醫(yī)用開關電源的原理及維修

湛江中心人民醫(yī)院設備科 王科文

?

醫(yī)用開關電源的原理及維修

湛江中心人民醫(yī)院設備科 王科文

【摘要】本文介紹常見的醫(yī)用開關電源的發(fā)展方向和原理，并利用實例介紹了電源常見故障的維修和一般的維修方法。

【關鍵詞】開關電源；工作原理；維修實例

開關電源是以現(xiàn)代電子技術為基礎，通過控制開關管導通和截止的時間比，從而保持恒定的輸出電壓的一種電源。其一般由脈沖寬度調制控制IC和MOSFE兩部分構成。開關電源有很多優(yōu)點，它拋棄了傳統(tǒng)的工頻變壓器，使用高頻電子振蕩線路，與其它線性穩(wěn)壓電源比較同樣的負載能力，體積更小、重量更輕，功耗更小，效率卻大為提高。因此開關電源在很多醫(yī)療儀器設備中得到廣泛的應用。各種檢驗診療儀器、含有顯示器的醫(yī)療設備、X光電視系統(tǒng)、超聲、不間斷電源等等都采用了開關電源。所以了解開關電源的原理對我們工程人員來說就變得特別重要。能有助于我們快訊找到故障部位修好儀器。

1 醫(yī)用開關電源的工原理

醫(yī)用開關電源目前普遍采用的脈沖寬度調制變換式開關電源。開關電源種類有很多種，但工作原理都一樣，都是把220V交流電通過整流濾波電路得到的300V直流電壓。電源開關管的連續(xù)導通和關斷使感性儲能元件中產(chǎn)生脈動電流，然后通過耦合，轉換為需要的脈動電壓．再將脈動電壓進行脈沖整流濾波、穩(wěn)壓得到穩(wěn)定的直流電壓。開關電源都由輸入電路、功率變換電路、控制電路、輸出電路和保護電路等組成。其中功率變換電路是開關電源的核心。輸入電路主要包括線路干擾濾波器、浪涌電流抑制電路和整流濾波電路。線路濾波器的就是濾除從電源線進來來至電網(wǎng)中的高頻干擾電。浪涌電流抑制電路主要用于控制濾除浪涌電流。整流濾波電路是把輸入的交流電壓變?yōu)槠椒€(wěn)的直流電壓。其分為兩大類分別是電容輸入型和扼流圈輸入型。其中電容輸入型是目前的開關電源常采用的方式。功率變換電路由開關控制電路和變壓器兩大部分組成?？刂齐娐返闹饕饔檬窍蝌寗与娐诽峁┚匦蚊}沖序列并且控制脈沖頻率和寬度，使之輸出符合要求目標電壓。開關控制電路的驅動方式有他激式和自激式兩種。功率變換電路分為諧振型、絕緣型和非絕緣型等。開關晶體管的控制方式有脈沖頻率調制、脈沖寬度調制、頻率和脈寬混合調制三種，其中脈沖寬度調制最為常見。輸出電路是把變壓器輸出的方波電壓經(jīng)過相關電路得到符合要求的直流恒定電壓。保護電路的作用是是保護電源在特殊情況下工作不正常的情況不被燒壞，電源保護電路主要有以下有四種：過壓保護、過流保護、過熱保護和軟啟動保護。過熱保護是醫(yī)療儀器在使用中電源最容易出現(xiàn)本的一種保護，通常在儀器散熱不佳的時候電源溫度過高就會停止輸出。

2 開關電源的未來發(fā)展方向

開關電源的發(fā)展方向是可靠性高、抗干擾能力強，能耗損失低，體積小并模塊化。要想實現(xiàn)開關電源輕、薄、小的則必需使其工作在高頻狀態(tài)下。因此元器件的高智能、化集成化和材料上的創(chuàng)新和應用以及元器件的小型化是未來發(fā)展的方向。特別是貼片式元器件的應用。使開關電源的薄、小、輕成為了可能。

