醫療設備中開關電源工作原理及常見故障分析與檢修

季華

（萊州市婦幼保健院，山東 萊州 261400）

醫學電子技術的持續發展導致臨床醫療中應用了數量較多的電子醫療設備，這些醫療設備為醫院的正常運轉起到了一定的輔助作用。電子醫療設備具有較多的應用優勢，不但實際重量較輕，同時體積較小，不會占用過多的空間，具有較高的使用效率。在實際使用中，由于長期作業導致電子醫療設備內部故障產生率較高，尤其是開關電源故障較多，因此這時為了提升其運行質量，就需對開關電源工作原理進行探究。

1 開關電源概述

早期電子醫療設備開關電源生產的時候主要以串聯為基礎，調整穩壓電源，能夠更好的對線性穩壓電源進行控制。基礎串聯穩壓器的調整管主要在放大區進行作業，使電流能夠在此連續通過，但是這種穩壓器具有一定的優勢和缺陷、這種穩壓器無法承受過載與短路損耗，實際工作效率較低。在絕大多數情況下，這種穩壓器的功率只有35%～60%。因為調整管損耗功率較多，因此這時就需要使用大功率調節管并安裝散熱器。開關電源的調整管如果處于開關狀態，那么這時其實際功率損耗較小，同時散熱器大小也會隨之減小，實際效率能夠達到70%～90%。電子醫療設備在實際工作的過程中，周圍環境溫度限制也得到了一定程度上的提升。但是會因為元件控制電路非常復雜導致其輸出電壓較高，還會對其瞬時相應產生影響。

2 電子醫療設備中開關電源工作原理

電子醫療設備中開關電源（如圖1）包括了主回路與控制回路，其中主回路主要是將交流電網內部電流傳輸至負載回路，控制回路主要是基于輸入輸出限制對主控制回路進行限制，目前開關電源中控制回路均屬于集成電路（電源集成控制器）。電子醫療設備開關電源中主回路（220V）將交流電經過濾波器對其進行濾波，這時可以將其作為衰減電網電源進入的外來噪聲，之后通過對其實施浪涌電流抑制便可以獲得300V直流電。作為電子醫療設備中開關電源中的核心環節，功率變換電路屬于其中的重中之重。在對其進行控制的時候可以通過調制脈寬，脈頻或混合調制等形式實施控制。在上述調制方式中使用次數較多的是脈寬調制，借助PWM脈沖寬度進行電路，開關管，變壓器等組成的逆變器對其實施交流電壓傳輸，最后經歷整流濾波獲得直流電壓，逆變器開關變壓器次端頻率保持在數十赫茲至數千赫茲，包含數組交流低電壓形式。絕大多數情況下電路內部還存在反饋電路，過壓機過流保護電路等，這些電路可以保證輸出電壓始終符合標準。

電子醫療設備中開關電源類型的實際輸入電壓范圍較大，可以為直流電壓的運行及工作奠定基礎，保證其穩定輸出。但是這種電子醫療設備中開關電源類型修復存在一定的問題，尤其是內部控制回路。基于通用電氣超聲設備內部開關電源為例，其內部包含了多組輸出電流，主要分為5V/20V，12v/1.2A，-12V/1.2A，12V/5A。電子醫療設備中開關電源中的最大輸出功率能夠達到130W，作為一種較為典型的他激式大功率開關電源，可以通過對內部控制回路集成控制器進行處理，其集成控制器為腳雙列芯片。

（1）腳是誤差信號迪放大補償；（2）腳是反饋輸入也就是進行誤差信號輸入；（3）腳是開關管電流檢測主要是電流過流保護；（4）腳外部可以接定時元件；（5）接地；（6）腳是開關管道驅動脈沖輸出；（7）集成電路電源供電；（8）5V腳是標準電壓。電子醫療設備中開關電源實際工作的過程中可以將其與主回路輸出電壓展開對比，放大信號可以借助IC腳是反饋輸入也就是進行誤差信號輸入進行采集，之后通過IC腳外部可以接定時元件對變壓器工作率進行采集，在同步之后借助IC腳是開關管道驅動脈沖輸出。內部控制調整管能夠為電流的穩定性做出保證，實現過流保護，假如內部出現過載電流的時候可以通過IC腳是開關管電流檢測主要是電流過流保護對信號進行采集，將其采集至IC腳是開關管道驅動脈沖輸出，促使TR1終止，為電路起到保護作用。

