醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源工作原理及常見故障分析與檢修

季華

（萊州市婦幼保健院，山東 萊州 261400）

醫(yī)學(xué)電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致臨床醫(yī)療中應(yīng)用了數(shù)量較多的電子醫(yī)療設(shè)備，這些醫(yī)療設(shè)備為醫(yī)院的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到了一定的輔助作用。電子醫(yī)療設(shè)備具有較多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不但實(shí)際重量較輕，同時(shí)體積較小，不會(huì)占用過多的空間，具有較高的使用效率。在實(shí)際使用中，由于長(zhǎng)期作業(yè)導(dǎo)致電子醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部故障產(chǎn)生率較高，尤其是開關(guān)電源故障較多，因此這時(shí)為了提升其運(yùn)行質(zhì)量，就需對(duì)開關(guān)電源工作原理進(jìn)行探究。

1 開關(guān)電源概述

早期電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源生產(chǎn)的時(shí)候主要以串聯(lián)為基礎(chǔ)，調(diào)整穩(wěn)壓電源，能夠更好的對(duì)線性穩(wěn)壓電源進(jìn)行控制?；A(chǔ)串聯(lián)穩(wěn)壓器的調(diào)整管主要在放大區(qū)進(jìn)行作業(yè)，使電流能夠在此連續(xù)通過，但是這種穩(wěn)壓器具有一定的優(yōu)勢(shì)和缺陷、這種穩(wěn)壓器無法承受過載與短路損耗，實(shí)際工作效率較低。在絕大多數(shù)情況下，這種穩(wěn)壓器的功率只有35%～60%。因?yàn)檎{(diào)整管損耗功率較多，因此這時(shí)就需要使用大功率調(diào)節(jié)管并安裝散熱器。開關(guān)電源的調(diào)整管如果處于開關(guān)狀態(tài)，那么這時(shí)其實(shí)際功率損耗較小，同時(shí)散熱器大小也會(huì)隨之減小，實(shí)際效率能夠達(dá)到70%～90%。電子醫(yī)療設(shè)備在實(shí)際工作的過程中，周圍環(huán)境溫度限制也得到了一定程度上的提升。但是會(huì)因?yàn)樵刂齐娐贩浅?fù)雜導(dǎo)致其輸出電壓較高，還會(huì)對(duì)其瞬時(shí)相應(yīng)產(chǎn)生影響。

2 電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源工作原理

電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源（如圖1）包括了主回路與控制回路，其中主回路主要是將交流電網(wǎng)內(nèi)部電流傳輸至負(fù)載回路，控制回路主要是基于輸入輸出限制對(duì)主控制回路進(jìn)行限制，目前開關(guān)電源中控制回路均屬于集成電路（電源集成控制器）。電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源中主回路（220V）將交流電經(jīng)過濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，這時(shí)可以將其作為衰減電網(wǎng)電源進(jìn)入的外來噪聲，之后通過對(duì)其實(shí)施浪涌電流抑制便可以獲得300V直流電。作為電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源中的核心環(huán)節(jié)，功率變換電路屬于其中的重中之重。在對(duì)其進(jìn)行控制的時(shí)候可以通過調(diào)制脈寬，脈頻或混合調(diào)制等形式實(shí)施控制。在上述調(diào)制方式中使用次數(shù)較多的是脈寬調(diào)制，借助PWM脈沖寬度進(jìn)行電路，開關(guān)管，變壓器等組成的逆變器對(duì)其實(shí)施交流電壓傳輸，最后經(jīng)歷整流濾波獲得直流電壓，逆變器開關(guān)變壓器次端頻率保持在數(shù)十赫茲至數(shù)千赫茲，包含數(shù)組交流低電壓形式。絕大多數(shù)情況下電路內(nèi)部還存在反饋電路，過壓機(jī)過流保護(hù)電路等，這些電路可以保證輸出電壓始終符合標(biāo)準(zhǔn)。

