科曼C50監(jiān)護儀電源板工作原理及故障維修

林慕丹

（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院設(shè)備科，廣東汕頭 515041）

0 引言

科曼C50監(jiān)護儀操作便捷，可實時監(jiān)測患者的心電、呼吸、血氧飽和度、有創(chuàng)/無創(chuàng)血壓、體溫、CO2等生理參數(shù)，并可存儲相應(yīng)的回顧數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于臨床診療工作中。醫(yī)療器械的大多數(shù)半導(dǎo)體元器件受溫度、濕度、純凈度和環(huán)境因素影響[1]。隨著時間推移，我院多臺科曼C50監(jiān)護儀陸續(xù)因電源板故障導(dǎo)致無法正常運行?，F(xiàn)對科曼C50監(jiān)護儀電源板的工作原理進行分析，并介紹幾例電源板故障案例，供同行參考。

1 電源板工作原理

科曼C50監(jiān)護儀的電源板由AC電源板和DC電源板組成。AC電源板將220 V交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為19 V直流電壓。DC電源板有2個功能（如圖1所示）：（1）8.4 V 蓄電池充放電功能；（2）啟動功能，將交流電轉(zhuǎn)換后的19 V或者蓄電池提供的8.4 V直流電壓進一步轉(zhuǎn)換為12和5 V直流電壓，供給整機工作。在實際應(yīng)用中，科曼C50監(jiān)護儀的電源板故障主要出現(xiàn)在DC電源板上，因此本文重點介紹DC電源板的工作原理。

圖1 科曼C50監(jiān)護儀DC電源板（2013年生產(chǎn)）

1.1 DC電源板啟動電路

DC電源板啟動電路的核心元件為電源管理芯片LM22670（穩(wěn)壓器）。LM22670是一個降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，4.5～42 V的輸入電壓可驅(qū)動3 A的負(fù)載，具有出色的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)性能[2]。在圖1的電路中，當(dāng)芯片的使能端EN上電時，芯片將19/8.4 V直流輸入電壓分別轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的12和5 V直流電壓輸出。5/12 V降壓穩(wěn)壓電路原理圖如圖2所示。DC電源板的啟動電路原理如下：

圖2 5/12 V降壓穩(wěn)壓電路原理圖

電源管理芯片U3/U5的使能端分別由場效應(yīng)管Q5/Q6控制。場效應(yīng)管的柵極信號來源于按鍵電路板的開關(guān)信號；漏極與5 V微功率穩(wěn)壓器U1（型號LP2950A CZ5.0）的輸出端相連接，該穩(wěn)壓器的輸入端為19/8.4V直流電壓；源極則與芯片使能端相連接。

當(dāng)開/關(guān)機鍵按下時，監(jiān)護儀按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平；該信號經(jīng)過DC電源板的數(shù)據(jù)接口J21（2腳）直接施加于場效應(yīng)管Q5/Q6的柵極，使得Q5/Q6導(dǎo)通；電源管理芯片U3/U5的使能端上電，芯片啟動，分別從SW端輸出穩(wěn)定的5和12 V直流電壓，驅(qū)動整機工作。反之，再次按下開/關(guān)機鍵時，監(jiān)護儀按鍵電路板輸出0 V低電平，場效應(yīng)管Q5/Q6截止，芯片U3/U5的使能端掉電，芯片停止工作。

1.2 DC電源板蓄電池充放電電路

蓄電池的連接狀態(tài)由“BAT TEST”金屬彈片來檢測。實現(xiàn)蓄電池充電功能的核心元件為4 A鋰電池充電器LTC4006。LTC4006采用極少的外部組件，可提供8.4 V的充電電壓，并具有±0.8%的電壓準(zhǔn)確度，采用單個檢測電阻器可將充電電流的準(zhǔn)確度設(shè)置為±4%（典型值）[3]。當(dāng)電池電壓降至每節(jié)3.9 V以下時，充電操作將自動開始[3]。蓄電池通過肖特基二極管D2為上述啟動電路提供輸入電壓，使得電源管理芯片在斷開交流電的情況下依然正常工作。

2 電源板故障案例分析

2.1 故障案例一

2.1.1 故障現(xiàn)象

接通交流電時，電源指示燈亮起，但按下開/關(guān)機鍵開機時，監(jiān)護儀無法啟動。

2.1.2 故障分析

（1）檢查開/關(guān)機按鍵無異常，當(dāng)開機鍵按下時，按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平，可判斷按鍵電路板的開機電路正常。

