MAQUET Servo-i呼吸機電源故障二例

彭順銀，魏東，徐峰

南京醫科大學附屬淮安第一醫院 醫療設備處，江蘇 淮安 223300

引言

MAQUET Servo-i是醫院常用呼吸機品牌之一，分布于急診搶救室、EICU、ICU、RICU、NICU、CCU、NSICU等科室；具有監測參數顯示直觀、操作簡單、維護方便等優點，使用前應對呼吸機的安全閥、流量傳感器、壓力傳感器、氧電池等硬件設備的性能進行監測，保證呼吸機性能可靠和參數的準確[1-2]。呼吸機是醫院最重要的臨床治療與搶救設備，用于患者復蘇搶救、麻醉及重癥監護，不但可替代患者的自主呼吸，同時也可為患者提供支持、幫助形式的輔助呼吸治療，進而達到延續患者生命的目的[3-4]。呼吸機是急救與生命支持類設備，在臨床使用中的重要性不言而喻，其在臨床的廣泛使用也帶來了設備電氣性能安全、患者使用安全、操作安全等潛在隱患。據“ISO 14971醫用裝置風險管理”[5]風險分析方法進行風險分析：呼吸機得分為12分，屬高風險醫療設備，存在高故障率潛在危害[6]。

本文結合我院多年來該型號呼吸機的使用情況，探討了其電源部分常見故障兩例。第一例是主機開關電源（PC1955E電路板）無直流12 V電壓輸出，開機黑屏，呼吸機無反應；第2例是PC1778電路板（DC/DC板）N28插腳無12 V電壓輸出，導致開機黑屏并報警。根據故障現象查找原因，并對照電子元器件的排列勾畫電路圖，結合電路原理圖確定損壞的電子元器件。同時，本文也介紹了該型號呼吸機一、二級維護保養方法及使用注意事項，并分享了維修醫療設備電源方面的一些方法和技巧。自主維修能提高醫工的維修技能和水平，減少醫院相關的維修費用支出[7]。

1 MAQUET Servo-i呼吸機的結構

隨著醫療診斷技術、電子信息技術和互聯網技術的快速發展，呼吸機的結構和原理也有了根本的改變。其設計更趨于人性化，界面清晰易懂、易操作，結構簡單、易拆易裝、易清洗維護[8]。主機從機架移開，拆下前上蓋可看到呼吸機的主要硬件組成部分：空氧模塊、吸氣管道、吸氣壓力傳感器管道、氧濃度傳感器、安全閥等，見圖1a。拆下呼氣盒下面的前面板，可看到主要電路控制板，主要有 PC1781、PC1784、PC1771、PC1772、PC1778、AC/DC電路控制板等，見圖1b。

圖1 MAQUET Servo-i主要硬件和控制電路板

MAQUET Servo-i呼吸機工作原理和其他品牌呼吸機一樣，即把具有一定壓力的醫用氧氣和壓縮空氣混合，選擇通氣模式和呼吸氣道力學參數，在監測條件下把滿足設置條件的空氣、氧氣混合氣體通過呼吸管路輸送給患者，用以強制或輔助患者呼吸，從而維持患者的呼吸功能[9]。主機由氣體傳輸系統和控制系統兩部分組成，氣體傳輸系統包括呼氣和吸氣兩部分?？諝狻⒀鯕夥謩e進入兩個氣體模塊，根據設置的潮氣量、壓力水平和氧濃度等，調節電磁閥開關頻率，精確送氣至混合腔，將空氣、氧氣充分混合，經監測，把滿足設置參數的混合氣體，通過呼吸管路送至患者使用。PC1786呼出流量檢測板通過插座連接PC1785、PC1780板，溫度和氧電池傳感器連接PC1780板。吸氣和呼氣壓力測試板PC1781由插件與PC1784連接，PC1784、PC1771、PC1772、PC1778等電路板通過CAN總線實現主機與人機界面觸摸控制屏電路之間的相互通訊，PC1771、PC1772、PC1784等直插于PC1770母板上，整機由AC/DC電路板供電，無市電情況下由蓄電池提供臨時供電，見圖2（圖中不包括人機界面觸摸控制屏控制電路等）。

圖2 MAQUET Servo-i氣路、電路主要結構原理圖

2 故障一

2.1 故障現象

開機黑屏，呼吸機無反應。

2.2 故障分析與排除

排除線路和電源開關問題，測量開關電源PC1955E的AC/DC板無直流12 V電壓輸出。在線測量場效應開關管T1短路，開關電源過電流抗干擾保護二極管D1和電阻R3開路，更換同型號場效應管T1（20N60S5）和同規格型號二極管、電阻，故障未排除。如圖3所示，R22、C14、IC1（HEF4069）的非門Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組成多諧振蕩器，振蕩周期 T≈1.4×R22×C14[10]。IC1（HEF4069）的三個非門Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并聯，其輸出端與T3、T4基極連接，使驅動電流增加且輸出波形接近方波，共同組成脈沖寬度變調電路（Pulse Width Modulation，PWM）驅動電路。開關T1、高頻電源變壓器TR1、PWM驅動電路、整流二極管D8及電容C20～C22等組成單端反激式開關電源電路[11]。

