申倩

東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科（江蘇南京 210002）

有創(chuàng)呼吸機(jī)作為無法自主呼吸危重患者急救或長時間生命支持的設(shè)備在我國已得到廣泛應(yīng)用。VELA呼吸機(jī)是有創(chuàng)呼吸機(jī)中比較主流的品牌之一，主要由主板、電源模塊、電池組、人機(jī)交互組件、內(nèi)置渦輪泵等組成，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，內(nèi)置渦輪泵無需外部壓縮空氣，增加了臨床使用的靈活性，既可使用高壓氧氣作為氧氣供氣源，也可在沒有高壓氧氣的情況下使用低壓氧氣為患者供氧，同時內(nèi)置電池為48 V、4000 mA·h 大容量鎳氫電池組，可在無外部電源的情況下穩(wěn)定工作8 h，其強(qiáng)大的續(xù)航能力為醫(yī)師救治危重患者提供了可靠的保障，此外，還具有A/C、SIMV、CPAP 等多種通氣模式可滿足臨床醫(yī)師對不同患者的救治需要。

1 VELA 呼吸機(jī)電源模塊基本電路分析

電源模塊分為主電源和電源分配板兩部分。呼吸機(jī)通電后主電源產(chǎn)生48 V 直流電，該電壓供給電源分配板輸入端，電源分配板輸出各路分電壓供呼吸機(jī)使用，同時電源分配板上的邏輯電路也負(fù)責(zé)各路分電壓的監(jiān)測和管理。

1.1 主電源

主電源以ML4841CP 電源管理芯片為核心設(shè)計，ML4841CP 電源管理芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于ML4841CP 電源管理芯片兼具功率因數(shù)校正和脈寬控制兩個功能，所以應(yīng)用此芯片設(shè)計開關(guān)電源無需單獨(dú)的功率因數(shù)校正芯片和脈寬控制芯片，使電路結(jié)構(gòu)大大簡化，電源可靠性隨之升高。該芯片PFC 部分及相關(guān)的外圍電路將整流后的311 V 直流電壓校正成400 V 左右直流電壓，再通過該芯片的PWM 部分及相關(guān)的外圍電路將400 V 直流電壓變換成48 V 直流穩(wěn)定電壓。

圖1 ML4841CP 電源管理芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.2 電源分配板

電源分配板由外部接口電路、開關(guān)邏輯電路（圖2）、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制電路（圖2）、渦輪供電電容充電電路（圖2）、DC-DC 電路、電池充電與狀態(tài)指示電路組成，其中外部接口包括開關(guān)插口、冷卻風(fēng)扇插口、電源分配板與主板通信排線和電源分配板向主板供電排線。電源開關(guān)閉合后分配板中開關(guān)邏輯電路將主電源48 V 電壓供給整個分配板使用，經(jīng)過穩(wěn)壓芯片變換成5 V 和8 V 兩路電壓；同時，LM2576HV 芯片將主電源48 V 電壓變換成12 V 電壓和24 V 電壓供整機(jī)使用。關(guān)于電池充電部分，主電源48 V 電壓經(jīng)過BOOST 變換芯片產(chǎn)生69 V 直流電壓，為48 V 鎳氫電池組充電提供電源。MC68HRC806JK3CDW 芯片控制電池組的充電，并產(chǎn)生電池組的充電狀態(tài)信號驅(qū)動前面板的電池狀態(tài)指示燈。

圖2 開關(guān)邏輯電路、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制電路及渦輪供電電容充電電路圖

2 故障實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

插上電源線后交流指示燈正常指示，打開電源開關(guān)后交流指示燈閃爍，同時顯示屏閃爍，主板上三路電壓指示燈亦閃爍，大約幾秒后呼吸機(jī)恢復(fù)正常啟動。

