芬蘭PLANMED乳腺機(jī)特殊故障分析

李松強(qiáng) 張 曄

芬蘭PLANMED乳腺機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)良，是一種非常實(shí)用的乳腺體檢設(shè)備。我院自1996年引進(jìn)該設(shè)備以來，至今仍然應(yīng)用于一線科室的臨床之中。但由于該機(jī)生產(chǎn)年代已久，很多維修保障條件不足，常需要自省解決和處理一些設(shè)備的故障問題，而許多故障是必須深入了解機(jī)器的原理和構(gòu)造并分析其電腦線路的具體組成才能進(jìn)行維修。

1 常見故障現(xiàn)象及分析

1.1 故障查詢

開機(jī)報(bào)錯(cuò)Err20，隨后按動(dòng)CTL鍵可以清除。但操作其他鍵所對應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)遲鈍，有些動(dòng)作還不執(zhí)行，關(guān)機(jī)后再開機(jī)報(bào)錯(cuò)Err20。通過對PLANMED手冊的查詢顯示，Err20為鏡電機(jī)(Mirror Motor)運(yùn)行時(shí)間超出，但按照手冊所提示的解決方法進(jìn)行逐一嘗試性維修，均未能解決。

1.2 故障分析

PLANMED乳腺機(jī)有近10種不同的電機(jī)，首先應(yīng)確定鏡電機(jī)的位置及作用原理。經(jīng)過按圖索驥的方法，確定鏡電機(jī)的位置在PLANMED乳腺機(jī)的機(jī)頭內(nèi)，是組合Collimator的組成部分，所起的作用是控制Collimator內(nèi)反光板的反光角度[1]。

經(jīng)過反復(fù)開機(jī)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該電機(jī)不運(yùn)動(dòng)，人工調(diào)節(jié)反光板螺桿，并未發(fā)現(xiàn)有很大的阻尼障礙，檢查步進(jìn)電機(jī)，也未發(fā)現(xiàn)明顯的損壞特征，初步分析為控制電路故障[2]。

1.3 電路分析

經(jīng)查，該電機(jī)控制電路集成在TUBE Processor板中，該板是PLANMED乳腺機(jī)中一塊主管X線球管參數(shù)的微處理器控制板[3]。常規(guī)處理方式應(yīng)更換該板，但由于價(jià)格昂貴及供貨周期長等因素嘗試自行維修，通過目測觀察發(fā)現(xiàn)在TUBE Processor板上找到了一款步進(jìn)電機(jī)控制芯片UDN2916LB。

2 步進(jìn)電機(jī)控制芯片UDN2916LB原理

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款兩相步進(jìn)電機(jī)雙極驅(qū)動(dòng)集成電路，能夠驅(qū)動(dòng)雙繞組雙極步進(jìn)電機(jī)，特別適用于目前國內(nèi)稅控市場雙步進(jìn)微型打印機(jī)電機(jī)的控制[4]。

UDN2916LB適用的電機(jī)電壓范圍為10～45 V，邏輯電壓不能超過7 V；通過內(nèi)部脈寬調(diào)制控制器(PWM)可實(shí)現(xiàn)最大750 mA的輸出電流；內(nèi)置1/3和2/3分割器；邏輯輸入實(shí)現(xiàn)1相/2相/W1-2phase激勵(lì)模式；內(nèi)置過熱和交叉電流保護(hù)功能；集成鉗位二極管；內(nèi)置防止低壓誤操作等保護(hù)功能。UDN2916LB內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，芯片由2組電路構(gòu)成，每組電路由PWM控制器、電橋及輔助電路組成。

圖1 UDN2916LB內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2.1 PWM電流控制電路

每個(gè)PWM控制器由一組電橋、一個(gè)外部檢測電阻(RS)、一個(gè)內(nèi)部比較器和一個(gè)多諧振蕩器組成，獨(dú)立檢測和控制輸出電流[5](如圖2所示)。

圖2 PWM電流控制電路

當(dāng)電橋?qū)〞r(shí)，電機(jī)線圈中電流開始增大，電流通過外部檢測電阻產(chǎn)生的檢測電壓相應(yīng)增大。當(dāng)檢測電壓達(dá)到比較器輸入端設(shè)定電壓值時(shí)，線圈中電流ITRIP=VREF/10 RS，這時(shí)比較器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)關(guān)閉電橋的源驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部邏輯和轉(zhuǎn)換開關(guān)的延遲(td)典型值為2 μs，這種延遲會導(dǎo)致實(shí)際負(fù)載電流峰值稍高于理論值。當(dāng)電橋關(guān)閉后，電機(jī)電流開始衰減，通過地鉗位二極管和接收晶體管回流。源驅(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)間toff由單穩(wěn)態(tài)的外部RC決定，toff=RTCT，一般RT取值范圍在20～100 kΩ，CT取值范圍在100～1000 pf。PWM輸出電流波形如圖3所示，負(fù)載電流路徑如圖4所示。

