奥林巴斯UHI-3腹腔镜气腹机两例电路故障维修分析

赵东升，孔康辉

河南省人民医院 医学装备部，河南 郑州 450003

引言

奥林巴斯UHI-3气腹机用于外科腹腔镜手术，通过向腹腔内注入二氧化碳气体，维持腹腔手术区域气压，形成必要的手术空间和医生的手术视野，是一款性能优良、可靠性高的手术辅助设备，然而一旦出现电路故障，将无法保障手术继续进行，必须通过备用机完成手术[1-3]。气腹机出现电源故障时，常规的维修方法是模块化维修，即更换故障的电路板，但其维修成本高，会增加医院的负担[4-10]。检索相关文献发现，气腹机相关研究主要集中在机械结构和维护管理方面，芯片级电路板维修方面的研究很少[11-19]。本文以奥林巴斯UHI-3腹腔镜气腹机两例电路故障维修实践为例，从故障现象、故障判断、故障分析、维修延伸四个方面进行分析，还原电路板的电路原理图，分析故障的电路板，查找故障的元器件，以期以极低的代价实现芯片级修复，节省维修费用，降低运行成本。

1 UHI-3气腹机电路介绍

1.1 电路板布局及电源板电压输出

奥林巴斯UHI-3腹腔镜气腹机电路板布局如图1所示。1号电路板输出+15、-15和+5 V三路直流电压，2号电路板输出两路+24 V直流电压，3号电路板是主控板，进行压力信号采集和信号输出。1号和2号电源板输出端子直流电压如图2所示。

图1 气腹机电路布局图

图2 电源板端子输出电压图

1.2 气腹机的基本原理

气腹机的基本原理是二氧化碳气瓶通过减压阀将压力减到0.6 Mpa，进入气腹机内部，经过两次减压阀减压，达到0.08～0.14 MPa，通过2级电磁阀流量调节，输送至患者腹腔。主控板通过腹压传感器和压差式流量传感器采集信号，通过处理器运算，输出电信号控制电磁阀启闭，实现腹腔压力的自动控制。电路结构原理图如图3所示。

图3 UHI-3气腹机电路原理图

2 电源板1故障

2.1 故障现象

气腹机接通电源，打开电源开关后，显示面板全部黑屏，发出报警音，重启无效。

2.2 故障处理

2.2.1 故障判断

拆机优先检查电源板1和电源板2，按图2检测点位。对电源板1输出端进行带电检测，+5和-15 V正常，橙黑端子输出电压应为+15 V，实测6.5 V；对电源板2进行带电检测，+24 V输出正常，初步判断电源板1故障。

2.2.2 故障分析

通过故障现象只有+15 V一路输出电压偏低，排除电源板变压器前级故障，重点分析变压器后级15 V电路。通过对电路板进行图纸还原，分析画出的±15 V电路原理图（图4）发现，影响到+15 V输出的元器件包括二极管D70、电容C70、二极管D72、电容C72、电阻和7815稳压集块，用数字万用表二极管挡排除D70、D72故障，用数字万用表电阻挡排除电阻故障、用电容表检测电容C70、C72电容值，检测值都在正常范围内，最后锁定7815芯片。用电烙铁焊下7815芯片，输入端接入直流15 V电源进行测试，输出端电压6.5 V，确定7815芯片损坏，更换新的7815芯片，试机后运行正常。

图4 ±15 V电路原理图

2.3 维修延伸

本例电源板1故障，根据图4电路原理图，检测到损坏的元器件并进行更换，完成了维修，若要掌握该电源板其他功能区域电路原理，需要对相应区域电路原理图进行分析和还原。

2.3.1 输出+5 V电路原理图及可能故障分析

输出+5 V电路原理图如图5所示，若+5 V输出异常，应优先排除大功率元器件YG801C04，设备的长时间持续使用，散热不良可能导致大功率元器件损坏。还应检测电容C51、C52、C56、C57电容值是否在正常范围内，以及二极管ZD51、IC三极管、电阻、光耦是否正常。电容随着使用时间的延长或高温环境使用，会导致容量衰减或漏电，可以通过电容测量表进行检测。光耦内部由发光二极管和光导通管组成，发光二极管发光实现光导通管导通，可以通过数字万用表二极管挡判断输入端发光二极管是否损坏，本例中的光耦型号是2561，从电路板上去掉测量测得的正向压降是0.997 V，反向压降是无穷大，单独测量输出端的电阻值是无穷大，若用两块数字万用表，一块在输入端用用欧姆档红黑表笔正向接入，另一块在输出端测通断，输入端相当于给发光二极管的电源，输出端通则可以判定光耦正常。

