芬兰PLANMED乳腺机特殊故障分析

李松强 张 晔

芬兰PLANMED乳腺机结构紧凑，性能优良，是一种非常实用的乳腺体检设备。我院自1996年引进该设备以来，至今仍然应用于一线科室的临床之中。但由于该机生产年代已久，很多维修保障条件不足，常需要自省解决和处理一些设备的故障问题，而许多故障是必须深入了解机器的原理和构造并分析其电脑线路的具体组成才能进行维修。

1 常见故障现象及分析

1.1 故障查询

开机报错Err20，随后按动CTL键可以清除。但操作其他键所对应的动作反应迟钝，有些动作还不执行，关机后再开机报错Err20。通过对PLANMED手册的查询显示，Err20为镜电机(Mirror Motor)运行时间超出，但按照手册所提示的解决方法进行逐一尝试性维修，均未能解决。

1.2 故障分析

PLANMED乳腺机有近10种不同的电机，首先应确定镜电机的位置及作用原理。经过按图索骥的方法，确定镜电机的位置在PLANMED乳腺机的机头内，是组合Collimator的组成部分，所起的作用是控制Collimator内反光板的反光角度[1]。

经过反复开机验证，发现该电机不运动，人工调节反光板螺杆，并未发现有很大的阻尼障碍，检查步进电机，也未发现明显的损坏特征，初步分析为控制电路故障[2]。

1.3 电路分析

经查，该电机控制电路集成在TUBE Processor板中，该板是PLANMED乳腺机中一块主管X线球管参数的微处理器控制板[3]。常规处理方式应更换该板，但由于价格昂贵及供货周期长等因素尝试自行维修，通过目测观察发现在TUBE Processor板上找到了一款步进电机控制芯片UDN2916LB。

2 步进电机控制芯片UDN2916LB原理

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款两相步进电机双极驱动集成电路，能够驱动双绕组双极步进电机，特别适用于目前国内税控市场双步进微型打印机电机的控制[4]。

UDN2916LB适用的电机电压范围为10～45 V，逻辑电压不能超过7 V；通过内部脉宽调制控制器(PWM)可实现最大750 mA的输出电流；内置1/3和2/3分割器；逻辑输入实现1相/2相/W1-2phase激励模式；内置过热和交叉电流保护功能；集成钳位二极管；内置防止低压误操作等保护功能。UDN2916LB内部结构如图1所示，芯片由2组电路构成，每组电路由PWM控制器、电桥及辅助电路组成。

图1 UDN2916LB内部结构框图

2.1 PWM电流控制电路

每个PWM控制器由一组电桥、一个外部检测电阻(RS)、一个内部比较器和一个多谐振荡器组成，独立检测和控制输出电流[5](如图2所示)。

图2 PWM电流控制电路

当电桥导通时，电机线圈中电流开始增大，电流通过外部检测电阻产生的检测电压相应增大。当检测电压达到比较器输入端设定电压值时，线圈中电流ITRIP=VREF/10 RS，这时比较器触发单稳态关闭电桥的源驱动。内部逻辑和转换开关的延迟(td)典型值为2 μs，这种延迟会导致实际负载电流峰值稍高于理论值。当电桥关闭后，电机电流开始衰减，通过地钳位二极管和接收晶体管回流。源驱动关闭时间toff由单稳态的外部RC决定，toff=RTCT，一般RT取值范围在20～100 kΩ，CT取值范围在100～1000 pf。PWM输出电流波形如图3所示，负载电流路径如图4所示。

图3 PWM输出电流波形

图4 负载电流路径

芯片5脚和9脚外接电阻RT和电容CT，RT和CT组成的RC电路产生固定频率信号，作为其内部单稳多谐振荡器的振荡源，该振荡器与比较器共同作用将采样的电流大小反应到源输出端。当电流值达到理论设定值时，源输出端变为无效，当电流值小于理论设定值时，源输出端变为有效。其中RC参数选择较为重要，设计时往往会忽略其参数要求。如使用不当则会引起芯片烧坏，或发出噪声等异常现象。

在实际电路设计应用中对RT和CT参数取值容易忽略，RT取值精度应≥1%，CT应选用NPO类型和精度≥5%的电容，这样可以有效固定toff时间，达到电流的最佳控制。而采样电阻取值大小决定了步进电机线圈电流的大小，电阻大则线圈电流太小，步进电机驱动无力；电阻小则线圈电流太大，会烧坏步进电机线圈。UDN2916LB最大输出电流Ioutput=0.75 A。

假设采样电阻Rs使用1.0 Ω高精度电阻，参考电压取最大为5 V时，要求最大输出电流IOUTPUT=VREF/(10×RS)=5/(10×1)=0.5 A。电阻功率P=I2R=0.5×0.5×1=0.25 W＜0.5 W。因此，采样电阻Rs功率使用0.5 W足矣。

2.2 输出电流的逻辑控制

输入逻辑信号l0和I1用于选择电机线圈电流，可设定为最大电流的100%、67%、33%或0%。0%的输出电流值说明电桥关闭了所有驱动，并且也作为一个输出特性(见表1)。

表1 电流控制真值表

2.3 电机控制芯片UDN2916LB

UDN2916LB具有接口简单、使用方便、便于精密输出控制等特点，同时又具备防止过温、误操作等特点。按照电路图使用万用表测量UDN2916LB的Pin20和Pin23，对Pin18和Pin24测量的电阻发现，这些脚对地为短路状态，对电源为断路状态。分析判定为该芯片击穿损坏，更换该芯片后故障状态消除，恢复正常工作。

3 经验总结

PLANMED乳腺机Collimator系统由微处理控制的步进电机以及位置传感器所组成，由于无位置记忆传感器，因此开机需要运行步进电机到达位置传感器，以便初始化Collimator遮挡其中包括镜电机的位置。由于程序初始运行到此步骤时镜电机未运动，便产生了Err20故障，因是一次性检测，故可按动CTL键清除故障。但有可能是由于无Collimator的初始化结果而导致以后的工作程序失常，这是经过认真分析后对故障现象唯一能得出的解释，供同行借鉴参考。

[1]王瑞玉,张连强,王丹.医用数字乳腺X射线机原理构造和维修[M].北京:中国医药科技出版社,2007.

[2]祁增凌,钟姗姗,苏韶生.GE Senographe 2000D数字化乳腺机的维修[J].中国医学装备,2011,8(7):82.

[3]石树强,刘文奇.PLANMED乳腺X线机PFC电路的特点及故障解决[J].医用放射技术杂志,2007(8):70-71.

[4]陈磊.步进电机控制芯片UDN2916LB及其应用[J].世界电子元器件杂志,2006(5):45-46.

[5]贺小光,蓝讽,陈敬艳.PWM可调直流稳压控制电源电路的设计研究[J].东北师范大学学报(自然科学版),2010,42(2):73-77.