STORZ 20134020型腹腔鏡冷光源電路故障維修二例

趙東升，孔康輝，張龍

河南省人民醫院 醫學裝備部，河南 鄭州 450003

引言

STORZ 20134020型冷光源用于手術腹腔鏡系統，是一款性能優良、可靠性高的醫療設備。冷光源產生的光束通過導光束連接光學試管，輔助攝像系統將術野圖像呈現在顯示屏上協助手術醫生完成手術。手術中若出現故障，必須通過備用機替代完成手術[1-3]。故障的冷光源常規的維修方法是更換損壞的電路板，價格一般在1.5萬左右。部分電子技術維修水平高的醫工能夠通過無圖紙維修，查找損壞的電子元器件，實現電路板的修復，但其缺點是僅基于芯片測量進行的無圖紙維修，部分疑難故障無法排除，可能出現更換元器件后，通電試機又燒元器件的問題[4-11]。作為醫工人員，突破無圖紙維修的瓶頸，進行反求電路原理圖分析查找故障點是提高維修技能的一種途徑。本文通過兩例電路板的反求電路圖原理法，以及對電路原理圖的分析，以極低的代價實現了芯片級維修[12-18]。本文從冷光源的原理、故障現象、故障分析、解決方案、維修總結四個方面進行維修案例的分析總結，為維修同行提供參考。

1 冷光源結構原理

STORZ 20134020型冷光源包含機殼、設置在機殼上的保險管、兩個濾波器、電源開關、主控電路板、高壓板、計時器板、散熱風扇、氙燈等部件，結構原理圖如圖1所示，實物結構圖如圖2所示。使用時，交流220 V市電通過保險管和兩個濾波器將電源供給主控板，手術中需要使用時，打開開關，主控板上電，通過ML4824IS1芯片實現功率因數矯正和脈寬控制，從而實現直流電壓輸出至高壓板。主控板不接高壓板，1和2腳直流電壓為120～160 V，連接高壓板通電，高壓板可瞬間產生26000 V高壓，轟擊氙燈激發氙燈點亮；通過TOP223P芯片實現AC/DC開關轉換；3和4腳產生12 V直流電連接計時板，計時板實現氙燈燈泡使用計時和兩個12 V散熱風扇供電。

圖1 STORZ冷光源結構原理圖

圖2 STORZ冷光源實物結構圖

2 故障一：主控電路板故障

2.1 故障現象

使用中出現“嘭”一聲，冷光源殼體保險管爆裂，機器斷電停止工作，經檢查兩個保險管均燒黑。

2.2 故障分析

（1）初步排查：拆機檢查，拆掉主控電路板，檢查主控電路板前端的兩個濾波器發現二者均正常，檢查主控電路板發現電路板保險絲正常，對電路板進行初步排查，電路板圖片如圖3所示，優先檢測大功率芯片，用萬用表二極管擋檢測整流橋、場效應管Q7、二極管D2、場效應管Q2和Q3、二極管D12和D13，檢測發現Q2和Q3擊穿、D13擊穿，進一步測量發現貼片三極管Q1和Q13燒壞、貼片二極管D3和D33燒壞。此種情況無法判斷是否還有其他功率元器件和控制芯片故障，如果貿然更換損壞的芯片，可能還會燒壞元器件。

圖3 主控板背面全景圖

（2）電路反求分析：電路板反求電路原理圖的思路是盡可能縮小畫圖范圍，根據故障電路板的實際檢測結果，將故障鎖定在盡可能小的區域，先從特征元器件入手，如功率因數控制芯片，先畫出特征芯片各個管腳，查看并用萬用表檢測每個管腳的連接路徑，通過畫草圖先把管腳向外延伸的元器件畫好，尤其要注意各個電容、電源的正負極、接地端、信號輸入和輸出，草圖畫好后還應反復查看并用萬用表驗證所畫的圖是否正確，即根據所畫的草圖用萬用表測試電路板的連接，判斷是否草圖和電路板相符。待驗證原理圖無誤后，利用電路圖畫圖軟件進行原理圖的制作。

經前期檢測，本故障案例損壞的元器件主要集中在圖4區域，故將故障范圍鎖定在圖4區域。電路板ML4824IS1復合芯片可實現功率因數矯正和脈寬控制[19-20]，燒壞的Q2和Q3場效應管柵極控制信號由ML4824IS1芯片脈寬控制進行振蕩輸出，從ML4824IS1芯片入手，進行電路圖局部反求，先畫草圖，反復查看比對所畫草圖每個元器件的物理連接是否正確，確定無誤后，根據電路原理草圖通過萬用表反向驗證元器件的物理連接是否正確，最終利用億圖電路圖繪制軟件反求出的電路圖如圖5所示。ML4824IS1芯片11腳是脈寬控制輸出，13腳是芯片電源，10腳接地。Q2和Q3的振蕩運行由ML4824IS1芯片11腳輸出的脈寬控制信號進行振蕩，Q2和Q3能夠正常工作的前提是芯片輸出的脈寬控制方波信號必須正確。電路的故障分析從芯片相關腳電壓、波形信號的檢測開始，按照圖5進行元器件排查。

