新生儿重症监护室常用医疗设备电源典型故障三例

吴磊军

青岛市妇女儿童医院 医学工程科，山东 青岛 266034

引言

新生儿重症监护室是医院中最重要的科室之一，承担着救治危重症患儿的重要任务。其科内医疗设备种类多、保有量大、使用频率高，且同类型的设备型号基本一致。因此，重症监护室设备故障率高，且故障重复比较常见。能否有效保障设备的正常运行，对提高科室工作效率甚至对保障医院医疗质量都会产生重要影响[1-2]。

多参数监护仪是一种可对患者各项生命体征进行监测并具备报警功能的诊疗设备，医生可根据其检测的临床指标制定治疗方案[3-5]，是进行新生儿诊疗的重要设备。远红外辐射保温台是一种利用微电脑温控系统为新生儿及早产儿提供护理保暖的设备，可为患儿提供持续稳定的温度，主要用于抢救危重患儿与快速复温。远红外辐射保温台结构包括控制面板、皮肤温度传感器、有机玻璃挡板、输液架、托盘、床垫、照明灯、蓝光灯、红外辐射管电热管等[6]。由于其开放的设备环境更便于医护人员的护理治疗工作，而被广泛应用于医院新生儿重症监护室内，是临床较为常用的新生儿保暖设备。微量注射泵是一种精准、微量、匀速注射的设备，具备操作简单、定时、定量的特点，同时以其可靠的精度提高治疗效率[7-8]。以上3种医疗设备均是新生儿重症监护室基本配置设备。日常除电池、导联、传感器等附件损耗，机器自身电源输出异常是这些设备最常见的故障。

监护仪、远红外辐射保温台和微量注射泵3种设备电源供电方式可分为两种：一种是利用变压器与线性稳压芯片组成的线性电源；另一种是以电源管理芯片为核心的开关电源。与传统的线性稳压电源相比，同输出下开关电源具备体积小、功耗小、效率高及更稳定的特点，在医疗设备中应用更为广泛[9-11]。一般情况下，电源故障常用的处理方式是直接更换电源板或返厂维修。而电源板的价格较高，且无论是电源板备货还是返厂维修，都需依赖医院的采购流程[12]，而医院采购周期较长，因此提高相关设备维修效率具有重要意义。深入了解设备电源的工作原理及典型故障，可高效地解决故障问题。由此，本文重点聚焦我院维修时发现的振荡电路及稳压芯片故障，以作典型分析，为新生儿重症监护室常用医疗设备维修提供一定的理论依据。

1 故障案例

1.1 BSM-2301C光电监护仪电源故障分析

1.1.1 基本原理

电源板结构是典型的开关电源设计,其原理框图如图1所示，以变压器为界，可简化分为3个部分，即初级侧高压部分、PWM电源管理芯片及周边电路组成的控制部分、次级侧的整流滤波输出部分。市电220 VAC经过滤波整流后在主电容处有310 V左右电压，电源管理芯片通过启动电路获取工作电压后开始工作。电源管理芯片通过控制开关管导通时间，调控开关变压器的导通时间，以此控制次级侧的输出电压。次级绕组的电压经整流滤波后，输出稳定的直流电压，供给负载使用。同时，电源芯片通过取样电阻与光耦等元件，对电路的输入与输出进行取样与监测，维持整体电路的稳定输出。电源板的输出不受设备控制面板开机键的控制，通电即可正常输出。

图1 开关电源原理框图

1.1.2 故障现象

监护仪通电后电源指示灯不亮，按下开机键机器无法正常开机。

1.1.3 故障分析与排除

按照通常的维修思路，电源指示灯不亮，首先检查输入是否正常，排除电源线损坏导致设备无输入的情况。确定电源板损坏后不可盲目通电，先观察整个电路板是否存在打火、松动及虚焊现象，有则需提前处理；再观察初级侧保险丝是否完好，若保险丝已熔断，则测量开关管及主滤波电容是否短路。初级侧检查完毕，需再确认次级侧输出是否有明显短路的情况[13-14]。

