Force FX-8C电刀常见故障的分析处理

马继鹏，郑冉冉，周朋超

济宁医学院附属医院 医学装备处，山东 济宁 272000

引言

高频电刀是外科手术中常用设备，它利用集肤效应，热效应和法拉利电磁效应在人体与电刀笔之间或双极镊子之间产生高电流，造成组织蛋白质变性，从而产生切割和凝固的效果[1]。采用高频电刀可缩短手术时间，减少患者创面，失血量及输血量，从而降低并发症及手术费用。Force FX-8C电刀具有三种双极模式：精确（低）、标准（中）、宏（高）双极；三种单极切割模式：低压、纯切、混合；三种单极凝血模式：干燥（低）、电灼（中）、喷凝（高）；支持同时凝血；具有Valleylab REM接触质量检测系统；支持超声电外科手术；具有用手控开关或脚控开关启动；可调用最近使用的模式和模式设定值以及启动音量可调等功能，可方便的满足绝大部分手术需要[2]。因其使用频率高，工作时间长，电流大，电子器件易老化以及附件易损坏等问题，造成电刀故障率较高，附件问题通过更换替代可及时排除故障，而主机问题往往需要拆机处理[3]。通过研究高频电刀主机的维修分析与处理，可以深入了解电刀的结构，通过故障现象和测试工具的使用能及时定位故障，并完成维修，在此与同行分享四个维修案例，以提高医院在用电刀的自主维修能力，降低设备维修时间和成本，更好地为医院服务。

1 故障维修实例

1.1 故障一

1.1.1 故障现象

电刀开机后不定时自动重启。

1.1.2 故障分析

原因：低压电压板故障，无法提供稳定的电压给主控制器，造成主控制器重启。

低压电源板的电路原理框图如下图1所示，220 V交流电经过滤波后进入桥式整流电路，变为直流电压，该电压通过MOSFET的开关控制，被逆变为交流电，PWM芯片控制MOSFET的开关，并从输出端检测电压变化后调整驱动MOSFET的信号脉宽，从而起到稳定电压输出的作用[3]。交流电经过多路输出高频变压器的升压和单管整流滤波后得到稳压+5 V和±12 V直流电，为主控制器和各运算放大器供电[4-5]。

图1 电刀低压电源原理框图

1.1.3 故障维修

首先排除开关氧化及线路接触不良问题，再隔离负载，用示波器分别抓取桥式整流电路后的测试点1，MOSFET驱动信号测试点2，高频变压器输出电压测试点3。最终确定是MOSFET P6NK60Z故障，如图2圆圈标记处所示，更换该器件后电刀工作正常。

图2 电刀低压电源实物图

图3 电刀功率输出部分原理图

1.2 故障二

1.2.1 故障现象

开机后，自检可以通过，接上负极板后可以正常识别，REM灯由红色变为绿色，设置好电切和电凝的输出功率后，触发电刀笔，这时报警161且无功率输出。

1.2.2 故障分析

原因：161报警为射频功率输出电路或反馈电路出现问题。

电刀功率输出部分电路图如图3所示，该电路由射频功率MOSFET APT8030，门驱动电路，射频功率变压器T4，调谐电容C34、C41，继电器组K2A，射频输出LCC滤波器等组成[6]。驱动信号来自控制电路的波形产生器，APT8030的源极连接高压直流电源HVDC，通过开关MOSFET APT8030实现高压直流电源变为交流电源，然后再通过高频变压器T4实现升压，经过LCC滤波后输出[7]。通过对继电器组K2A的控制，可实现变压器线圈初次极线圈匝数比的变化，以及决定高压电源是否经过二极管CR2调整后再加到APT8030的源极，再配合APT8030栅极驱动信号的频率、脉冲宽度、脉冲重复时间的变化，共同决定电切、电凝、单极、双极的各模式的输出波形[6]。

1.2.3 故障维修

根据上述原理，先用万用表检测量HVDC，发现是正常的，再检测射频功率管APT8030发现被击穿，但更换该器件后发现仍然无功率输出，测量射频功率管的驱动信号，发现有正常驱动信号，但源极无信号，怀疑是继电器故障，取下继电器，发现继电器底座部分触点被氧化，变为黑色，导致接触不良，继电器底座如图4标记所示，再更换该底座后电刀工作正常[8-9]。

