MAQUET Servo-i呼吸机电源故障二例

彭顺银，魏东，徐峰

南京医科大学附属淮安第一医院 医疗设备处，江苏 淮安 223300

引言

MAQUET Servo-i是医院常用呼吸机品牌之一，分布于急诊抢救室、EICU、ICU、RICU、NICU、CCU、NSICU等科室；具有监测参数显示直观、操作简单、维护方便等优点，使用前应对呼吸机的安全阀、流量传感器、压力传感器、氧电池等硬件设备的性能进行监测，保证呼吸机性能可靠和参数的准确[1-2]。呼吸机是医院最重要的临床治疗与抢救设备，用于患者复苏抢救、麻醉及重症监护，不但可替代患者的自主呼吸，同时也可为患者提供支持、帮助形式的辅助呼吸治疗，进而达到延续患者生命的目的[3-4]。呼吸机是急救与生命支持类设备，在临床使用中的重要性不言而喻，其在临床的广泛使用也带来了设备电气性能安全、患者使用安全、操作安全等潜在隐患。据“ISO 14971医用装置风险管理”[5]风险分析方法进行风险分析：呼吸机得分为12分，属高风险医疗设备，存在高故障率潜在危害[6]。

本文结合我院多年来该型号呼吸机的使用情况，探讨了其电源部分常见故障两例。第一例是主机开关电源（PC1955E电路板）无直流12 V电压输出，开机黑屏，呼吸机无反应；第2例是PC1778电路板（DC/DC板）N28插脚无12 V电压输出，导致开机黑屏并报警。根据故障现象查找原因，并对照电子元器件的排列勾画电路图，结合电路原理图确定损坏的电子元器件。同时，本文也介绍了该型号呼吸机一、二级维护保养方法及使用注意事项，并分享了维修医疗设备电源方面的一些方法和技巧。自主维修能提高医工的维修技能和水平，减少医院相关的维修费用支出[7]。

1 MAQUET Servo-i呼吸机的结构

随着医疗诊断技术、电子信息技术和互联网技术的快速发展，呼吸机的结构和原理也有了根本的改变。其设计更趋于人性化，界面清晰易懂、易操作，结构简单、易拆易装、易清洗维护[8]。主机从机架移开，拆下前上盖可看到呼吸机的主要硬件组成部分：空氧模块、吸气管道、吸气压力传感器管道、氧浓度传感器、安全阀等，见图1a。拆下呼气盒下面的前面板，可看到主要电路控制板，主要有 PC1781、PC1784、PC1771、PC1772、PC1778、AC/DC电路控制板等，见图1b。

图1 MAQUET Servo-i主要硬件和控制电路板

MAQUET Servo-i呼吸机工作原理和其他品牌呼吸机一样，即把具有一定压力的医用氧气和压缩空气混合，选择通气模式和呼吸气道力学参数，在监测条件下把满足设置条件的空气、氧气混合气体通过呼吸管路输送给患者，用以强制或辅助患者呼吸，从而维持患者的呼吸功能[9]。主机由气体传输系统和控制系统两部分组成，气体传输系统包括呼气和吸气两部分。空气、氧气分别进入两个气体模块，根据设置的潮气量、压力水平和氧浓度等，调节电磁阀开关频率，精确送气至混合腔，将空气、氧气充分混合，经监测，把满足设置参数的混合气体，通过呼吸管路送至患者使用。PC1786呼出流量检测板通过插座连接PC1785、PC1780板，温度和氧电池传感器连接PC1780板。吸气和呼气压力测试板PC1781由插件与PC1784连接，PC1784、PC1771、PC1772、PC1778等电路板通过CAN总线实现主机与人机界面触摸控制屏电路之间的相互通讯，PC1771、PC1772、PC1784等直插于PC1770母板上，整机由AC/DC电路板供电，无市电情况下由蓄电池提供临时供电，见图2（图中不包括人机界面触摸控制屏控制电路等）。

图2 MAQUET Servo-i气路、电路主要结构原理图

2 故障一

2.1 故障现象

开机黑屏，呼吸机无反应。

2.2 故障分析与排除

排除线路和电源开关问题，测量开关电源PC1955E的AC/DC板无直流12 V电压输出。在线测量场效应开关管T1短路，开关电源过电流抗干扰保护二极管D1和电阻R3开路，更换同型号场效应管T1（20N60S5）和同规格型号二极管、电阻，故障未排除。如图3所示，R22、C14、IC1（HEF4069）的非门Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组成多谐振荡器，振荡周期 T≈1.4×R22×C14[10]。IC1（HEF4069）的三个非门Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并联，其输出端与T3、T4基极连接，使驱动电流增加且输出波形接近方波，共同组成脉冲宽度变调电路（Pulse Width Modulation，PWM）驱动电路。开关T1、高频电源变压器TR1、PWM驱动电路、整流二极管D8及电容C20～C22等组成单端反激式开关电源电路[11]。