3 電源故障的幾種原因

(1)電源長期使用導致元器件性能參數(shù)發(fā)生改變或元器件損壞導致電源不能正常工作；

(2)負載電路的電壓不在額定電壓允許范圍上負載工作不正常導致電壓不正常自動保護而停止工作止工作；

(3)負載過大或短路使額定電壓下的電流超過電源設計電流允許范圍，電源自動過流保護而停止工作；

(4)電源因外界原因導致輸出電壓超出設計的額定電壓允許范圍從而自動保護而停止工作；

(5)電源散熱不良常引起電源過熱從而導致電源過熱保護而停止工作。

4 電源維修的一般原則

在維修電源時，我們必須先了解電源的工作原理，在弄清電源的工作原理才能開始維修操作。醫(yī)療電子設備中，為了使醫(yī)療設備正常運行，而不會因電源問題造成損壞，醫(yī)用開關電源電路中的保護電路設計得比較多，當其輸出電路工作在電壓過高或電壓過低以空載或其負載電流不在其正常工作范圍時，均會自動保護到截流狀態(tài)，所有電壓輸出端均停止輸出。開關電源發(fā)生故障維修測試時不要空載，在其主電壓輸出端和地之間，接燈泡或相應的電阻作為電源的假負載，然后方根據(jù)電源的故障現(xiàn)象結合電源的工作原理分析故障原因，找出產(chǎn)生故障的元器件。開關電源經(jīng)常有元器件被擊穿的現(xiàn)象，在無電壓輸出的情況下。我們可以先測一下電源的輸入端，如果有為短路則肯定開關電源前極有電子元器件擊穿，如為斷路可以先考慮換保險，如為一較大電阻值則表整流濾波電路基本正常，應重點考慮其它地方。我們在維修時應把自己的安全放在第一位，測量或更換元器件前先確保在無電狀態(tài)下。更換元器件時一定盡量采用相同型號的元器件，不可隨意代換，在沒有相同型號的器件的情況下，應盡量選擇參數(shù)一樣的。對于看到的變色、變質、變形的器件應立即更換掉，維修時不能隨意擰動可調部件。

5 常見故障分析及排除

保險絲熔斷：

保險絲熔斷的故障由電流增大造成，一般由整流二極管或整流堆、逆變的功率開關管、高壓濾波電解電容被擊穿等造成。其產(chǎn)生這種情況的主要原因是整流濾波電路及振蕩變換電路長時間工作在大電流、高壓的狀態(tài)下，當輸出負載較遠超其范圍或市電的輸入交流電壓變化較大或超其工作電壓范圍，則會保險絲就會出現(xiàn)熔斷的故障。

輸出電壓不穩(wěn)或直流電壓無輸出：

在確認保險絲沒有熔斷的情況下，如所有直流電壓均無輸出，其可能引起該現(xiàn)象的原因有：

(1)電源中出現(xiàn)短路、開路現(xiàn)象。

(2)整流濾波電路中的整流二極管被擊穿。

(3)振蕩電路沒有起振或電源負載過大。

(4)濾波電容擊穿或漏電。

(5)過流保護電路、過壓保護電路出現(xiàn)故障等。

處理方法：先用萬用表電阻檔測量電源+5V對地的電阻，如果大于0.8Ω，那么說明電源輸出部分無短路現(xiàn)象。將原負載去掉(輸出電壓較高的時候應加假負載)測量各輸出端的輸出電壓，如果還沒有電壓輸出，那么故障出現(xiàn)在電源的控制電路中和保護電路中?？捎萌f用表檢測相關元器件是否損壞。

電源負載能力差：

一般來說電源負載能力差的可能原因是高壓濾波電容漏電或損壞，晶體管工作點參數(shù)發(fā)生偏移，整流二級管或整流堆損壞，穩(wěn)壓二極管在發(fā)熱時出現(xiàn)漏電等。我們在維修時應檢測并更換有問題的元器件。

開關電源是醫(yī)療設備上用得最廣的一種電源，作為一個設備科工程師一定要了解其工作原理。維修工作應遵從先易后難的準則．先檢查電源外圍的簡單的電路，如無法查出故障原因再檢查核心主要復雜的電路，根據(jù)故障產(chǎn)生的現(xiàn)象分析其產(chǎn)生的可能的原因，判斷出現(xiàn)故障的大致位置．才能及時有效的解決電源的出現(xiàn)的各種故障。同時，維修時要注意工作經(jīng)驗的積累、維修后及時做總結。使個人的技術水平在不斷的學習和積累中提高。

參考文獻

[1]高軍,黎輝,等.基于PID控制和重復控制的正弦波逆變電源研究[J].電工電能新技術,2002,1.

[2]華偉.能信開關電源的五種PWM反饋控制模式研究[J].通信電源技術,2001,2.

[3]王創(chuàng)社.開關電源兩種控制模式的分析與比較[J].電力電子技術,1998,3.

[4]姜桂賓.SPWM逆變電源的無互聯(lián)信號線并聯(lián)控制技術[J].中國電機工程學報,2003,12.

[5]裴云慶,楊旭,王兆安.PWM整流器直流電壓對電源電流控制的影響[J].電力電子技術,1998,3.