【作 者】黃瑞生，陳樂鳴，王永國

1 佛山市禪城區(qū)南莊醫(yī)院 ，佛山市，528061

2 浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，杭州市，310027

0 引言

醫(yī)療儀器中的電源，首先要滿足在電網(wǎng)或負(fù)載變化時(shí)的恒壓或恒流的作用。另外，能提供儀器中各種元器件的供電要求，并且有盡可能小的電磁干擾和噪聲，同時(shí)具備各種過載與欠壓的保護(hù)措施。線性電源雖能滿足上述需求，但鑒于其體積笨重、效率低下，從20世紀(jì)50年代開始逐步被開關(guān)電源所替代?，F(xiàn)在的有源醫(yī)療設(shè)備中，無論是恒壓還是恒流，幾乎都采用了開關(guān)電源。以下用金寶血透機(jī)AK200電源為例，介紹我們分析故障現(xiàn)象和最終排除故障的解決方法。

1 電路分析與維修方法

1.1 電路分析

金寶血透機(jī)AK200 型的電源由瑞士制造，機(jī)型為K18004.002 Gambro。機(jī)器內(nèi)部有 ① 功率因數(shù)控制器；② 一組24 V主電源、一組24 V副電源和一組12 V電源；③ 各種過載保護(hù)電路及啟動(dòng)電路。

在維修時(shí)首先按機(jī)器的PCB（電源板子）畫出實(shí)際的電路圖，如圖1所示。這是一個(gè)以UC3844為主芯片PWM控制的開關(guān)電源，屬他激式正激勵(lì)。由于采用了正激勵(lì)方法，為了減少開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的高反相脈沖損壞開關(guān)管，電路采用了雙VMOS管（V10，V21）串聯(lián)的接法。用V34和V35一對互補(bǔ)的晶體管做功率VMOS管的驅(qū)動(dòng)。V24是 V21的驅(qū)動(dòng)晶體三極管，以實(shí)現(xiàn)V21與V10的同步開和關(guān)。T1是高頻變壓器，初級線圈隨VMOS導(dǎo)通電流增加時(shí)，次級感應(yīng)的電壓使V15a導(dǎo)通；V21與V10關(guān)斷時(shí)L4的反電動(dòng)勢讓V15b導(dǎo)通。這是一種經(jīng)典的正激勵(lì)電路。整流濾波后供+24 V主電源輸出， N2（TL431）用于主電源的采樣基準(zhǔn)(2.5 V)，采樣電阻是R64、R65和R41。設(shè)計(jì)的輸出電壓為：2.5 (R14+R65+R41)/R41=2.5(18+1+2.2)/2.2=24.09 (V)。

