Force FX-8C電刀常見(jiàn)故障的分析處理

馬繼鵬，鄭冉冉，周朋超

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備處，山東 濟(jì)寧 272000

引言

高頻電刀是外科手術(shù)中常用設(shè)備，它利用集膚效應(yīng)，熱效應(yīng)和法拉利電磁效應(yīng)在人體與電刀筆之間或雙極鑷子之間產(chǎn)生高電流，造成組織蛋白質(zhì)變性，從而產(chǎn)生切割和凝固的效果[1]。采用高頻電刀可縮短手術(shù)時(shí)間，減少患者創(chuàng)面，失血量及輸血量，從而降低并發(fā)癥及手術(shù)費(fèi)用。Force FX-8C電刀具有三種雙極模式：精確（低）、標(biāo)準(zhǔn)（中）、宏（高）雙極；三種單極切割模式：低壓、純切、混合；三種單極凝血模式：干燥（低）、電灼（中）、噴凝（高）；支持同時(shí)凝血；具有Valleylab REM接觸質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)；支持超聲電外科手術(shù)；具有用手控開(kāi)關(guān)或腳控開(kāi)關(guān)啟動(dòng)；可調(diào)用最近使用的模式和模式設(shè)定值以及啟動(dòng)音量可調(diào)等功能，可方便的滿足絕大部分手術(shù)需要[2]。因其使用頻率高，工作時(shí)間長(zhǎng)，電流大，電子器件易老化以及附件易損壞等問(wèn)題，造成電刀故障率較高，附件問(wèn)題通過(guò)更換替代可及時(shí)排除故障，而主機(jī)問(wèn)題往往需要拆機(jī)處理[3]。通過(guò)研究高頻電刀主機(jī)的維修分析與處理，可以深入了解電刀的結(jié)構(gòu)，通過(guò)故障現(xiàn)象和測(cè)試工具的使用能及時(shí)定位故障，并完成維修，在此與同行分享四個(gè)維修案例，以提高醫(yī)院在用電刀的自主維修能力，降低設(shè)備維修時(shí)間和成本，更好地為醫(yī)院服務(wù)。

1 故障維修實(shí)例

1.1 故障一

1.1.1 故障現(xiàn)象

電刀開(kāi)機(jī)后不定時(shí)自動(dòng)重啟。

1.1.2 故障分析

原因：低壓電壓板故障，無(wú)法提供穩(wěn)定的電壓給主控制器，造成主控制器重啟。

低壓電源板的電路原理框圖如下圖1所示，220 V交流電經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)入橋式整流電路，變?yōu)橹绷麟妷?，該電壓通過(guò)MOSFET的開(kāi)關(guān)控制，被逆變?yōu)榻涣麟?，PWM芯片控制MOSFET的開(kāi)關(guān)，并從輸出端檢測(cè)電壓變化后調(diào)整驅(qū)動(dòng)MOSFET的信號(hào)脈寬，從而起到穩(wěn)定電壓輸出的作用[3]。交流電經(jīng)過(guò)多路輸出高頻變壓器的升壓和單管整流濾波后得到穩(wěn)壓+5 V和±12 V直流電，為主控制器和各運(yùn)算放大器供電[4-5]。

圖1 電刀低壓電源原理框圖

1.1.3 故障維修

首先排除開(kāi)關(guān)氧化及線路接觸不良問(wèn)題，再隔離負(fù)載，用示波器分別抓取橋式整流電路后的測(cè)試點(diǎn)1，MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)試點(diǎn)2，高頻變壓器輸出電壓測(cè)試點(diǎn)3。最終確定是MOSFET P6NK60Z故障，如圖2圓圈標(biāo)記處所示，更換該器件后電刀工作正常。

圖2 電刀低壓電源實(shí)物圖

圖3 電刀功率輸出部分原理圖

1.2 故障二

1.2.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，自檢可以通過(guò)，接上負(fù)極板后可以正常識(shí)別，REM燈由紅色變?yōu)榫G色，設(shè)置好電切和電凝的輸出功率后，觸發(fā)電刀筆，這時(shí)報(bào)警161且無(wú)功率輸出。

