飛利浦彩色超聲IU22 多版本電源故障處理

張慧君，李作家，李子好

（南方醫科大學南方醫院設備器材科，廣東廣州 510515）

0 引言

飛利浦iU/iE 系列彩色超聲診斷儀是飛利浦公司生產的旗艦型高端彩超，目前廣泛使用在國內外各大醫院。在超聲診斷儀出現的各種故障中，由電源故障引起的占有很大比例。由于電源部分功率消耗大，溫度高，因而對設備造成的影響也比較大。而且，電源故障的表現形式也多種多樣，經常表現為整個系統或系統的某一部分的功能故障，此類故障一旦出現，往往會嚴重影響超聲診斷系統的正常運行。本文通過對其電源結構及原理進行深入的介紹和分析，并結合實際的維修案例，加深人們對醫療電子設備維護方面的認識，給超聲診斷設備的維修提供重要的參考價值，并對其5 個版本的電源結構及原理進行深入分析，對其不同版本之間的區別進行對比和總結。

iU/iE 系列彩色多普勒超聲診斷儀包含iU22 和iE33 兩種機型，其中iU22 為全身彩超診斷儀，iE33 為心臟彩超診斷儀，兩款機器在功能上各有側重，在硬件結構上基本相似。經過不斷改進，目前該系列機器已經從初始發布的A Cart 版本，逐步升級到B，C，D，E，F，G 和R Cart 版本，其性能也隨之不斷提高。機器的結構清晰，分為前端（Front End）、后端（Back End）和電源供應（Power Supply）等3 大主體部分。

從機器的硬件結構發展這個角度分析，可以把其分為A Cart，B/C Cart，D Cart 和E Cart 及之后這4 種版本，同一版本的iU22 和iE33 所使用的電源相同，本文只對A，B/C，D，E 版本進行闡述。

1 4種電源版本分析

1.1 A Cart

A Cart 的電源子系統由6 部分組成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（A Cart）。過濾輸入電壓，有一個單元斷路器控制輸入電源的斷開與閉合；為APS 和PPS 提供各種交流電壓（100 V，120 V，230 V 或240 V）；為機器的各種外設（打印機等）提供交流電壓；其上1 個綠色的LED 指示燈用來指示機器電源狀態。

（2）High Voltage Switcher（A/B/C/D Cart）。將來自APS 的DC ±15 V 和+48 V 轉換成±HV（DC±30～±120 V）；提供HV 給NAIM 的校準器進行低通濾波以減少噪聲，然后送到channel boards。

（3）Platform Power Supply（A Cart）。提供DC +3.3 V，±5.0 V，±12 V，+12 VSB（Standby Battery Voltage，系統待機電壓）和+5 VSB。+12 VSB 被用來作為+5 VSB 的校準，同時也用于電池充電。+12 VSB 和+5 VSB 當交流電供應時就會產生；提供12 V 給video monitor，+3.3 V 給觸摸屏LCD，+5 V給CPM（控制面板）和觸摸屏；操作電壓AC（85～264）V，頻率范圍（47～63）Hz；過熱、過壓、過流保護，超過界線重啟；用APS 和PPS 的狀態來生成系統reset 信號。

（4）Acquisition Power Supply（A Cart）。提供DC+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V；操作電壓AC（85～264）V，頻率范圍（47～63）Hz；過熱、過壓、過流保護，超過界線重啟；提供+48 V 給HV Switcher。

（5）Power Distribution Module（A Cart）。為Platform Power Supply 的電壓輸出提供低阻抗的連接通路，通過BUS BARS 接收來自Platform Power Supply 的電壓再分配給其他的連接器；包含有電壓檢測電阻負責檢測來自Platform Power Supply 的DC +3.3 V 和+5 V；提供電壓測試點和LED 燈去指示Platform Power Supply 的工作情況。

（6）Standby Battery。負責在斷電時提供5VSB 給系統，充足的電池電量可使系統維持4 h 待機狀態；如果電池完全沒電，系統將不能啟動，直到電池充有一定電量后才能夠啟動；系統在使用中或插了電源線后都會對電池充電。