图3 AC/DC板电源电路图

相同型号CMOS门的阈值电压（Threshold Voltage，VTH）的差异，且非门输出导通电阻阻值会随负载大小而变化，以及采用不同的近似计算方法等都会直接影响振荡周期T值[12]。IC2、T5、D5、R9、R10、R12等元件组成输出电压稳压检测电路，根据负载的变化，调节PWM驱动电路输出脉冲高低电频、占空比和振荡频率值，使输出电压稳定[13]。IC3、T2、T6、R3、R4、R11、C7、C8、二极管D1等组成过电流和抗干扰脉冲检测电路，保护开关电源。T7、D6、R13～R16、R18、变压器TR1初级绕组、D3、D4、C2、C13等构成IC1控制PWM芯片的启动及工作状况下的供电电路。

检修过程：测量图中Vcs电压为3.05 V，经观察电容C2（4700 pF/1 kV）有被高压击穿拉弧现象，见图4，更换后Vcs电压为3.89 V，说明电源Vcs供电有短路的可能。根据电路图分析，三极管T3、T4、IC1短路可能性较大，从电路板拆下T3、T4，离线单独测量未发现问题。在测量IC1时，用万用表测量该IC1的14脚与电源地7脚之间阻值有变化，测量第8、10、12脚与7脚阻值为3.75 Ω，拆下测量IC1的10脚与7脚阻值为3.95 Ω，说明该脚与电源地端短路，更换同型号IC1后，开关电源正常工作。再次测量图中Vcs电压为5.16 V，IC1的14脚（供电正端）为5.04 V。

图4 击穿拉弧（左）与正常电容C2（右）比较

维修医疗设备时，在不确定该设备电源电路是否正常的前提下，可在220 V交流电源与该设备电源插座之间串接60～100 W白炽灯，能减少医疗设备相关电子元器件的损坏，并可根据灯泡明暗变化判断医疗设备电源电路故障。如设备电源电路短路，则灯泡常亮，其亮度与短路程度成正比，短路越严重，灯泡越亮；一般情况下，设备电源正常，灯泡不亮；设备电源电路有停振现象，则灯泡闪烁。排除电源部分短路后，根据元器件伏-安特性，可放心查找故障范围，确定损坏的元器件。如图5所示，左侧为淘宝网购买的维修电源保护器，右侧为自行制作的简易维修电源保护器。表1为P1～P6测试点电压、频率和占空比测量值的举例，测量数值会因交流输入电压、负载大小、万用表精度等因素而改变。

图5 电源维修保护器

表1 P1～P6测试点电压、频率和占空比测量值举例

3 故障二

3.1 故障现象

开机黑屏并报警。

3.2 故障分析与排除

（1）设备能开机并报警，说明AC/DC电路板，即输入交流220 V、输出直流12 V正常。人机界面触摸显示屏、显示屏与主机PC1778电路板N28插座的连接线或PC1778电路板损坏，都会导致该故障，其中连接线提供主机和显示屏控制电路板之间的数据通讯和供电。采用替换法排除显示屏和连接线的问题。检查显示屏工作直流电压为6 V，正常为12 V，说明该PC1778电路板存在问题。

（2）图6三极管T14、SOT-23封装、K23标识，经反查，对应N沟道增强型场效管BSS123；集成块IC3、SOIC-8封装、LTC1153标识，具有过电压、过电流保护电源管理芯片；集成块T4、SOIC-8封装、FDS8880标识，对应N沟道增强型场效管；端口P9（C1-14）为DC/DC电路板P9插座C1排第14脚，同样端口P9（C1-12）为DC/DC电路板P9插座C1排第12脚，分别从PC1770母板输入控制信号。测量R30、R31、R102、R4、R8、R5的电阻值发现其符合标识阻值，C21、C7、C91、C8无开路和短路现象，二极管D2、D42有正反向特性，一般情况下这说明电阻、电容和二极管正常。测量三极管T14三脚之间电阻、IC3集成块8只脚和T4集成块8只脚对电源正负端口电阻，未发现异常。

图6 显示屏12 V供电电路图

（3）带电测量关键点电压值。待机和开机状况下，测量测试点P1、P2、P7、P3的电压值分别为5.01、4.99 V，12.55、12.45 V，0.02、5.01 V，4.99、0.02 V，此组数据说明供电电源的电压和输入控制信号正常。进一步测量IC3集成块第5脚（即测试点P4）电压，在待机和开机状况下为5.01、0.03 V，说明场效应三极管T14伏-安特性正常。测量IC3集成块第6脚（即测试点P5）电压，在待机和开机状况下，电压分别为6.54、6.41 V，电压基本无变化，说明IC3或T4（FDS8880）可能有问题。更换T4同型号场效应三极管，故障未排除，再次更换IC3，并用无水乙醇清洗焊接处线路板及电子元器件，故障排除，显示屏点亮。