1.2.2 故障分析

原因：161報(bào)警為射頻功率輸出電路或反饋電路出現(xiàn)問(wèn)題。

電刀功率輸出部分電路圖如圖3所示，該電路由射頻功率MOSFET APT8030，門驅(qū)動(dòng)電路，射頻功率變壓器T4，調(diào)諧電容C34、C41，繼電器組K2A，射頻輸出LCC濾波器等組成[6]。驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)自控制電路的波形產(chǎn)生器，APT8030的源極連接高壓直流電源HVDC，通過(guò)開(kāi)關(guān)MOSFET APT8030實(shí)現(xiàn)高壓直流電源變?yōu)榻涣麟娫?，然后再通過(guò)高頻變壓器T4實(shí)現(xiàn)升壓，經(jīng)過(guò)LCC濾波后輸出[7]。通過(guò)對(duì)繼電器組K2A的控制，可實(shí)現(xiàn)變壓器線圈初次極線圈匝數(shù)比的變化，以及決定高壓電源是否經(jīng)過(guò)二極管CR2調(diào)整后再加到APT8030的源極，再配合APT8030柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率、脈沖寬度、脈沖重復(fù)時(shí)間的變化，共同決定電切、電凝、單極、雙極的各模式的輸出波形[6]。

1.2.3 故障維修

根據(jù)上述原理，先用萬(wàn)用表檢測(cè)量HVDC，發(fā)現(xiàn)是正常的，再檢測(cè)射頻功率管APT8030發(fā)現(xiàn)被擊穿，但更換該器件后發(fā)現(xiàn)仍然無(wú)功率輸出，測(cè)量射頻功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)有正常驅(qū)動(dòng)信號(hào)，但源極無(wú)信號(hào)，懷疑是繼電器故障，取下繼電器，發(fā)現(xiàn)繼電器底座部分觸點(diǎn)被氧化，變?yōu)楹谏?，?dǎo)致接觸不良，繼電器底座如圖4標(biāo)記所示，再更換該底座后電刀工作正常[8-9]。

圖4 電刀功率輸出部分繼電器底座圖

1.3 故障三

1.3.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，自檢報(bào)警16。

1.3.2 故障分析

原因：波形發(fā)生器U9故障，導(dǎo)致無(wú)射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

主控制板功能模塊圖如圖5所示：主控制器負(fù)責(zé)手柄、腳踏、按鍵信號(hào)的讀取，數(shù)碼屏的顯示，聲音報(bào)警信號(hào)的輸出，外部RAM數(shù)據(jù)的讀寫，串口數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，劑量錯(cuò)誤信號(hào)輸出，以及對(duì)功率輸出級(jí)峰值電壓的檢測(cè)，阻抗檢測(cè)，高壓檢測(cè)，電流、電壓的檢測(cè)和算法處理等工作[8]。反饋控制器負(fù)責(zé)對(duì)阻抗、高壓電源、電壓、電流的檢測(cè)以及算法處理，對(duì)高壓電源電壓的控制，負(fù)責(zé)輸出和繼電器組的控制。波形產(chǎn)生器接收反饋控制器的指令，產(chǎn)生射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)的脈沖寬度、頻率、脈沖重復(fù)頻率可調(diào)。主控制器、反饋控制器、波形產(chǎn)生器通過(guò)雙接口RAM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享[6,10]。

圖5 控制電路功能模塊圖

1.3.3 故障維修

U9芯片可從控制主板拔插下來(lái)，U9芯片如圖6中圓圈所示，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有管腳氧化，處理后重新安裝，電刀開(kāi)機(jī)自檢正常。開(kāi)機(jī)報(bào)警16的故障處理流程如圖7所示。

圖6 控制電路實(shí)物圖

圖7 威力ForceFX-8C電刀故障代碼16的處理流程

1.4 故障四

1.4.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)后，自檢報(bào)警160，無(wú)法進(jìn)入工作模式。

