飛利浦彩色超聲IU22 多版本電源故障處理

張慧君，李作家，李子好

（南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院設(shè)備器材科，廣東廣州 510515）

0 引言

飛利浦iU/iE 系列彩色超聲診斷儀是飛利浦公司生產(chǎn)的旗艦型高端彩超，目前廣泛使用在國內(nèi)外各大醫(yī)院。在超聲診斷儀出現(xiàn)的各種故障中，由電源故障引起的占有很大比例。由于電源部分功率消耗大，溫度高，因而對設(shè)備造成的影響也比較大。而且，電源故障的表現(xiàn)形式也多種多樣，經(jīng)常表現(xiàn)為整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一部分的功能故障，此類故障一旦出現(xiàn)，往往會(huì)嚴(yán)重影響超聲診斷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文通過對其電源結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行深入的介紹和分析，并結(jié)合實(shí)際的維修案例，加深人們對醫(yī)療電子設(shè)備維護(hù)方面的認(rèn)識(shí)，給超聲診斷設(shè)備的維修提供重要的參考價(jià)值，并對其5 個(gè)版本的電源結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行深入分析，對其不同版本之間的區(qū)別進(jìn)行對比和總結(jié)。

iU/iE 系列彩色多普勒超聲診斷儀包含iU22 和iE33 兩種機(jī)型，其中iU22 為全身彩超診斷儀，iE33 為心臟彩超診斷儀，兩款機(jī)器在功能上各有側(cè)重，在硬件結(jié)構(gòu)上基本相似。經(jīng)過不斷改進(jìn)，目前該系列機(jī)器已經(jīng)從初始發(fā)布的A Cart 版本，逐步升級到B，C，D，E，F(xiàn)，G 和R Cart 版本，其性能也隨之不斷提高。機(jī)器的結(jié)構(gòu)清晰，分為前端（Front End）、后端（Back End）和電源供應(yīng)（Power Supply）等3 大主體部分。

從機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)發(fā)展這個(gè)角度分析，可以把其分為A Cart，B/C Cart，D Cart 和E Cart 及之后這4 種版本，同一版本的iU22 和iE33 所使用的電源相同，本文只對A，B/C，D，E 版本進(jìn)行闡述。

1 4種電源版本分析

1.1 A Cart

A Cart 的電源子系統(tǒng)由6 部分組成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（A Cart）。過濾輸入電壓，有一個(gè)單元斷路器控制輸入電源的斷開與閉合；為APS 和PPS 提供各種交流電壓（100 V，120 V，230 V 或240 V）；為機(jī)器的各種外設(shè)（打印機(jī)等）提供交流電壓；其上1 個(gè)綠色的LED 指示燈用來指示機(jī)器電源狀態(tài)。

（2）High Voltage Switcher（A/B/C/D Cart）。將來自APS 的DC ±15 V 和+48 V 轉(zhuǎn)換成±HV（DC±30～±120 V）；提供HV 給NAIM 的校準(zhǔn)器進(jìn)行低通濾波以減少噪聲，然后送到channel boards。

（3）Platform Power Supply（A Cart）。提供DC +3.3 V，±5.0 V，±12 V，+12 VSB（Standby Battery Voltage，系統(tǒng)待機(jī)電壓）和+5 VSB。+12 VSB 被用來作為+5 VSB 的校準(zhǔn)，同時(shí)也用于電池充電。+12 VSB 和+5 VSB 當(dāng)交流電供應(yīng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生；提供12 V 給video monitor，+3.3 V 給觸摸屏LCD，+5 V給CPM（控制面板）和觸摸屏；操作電壓AC（85～264）V，頻率范圍（47～63）Hz；過熱、過壓、過流保護(hù)，超過界線重啟；用APS 和PPS 的狀態(tài)來生成系統(tǒng)reset 信號(hào)。

（4）Acquisition Power Supply（A Cart）。提供DC+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V；操作電壓AC（85～264）V，頻率范圍（47～63）Hz；過熱、過壓、過流保護(hù)，超過界線重啟；提供+48 V 給HV Switcher。

