电源在医疗器械维修中的重要性

何斌华，廖勇

1.常德市第二中医院 设备科，湖南 常德 415000;2.常德市第一人民医院 设备科，湖南 常德 415000

电源在医疗器械维修中的重要性

何斌华1，廖勇2

1.常德市第二中医院 设备科，湖南 常德 415000;
2.常德市第一人民医院 设备科，湖南 常德 415000

本文以GE Pro1000型多参数监护仪开关电源为例，分析了单端反激式开关电源的基本工作原理，剖析了主要部件功能，通过几例电源故障维修，阐述了了解电源工作原理在医疗器械维修中的重要性。

医疗器械；开关电源；PWM控制；故障分析

电源是一切电子仪器设备的心脏部分，是一种能量转换设备。它能将220 V的交流电转换为各种低电压强电流的直流电，为电气、电子设备及控制电路提供能源。是电气、电子设备及控制电路工作的基础，其质量的好坏直接影响电气、电子设备的可靠性。

随着科学技术的发展，越来越多的高、精、尖医疗器械被广泛地应用于临床。但不论新设备的功能多么先进复杂，而电源是不可缺少的。同时，尽管各种医疗器械的原理不尽相同，但其电源的原理却大同小异。电源常常工作在恶劣的环境中，尤其是开关电源，它承受着整机大电流、高电压的冲击，故障相对较多。据不完全统计，电源故障在医疗器械故障中占有的比例高达50%以上。电源故障不像控制线路或电气元件损坏所造成的局部故障，它会引起整个设备的故障；电源故障引起的故障现象复杂且危害很大。因此，在医疗器械维修中，电源的维修越来越受到人们的重视。

现代高科技医疗器械大量使用计算机技术和高效便携式而小型化，其功率都比较大，与之配套的供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，大多采用高效率的DC/DC开关电源。由于输入电压或输出端负载可能出现波动，应保障平均直流输出电压能够控制在允许幅值偏差范围内。为此，常采用脉宽调制（PWM）法来控制输出电压，即在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压。方法之一是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间长度来控制平均输出电压。

下面以GE Pro1000型多参数监护仪电源板中单端反激式开关电源为例说明开关电源的工作原理。

1 开关电源工作原理

1.1 开关电源方框图

单端即控制芯片TOP227Y，只有1个脉宽调信号功率输出端（漏极D）[1]。TOP227Y是美国PI公司推出的TOP Swicth-Ⅱ系列芯片，它集脉冲信号控制电路和功率开关器件MOSEFT于一体。该开关电源具有高集成度、最简外围电路、最佳性能指标、输入电压和频率范围宽、功耗低、电源效率高、低电磁干扰（EMI）、无须调试、无工频变压器等特点。其原理方框图，见图1。

从原理方框图可以看出，交流220 V市电电源经全桥整流滤波后分两路输出，一路经高频变压器部分变换后，经两个二次整流滤波器分别送到光耦合器隔离部分和输出直流24 V电压给负载；另一路送到TOP227Y控制开关。从直流24 V输出端运送到TL431构成电压反馈电路，产生控制电压加到光耦合器隔离部分。光耦合器在上述两个控制信号作用下，产生控制信号送到TOP227Y控制开关，进行控制PWM宽度，达到稳定输出电压的目的。

1.2 工作原理分析

开关电源原理，见图2。工作原理为[2]：市电220 V交流电压经过电源保险丝S11、S12（T3，15A/250V）、热敏电阻SCK104后，送至由C21、C19、DR1组成的交流抗干扰电路，滤除交流供电网中的高频杂波，再进入桥式整流堆BR1整流滤波，经C18、C19滤波后，得到约300 V脉动直流电压。该电压经高频变压器T初级绕组加到芯片TC1（TOP227Y）漏极D上。D4、D7、D1组成漏极钳位保护电路。其作用是，消除IC1从饱和状态转为截止状态时，在绕组下端产生的瞬间反峰电压，避免该电压叠加在直流电压上，将IC1内部的开关管烧坏。

