新生兒重癥監(jiān)護(hù)室常用醫(yī)療設(shè)備電源典型故障三例

吳磊軍

青島市婦女兒童醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，山東 青島 266034

引言

新生兒重癥監(jiān)護(hù)室是醫(yī)院中最重要的科室之一，承擔(dān)著救治危重癥患兒的重要任務(wù)。其科內(nèi)醫(yī)療設(shè)備種類多、保有量大、使用頻率高，且同類型的設(shè)備型號(hào)基本一致。因此，重癥監(jiān)護(hù)室設(shè)備故障率高，且故障重復(fù)比較常見。能否有效保障設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)提高科室工作效率甚至對(duì)保障醫(yī)院醫(yī)療質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生重要影響[1-2]。

多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀是一種可對(duì)患者各項(xiàng)生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)并具備報(bào)警功能的診療設(shè)備，醫(yī)生可根據(jù)其檢測(cè)的臨床指標(biāo)制定治療方案[3-5]，是進(jìn)行新生兒診療的重要設(shè)備。遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)是一種利用微電腦溫控系統(tǒng)為新生兒及早產(chǎn)兒提供護(hù)理保暖的設(shè)備，可為患兒提供持續(xù)穩(wěn)定的溫度，主要用于搶救危重患兒與快速復(fù)溫。遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)結(jié)構(gòu)包括控制面板、皮膚溫度傳感器、有機(jī)玻璃擋板、輸液架、托盤、床墊、照明燈、藍(lán)光燈、紅外輻射管電熱管等[6]。由于其開放的設(shè)備環(huán)境更便于醫(yī)護(hù)人員的護(hù)理治療工作，而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院新生兒重癥監(jiān)護(hù)室內(nèi)，是臨床較為常用的新生兒保暖設(shè)備。微量注射泵是一種精準(zhǔn)、微量、勻速注射的設(shè)備，具備操作簡(jiǎn)單、定時(shí)、定量的特點(diǎn)，同時(shí)以其可靠的精度提高治療效率[7-8]。以上3種醫(yī)療設(shè)備均是新生兒重癥監(jiān)護(hù)室基本配置設(shè)備。日常除電池、導(dǎo)聯(lián)、傳感器等附件損耗，機(jī)器自身電源輸出異常是這些設(shè)備最常見的故障。

監(jiān)護(hù)儀、遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)和微量注射泵3種設(shè)備電源供電方式可分為兩種：一種是利用變壓器與線性穩(wěn)壓芯片組成的線性電源；另一種是以電源管理芯片為核心的開關(guān)電源。與傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源相比，同輸出下開關(guān)電源具備體積小、功耗小、效率高及更穩(wěn)定的特點(diǎn)，在醫(yī)療設(shè)備中應(yīng)用更為廣泛[9-11]。一般情況下，電源故障常用的處理方式是直接更換電源板或返廠維修。而電源板的價(jià)格較高，且無論是電源板備貨還是返廠維修，都需依賴醫(yī)院的采購流程[12]，而醫(yī)院采購周期較長(zhǎng)，因此提高相關(guān)設(shè)備維修效率具有重要意義。深入了解設(shè)備電源的工作原理及典型故障，可高效地解決故障問題。由此，本文重點(diǎn)聚焦我院維修時(shí)發(fā)現(xiàn)的振蕩電路及穩(wěn)壓芯片故障，以作典型分析，為新生兒重癥監(jiān)護(hù)室常用醫(yī)療設(shè)備維修提供一定的理論依據(jù)。

1 故障案例

1.1 BSM-2301C光電監(jiān)護(hù)儀電源故障分析

1.1.1 基本原理

電源板結(jié)構(gòu)是典型的開關(guān)電源設(shè)計(jì),其原理框圖如圖1所示，以變壓器為界，可簡(jiǎn)化分為3個(gè)部分，即初級(jí)側(cè)高壓部分、PWM電源管理芯片及周邊電路組成的控制部分、次級(jí)側(cè)的整流濾波輸出部分。市電220 VAC經(jīng)過濾波整流后在主電容處有310 V左右電壓，電源管理芯片通過啟動(dòng)電路獲取工作電壓后開始工作。電源管理芯片通過控制開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)控開關(guān)變壓器的導(dǎo)通時(shí)間，以此控制次級(jí)側(cè)的輸出電壓。次級(jí)繞組的電壓經(jīng)整流濾波后，輸出穩(wěn)定的直流電壓，供給負(fù)載使用。同時(shí)，電源芯片通過取樣電阻與光耦等元件，對(duì)電路的輸入與輸出進(jìn)行取樣與監(jiān)測(cè)，維持整體電路的穩(wěn)定輸出。電源板的輸出不受設(shè)備控制面板開機(jī)鍵的控制，通電即可正常輸出。