（5）Power Distribution Module（A Cart）。為Platform Power Supply 的電壓輸出提供低阻抗的連接通路，通過BUS BARS 接收來自Platform Power Supply 的電壓再分配給其他的連接器；包含有電壓檢測電阻負(fù)責(zé)檢測來自Platform Power Supply 的DC +3.3 V 和+5 V；提供電壓測試點(diǎn)和LED 燈去指示Platform Power Supply 的工作情況。

（6）Standby Battery。負(fù)責(zé)在斷電時(shí)提供5VSB 給系統(tǒng)，充足的電池電量可使系統(tǒng)維持4 h 待機(jī)狀態(tài)；如果電池完全沒電，系統(tǒng)將不能啟動(dòng)，直到電池充有一定電量后才能夠啟動(dòng)；系統(tǒng)在使用中或插了電源線后都會(huì)對電池充電。

啟動(dòng)過程：首先，電源開關(guān)Circuit Breaker 被打開，AC Tray直接給APS 與PPS 供電，位于AC Tray 上面的綠色LED 指示燈被點(diǎn)亮，同時(shí)，PPS 把各種待機(jī)電壓供應(yīng)給Host Computer 和SIP Computer；當(dāng)On/Standby 開關(guān)被按下后，Host Computer 與SIP Computer 會(huì)分別反饋一個(gè)PS_ON#_1 和PS_ON#_2 信號(hào)并合成為PS_ON 信號(hào)傳輸?shù)絇PS；此時(shí)PPS 與APS 開始進(jìn)行握手過程，PPS 首先會(huì)發(fā)送一個(gè)PS_ON_n_ACQ 信號(hào)給APS，如果APS 處于正常工作狀態(tài)，則會(huì)反饋一個(gè)ACQ_DC_OK_n 信號(hào)給PPS；PPS 與APS 握手成功后，就會(huì)把HOST 和SIP 所需要的各種工作電壓輸出給兩者。此外，還會(huì)分別發(fā)送PWR_OK 信號(hào)給到HOST Computer 和SIP Computer；隨后，HOST 和SIP 開始各自的啟動(dòng)過程，包括進(jìn)入BIOS，加載操作系統(tǒng)，運(yùn)行超聲應(yīng)用軟件等。

1.2 B&C Cart

B/C Cart 的電源子系統(tǒng)由6 部分組成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（B/C/D/E/F Cart）。用一個(gè)在AC Tray 后端的藍(lán)色LED 燈指示電源狀態(tài)。用一個(gè)繼電器AC relay 控制供應(yīng)到APS 和PPS，OEM 的電源輸入，這個(gè)繼電器AC relay 通過APDB的邏輯序列被激活；為交流電源線提供EMI（電磁干擾）過濾；發(fā)生并發(fā)送12VSB 待機(jī)電壓給PPDB 使用；從ADPB 接收5 V 的電源點(diǎn)亮LED 電源指示燈。

（2）Acquisition Power Distribution Board（B/C/D Cart）。將來自APS 的電源分配給前端；用來自PPDB 的PS_ON_n 信號(hào)激活A(yù)C relay 并使它保持閉合狀態(tài)；監(jiān)測DC +3.65 V，+5.35 V，-5.35 V，+15 V，-15 V 和+48 V；用APS_DC_OK 信號(hào)和PPS_DC_OK信號(hào)（來自PPS）共同產(chǎn)生SPS_OK 信號(hào)；用從PPDB 產(chǎn)生的PLT_PWR_GOOD 信號(hào)和SPS_OK 信號(hào)共同產(chǎn)生DC_OK_OUT信號(hào)。這個(gè)DC_OK_OUT 信號(hào)阻止Host 和SIP 運(yùn)行，直到所有的總線都在合適的電壓范圍內(nèi)；在系統(tǒng)操作期間提供錯(cuò)誤檢測，如果電源供應(yīng)出錯(cuò)，一個(gè)鎖存狀態(tài)發(fā)生，使AC relay 打開，禁止電源供應(yīng)，同時(shí)使AC tray 的LED 燈閃爍；12 個(gè)LEDs 指示電源供應(yīng)狀態(tài)。6 個(gè)綠色的LEDs 指示正常的操作，6 個(gè)紅色的LEDs 指示錯(cuò)誤。