表2列举了两组关键点的电压测量值，供医工同行维修时参考，测量数值会因交流输入电压、负载大小、万用表精度等因素而改变。此方法对排除该PC1778电路板中，如IC2、T3，IC4、T16，IC17、T18，IC18、T19四组电源故障也有借鉴作用。

表2 测试点P1～P8电压值（V）

4 讨论与小结

医疗设备电路板级维修越来越难，具体表现在生产企业不提供图纸、医疗设备更新换代快、各类程序代码在医疗设备中的应用、新电子元器件及新技术在电路中的应用等方面。厂家工程师一般会根据呼吸机故障代码查找维修手册，确定故障范围，更换电路板；而医工为了提高在医院的地位和维修技术水平，可在无电路原理图的情况下主动深入对故障电路板元器件进行维修[14]。传统中医“望闻问切”诊断疾病基本方法，对医疗设备维修也有借鉴意义：① 望：对待修的电路板进行目测，查找元器件如电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路等是否存在开短路、虚焊、漏焊，电路印制板连接线是否存在断裂、粘连短路、烧焦等；② 闻：听设备故障时发出的声音和闻设备故障时元器件留下的气味，可有效判断损坏的电子元器件；③ 问：询问设备操作者设备发生故障当时、前后的情况；④ 切：根据故障现象分析原因，确定排除问题的方法和途径。利用一些维修工具，如示波器、信号发生器、电路在线维修测试仪、常用元器件特性测试仪等；利用一些维修技巧，如路板电源与地之间的阻值不能过小、先易后难、在线测量和离线测量相结合、元器件代换法等；利用互联网查找元器件手册和使用说明及部分组成电路图，依据电子元器件的伏-安特性和外围电路组成，推理原设计示意图[15]。

有呼吸机质控检测设备的医工部门，呼吸机检修完毕应进行一次全面质控并留有记录，采用医院自主检测与政府机构法定检测相结合的方式[16]，转变临床工程师维修理念，从单一维修变为“修控”结合并指导临床使用[17]，确保呼吸机自身性能质量、医疗设备安全使用和医疗活动正常开展，最大限度地发挥设备的医疗价值和经济价值[18]，减少因呼吸机的使用造成的临床医护人员与患者之间的纠纷。

如今，临床工程师的职责从设备维修向设备维护保养迁移，设备的一、二级维保显得更加重要[19]。呼吸机在使用过程中，经常会发生这样的现象：检修正常的呼吸机应用于临床抢救患者时，工作时间长短不一，有时几天，有时几小时，呼吸机还会出现不同类型的报警，等工程师到现场开机自检时，呼吸机的各项参数又恢复正常，而再次用于患者时故障又会出现。在日常维修过程中就排除过：由于散热风扇气道内部积灰严重，通风气道受阻，空气流通量减少导致的呼吸机不能长期工作的情况。对散热风扇及腔体的清洁可改善电子元器件的散热效果，能最大限度地保证其工作的稳定性，不能确定导致此故障的主要原因就是散热不良，但电子元器件良好的散热环境可减少设备的故障率，这一观点是广为医工接受的。

为了保证Servo-i呼吸机开机完好率，使用科室在使用呼吸机前后的维保必须落实到位，做好一级维护保养并按照规范要求执行。下面分享4个该型号呼吸机的维保方法和技巧：① Servo-i呼吸机的主机、显示屏、空气压缩泵连接管道和湿化器等外表面，应用清洁的软湿布擦或蘸75%酒精的软布轻擦，不要留有液迹，清洗空气过滤网并晾干。② 呼气盒用清水冲洗后，需再用75%酒精灌满，浸泡半小时后倒出晾干酒精，清洗时应保护好电子元件不被浸湿，以免损坏呼气盒。③ 该设备做雾化时，在靠近呼气盒的进气端安装细菌滤器可保护呼气盒不被药液侵蚀，同时也减少雾化药物和水的混合气体经呼气盒硅胶管流入呼气压力传感器板，引起PC1781电路板电子元器件的腐蚀损坏。④ 治疗患者时，呼气盒出气外端口加一节5～10 cm硅胶管，可有效防止呼气阀排出残气在管口结露而腐蚀外壳。

为降低呼吸机在使用时出现故障的频率，保证呼吸机达到100%使用完好率，临床医学工程师要确保教会医护人员正确使用呼吸机的技能和维护保养方法，改变工程师的惯性思维，变被动维修为主动性预防维护[20]。同时，要理解呼吸机的组成结构和工作原理，掌握各组件在整机中的作用。认真学习临床医学知识，便于与临床医护人员沟通。工程师应提高维修水平，根据故障现象，快速判断，查找原因，并加强和厂家工程师协同解决问题的能力[21]。