圖4 主控板背面局部放大圖

2.3 故障排除

（1）復合芯片故障診斷：根據圖5的電路圖，拆掉Q2和Q3場效應管，振蕩電路相當于斷開，可以放心對主控板進行上電測試，主控板連接220 V電源，用數字萬用表直流擋測到ML4824IS1芯片13腳對地10腳電壓310 V，芯片電源供電正常，用示波器測得脈寬輸出11腳無方波信號，判斷芯片損壞，更換同型號芯片。

（2）變壓器T1前級故障排查：根據圖5，T1前級包括二極管D4和D5、電阻R32和電容C18，用數字萬用表測得二極管D4和D5正常、電阻R32阻值在正常誤差范圍內，用電容表判斷C18電容正常。

圖5 ML2824IS1芯片驅動電路原理圖

（3）變壓器T1和T2之間振蕩電路故障排查：用萬用表測得貼片二極管D3和D33損壞、三極管Q1和Q13損壞、場效應管Q2和Q3損壞，其他元器件正常，更換同型號的二極管D3和D33、三極管Q1和Q13、場效應管Q2和Q3。

（4）變壓器T2后級故障排查：T2后級排查到的故障元器件包括大功率二極管D13，更換新的大功率二極管。

（5）通電試板子：給主控板施加220 V電源，測得J5和J6腳直流電壓142 V，3腳和4腳直流電壓12 V，因為主控板是裸板，未裝散熱片，不能長時間試機，否則可能燒毀芯片。將主控板裝回機殼內部，安裝高壓板和氙燈連接線，蓋好機殼，開機試機，氙燈點亮，運行正常。

3 故障二：高壓板故障

3.1 故障現象

冷光源開機后電源指示燈正常，散熱風扇運行正常，但氙燈點不亮，無“噠噠”放電音。

3.2 故障分析

散熱風扇運行正常，根據圖1，主控板3腳和4腳輸出12 V直流電正常，拆下主控板和高壓板，初步排查發現主控板的保險管和大功率元器件正常，主控板施加220 V交流電測得J5和J6腳的直流電壓為142 V，判斷主控板正常，鎖定故障區域為高壓板。高壓板工作時會瞬間產生26000 V高壓，無法用萬用表進行帶電測量，故通過反求電路進行故障分析。先畫草圖，畫出鎖定區域每個元器件的物理連接，反復觀察并用萬用表檢測驗證每個連接點及元器件是否連接正確，最終用億圖電路圖繪制軟件得到反求的高壓板電路圖，見圖6。通過電路圖排查電阻R和電容C2、C3、C4、C7，以及高壓放電管。

圖6 高壓板電路原理圖

3.3 故障排除

用數字萬用表檢測電阻R和電容C2、C7、C3、C4，以及二極管D1、D2，均正常，二端交流開關元件屬于雙向觸發二極管，數字萬用表歐姆自動擋測量的數值無窮大可以判定正常。最終將故障元器件指向高壓放電管，型號為EPCOS5000型，放電管位置如圖7所示SG1位置，更換同型號高壓陶瓷氣體放電管后，試機運行正常。

圖7 高壓板

4 討論

常規的電路板維修方法是模塊化維修，即判斷出損壞的電路板進行更換維修，但其維修代價大，維修費用高。技術比較熟練的醫工能夠通過電路板的元器件進行故障排查，更換掉損壞的元器件進而修復部分電路板，其缺點是不能對電路板進行原理分析，純粹通過代換法無法完成高難度的故障維修。日常的電路板維修中，通過對代換查找到的故障元器件進行更換往往無法修復，更有甚者，把芯片換了個遍還是無法排除故障，維修者也逐漸喪失維修的信心，這成為芯片級維修能力提升的一大瓶頸。本文探討了兩例冷光源電路板故障的電路反求案例。故障案例一出現通電燒保險故障現象，因電路板貼片元件多，不易全部排查出故障的元器件，通過電路板反求電路原理圖，可以根據原理圖的關鍵節點的電壓、波形信號等內容快速查找到故障的元器件；通過反求電路進行電路板維修的思路在于能夠理清復雜的元器件之間的物理連接關系及關鍵節點的數據采集，能夠快速修復電路板，尤其是疑難故障，此種方法能夠打通芯片級維修技能提升的瓶頸。故障案例二為冷光源開機顯示正常，氙燈燈泡點不亮故障，由于電路板啟動電壓為26000 V，無法帶電進行元器件的測試，且高壓陶瓷放電管一般認為出故障的概率很低，維修中往往會被忽略，本次通過反求電路原理圖深入理解了各個元器件的物理連接及工作原理，順藤摸瓜，快速鎖定故障元器件，排除了故障。本文反求電路進行故障維修的創新點在于突破了傳統維修的瓶頸，能夠實現復雜故障的維修；缺點是反求電路原理圖法比較費時間，但是本次的反求電路原理圖可為以后的維修打下很好的基礎。

5 結論

本文通過對STORZ 20134020型冷光源的兩例復雜電路板故障進行電路反求，再通過電路原理圖進行故障分析，成功實現了芯片級維修。總結到的維修經驗是：應首先對故障的電路板進行初步的排查預判，盡可能把故障點位縮小，再通過反求電路法，畫出故障點位相關的元器件及芯片間的原理圖，通過原理圖進行分析，結合關鍵點位電壓測量、驅動波形測量，順圖維修，能夠方便、快捷地查找到故障點位。本文通過反求電路原理圖法進行維修的成功案例，可為廣大醫工同行提供相同故障的維修參考，此種維修方法可能為醫工維修能力的提升提供重要的參考價值。