2.1.2 故障分析

此故障現(xiàn)象考慮是由于開機(jī)初期負(fù)載過大引起開關(guān)電源反復(fù)保護(hù)所致，開機(jī)的同時使用萬用表測量48 V主供電，發(fā)現(xiàn)電壓波動，幾秒后呼吸機(jī)恢復(fù)正常啟動，電壓亦穩(wěn)定。由于呼吸機(jī)正常啟動后能穩(wěn)定工作，所以充分印證了48 V 主供電沒有問題，發(fā)生此故障是開機(jī)初期負(fù)載過大所致。分析呼吸機(jī)開機(jī)初期和穩(wěn)定工作時負(fù)載基本一致，唯一區(qū)別是開機(jī)初期渦輪供電大電容需要充電，故考慮渦輪供電大電容充電電路出現(xiàn)問題導(dǎo)致開機(jī)初期充電電流過大。

2.1.3 故障解決方案

依照圖2電路測量關(guān)鍵點(diǎn)，外部供電24 V 和12 V電壓正常，主電源48 V 電壓供電亦正常，故考慮是此部分電路元器件有損壞；首先測量渦輪供電電容充電用主開關(guān)管Q210，發(fā)現(xiàn)D 極和S 極之間短路，更換該開關(guān)管后，呼吸機(jī)恢復(fù)正常。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

打開電源開關(guān)呼吸機(jī)無反應(yīng)，大約十幾秒后呼吸機(jī)正常啟動。

2.2.2 故障分析

插上電源線測量48 V 主供電，發(fā)現(xiàn)無電壓輸出，十幾秒后48 V 正常輸出，呼吸機(jī)隨后正常啟動，故考慮主電源損壞。

2.2.3 故障解決方案

將主電源從呼吸機(jī)上拆下單獨(dú)加電，使用雙通道示波器觀察主電源上功率因數(shù)校正電容正極（CH1）與ML4841CP 電源管理芯片引腳（CH2）電壓波形，如圖3～5所示。

圖3 修復(fù)前功率因數(shù)校正電容正極與ML4841CP 電源管理芯片13腳電壓波形

圖5 修復(fù)后功率因數(shù)校正電容正極與ML4841CP 電源管理芯片14腳電壓波形

從圖3主電源上電后CH1、CH2產(chǎn)生的電壓波形可以看出：當(dāng)ML4841CP 電源管理芯片13腳電壓達(dá)到15 V 左右（箭頭1所示）后，ML4841CP 電源管理芯片開始啟動并將市電整流后311 V 直流電壓校正成400 V 左右（箭頭2所示）直流電壓，但是功率因數(shù)校正電容正極電壓不穩(wěn)定，呈現(xiàn)遞減狀態(tài)（箭頭2到箭頭3區(qū)間），工作了幾秒后功率因數(shù)校正電容正極電壓恢復(fù)正常（箭頭3以后CH1波形）。此過程中ML4841CP 電源管理芯片13腳電壓正常，沒有明顯變化，說明ML4841CP 電源管理芯片供電正常，故再觀察ML4841CP 電源管理芯片其他引腳電壓波形是否正常。

從圖4電源上電后CH1、CH2產(chǎn)生的電壓波形可以看出：出現(xiàn)功率因數(shù)校正電容正極電壓不穩(wěn)定時，ML4841CP 電源管理芯片14腳輸出電壓亦不穩(wěn)定。分析原因可能是ML4841CP 電源管理芯片自身不穩(wěn)定或者14腳周圍電路發(fā)生故障，沿著14腳檢查外圍電路，發(fā)現(xiàn)該腳主要是為晶振時鐘電路和PWM 電壓反饋電路供電，用萬用表測量相關(guān)的元器件未發(fā)現(xiàn)問題，排除周圍電路故障；更換ML4841CP 電源管理芯片，上電后用示波器觀察功率因數(shù)校正電容正極與ML4841CP 電源管理芯片14腳電壓波形，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)正常，故障得以排除。

圖4 修復(fù)前功率因數(shù)校正電容正極與ML4841CP 電源管理芯片14腳電壓波形

3 小結(jié)

呼吸機(jī)電源結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電路電壓及電流故障無法通過肉眼排查，只有維修人員熟練掌握維修工具，譬如萬用表、示波器等，通過定量分析才能發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，找出故障原因，因此，維修人員需不斷加強(qiáng)自身的專業(yè)能力，以更好地為臨床醫(yī)療服務(wù)提供幫助。