Philips HDI 5000超聲診斷儀電源系統原理及故障維修

朱勝軍

(義烏市中心醫院 設備科，浙江 義烏 322000)

HDI 5000是飛利浦公司生產的一款全數字化彩色超聲診斷系統，也是HDI系列超聲診斷系統中的旗艦產品，其圖像質量和可靠性獲得了廣泛的認可。飛利浦公司的高端彩超iU 22和iE 33，也是在HDI超聲技術基礎上的演進產品。

2013年2月，本人對一臺HDI 5000彩超的電源故障進行了檢修。為此查閱了HDI 5000的英文手冊和有關資料，基本上弄清楚了該設備電源系統的工作原理，同時結合實際的維修過程，一并總結成文，供大家參考。

1 HDI 5000電源系統工作原理

HDI 5000的電源系統有兩個模塊組成，一個是交流輸入模塊 (AC Input Module－ACIM)，另一個直流電源模塊 (Power Supply Module－PSM)，其原理工作原理框圖如圖1所示。從圖中可以看出，ACIM主要功能是完成AC/DC變換，交流電經整流濾波后輸出給PSM;PSM主要功能是完成DC/DC變換，將ACIM提供的直流電源轉換成系統工作所需的、穩定的直流電源。

交流輸入模塊 (ACIM)主要作用:

(1)將輸入的交流電進行AC/DC變換，產生+155V穩定的直流電壓，為直流電源模塊 (PSM)供電。

(2)將輸入的交流電經隔離變壓器進行轉換，為打印機、顯示器等外部設備 (OEM)提供交流電源。

圖1 HDI 5000電源系統框圖

(3)在模塊的面板上，有7個LED指示燈提供診斷信息。

直流電源模塊 (PSM)主要作用:

(1)提供系統運行所需的直流電源，包括+5 Vdc， － 5.2 Vdc， ± 6 Vdc， ± 12Vdc， ±15 Vdc。

(2)負責監控系統機箱內各個電路板的工作溫度，并根據溫度自動調整冷卻風扇的供電電壓(在+12 Vdc到 +24 Vdc之間)，從而控制冷卻風扇的轉速。

(3)提供受程序控制的直流高壓 (±HV，在±15 Vdc to±115 Vdc之間)，為超聲發射電路以及復用電路供電。

(4)監測ACIM的供電電壓HVDC。如果該電壓低于+90 Vdc，將自動關閉系統。

(5)監測直流輸出。當任何一路輸出發生過流或者過壓情況時，將自動關閉。

(6)監測前端控制板 (Front End Controller，FEC)的工作狀態。當FEC發生故障時，將自動關閉系統。

(7)包含待機/運行電路，負責處理開機運行以及關閉待機的請求。

(8)在PSM的面板上，有兩個LED指示燈，分別是HVDC OK(ACIM輸出正常)和OVP(過壓保護)，提供故障診斷信息。

2 故障現象

打開機器后部的主電源開關，按下ON/STANDBY后，冷卻風扇工作，但顯示器黑屏，沒有顯示任何信息，鍵盤上的LED指示燈也沒有閃爍，處于無法啟動的狀態。

3 分析檢修

根據故障現象來看，系統根本沒有啟動，System CPU沒有工作，因此屏幕黑屏;鍵盤的LED指示燈不閃爍，則說明鍵盤與CPU的通訊也沒有建立，不能完成上電自檢程序。按照常規思路，首先應檢查電源。

開機器前部的機箱蓋板，并拆除金屬屏蔽蓋板，即可看PSM模塊。在PSM的面板上清楚地標明了各個測試點的名稱或電壓值，可以看到2個LED指示燈，如圖2所示。

圖2 PSM模塊面板上的測試點和LED指示燈

上電開機觀察，PSM上面的HVDC_OK指示燈點亮，表明ACIM供電正常。用萬用表逐個測試各個測量點的電壓，發現+5V電源輸出僅有2.6V左右，其余各點電壓均正常 (+3.3V沒有使用，沒有輸出;±HV因系統沒有啟動，也無輸出)。這說明+5V電源存在故障。

+5V電源是是System CPU板工作的核心電壓，該電源故障必然導致CPU不能啟動，當然整個機器也無法工作。據此，初步判定為PSM故障。

4 操作方法和故障排除步驟

關閉ON/STANDBY開關和主電源開關，并將交流電源插頭從插座中拔出，再將PSM模塊從機箱中拔出。PSM模塊上有大容量的高壓電解電容，為防止遭受電擊危險，拔出該模塊和接觸電路板上的元件之前，應等候約1min左右，確保電容上的電荷釋放完畢。

將PSM模塊進行拆解分析，可以看到PSM使用了8個VICOR公司的DC－DC轉換器模塊。ACIM輸出的HVDC為這些模塊提供輸入供電，經模塊變換輸出 +5 Vdc， ±6 Vdc， ±15 Vdc，+24Vdc電壓。其中，由3個模塊并聯在一起構成+5V電源，其外觀結構如圖3所示。

VICOR公司的DC－DC轉換器是采用“零電流開關”技術的模塊式的DC－DC轉換器，內部開關工作頻率高達2 MHz，具有高功率密度、高轉換效率和低噪聲等優異性能。通過模塊的并聯技術，很容易擴張到更高的輸出功率，在直流供電領域應用非常廣泛。

圖3 VICOR DC/DC電源模塊

DC－DC模塊的各個引腳的功能表1。

經過對PSM的電路進行測量分析，繪出了+5Vdc電源的電路原理框圖如圖4所示。

從原理框圖可以看出，+5V電源由三個DC/DC模塊組成:1個主控模塊 (型號為VI－250－30)，其余兩個從屬模塊 (型號為VI－B50－05)。VICOR的DC/DC模塊采用這種并聯結構，是為了擴充輸出功率，克服了單個模塊的功率限制，以滿足系統的供電要求。

該種模塊額定輸入電壓為150Vdc，實際上可以接受的輸入電壓可以在100～200Vdc之間，額定輸出電壓為5V，額定輸出功率為150W。3個模塊并聯在一起，可以額定輸出90A的電流。經檢查發現，有一個從屬模塊損壞，不能正常工作，這直接致使到+5V電源的負載能力下降了三分之一，電流輸出能力嚴重不足，+5V電源輸出電壓僅有2.6V左右。

表1 VICOR DC/DC引腳功能

圖4 PSM內部DC/DC模塊電路原理框圖

訂購一塊同型號DC/DC電源模塊，將PSM模塊重新裝配好，上機測試，機器開機啟動正常，恢復正常運行狀態。

5 體會

HDI 5000這款設備的穩定性是非常高的，但隨著使用年限的增加，像電源這種高電壓、大功率部件還是會發生故障。不過這款機器的測試點和元器件的標注非常清楚完備，集成程度也不是非常高，維修起來還是相對容易的。另外，在該設備裝機時，部分英文版技術資料保存完整，對本次維修時參閱提供了極大的幫助和便利。

［1］HDI 5000 Service Manual