（2）接通交流電，檢查AC電源板，19 V直流電壓輸出正常，再檢查DC電源板，沒有5/12 V直流電壓輸出，初步判定為DC電源板故障。

（3）檢查DC電源板，外觀無異常。接通交流電檢測，電源管理芯片U3/U5的輸入端VIN（2腳）電壓為19 V，正常；按下按鍵開機時，使能端EN（7腳）沒有電壓。因此，判斷為電源管理芯片的使能端未上電而引起故障。

（4）檢測場效應(yīng)管Q5/Q6的漏極和柵極電壓，發(fā)現(xiàn)漏極無電壓，進一步檢查微功率穩(wěn)壓器U1，其輸出電壓（5 V）正常，可判斷該故障是由穩(wěn)壓器U1的輸出端與場效應(yīng)管的漏極連接開路引起的。

2.1.3 故障處理

重新引線連接R14/R32與微功率穩(wěn)壓器U1的輸出引腳，故障排除。

2.2 故障案例二

2.2.1 故障現(xiàn)象

與案例一現(xiàn)象相同，接通交流電時，電源指示燈亮起，但按下開/關(guān)機鍵開機時，監(jiān)護儀無法啟動。

2.2.2 故障分析

（1）與案例一的分析過程相似，檢測發(fā)現(xiàn)按鍵電路板上的雙路D觸發(fā)器U2輸出5 V高電平，但DC電源板沒有5/12 V直流電壓輸出。

（2）按下開機鍵后，檢測電源管理芯片U3/U5輸入端電壓為19 V，但使能端沒有上電。

（3）檢測場效應(yīng)管各引腳電壓，發(fā)現(xiàn)場效應(yīng)管Q5/Q6的柵極電壓為零。由于該電壓來源于按鍵電路板，因此判斷該故障是由場效應(yīng)管的柵極與按鍵電路板的連接異常引起的。進一步檢測發(fā)現(xiàn)，柵極電阻R35/R18與數(shù)據(jù)連接口J21的連接開路。

2.2.3 故障處理

重新引線連接R35/R18與數(shù)據(jù)連接口J21第2腳后，故障排除。

2.3 故障案例三

2.3.1 故障現(xiàn)象

接通交流電開機時，監(jiān)護儀屏幕顯示蓄電池符號；斷開交流電后開機，監(jiān)護儀無法啟動。

2.3.2 故障分析

（1）拆下蓄電池，測量其電壓值為8.4 V，說明蓄電池滿電。初步懷疑為蓄電池安裝不到位或者蓄電池充放電電路故障。

（2）重新安裝蓄電池，多次嘗試后故障依然存在。

（3）拆機檢查DC電源板的蓄電池充放電電路，發(fā)現(xiàn)電源板上蓄電池正負(fù)極的金屬彈片變形，造成無法接觸到蓄電池。

2.3.3 故障處理

重新調(diào)整金屬彈片的位置，使之與蓄電池良好接觸后，故障排除。

2.4 故障案例四

2.4.1 故障現(xiàn)象

接通交流電開機時，監(jiān)護儀屏幕顯示無蓄電池；斷開交流電后開機，監(jiān)護儀能正常啟動。

2.4.2 故障分析

（1）斷開交流電時，監(jiān)護儀能正常啟動，說明蓄電池放電電路正常，初步懷疑蓄電池檢測電路異常。

（2）檢查DC電源板，其上蓄電池的“BAT TEST”金屬彈片正常，與蓄電池接觸良好，進一步檢測蓄電池檢測電路，發(fā)現(xiàn)R7貼片電阻開路。

2.4.3 故障處理

更換與R7相同阻值的電阻后，斷開交流電，監(jiān)護儀能正常啟動，且電池符號顯示正常，故障排除。

3 小結(jié)

床邊多參數(shù)監(jiān)護儀作為臨床生命急救支持類設(shè)備，對于輔助臨床診療、保障患者健康具有重要作用。因此，降低醫(yī)療設(shè)備的故障率、提高故障維修效率、保障臨床使用是臨床工程師的重要職責(zé)。一方面，正確使用和定期保養(yǎng)對延長監(jiān)護儀的使用壽命、提高各項生理電參數(shù)的測試準(zhǔn)確性起到?jīng)Q定性的作用[4]；另一方面，提高臨床工程師的技能水平對于提高維修效率非常重要。隨著電路設(shè)計的集成化與模塊化，電路故障維修的難度也隨之增大，在沒有技術(shù)資料支持的情況下，臨床工程師通常采用化整為零、從易到難的檢修方法，而分析設(shè)備的整體框架、劃分模塊功能、結(jié)合硬件實物推斷電路原理能有效地提高維修效率。