飛利浦飛凡超聲診斷儀電源系統(tǒng)的工作原理與維修實例

應(yīng)志創(chuàng)

(浙江省浦江縣中醫(yī)院，浙江浦江322200)

飛利浦飛凡超聲診斷儀電源系統(tǒng)的工作原理與維修實例

應(yīng)志創(chuàng)

(浙江省浦江縣中醫(yī)院，浙江浦江322200)

本文對飛利浦公司生產(chǎn)的飛凡超聲診斷儀的電源系統(tǒng)工作原理作了比較詳細的分析，并對常見的電源系統(tǒng)故障在電路上作了改進，以降低其故障率。

DC/DC；DC/AC；尖峰電壓

EnVisor(飛凡)超聲診斷系統(tǒng)是飛利浦公司于2002年推出的超聲診斷系統(tǒng)。該機性價比較高，在國內(nèi)中端彩超市場占有很大的份額。在使用中，該機出現(xiàn)比較多的故障是電源故障，本文主要介紹飛利浦飛凡超聲診斷儀電源系統(tǒng)的工作原理與維修實例。

1 工作原理

飛利浦飛凡超聲診斷儀電源設(shè)計為寬范圍自適應(yīng)輸入，輸入電壓范圍為90-264V，50或60Hz。所有輸出都與市網(wǎng)電源隔離。主要輸出有：非受控交流120V、60Hz供給系統(tǒng)主機，3路交流120V供給顯示器和2個外設(shè)。其它輸出電壓有+5V、+3.3V、+60V、-140V、±12V、+2.2V、±HV等。除了供給主機PC的交流120V外，其他所有電壓都由PC控制輸出，電源的分配框圖見圖1。

圖1

打開電源，該電源由4塊印刷電路板組成，最上面一塊處理±HV電壓，第二層為±12V、3.3V、±5V整流穩(wěn)壓調(diào)整板，第三層由交流電源輸入、功率因數(shù)調(diào)整、輔助電源、主電源DC/DC變換器構(gòu)成，第四層為交流逆變，包含DC/DC、DC/AC電路。根據(jù)實物繪出電源內(nèi)部框圖2。

圖2

交流電經(jīng)過抗電磁干擾濾波器(EMI)整流后，變成直流電供給由TOP201組成的輔助電源；輔助電源工作后，輸出17V供給功率因數(shù)及主逆變器控制芯片的工作電壓；功率因數(shù)控制芯片UC3854得電后功率因數(shù)調(diào)整起作用，把輸入的直流電壓變換到+400V給主逆變器的功率變換電路供電；主逆變器采用由UC3843組成的半橋逆變電路變換成機器所需的各路穩(wěn)定的直流電壓。在待機狀態(tài)下，第四層的交流變換板上DC/DC處于工作狀態(tài)，把輸入的400V電壓變換到176V供給一路DC/AC變換器輸出120V、60Hz交流電壓供給PC。開機時，PC啟動后送出一個“AWAKE_N”信號給電源，喚醒電源工作。2路主逆變器和另一路DC/AC逆變器工作，輸出主機所需的各路電壓。主機系統(tǒng)啟動后再送出2路8位的±HV電壓數(shù)字信號，通過D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動±HV的DC/DC逆變器，輸出主機所需的±HV電壓。

2 維修實例

故障例一：主機開不了機，上電測量電源無交流120V輸出，把“AWAKE_N”端對地短路，電源也無任何電壓輸出。

故障檢修：根據(jù)原理判斷為輔助電源沒工作，從而造成整個電源不工作。把電源的第二層拆下，目測觀察發(fā)現(xiàn)在輔助電源控制芯片TOP201附近印刷線路板已經(jīng)燒焦，一個整流二極管也已燒裂，測量TOP201已擊穿。刮干凈印刷版的焦痕，更換損壞的元件后上電，發(fā)現(xiàn)TOP201又在瞬間擊穿。根據(jù)TOP系列Datasheet，TOP系列內(nèi)部的MOS開關(guān)管最高漏極擊穿電壓為700V，在該電源中，一旦TOP201工作后，功率因數(shù)調(diào)整工作，把TOP201的工作電壓提升至400V，當TOP201關(guān)斷時，由于變壓器漏感引起的前沿電壓尖峰極有可能超過700V而擊穿TOP 開關(guān)管。查看TOP201外圍電路圖，其設(shè)計為2個390Ω電阻和一個220PF的電容串聯(lián)作為吸收前沿尖峰電壓回路，見圖3。

圖3

圖4 為TOP201典型應(yīng)用圖

TOP系列在應(yīng)用時推薦的最大箝位齊納電壓值是200V，因此，按TOP手冊推薦的箝位電路，在原吸收前沿尖峰電壓電路中再并聯(lián)一個200V耐壓的瞬變二極管P6KE200A和一個耐壓為1000V的BYV26C快恢復(fù)二極管相串聯(lián)的箝位電路，上電測試，輔助電源工作正常，功率因數(shù)調(diào)整工作正常，裝機后把“AWAKE_N”端對地短路，測量測試點的電壓輸出均在正常范圍內(nèi)，上機測試，機器正常，故障排除。

故障例二：主機開不了機，上電測量電源無交流120V輸出，把“AWAKE_N”端對地短路，電源上各指示燈亮，測量測試點電壓均正常，但交流120V無輸出。

故障檢修：根據(jù)原理判斷應(yīng)該是第四層DC/AC部分電路有問題。把整個電源從電源箱內(nèi)拆出，按原連接接好線路(可以不接第一層HV變換板)，上電測量DC/AC板的DC/DC部分輸出，發(fā)現(xiàn)輸出電容兩端電壓瞬間到達200V后電源保護停振，故判斷該故障為過壓保護，故障點應(yīng)該在取樣反饋電路上。查看該機的反饋電路，電壓取樣后通過TL431調(diào)整，驅(qū)動一個光耦控制UC3843的1腳來穩(wěn)定輸出電壓。用示波器監(jiān)測光耦光電發(fā)光管的負極，發(fā)現(xiàn)在瞬間有低電平，而光耦的光電三極管的集電極電平無改變，判斷為光耦損壞。更換光耦后DC/DC輸出穩(wěn)定的176V，測量非受控的交流120V輸出已正常，裝機后試機，機器正常，故障排除。

3 分析總結(jié)

TOP系列單片開關(guān)電源控制芯片由于外圍元件少，通常用于功率要求較低的開關(guān)電源中，或用于大功率開關(guān)電源的輔助電源中。由于飛凡超聲診斷儀電源的TOP芯片設(shè)計在400V的工作電壓下，已接近TOP系列芯片設(shè)計極限，而且沒有采用TOP系列推薦的尖峰電壓箝位電路，一旦外圍元件性能下降，極有可能瞬間擊穿TOP芯片，造成電源故障。在維修實例中，根據(jù)TOP的應(yīng)用設(shè)計特點，增加了TOP推薦的尖峰吸收回路，從而增加了電源的可靠性，降低了故障率。

[1]李朝偉、張良才.飛利浦飛凡影像超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2005，(7)：23-24.

[2] 《M2540 Ultrasound System Field service manual》.

[3] 劉勝利.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實用技術(shù)[M] 北京，電子工業(yè)出版社，2001.

[4] TOP200-4/14 TOPSwitch? Family Datasheet.

2014-06-13

TH774

B

1002-2376(2014)08-0054-02