高频变压器具有能量存储、隔离输出和电压变换的作用。高压变压器初级绕组的极性（同名端为黑色圆点）与次级绕组、反馈绕组极性相反。当TOP227Y导通时，电能以磁场能量形式存储在初级绕组中。当TOP227Y截止时，能量传输给高频变压器次级及反馈绕组。次级绕组N5经快速恢复二极管D3整流后由滤波电容C12、C4、C16滤波后向负载及光耦合器CNY65发光二极管正极（A）提供24 V直流电源。反馈绕组的电压经D2二次整流后加在光耦合器CNY65的C极。

三端可调分流基准电压源TL431（IC2）和线性光耦合器CNY65构成反馈回路。电路是利用输出电压与IC2（TL431）构成误差比较器，通过光耦合器CNY65线性关系的电流变化来控制IC1（TOP227Y），从而改变PWM宽度，达到稳定输出电压的目的。当由于某种原因使输出电压+24 V升高时，经取样电阻R1、RP1、R2分压后得到的取样电压增大，使精密取样集成电路IC2（TL431）的R极电压升高。与IC2中的带隙基准电压进行比较，自动调低IC2中K点电压，光耦合器CNY65内部发光管负极（C）电位降低，LED的工作电流增大，亮度增强，导致CNY65内部光敏管c-e极间内阻减小，控制端电流增大，加到IC1C脚的控制电压升高。TOP227Y自动降低开关管的导通量，D脚输出的脉宽变窄，TOP227Y输出的脉宽变窄，使输出电压下降，从而保持输出电压稳定。反之，当输出电压降低时，该控制过程与输出电压升高时正好相反。

2 电源故障及检修实例

2.1 Eagle4000心电监护仪暗屏故障[3]

2.1.1 故障现象

刚开机，电源供电+12 V、+5 V、-12 V均正常，测得液晶屏背光系统升压板（ERGINCE2064A）开关信号端电压约+18 V左右。工作约15 min后，整机不断重启，约20 min后暗屏。

2.1.2 故障排查

测得电源供电+12 V降为+1.9 V，+5 V降为0.2 V，-12V降为-2 V，而升压板开关信号端电压降为0 V。且发现升压板，温度很高，仔细检查主板等电路和元件未发现明显损坏现象，据此判断是液晶屏背光系统升压板的问题。此升压板是一个塑封模块，维修时，采用国产的SF-02S02双灯升压板替换，电路图，见图3。把原升压板拆下，从Q122的集电板取+5 V电压接至新升压板的开关信号端5脚上，然后用绝缘强度较高的材料把接线包扎好，再把升压板固定在原机直流电池盒里，开机工作正常。

2.2 CMS病人监护系统（中央监护仪）暗屏故障

2.2.1 故障现象

联机工作时，液晶屏显示闪烁不停，闪烁间隔只有零点几秒，最后暗屏。

2.2.2 故障排查

检修时把液晶屏显示系统从主机上拆下来，接通电源，液晶屏不亮，电源指示灯不停地闪烁，而且不能关断电源。拆开机壳后，通电测量工作电压如下：+5 V和+3.3 V正常，而+12 V测量值偏高，约为+15 V。仔细观察发现，有几只470 uF/25 V电解电容器顶部有凸起。把+12 V顶部有凸起的电解电容Co17、Co21焊实，测量其电容量，都严重减小，分别为：200 uF和120 uF。换上同规格同型号电容通电试机，测量+12 V电源仍为+15 V左右。把+5 V电源顶部有凸起的电解电容Co12、Co13、Co14焊实，测量电容量，发现电容量都减小到：194～206 uF。换上同型号同规格新品，接通电源试机，液晶屏显示“检查电缆接口”。此时，测量+12 V、+5 V和+3.3 V电压均正常。把液晶屏显示系统和主机联好开机，工作正常。通过故障排除处理，分析原因是+5 V电源滤波电容Co12、Co13、Co14电容量严重减小，滤波效果不好，引起CPU误工作，致使液晶屏背光系统工作不正常。

