趙東升，孔康輝

河南省人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備部，河南 鄭州 450003

引言

奧林巴斯UHI-3氣腹機(jī)用于外科腹腔鏡手術(shù)，通過向腹腔內(nèi)注入二氧化碳?xì)怏w，維持腹腔手術(shù)區(qū)域氣壓，形成必要的手術(shù)空間和醫(yī)生的手術(shù)視野，是一款性能優(yōu)良、可靠性高的手術(shù)輔助設(shè)備，然而一旦出現(xiàn)電路故障，將無(wú)法保障手術(shù)繼續(xù)進(jìn)行，必須通過備用機(jī)完成手術(shù)[1-3]。氣腹機(jī)出現(xiàn)電源故障時(shí)，常規(guī)的維修方法是模塊化維修，即更換故障的電路板，但其維修成本高，會(huì)增加醫(yī)院的負(fù)擔(dān)[4-10]。檢索相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，氣腹機(jī)相關(guān)研究主要集中在機(jī)械結(jié)構(gòu)和維護(hù)管理方面，芯片級(jí)電路板維修方面的研究很少[11-19]。本文以?shī)W林巴斯UHI-3腹腔鏡氣腹機(jī)兩例電路故障維修實(shí)踐為例，從故障現(xiàn)象、故障判斷、故障分析、維修延伸四個(gè)方面進(jìn)行分析，還原電路板的電路原理圖，分析故障的電路板，查找故障的元器件，以期以極低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)修復(fù)，節(jié)省維修費(fèi)用，降低運(yùn)行成本。

1 UHI-3氣腹機(jī)電路介紹

1.1 電路板布局及電源板電壓輸出

奧林巴斯UHI-3腹腔鏡氣腹機(jī)電路板布局如圖1所示。1號(hào)電路板輸出+15、-15和+5 V三路直流電壓，2號(hào)電路板輸出兩路+24 V直流電壓，3號(hào)電路板是主控板，進(jìn)行壓力信號(hào)采集和信號(hào)輸出。1號(hào)和2號(hào)電源板輸出端子直流電壓如圖2所示。

圖1 氣腹機(jī)電路布局圖

圖2 電源板端子輸出電壓圖

1.2 氣腹機(jī)的基本原理

氣腹機(jī)的基本原理是二氧化碳?xì)馄客ㄟ^減壓閥將壓力減到0.6 Mpa，進(jìn)入氣腹機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過兩次減壓閥減壓，達(dá)到0.08～0.14 MPa，通過2級(jí)電磁閥流量調(diào)節(jié)，輸送至患者腹腔。主控板通過腹壓傳感器和壓差式流量傳感器采集信號(hào)，通過處理器運(yùn)算，輸出電信號(hào)控制電磁閥啟閉，實(shí)現(xiàn)腹腔壓力的自動(dòng)控制。電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。

圖3 UHI-3氣腹機(jī)電路原理圖

2 電源板1故障

2.1 故障現(xiàn)象

氣腹機(jī)接通電源，打開電源開關(guān)后，顯示面板全部黑屏，發(fā)出報(bào)警音，重啟無(wú)效。

2.2 故障處理

2.2.1 故障判斷

拆機(jī)優(yōu)先檢查電源板1和電源板2，按圖2檢測(cè)點(diǎn)位。對(duì)電源板1輸出端進(jìn)行帶電檢測(cè)，+5和-15 V正常，橙黑端子輸出電壓應(yīng)為+15 V，實(shí)測(cè)6.5 V；對(duì)電源板2進(jìn)行帶電檢測(cè)，+24 V輸出正常，初步判斷電源板1故障。

2.2.2 故障分析

通過故障現(xiàn)象只有+15 V一路輸出電壓偏低，排除電源板變壓器前級(jí)故障，重點(diǎn)分析變壓器后級(jí)15 V電路。通過對(duì)電路板進(jìn)行圖紙還原，分析畫出的±15 V電路原理圖（圖4）發(fā)現(xiàn)，影響到+15 V輸出的元器件包括二極管D70、電容C70、二極管D72、電容C72、電阻和7815穩(wěn)壓集塊，用數(shù)字萬(wàn)用表二極管擋排除D70、D72故障，用數(shù)字萬(wàn)用表電阻擋排除電阻故障、用電容表檢測(cè)電容C70、C72電容值，檢測(cè)值都在正常范圍內(nèi)，最后鎖定7815芯片。用電烙鐵焊下7815芯片，輸入端接入直流15 V電源進(jìn)行測(cè)試，輸出端電壓6.5 V，確定7815芯片損壞，更換新的7815芯片，試機(jī)后運(yùn)行正常。