图4 电刀功率输出部分继电器底座图

1.3 故障三

1.3.1 故障现象

开机后，自检报警16。

1.3.2 故障分析

原因：波形发生器U9故障，导致无射频驱动信号。

主控制板功能模块图如图5所示：主控制器负责手柄、脚踏、按键信号的读取，数码屏的显示，声音报警信号的输出，外部RAM数据的读写，串口数据的接收发送，剂量错误信号输出，以及对功率输出级峰值电压的检测，阻抗检测，高压检测，电流、电压的检测和算法处理等工作[8]。反馈控制器负责对阻抗、高压电源、电压、电流的检测以及算法处理，对高压电源电压的控制，负责输出和继电器组的控制。波形产生器接收反馈控制器的指令，产生射频驱动信号，该信号的脉冲宽度、频率、脉冲重复频率可调。主控制器、反馈控制器、波形产生器通过双接口RAM实现数据的共享[6,10]。

图5 控制电路功能模块图

1.3.3 故障维修

U9芯片可从控制主板拔插下来，U9芯片如图6中圆圈所示，检测发现有管脚氧化，处理后重新安装，电刀开机自检正常。开机报警16的故障处理流程如图7所示。

图6 控制电路实物图

图7 威力ForceFX-8C电刀故障代码16的处理流程

1.4 故障四

1.4.1 故障现象

开机后，自检报警160，无法进入工作模式。

1.4.2 故障分析

原因：该错误代码指向内部器件故障、剂量测试失败或AD转换显示值失败，一般为功率发射板故障导致。

高压电源原理图如图8所示：220 V交流电通过CR80整流二极管进行全波整流，再通C22，C3大电容储能和C29滤波，最终把220 VAC转变为300 VDC。

通过控制4个N沟道的MOSFET IRF840的开关，实现逆变。其中Q1、Q4是一组，Q3、Q5是一组交替导通关闭，驱动信号T1A_DRIVE、T1C-DRIVE是通过变压器T1进行了电磁耦合后驱动MOSFET，在变压器T3初级形成峰值为600 V的交流信号，该交流信号由经变压器T3后，再经过整流桥电路对该交流信号进行了整流，滤波最终形成直流高压电源。通过调整驱动信号T1A_DRIVE、T1CDRIVE的占空比，实现高压直流电压（HVDC）的0～180 V可调，从而实现输出功率的可调[6,11]。

图8 高压电源原理图

1.4.3 故障分析

经过检测HVDC，发现无电压，排除控制电路失效原因，确定为高压电源电路部分有问题[12]，测量整流桥CR80的输入和输出电压正常，测量MOSFET IRF840发现Q1和Q4损坏，如图9圆圈所示，导致无法正常导通。更换器件后电刀工作正常。

图9 整流器件与逆变功率器件图

2 电刀质控

维修后要参照国家电气标准、计量标准、电刀使用说明书制定的质控表格[13]，对高频电刀的外观附件，低频外壳漏电流，保护性接地电阻，绝缘电阻，高频漏电流，输出功率，接触阻抗进行检测，确保电刀维修后的使用安全[14-15]。

3 讨论与总结

本文通过实际工作中遇到的故障现象，介绍了医院在用Force FX-8C型号电刀的电路原理，包括低压电源电路、射频输出电路、控制电路、高压电源电路，并通过原理图和实际硬件相结合的方式图文并茂地展示了故障的分析及处理方法，方便同行们从理论层面掌握电刀的工作原理，并进行实际的维修工作。只有通过对电刀电路原理有深入了解，才能更快的确定故障器件，降低医疗设备的维修时间和维修费用，更好地为医院服务。

该论文只是对电刀主机的故障进行了分析，是电刀故障中较难处理的问题，但发生的频率较低。而实际故障报修中多是附件和电源线、电源开关的问题，如负极板接触不良，极板线损坏，脚踏故障，电源线损坏，电源开关氧化等，所以遇到电刀故障，应先从这些地方进行排查。

在后续的工作中一方面应继续提高电路的分析能力，另一方面应注重对高频电刀的质量控制，包括维修后的质控和定期的质控，提前发现隐患，防患于未然。