圖1 開關(guān)電源原理框圖

1.1.2 故障現(xiàn)象

監(jiān)護(hù)儀通電后電源指示燈不亮，按下開機(jī)鍵機(jī)器無法正常開機(jī)。

1.1.3 故障分析與排除

按照通常的維修思路，電源指示燈不亮，首先檢查輸入是否正常，排除電源線損壞導(dǎo)致設(shè)備無輸入的情況。確定電源板損壞后不可盲目通電，先觀察整個(gè)電路板是否存在打火、松動(dòng)及虛焊現(xiàn)象，有則需提前處理；再觀察初級(jí)側(cè)保險(xiǎn)絲是否完好，若保險(xiǎn)絲已熔斷，則測(cè)量開關(guān)管及主濾波電容是否短路。初級(jí)側(cè)檢查完畢，需再確認(rèn)次級(jí)側(cè)輸出是否有明顯短路的情況[13-14]。

拆出電源板如圖2所示。SK-8085為電源管理芯片，C6為芯片供電濾波電容，C3為振蕩電容，R2B、R2C為部分啟動(dòng)電阻。初步觀察板上無明顯損壞元件，無打火短路及虛焊現(xiàn)象，保險(xiǎn)絲完好，可判斷整流橋與開關(guān)管基本完好，利用萬用表測(cè)量無明顯問題，可判斷初級(jí)側(cè)正常。測(cè)量初級(jí)輸入與次級(jí)輸出，無短路現(xiàn)象。下一步，通電測(cè)試電源板查找故障點(diǎn)。通電后，電源板狀態(tài)正常，測(cè)量輸出，無電壓。進(jìn)而檢查初級(jí)側(cè)高壓部分是否正常，用萬用表測(cè)量電源板主濾波電容（即圖2中左側(cè)棕色大電容）兩端電壓，有310 V左右直流電壓；測(cè)量開關(guān)管漏極（D極），也有310 V左右電壓；同時(shí)，測(cè)量開關(guān)管源極（S極）與柵極（G極）均無電壓，故此可初步判斷故障可能在第二部分，即以PWM芯片為核心的控制電路。

圖2 BSM-2301C光電監(jiān)護(hù)儀電源板實(shí)物圖

電源板的電源管理芯片型號(hào)為SK-8085，其應(yīng)用典型電路如圖3所示。先檢測(cè)電源芯片的供電腳電壓是否正常，芯片第7腳為供電腳，VCC電壓為6 V，其正常電壓應(yīng)為12 V左右，此時(shí)電源芯片明顯無法正常工作。除芯片自身外，影響第7腳電壓還有啟動(dòng)電阻R1和供電濾波電容CVcc。圖3中的啟動(dòng)電阻R1對(duì)應(yīng)圖2中的電阻R2、R2A、R2B及R2C（R2、R2A位于變壓器下），CVcc對(duì)應(yīng)C6。測(cè)量電阻R2、R2A、R2B及R2C阻值正常，測(cè)量C6容量不正常，更換同規(guī)格35 V 100 μF后上電測(cè)試，第7腳電壓開始跳變，可升至12 V左右，但不能保持穩(wěn)定。

圖3 SK-8085典型應(yīng)用圖

以上故障可能有以下3個(gè)原因：① 變壓器副繞組供電回路（即圖3中R3、D3）故障；② 芯片周邊元件故障；③ 芯片自身故障。首先，測(cè)得變壓器副繞組、R3、D3正常，排除原因一。再測(cè)量光耦PC123，測(cè)試無明顯問題。測(cè)量振蕩電容（即圖2中C3），發(fā)現(xiàn)電容容量異常。遂更換電容C3，通電測(cè)量，第7腳電壓11.7 V，保持不變，次級(jí)輸出正常，安裝上機(jī)測(cè)試，機(jī)器可正常使用，完成修復(fù)。

1.1.4 小結(jié)

光電監(jiān)護(hù)儀電源故障主要原因是設(shè)備使用年限較長(zhǎng)，電源芯片周邊電容失容導(dǎo)致電源無輸出引起。多臺(tái)監(jiān)護(hù)儀出現(xiàn)了與此相同的問題，單個(gè)電容失容或兩個(gè)都出現(xiàn)故障，初步統(tǒng)計(jì)此類情況在監(jiān)護(hù)儀使用時(shí)間達(dá)8年及以上的電源故障中較為常見，具備一定的典型參考價(jià)值。

