醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修技術(shù)研究

隨著醫(yī)學(xué)電子技術(shù)的高度發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備的種類也越來越多，醫(yī)療設(shè)備與現(xiàn)代醫(yī)療診斷、治療關(guān)系日益密切，任何醫(yī)療設(shè)備都離不開安全穩(wěn)定的電源，且大部分為開關(guān)電源。在日常診斷與治療過程中往往會遇到設(shè)備因電源故障而無法使用，此時就需要醫(yī)療服務(wù)機構(gòu)的臨床醫(yī)學(xué)工程師結(jié)合自身經(jīng)驗和專業(yè)知識為臨床部門提供迅速、高效的服務(wù)。由于醫(yī)療設(shè)備的特殊性，設(shè)備電源互換性差，有的甚至缺少技術(shù)圖紙，這給維修工作帶來極大的不便。

　　醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源一般可以分為AC/DC 和DC/DC 兩大類，一次電源AC/DC 變換器輸入為50/60Hz、220V 交流電，必須經(jīng)整流、濾波，體積較大的濾波電解電容是不可少的，且交流輸入必須加上EMC 濾波及使用安全標(biāo)準(zhǔn)的器件。二次電源DC/DC 變換器用以進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有啟動、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路檢測輸出電壓變化，并與基準(zhǔn)電壓比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制（PWM）電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的?；窘Y(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 醫(yī)療設(shè)備開關(guān)基本結(jié)構(gòu)

　　開關(guān)電源損壞從損壞元件上大致可分為：① 感性、容性和阻性器件損壞；② 功率半導(dǎo)體器件損壞；③ PWM IC損壞；④ 光電耦合器損壞；⑤ 其他，如晶振、風(fēng)扇等電源器件損壞。

　　按電源工作流程上可分為：① 交流輸入故障；② DC/DC 變換器故障；③ 驅(qū)動電路故障；④ PWM 電路故障；⑤取樣電路故障。開關(guān)電源故障種類繁多，在此不能一一詳列，下面結(jié)合實際維修實例對以上2 種分類中典型維修技術(shù)進(jìn)行探討。

　　1 輸入電路故障

　　醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的輸入電路一般包括開關(guān)、熔斷絲、交流抗干擾電路和軟啟動電路等。開關(guān)、熔斷絲和交流抗干擾電路故障很容易發(fā)現(xiàn)，其中開關(guān)損壞可以直接更換，但熔斷絲損壞最好檢查一下負(fù)載是否嚴(yán)重短路，并換上同樣安培數(shù)的熔斷絲通電時監(jiān)測總輸入電流。交流抗干擾電路故障一般因電容器使用時間長而失效較常見。軟啟動電路是開關(guān)電源保護(hù)電路之一，開關(guān)電源的輸入電路大都采用整流加電容器濾波電路設(shè)計，在輸入電路合閘瞬間。由于電容器上的起始電壓為0，會形成很大的瞬間沖擊電流。

　　為此，醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源一般都在輸入電路中設(shè)置防沖擊電流的軟啟動電路。

　　常見的軟啟動電路有熱敏電阻防沖擊電流電路、SCR-R 電路、繼電器與電阻構(gòu)成的電路、采用定時觸發(fā)器與限流電阻的電路，以及過零觸發(fā)的光耦可控硅與雙向可控硅構(gòu)成的電路等。下面以熱敏電阻防沖擊電流、電路為例簡單說明其工作原理：熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。PTC 常態(tài)阻值較低。當(dāng)有過大的異常電流流過時，因PTC 自身發(fā)熱使其電阻值迅速增加，變大電阻，起限流的作用；NTC 熱敏電阻在電源接入瞬間，阻值較大，達(dá)到限制沖擊電流的作用。

　　當(dāng)電路處于正常工作狀態(tài)時，電阻發(fā)熱而使其阻值變小。

　　NTC 熱敏電阻防沖擊電流電路由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復(fù)原始阻值需要時間，當(dāng)電源斷電后又快速接通時起不到限流作用。

　　輸液泵及部分小功率醫(yī)療設(shè)備電源中很多便采用PTC熱敏電阻限流或NTC 熱敏電阻防沖擊電流電路設(shè)計。其中，PTC 熱敏電阻在遭遇雷電或強電流的時候容易損壞，始終呈低阻態(tài)而通電便燒熔斷絲。而NTC 熱敏電阻往往出現(xiàn)開路故障，導(dǎo)致一次電源DC 無AC 接入。

　　2 光電耦合器故障

　　光耦合器（Optical Coupler）亦稱光電耦合器，簡稱光耦。是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把紅外線發(fā)光二極管與光敏半導(dǎo)體封裝在同一管殼內(nèi)，當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光二極管發(fā)出光線，光敏半導(dǎo)體接受光線就產(chǎn)生電信號，從輸出端流出，從而實現(xiàn)“電- 光- 電”轉(zhuǎn)換。它廣泛應(yīng)用于信號隔離、開關(guān)電路、脈沖放大、固態(tài)繼電器（SSR）等電路中。另外，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓的目的。

　　光耦能實現(xiàn)電氣隔離，還有抗干擾能力強、使用壽命長、傳輸效率高等優(yōu)點[3]。但遇到光耦合器性能下降導(dǎo)致電路故障在醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源中還是比較多的。

　　例1 ：Philips BV25 X 線機的電源不少臨床醫(yī)學(xué)工程人員都接觸過。其中，因光電耦合器性能不良導(dǎo)致無法開機幾乎成為該電源的通病。BV25 主電源采用了無觸點軟啟動電路設(shè)計。當(dāng)220V 接入時，一路變壓器提供一組28V 和多組7V 電源，28V 經(jīng)整流穩(wěn)壓后得到+15V 電壓向電源控制板提供電源，7V 供給各組光耦合器。電源板上H1 若為綠燈，則大致可判斷28V 和7V 輸出正常。可控硅V1-V3及光耦（4N25）B1-B6 性能不良均會導(dǎo)致開機失敗，判斷V3 是否損壞需拆下測量，否則容易誤判。

　　例2 ： OHMEDA 2000 嬰兒溫箱， 溫度到設(shè)定值后繼續(xù)上升，報“E013”。查維修手冊提示為“Header notswitching off”。排除thermal switch 故障后，最大可能是SSR內(nèi)光耦合器的性能不良所致，更換該器件后溫箱工作正常。