1.4.2 故障分析

原因：該錯(cuò)誤代碼指向內(nèi)部器件故障、劑量測(cè)試失敗或AD轉(zhuǎn)換顯示值失敗，一般為功率發(fā)射板故障導(dǎo)致。

高壓電源原理圖如圖8所示：220 V交流電通過(guò)CR80整流二極管進(jìn)行全波整流，再通C22，C3大電容儲(chǔ)能和C29濾波，最終把220 VAC轉(zhuǎn)變?yōu)?00 VDC。

通過(guò)控制4個(gè)N溝道的MOSFET IRF840的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)逆變。其中Q1、Q4是一組，Q3、Q5是一組交替導(dǎo)通關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)信號(hào)T1A_DRIVE、T1C-DRIVE是通過(guò)變壓器T1進(jìn)行了電磁耦合后驅(qū)動(dòng)MOSFET，在變壓器T3初級(jí)形成峰值為600 V的交流信號(hào)，該交流信號(hào)由經(jīng)變壓器T3后，再經(jīng)過(guò)整流橋電路對(duì)該交流信號(hào)進(jìn)行了整流，濾波最終形成直流高壓電源。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)T1A_DRIVE、T1CDRIVE的占空比，實(shí)現(xiàn)高壓直流電壓（HVDC）的0～180 V可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率的可調(diào)[6,11]。

圖8 高壓電源原理圖

1.4.3 故障分析

經(jīng)過(guò)檢測(cè)HVDC，發(fā)現(xiàn)無(wú)電壓，排除控制電路失效原因，確定為高壓電源電路部分有問(wèn)題[12]，測(cè)量整流橋CR80的輸入和輸出電壓正常，測(cè)量MOSFET IRF840發(fā)現(xiàn)Q1和Q4損壞，如圖9圓圈所示，導(dǎo)致無(wú)法正常導(dǎo)通。更換器件后電刀工作正常。

圖9 整流器件與逆變功率器件圖

2 電刀質(zhì)控

維修后要參照國(guó)家電氣標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、電刀使用說(shuō)明書(shū)制定的質(zhì)控表格[13]，對(duì)高頻電刀的外觀附件，低頻外殼漏電流，保護(hù)性接地電阻，絕緣電阻，高頻漏電流，輸出功率，接觸阻抗進(jìn)行檢測(cè)，確保電刀維修后的使用安全[14-15]。

3 討論與總結(jié)

本文通過(guò)實(shí)際工作中遇到的故障現(xiàn)象，介紹了醫(yī)院在用Force FX-8C型號(hào)電刀的電路原理，包括低壓電源電路、射頻輸出電路、控制電路、高壓電源電路，并通過(guò)原理圖和實(shí)際硬件相結(jié)合的方式圖文并茂地展示了故障的分析及處理方法，方便同行們從理論層面掌握電刀的工作原理，并進(jìn)行實(shí)際的維修工作。只有通過(guò)對(duì)電刀電路原理有深入了解，才能更快的確定故障器件，降低醫(yī)療設(shè)備的維修時(shí)間和維修費(fèi)用，更好地為醫(yī)院服務(wù)。

該論文只是對(duì)電刀主機(jī)的故障進(jìn)行了分析，是電刀故障中較難處理的問(wèn)題，但發(fā)生的頻率較低。而實(shí)際故障報(bào)修中多是附件和電源線、電源開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，如負(fù)極板接觸不良，極板線損壞，腳踏故障，電源線損壞，電源開(kāi)關(guān)氧化等，所以遇到電刀故障，應(yīng)先從這些地方進(jìn)行排查。

在后續(xù)的工作中一方面應(yīng)繼續(xù)提高電路的分析能力，另一方面應(yīng)注重對(duì)高頻電刀的質(zhì)量控制，包括維修后的質(zhì)控和定期的質(zhì)控，提前發(fā)現(xiàn)隱患，防患于未然。