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        科曼C50監(jiān)護(hù)儀電源板工作原理及故障維修

        2019-01-18 11:45:16林慕丹
        醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2019年1期
        關(guān)鍵詞:電源板場效應(yīng)管交流電

        林慕丹

        (汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院設(shè)備科,廣東汕頭 515041)

        0 引言

        科曼C50監(jiān)護(hù)儀操作便捷,可實(shí)時監(jiān)測患者的心電、呼吸、血氧飽和度、有創(chuàng)/無創(chuàng)血壓、體溫、CO2等生理參數(shù),并可存儲相應(yīng)的回顧數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用于臨床診療工作中。醫(yī)療器械的大多數(shù)半導(dǎo)體元器件受溫度、濕度、純凈度和環(huán)境因素影響[1]。隨著時間推移,我院多臺科曼C50監(jiān)護(hù)儀陸續(xù)因電源板故障導(dǎo)致無法正常運(yùn)行?,F(xiàn)對科曼C50監(jiān)護(hù)儀電源板的工作原理進(jìn)行分析,并介紹幾例電源板故障案例,供同行參考。

        1 電源板工作原理

        科曼C50監(jiān)護(hù)儀的電源板由AC電源板和DC電源板組成。AC電源板將220 V交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為19 V直流電壓。DC電源板有2個功能(如圖1所示):(1)8.4 V 蓄電池充放電功能;(2)啟動功能,將交流電轉(zhuǎn)換后的19 V或者蓄電池提供的8.4 V直流電壓進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為12和5 V直流電壓,供給整機(jī)工作。在實(shí)際應(yīng)用中,科曼C50監(jiān)護(hù)儀的電源板故障主要出現(xiàn)在DC電源板上,因此本文重點(diǎn)介紹DC電源板的工作原理。

        圖1 科曼C50監(jiān)護(hù)儀DC電源板(2013年生產(chǎn))

        1.1 DC電源板啟動電路

        DC電源板啟動電路的核心元件為電源管理芯片LM22670(穩(wěn)壓器)。LM22670是一個降壓開關(guān)穩(wěn)壓器,4.5~42 V的輸入電壓可驅(qū)動3 A的負(fù)載,具有出色的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)性能[2]。在圖1的電路中,當(dāng)芯片的使能端EN上電時,芯片將19/8.4 V直流輸入電壓分別轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的12和5 V直流電壓輸出。5/12 V降壓穩(wěn)壓電路原理圖如圖2所示。DC電源板的啟動電路原理如下:

        圖2 5/12 V降壓穩(wěn)壓電路原理圖

        電源管理芯片U3/U5的使能端分別由場效應(yīng)管Q5/Q6控制。場效應(yīng)管的柵極信號來源于按鍵電路板的開關(guān)信號;漏極與5 V微功率穩(wěn)壓器U1(型號LP2950A CZ5.0)的輸出端相連接,該穩(wěn)壓器的輸入端為19/8.4V直流電壓;源極則與芯片使能端相連接。

        當(dāng)開/關(guān)機(jī)鍵按下時,監(jiān)護(hù)儀按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平;該信號經(jīng)過DC電源板的數(shù)據(jù)接口J21(2腳)直接施加于場效應(yīng)管Q5/Q6的柵極,使得Q5/Q6導(dǎo)通;電源管理芯片U3/U5的使能端上電,芯片啟動,分別從SW端輸出穩(wěn)定的5和12 V直流電壓,驅(qū)動整機(jī)工作。反之,再次按下開/關(guān)機(jī)鍵時,監(jiān)護(hù)儀按鍵電路板輸出0 V低電平,場效應(yīng)管Q5/Q6截止,芯片U3/U5的使能端掉電,芯片停止工作。

        1.2 DC電源板蓄電池充放電電路

        蓄電池的連接狀態(tài)由“BAT TEST”金屬彈片來檢測。實(shí)現(xiàn)蓄電池充電功能的核心元件為4 A鋰電池充電器LTC4006。LTC4006采用極少的外部組件,可提供8.4 V的充電電壓,并具有±0.8%的電壓準(zhǔn)確度,采用單個檢測電阻器可將充電電流的準(zhǔn)確度設(shè)置為±4%(典型值)[3]。當(dāng)電池電壓降至每節(jié)3.9 V以下時,充電操作將自動開始[3]。蓄電池通過肖特基二極管D2為上述啟動電路提供輸入電壓,使得電源管理芯片在斷開交流電的情況下依然正常工作。

        2 電源板故障案例分析

        2.1 故障案例一

        2.1.1 故障現(xiàn)象

        接通交流電時,電源指示燈亮起,但按下開/關(guān)機(jī)鍵開機(jī)時,監(jiān)護(hù)儀無法啟動。

        2.1.2 故障分析

        (1)檢查開/關(guān)機(jī)按鍵無異常,當(dāng)開機(jī)鍵按下時,按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平,可判斷按鍵電路板的開機(jī)電路正常。

