4008B型血液透析机电源故障维修案例分析

高婧颖 陆银春* 戴 京 邓 勇

血液透析机主要是用于慢性肾功能衰竭患者维持生命的治疗设备，是急性肾功能衰竭、高血容量引起的急性左心衰和肺水肿以及重度药物中毒等必要的急救医疗设备。血液透析机是集计算机、电子、机械、流体力学、生物化学、光学以及声学等于一体的体外循环系统，包括监视器、控制单元、外部血液回路、透析液制备、运送水路以及电源模块等。

目前，4008B型血液透析机(德国费森尤斯集团)已在各大医院广泛使用，该设备操作简单、易于维护，采用了模块化以及水路、电路完全分离的设计思路，便于功能模块升级扩展，进一步提高了血液透析机的安全可靠性[1]。血液透析机因使用率高，故障率也较高，常见于透析液供给系统故障、血液监护警报系统故障以及电源模块故障等，其中以透析液供给系统故障较多(约占70%)，电源模块故障较少(约占2.5%)，针对电源损坏现象，厂家普遍采用直接更换电源模块方式进行维修[2-4]。为此，结合应用实践分析医院在用的1台4008B型血液透析机电源模块故障的元器件级修理过程，提高了医疗设备元器件级的维修能力。

1 故障案例分析

1.1 故障现象

医院一台2014年8月启用的费森尤斯4008B型血液透析机，在治疗中断电黑屏，所有指示灯不亮，面板按键无反应，重新按总电源开关开机无反应。

1.2 故障检修

设备黑屏原因通常主要考虑以下3方面因素：①设备断电，导致整机不能启动；②显示器故障，如排线松脱，背光灯、高压板或扫描电路故障；③主机或显示器控制电路故障[5]。

通过对血透中心护士了解开机运行中的具体情况，首先考虑为220 V市电问题，使用万用表检查电源插座内是否有电，未发现异常；再检查电源插头有无松脱，进行重新插拔后开机仍然黑屏，因此初步判断为电源模块故障。将机器后部外壳打开，检查电源线保险丝，均正常。因2005年后生产的4008B型血液透析机电源模块为开关电源，电源模块将交流220 V市电转化为直流5 V、12 V及24 V输出。由于血液透析机正常开机后均会进行一系列自检，其与电源模块相关的报错有“Power failure、Voltage failure”以及“Watchdog error等”。考虑当前整个显示屏为黑屏，无法利用信息提示判断故障，故针对电源模块无任何直流输出，分析电源板烧毁可能性较大。继续拆机并分离出电源模块后进一步检测，注意到4008B型血液透析机采用模块化设计，打开后盖后，从上至下依次为显示器及控制模块、电源模块和水路模块。电源模块上下两根供电线分别给显示器模块及水路模块，在拆解电源模块时，需将显示模块向前推出，才可将显示器供电线拔下，进而分解出电源模块。该电源模块外部由带孔金属板封闭，电源底部背面有一散热块。将金属板罩子拆开，暴露出整体电源模块，见图1。

图1 4008B型血液透析机开关电源模块示图

检查电源内部共有两块电路板，一块在底部，另一块在侧面。先观察该电源模块各部件情况，发现该电源模块内部基本无灰尘沉积，可排除灰尘沉积导致的元器件短路。使用万用表检测模块内侧面上的4个保险丝均为正常，使用手电筒照射电路板观察未见烧焦或变黑痕迹。继续逐个观察各元器件，发现电源板上有两块较大散热片，表明附近有大功率器件需要进行散热。在检查其中一块散热片背后时发现一芯片上有爆裂痕迹，使用手机拍照后放大查看，确认为TOP246YN芯片损坏，见图2。

图2 损坏的TOP246YN芯片示图

1.3 故障分析

查阅资料并检索该芯片性能得知TOP246YN为常用开关电源管理芯片(见图3)，属于TOPSwitch-GX系列。TOP246采用与TOPSwitch相同的拓扑电路，以高性价比将高压金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)控制器、故障自动保护功能及其他控制电路集成到一个硅片上。TOP246同时还集成了多项新功能，以降低系统成本，提高设计灵活性及效率。除标准漏极、源极和控制极外，不同封装的TOP246还另有1～3个引脚，这些引脚根据不同封装形式，可实现线电压检测、外部精确设定流限、远程开关控制、与外部较低频率的信号同步及频率选择(132 kHz或66 kHz)的功能。所有封装形式的器件均具备软启动、132 kHz开关频率(轻载时自动降低)、可降低电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)频率调制、更宽的最大占空比、迟滞热关断及更大的爬电距离封装的相同特性。此外，所有重要参数(如流限、频率以及PWM增益等)的温度容差及绝对容差更小、设计更简化，系统成本更低。

图3 TOP246YN开关电源管理芯片外观图及技术参数示图

1.4 故障排除

在电子市场购买全新TOP246YN芯片，将原有芯片拆下，由于原有芯片是用铆钉铆在散热片上，所以需用手枪钻将铆钉打掉，再利用螺丝和螺母将新购买的TOP246YN芯片固定在散热片上。为保证TOP246YN散热良好，在芯片与散热片之间重新补涂散热硅胶，并旋紧螺丝，尽量消除芯片与散热片之间的缝隙。重新安装好电源模块后开机，自检通过，故障排除。

2 讨论

分析该芯片爆裂导致设备宕机的部分原因是由于铆钉铆接芯片与散热片，难免会产生空隙，并且由于长时间高温工作，空隙会因热胀冷缩而有可能变大，当空隙大到导致两者贴合不良时，芯片散热不佳至高温而烧爆。因此，在维修中遇到类似的芯片应注意散热问题，在更换相同元器件时要确保散热可靠。

3 结论

通过维修不常见的血液透析机电源模块故障，提示临床医学工程人员，在遇到设备故障时，避免轻易更换昂贵的模块，不可因缺乏相关技术资料或无熟练的电子电路技能而放弃自主维修。通过逐步排查，逐渐缩小问题范围，灵活运用观察法、排除法及替代法，对于电路板问题要多关注大功率器件的散热问题，通过经验积累，快速发现故障部件，最终通过元器件更换最低成本或零成本的解决故障，提高医疗设备元器件级的维修能力的同时节省维修费用的支出，降低医院运行成本。