啟動過程：首先，電源開關Circuit Breaker 被打開，AC Tray直接給APS 與PPS 供電，位于AC Tray 上面的綠色LED 指示燈被點亮，同時，PPS 把各種待機電壓供應給Host Computer 和SIP Computer；當On/Standby 開關被按下后，Host Computer 與SIP Computer 會分別反饋一個PS_ON#_1 和PS_ON#_2 信號并合成為PS_ON 信號傳輸到PPS；此時PPS 與APS 開始進行握手過程，PPS 首先會發送一個PS_ON_n_ACQ 信號給APS，如果APS 處于正常工作狀態，則會反饋一個ACQ_DC_OK_n 信號給PPS；PPS 與APS 握手成功后，就會把HOST 和SIP 所需要的各種工作電壓輸出給兩者。此外，還會分別發送PWR_OK 信號給到HOST Computer 和SIP Computer；隨后，HOST 和SIP 開始各自的啟動過程，包括進入BIOS，加載操作系統，運行超聲應用軟件等。

1.2 B&C Cart

B/C Cart 的電源子系統由6 部分組成，各部分功能如下。

（1）AC Tray（B/C/D/E/F Cart）。用一個在AC Tray 后端的藍色LED 燈指示電源狀態。用一個繼電器AC relay 控制供應到APS 和PPS，OEM 的電源輸入，這個繼電器AC relay 通過APDB的邏輯序列被激活；為交流電源線提供EMI（電磁干擾）過濾；發生并發送12VSB 待機電壓給PPDB 使用；從ADPB 接收5 V 的電源點亮LED 電源指示燈。

（2）Acquisition Power Distribution Board（B/C/D Cart）。將來自APS 的電源分配給前端；用來自PPDB 的PS_ON_n 信號激活AC relay 并使它保持閉合狀態；監測DC +3.65 V，+5.35 V，-5.35 V，+15 V，-15 V 和+48 V；用APS_DC_OK 信號和PPS_DC_OK信號（來自PPS）共同產生SPS_OK 信號；用從PPDB 產生的PLT_PWR_GOOD 信號和SPS_OK 信號共同產生DC_OK_OUT信號。這個DC_OK_OUT 信號阻止Host 和SIP 運行，直到所有的總線都在合適的電壓范圍內；在系統操作期間提供錯誤檢測，如果電源供應出錯，一個鎖存狀態發生，使AC relay 打開，禁止電源供應，同時使AC tray 的LED 燈閃爍；12 個LEDs 指示電源供應狀態。6 個綠色的LEDs 指示正常的操作，6 個紅色的LEDs 指示錯誤。

（3）Platform Power Distribution Board（B/C Cart）。將DC+12 V輸入電壓轉換成+5 V，+3.3 V 和-12 V；將+12 VSB 轉換成SW_BATT 或+5 VSB，這取決于系統是在正常操作狀態還是待機狀態；監控電壓總線和轉換器的狀態，如果每個輸出電壓都處于正常范圍內，就把各個輸出合成為一個信號（PLT_POWER_GOOD）；PS_ON_n_HOST and PS_ON_n_SIP signals 共同產生PS_ON_n信號，這個信號送到APDB 用于激活AC relay 并使它保持在閉合狀態。

啟動過程：首先，當插上機器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應板將產生的+12 VSB 供應到PPDM 上，PPDM 把+12 VSB 轉化為+5 VSB 后，分別提供給HOST Computer，SIP Computer 以及APDM，并點亮APDM 上的DS11 LED 指示燈；當ON/OFF 開關被按下后，HOST Computer 將產生并傳輸一個PS_ON_n 信號給PPDM，PPDM 將PS_ON_n 信號傳送到APDM上，點亮LED 指示燈DS10，并啟動APDM 上的2 s 定時器，隨后APDM 產生一個Relay_ON_n 信號驅動AC Tray 上的繼電器閉合，此時已經合并在一起的APS 和PPS 將得到所需要的交流電壓，若兩者的內部工作電壓正常，將同時產生一個SPK_OK 信號返回給APDM，并點亮APDM 上的LED 指示燈DS4；此外，APS 還會把+12 V，50 A 傳輸到PPDM 上，PPDM上各電壓范圍正常時，會產生一個Plt_Power_Good 信號給APDM，并點亮APDM 上的LED 指示燈DS12；SPK_OK 信號和Plt_Power_Good 信號將通過一個與門電路停止2 s 定時器的計時。若SPK_OK 信號和Plt_Power_Good 信號沒有同時產生，當2 s 定時器計時結束后，將產生一個信號斷開AC Tray 上的繼電器開關，停止對APS 和PPS 的電源供應，此時AC Tray 上的藍色電源狀態指示燈將會不斷閃爍。