1.2 戴維HKN-93B遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)電源故障分析

1.2.1 工作原理

電源的工作原理同樣如圖1所示，與監(jiān)護(hù)儀電源板相同，具體控制電路因PWM電源控制芯片的不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在差異。此開關(guān)電源芯片跳過啟動(dòng)電路，通過主電容獲取高壓。

1.2.2 故障現(xiàn)象

按下控制面板藍(lán)光燈開關(guān)，遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)藍(lán)光燈板不亮，偶爾會(huì)有低亮度的閃爍現(xiàn)象，同時(shí)照明燈出現(xiàn)相同情況，其他功能正常。

1.2.3 故障分析與排除

此型號(hào)遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)電源同時(shí)輸出1組11.5 V、2組14 V電壓共計(jì)2組電壓，分別供給照明系統(tǒng)與藍(lán)光系統(tǒng)。由于藍(lán)光燈及照明燈狀態(tài)都不正常，可初步判斷設(shè)備電源存在故障。拆出電源，電源板如下圖4所示。

圖4 戴維HKN-93B遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)電源板正（a）、反（b）面圖

目測(cè)電路板上電容1與電容2 （圖4中所示電容已更換）鼓包，未見其他打火及引腳松動(dòng)現(xiàn)象。因藍(lán)光燈會(huì)閃爍可推斷電源板無短路問題，再次測(cè)量次級(jí)3組輸出確認(rèn)無短路情況后，在11.5 V輸出端接入12 V燈泡，通電測(cè)試可觀察到燈泡有閃爍現(xiàn)象，用萬用表測(cè)量該輸出端口電壓，數(shù)值在8～15 V范圍內(nèi)循環(huán)波動(dòng)。由此初步判斷次級(jí)整流輸出及控制部分應(yīng)無故障，開關(guān)電源芯片NCP1271及外周電路故障的概率較大。此芯片典型應(yīng)用電路如圖5所示。

圖5 NCP1271電源管理芯片典型應(yīng)用電路圖

由圖5可知，此芯片直接從電路初級(jí)主濾波電容處獲取啟動(dòng)電壓，電路振蕩正常后，變壓器副繞組輸入一路電壓至VCC腳，輸出腳（即圖5中Drv）直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。測(cè)量芯片HV腳DC 310 V正常，VCC腳有與輸出類似的電壓振蕩。由此可推斷芯片工作正常，某種故障導(dǎo)致芯片保護(hù)，停止輸出，故接下來檢測(cè)芯片的采樣與反饋電路。

該芯片由CS腳對(duì)開關(guān)管輸出進(jìn)行取樣，取樣電阻（即圖5中Rramp）及下端電阻（圖4反面中兩個(gè)已圈出的電阻，標(biāo)識(shí)為1004及1001），利用萬用表在線測(cè)量，1001阻值正常，1004阻值異常偏大，拆下測(cè)量正常，故可排除芯片取樣異常。此時(shí)僅剩余一種情況，電路的反饋部分，即光耦電路部分有問題。由圖4及跑線分析可知，線路的反饋是由光耦、標(biāo)識(shí)為U3的芯片與周邊元件（R9、R13、R16、R17等）及3個(gè)滑動(dòng)變阻器RS構(gòu)成。通常在直流采樣電路中，光耦的損壞概率比電阻高[15]，故優(yōu)先測(cè)試光耦狀態(tài)，測(cè)試后顯示光耦正常。由于無法識(shí)別U3芯片的具體型號(hào)，故優(yōu)先測(cè)量相關(guān)的電阻阻值。經(jīng)在線測(cè)量可知圖4中紅標(biāo)的標(biāo)識(shí)為102的滑動(dòng)變阻器2個(gè)引腳間的阻值為300 MΩ左右，明顯不符合其所標(biāo)注的取值范圍，拆下測(cè)量，此2個(gè)引腳間阻值為無窮大，確認(rèn)損壞。更換同規(guī)格元件后，通電測(cè)試，輸出電壓穩(wěn)定不變。調(diào)整輸出電壓至標(biāo)稱值，上機(jī)測(cè)試，功能正常，完成修復(fù)。

1.2.4 小結(jié)

遠(yuǎn)紅外輻射保溫臺(tái)電源故障為輸出端調(diào)壓電阻損壞（斷路），以致芯片取樣異常，造成的輸出異常。在實(shí)際的維修過程中多次發(fā)現(xiàn)，可歸結(jié)為此型號(hào)電源電路板的常見問題，了解此信息，可快速處理這類故障，盡快恢復(fù)設(shè)備使用。