圖1 K18004.002 Gambro 部分電路圖Fig.1 Partial circuit diagram of K18004.002 Gambro

若某種原因輸出電壓升高時(shí)，R41對信號地電壓超過2.5 V，經(jīng)N2的基準(zhǔn)2.5 V比較后，N2的陰極和陽極之間電流增加，H3光耦發(fā)光管導(dǎo)通，N4芯片⒁腳VFRE 的5伏電壓通過光耦的光敏管加到N4的⑶腳Vfb端，此端電壓上升，芯片輸出占空比縮小，輸出電壓隨之下降，反之亦然。LR電感既當(dāng)濾波用，又利用電感的內(nèi)阻0.01 Ω充當(dāng)過流保護(hù)的采樣電阻，LR采樣端連接N3A（LM393比較器）的反相端(2)腳，N3A正相端(3)腳對信號地的電壓為：12×R21/(R21+R35)=12×0.120/(10+0.12)=0.142(V)，如果主電源輸出電流超過0.142/0.01=14.2 (A)，(由于電感LR的直流電阻測量有誤差，過流保護(hù)值在15 A左右)。N3A反相端(2)腳對信號地電壓會(huì)超過0.142 V，N3A(1)腳輸出低電位，H3光耦同樣導(dǎo)通，N4芯片輸出占空比同樣會(huì)縮小，使輸出限流。N3b是輸出過壓保護(hù)器，同相端(5)腳對信號地的電壓是穩(wěn)壓管5.1 V，主電源過壓輸出保護(hù)值為5.1×(R49+R46)/R46=5.1(4.7+1)/1=29.07 V。如果主電源電壓輸出超過29.07V時(shí)，會(huì)使N3b的反相端⑹腳電壓超過5.1 V，N3b比較器反轉(zhuǎn)，N3b⑺腳輸出電壓接近信號地水平，光耦H2導(dǎo)通，N4的⑴腳COMP端通過R30和光耦H2光敏管接地，使N4的(1)腳電位下降，N4芯片輸出占空比縮小，最終使開關(guān)變壓器次級電壓下降，起到了過壓保護(hù)的作用。N10A是功率散熱器過熱保護(hù)比較器。RT的常溫值是100 K，是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的電阻，固定在鋁散熱器上。RT接在比較器N10A的反相端(2)腳，將N6（7815）輸出的電壓與R42對地進(jìn)行分壓，N10A同相端對地的電壓是(15-0.7)R3/(R1+R3)=14.3×33/(33+33)=7.15 (V)，正常情況下另一個(gè)UC3844芯片的開關(guān)電源副邊電壓經(jīng)N6（7815）輸出15 V電壓，減去PN結(jié)0.7 V電壓，這14.3 V的電壓經(jīng)RT和R2分壓后加在N10A的反相端(2)腳上，N10A比較器的輸出端⑴腳通過V37-1，V37-2，與上拉電阻R66和N4的(14)腳的5 V相連。正常工作時(shí)RT的值大于47 K，N10A同相端對地電壓高于反相端對地電壓，N10A(1)腳內(nèi)部輸出集電極呈高阻狀態(tài)，即N10A(1)腳對地為高電位，BG10不導(dǎo)通，若散熱器的溫度升高到使RT的值小于R2(47 K)，此時(shí)N10A反相端(2)腳對地的電壓14.3V×R2/(R2+RT)將大于7.15 V，比較器反轉(zhuǎn)，N10A(1)腳輸出為低電位，BG10的基極電流經(jīng)R7，V37-1和N10A輸出⑴腳到地形成回路，BG10導(dǎo)通，N4的過流保護(hù)端(5)腳經(jīng)BG10的c-e與N4(14)腳的+5 V相連，N4輸出關(guān)斷，起到過熱保護(hù)作用。N9A(LM393)是一個(gè)啟動(dòng)比較器。N9A的同相端對信號地的電壓為12×R43/(R42+R43)=12×1/(10+1)=1.09(V)，N9A的反相端經(jīng)R44接信號地，在節(jié)點(diǎn)上又與R62、HALT按鈕串聯(lián)至REMO端。如果血透機(jī)主機(jī)不給REMO端控制電壓，那么N9A的反相端對信號地為0 V，N9A⑴腳內(nèi)部的輸出集電極為開路狀態(tài)，即N9A(1)腳對信號地呈高電位，副電源通過N13(7812)輸出的+12 V電壓經(jīng)R45，使光耦H5的發(fā)光管與信號地之間產(chǎn)生電流，光耦H5光敏管導(dǎo)通，V37-1與V37-2節(jié)點(diǎn)處通過H5的光敏管接地，BG10導(dǎo)通，N4輸出關(guān)斷，主電源+24 V沒有輸出。如果主機(jī)在REMO端和信號地之間加上+5 V電壓，N9A反相端對信號地的電壓大于1.09 V，N9A的輸出端⑴腳為信號地水平，光耦H5(CNW82)關(guān)斷，BG10截至，N4正常啟動(dòng)并工作。

1.2 故障實(shí)例分析

實(shí)例1 故障現(xiàn)象：機(jī)器保險(xiǎn)絲燒毀。經(jīng)查，V10的D-S短路，V21的D-S阻值只有幾十歐，R24開路，V34的C-E阻值只有幾十歐。

分析：功率MOS管D-S擊穿時(shí)，其柵極和漏、源極之間也會(huì)擊穿，因此R24會(huì)燒毀，V34驅(qū)動(dòng)晶體管也會(huì)燒毀。

維修：更換各損壞的元器件。BUZ330的VDS為500 V，ID為9.5 A，RDS為0.6Ω（ON）。市場上能買到的功率場效應(yīng)管是IRFP450，該功率MOS管的VDS為500 V，ID為14 A，RDS為0.4 Ω（ON），完全能替代BUZ330。再更換貼片封裝的R24，用1N4746替代V-3和V-4，用貼片封裝的晶體三極管8050和8550替代V35和V34，更換14腳貼片封裝的UC3844芯片N4，對損壞部分元件基本更新。換上3 A的保險(xiǎn)絲通電試驗(yàn)，+388 V對地電壓正常，說明功率因數(shù)控制器工作正常。X接口處的副電源+24 V正常，對信號地+12 V電源正常，說明副電源工作正常。主電源24 V輸出為零，說明啟動(dòng)比較器工作正常。在REMO端和信號地之間接上5 V電源，主電源對信號地+24 V電源輸出正常。機(jī)器修理完畢。

實(shí)例2 故障現(xiàn)象：機(jī)器能正常開機(jī)，但經(jīng)機(jī)器面板的觸摸屏卻無法關(guān)機(jī)，只能通過插拔后面的220 V交流電源線才能關(guān)機(jī)。

經(jīng)查：開機(jī)時(shí)，+388 V對地電壓正常，X接口處的副電源+24 V正常，對信號地+12 V輸出正常，但+24 V主電源輸出處亦有+24 V輸出。