圖4 ±15 V電路原理圖

2.3 維修延伸

本例電源板1故障，根據(jù)圖4電路原理圖，檢測(cè)到損壞的元器件并進(jìn)行更換，完成了維修，若要掌握該電源板其他功能區(qū)域電路原理，需要對(duì)相應(yīng)區(qū)域電路原理圖進(jìn)行分析和還原。

2.3.1 輸出+5 V電路原理圖及可能故障分析

輸出+5 V電路原理圖如圖5所示，若+5 V輸出異常，應(yīng)優(yōu)先排除大功率元器件YG801C04，設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)使用，散熱不良可能導(dǎo)致大功率元器件損壞。還應(yīng)檢測(cè)電容C51、C52、C56、C57電容值是否在正常范圍內(nèi)，以及二極管ZD51、IC三極管、電阻、光耦是否正常。電容隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或高溫環(huán)境使用，會(huì)導(dǎo)致容量衰減或漏電，可以通過電容測(cè)量表進(jìn)行檢測(cè)。光耦內(nèi)部由發(fā)光二極管和光導(dǎo)通管組成，發(fā)光二極管發(fā)光實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)通管導(dǎo)通，可以通過數(shù)字萬(wàn)用表二極管擋判斷輸入端發(fā)光二極管是否損壞，本例中的光耦型號(hào)是2561，從電路板上去掉測(cè)量測(cè)得的正向壓降是0.997 V，反向壓降是無(wú)窮大，單獨(dú)測(cè)量輸出端的電阻值是無(wú)窮大，若用兩塊數(shù)字萬(wàn)用表，一塊在輸入端用用歐姆檔紅黑表筆正向接入，另一塊在輸出端測(cè)通斷，輸入端相當(dāng)于給發(fā)光二極管的電源，輸出端通則可以判定光耦正常。

圖5 +5 V電路原理圖

2.3.2 變壓器前級(jí)電路原理圖及可能出現(xiàn)的故障分析

根據(jù)電源板1變壓器前級(jí)電路原理圖（圖6），若電源板1輸出端3路電壓檢測(cè)值為0，則可能變壓器前級(jí)電路出現(xiàn)故障。先帶電檢測(cè)整流橋輸出端直流電壓（應(yīng)為300 V左右），若檢測(cè)值異常，可能是整流橋前端保險(xiǎn)管、濾波器、整流橋、電容C12等的故障。當(dāng)電容C12漏電或整流橋損壞時(shí)，可能導(dǎo)致爆保險(xiǎn)的故障發(fā)生。若檢測(cè)值正常，則優(yōu)先檢查場(chǎng)效應(yīng)管TR11，作為大功率元器件，由于工作在相對(duì)高溫環(huán)境，電源每次啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，都可能導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管的損壞。本例中場(chǎng)效應(yīng)管的型號(hào)是2SK2044，在電路板上用數(shù)字萬(wàn)用表二極管擋2腳接黑表筆、3腳接紅表筆，測(cè)得的壓降是0.505 V，1腳接黑表筆、3腳接紅表筆測(cè)得的壓降是0.707 V，若萬(wàn)用表二極管擋任意兩腳測(cè)得的壓降為0或遠(yuǎn)低于正常值，考慮場(chǎng)效應(yīng)管損壞或周邊相連元件損壞。日常維護(hù)中應(yīng)檢查場(chǎng)效應(yīng)管背部和散熱片之間的導(dǎo)熱硅脂是否老化，確保導(dǎo)熱性能良好，降低大功率元器件損壞的概率。除此之外，還應(yīng)排除各個(gè)IC三極管、電容C18是否損壞。

圖6 變壓器前級(jí)電路原理圖

3 主控板故障維修

3.1 故障現(xiàn)象

接通電源開機(jī)后，自檢基本正常，自檢結(jié)束立即發(fā)出報(bào)警音，所有面板指示燈除了GAS SUPPLY壓力檢測(cè)指示條，其他全部熄滅，GAS SUPPLY壓力檢測(cè)指示條指示燈亮2～3 s后熄滅，故障界面如圖7所示，持續(xù)發(fā)出報(bào)警音，重啟多次，可能某一次能正常開機(jī)。

