)現(xiàn)，電源厚膜塊HIC2（MA4280）已炸裂，F(xiàn)2熔斷絲燒斷開路。換上新HIC2和熔斷器F2，開機，測量J5輸出端+24 V電壓，發(fā)現(xiàn)開機后，+24 V很快上升至+40 V，隨即一聲炸響，HIC2和F2再次損壞，這說明開關(guān)電壓已經(jīng)損壞。開關(guān)電源是利用光電耦合器D22對+24 V電壓進行隔離采樣，再控制HIC2的開關(guān)管導(dǎo)通程度進行穩(wěn)壓的。焊下光耦檢查，發(fā)現(xiàn)其輸出端已經(jīng)開路，失去了HIC2的控制，導(dǎo)致+24 V瞬間上升至+40 V，擊穿HIC2中的開關(guān)管燒斷保險絲F2。換上同型號同規(guī)格的光耦后，開機工作正常。

3 結(jié)論

綜上可知，電源在醫(yī)療器械維修具有十分重要的作用。因此，應(yīng)該了解電源工作原理，特別是開關(guān)電源的工作原理；平時，加強對電源部分的日常維護和保養(yǎng)。在實際的故障檢修時，遵循“看”、“聽”、“聞”、“摸”和“測量電源電壓”的維修程序，耐心仔細地逐級檢查，迅速地找到故障部位，保證設(shè)備的良好運行。

[1] 周理明,蔣益鋼,盧航.醫(yī)療器械維修的捷徑-電源的維修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2007,28(9):91-92.

[2] 陳宏軍,張華.GE Pro1000型多參數(shù)監(jiān)護儀開關(guān)電源的原理與檢修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011,32(6):129-131.

[3] 楊煉,廖勇.醫(yī)療儀器設(shè)備中的液晶屏故障檢修[J].中國醫(yī)療器械雜志,2007,31(2):141,143.

[4] 楊煉,廖勇,李靖蘭.百勝AU4型B超儀無光柵故障的檢修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006,27(11):86-87.

[5] 吳強輝,李軍科,張廣武.GE ViVid7BT02彩色B超控制系統(tǒng)電源的原理分析與維修[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006,27(11):83-84.

[6] 范開洲.醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修技術(shù)的探討[J].中國醫(yī)療設(shè)備, 2011,26(7):118-120.

Importance of Power Supply in Medical Device Maintenance

HE Bin-hua1, LIAO Yong2
1.Equipment Department, No.2 Chinese Medicine Hospital of Changde, Changde Hunan 415000, China;
2.Equipment Department, Changde First People’s Hospital, Changde Hunan 415000, China

TH776

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.042

1674-1633(2012)09-0135-03

2012-02-27

2012-08-30

作者郵箱：20208706@qq.com