分析與維修：功率因數(shù)控制器正常，兩組UC3844芯片控制的開關(guān)電源也基本正常，故障應(yīng)該在啟動(dòng)電路上。將H5光敏管C-E極短路，主電源+24 V對信號地輸出為零，說明BG10完好，故障可能在N9上，但更換N9（LM393）后故障照舊。離線測量光耦H5（CNW82）完好。此時(shí)，通電時(shí)在線測量N9比較器⑻腳對信號地居然沒有電壓。+12 V電壓正常，怎么會(huì)沒有N9比較器(8)腳的電壓呢？離線測量N9比較器(8)腳和+12 V之間不通，最終發(fā)現(xiàn)在主電源+24 V輸出的22芯接插件座子下面的給N9比較器供電的+12 V連線被進(jìn)入機(jī)器的透析液腐蝕斷開了。重新焊接斷開的連線，故障排除，機(jī)器修復(fù)。

實(shí)例3 故障現(xiàn)象：機(jī)器無法啟動(dòng)。

經(jīng)查：開機(jī)時(shí)，+388 V對地電壓正常，X接口處的副電源+24 V正常，對信號地+12 V輸出正常，在電源PCB板子的輸出接插件座子(18)腳REMO端和(17)腳信號地之間加入+5 V電源卻能輸出主電源+24 V。而在裝上電源的機(jī)箱盒以后，再從引出線的接插件(18)腳和(17)腳之間通以+5 V電源卻沒有主電源+24 V輸出。

分析與維修：以上故障只能發(fā)生在22芯的接插件和引線上。檢查接插件端口接觸良好，各引線沒有被腐蝕和斷開的現(xiàn)象，但PCB板的REMO端口和引線接插件之間串聯(lián)了一個(gè)HALT這個(gè)緊急關(guān)斷開關(guān)，平時(shí)應(yīng)該是常閉的，經(jīng)查已經(jīng)因氧化開路了。對這個(gè)HALT開關(guān)進(jìn)行清洗處理后，故障排除，機(jī)器修復(fù)。

實(shí)例4：故障現(xiàn)象：機(jī)器工作2-3小時(shí)后，主電源會(huì)莫名關(guān)斷。

經(jīng)查：副電源+24 V正常，對信號地+12 V正常，主電源能被+5 V信號啟動(dòng)。

分析與維修：懷疑熱穩(wěn)定性不好，或者高頻變壓器內(nèi)部有匝間短路。在REMO端和信號地之間加入+5 V的電源啟動(dòng)+24 V的主電源。試驗(yàn)4個(gè)小時(shí)，機(jī)器一切正常，各散熱器溫升不高，兩高頻變壓器溫升不高。考慮機(jī)器負(fù)載過重，同時(shí)也需考慮風(fēng)扇的散熱效果，因?yàn)闄C(jī)箱拆開時(shí)風(fēng)扇的接插件隨之卸掉，無法直接試驗(yàn)風(fēng)扇的好壞。用外接24 V電壓離線檢查風(fēng)扇，風(fēng)扇正常。用導(dǎo)線焊接在風(fēng)扇接插件的底座并和風(fēng)扇相連，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。通電在線檢查風(fēng)扇接口處無+24 V電壓。離線檢查V83晶體管完好。通電在線檢查V83基極對信號地電壓0.7 V，集電極0 V，那必定是風(fēng)扇插座和+24 V連線開路。又是一處PCB板敷銅線被透析液腐蝕開路的例子。原因可能是由于風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，帶負(fù)載情況下各功率MOS管溫度上升，導(dǎo)致散熱器溫度升高使RT值小于47 K，N10A比較器反轉(zhuǎn)輸出關(guān)斷，為過熱保護(hù)所致。重新焊接開路的敷銅線，故障排除。

2 討論

從以上4例的故障排除來看，只要有電路圖，機(jī)器的故障分析比較清晰，有章可循，機(jī)器的維修變得快而省事，而且能實(shí)現(xiàn)高的維修成功率。但遺憾的是，一般供應(yīng)商不提供電源的電路圖，這給維修工程師帶來了不少問題。如果沒有機(jī)器的圖紙，要修好上述4例電源或許是比較困難的。本文我們僅以金寶血透機(jī)AK200電源為例子作了分析。另外，我們還對貝克曼公司cytomics TM FC 500全自動(dòng)流式細(xì)胞分析儀的激光電源、美國BD公司FACSCanto II流式細(xì)胞分析儀的激光電源、日本希斯-美康公司UF-1000i尿沉渣分析儀的激光電源和德爾格EVITA-IV呼吸機(jī)的電源等，也采用了類似從電源的PCB板子畫出電路圖的方法來進(jìn)行維修，同樣減少了維修的盲從度，提高了維修的速度，減少了電源的報(bào)廢率，為醫(yī)院節(jié)省了資金。

[1]周志敏,周繼海.開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京: 人民郵電出版社,2003

[2]Keith Billings著,張占松,汪仁煌,謝麗萍.譯.開關(guān)電源手冊[M].北京: 人民郵電出版社,2006

[3]王鴻鈺.實(shí)用電源技術(shù)手冊[M].上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版,2002

[4]劉建清.開關(guān)電源維修從入門到精通[M].北京: 人民郵電出版社,2010