拆出电源板如图2所示。SK-8085为电源管理芯片，C6为芯片供电滤波电容，C3为振荡电容，R2B、R2C为部分启动电阻。初步观察板上无明显损坏元件，无打火短路及虚焊现象，保险丝完好，可判断整流桥与开关管基本完好，利用万用表测量无明显问题，可判断初级侧正常。测量初级输入与次级输出，无短路现象。下一步，通电测试电源板查找故障点。通电后，电源板状态正常，测量输出，无电压。进而检查初级侧高压部分是否正常，用万用表测量电源板主滤波电容（即图2中左侧棕色大电容）两端电压，有310 V左右直流电压；测量开关管漏极（D极），也有310 V左右电压；同时，测量开关管源极（S极）与栅极（G极）均无电压，故此可初步判断故障可能在第二部分，即以PWM芯片为核心的控制电路。

图2 BSM-2301C光电监护仪电源板实物图

电源板的电源管理芯片型号为SK-8085，其应用典型电路如图3所示。先检测电源芯片的供电脚电压是否正常，芯片第7脚为供电脚，VCC电压为6 V，其正常电压应为12 V左右，此时电源芯片明显无法正常工作。除芯片自身外，影响第7脚电压还有启动电阻R1和供电滤波电容CVcc。图3中的启动电阻R1对应图2中的电阻R2、R2A、R2B及R2C（R2、R2A位于变压器下），CVcc对应C6。测量电阻R2、R2A、R2B及R2C阻值正常，测量C6容量不正常，更换同规格35 V 100 μF后上电测试，第7脚电压开始跳变，可升至12 V左右，但不能保持稳定。

图3 SK-8085典型应用图

以上故障可能有以下3个原因：① 变压器副绕组供电回路（即图3中R3、D3）故障；② 芯片周边元件故障；③ 芯片自身故障。首先，测得变压器副绕组、R3、D3正常，排除原因一。再测量光耦PC123，测试无明显问题。测量振荡电容（即图2中C3），发现电容容量异常。遂更换电容C3，通电测量，第7脚电压11.7 V，保持不变，次级输出正常，安装上机测试，机器可正常使用，完成修复。

1.1.4 小结

光电监护仪电源故障主要原因是设备使用年限较长，电源芯片周边电容失容导致电源无输出引起。多台监护仪出现了与此相同的问题，单个电容失容或两个都出现故障，初步统计此类情况在监护仪使用时间达8年及以上的电源故障中较为常见，具备一定的典型参考价值。

1.2 戴维HKN-93B远红外辐射保温台电源故障分析

1.2.1 工作原理

电源的工作原理同样如图1所示，与监护仪电源板相同，具体控制电路因PWM电源控制芯片的不同导致结构存在差异。此开关电源芯片跳过启动电路，通过主电容获取高压。

1.2.2 故障现象

按下控制面板蓝光灯开关，远红外辐射保温台蓝光灯板不亮，偶尔会有低亮度的闪烁现象，同时照明灯出现相同情况，其他功能正常。

1.2.3 故障分析与排除

此型号远红外辐射保温台电源同时输出1组11.5 V、2组14 V电压共计2组电压，分别供给照明系统与蓝光系统。由于蓝光灯及照明灯状态都不正常，可初步判断设备电源存在故障。拆出电源，电源板如下图4所示。

图4 戴维HKN-93B远红外辐射保温台电源板正（a）、反（b）面图

目测电路板上电容1与电容2 （图4中所示电容已更换）鼓包，未见其他打火及引脚松动现象。因蓝光灯会闪烁可推断电源板无短路问题，再次测量次级3组输出确认无短路情况后，在11.5 V输出端接入12 V灯泡，通电测试可观察到灯泡有闪烁现象，用万用表测量该输出端口电压，数值在8～15 V范围内循环波动。由此初步判断次级整流输出及控制部分应无故障，开关电源芯片NCP1271及外周电路故障的概率较大。此芯片典型应用电路如图5所示。

图5 NCP1271电源管理芯片典型应用电路图

由图5可知，此芯片直接从电路初级主滤波电容处获取启动电压，电路振荡正常后，变压器副绕组输入一路电压至VCC脚，输出脚（即图5中Drv）直接驱动开关管。测量芯片HV脚DC 310 V正常，VCC脚有与输出类似的电压振荡。由此可推断芯片工作正常，某种故障导致芯片保护，停止输出，故接下来检测芯片的采样与反馈电路。