        (2)接通交流電,檢查AC電源板,19 V直流電壓輸出正常,再檢查DC電源板,沒有5/12 V直流電壓輸出,初步判定為DC電源板故障。

        (3)檢查DC電源板,外觀無異常。接通交流電檢測,電源管理芯片U3/U5的輸入端VIN(2腳)電壓為19 V,正常;按下按鍵開機(jī)時,使能端EN(7腳)沒有電壓。因此,判斷為電源管理芯片的使能端未上電而引起故障。

        (4)檢測場效應(yīng)管Q5/Q6的漏極和柵極電壓,發(fā)現(xiàn)漏極無電壓,進(jìn)一步檢查微功率穩(wěn)壓器U1,其輸出電壓(5 V)正常,可判斷該故障是由穩(wěn)壓器U1的輸出端與場效應(yīng)管的漏極連接開路引起的。

        2.1.3 故障處理

        重新引線連接R14/R32與微功率穩(wěn)壓器U1的輸出引腳,故障排除。

        2.2 故障案例二

        2.2.1 故障現(xiàn)象

        與案例一現(xiàn)象相同,接通交流電時,電源指示燈亮起,但按下開/關(guān)機(jī)鍵開機(jī)時,監(jiān)護(hù)儀無法啟動。

        2.2.2 故障分析

        (1)與案例一的分析過程相似,檢測發(fā)現(xiàn)按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平,但DC電源板沒有5/12 V直流電壓輸出。

        (2)按下開機(jī)鍵后,檢測電源管理芯片U3/U5輸入端電壓為19 V,但使能端沒有上電。

        (3)檢測場效應(yīng)管各引腳電壓,發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管Q5/Q6的柵極電壓為零。由于該電壓來源于按鍵電路板,因此判斷該故障是由場效應(yīng)管的柵極與按鍵電路板的連接異常引起的。進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn),柵極電阻R35/R18與數(shù)據(jù)連接口J21的連接開路。

        2.2.3 故障處理

        重新引線連接R35/R18與數(shù)據(jù)連接口J21第2腳后,故障排除。

        2.3 故障案例三

        2.3.1 故障現(xiàn)象

        接通交流電開機(jī)時,監(jiān)護(hù)儀屏幕顯示蓄電池符號;斷開交流電后開機(jī),監(jiān)護(hù)儀無法啟動。

        2.3.2 故障分析

        (1)拆下蓄電池,測量其電壓值為8.4 V,說明蓄電池滿電。初步懷疑為蓄電池安裝不到位或者蓄電池充放電電路故障。

        (2)重新安裝蓄電池,多次嘗試后故障依然存在。

        (3)拆機(jī)檢查DC電源板的蓄電池充放電電路,發(fā)現(xiàn)電源板上蓄電池正負(fù)極的金屬彈片變形,造成無法接觸到蓄電池。

        2.3.3 故障處理

        重新調(diào)整金屬彈片的位置,使之與蓄電池良好接觸后,故障排除。

        2.4 故障案例四

        2.4.1 故障現(xiàn)象

        接通交流電開機(jī)時,監(jiān)護(hù)儀屏幕顯示無蓄電池;斷開交流電后開機(jī),監(jiān)護(hù)儀能正常啟動。

        2.4.2 故障分析

        (1)斷開交流電時,監(jiān)護(hù)儀能正常啟動,說明蓄電池放電電路正常,初步懷疑蓄電池檢測電路異常。

        (2)檢查DC電源板,其上蓄電池的“BAT TEST”金屬彈片正常,與蓄電池接觸良好,進(jìn)一步檢測蓄電池檢測電路,發(fā)現(xiàn)R7貼片電阻開路。

        2.4.3 故障處理

        更換與R7相同阻值的電阻后,斷開交流電,監(jiān)護(hù)儀能正常啟動,且電池符號顯示正常,故障排除。

        3 小結(jié)

        床邊多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀作為臨床生命急救支持類設(shè)備,對于輔助臨床診療、保障患者健康具有重要作用。因此,降低醫(yī)療設(shè)備的故障率、提高故障維修效率、保障臨床使用是臨床工程師的重要職責(zé)。一方面,正確使用和定期保養(yǎng)對延長監(jiān)護(hù)儀的使用壽命、提高各項生理電參數(shù)的測試準(zhǔn)確性起到?jīng)Q定性的作用[4];另一方面,提高臨床工程師的技能水平對于提高維修效率非常重要。隨著電路設(shè)計的集成化與模塊化,電路故障維修的難度也隨之增大,在沒有技術(shù)資料支持的情況下,臨床工程師通常采用化整為零、從易到難的檢修方法,而分析設(shè)備的整體框架、劃分模塊功能、結(jié)合硬件實(shí)物推斷電路原理能有效地提高維修效率。

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