圖7 氣腹機(jī)故障界面

3.2 故障判斷

開機(jī)檢測(cè)電源板1和電源板2，輸出的+5、±15和+24 V全部正常，故障可能在主控板（圖8）。根據(jù)自檢結(jié)束時(shí)GAS SUPPLY壓力檢測(cè)指示條指示燈亮2～3 s后熄滅這一故障特征，初步把關(guān)注點(diǎn)集中在壓力傳感器，通過檢測(cè)主控板壓力傳感器TP3、TP4、TP6三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)電壓值，發(fā)現(xiàn)TP3電壓1.01 V，TP4電壓3.01 V，TP6電壓1.03 V，氣腹機(jī)是在沒有連接氣源狀態(tài)下檢測(cè)的，三個(gè)壓力傳感器檢測(cè)點(diǎn)測(cè)到的電壓應(yīng)該相當(dāng)，TP4電壓3.01 V明顯和其他的兩個(gè)傳感器存在差異，故障初步鎖定在壓力傳感器。

圖8 主控板

3.3 故障分析

通過故障點(diǎn)位電路原理圖還原，檢測(cè)到TP4電壓異常，由于142PC02G壓力傳感器比較昂貴，從芯片入手進(jìn)行排除，R20電阻和C37電容檢測(cè)值正常，三個(gè)壓力傳感器輸入信號(hào)來自IC277UK電源管理芯片7腳，排除芯片IC277UK故障，142PC02G壓力傳感器輸出端連接DG408DY芯片S2腳，導(dǎo)致TP4檢測(cè)點(diǎn)電壓異常可能與芯片DG408DY有關(guān)，更換新的DG408DY芯片后，氣腹機(jī)運(yùn)行正常。壓力傳感器的電路圖如圖9所示。

圖9 壓力傳感器的電路圖

3.4 維修延伸

醫(yī)療設(shè)備的主控板相對(duì)比較復(fù)雜，故障排除難度大。通過本例故障經(jīng)驗(yàn)，積累電路板的數(shù)據(jù)至關(guān)重要，可以通過數(shù)據(jù)差異巡查到故障芯片[7-8]。表1列舉了UHI-3氣腹機(jī)主控板30個(gè)檢測(cè)點(diǎn)位在設(shè)備不連接二氧化碳?xì)庠?、自檢通過狀態(tài)下測(cè)得的直流電壓數(shù)據(jù)，為以后的維修積累了參考材料，以便快速鎖定控制板故障芯片區(qū)域。

表1 奧林巴斯氣腹機(jī)主控板各檢測(cè)點(diǎn)電壓值（V）

4 討論與總結(jié)

針對(duì)奧林巴斯UHI-3氣腹機(jī)使用中出現(xiàn)的電路故障，常規(guī)的做法是模塊化維修，即更換掉故障的整塊電路板，維修代價(jià)高、使用成本增加[17-19]。本文提供的兩個(gè)維修案例，通過電路板電路原理圖還原，再通過原理圖分析故障，查找到故障的芯片，以極低的成本成功實(shí)現(xiàn)了芯片級(jí)的維修，創(chuàng)新之處在于提供了醫(yī)療設(shè)備芯片級(jí)維修思路的一次成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為醫(yī)療設(shè)備工程師，對(duì)于沒有圖紙的電路板，通過電路板電路原理圖全部或局部還原，能夠?qū)﹄娐钒宓男酒季纸Y(jié)構(gòu)有更深的了解，在此基礎(chǔ)上能夠很方便地實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)的維修。

本文通過奧林巴斯UHI-3氣腹機(jī)電路板兩個(gè)芯片級(jí)維修案例的思路和故障排除方法，總結(jié)如下芯片級(jí)電路板維修經(jīng)驗(yàn)：電源板故障時(shí)應(yīng)了解電源板的各路正常輸出電壓，盡量把故障區(qū)域鎖定到電路板上比較小的區(qū)域，通過還原電路板電路原理圖，分析判斷故障的元器件；每一次的維修都是經(jīng)驗(yàn)的積累，不僅要積累維修案例，還應(yīng)掌握各種電路板相應(yīng)點(diǎn)位的檢測(cè)信號(hào)值。作為醫(yī)療設(shè)備維修工程師，注重積累維修案例經(jīng)驗(yàn)及電路板各個(gè)點(diǎn)位的檢測(cè)信號(hào)值，那么，維修設(shè)備的效率和深度都將有所提高。