圖3 AC/DC板電源電路圖

相同型號CMOS門的閾值電壓（Threshold Voltage，VTH）的差異，且非門輸出導通電阻阻值會隨負載大小而變化，以及采用不同的近似計算方法等都會直接影響振蕩周期T值[12]。IC2、T5、D5、R9、R10、R12等元件組成輸出電壓穩壓檢測電路，根據負載的變化，調節PWM驅動電路輸出脈沖高低電頻、占空比和振蕩頻率值，使輸出電壓穩定[13]。IC3、T2、T6、R3、R4、R11、C7、C8、二極管D1等組成過電流和抗干擾脈沖檢測電路，保護開關電源。T7、D6、R13～R16、R18、變壓器TR1初級繞組、D3、D4、C2、C13等構成IC1控制PWM芯片的啟動及工作狀況下的供電電路。

檢修過程：測量圖中Vcs電壓為3.05 V，經觀察電容C2（4700 pF/1 kV）有被高壓擊穿拉弧現象，見圖4，更換后Vcs電壓為3.89 V，說明電源Vcs供電有短路的可能。根據電路圖分析，三極管T3、T4、IC1短路可能性較大，從電路板拆下T3、T4，離線單獨測量未發現問題。在測量IC1時，用萬用表測量該IC1的14腳與電源地7腳之間阻值有變化，測量第8、10、12腳與7腳阻值為3.75 Ω，拆下測量IC1的10腳與7腳阻值為3.95 Ω，說明該腳與電源地端短路，更換同型號IC1后，開關電源正常工作。再次測量圖中Vcs電壓為5.16 V，IC1的14腳（供電正端）為5.04 V。

圖4 擊穿拉?。ㄗ螅┡c正常電容C2（右）比較

維修醫療設備時，在不確定該設備電源電路是否正常的前提下，可在220 V交流電源與該設備電源插座之間串接60～100 W白熾燈，能減少醫療設備相關電子元器件的損壞，并可根據燈泡明暗變化判斷醫療設備電源電路故障。如設備電源電路短路，則燈泡常亮，其亮度與短路程度成正比，短路越嚴重，燈泡越亮；一般情況下，設備電源正常，燈泡不亮；設備電源電路有停振現象，則燈泡閃爍。排除電源部分短路后，根據元器件伏-安特性，可放心查找故障范圍，確定損壞的元器件。如圖5所示，左側為淘寶網購買的維修電源保護器，右側為自行制作的簡易維修電源保護器。表1為P1～P6測試點電壓、頻率和占空比測量值的舉例，測量數值會因交流輸入電壓、負載大小、萬用表精度等因素而改變。

圖5 電源維修保護器

表1 P1～P6測試點電壓、頻率和占空比測量值舉例

3 故障二

3.1 故障現象

開機黑屏并報警。

3.2 故障分析與排除

（1）設備能開機并報警，說明AC/DC電路板，即輸入交流220 V、輸出直流12 V正常。人機界面觸摸顯示屏、顯示屏與主機PC1778電路板N28插座的連接線或PC1778電路板損壞，都會導致該故障，其中連接線提供主機和顯示屏控制電路板之間的數據通訊和供電。采用替換法排除顯示屏和連接線的問題。檢查顯示屏工作直流電壓為6 V，正常為12 V，說明該PC1778電路板存在問題。

（2）圖6三極管T14、SOT-23封裝、K23標識，經反查，對應N溝道增強型場效管BSS123；集成塊IC3、SOIC-8封裝、LTC1153標識，具有過電壓、過電流保護電源管理芯片；集成塊T4、SOIC-8封裝、FDS8880標識，對應N溝道增強型場效管；端口P9（C1-14）為DC/DC電路板P9插座C1排第14腳，同樣端口P9（C1-12）為DC/DC電路板P9插座C1排第12腳，分別從PC1770母板輸入控制信號。測量R30、R31、R102、R4、R8、R5的電阻值發現其符合標識阻值，C21、C7、C91、C8無開路和短路現象，二極管D2、D42有正反向特性，一般情況下這說明電阻、電容和二極管正常。測量三極管T14三腳之間電阻、IC3集成塊8只腳和T4集成塊8只腳對電源正負端口電阻，未發現異常。

圖6 顯示屏12 V供電電路圖

（3）帶電測量關鍵點電壓值。待機和開機狀況下，測量測試點P1、P2、P7、P3的電壓值分別為5.01、4.99 V，12.55、12.45 V，0.02、5.01 V，4.99、0.02 V，此組數據說明供電電源的電壓和輸入控制信號正常。進一步測量IC3集成塊第5腳（即測試點P4）電壓，在待機和開機狀況下為5.01、0.03 V，說明場效應三極管T14伏-安特性正常。測量IC3集成塊第6腳（即測試點P5）電壓，在待機和開機狀況下，電壓分別為6.54、6.41 V，電壓基本無變化，說明IC3或T4（FDS8880）可能有問題。更換T4同型號場效應三極管，故障未排除，再次更換IC3，并用無水乙醇清洗焊接處線路板及電子元器件，故障排除，顯示屏點亮。

