万曼VENTImotion2无创呼吸机Code16故障分析与排除

施骏，刘华，姚旭峰

1. 上海市宝山区中西医结合医院 医学装备处，上海 201999；2. 上海健康医学院，上海 201318

引言

万曼VENTImotion2无创呼吸机为双水平无创正压通气，具有操作简便、患者易于接受等优点，是针对慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）并II型呼吸衰竭的必要治疗设备[1]。该无创呼吸机由设备后部入口吸入空气，空气经过空滤棉、细菌过滤器后进入风道，由涡轮机转动产生压缩空气，再经通气管路到达患者的面罩以无创性方式将患者与呼吸机相连而进行正压辅助通气[2-3]。随着使用时间延长，设备故障现象逐渐开始出现，本文就万曼VENTImotion2无创呼吸机报Code16错误代码故障现象，在无技术手册条件下对该设备进行故障分析与排除。

万曼VENTImotion2无创呼吸机主要由电源盒、主程序板、电机驱动板、涡轮机组成。电源盒将市电进入电源后经整流滤波转为高压直流电，通过开关部分转为高频率低脉冲，再经整流滤波输出需要的低压直流电[4]，为无创呼吸机提供电源供给。电机驱动板主要根据主程序板发出信号通过逻辑电路驱动开关管带动涡轮机工作。主程序板是以用户设置参数为基准，通过传感器接收参数与之对比，不断将工作信号与电机驱动板间相互通信来控制整机的工作。涡轮机是根据电机驱动板给出工作电压来进行工作的装置，做功使气体压力升高而提供空气气源[5]。本台设备采用的是纯铜三相无刷直流电机，带有霍尔元件，用于检测转子的位置[6]。

在万曼VENTImotion2无创呼吸机的使用中，发现发生故障报错代码最多的是Code16，厂家不提供技术手册，使用手册中指出报此故障代码需要联系厂家。然而，针对此故障厂家提出更换电机驱动板与涡轮，维修费用高。该故障通常发生在设备使用3 年左右，且无技术资料，元器件级维修在当前难以实施[7]。由于此报错为多发故障现象，所以在此故障的研究上，具有一定意义。

1 Code16报错的故障现象与处理

1.1 Code16故障来源确认

使用一台工作正常的无创呼吸机部件与报错Code16的故障机进行逐一更换，通过“替换法”[8]可以确认故障代码发生的根源在于电机驱动板，而非电源、涡轮等其他部件。此电机驱动板为贴片多层板，无法通过排线直接观察电路走向。对其进行通电观察，发现每当报错Code16时，电机驱动板上最左侧印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）标注MOT的LED都会被点亮。根据经验判断此英文标注的LED为电机故障报警灯。鉴于此电路板为多层板，我们对其进行了X线曝光，实现了快速获取X光图像的功能，可即刻得其灰度图像[9]。电机驱动板X线曝光图如图1所示。发现4个LED采用共阳极连接，阴极分别连接不同模块接收信号，而MOT灯的阴极，连接到了一块型号为MC33035DW的芯片的14脚。

图1 电机驱动板X线曝光图

1.2 单片无刷直流马达控制电路MC33035DW工作原理分析

MC33035DW是高性能第二代单片无刷直流马达控制电路。它包含实现开环、三相或四相马达控制所需的全部功能。此电路包括转子位子检测器、温度补偿基准、锯齿波振荡器，还有三个集电极开路的高速驱动器和三个高电流的图腾柱低速驱动器适用于驱动功率MOS管。该芯片还包含一些有保护特点的电路，如欠电压锁定，时间延迟可选的周期接周期限流控制，内部过热保护电路和一个独特的故障输出，易于和微控制系统连接（图2）。另外，MC33035DW芯片的三相全波换相波形，如图3所示。

1.3 小结

分析此芯片工作原理可以知道当电机工作处于如过流过温异常状态时，管脚14便会输出一个低电平的故障信号。正常工作的万曼VENTImotion2无创呼吸机电机驱动板上MC33035DW芯片管脚14与微控制系统连接，通过人为接地设置为低电平时，即会报Code16故障，说明此故障有很强的对应性，因电机运行部分报错引起。

基于MC33035DW对于电机的过流、过热、欠压锁定保护设计，与纯铜结构电机放置于风道内的散热设计，电机故障所导致的Code16报错非常少。所以在遇到Code16报错代码时，我们优先排除电机供电电路部分故障。

图2 MC33035DW功能管脚图

图3 MC33035DW芯片的三相全波换相波形

2 Code16典型案例分析

2.1 案例一：二极管老化

2.1.1 故障分析

由图2可见，电机速度通过管脚1、2、24三个高速驱动输出与19、20、21三个低速驱动输出做上下驱动输出，通过控制型号N10L16的MOS管驱动电机。MOS管在与电机间连接串联了整流二极管SM5404（图4），整流二极管具有明显的单向导电性，击穿电压高，反向漏电流小。此二极管限定工作电流3 A，在MOS管后与电机的连接，用于电机的保护电路。而从图4也可以看到，为得到低速运转，使用中会高频通断电源回路而影响整流二极管的寿命。