圖3 PWM輸出電流波形

圖4 負(fù)載電流路徑

芯片5腳和9腳外接電阻RT和電容CT，RT和CT組成的RC電路產(chǎn)生固定頻率信號，作為其內(nèi)部單穩(wěn)多諧振蕩器的振蕩源，該振蕩器與比較器共同作用將采樣的電流大小反應(yīng)到源輸出端。當(dāng)電流值達(dá)到理論設(shè)定值時(shí)，源輸出端變?yōu)闊o效，當(dāng)電流值小于理論設(shè)定值時(shí)，源輸出端變?yōu)橛行?。其中RC參數(shù)選擇較為重要，設(shè)計(jì)時(shí)往往會忽略其參數(shù)要求。如使用不當(dāng)則會引起芯片燒壞，或發(fā)出噪聲等異?，F(xiàn)象。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中對RT和CT參數(shù)取值容易忽略，RT取值精度應(yīng)≥1%，CT應(yīng)選用NPO類型和精度≥5%的電容，這樣可以有效固定toff時(shí)間，達(dá)到電流的最佳控制。而采樣電阻取值大小決定了步進(jìn)電機(jī)線圈電流的大小，電阻大則線圈電流太小，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)無力；電阻小則線圈電流太大，會燒壞步進(jìn)電機(jī)線圈。UDN2916LB最大輸出電流Ioutput=0.75 A。

假設(shè)采樣電阻Rs使用1.0 Ω高精度電阻，參考電壓取最大為5 V時(shí)，要求最大輸出電流IOUTPUT=VREF/(10×RS)=5/(10×1)=0.5 A。電阻功率P=I2R=0.5×0.5×1=0.25 W＜0.5 W。因此，采樣電阻Rs功率使用0.5 W足矣。

2.2 輸出電流的邏輯控制

輸入邏輯信號l0和I1用于選擇電機(jī)線圈電流，可設(shè)定為最大電流的100%、67%、33%或0%。0%的輸出電流值說明電橋關(guān)閉了所有驅(qū)動(dòng)，并且也作為一個(gè)輸出特性(見表1)。

表1 電流控制真值表

2.3 電機(jī)控制芯片UDN2916LB

UDN2916LB具有接口簡單、使用方便、便于精密輸出控制等特點(diǎn)，同時(shí)又具備防止過溫、誤操作等特點(diǎn)。按照電路圖使用萬用表測量UDN2916LB的Pin20和Pin23，對Pin18和Pin24測量的電阻發(fā)現(xiàn)，這些腳對地為短路狀態(tài)，對電源為斷路狀態(tài)。分析判定為該芯片擊穿損壞，更換該芯片后故障狀態(tài)消除，恢復(fù)正常工作。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

PLANMED乳腺機(jī)Collimator系統(tǒng)由微處理控制的步進(jìn)電機(jī)以及位置傳感器所組成，由于無位置記憶傳感器，因此開機(jī)需要運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)到達(dá)位置傳感器，以便初始化Collimator遮擋其中包括鏡電機(jī)的位置。由于程序初始運(yùn)行到此步驟時(shí)鏡電機(jī)未運(yùn)動(dòng)，便產(chǎn)生了Err20故障，因是一次性檢測，故可按動(dòng)CTL鍵清除故障。但有可能是由于無Collimator的初始化結(jié)果而導(dǎo)致以后的工作程序失常，這是經(jīng)過認(rèn)真分析后對故障現(xiàn)象唯一能得出的解釋，供同行借鑒參考。

[1]王瑞玉,張連強(qiáng),王丹.醫(yī)用數(shù)字乳腺X射線機(jī)原理構(gòu)造和維修[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2007.

[2]祁增凌,鐘姍姍,蘇韶生.GE Senographe 2000D數(shù)字化乳腺機(jī)的維修[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2011,8(7):82.

[3]石樹強(qiáng),劉文奇.PLANMED乳腺X線機(jī)PFC電路的特點(diǎn)及故障解決[J].醫(yī)用放射技術(shù)雜志,2007(8):70-71.

[4]陳磊.步進(jìn)電機(jī)控制芯片UDN2916LB及其應(yīng)用[J].世界電子元器件雜志,2006(5):45-46.

[5]賀小光,藍(lán)諷,陳敬艷.PWM可調(diào)直流穩(wěn)壓控制電源電路的設(shè)計(jì)研究[J].東北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,42(2):73-77.