電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源類型的實(shí)際輸入電壓范圍較大，可以為直流電壓的運(yùn)行及工作奠定基礎(chǔ)，保證其穩(wěn)定輸出。但是這種電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源類型修復(fù)存在一定的問題，尤其是內(nèi)部控制回路?；谕ㄓ秒姎獬曉O(shè)備內(nèi)部開關(guān)電源為例，其內(nèi)部包含了多組輸出電流，主要分為5V/20V，12v/1.2A，-12V/1.2A，12V/5A。電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源中的最大輸出功率能夠達(dá)到130W，作為一種較為典型的他激式大功率開關(guān)電源，可以通過對(duì)內(nèi)部控制回路集成控制器進(jìn)行處理，其集成控制器為腳雙列芯片。

（1）腳是誤差信號(hào)迪放大補(bǔ)償；（2）腳是反饋輸入也就是進(jìn)行誤差信號(hào)輸入；（3）腳是開關(guān)管電流檢測(cè)主要是電流過流保護(hù)；（4）腳外部可以接定時(shí)元件；（5）接地；（6）腳是開關(guān)管道驅(qū)動(dòng)脈沖輸出；（7）集成電路電源供電；（8）5V腳是標(biāo)準(zhǔn)電壓。電子醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源實(shí)際工作的過程中可以將其與主回路輸出電壓展開對(duì)比，放大信號(hào)可以借助IC腳是反饋輸入也就是進(jìn)行誤差信號(hào)輸入進(jìn)行采集，之后通過IC腳外部可以接定時(shí)元件對(duì)變壓器工作率進(jìn)行采集，在同步之后借助IC腳是開關(guān)管道驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。內(nèi)部控制調(diào)整管能夠?yàn)殡娏鞯姆€(wěn)定性做出保證，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，假如內(nèi)部出現(xiàn)過載電流的時(shí)候可以通過IC腳是開關(guān)管電流檢測(cè)主要是電流過流保護(hù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，將其采集至IC腳是開關(guān)管道驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，促使TR1終止，為電路起到保護(hù)作用。

圖1 開關(guān)電源框架圖

3 電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的檢修手段

（1）電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源在實(shí)際維修前，需要相關(guān)人員對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源實(shí)際原理充分了解，只有以此為基礎(chǔ)才能夠?yàn)殡娮俞t(yī)療設(shè)備開關(guān)電源故障檢修提供幫助。檢修人員應(yīng)該熟讀電路圖，基于不同功能對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源進(jìn)行分類，可以將其分為整流濾波電路，脈沖激勵(lì)，穩(wěn)壓電路，基礎(chǔ)保護(hù)電路等。

之后可以通過繪制電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源框?yàn)閷?shí)際維修提供借鑒與參考，提升電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源維修質(zhì)量，及時(shí)找到故障部位。

（2）電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源上部輸出端與匹配假負(fù)載連接產(chǎn)生原因分為幾種，應(yīng)將負(fù)載故障現(xiàn)象排除，若負(fù)載產(chǎn)生短路現(xiàn)象，電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源保護(hù)工作需停止。在進(jìn)行檢修的時(shí)候如果顯示器沒有亮起，則表示無B+電壓，因此這時(shí)可知是由于B+支路短路導(dǎo)致。還可以通過解除輕載保護(hù)進(jìn)行故障檢查。

在對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部開關(guān)電源檢查的時(shí)候由于沒有添加負(fù)載通電會(huì)使其輸出電壓降低，這時(shí)可以通過在+5V輸出上添加大功率電阻解決。還可以通過避免自激式開關(guān)電源管負(fù)載不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其產(chǎn)生正反饋激勵(lì)。若開關(guān)管具有較長(zhǎng)飽和期這時(shí)就會(huì)導(dǎo)致其損壞。最后，可以通過避免出現(xiàn)意外現(xiàn)象解決其中存在的故障。