图5 +5 V电路原理图

2.3.2 变压器前级电路原理图及可能出现的故障分析

根据电源板1变压器前级电路原理图（图6），若电源板1输出端3路电压检测值为0，则可能变压器前级电路出现故障。先带电检测整流桥输出端直流电压（应为300 V左右），若检测值异常，可能是整流桥前端保险管、滤波器、整流桥、电容C12等的故障。当电容C12漏电或整流桥损坏时，可能导致爆保险的故障发生。若检测值正常，则优先检查场效应管TR11，作为大功率元器件，由于工作在相对高温环境，电源每次启动时的电流冲击，都可能导致场效应管的损坏。本例中场效应管的型号是2SK2044，在电路板上用数字万用表二极管挡2脚接黑表笔、3脚接红表笔，测得的压降是0.505 V，1脚接黑表笔、3脚接红表笔测得的压降是0.707 V，若万用表二极管挡任意两脚测得的压降为0或远低于正常值，考虑场效应管损坏或周边相连元件损坏。日常维护中应检查场效应管背部和散热片之间的导热硅脂是否老化，确保导热性能良好，降低大功率元器件损坏的概率。除此之外，还应排除各个IC三极管、电容C18是否损坏。

图6 变压器前级电路原理图

3 主控板故障维修

3.1 故障现象

接通电源开机后，自检基本正常，自检结束立即发出报警音，所有面板指示灯除了GAS SUPPLY压力检测指示条，其他全部熄灭，GAS SUPPLY压力检测指示条指示灯亮2～3 s后熄灭，故障界面如图7所示，持续发出报警音，重启多次，可能某一次能正常开机。

图7 气腹机故障界面

3.2 故障判断

开机检测电源板1和电源板2，输出的+5、±15和+24 V全部正常，故障可能在主控板（图8）。根据自检结束时GAS SUPPLY压力检测指示条指示灯亮2～3 s后熄灭这一故障特征，初步把关注点集中在压力传感器，通过检测主控板压力传感器TP3、TP4、TP6三个检测点电压值，发现TP3电压1.01 V，TP4电压3.01 V，TP6电压1.03 V，气腹机是在没有连接气源状态下检测的，三个压力传感器检测点测到的电压应该相当，TP4电压3.01 V明显和其他的两个传感器存在差异，故障初步锁定在压力传感器。

图8 主控板

3.3 故障分析

通过故障点位电路原理图还原，检测到TP4电压异常，由于142PC02G压力传感器比较昂贵，从芯片入手进行排除，R20电阻和C37电容检测值正常，三个压力传感器输入信号来自IC277UK电源管理芯片7脚，排除芯片IC277UK故障，142PC02G压力传感器输出端连接DG408DY芯片S2脚，导致TP4检测点电压异常可能与芯片DG408DY有关，更换新的DG408DY芯片后，气腹机运行正常。压力传感器的电路图如图9所示。

图9 压力传感器的电路图

3.4 维修延伸

医疗设备的主控板相对比较复杂，故障排除难度大。通过本例故障经验，积累电路板的数据至关重要，可以通过数据差异巡查到故障芯片[7-8]。表1列举了UHI-3气腹机主控板30个检测点位在设备不连接二氧化碳气源、自检通过状态下测得的直流电压数据，为以后的维修积累了参考材料，以便快速锁定控制板故障芯片区域。

表1 奥林巴斯气腹机主控板各检测点电压值（V）

4 讨论与总结

针对奥林巴斯UHI-3气腹机使用中出现的电路故障，常规的做法是模块化维修，即更换掉故障的整块电路板，维修代价高、使用成本增加[17-19]。本文提供的两个维修案例，通过电路板电路原理图还原，再通过原理图分析故障，查找到故障的芯片，以极低的成本成功实现了芯片级的维修，创新之处在于提供了医疗设备芯片级维修思路的一次成功实践经验。作为医疗设备工程师，对于没有图纸的电路板，通过电路板电路原理图全部或局部还原，能够对电路板的芯片布局结构有更深的了解，在此基础上能够很方便地实现芯片级的维修。

本文通过奥林巴斯UHI-3气腹机电路板两个芯片级维修案例的思路和故障排除方法，总结如下芯片级电路板维修经验：电源板故障时应了解电源板的各路正常输出电压，尽量把故障区域锁定到电路板上比较小的区域，通过还原电路板电路原理图，分析判断故障的元器件；每一次的维修都是经验的积累，不仅要积累维修案例，还应掌握各种电路板相应点位的检测信号值。作为医疗设备维修工程师，注重积累维修案例经验及电路板各个点位的检测信号值，那么，维修设备的效率和深度都将有所提高。