1.3 D Cart

啟動過程：首先，當插上機器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應板將產生的+12VSB 送到SPD 板，AC Tray 上的藍燈點亮，按下Switch On 開關，5V StangBy 電壓從BTM 板送到SPD 板和主計算機，DS11 燈點亮。AC Tray 上的繼電器吸合，交流電接通，從主計算機發出來的PS-ON 信號，此時點亮DS10燈，2 s 計時開始，期間PPS 提供12 V，50 A 到SPD 板，SPD 板返回Plt-Power-Good 到APDM 板，DS12 燈點亮，從APDM 板發出PS-ON 信號，點亮DS7 燈，2 s 計時停止，SPS-OK，APS 向HV Switcher 提供電壓，APDM 板DS4 燈點亮，SPD 向計算機提供電壓5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，計算機啟動。

1.4 E Cart

啟動過程：首先，當插上機器電源插頭后，AC Tray 上的+12 V電源供應板將產生的+12VSB 電壓送到BSPC 板，AC Tray 上的藍燈點亮。接著按下Switch On 開關，5V stand by 電壓從PSBC 板送到SPD 板和主計算機，PSBC 板上的DS21 點亮，PSON 信號確認，PSBC 板上的DS20。Actray 上的繼電器吸合，交流電接通，2 s 計時開始。PPS 提供120 V、5 A 到SPD 板。從PSBC 板發出的PS-ON 信號，2 s 計時終止。SPD 向計算機提供電壓5 V，-5 V，12 V，-12 V，3.3 V，計算機啟動。

2 1個維修案例

故障現象：開機后觀察到在交流電源開關右側的藍色指示燈開啟，但按下位于機器中部的按鍵（ON/STANDY），使機器得電，并開始進行初始化過程時僅僅維持（3～4）s（即液晶顯示器剛顯示PHILIPS 幾個字母后），機器便突然斷電，隨即機器底部的交流開關藍色指示燈開始不斷地閃爍。再次按下按鍵（ON/STANDY），系統無任何反應。關閉交流開關，重新開機，故障依然。

故障分析：根據故障現象分析判斷，懷疑系統的電源部分發生故障。IU22 的交流供電單元AC Tray 安裝在設備底部后側下部，打開蓋后可看到一排供電指示燈。AC 220 V 經一個繼電器向直流電源模塊供電，直流電源模塊的輸出經電壓監測和分配板送到后端和前端電路。前端供電電源（Acquisition Power，ACQ）兩供電電源需要分別打開機器的機箱左右側蓋板才可以觀察到。故障現象中AC Tra 的指示燈不亮，并不能簡單的由此判斷AC Tray 故障，指示燈反映的是AC Tray 和前后端供電電源的相互供電正常的指示。經測量供電系統主要由交流電源、+12 V 直流電源模塊、+3.5 V，±5.3 V，±15 V 和+48 V 直流電源監測和分配模塊及高壓電源模塊組成。

故障處理：運行一段時間后，機器間歇性死機，有時反復開機才能啟動。調出系統信息記錄，查維修手冊后，發現AIM（電壓轉換、調節、分配模塊）傳感器報出的電壓為-5.16 V，應為-（5.35～5.40）V。AIM（電壓轉換、調節、分配模塊）傳感器報出的電壓為+5.09 V 應為+（5.3～5.40）V，UAVIO（標準音頻、視頻輸入輸出板）上傳感器報出的電壓為+11.35 V，應為+（12～12.05）V，FEC（前端控制板）上傳感器報出的電壓為+46.35 V，應為+（47.90～48.10）V，調節電源的輸出測量點旁的微調電位器至正常范圍后，問題徹底解決。

3 總結

本文是在查找資料及實踐總結中提煉出來的，由于缺乏資源，對電源系統的分析和總結花費了不少時間，但是為以后的維修積累了豐富的經驗。在超聲設備的維修過程中應注意日常的經驗積累與總結，遇到問題沉著、冷靜對待，了解設備的工作原理和特性，設備維修時才能做到得心應手。