（3）相關(guān)人員在維修的過程中應(yīng)率先檢查電源內(nèi)部是否存在較為明顯的損壞零件，假如其中存在損壞零件，檢查保險(xiǎn)管熔斷現(xiàn)象，電阻使用情況。若產(chǎn)生了上述現(xiàn)象則可以采取合理的方式對(duì)故障因素進(jìn)行排查，進(jìn)一步提升電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的維修效率。

還可以采取加電測(cè)量各組內(nèi)輸出電壓進(jìn)行故障維護(hù)，例如，電壓在正常的情況下就表示該電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源符合標(biāo)準(zhǔn)，因此這時(shí)故障應(yīng)存在于負(fù)載電流中。若負(fù)載電流中的電流符合標(biāo)準(zhǔn)，則表示故障處于開關(guān)電源內(nèi)。在實(shí)際檢測(cè)的過程中，電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源實(shí)際工作頻率處于數(shù)十赫茲至數(shù)百赫茲以內(nèi)，實(shí)際脈沖整流管應(yīng)避免使用普通管對(duì)其替代。在輸出電壓皆偏離正常范圍的時(shí)候，就需要對(duì)開關(guān)電源穩(wěn)壓電路給予重點(diǎn)檢查。

（4）相關(guān)人員在實(shí)際檢查的過程中如果實(shí)際輸出電壓過低，那么這時(shí)就可以對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源集電極電壓進(jìn)行測(cè)量，在電壓不是300V的時(shí)候即表示該電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源內(nèi)部的整流濾波電路內(nèi)部元件已經(jīng)損壞。這時(shí)維修人員需要重視到熔斷絲在實(shí)際更換前需要維修人員對(duì)其中存在的熔斷原因進(jìn)行查明，例如開關(guān)管存在擊穿和負(fù)載過高等故障。在電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源輸出電壓容量降低的時(shí)候，集電極電壓也會(huì)降低，擴(kuò)大交流成分。這時(shí)維修人員無法使用萬用表對(duì)其進(jìn)行判斷，因此可以采取示波器直觀顯示。在這種情況下，實(shí)際輸出電壓存在100Hz的交流干擾，也會(huì)對(duì)其他電子模塊產(chǎn)生一定的影響，電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源無法正常運(yùn)行。在進(jìn)行某電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，其顯示器字符亮度較低，不易觀察，存在嚴(yán)重的抖動(dòng)情況。在檢查后可知主要是因?yàn)闉V波電容效果較差，會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電壓?jiǎn)栴}，進(jìn)一步影響到電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源的運(yùn)行穩(wěn)定性。假如濾波電流極不穩(wěn)定，這時(shí)就會(huì)使開關(guān)由于電極和電源輸出電壓不穩(wěn)定造成電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源工作異常，造成開關(guān)損壞。

（5）在電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源電極電壓均衡的情況下，可以對(duì)開關(guān)管進(jìn)行檢查。若開關(guān)管受到損壞，這時(shí)就需要及時(shí)更換開關(guān)管，并在更換前對(duì)開關(guān)管保護(hù)電路進(jìn)行詳細(xì)檢查，避免因?yàn)楸Ｗo(hù)電路效果降低影響開關(guān)運(yùn)行。

另外，可以對(duì)負(fù)載電路進(jìn)行檢查，將受到負(fù)載故障影響的開關(guān)損壞因素排除?？紤]到電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源脈寬調(diào)制電路保護(hù)，例如開關(guān)電源啟動(dòng)保護(hù)，輸出電壓建立，調(diào)制脈沖過寬等。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備開關(guān)電源工作進(jìn)行整理，總結(jié)后可以得知，只要充分掌握開關(guān)電源工作原理及工作故障產(chǎn)生規(guī)律就可以進(jìn)一步避免故障的產(chǎn)生，還可以在故障出現(xiàn)后及時(shí)排除，避免對(duì)電子醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生損壞。電子醫(yī)療設(shè)備維修人員需要不斷積累維修經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)電子醫(yī)療設(shè)備故障維修奠定基礎(chǔ)。