【導讀】根據相關數據統計，電源的故障占機器故障的60%以上，且大部分為開關電源。故對儀器維修人員來講，熟練掌握開關電源的基本組成、工作原理以及故障排除經驗非常重要。
1.開關電源簡介
1.1.開關電源
大多數開關電源主要由電磁干擾濾波器、防浪涌控制電路、整流濾波電路、開關變壓器、開關元件、脈寬調制組件等元器件組成。
圖1：反激式開關電源電路拓撲
開關電源的典型結構有串聯開關電源結構、并聯開關電源結構、正激開關電源結構、反激開關電源結構、半橋開關電源結構、全橋開關電源結構等。由于反激開關電源為最基本結構之一且廣泛應用于醫療設備領域,故下面重點介紹。
1.2. 反激開關電源
反激開關電源的工作原理可概括為：功率管開啟時，變壓器只存儲能量，不對次級提供能量；關斷后，變壓器將能量向次級釋放，電路拓撲如圖1所示。它具有電路簡單(節省一個大電感)、不怕負載短路等優點，但由于鐵芯處于單向磁化狀態，為防止磁飽和，需要大鐵芯，也就意味著大體積，故廣泛應用于100—150W的中小功率開關電源。
1.3 邁瑞PM9000監護儀的電源部分
某監護儀的電源部分整體功能框圖見圖2,電源各模塊的功能和關系如下。
圖2：電源部分整體功能框圖
①AC/DC模塊將交流220 V轉換成直流16.8 V,上電即輸出,直接供給電池模塊和開關模塊,該模塊采用UC3843芯片構成開關電源。
②DC/DC(5 V)和DC/DC( 12 V)模塊在監護儀工作時供電,需開關模塊觸發后才輸出,輸人為16.8 V或電池電壓,輸出則供給主板、液晶、風扇、泵等,其中DC/DC(5V)模塊采用MC34167單片電源轉換器,而DC/DC(12 V)模塊采用UC3843芯片構成開關電源。
③開關模塊的電源由16.8 V或電池電壓經LP2950芯片直接轉成5V供給,當按下電源按鍵時,脈沖經整形后送給RS觸發器保持高電平,從而將16.8 V或電池電壓接人后級DC/DC (5 V)和DC/DC(12 V)模塊,即進入正常工作模式。
④電池模塊通過UC3906也、片方便有效地頭現充放電管理。
⑤電壓監控模塊為具有I2C總線的AD及DA轉換器PCF8591,可及時將各部分電壓的數值傳輸到主板。
由于大部分電源故障發生在16.8 V前級輸出,故下文選取AC/DC模塊進行分析,圖3為結合實物電路板逆向繪出的電路原理圖。結合本文上面內容介紹,可以得出結論:本模塊采用了以UC3843芯片為核心的隔離型反激開關電源結構。
圖3：AC/DC模塊電路原理
220V交流電壓經過電磁干擾濾波器、防浪涌控制電路、整流濾波電路后得到約308 V直流電壓。此直流高壓被高頻變壓器斬波和降壓,變成幾十千赫茲的矩形波電壓,再經過整流濾波就得到直流輸出電壓。這是固定頻率、改變脈沖寬度的調壓原理。
剛啟動開關電源時,UC3843暫由R1、R2等提供工作電壓,一旦開關功率管轉入正常工作狀態,則由自饋線圈經R3供電。輸出電壓先經TL431構成 的反饋電路,再通過光耦隔離輸入1腳作為誤差電壓Vr,同時與電流在取樣電阻Rn上建立的電壓作比較,進而控制輸出脈沖占空比,實現穩壓。
2.常見故障
在開關電源中,由于電源輸入部分工作在高電壓、大電流的狀態下,故障率最高。其次是大功率開關管和其保護電路較易損壞,再就是脈寬調制器及周邊相關電路容易出現故障。圖3中易壞元器件已用圈標出,皆為實際工作中的實例。為了更好地理解它們,具體故障按檢測流程分塊說明如下。
①保險絲F1和F2、溫控電阻TR、橋堆BR,以一級維修即可,但有關電源部分的故障應進行深人上各元器件損壞,現象為前級無直流308V高壓輸出；其檢測方法比較簡單,用萬用表找出損壞元器件更換即可。
②分壓電阻R1、R2等,如直流308V高壓正常,Vcc上無啟動電壓,則重點檢查這一供電電路。
③開關功率管2SK2485損壞,可用一極管擋檢測,查看是否擊穿;限流電阻 Rl1、R10 和保護電阻R70如檢測到開關功率管2SK2485已損壞,大多數情況下,其保護電路也會存在問題,因而得逐一排查，重點為上述電阻。
④UC3843心片損壞,可通過一極管擋測量75腳來判斷,二極管D4擊穿。更換UC3843時,要小心,容易虛燥。熱風槍拆燥臺選擇如下參數:溫度5—6 擋風速 1—2擋。
3.維修方法
檢修電源首先要檢查在斷電狀態下有無明顯的短路、元器件損壞故障。打開電源的外殼,檢查保險絲是否熔斷,再觀察電源的內部情況,如果發現電源部分的元件破裂,則應重點檢査此元件,一般來講這是出現故障的主要原因,嗅一下電源內部是否有糊味,檢查是否有燒焦的兀器件,問一下電源損壞的經過,這一點對于維修任何設備都是必需的。在初步檢査以后,還要對電源進行更深人的檢測,具體步驟可參考圖4。
圖4：電源檢測流程
4.結論
醫療設備的維修可分為一級或者板級維修、二級或者片級維修兩個階段，一般情況下，熟練掌握一級維修即可。但有關電源部分的故障應進行深人的片級維修通過有效科學的經驗總結分析，將大大降低維修成本，提高維修效率。
