醫療設備開關電源維修技術研究

隨著醫學電子技術的高度發展，醫療設備的種類也越來越多，醫療設備與現代醫療診斷、治療關系日益密切，任何醫療設備都離不開安全穩定的電源，且大部分為開關電源。在日常診斷與治療過程中往往會遇到設備因電源故障而無法使用，此時就需要醫療服務機構的臨床醫學工程師結合自身經驗和專業知識為臨床部門提供迅速、高效的服務。由于醫療設備的特殊性，設備電源互換性差，有的甚至缺少技術圖紙，這給維修工作帶來極大的不便。

　　醫療設備開關電源一般可以分為AC/DC 和DC/DC 兩大類，一次電源AC/DC 變換器輸入為50/60Hz、220V 交流電，必須經整流、濾波，體積較大的濾波電解電容是不可少的，且交流輸入必須加上EMC 濾波及使用安全標準的器件。二次電源DC/DC 變換器用以進行功率轉換，它是開關電源的核心部分，此外還有啟動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路檢測輸出電壓變化，并與基準電壓比較，誤差電壓經過放大及脈寬調制（PWM）電路，再經過驅動電路控制功率器件的占空比，從而達到調整輸出電壓大小的目的。基本結構見圖1。

圖1 醫療設備開關基本結構

　　開關電源損壞從損壞元件上大致可分為：① 感性、容性和阻性器件損壞；② 功率半導體器件損壞；③ PWM IC損壞；④ 光電耦合器損壞；⑤ 其他，如晶振、風扇等電源器件損壞。

　　按電源工作流程上可分為：① 交流輸入故障；② DC/DC 變換器故障；③ 驅動電路故障；④ PWM 電路故障；⑤取樣電路故障。開關電源故障種類繁多，在此不能一一詳列，下面結合實際維修實例對以上2 種分類中典型維修技術進行探討。

　　1 輸入電路故障

　　醫療設備開關電源的輸入電路一般包括開關、熔斷絲、交流抗干擾電路和軟啟動電路等。開關、熔斷絲和交流抗干擾電路故障很容易發現，其中開關損壞可以直接更換，但熔斷絲損壞最好檢查一下負載是否嚴重短路，并換上同樣安培數的熔斷絲通電時監測總輸入電流。交流抗干擾電路故障一般因電容器使用時間長而失效較常見。軟啟動電路是開關電源保護電路之一，開關電源的輸入電路大都采用整流加電容器濾波電路設計，在輸入電路合閘瞬間。由于電容器上的起始電壓為0，會形成很大的瞬間沖擊電流。

　　為此，醫療設備開關電源一般都在輸入電路中設置防沖擊電流的軟啟動電路。

　　常見的軟啟動電路有熱敏電阻防沖擊電流電路、SCR-R 電路、繼電器與電阻構成的電路、采用定時觸發器與限流電阻的電路，以及過零觸發的光耦可控硅與雙向可控硅構成的電路等。下面以熱敏電阻防沖擊電流、電路為例簡單說明其工作原理：熱敏電阻分為正溫度系數熱敏電阻（PTC）和負溫度系數熱敏電阻（NTC）。PTC 常態阻值較低。當有過大的異常電流流過時，因PTC 自身發熱使其電阻值迅速增加，變大電阻，起限流的作用；NTC 熱敏電阻在電源接入瞬間，阻值較大，達到限制沖擊電流的作用。

　　當電路處于正常工作狀態時，電阻發熱而使其阻值變小。

　　NTC 熱敏電阻防沖擊電流電路由于熱敏電阻的熱慣性，重新恢復原始阻值需要時間，當電源斷電后又快速接通時起不到限流作用。

　　輸液泵及部分小功率醫療設備電源中很多便采用PTC熱敏電阻限流或NTC 熱敏電阻防沖擊電流電路設計。其中，PTC 熱敏電阻在遭遇雷電或強電流的時候容易損壞，始終呈低阻態而通電便燒熔斷絲。而NTC 熱敏電阻往往出現開路故障，導致一次電源DC 無AC 接入。

　　2 光電耦合器故障

　　光耦合器（Optical Coupler）亦稱光電耦合器，簡稱光耦。是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把紅外線發光二極管與光敏半導體封裝在同一管殼內，當輸入端加電信號時，發光二極管發出光線，光敏半導體接受光線就產生電信號，從輸出端流出，從而實現“電- 光- 電”轉換。它廣泛應用于信號隔離、開關電路、脈沖放大、固態繼電器（SSR）等電路中。另外，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流改變占空比，達到精密穩壓的目的。

　　光耦能實現電氣隔離，還有抗干擾能力強、使用壽命長、傳輸效率高等優點[3]。但遇到光耦合器性能下降導致電路故障在醫療設備開關電源中還是比較多的。

　　例1 ：Philips BV25 X 線機的電源不少臨床醫學工程人員都接觸過。其中，因光電耦合器性能不良導致無法開機幾乎成為該電源的通病。BV25 主電源采用了無觸點軟啟動電路設計。當220V 接入時，一路變壓器提供一組28V 和多組7V 電源，28V 經整流穩壓后得到+15V 電壓向電源控制板提供電源，7V 供給各組光耦合器。電源板上H1 若為綠燈，則大致可判斷28V 和7V 輸出正常。可控硅V1-V3及光耦（4N25）B1-B6 性能不良均會導致開機失敗，判斷V3 是否損壞需拆下測量，否則容易誤判。

　　例2 ： OHMEDA 2000 嬰兒溫箱， 溫度到設定值后繼續上升，報“E013”。查維修手冊提示為“Header notswitching off”。排除thermal switch 故障后，最大可能是SSR內光耦合器的性能不良所致，更換該器件后溫箱工作正常。