图4 圆柱形SM5404整流二极管所在位置图

2.1.2 故障检修过程

发生Code16故障现象后，通过对整个电机回路元器件的排查，我们发现一个SM5404整流二极管断路，观察发现此管碳化，并已从中间断裂，更换整流二极管后设备正常运行。

2.1.3 小结

故障呼吸机使用频率高，空滤棉积灰严重；呼吸机要达到设定通气量，将会消耗更大的功率，而更大的功率则对应发热量的增加。所以，电压的高频通断以及负载量的增加对整流二极管的损伤都非常严重，前者由于工作设计而无法改变，后者则可通过日常保养维护来进行改善。

2.2 案例二：线路板受潮导致的信号传输开路

2.2.1 故障检修过程

报错Code16后，对电机、MOS管、驱动芯片以及逻辑电路等分别进行供电电压与输入输出信号的检测，检查发现各部件均正常，随后利用示波器对信号源进行采集观察，发现CPU输出电机初始运动信号正常，而电机未转动，霍尔元件的位置反馈没有刷新，造成了故障的发生。接着排查连接排线，发现CPU连接MC33035DW驱动芯片24脚的连接排线测试不通，而后对驱动芯片24脚使用示波器进行检测，仅采集到少量的杂波信号，排查到了问题所在后，我们利用专业PCB跳线单芯线对此段信号排线进行飞线，维修后进行开机检测，测试功能正常。用放大镜观察PCB排线，可见排线上部涂层有较多氧化斑点，推断为PCB板受潮引起。

2.2.2 小结

电机驱动板以贴片为主，贴片板集成度高、体积小、成本低，因而使用范围越来越广。但是从插件板到贴片板；从单层板到多层板，PCB受氧化的情况却依旧存在，不仅发生在焊点，PCB排线同样会发生氧化现象。此呼吸机电机驱动板的PCB设计中，信号排线因其只传导信号压，做得很细，有的线径甚至小于0.5 mm。

3 总结

对于无创呼吸机来说，空气源的清洁与否在一定程度上影响着其使用寿命。无创呼吸机多工作于定压状态，如果空气源积污严重，会增加气体进入阻力，而为达到设定工作压力，电机将以更大的运行功率进行补偿，使其长期处于高负荷的工作状态，将会增加故障发生的可能。空气源的清洁，就是对无创呼吸机空气过滤棉的定期清洗与细菌过滤器的定期更换，保障空气源通畅，减低设备运行负荷，防止因空气源阻塞所导致的设备过载。

随着科学技术的不断发展，设备电路板已经做很精巧。元器件集成度高，排线也越来越细，而线径做细后，一旦发生轻微氧化便极易影响设备信号故障的发生从而导致设备停机或无法正常使用。所以在使用完后，需要将其存放于阴凉干燥处进行保存，保证设备处于一个良好的状态，防止因存放环境潮湿而造成PCB板的排线或焊点氧化引发的故障。

通过以上故障的检修，我们可以了解到，做好呼吸机的日常维护工作是十分重要的[10]。临床科室由于工作任务重等原因，在设备日常保养维护上往往缺乏重视，部分呼吸机在过滤器积灰过多情况下会发生报警[11]，但现用设备无此功能情况下，作为设备管理部门，应当在日常巡检过程中对设备的日常维护保养情况进行检查，同时查看备用设备存放环境是否符合要求。在设备维修完成后需要对其进行质量检测，确保其在临床上的使用质量。

4 讨论

万曼VENTImotion2无创呼吸机一旦出现Code16故障代码后，每次开机点击运行即在设备屏幕中弹出该错误代码，无法正常使用。通过“替换法”我们发现该故障问题来源于电机驱动板；鉴于此PCB上具有故障报警灯且为多层板，我们通过X线曝光得其灰度图像后查找故障报警灯排线，最终发现该报警灯阴极连接电机驱动板中MC33035DW芯片14脚的接地被点亮，查此芯片为具有独立故障输出的直流无刷电机驱动芯片，14脚为此芯片的故障输出，所以此故障代码的报错，由电机运行部分引起。上述故障中，一例为整流二极管碳化、另一例为PCB排线氧化，针对故障现象进行原因分析，发现上述故障的发生，可能由设备缺乏日常维护与存放环境潮湿所导致。因此在日常工作中，需要对设备日常维护保养进行监督；并对临床科室内设备存放进行指导。

呼吸机作为生命支持类设备，在临床上起到了非常重要的作用。无创呼吸机的使用是否完好，关系到患者的使用及安全，其使用质量和日常维护是分不开的。在临床科室提倡设备专管责任制，设备专管后管理员能对设备有更好的认识与了解，能够在设备出现较小异常现象时发现问题及时处理，降低设备故障的发生。在设备维修后要进行质量控制工作，保证维修后呼吸机的质量安全，更好地为临床服务[12]。

医工队伍是医院医疗设备器械管理和维护不可缺失的力量[13]。通过总结故障原因，我们发现在日常巡检中，对设备日常维护情况监管力度的不足在一定程度上增加了设备故障发生的情况。只有在工作中不断积累经验，才能提高维修技能，保证设备的正常使用[14]。医疗设备的维修，要遵循从外到内、由易到难的维修原则[15]。逐步将板件更换级维修提升到配件级维修。配件级维修，可以节省大量资金和缩短维修周期[16]，降低医疗设备全生命周期管理中使用成本。