威力Force FX-8C电刀电源原理分析与故障维修案例

盛 况 孔德友 郑冉冉

威力Force FX-8C电刀电源原理分析与故障维修案例

盛 况①孔德友①郑冉冉①

威力电刀；电路原理分析；故障维修

盛况,男,(1986- ),硕士，工程师。济宁医学院附属医院医学装备处，从事医疗设备的管理与维修工作。

威力Force-8C型电刀是一款常见的手术设备，具有性能稳定、操作简单、切割速度快以及止血效果好等特点。使用中，电源故障最为常见。为此，对该设备所使用的电源模块进行分析，绘制原理图并提出故障解决方案。

1 威力电刀Force FX-8C电源结构

威力电刀电源采用AC/DC反激拓扑结构。交流电经输入EMI滤波器后进入桥式整流电路转换为直流半波信号，经由功率开关进行脉宽调制，将直流半波电压转换为高频直流脉冲电压，高频变压器将调压后的直流脉冲电压传递至变压器副边，最终经输出滤波电路形成稳定的直流电压输出。脉宽调制电路作为控制端电路，以输出电压为反馈，由控制芯片对功率开关进行控制，保证在输出功率变化时输出电压的稳定[1-3](如图1所示)。

图1 电刀电源结构图

2 威力电刀Force FX-8C电源电路分析

2.1 变压器原边电路分析

变压器原边电路。输入端先串联负温度系数热敏电阻RT1，起机时RT1温度低电阻大，启动浪涌电流受到限制。开机一段时间后，其上流过的电流使电阻温度升高，使阻值降低，对稳态电源功率损耗的影响减小。MOV1作为压敏电阻，在输入端电压异常升高时进行限压，从而保护后级线路。而后接入共模电感T1、X电容C1和Y电容C3、C4组成的EMI滤波器用来抑制输入侧共模和差模干扰[4-5]。EMI滤波器后级接入整流桥芯片，将交流电压转换成直流半波电压，再经过较大容值的电容C5，形成较为稳定的直流电压，接受功率开关Q1的调制，通过变压器将能量传递至副边(如图2所示)。

2.2 变压器副边电路分析

威力电刀电源副边侧电路输出共有3路。Pin1输出12 V，Pin2，3输出5.1 V，Pin4，5为电源模拟地端，Pin6输出12 V。副边侧电路结构较为清晰，均采用了传统的LC滤波线路。结合图2变压器原边电路分析，在开关Q1导通时，输入电压加在变压器初级线圈上，初级同名端流出电流，次级同名端感应流入电流，次级二极管CRx反偏截止。初级电流线性上升，变压器作为电感运行储存能量，此阶段无能量传到次级，副边电容单独向负载供电。当功率管关断时，次级二极管正偏导通，变压器次级电流上升，经过滤波后向各负载供电(如图3所示)。

图2 变压器原边电路图

2.3 控制电路分析

电源采用了TL431和UC3844

芯片的组合电路作为副边输出端的采样反馈控制。TL431为三端可调稳压源，其参考端(R)连接在由R25、R26、R27输出串联分压电路。当Pin2，3端输出电压升高时，TL431参考端(R)电压上升，使得其阴极端(K)电压下降，经过光耦CNY17-3的原边电流If升高，从而光耦副边电流Ic升高[6-9](如图4所示)。

图3 电源副边输出电路图

图4 CNY17-3、TL431电压采样电路图

UC3844是电流控制型芯片，内部含有电压负反馈回路和峰值电流环路，采用嵌套结构，电压环为外环，电流环为内环，电压环路输出连接在电流环路输入参考上，即Comp Pin脚。环路最终输出为PWM信号，通过Out Pin连接到原边功率开关管驱动电路上。电源将副边反馈电压信号直接连在Comp Pin上，Vfb Pin接地，跳过电压环，直接使用Comp Pin上信号作为峰值电流参考给予电流环。在Ic升高的情况下，电阻R7上压降升高，Comp Pin上分压会减小，经过环路后会使得Out Pin引脚输出的占空比下降，从而将电源整体输出下调[10-12]。同理，当Pin2，3端输出电压降低时，环路控制使得Out Pin引脚输出的占空比升高，从而将电源输出上调(如图5所示)。

图5 UC3844电压负反馈控制电路图

3 电源故障分析及维修

3.1 故障现象

电刀在使用过程中出现关机重启的现象。

3.2 故障分析与排除

对设备后端电源开关进行测量，排除开关老化、接触不良等情况，同时注意到电刀无论在切凝模式或待机模式，均出现此故障，排除负载变化对于电刀电源产生影响的情况，判断电源模块供电不正常。断开电源输出连接线，使电源处于空载状态，使用示波器抓取输出电压波形，发现故障时输出为零，证实该故障与负载无关。取出电源从电源输入端向后进行测量。前端EMI滤波器测试正常，表明输入交流电可以正常到达整流桥，对整流桥侧进行测试，其简化结构如图6所示。

图6 原边侧电路简化结构图

使用万用表二极管档，依次测量交流输入端到直流输出端状态，顺序为ac、bc、da、db，发现正向导通电压均约为0.5 V，反向截止状态也均正常，表明整流桥路无故障。但测试cd两点之间导通电压时发现其值为1.0 V，即2个二极管串联的导通电压。单独测量整流桥时，该读数应为正常。参考原边侧电路简化结构，该电源整流桥后端连接一颗P6NK60Z型号的场效应管，此器件由于自身结构的原因，其源极(S)和漏极(D)之间存在一个反并联二极管，所以万用表读取的cd之间二极管正向导通电压应该为单颗二极管的电压，而不是2颗串联后的电压。将该场效应管取下后，测量源极(S)和漏极(D)二极管状况，发现其无导通压降，由此判断该场效应管出现故障。更换同型号场效应管后，电刀重启故障排除。

4 小结

将威力Force FX-8C电刀电源模块分为电源变压器原边电路、副边电路以及控制电路3个单元进行详细的原理分析，给出详细的电路原理图，依据电路分析阐述1例电源故障分析与维修案例。随着设备使用年限的增加，电路板上某些电子元件会逐渐老化，从而发生故障，在设备维修时，需要分析其电路原理，从而能够快速定位故障器件，解决问题。

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1672-8270(2017)02-0143-03

R197.39

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10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.042

2016-10-13

①济宁医学院附属医院医学装备处 济宁 山东 272029