2.3 AU4型B超仪无光栅故障[4]

2.3.1 故障现象

按正确步骤开机后，显示器无光栅。

2.3.2 故障排查

关断电源，打开机壳，发现电源板上电流采样电阻R20、R12有明显烧黑迹象，测量后证明已经烧断。R20和R12并联后接入开关管Q3发射极电路中，R20烧断，说明开关管集电极电流过大，经测量开关管已击穿。用万能表（200 K档）测量ICI（TEA2261）14、15、16脚对地电阻，阻值明显变小，说明TEA2261已损坏。但新换该元件后，机器仍不能正常工作。进一步检查电源整流部分，测量交流整流输出+297 V直流电压，正常。继续检查发现接在开关管Q3基极的稳压二极管D11（3V3）击穿，更换新元件后，开机工作正常。

2.4 ViVid7BT02彩色B超控制系统电源故障[5-6]

2.4.1 故障现象

不能开机。用操作面板上的“Power Switch”按钮开机时，听到一声很细小的报警声，指示灯不变色（本应变成绿色），显示屏不亮。或开机中偶尔能启动，但只能运行到提示输入“Iicence”时就不再进行。

2.4.2 故障排查

更换机内保存数据的电池，故障依旧。仔细观察机内电路的大体分布，发现内部不仅有超声振荡、信号采集与处理等前端电路及电源，还有一个小机箱，里面有接口板、图像采集卡、主控制板、存储板和超声波前级信号处理电路，由单独的电源箱供电。电源箱由两块电路板组成，一块和后背电池相连，是对电池进行充电和当停电时，转换为电池供电的转换电路；另一块是开关电源。由于机器不能正常开机，检测开关电源电路发现，+5 V和+12 V电源不正常，只有+2 V左右。由于没有同型号开关电源可换，查证该电源的功能参数后，采用普通电脑的开关电源进行改装，具体做法：先切断原机上开关电源+5V和+12 V电源的输出线，再把普通电脑的开关电源+5 V和+12 V电源输出接到相对应的接头上；并把B超机上开关电源地线（负极）和普通电脑开关电源的地线（负极）连接好，构成回路，最后，在适当位置固定好普通电脑开关电源，效果非常理想，恢复了彩超系统的正常工作。

2.5 PX-100CLK型移动式中频X光机电源故障

2.5.1 故障现象

开机工作中充电显示:已充满电，但机器不能进行曝光。

2.5.2 故障排查

拆开机器检查发现，电源厚膜块HIC2（MA4280）已炸裂，F2熔断丝烧断开路。换上新HIC2和熔断器F2，开机，测量J5输出端+24 V电压，发现开机后，+24 V很快上升至+40 V，随即一声炸响，HIC2和F2再次损坏，这说明开关电压已经损坏。开关电源是利用光电耦合器D22对+24 V电压进行隔离采样，再控制HIC2的开关管导通程度进行稳压的。焊下光耦检查，发现其输出端已经开路，失去了HIC2的控制，导致+24 V瞬间上升至+40 V，击穿HIC2中的开关管烧断保险丝F2。换上同型号同规格的光耦后，开机工作正常。

3 结论

综上可知，电源在医疗器械维修具有十分重要的作用。因此，应该了解电源工作原理，特别是开关电源的工作原理；平时，加强对电源部分的日常维护和保养。在实际的故障检修时，遵循“看”、“听”、“闻”、“摸”和“测量电源电压”的维修程序，耐心仔细地逐级检查，迅速地找到故障部位，保证设备的良好运行。

[1] 周理明,蒋益钢,卢航.医疗器械维修的捷径-电源的维修[J].医疗卫生装备,2007,28(9):91-92.

[2] 陈宏军,张华.GE Pro1000型多参数监护仪开关电源的原理与检修[J].医疗卫生装备,2011,32(6):129-131.

[3] 杨炼,廖勇.医疗仪器设备中的液晶屏故障检修[J].中国医疗器械杂志,2007,31(2):141,143.

[4] 杨炼,廖勇,李靖兰.百胜AU4型B超仪无光栅故障的检修[J].医疗卫生装备,2006,27(11):86-87.

[5] 吴强辉,李军科,张广武.GE ViVid7BT02彩色B超控制系统电源的原理分析与维修[J].医疗卫生装备,2006,27(11):83-84.

[6] 范开洲.医疗设备开关电源维修技术的探讨[J].中国医疗设备, 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

作者邮箱：20208706@qq.com