圖1 開關電源框架圖

3 電子醫療設備開關電源的檢修手段

（1）電子醫療設備開關電源在實際維修前，需要相關人員對電子醫療設備開關電源實際原理充分了解，只有以此為基礎才能夠為電子醫療設備開關電源故障檢修提供幫助。檢修人員應該熟讀電路圖，基于不同功能對電子醫療設備開關電源進行分類，可以將其分為整流濾波電路，脈沖激勵，穩壓電路，基礎保護電路等。

之后可以通過繪制電子醫療設備開關電源框為實際維修提供借鑒與參考，提升電子醫療設備開關電源維修質量，及時找到故障部位。

（2）電子醫療設備開關電源上部輸出端與匹配假負載連接產生原因分為幾種，應將負載故障現象排除，若負載產生短路現象，電子醫療設備開關電源保護工作需停止。在進行檢修的時候如果顯示器沒有亮起，則表示無B+電壓，因此這時可知是由于B+支路短路導致。還可以通過解除輕載保護進行故障檢查。

在對電子醫療設備內部開關電源檢查的時候由于沒有添加負載通電會使其輸出電壓降低，這時可以通過在+5V輸出上添加大功率電阻解決。還可以通過避免自激式開關電源管負載不符合標準對其產生正反饋激勵。若開關管具有較長飽和期這時就會導致其損壞。最后，可以通過避免出現意外現象解決其中存在的故障。

（3）相關人員在維修的過程中應率先檢查電源內部是否存在較為明顯的損壞零件，假如其中存在損壞零件，檢查保險管熔斷現象，電阻使用情況。若產生了上述現象則可以采取合理的方式對故障因素進行排查，進一步提升電子醫療設備開關電源的維修效率。

還可以采取加電測量各組內輸出電壓進行故障維護，例如，電壓在正常的情況下就表示該電子醫療設備開關電源符合標準，因此這時故障應存在于負載電流中。若負載電流中的電流符合標準，則表示故障處于開關電源內。在實際檢測的過程中，電子醫療設備開關電源實際工作頻率處于數十赫茲至數百赫茲以內，實際脈沖整流管應避免使用普通管對其替代。在輸出電壓皆偏離正常范圍的時候，就需要對開關電源穩壓電路給予重點檢查。

（4）相關人員在實際檢查的過程中如果實際輸出電壓過低，那么這時就可以對電子醫療設備開關電源集電極電壓進行測量，在電壓不是300V的時候即表示該電子醫療設備開關電源內部的整流濾波電路內部元件已經損壞。這時維修人員需要重視到熔斷絲在實際更換前需要維修人員對其中存在的熔斷原因進行查明，例如開關管存在擊穿和負載過高等故障。在電子醫療設備開關電源輸出電壓容量降低的時候，集電極電壓也會降低，擴大交流成分。這時維修人員無法使用萬用表對其進行判斷，因此可以采取示波器直觀顯示。在這種情況下，實際輸出電壓存在100Hz的交流干擾，也會對其他電子模塊產生一定的影響，電子醫療設備開關電源無法正常運行。在進行某電子醫療設備開關電源檢查的時候發現，其顯示器字符亮度較低，不易觀察，存在嚴重的抖動情況。在檢查后可知主要是因為濾波電容效果較差，會產生較為嚴重的電壓問題，進一步影響到電子醫療設備開關電源的運行穩定性。假如濾波電流極不穩定，這時就會使開關由于電極和電源輸出電壓不穩定造成電子醫療設備開關電源工作異常，造成開關損壞。

（5）在電子醫療設備開關電源電極電壓均衡的情況下，可以對開關管進行檢查。若開關管受到損壞，這時就需要及時更換開關管，并在更換前對開關管保護電路進行詳細檢查，避免因為保護電路效果降低影響開關運行。

另外，可以對負載電路進行檢查，將受到負載故障影響的開關損壞因素排除。考慮到電子醫療設備開關電源脈寬調制電路保護，例如開關電源啟動保護，輸出電壓建立，調制脈沖過寬等。

3 結語

綜上所述，經過對電子醫療設備開關電源工作進行整理，總結后可以得知，只要充分掌握開關電源工作原理及工作故障產生規律就可以進一步避免故障的產生，還可以在故障出現后及時排除，避免對電子醫療設備產生損壞。電子醫療設備維修人員需要不斷積累維修經驗，為后續電子醫療設備故障維修奠定基礎。