（3）Platform Power Distribution Board（B/C Cart）。將DC+12 V輸入電壓轉(zhuǎn)換成+5 V，+3.3 V 和-12 V；將+12 VSB 轉(zhuǎn)換成SW_BATT 或+5 VSB，這取決于系統(tǒng)是在正常操作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)；監(jiān)控電壓總線和轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，如果每個(gè)輸出電壓都處于正常范圍內(nèi)，就把各個(gè)輸出合成為一個(gè)信號(hào)（PLT_POWER_GOOD）；PS_ON_n_HOST and PS_ON_n_SIP signals 共同產(chǎn)生PS_ON_n信號(hào)，這個(gè)信號(hào)送到APDB 用于激活A(yù)C relay 并使它保持在閉合狀態(tài)。

啟動(dòng)過程：首先，當(dāng)插上機(jī)器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應(yīng)板將產(chǎn)生的+12 VSB 供應(yīng)到PPDM 上，PPDM 把+12 VSB 轉(zhuǎn)化為+5 VSB 后，分別提供給HOST Computer，SIP Computer 以及APDM，并點(diǎn)亮APDM 上的DS11 LED 指示燈；當(dāng)ON/OFF 開關(guān)被按下后，HOST Computer 將產(chǎn)生并傳輸一個(gè)PS_ON_n 信號(hào)給PPDM，PPDM 將PS_ON_n 信號(hào)傳送到APDM上，點(diǎn)亮LED 指示燈DS10，并啟動(dòng)APDM 上的2 s 定時(shí)器，隨后APDM 產(chǎn)生一個(gè)Relay_ON_n 信號(hào)驅(qū)動(dòng)AC Tray 上的繼電器閉合，此時(shí)已經(jīng)合并在一起的APS 和PPS 將得到所需要的交流電壓，若兩者的內(nèi)部工作電壓正常，將同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)SPK_OK 信號(hào)返回給APDM，并點(diǎn)亮APDM 上的LED 指示燈DS4；此外，APS 還會(huì)把+12 V，50 A 傳輸?shù)絇PDM 上，PPDM上各電壓范圍正常時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Plt_Power_Good 信號(hào)給APDM，并點(diǎn)亮APDM 上的LED 指示燈DS12；SPK_OK 信號(hào)和Plt_Power_Good 信號(hào)將通過一個(gè)與門電路停止2 s 定時(shí)器的計(jì)時(shí)。若SPK_OK 信號(hào)和Plt_Power_Good 信號(hào)沒有同時(shí)產(chǎn)生，當(dāng)2 s 定時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束后，將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)斷開AC Tray 上的繼電器開關(guān)，停止對APS 和PPS 的電源供應(yīng)，此時(shí)AC Tray 上的藍(lán)色電源狀態(tài)指示燈將會(huì)不斷閃爍。

1.3 D Cart

啟動(dòng)過程：首先，當(dāng)插上機(jī)器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應(yīng)板將產(chǎn)生的+12VSB 送到SPD 板，AC Tray 上的藍(lán)燈點(diǎn)亮，按下Switch On 開關(guān)，5V StangBy 電壓從BTM 板送到SPD 板和主計(jì)算機(jī)，DS11 燈點(diǎn)亮。AC Tray 上的繼電器吸合，交流電接通，從主計(jì)算機(jī)發(fā)出來的PS-ON 信號(hào)，此時(shí)點(diǎn)亮DS10燈，2 s 計(jì)時(shí)開始，期間PPS 提供12 V，50 A 到SPD 板，SPD 板返回Plt-Power-Good 到APDM 板，DS12 燈點(diǎn)亮，從APDM 板發(fā)出PS-ON 信號(hào)，點(diǎn)亮DS7 燈，2 s 計(jì)時(shí)停止，SPS-OK，APS 向HV Switcher 提供電壓，APDM 板DS4 燈點(diǎn)亮，SPD 向計(jì)算機(jī)提供電壓5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)。

