4008B型血液透析機(jī)電源故障維修案例分析

高婧穎 陸銀春* 戴 京 鄧 勇

血液透析機(jī)主要是用于慢性腎功能衰竭患者維持生命的治療設(shè)備，是急性腎功能衰竭、高血容量引起的急性左心衰和肺水腫以及重度藥物中毒等必要的急救醫(yī)療設(shè)備。血液透析機(jī)是集計(jì)算機(jī)、電子、機(jī)械、流體力學(xué)、生物化學(xué)、光學(xué)以及聲學(xué)等于一體的體外循環(huán)系統(tǒng)，包括監(jiān)視器、控制單元、外部血液回路、透析液制備、運(yùn)送水路以及電源模塊等。

目前，4008B型血液透析機(jī)(德國(guó)費(fèi)森尤斯集團(tuán))已在各大醫(yī)院廣泛使用，該設(shè)備操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，采用了模塊化以及水路、電路完全分離的設(shè)計(jì)思路，便于功能模塊升級(jí)擴(kuò)展，進(jìn)一步提高了血液透析機(jī)的安全可靠性[1]。血液透析機(jī)因使用率高，故障率也較高，常見(jiàn)于透析液供給系統(tǒng)故障、血液監(jiān)護(hù)警報(bào)系統(tǒng)故障以及電源模塊故障等，其中以透析液供給系統(tǒng)故障較多(約占70%)，電源模塊故障較少(約占2.5%)，針對(duì)電源損壞現(xiàn)象，廠家普遍采用直接更換電源模塊方式進(jìn)行維修[2-4]。為此，結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐分析醫(yī)院在用的1臺(tái)4008B型血液透析機(jī)電源模塊故障的元器件級(jí)修理過(guò)程，提高了醫(yī)療設(shè)備元器件級(jí)的維修能力。

1 故障案例分析

1.1 故障現(xiàn)象

醫(yī)院一臺(tái)2014年8月啟用的費(fèi)森尤斯4008B型血液透析機(jī)，在治療中斷電黑屏，所有指示燈不亮，面板按鍵無(wú)反應(yīng)，重新按總電源開(kāi)關(guān)開(kāi)機(jī)無(wú)反應(yīng)。

1.2 故障檢修

設(shè)備黑屏原因通常主要考慮以下3方面因素：①設(shè)備斷電，導(dǎo)致整機(jī)不能啟動(dòng)；②顯示器故障，如排線(xiàn)松脫，背光燈、高壓板或掃描電路故障；③主機(jī)或顯示器控制電路故障[5]。

通過(guò)對(duì)血透中心護(hù)士了解開(kāi)機(jī)運(yùn)行中的具體情況，首先考慮為220 V市電問(wèn)題，使用萬(wàn)用表檢查電源插座內(nèi)是否有電，未發(fā)現(xiàn)異常；再檢查電源插頭有無(wú)松脫，進(jìn)行重新插拔后開(kāi)機(jī)仍然黑屏，因此初步判斷為電源模塊故障。將機(jī)器后部外殼打開(kāi)，檢查電源線(xiàn)保險(xiǎn)絲，均正常。因2005年后生產(chǎn)的4008B型血液透析機(jī)電源模塊為開(kāi)關(guān)電源，電源模塊將交流220 V市電轉(zhuǎn)化為直流5 V、12 V及24 V輸出。由于血液透析機(jī)正常開(kāi)機(jī)后均會(huì)進(jìn)行一系列自檢，其與電源模塊相關(guān)的報(bào)錯(cuò)有“Power failure、Voltage failure”以及“Watchdog error等”。考慮當(dāng)前整個(gè)顯示屏為黑屏，無(wú)法利用信息提示判斷故障，故針對(duì)電源模塊無(wú)任何直流輸出，分析電源板燒毀可能性較大。繼續(xù)拆機(jī)并分離出電源模塊后進(jìn)一步檢測(cè)，注意到4008B型血液透析機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，打開(kāi)后蓋后，從上至下依次為顯示器及控制模塊、電源模塊和水路模塊。電源模塊上下兩根供電線(xiàn)分別給顯示器模塊及水路模塊，在拆解電源模塊時(shí)，需將顯示模塊向前推出，才可將顯示器供電線(xiàn)拔下，進(jìn)而分解出電源模塊。該電源模塊外部由帶孔金屬板封閉，電源底部背面有一散熱塊。將金屬板罩子拆開(kāi)，暴露出整體電源模塊，見(jiàn)圖1。