表2列舉了兩組關鍵點的電壓測量值，供醫工同行維修時參考，測量數值會因交流輸入電壓、負載大小、萬用表精度等因素而改變。此方法對排除該PC1778電路板中，如IC2、T3，IC4、T16，IC17、T18，IC18、T19四組電源故障也有借鑒作用。

表2 測試點P1～P8電壓值（V）

4 討論與小結

醫療設備電路板級維修越來越難，具體表現在生產企業不提供圖紙、醫療設備更新換代快、各類程序代碼在醫療設備中的應用、新電子元器件及新技術在電路中的應用等方面。廠家工程師一般會根據呼吸機故障代碼查找維修手冊，確定故障范圍，更換電路板；而醫工為了提高在醫院的地位和維修技術水平，可在無電路原理圖的情況下主動深入對故障電路板元器件進行維修[14]。傳統中醫“望聞問切”診斷疾病基本方法，對醫療設備維修也有借鑒意義：① 望：對待修的電路板進行目測，查找元器件如電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路等是否存在開短路、虛焊、漏焊，電路印制板連接線是否存在斷裂、粘連短路、燒焦等；② 聞：聽設備故障時發出的聲音和聞設備故障時元器件留下的氣味，可有效判斷損壞的電子元器件；③ 問：詢問設備操作者設備發生故障當時、前后的情況；④ 切：根據故障現象分析原因，確定排除問題的方法和途徑。利用一些維修工具，如示波器、信號發生器、電路在線維修測試儀、常用元器件特性測試儀等；利用一些維修技巧，如路板電源與地之間的阻值不能過小、先易后難、在線測量和離線測量相結合、元器件代換法等；利用互聯網查找元器件手冊和使用說明及部分組成電路圖，依據電子元器件的伏-安特性和外圍電路組成，推理原設計示意圖[15]。

有呼吸機質控檢測設備的醫工部門，呼吸機檢修完畢應進行一次全面質控并留有記錄，采用醫院自主檢測與政府機構法定檢測相結合的方式[16]，轉變臨床工程師維修理念，從單一維修變為“修控”結合并指導臨床使用[17]，確保呼吸機自身性能質量、醫療設備安全使用和醫療活動正常開展，最大限度地發揮設備的醫療價值和經濟價值[18]，減少因呼吸機的使用造成的臨床醫護人員與患者之間的糾紛。

如今，臨床工程師的職責從設備維修向設備維護保養遷移，設備的一、二級維保顯得更加重要[19]。呼吸機在使用過程中，經常會發生這樣的現象：檢修正常的呼吸機應用于臨床搶救患者時，工作時間長短不一，有時幾天，有時幾小時，呼吸機還會出現不同類型的報警，等工程師到現場開機自檢時，呼吸機的各項參數又恢復正常，而再次用于患者時故障又會出現。在日常維修過程中就排除過：由于散熱風扇氣道內部積灰嚴重，通風氣道受阻，空氣流通量減少導致的呼吸機不能長期工作的情況。對散熱風扇及腔體的清潔可改善電子元器件的散熱效果，能最大限度地保證其工作的穩定性，不能確定導致此故障的主要原因就是散熱不良，但電子元器件良好的散熱環境可減少設備的故障率，這一觀點是廣為醫工接受的。

為了保證Servo-i呼吸機開機完好率，使用科室在使用呼吸機前后的維保必須落實到位，做好一級維護保養并按照規范要求執行。下面分享4個該型號呼吸機的維保方法和技巧：① Servo-i呼吸機的主機、顯示屏、空氣壓縮泵連接管道和濕化器等外表面，應用清潔的軟濕布擦或蘸75%酒精的軟布輕擦，不要留有液跡，清洗空氣過濾網并晾干。② 呼氣盒用清水沖洗后，需再用75%酒精灌滿，浸泡半小時后倒出晾干酒精，清洗時應保護好電子元件不被浸濕，以免損壞呼氣盒。③ 該設備做霧化時，在靠近呼氣盒的進氣端安裝細菌濾器可保護呼氣盒不被藥液侵蝕，同時也減少霧化藥物和水的混合氣體經呼氣盒硅膠管流入呼氣壓力傳感器板，引起PC1781電路板電子元器件的腐蝕損壞。④ 治療患者時，呼氣盒出氣外端口加一節5～10 cm硅膠管，可有效防止呼氣閥排出殘氣在管口結露而腐蝕外殼。

為降低呼吸機在使用時出現故障的頻率，保證呼吸機達到100%使用完好率，臨床醫學工程師要確保教會醫護人員正確使用呼吸機的技能和維護保養方法，改變工程師的慣性思維，變被動維修為主動性預防維護[20]。同時，要理解呼吸機的組成結構和工作原理，掌握各組件在整機中的作用。認真學習臨床醫學知識，便于與臨床醫護人員溝通。工程師應提高維修水平，根據故障現象，快速判斷，查找原因，并加強和廠家工程師協同解決問題的能力[21]。