【導讀】根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，電源的故障占機器故障的60%以上，且大部分為開關電源。故對儀器維修人員來講，熟練掌握開關電源的基本組成、工作原理以及故障排除經(jīng)驗非常重要。
1.開關電源簡介
1.1.開關電源
大多數(shù)開關電源主要由電磁干擾濾波器、防浪涌控制電路、整流濾波電路、開關變壓器、開關元件、脈寬調制組件等元器件組成。
圖1：反激式開關電源電路拓撲
開關電源的典型結構有串聯(lián)開關電源結構、并聯(lián)開關電源結構、正激開關電源結構、反激開關電源結構、半橋開關電源結構、全橋開關電源結構等。由于反激開關電源為最基本結構之一且廣泛應用于醫(yī)療設備領域,故下面重點介紹。
1.2. 反激開關電源
反激開關電源的工作原理可概括為：功率管開啟時，變壓器只存儲能量，不對次級提供能量；關斷后，變壓器將能量向次級釋放，電路拓撲如圖1所示。它具有電路簡單(節(jié)省一個大電感)、不怕負載短路等優(yōu)點，但由于鐵芯處于單向磁化狀態(tài)，為防止磁飽和，需要大鐵芯，也就意味著大體積，故廣泛應用于100—150W的中小功率開關電源。
1.3 邁瑞PM9000監(jiān)護儀的電源部分
某監(jiān)護儀的電源部分整體功能框圖見圖2,電源各模塊的功能和關系如下。
圖2：電源部分整體功能框圖
①AC/DC模塊將交流220 V轉換成直流16.8 V,上電即輸出,直接供給電池模塊和開關模塊,該模塊采用UC3843芯片構成開關電源。
②DC/DC(5 V)和DC/DC( 12 V)模塊在監(jiān)護儀工作時供電,需開關模塊觸發(fā)后才輸出,輸人為16.8 V或電池電壓,輸出則供給主板、液晶、風扇、泵等,其中DC/DC(5V)模塊采用MC34167單片電源轉換器,而DC/DC(12 V)模塊采用UC3843芯片構成開關電源。
③開關模塊的電源由16.8 V或電池電壓經(jīng)LP2950芯片直接轉成5V供給,當按下電源按鍵時,脈沖經(jīng)整形后送給RS觸發(fā)器保持高電平,從而將16.8 V或電池電壓接人后級DC/DC (5 V)和DC/DC(12 V)模塊,即進入正常工作模式。
④電池模塊通過UC3906也、片方便有效地頭現(xiàn)充放電管理。
⑤電壓監(jiān)控模塊為具有I2C總線的AD及DA轉換器PCF8591,可及時將各部分電壓的數(shù)值傳輸?shù)街靼濉?/div>
由于大部分電源故障發(fā)生在16.8 V前級輸出,故下文選取AC/DC模塊進行分析,圖3為結合實物電路板逆向繪出的電路原理圖。結合本文上面內容介紹,可以得出結論:本模塊采用了以UC3843芯片為核心的隔離型反激開關電源結構。
圖3：AC/DC模塊電路原理
220V交流電壓經(jīng)過電磁干擾濾波器、防浪涌控制電路、整流濾波電路后得到約308 V直流電壓。此直流高壓被高頻變壓器斬波和降壓,變成幾十千赫茲的矩形波電壓,再經(jīng)過整流濾波就得到直流輸出電壓。這是固定頻率、改變脈沖寬度的調壓原理。
剛啟動開關電源時,UC3843暫由R1、R2等提供工作電壓,一旦開關功率管轉入正常工作狀態(tài),則由自饋線圈經(jīng)R3供電。輸出電壓先經(jīng)TL431構成 的反饋電路,再通過光耦隔離輸入1腳作為誤差電壓Vr,同時與電流在取樣電阻Rn上建立的電壓作比較,進而控制輸出脈沖占空比,實現(xiàn)穩(wěn)壓。
2.常見故障
在開關電源中,由于電源輸入部分工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下,故障率最高。其次是大功率開關管和其保護電路較易損壞,再就是脈寬調制器及周邊相關電路容易出現(xiàn)故障。圖3中易壞元器件已用圈標出,皆為實際工作中的實例。為了更好地理解它們,具體故障按檢測流程分塊說明如下。
①保險絲F1和F2、溫控電阻TR、橋堆BR,以一級維修即可,但有關電源部分的故障應進行深人上各元器件損壞,現(xiàn)象為前級無直流308V高壓輸出；其檢測方法比較簡單,用萬用表找出損壞元器件更換即可。
②分壓電阻R1、R2等,如直流308V高壓正常,Vcc上無啟動電壓,則重點檢查這一供電電路。
③開關功率管2SK2485損壞,可用一極管擋檢測,查看是否擊穿;限流電阻 Rl1、R10 和保護電阻R70如檢測到開關功率管2SK2485已損壞,大多數(shù)情況下,其保護電路也會存在問題,因而得逐一排查，重點為上述電阻。
④UC3843心片損壞,可通過一極管擋測量75腳來判斷,二極管D4擊穿。更換UC3843時,要小心,容易虛燥。熱風槍拆燥臺選擇如下參數(shù):溫度5—6 擋風速 1—2擋。
3.維修方法
檢修電源首先要檢查在斷電狀態(tài)下有無明顯的短路、元器件損壞故障。打開電源的外殼,檢查保險絲是否熔斷,再觀察電源的內部情況,如果發(fā)現(xiàn)電源部分的元件破裂,則應重點檢査此元件,一般來講這是出現(xiàn)故障的主要原因,嗅一下電源內部是否有糊味,檢查是否有燒焦的兀器件,問一下電源損壞的經(jīng)過,這一點對于維修任何設備都是必需的。在初步檢査以后,還要對電源進行更深人的檢測,具體步驟可參考圖4。
圖4：電源檢測流程
4.結論
醫(yī)療設備的維修可分為一級或者板級維修、二級或者片級維修兩個階段，一般情況下，熟練掌握一級維修即可。但有關電源部分的故障應進行深人的片級維修通過有效科學的經(jīng)驗總結分析，將大大降低維修成本，提高維修效率。