1.3 史密斯WZS-50F6微量注射泵電源故障分析

1.3.1 工作原理

此類電源工作原理略有不同，它采用線性電源進(jìn)行供電，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，如圖6所示。市電220 V電壓通過變壓器和整流濾波電路，轉(zhuǎn)換為直流電壓，再經(jīng)線性穩(wěn)壓芯片，得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，供后級(jí)電路使用[16]。史密斯WZS-50F6微量注射泵的電源，是市電經(jīng)變壓器、整流橋及濾波電容，獲取一個(gè)22 V左右的直流電壓，再通過多種線性穩(wěn)壓芯片的組合，取得各個(gè)模塊所需要的工作電壓。

圖6 線性直流電源框圖

1.3.2 故障現(xiàn)象

微量泵通電狀態(tài)下，機(jī)器上交流電源指示燈亮，但按開機(jī)鍵設(shè)備無法開機(jī)。

1.3.3 故障分析與排除

指示燈正常顯示交流輸入信號(hào)，表明整個(gè)系統(tǒng)有正常的電源輸入，且可被檢測(cè)，故由此可排除主電源的輸入問題。電路整體結(jié)構(gòu)可分為8個(gè)部分，分別為檢測(cè)信號(hào)電路模塊、輸入及顯示電路模塊、電源及充電電路模塊、報(bào)警電路模塊、串口通信電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、開關(guān)機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制電路模塊及系統(tǒng)主控電路模塊[17]。故障表現(xiàn)為無法開機(jī)，產(chǎn)生的原因可能是開機(jī)控制部分故障致使無法產(chǎn)生開機(jī)信號(hào)，或是模塊供電異常，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。所以故障檢測(cè)可從開關(guān)機(jī)電路模塊開始[18]。開機(jī)電路工作流程圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖7～8所示。

圖7 史密斯WZS-50F6微量注射泵開機(jī)模塊工作流程圖

圖8 史密斯WZS-50F6微量注射泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

圖8中芯片1、芯片2為三端穩(wěn)壓芯片，芯片3為開機(jī)控制芯片PIC16C712-I/P。測(cè)量開機(jī)鍵功能正常，以開機(jī)芯片為核心，機(jī)器不能開機(jī)的原因可大致分為以下3個(gè)方面：① 芯片供電異常；② 芯片自身異常；③ 芯片外圍電路異常。先測(cè)量圖8中芯片3供電情況，若電路供電正常，再判斷芯片自身故障和周圍電路電子元件的情況。測(cè)量開機(jī)芯片供電腳，無電壓；再測(cè)量上級(jí)供電芯片L7805（圖8中芯片2），該三端穩(wěn)壓芯片既無5 V輸出也無電壓輸入。由此直接測(cè)量上級(jí)芯片L7818（圖8中芯片1），該芯片輸入22 V正常，而無輸出。更換新的L7818芯片上電測(cè)試，18 V輸出正常，同時(shí)芯片L7805也可正常輸出電壓，按開機(jī)鍵可正常開機(jī)，經(jīng)多次測(cè)試均正常，故障消除。

1.3.4 小結(jié)

微量注射泵電源故障可總結(jié)為三端穩(wěn)壓芯片損壞無輸出，導(dǎo)致電路模塊無電源輸入，造成功能缺失，機(jī)器無法正常使用。此類故障在以微量泵為代表的線性電源供電設(shè)備中較為常見，具有典型意義。在臨床維修工作中，可優(yōu)先關(guān)注此類芯片的工作狀態(tài)，可有效提高修復(fù)效率。

2 總結(jié)

電源無輸出或輸出異常是此類設(shè)備無法正常工作的主要原因之一，通常的維修思路是先觀察，從高壓側(cè)、PWM芯片到次級(jí)側(cè)的順序檢測(cè)故障，提前重點(diǎn)檢測(cè)啟動(dòng)電路或高壓是否正常等[19-21]。而針對(duì)本文中的設(shè)備電源，其電源設(shè)計(jì)格局未發(fā)生較大變化，損壞元件的位置和型號(hào)亦未發(fā)生較大變動(dòng)。因此維修此類故障時(shí)，可先重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)位置的特定電容或電阻是否正常，即可快速解決此類典型問題。由對(duì)整個(gè)電路板的檢修縮減至具備特定功能的電子元器件的檢修，可使維修工作更加的簡(jiǎn)潔、高效和安全，為臨床診療工作的順利開展提供堅(jiān)實(shí)的保障。