圖1 4008B型血液透析機(jī)開(kāi)關(guān)電源模塊示圖

檢查電源內(nèi)部共有兩塊電路板，一塊在底部，另一塊在側(cè)面。先觀察該電源模塊各部件情況，發(fā)現(xiàn)該電源模塊內(nèi)部基本無(wú)灰塵沉積，可排除灰塵沉積導(dǎo)致的元器件短路。使用萬(wàn)用表檢測(cè)模塊內(nèi)側(cè)面上的4個(gè)保險(xiǎn)絲均為正常，使用手電筒照射電路板觀察未見(jiàn)燒焦或變黑痕跡。繼續(xù)逐個(gè)觀察各元器件，發(fā)現(xiàn)電源板上有兩塊較大散熱片，表明附近有大功率器件需要進(jìn)行散熱。在檢查其中一塊散熱片背后時(shí)發(fā)現(xiàn)一芯片上有爆裂痕跡，使用手機(jī)拍照后放大查看，確認(rèn)為T(mén)OP246YN芯片損壞，見(jiàn)圖2。

圖2 損壞的TOP246YN芯片示圖

1.3 故障分析

查閱資料并檢索該芯片性能得知TOP246YN為常用開(kāi)關(guān)電源管理芯片(見(jiàn)圖3)，屬于TOPSwitch-GX系列。TOP246采用與TOPSwitch相同的拓?fù)潆娐?，以高性?xún)r(jià)比將高壓金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，PWM)控制器、故障自動(dòng)保護(hù)功能及其他控制電路集成到一個(gè)硅片上。TOP246同時(shí)還集成了多項(xiàng)新功能，以降低系統(tǒng)成本，提高設(shè)計(jì)靈活性及效率。除標(biāo)準(zhǔn)漏極、源極和控制極外，不同封裝的TOP246還另有1～3個(gè)引腳，這些引腳根據(jù)不同封裝形式，可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)電壓檢測(cè)、外部精確設(shè)定流限、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制、與外部較低頻率的信號(hào)同步及頻率選擇(132 kHz或66 kHz)的功能。所有封裝形式的器件均具備軟啟動(dòng)、132 kHz開(kāi)關(guān)頻率(輕載時(shí)自動(dòng)降低)、可降低電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)頻率調(diào)制、更寬的最大占空比、遲滯熱關(guān)斷及更大的爬電距離封裝的相同特性。此外，所有重要參數(shù)(如流限、頻率以及PWM增益等)的溫度容差及絕對(duì)容差更小、設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化，系統(tǒng)成本更低。

圖3 TOP246YN開(kāi)關(guān)電源管理芯片外觀圖及技術(shù)參數(shù)示圖

1.4 故障排除

在電子市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)全新TOP246YN芯片，將原有芯片拆下，由于原有芯片是用鉚釘鉚在散熱片上，所以需用手槍鉆將鉚釘打掉，再利用螺絲和螺母將新購(gòu)買(mǎi)的TOP246YN芯片固定在散熱片上。為保證TOP246YN散熱良好，在芯片與散熱片之間重新補(bǔ)涂散熱硅膠，并旋緊螺絲，盡量消除芯片與散熱片之間的縫隙。重新安裝好電源模塊后開(kāi)機(jī)，自檢通過(guò)，故障排除。

2 討論

分析該芯片爆裂導(dǎo)致設(shè)備宕機(jī)的部分原因是由于鉚釘鉚接芯片與散熱片，難免會(huì)產(chǎn)生空隙，并且由于長(zhǎng)時(shí)間高溫工作，空隙會(huì)因熱脹冷縮而有可能變大，當(dāng)空隙大到導(dǎo)致兩者貼合不良時(shí)，芯片散熱不佳至高溫而燒爆。因此，在維修中遇到類(lèi)似的芯片應(yīng)注意散熱問(wèn)題，在更換相同元器件時(shí)要確保散熱可靠。

3 結(jié)論

通過(guò)維修不常見(jiàn)的血液透析機(jī)電源模塊故障，提示臨床醫(yī)學(xué)工程人員，在遇到設(shè)備故障時(shí)，避免輕易更換昂貴的模塊，不可因缺乏相關(guān)技術(shù)資料或無(wú)熟練的電子電路技能而放棄自主維修。通過(guò)逐步排查，逐漸縮小問(wèn)題范圍，靈活運(yùn)用觀察法、排除法及替代法，對(duì)于電路板問(wèn)題要多關(guān)注大功率器件的散熱問(wèn)題，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累，快速發(fā)現(xiàn)故障部件，最終通過(guò)元器件更換最低成本或零成本的解決故障，提高醫(yī)療設(shè)備元器件級(jí)的維修能力的同時(shí)節(jié)省維修費(fèi)用的支出，降低醫(yī)院運(yùn)行成本。