1.4 E Cart

啟動(dòng)過程：首先，當(dāng)插上機(jī)器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應(yīng)板將產(chǎn)生的+12VSB 電壓送到BSPC 板，AC Tray 上的藍(lán)燈點(diǎn)亮。接著按下Switch On 開關(guān)，5V stand by 電壓從PSBC 板送到SPD 板和主計(jì)算機(jī)，PSBC 板上的DS21 點(diǎn)亮，PSON 信號(hào)確認(rèn)，PSBC 板上的DS20。Actray 上的繼電器吸合，交流電接通，2 s 計(jì)時(shí)開始。PPS 提供120 V、5 A 到SPD 板。從PSBC 板發(fā)出的PS-ON 信號(hào)，2 s 計(jì)時(shí)終止。SPD 向計(jì)算機(jī)提供電壓5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)。

2 1個(gè)維修案例

故障現(xiàn)象：開機(jī)后觀察到在交流電源開關(guān)右側(cè)的藍(lán)色指示燈開啟，但按下位于機(jī)器中部的按鍵（ON/STANDY），使機(jī)器得電，并開始進(jìn)行初始化過程時(shí)僅僅維持（3～4）s（即液晶顯示器剛顯示PHILIPS 幾個(gè)字母后），機(jī)器便突然斷電，隨即機(jī)器底部的交流開關(guān)藍(lán)色指示燈開始不斷地閃爍。再次按下按鍵（ON/STANDY），系統(tǒng)無任何反應(yīng)。關(guān)閉交流開關(guān)，重新開機(jī)，故障依然。

故障分析：根據(jù)故障現(xiàn)象分析判斷，懷疑系統(tǒng)的電源部分發(fā)生故障。IU22 的交流供電單元AC Tray 安裝在設(shè)備底部后側(cè)下部，打開蓋后可看到一排供電指示燈。AC 220 V 經(jīng)一個(gè)繼電器向直流電源模塊供電，直流電源模塊的輸出經(jīng)電壓監(jiān)測和分配板送到后端和前端電路。前端供電電源（Acquisition Power，ACQ）兩供電電源需要分別打開機(jī)器的機(jī)箱左右側(cè)蓋板才可以觀察到。故障現(xiàn)象中AC Tra 的指示燈不亮，并不能簡單的由此判斷AC Tray 故障，指示燈反映的是AC Tray 和前后端供電電源的相互供電正常的指示。經(jīng)測量供電系統(tǒng)主要由交流電源、+12 V 直流電源模塊、+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V 直流電源監(jiān)測和分配模塊及高壓電源模塊組成。

故障處理：運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)器間歇性死機(jī)，有時(shí)反復(fù)開機(jī)才能啟動(dòng)。調(diào)出系統(tǒng)信息記錄，查維修手冊后，發(fā)現(xiàn)AIM（電壓轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、分配模塊）傳感器報(bào)出的電壓為-5.16 V，應(yīng)為-（5.35～5.40）V。AIM（電壓轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、分配模塊）傳感器報(bào)出的電壓為+5.09 V 應(yīng)為+（5.3～5.40）V，UAVIO（標(biāo)準(zhǔn)音頻、視頻輸入輸出板）上傳感器報(bào)出的電壓為+11.35 V，應(yīng)為+（12～12.05）V，F(xiàn)EC（前端控制板）上傳感器報(bào)出的電壓為+46.35 V，應(yīng)為+（47.90～48.10）V，調(diào)節(jié)電源的輸出測量點(diǎn)旁的微調(diào)電位器至正常范圍后，問題徹底解決。

3 總結(jié)

本文是在查找資料及實(shí)踐總結(jié)中提煉出來的，由于缺乏資源，對電源系統(tǒng)的分析和總結(jié)花費(fèi)了不少時(shí)間，但是為以后的維修積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在超聲設(shè)備的維修過程中應(yīng)注意日常的經(jīng)驗(yàn)積累與總結(jié)，遇到問題沉著、冷靜對待，了解設(shè)備的工作原理和特性，設(shè)備維修時(shí)才能做到得心應(yīng)手。