该芯片由CS脚对开关管输出进行取样，取样电阻（即图5中Rramp）及下端电阻（图4反面中两个已圈出的电阻，标识为1004及1001），利用万用表在线测量，1001阻值正常，1004阻值异常偏大，拆下测量正常，故可排除芯片取样异常。此时仅剩余一种情况，电路的反馈部分，即光耦电路部分有问题。由图4及跑线分析可知，线路的反馈是由光耦、标识为U3的芯片与周边元件（R9、R13、R16、R17等）及3个滑动变阻器RS构成。通常在直流采样电路中，光耦的损坏概率比电阻高[15]，故优先测试光耦状态，测试后显示光耦正常。由于无法识别U3芯片的具体型号，故优先测量相关的电阻阻值。经在线测量可知图4中红标的标识为102的滑动变阻器2个引脚间的阻值为300 MΩ左右，明显不符合其所标注的取值范围，拆下测量，此2个引脚间阻值为无穷大，确认损坏。更换同规格元件后，通电测试，输出电压稳定不变。调整输出电压至标称值，上机测试，功能正常，完成修复。

1.2.4 小结

远红外辐射保温台电源故障为输出端调压电阻损坏（断路），以致芯片取样异常，造成的输出异常。在实际的维修过程中多次发现，可归结为此型号电源电路板的常见问题，了解此信息，可快速处理这类故障，尽快恢复设备使用。

1.3 史密斯WZS-50F6微量注射泵电源故障分析

1.3.1 工作原理

此类电源工作原理略有不同，它采用线性电源进行供电，结构更加简单，如图6所示。市电220 V电压通过变压器和整流滤波电路，转换为直流电压，再经线性稳压芯片，得到一个稳定的输出电压，供后级电路使用[16]。史密斯WZS-50F6微量注射泵的电源，是市电经变压器、整流桥及滤波电容，获取一个22 V左右的直流电压，再通过多种线性稳压芯片的组合，取得各个模块所需要的工作电压。

图6 线性直流电源框图

1.3.2 故障现象

微量泵通电状态下，机器上交流电源指示灯亮，但按开机键设备无法开机。

1.3.3 故障分析与排除

指示灯正常显示交流输入信号，表明整个系统有正常的电源输入，且可被检测，故由此可排除主电源的输入问题。电路整体结构可分为8个部分，分别为检测信号电路模块、输入及显示电路模块、电源及充电电路模块、报警电路模块、串口通信电路模块、驱动电路模块、开关机及驱动控制电路模块及系统主控电路模块[17]。故障表现为无法开机，产生的原因可能是开机控制部分故障致使无法产生开机信号，或是模块供电异常，导致系统无法正常工作。所以故障检测可从开关机电路模块开始[18]。开机电路工作流程图及系统结构实物图如图7～8所示。

图7 史密斯WZS-50F6微量注射泵开机模块工作流程图

图8 史密斯WZS-50F6微量注射泵系统结构实物图

图8中芯片1、芯片2为三端稳压芯片，芯片3为开机控制芯片PIC16C712-I/P。测量开机键功能正常，以开机芯片为核心，机器不能开机的原因可大致分为以下3个方面：① 芯片供电异常；② 芯片自身异常；③ 芯片外围电路异常。先测量图8中芯片3供电情况，若电路供电正常，再判断芯片自身故障和周围电路电子元件的情况。测量开机芯片供电脚，无电压；再测量上级供电芯片L7805（图8中芯片2），该三端稳压芯片既无5 V输出也无电压输入。由此直接测量上级芯片L7818（图8中芯片1），该芯片输入22 V正常，而无输出。更换新的L7818芯片上电测试，18 V输出正常，同时芯片L7805也可正常输出电压，按开机键可正常开机，经多次测试均正常，故障消除。

1.3.4 小结

微量注射泵电源故障可总结为三端稳压芯片损坏无输出，导致电路模块无电源输入，造成功能缺失，机器无法正常使用。此类故障在以微量泵为代表的线性电源供电设备中较为常见，具有典型意义。在临床维修工作中，可优先关注此类芯片的工作状态，可有效提高修复效率。

2 总结

电源无输出或输出异常是此类设备无法正常工作的主要原因之一，通常的维修思路是先观察，从高压侧、PWM芯片到次级侧的顺序检测故障，提前重点检测启动电路或高压是否正常等[19-21]。而针对本文中的设备电源，其电源设计格局未发生较大变化，损坏元件的位置和型号亦未发生较大变动。因此维修此类故障时，可先重点关注相关位置的特定电容或电阻是否正常，即可快速解决此类典型问题。由对整个电路板的检修缩减至具备特定功能的电子元器件的检修，可使维修工作更加的简洁、高效和安全，为临床诊疗工作的顺利开展提供坚实的保障。